Perancangan dan Implementasi Desain Kendaraan Listrik Konsep Urban Dengan Penggerak BLDC 1000 Watt
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Ibnu Shokhibul Khak, Dimas Septian Dwi Putra.
Teknik elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Sukoharjo, Indonesia
jat244@ums.ac.id
Abstraksi —  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan suatu desain  kendaraan listrik  konsep urban  yang efisien  dalam hal  konsumsi  energi,  kemudian  desain  tersebut  dilakukan pengimplementasian,  komponen-komponen  yang  dirancang  dan dimplementasikan meliputi sasis dengan bahan dasar alumunium  alloy  yang  disatukan  dengan  las  dan  rivet,  sistem penggerak  menggunakan  motor  BLDC  1000  watt,  dan  baterai dengan  jenis  cell  lithium-ion  dengan  tegangan  48  volt  8,7 ampherehour  dilengkapi  dengan  battery  management  system, kemudian  dilakukan  proses  perakitan  semua  komponen  dari implementasi  desain  kendaraan  listrik  sehingga  didapat  luaran kendaraan listrik yang utuh .
Katakunci —Efisiensi;  Mobil  Listrik;  Baterai  Lithium-Ion;

## Motor BLDC
Abstracts —  This  study  aims  to  obtain  an  urban  concept electric  vehicle  design  that  is  efficient  in  terms  of  energy consumption,  then  the  design  is  implemented,  the  components are designed and implemented include the chassis with aluminum alloy  base  material  which  is  integrated  with  welding  and  rivet, the  drive  system  uses  a  BLDC  motor  1000  watts,  and  batteries with  lithium-ion  cell  type  with  a  voltage  of  48  volts  8.7 ampherehour equipped with a battery management system, then the assembly process of all components of the implementation of the  design  of  electric  vehicles  is  carried  out  in  order  to  obtain  a complete electric vehicle output as well.
Keywords — Efficiency; Electric Cars; Lithium-Ion Batteries;

## BLDC Motors

## I. PENDAHULUAN
Krisis bahan bakar  minyak (  BBM ) semakin  mengancam keberlangsungan  hidup  manusia  khusunya  dalam  sektor transportasi  seperti  mobil,  sepeda  motor,  bus,  dan  lain  lain. Dapat  dilihat  dari  data  dari  Badan  Pusat  Statistik  (BPS) Nasional  [1],  jumlah  kendaraan  bermotor  roda  empat  aatu lebih  yang  berada  pada  akhir  2017  yaitu  25.525.876  unit  dan tentunya hal ini akan selalu bertambah setiap tahunnya. Hal ini tentunya  akan  berbanding  lurus  dengan  penggunaan  BBM yang  semakin  meningkat,  dapat  kita  lihat  dari  data  BPH
MIGAS  tahun  2017[2]  ,bahwa  konsumsi  BBM  sebesar 55.400.604,901  liter.  Efek  samping  dari  penggunaan kendaraan berbahan bakar minyak adalah dapat menyebabkan polusi  udara,  hasil  dari  emisi  gas  buang  pembakaran  BBM. Oleh  karena  itu  perlu  diadakannya  penelitian  berkaitan kendaraan dengan tenaga listrik yang memiliki efisiensi tinggi, untuk  mengurangi  penggunaan  BBM  yang  masih  sangat banyak di Indonesia. Salah satu usahanya adalah diadakannya penelitian  ini,  yaitu  perancangan  dan  implementasi  desain kendaraan  mobil  listrik  konsep  urban,  dengan  tujuan  untuk mengimplementasikan kendaraan dengan tenaga listrik dengan tingkat  efisien  yang  tinggi  pada  mobil  konsep  urban.  Salah satu  hasil  yang  diharapkan  dari  penelitian  ini  adalah penggunaan  tenaga  listrik  yang  efisien  dan  mobil  konsep urban  yang  dibuat,  dapat  mengikuti  Kontes  Mobil  Hemat Energi pada tahun 2019 (KMHE 2019).

## 1.1. Sasis
sasis mobil pada awalnya terpisah dengan body , keduanya adalah hal terpisah,  Sasis memberi dasar kekuatan kendaraan. Belakangan  ini  body  dan  sasis  sudah  digabung  jadi monocoque  setiap  bagian,  serta  dapat  menghasilkan  banyak kendaraan yang lebih ringan. Baik monocoque atau sasis / unit body  yang  terpisah  merupakan  dasar  yang  dapat  diterima untuk  desain.  Terlepas  dari  popularitas  monocoque,  beberapa kendaraan listrik modern menggunakan sasis terpisah[3].

## 1.2. Sistem Penggerak
penggerak  utama  adalah  mesin  yang  mengubah  bahan bakar  menjadi  pekerjaan  yang  bermanfaat[4],  dalam  hal  ini sistem  penggerak  tersebut  mengubah  energi  kimia    yang tersimpan  pada  baterai  dikonversi  menjadi  gerak  putar  untuk memutar  roda  kendaraan.  Banyak  mobil  listrik  memiliki akselerasi  yang  lebih  tinggi  daripada  mobil  pembakaran internal rata-rata, sebagian besar disebabkan oleh berkurangnya  kerugian  gesekan  drivetrain,  dan  torsi  yang lebih cepat tersedia dari motor listrik[5].
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Ibnu Shokhibul Khak, Dimas Septian Dwi Putra,  Perancangan dan Implementasi Desain Kendaraan Listrik Konsep Urban Dengan Penggerak BLDC 1000 Watt

## 1.3. Baterai Lithium-Ion
Sebagian besar baterai lithium dilengkapi dengan beberapa jenis sistem manajemen baterai (BMS). Ini adalah sistem yang mengatur  pengisian  dan  keseimbangan  tegangan  baterai. Semua  baterai  lithium  memerlukan  BMS,  Lithium  baterai dirancang  untuk  beroperasi  dengan  aman  di  dalam  tegangan operasi  normal,  tetapi  baterai  menjadi  tidak  stabil  jika dibebankan  pada  tegangan  yang  lebih  tinggi  di  atas  ambang batas  yang  dirancang.  Jika  dibiarkan  tanpa  pengawasan,  sel dapat  melepaskan  gas  yang  mudah  terbakar,  dan  memicu baterai  didekatnya,  menyebabkan  reaksi  berantai.  Baterai lithium  dapat  meledak  jika  kepanasan  atau  jika  diisi  dengan baterai tegangan terlalu tinggi[6].

## 1.4 Motor BLDC
Motor DC brushed ditemukan pada abad ke-19 . Motor DC brushless  dimungkinkan  oleh  pengembangan  elektronik  solid state  di  tahun  1960-an[7].  Motor  DC  tanpa  sikat  merupakan motor  yang  memiliki  efisiensi  baik,  lebih  handal,  umur  lebih panjang  dan  murah.  Motor  ini  memiliki  bagian  rotor  berupa magnet  permanen  dan  bagian  stator  berupa  belitan  untuk menghasilkan  medan  magnet.  Pengubahan  polaritas  motor BLDC dilakukan secara elektronik  menggunakan  sensor hall- effect  dan  rotary  encoder.  Karena  itu  pemanfaatannya  pada sepeda  motor  listrik  hampir  bebas  perawatan,  tidak membutuhkan  minyak,  busi  baru  atau  perbaikan  rutin  lainya seperti yang dilakukan motor bakar[8].

## II. METODE
Tahapan  penelitian  ini  diuraikan  metodologinya  meliputi tahap persiapan, tahap perancangan, dan tahap pengimplementasian sebagai berikut :

## 2.1 Tahap persiapan
Persiapan dilakukan dengan cara benchmarking kendaraan listrik  konsep  urban  dari  perguruan  tinggi  lain  yang  sudah lebih  dahulu  melakukan  riset  pada  bidang  kendaraan  listrik, kemudian  data-data  berdasarkan  hasil  peninjauan  langsung tersebut  dijadikan  acuan  rencana  desain  agar  didapat  hasil yang minim kesalahan perancangan.

## 2.2 Tahap perancangan
Perancangan  meliputi  komponen-komponen  utama  dari suatu  kendaraan  listrik,  diantaranya  adalah  rancangan  sasis, body, sistem penggerak,dan baterai :

## 2.2.1 Perancangan sasis
Memanfaatkan  platform  software  simulasi  solidwork sehingga didapat dimensi dan jenis material yang dipakai pada sasis kendaraan listrik konsep urban.

## 2.2.2 Perancangan sistem penggerak
Sistem penggerak terdiri dari pedal injak, pengendali dan menggunakan  motor  bldc  yang  telah  disesuaikan  dengan kebutuhan beban yang dipikul keseluruhan kendaraan.

## 2.2.3 Perancangan baterai
Terdapat beberapa tipe baterai di pasaran, pada penelitian ini  menggunakan  jenis  baterai  lithium-ion  dimana  memiliki keunggulan  cukup  ringan  dibanding  dengan  jenis  baterai  lain dengan kapasitas  yang sama,  namun jenis baterai  yang terdiri dari  banyak  jenis  cell  ini  perlu  perangkat  tambahan,  yaitu battery management system (BMS).

## 2.3 Tahap pengimplementasian
Pengimplementasian  dilakukan  setelah  masing-masing rancangan  komponen  telah  matang  dan  siap  untuk  dilakukan aktifitas  produksinya,  meliputi    sasis¸  sistem  penggerak  dan baterai,  setelah  itu  dilakukan  pengujian  secara  keseluruhan seperti yang ditunjukan gambar 1.
Gambar 1. Alur Penelitian.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan  dan  implementasi  kendaraan  listrik  konsep urban  menghasilkan  beberapa  rancangan  desain  beserta
pengimplementasianya  yang  akan  dijelaskan  pada  sebagai berikut.
3.1  Sasis

## Gambar 2. sasis dengan model 3D
Gambar 2 memperlihatkan bentuk model sasis ditampilkan dalam  3  dimensi.  pembuatan  desain  gambar  menggunakan software  solidwork  sehingga  didapat  spesifikasi  desain  yang ditunjukan oleh tabel 1

## TABEL I. SPESIFIKASI SASIS MOBIL URBAN
Spesifikasi sasis Rangka Samping 1830 mm Rangka Silang 420 mm Dudukan Pengemudi 420 mm Tinggi Sandaran pengemudi 600 mm Lebar Body bagian belakang 1040 mm Lebar Body bagian depan 480 mm Tinggi dudukan as roda belakang 140 mm Tinggi dudukan as roda depan 160 mm Wheelbase 1250 mm Tinggi Dudukan batang stir 378 mm Lebar penghubung as roda depan 760 mm
Berdasarkan hasil desain menggunakan software solidwork dan  telah  didapat  dimensi  sasis,  selanjutnya  dalah  proses manufaktur sasis, hal tersebut ditunjukan pada gambar 3, sasis tersebut  disatukan  dengan  las  alumunium  dan  beberapa komponen  sasis  yang  keperluanya  untuk bracket sistem penggerak menggunakan baut dan nut.
Gambar 3. Hasil manufaktur sasis berdasarkan desain
Pada gambar 4 merupakan sasis setelah dilakukan proeses pengecetan pada frame utama dan dirakit dengan roda beserta sistem pengereman yang menggunakan sistem hidrolis
Gambar.4 Manufaktur sasis dengan roda

## 3.2 Sistem Penggerak
Gambar.5 rasio gear transmisi
Pada  gambar  5  menunjukan  rasio  gear  pada  transmisi kendaraan  listrik,  pada  sisi  putaran  penggerak  memiliki kecepatan 560 rpm, sedangkan pada sisi putaran roda memiliki kecepatan 279 rpm
Gambar.6 pengimplementasian desain transmisi
Gambar pengimplementasian rasio gear yang sudah dirakit pada  sasis  di  sistem  transmisi  dari  penggerak  utama  ke  roda ditunjukan  pada  gambar  6,  pada  transmisi  kendaraan menggunakan  single  line  transmission,  yang  berarti  gear motor  BLDC  dihubungkan  langsung  dengan  gear  yang terhubung  pada  roda  menggunakan  rantai.  Spesifikasi penggerak  utama  motor  BLDC  1000  watt  ditunjukan  pada tabel 2.

## Ke Poros Roda belakang Dari Poros Penggerak Depan
560 rpm
(Driver Gear ) 279 rpm (Driven Gear)
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Ibnu Shokhibul Khak, Dimas Septian Dwi Putra,  Perancangan dan Implementasi Desain Kendaraan Listrik Konsep Urban Dengan Penggerak BLDC 1000 Watt
TABEL II. S PESIFIKASI M OTOR BLDC
Spesifikasi Motor BLDC Tegangan 48 V Power Watt 1000 Watt Over Power Watt >1000 Watt Amper Kerja 16-18 A Over Amper Maks >35 A Torsi 30-50 Nm
Perakitan sistem penggerak utama ditunjukan pada gambar 7, pada  gambar  tersebut  motor  BLDC  dipasang  pada  sasis  yang sudah  terinstal  dengan  rodan  dan  sistem  rem  serta  baterai lithium-ion 48  volt    8.7  ampherehour, controller ,  dan trottlel injak
Gambar .7 pemasangan sistem penggerak pada sasis
3.3 Baterai
Sumber  energi  yang  digunakan  adalah  baterai  dengan kapasitas 48V /8,7Ah, yang tersusun dari baterai jenis li – ion, gambar 8 menunjukan manufaktur baterai
Gambar.8 Manufaktur Baterai
Baterai  tersebut  tersusun  atas  seri  dan  pararel  untuk menghasilkan  tegangan  48  V/  8,7  Ah,  cara  menentukan perakitan tegangan 48V adalah penyusunan baterai secara seri untuk  mendapatkan  tegangan  48V  48V/3.6V  =13  tersusun seri.  Baterai  seri  13  cell  untuk  mendapatkan  kapasitas  8,7Ah dengan  mempararelkan  baterai  10/2.7=  4  tersusun  pararel. Untuk  keamanan  rangkaian  baterai  dilengkapi  dengan  BMS 25A, Keamanan beban menggunakan sekring untuk melindungi  komponen  beban  dan  sumber  baterai,  serta  pada peletakan baterai pada sasis ditunjukan pada gambar 9.
Gambar. 9 Peletakan Baterai pada Mobil Urban
3.4 Simulasi pembebanan sasis
Hasil  yang  didapat  pada  beban  total  kendaraan  di  tambah beban driver dengan total yaitu sebesar 1254,4 N.  Gambar 10 menunjukan hasil simulasi kekuatan chassis untuk mengetahui kekuatan rangka dalam menahan beban secara horizontal.
Gambar 10 . simulasi tegangan pada beban total 1254,4 N
3.5 Perakitan Keseluruhan
Perakitan  secara keseluruhan  komponen dilakukan  setelah dipastikan  bahwa  semua  komponen-komponen  telah  berhasil bekerja  dengan  baik,  komponen  tersebut  adalah  sasis,  sistem penggerak, sistem roda dan pengereman sistem kemudi, sistem transmisi  serta  dudukan  untuk  pengemudi,  dari  perakitan semua komponen secara keseluruhan didapat luaran kendaraan
listrik  yang  utuh,  gambar  10  menunjukan  perakitan  semua komponen dari kendaraan listrik.
Gambar. 11 perakitan sasis & sistem penggerak

## KESIMPULAN
Penelitian  berhasil  dilakukan  sesuai  dengan  metode  yang direncanakan,  dari  tahap  perencanaan  desain  kendaraan  yang meliputi desain chasis, sistem penggerak, dan baterai. Setelah konsep desain berhasil, dilakukan pengimplementasian desain, setelah masing-masing dari sistem telah berjalan dengan baik,
selanjutnya  dilakukan  perakitan  semua  komponen  yang  telah dimanufaktur,  sehingga  didapat  luaran  hasil  kendaraan  listrik yang utuh

## DAFTAR PUSTAKA
[1] http://www.bps.go.id. 12 Agustus 2019
[2] http://bphmigas.go.id/konsumsi-bbm-nasional. 12 Agustus 2019
[3] Larminie,  James  &  John  Lowry.  2012.  Electric  vehicle  technology explained . A John Wiley & Sons, Ltd., Publication
[4] Kennedy,  Rankin  .1905.  The  Book  of  Modern  Engines  and  Power Generators. Vol I. London: Caxton. p. 33
[5] Gas-powered vs. Electric Cars: Which Is Faster?". How Stuff Works. 15 January 2019.
[6] Vogel,  Carl  .  2009.  Build  Your  Own  Electric  Motorcycle  .  The McGraw-Hill
[7] T.G.  Wilson,  P.H.  Trickey,  "D.C.  Machine.  With  Solid  State Commutation", AIEE paper I. CP62-1372, October 7, 1962
[8] Azizi, N and Moghaddam,  R.K.  2013.  Permanent  magnet  brushless  DC motor  optimal  design  and  determination  of  optimum  PID  controller parameters  for  the  purpose  of  speed  control  by  using  the  TLBO optimization algorithm. American Journal of Research Communication, vol. 1, no. 1, pp. 294 -313.