## Pengujian Karakteristik Baterai Lithium-Ion Dengan Metode Fuzzy dengan Beban Bervariasi

## Thofiq Puji Cahyono
thofiq55@gmail.com
Universitas Jember Triwahju Hardianto
triwahju.teknik@unej.ac.id
Universitas Jember Bambang Sri Kaloko kaloko@unej.ac.id
Universitas Jember
Abstrak
Penggunaan  baterai lithium-ion pada  saat  ini  sangat  marak dikalangan dunia elektronik. Baterai lithium-ion biasa digunakan pada  kendaraan  listrik  untuk  menyimpan  energi  listrik Kendaraan listrik. pemerintahan juga akan melakukan terobosan pada kendaraan listrik. Pemerintah Indonesia menargetkan pada tahun  2020  akan  membawa  13  juta  kendaraan  listrik  dan  pada tahun  2030  akan  memcapai  100  juta.  Kendaraan  listrik  tidak memiliki  emisi  atau  gas  buang  seperti  kendaraan  kovensional sekarang.  Kendaraan  listrik  juga  tidak  membuat  pencemaran lingkungan  karena  tidak  memiliki  gas  buang  dan  tidak menimbulkan  suara  yang  sangat  bising.  Pada  penelitian menggunakan  metode fuzzy dan  tanpa  menggunakan  metode fuzzy dan  dilakukan  perbandingan  dengan  hasil  simulasi  pada simulink matlab.  Hasil  pengujian  baterai lithium-ion saat menggunakan kontrol fuzzy dengann arus konstan 1,11 ampere didapatkan  kapasitas  sebesar  2,6  Ah  dan  mengalami  kenaikan suhu baterai sebesar 2,44 celsius. Sedangakan pada saat pengujian tanpa  menggunakan  kontrol  dengan  beban  lampu  10  watt didapatkan kapasitas baterai sebesar 2,07 Ah dan kenaikan suhu baterai  sebesar  2,71  celsius.  Dan  saat  dibandingkan  dengan simulasi  pada simulink matlab didapatkan  kapasitas  sebesar 2,7 Ah.
Kata  Kunci —Baterai Lithium-ion , Fuzzy  Inference  System ,  Arus Stabil.

## Abstract
The  use  of  lithium-ion  batteries  today  is  very  popular  among  the electronics  world.  Lithium-ion  batteries  are  commonly  used  in electric  vehicles  to  store  electric  energy  electric  vehicles. Government  will  also  make  inroads  on  electric  vehicles.  The Indonesian government targets that by 2020 it will carry 13 million electric vehicles and by 2030 will reach 100 million. Electric vehicles have no emissions or exhaust gases like conventional vehicles now. Electric vehicles also do not cause environmental pollution because they do not have exhaust gases and do not cause very noisy noise. In the study using fuzzy method and without using fuzzy method and done  comparison  with  simulation  results  on  simulink  matlab.  The results of lithium-ion battery testing when using fuzzy control with constant  current  1,11  ampere  obtained  a  capacity  of  2,6  Ah  and experienced  a  battery  temperature  increase  of  2,44  celsius.  While testing without using controls with a 10 watt lamp load obtained a battery  capacity  of  2,07  Ah  and  a  battery  temperature  increase  of 2,71 celsius. And when compared to simulations on simulink matlab obtained a capacity of 2,7 Ah.
Keywords — Lithium-ion Batteries, Fuzzy Inference System, constant current.

## I. PENDAHULUAN
Penggunaan baterai lithium-ion pada saat ini sangat marak dikalangan  dunia  elektronik.  Baterai lithium-ion biasa digunakan  pada  kendaraan  listrik  untuk  menyimpan  energi listrik  Kendaraan  listrik  [1].  pemerintahan  juga  akan melakukan  terobosan  pada  kendaraan  listrik.  Pemerintah Indonesia  menargetkan  pada  tahun  2020  akan  membawa  13 juta kendaraan listrik dan pada tahun 2030 akan memcapai 100 juta [2]. Kendaraan listrik tidak memiliki emisi atau gas buang seperti kendaraan kovensional sekarang. Kendaraan listrik juga tidak membuat pencemaran lingkungan karena tidak memiliki gas buang dan tidak menimbulkan suara yang sangat bising.
Baterai  berbasis Lithium memiliki  banyak  kelebihan dibanding  baterai  konvensional  seperti Nickel-Cadmium, Nickel-Metalhydrate ataupun Lead Acid [3]. Dalam kendaraan listrik baterai tidak hanya untuk menyimpan energi yang besar tetapi juga memberikan energi yang cukup besar dalam waktu yang singkat. Baterai lithium-ion ini menjadi pilihan yang tepat untuk  kendaraan  listrik  karena  mempunyai  kelebihan  yaitu densiti energi  yang  tinggi, densiti daya  yang  tinggi, self- discharge yang  rendah, fast  charging ,  rasio  massa-keenergi yang  tinggi,  tidak  ada memory  effect ,  tahan  lama  jika  proses chraging sesuai [1]. Pemilihan baterai lithium-ion sendiri juga dianggap paling cocok untuk pengembangan kendaraan listrik dalam generasi baru ini [3] Seiring perkembangan jaman kendaraan listrik berkontribusi dalam perlindungan lingkungan dan pemanasan global  [4].  Dalam  hal  tersebut  baterai lithium-ion juga dikembangkan untuk kemajuan kendaraan listrik. Pengembangan  baterai lithium-ion ini  masih  kurang memperhatikan karakteristik dari baterai yang akan digunakan. Saat kondisi baterai lithium-ion kondisi discharger yang terjadi suhu pada batrai akan meningkat dan akan mempengaruhi kerja dari  baterai  tersebut.  Pengujian  ini  dilakukan  agar  dapat diketahui  karakteristik baterai  lithium  -ion terhadap pembebanan variasi pembebanan.
Pengujian pada baterai lithium-ion ini, pada kendaran listrik dengan  beban  dinamis  tidak  akurat  dikarena  beban  pada kendaraan listrik yaitu motor. Motor listrik saat kondisi dinamis beban  akan  bervariasi  yaitu  naik  turun.  Kondisi  pengujian dinamis akan sulit diketahui bagaimana keadaan baterai yang akan  diuji  dikarenan  mengalami  beban  yang  tidak  stabil. Sedangkan  pengujian  pada  baterai lithium-ion ini  akan  lebih baik jika diuji dengan statis agar beban stabil. Sedangkan arus
dan tegangan pada beban constant dengan ini pengambilan data akan didapat hasil yang akurat. Pengujian yang akan dilakukan menggunakan  metode time  adjusted yang  di  rekomendasikan oleh IEEE std. 450 dengan sedikit modifikasi yang dilakukan. Penambahan  yang  dilakukan  akan  dapat  lebih  mengetahui karakteristik dari baterai lithium-ion yang akan digunakan pada kendaraan  listrik.  Penambahannya  yaitu  dengan  memberikan variasi beban pada proses discharge pada baterai lithium-ion. Dari penelitian ini baterai lithium-ion akan diterapkan pada kendaraan listrik. kendaraan listrik membutuhkan baterai yang tepat  untuk  meningkatkan  performa  dari  kendaraan  listrik tersebut. Perlu diketahui bagaimana karakteristik baterai yang akan  digunakan  pada  kendaraan  listrik.  Dari  permasalahan tersebut Butuh adanya penelitian bagaimana baterai yang akan dipasang  pada  kendaraan  listrik  itu  dapat  diketahui karakteristik  baterai lithium-ion terhadap  pembebanan  yang bervariasi.

## II. METODE PENELITIAN
Pengujian  yang  akan  dilakukan  menggunakan  baterai  3,7 votl  3Ah.  Selanjutnya  akan  dilakukan  pembuatan  alat  uji baterai lithium-ion yaitu  rangkaian Pulse  Width  Modulation dengan  metode fuzzy, pemutus  menggukan relay ,  data  loger dengan menggukan sensor arus tegangan suhu dan waktu dan lampu 10 Watt, 20 watt, 30 watt sebagai beban. Pengujian yang akan dilakukan yaitu secara statis saat proses discharger pada beban yang bervariasi. sedangan saat charger baterai lithium- ion menggunakan 10% dari kapasiatas baterai lithium-ion . Pada  pengujian  baterai lithiun-ion ini  akan  dilakukan dengan  menggunakan  data  loger  untuk  menyimpan  dan memonitoring tegangan, arus dan suhu pada baterai yang akan diuji karakteristiknya. Selain itu disistem proteksi atau pemutus otomatis jika tegangan sudah mencapai batas yang diinginkan. Untuk rangkaian kontrol yang digunakan menggunakan logika fuzzy yang memlakukan perubahan otomatis jika arus melebihi atau  kurang  dari set  point .  Untuk  pembebanan  dilakukan dengan variasi beban menggukan lampu 10 Watt, 20 watt dan 30 watt.

## Gbr 1. Blok diagram kelistrikan
Pada penelitian ini yaitu akan dilakukan proses discharger pada  baterai lithium-ion yang  akan  diuji.  Kontrol  yang digunakan pada penelitian ini adalah untuk menjalankan sistem adalah  kontrol  FIS  yang  melakukan  perubahan  parameter secara  otomatis  berdasarkan  perubahan  pada  kondisi lingkungan. Set  point disini  adalah  memberi  nilai  arus  yang diinginkan  dan  penggunaan  sensor  arus  adalah  sebagai pembanding antara nilai set point dengan arus keluaran.

## Gbr 2. Blok diagram sistem kontrol FIS
Pada  penelitian  ini  metode fuzzy yang  digunakan  adalah metode Sugeno, dimana keluaran sistem merupakan persamaan linier .  Langkah  pertama dalam  perancangan  pengendali fuzzy yaitu  dilakukan  penentuan  parameter  masukan  yang  dapat mempengaruhi  performasi  sistem.  Masukan  dari  pengendali fuzzy adalah error yang didapat dari selisih antara nilai set point dengan arus keluaran PWM yang terukur, kemudian delta error yang  diperoleh  dari  selisih  antara error pembacaan  arus keluaran  sekarang  dan  pembacaan error yang  sebelumnya. Dimana keluaran fuzzy adalah penambahan atau pengurangan PWM yang masuk ke pengaturan switching pada Pulse Width Modulation .  Semakin  besar  nilai  PWM  maka  arus  yang dihasilkan Pulse Width Modulation semakin besar, sebaliknya jika semakin kecil nilai PWM maka tegangan yang di hasilkan Pulse Width Modulation semakin kecil.
Gbr 3. Membership Function Error
Gbr 4. Membership Function Delta Error
Gbr 5. Membership Function Nilai Output
TABEL I
R ULE B ASE F UZZY
E\dE NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NB NM NS Z NM NB NB NM NM NS Z PS NS NB NM NS NS Z PS PM Z NB NM NS Z PS PM PB PS NM NS Z PS PS PM PB PM NS Z PS PM PM PB PB PB Z PS PM PB PB PB PB
Gbr 7. Flowchart Peramalan Beban Dengan Metode ANFIS
Rangkaian Pulse  Width  Modulation yaitu teknik memodulasi  lebar pulsa, yaitu  mengatur  lebar pulsa dengan nilai  frekuensi  dan  amplitudo  yang  tetap . Yang  mengubah sinyal analog dari mikrokontroler . Sinyal PWM akan ON dan OFF dalam waktu tertentu dengan mengendalikan siklus kerja atau duty cycle PWM.
Tegangan  PWM  dari  mikrikontroller  dibawah  5  Volt sedangangkan  MOSFET  akan  bekerja  jika  kaki gate diberi tegangan lebih dari 5 volt, makan dibutuhkan rangkaian driver MOSFET  untuk  menguatkan  sinyal  kecil  yang  berasal  dari mikroposesor.  Pada  rangkaian driver MOSFET  digunakan transistor  tipe  NPN  pada  saat  proses Switching melalui masukan  PWM  dari  mikroprosesor  akan  dikuatkan  oleh transistor. Jika pada proses drive tidak ada penguatan arus maka tegangan pada gate MOSFET akan mengalami drop tegangan.
Gbr 6. Rangkaian Pulse Width Modulation dengan Driver MOSFET

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  pengujian  baterai  ini  akan  dilakukan  dengan menggunakan  beban  yang  bervariasi  dengan  menggunakan beban  lampu  dengan  10  Watt,  20  watt,  dan  30  watt  dengan menggunakan kontrol fuzzy dan tanpa kontrol dan baterai yang digunakan menggunakan SONY VTC 6 dengan tegangan 3,4 volt  dan  kapasitas  3  Ah.  Pada  pengujian  ini  menggunakan tegangan  baterai  7,4  Volt  dan  kapasitas  3  Ah,  jadi menggunakan  dua cell baterai  yang  dirangkai  seri.  Saat pengujian  tegangan  minimal  baterai  yaitu  sampai  5,92  Volt dianggap sudah mencapai 80 % dari tegangan nominal baterai.
Pada  pengjian  dilakukan  dengan  tegangan  baterai  sebesar 8,27  Volt  baterai  terisi  penuh.  Pengujian  tanpa  kontrol dilakukan dengan langsung memberi beban 10 Watt, 20 Watt, dan 30 watt pada baterai. saat pengujian tanpa kontrol ini akan didapat data arus, suhu dan tegangan pada baterai.  Kemudian pada  pengujian  dengan  kontrol fuzzy ketikan  baterai  diberi beban 10 Watt, 20 watt, dan 30 watt arus akan menyesuaikan dengan nilai set point yang telah didapat dari nilai arus terkecil dari  pengujian  tanpa  kontrol  toleransi error sebesar  5%,  jadi besar duty  cycle akan  menyesuaikan  dengan  sendirinya.  Saat pengujian  akan  menggunakan  sistem  proteksi  menggunakan relay yang bekerja auto cut jika baterai sudah mencapai nilai minimal  yaitu  tegangan  5,92  volt.  Dari  pengujian  ini  akan didapat data arus, suhu, dan tegangan pada baterai.

## A. Karakteristik Suhu
Dari  data  yang  diperoleh  dapat  dilihat  karakteristik  suhu baterai  terhadap  variasi  pembebanan  yang  telah  dilakukan. dapat dilihat bahwa semakin besar beban yang diperikan pada baterai  maka  suhu  pada  baterai  semakin  tinggi  kenaikannya. Pada pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa suhu baterai saat pengujian dengan kontrol dan tanpa kontrol lebih tinggi  kenaikannya  saat  tidak  menggunakan  kontrol.  Saat pengujian tanpa kontrol dengan menggunakan beban lampu 10 watt, kenaikan suhu baterai mencapai 2,71 celsius sedangankan saat  menggunakan  kontrol  kenaikan  suhu  mencapai  2,44 celsius. sedangakan saat pengujian tanpa menggunakan kontrol saat  menggunakan  beban  lampu  20  watt,  kenaikan  suhu mencapai 5,8 celsius sedangkan saat pengujian menggunakan kontrol  kenaikan  suhu  mencapai  3,47  celsius.  saat  pengujian tanpa  kontrol  dengan  menggunakan  beban  lampu  30  watt, kenaikan suhu baterai  mencapai 10,37 celsius sedangkan saat
pengujian dengan menggunakan kontrol kenaikan suhu baterai mencapai 8 celsius.
TABEL II S UHU B ATERAI P ENGUJIAN Beban Lampu Kenaikan Suhu Baterai Tanpa Kontrol Dengan Kontrol 10 watt 2.71 °C 2.44 °C 20 watt 5.8 °C 3.47 °C 30 watt 10.66 °C 8 °C

## B. Karakteristik Kapasitas Baterai
Dari data hasil pengujian discharge kapasitas baterai 3 Ah dilakukan  perhitungan  besar  energi  (joule),  energi  (Wh), kapasitas  (Ah).  Dari  perhitungan  tersebut  dapat  diketahui bahwa  pembebanan  pada  baterai  mempengaruhi  kapasitas baterai. Berikut perhitungan kapasitas baterai:
Persentase pembebanan x Kapasitas baterai = Beban           (1)
Untuk energi yang dikeluarkan oleh baterai dapat dihitung dengan persamaan:
E = P x t (2) Keterangan : E : Energi (Joule) P : Daya ergi (Watt) t  : Waktu (s) E (joule) = (7.99x 1.23) x 300 (detik)
= 2948 Joule
Dari energi yang telah diketahui maka dapat mencari energi dalam satuan watt- hour (Wh) menggunakan persamaan:
E(Wh)   = 2984 3600 = 0.818975 Wh
Dari  energi  dalam  satuan  watt- hour (Wh)  dapat  dicari energi atau kapasitas yang digunakan yaitu dengan rumus:
E(Ah) = 0.818975 7,4 = 0.1106 Ah
Setelah didapatkan energi atau kapasitas yang terpakai pada 5 menit awal selanjutnya menghitung kapasitas yang digunakan setiap  5 menit berikutnya dan dijumlah sehingga kapasitas total yang terpakai pada baterai sebesar  2,07 Ah. Berdasarkan dari hasil  pengujian  dan  perhitungan  maka  didapatkan  kapasitas yang  terpakai  pada  pengujian  tanpa  kontrol  dengan pembebanan  lampu  20  watt  sebesar  2,02  Ah.  Sedangkan dengan  pembebanan  dengan  lampu  30  watt  didapat  kapasitas real baterai  yaitu  1.98  Ah.  Sedangakan  dari  perhitungan  saat
pengujian dengan menggunakan kontrol fuzzy kapasitas baterai dengan pembebanan 1,11 ampere dengan beban lampu 10 watt didapat  kapasitas  baterai  sebesar  2,6  Ah.  Saat  pembebanan dengan arus sebesar 2,13 ampere dengan beban menggunakan lampu 20 watt didapat kapasiatas baterai sebesar 2,32 Ah. Saat pengujian  dengan  pembebanan  dengan  arus  3,16  ampere dengan beban lampu 30 watt didapat kapasitas baterai sebesar 2,22 Ah. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa pembebanan yang efektif yaitu pada pembebanan 1,11 ampere karena pada pembeban  tersebut  kapasitas  yang  terpakai  pada  baterai mendekati kapasitas tertulis pada baterai.
TABEL III S UHU B ATERAI P ENGUJIAN
Beban Lampu Kapasitas Baterai Tanpa Kontrol Dengan Kontrol Fuzzy 10 watt 2.07 Ah 2.6 Ah 20 watt 2.02 Ah 2.32 Ah 30 watt 1.98 Ah 2.22 Ah
Dari  data  yang  diperoleh  dapat  dilihat  karakteristik kapasitas  baterai  terhadap  variasi  pembebanan  yang  telah dilakukan. dilihat bahwa semakin besar beban yang diperikan pada baterai maka kapasitas yang baterai semakin turun. Pada pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat  bahwa kapasitas spesifikasi  pada  baterai  tidak  sama  dengan  kapasitas  aslinya saat dibebani tanpa kontrol maupun dengan kontrol fuzzy , hal tersebut  terbukti  pada  saat  pembebanan  tanpa  kontrol  dengan beban lampu 10 watt, 20 watt, dan 30 watt kapasitas baterai 3 Ah yaitu sebesar 69,42 %, 67,57 %, dan 66,04 %. Sedangkan pembebanan dengan kontrol fuzzy dengan beban lampu 10 watt, 20 watt, dan 30 watt kapasitas baterai 3 Ah yaitu sebesar 86,6 %, 77,35 %, dan 74,32 %.

## C. Simulasi Simulink Matlab
Gbr 8. Karakteristik Baterai Pada Simulink
Untuk  membandingkan  data  pada  yang  telah  didapat dilakukan  pada  pengujian  didapat  kapasitas  yang  baik  saat pengujian dengan kontrol fuzzy menggunakan beban lampu 10 watt.  Setelah  dilakukan  simulai  pada simulink matlab.  Yaitu dengan  menguji  baterai  jenis lithium-ion 7.4  Volt  dengan kapasitas  tertulis  3  Ah.  Didapatkan  hasil  simulasi  kapasitas baterai  sebesar  2.7  Ah  dengan  nilai  konstanta  sebesar  E0 sebesar  4,0085  dan  R  sebesar  0,012333  dan  K  sebesar 0,0069621 dan A sebesar 0,31435 dan B sebesar 20,354.

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang berjudul “Pengujian Karakteristik  Baterai Lithium-ion dengan  Metode Fuzzy dengan Beban Bervariasi” dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Dari pengujian rangkaian Pulse Width Modulation dengan metode fuzzy  logic .  Semakin kecil set  point makan  nilai arus  semakin  stabil  dapat  dilihat    dari  grafik    pengujian saat menggunakan beban lampu 10 watt lebih stabil dari pada saat menggunakan beban 30 watt dikarenakan setiap kenaikan  nilai duty  cycle tidak  terlalu  tinggi  saat menggunakan arus kecil.
2. Saat  pengujian  tanpa  kontrol  didapatkan  kapasitas  lebih kecil dari pada saat pengujian menggunakan kontrol fuzzy , dan kenaikan suhu dengan kontrol lebih rendah dari pada tidak  menggunakan  kontrol.  pada  saat  pengujian  tanpa kontrol  Kapasitas  baterai  pada  saat  dibebani  lampu  10 watt, 20 watt, dan 30 watt tidak terlihat jauh berbeda yaitu sebesar 2,07 Ah, 2,02 Ah, dan 1,98 Ah, dan kenaikan suhu sebesar  2,71  celsius,  5,8  celsius,  dan  10,31  celsius. Sedangakan saat pengujian dengan menggunakan kontrol fuzzy kapasitas  baterai  bisa  mencapai  2,6  Ah,  2,32  Ah, 2,22  Ah,  dan  kenaikan  suhu  sebesar  2,44  celsius,  3,47 celsius, dan 8 celsius.
3. Kapasitas  baterai  pada  spesifikasi  tidak  sama  dengan kapasitas real dari pengujian yang telah dilakukan, dapat dilihat  dari  pengujian  menggunakan  kontrol fuzzy dari baterai yang memiliki kapasitas 3  Ah ternyata memiliki kapasitas real yang paling mendekiati spesifikasi yaitu 2,6 Ah  dengan  pengujian  menggunakan  arus  stabil  1,11 ampere.

## R EFERENSI
[1] Amir Hossein Ranjbar. Anahita Banei. Amir Khoobroo. Babak Fahimi. “ Online  Estimation  of  State  of  Charge  Li-Ion  Batteries  Using  Impuls Response Concept ”.  IEEE  Transactions on  Smart  Grid,  Vol. 3,  No. 1. March 2012
[2] Benjamin  Ballinger.  ,  Martin  Stringer.  Diego  R.  Schmeda-Lopez. Benjamin Kefford. Brett Parkinson. c , Chris Greig. Simon Smart. ‘ ’ The vulnerability of electric vehicle deployment to critical mineral supply” .
[3] Xiaopeng Chen. Weixiang Shen. Thanks Tu VO. Zhenwei Caoi. Ajay Kapoor. “An Overview of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles”.
International Power & Energy Conference . December 2012.
[4] Lvwei Huanga,b, Zhaosheng Zhanga,b, Zhenpo Wanga,b, Lei Zhanga,b, Xiaoqing Zhua,b, David D. Dorrellc ” Thermal runaway behavior during overcharge  for  large-format  Lithium-ion  batteries  with  different packaging patterns ” journal energy of storage 2019