## PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PROTOTIPE WIRELESS POWER TRANSFER PADA SEPEDA MOTOR LISTRIK
Indra Hartarto Tambunan 1* , Ester Yemima br Bangun 2 , I Gde Eka Dirgayussa 3 , Angela Grace Gitarana Doloksaribu 4 , Andreas Stephan Simanjuntak 5 1, 2, 3, 4, 5 Department of Electrical Engineering Institut Teknologi Del Tapanuli Utara, Indonesia email : indra.tambunan@del.ac.id *
Abstrak: Kemajuan teknologi sistem Wireless Power Transfer (WPT) semakin banyak diaplikasikan pada proses pengisian ulang daya battery package sepeda motor listrik. Battery package sepeda motor listrik 48 Volt 15 Ah digunakan sebagai referensi target capaian pada penelitian ini. Sistem  WPT dirancang mampu mentranfer atau menghasilkan daya sebesar 10% kapasitas battery package . Pemanfaatan hukum faraday yang menyatakan jumlah lilitan  koil transmitter dan receiver yang  digunakan  pada  sistem  WPT  mempengaruhi  perubahan  fluks  dan banyaknya energi yang mampu di transfer oleh koil. Pada paper ini akan dijelaskan percobaan sistem WPT untuk membandingkan efisiensi sistem dengan merubah variabel diameter koil, jumlah lilitan koil dan jarak antar koil. Percobaan menunjukkan bahwa semakin besar diameter koil semakin besar pula daya keluaran pada koil receiver . Semakin  banyak  jumlah  lilitan  koil  maka  akan  semakin  besar  pula  daya  keluaran  pada  koil  receiver,  namun semakin besar jarak antar koil maka semakin kecil pula daya output pada koil receiver .
Kata Kunci : Induksi elektromagnetik, receiver, transmitter, Wireless Power Transfer.
Abstract:  Advances  in  Wireless  Power  Transfer  (WPT)  system  technology are  increasingly  being applied to  the process  of recharging battery packages for electric motorbikes. The battery package for an electric motorbike, 48 Volt 15 Ah, is used as a reference for the achievement target in this research. The WPT system is designed to be able to transfer or produce power equal  to  10%  of  the  battery  package  capacity.  Utilization  of  Faraday's  law  which  states  that  the  number  of  turns  in  the transmitter and receiver coils used in the WPT system affects changes in flux and the amount of energy that can be transferred by the coil. In this paper, we will explain the WPT system experiments to compare system efficiency by changing the variables of coil diameter, number of coil turns, and distance between coils. Experiments show that the larger the coil diameter, the greater the output power on the receiver coil. The more turns the coil has, the greater the output power on the receiver coil, but the greater the distance between the coils, the smaller the output power on the receiver coil.
Keywords: Electromagnetic induction, receiver, transmitter, Wireless Power Transfer.

## PENDAHULUAN
Sistem  WPT  dengan  motode  induksi elektromagnetik semakin banyak diaplikasikan pada teknologi  pengisian  ulang  daya  baterai  kendaraan listrik,  alat  elektromagnetik  seperti  handphone  dan lain-lain.  Penggunaan  teknologi  ini  tengah  popular di  Eropa  dan  Asia  khusunya  Jepang  [1]. Pengembangan  sistem  WPT  juga  didukung  oleh Pemerintah  Indonesia.  Peningkatan  produksi  dan penggunaan  kendaraan  listrik  khususnya  sepeda motor  listrik  mendukung  perkembangan  teknologi sistem  WPT  yang  akan  meningkatkan  pengalaman penggguna  dalam  melakukan proses  isi  ulang  daya baterai  sepeda  motor  listrik.  Sistem  WPT mentransfer energi listrik dari sumber listrik AC 220 Volt  50  Hz  ke  beban  tanpa  koneksi  kabel  yang menjadi  keunggulan  sistem  ini.  Kemudahan pengisian daya dan keamanan melakukan pengisian daya dapat dicapai dengan sistem ini [2].

## Gambar 1. Blok diagram umum sistem WPT
Sistem  WPT  secara  umum  terdiri  atas bagian transmitter dan receiver. Transmitter merupakan bagian yang menerina inputan tegangan dan  arus  AC  220  volt  50  Hz,  sedangkan receiver merupakan  bagian  yang  memberikan  keluaran tegangan  dan  arus  DC  pada  load  seperti  baterai kendaraan  listirk,  handphone  dan  lain-lain  seperti yang  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Terdapat  empat metode  sistem  WPT  yang  umum  digunakan  yakni electromagnetic  induction,  magnetik  resonance, elektrik field couplin g, dan radio receptioning [2]. Prinsip  induksi  elektromagnetik  adalah timbulnya  gerak  gerak  listrik  didalam  suatu kumparan,  jika  terdapat  perubahan  fluks  magnetik ketika arus AC mengalir melalui kumparan, medan magnet  terbentuk  di  sekitar  kumparan.  Jika kumparan  lainnya  ditempatkan  di  dekat  kumparan pertama  dalam  keadaan  ini,  medan  magnet  dari
kumparan  pertama  juga  terjadi  pada  kumparan  ke dua.  Peristiwa  ini  yang  mengakibatkan  terjadinya transfer energi nirkabel diantara dua kumparan [3]. Hukum  Faraday  [4]  yang  menemukan  beberapa faktor  yang  mempengaruhi  besarnya  gaya  gerak listrik,  yaitu  induksi  yang  bergantung  pada  waktu sehingga  semakin  cepat  perubahan  medan  magnet akan  semakin  besar  pula  gaya  gerak  listrik.  Gaya gerak  listrik  berbanding  terbalik  dengan  laju perubahan medan magnet, tetapi sebanding dengan laju  perubahan  fluks  magnetik  yang  bergerak melintasi luas penampang kumparan.
Kemampuan rangkaian elektronika memunculkan gaya gerak listrik terhadap arus yang mengalir disebut induktasi.
V = L ⅆⅈ ⅆt (1)
L = N2μ0A l (2) V[ 𝑣𝑜𝑙𝑡 ]sebagai gaya gerak listrik, L[Henry] sebagai induktansi diri koil, I[Ampere] sebagai arus, dan N sebagai  jumlah  lilitan  koil.  Melalui  persaaman  (2) besarnya  gaya  gerak  listrik  pada  suatu  kumparan dipengaruhi oleh jumlah lilitan koil [5].

## METODE
A. Tahap  Penelitian Desain  dan  Implementasi Sistem WPT
Gambar 2. Blok diagram penelitian sistem WPT
Implementasi  sistem  WPT  terlebih  dahulu dilakukan  simulasi  dengan Ansys  Elektromagnetik yang  menunjukkan  induksi  elektromagnetik  dapat terjadi  akibat  perubahan  arus  pada  koil transmitter yang  mempengaruhi  koil receiver .  Simulasi dilakukan  dengan  mendesain  koil transmitter berdiameter  20  cm  6  lilitan  yang  diberikan  input tegangan  dan  arus  AC  20  KHz  sehingga  terjadi induksi elektromagnetik pada koil receiver berdiameter 20 cm 6 lilitan.
Implementasi  dilanjutkan  dengan  desain  koil transmitter  dan  receiver  secara  riil.  Desain  koil dilakukan  dengan  mencoba  variasi  lilitan  dan
diameter  koil.  Tahapan  desain  dan  ujicoba  koil sistem WPT ditunjukkan pada Gambar 3.
Desain dan uji coba koil sistem WPT pada tahap  pertama  dilakukan  dengan  dua  diameter  koil yang berbeda yakni koil berdiameter 19 cm dan 4 cm dengan  jumlah  lilitan  sama  sebanyak  25  lilitan. Desain  dan  uji  coba  koil  dilanjutkan  dengan memvariasikan jumlah lilitan koil berdiameter 4 cm menjadi 60, 70, 80, 90, dan 100 lilitan.
Sistem WPT diharapkan mampu mentransfer daya sebesar 10% dari kapasitas battery package yakni  sebesar  72  watt.  Pemilihan  metode induksi  elektromagnetik  dalam  penelitian  ini menjadikan  variabel  jumlah  lilitan  koil transmitter dan receiver menjadi  variabel  bebas  yang mempengaruhi efisiensi sistem WPT
Gambar 3. Blok diagram desain koil sistem WPT
Langkah
selanjutnya adalah mengimplementasikan  rangkaian  sistem  WPT secara  rill  sesuai  pada  blok  diagram  sistem  pada Gambar  4  (a).  AC/DC  konverter  pada  sisi transmitter diimplementasikan dengan programable power  supply ,  GZF-1000  Watt high  frekuensi inverter ,  koil transmitter dengan  variasi  ukuran diameter dan jumlah lilitan koil.
Pada  sisi receiver diimplementasikan menggunakan  koil receiver dengan  variasi  ukuran diameter dan jumlah lilitan koil receiver , rangkaian full  bridge  rectifier ,  dan  arduino  uno  sebagai load seperti yang terlihat pada Gambar 4 (b).
(a)

## (b)
Gambar 4. (a) Blok rangkaian sistem wireless power transfer (b) Implementasi WTP dengan Arduino.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  akhir  penelitian  ini  dihasilkan  data  dari proses  pengujian  sistem  WPT  dengan  metode induksi  elektromagnetik.  Penelitian  dilakukan dengan  variasi  diameter  koil,  jumlah  lilitan,  arus inputan  sistem,  dan  jarak  antar  koil.  Hasil  yang disajikan  pada  bab  ini    berupa  data  yang  diperoleh menggunakan  modul  koil  berdimaeter  19  cm  25 lilitan , koil berdiameter  4  cm  25  lilitan,  koil berdiameter 4 cm 60, 70, 80, 90, dan 100 lilitan.

## B. Percobaan  Sistem  WPT  dengan  Koil Berdiameter 19 cm dan 4 cm
Percobaan pertama dilakukan
menggunakan  dua  koil  dengan  diameter  berbeda yakni  19  cm  dan  4  cm  dengan  jumlah  lilitan  koil sebanyak 25 lilitan.
Berdasarkan  Tabel  1  perbandingan  nilai daya  output  rangkaian rectifier ketika  jarak  antar koil adalah sama sejauh 0 cm dan diameter koil 19 cm  lebih  besar  dari  pada  daya  keluaran  rangkaian rectifier ketika  diameter  koil  adalah  4  cm.  Melalui Tabel 1 juga dapat dilihat ketika koil berdiameter 19 cm pada jarak 20 mm transfer daya secara nirkabel masih memberikan daya keluaran sebesar 0.52 Watt pada  rangkaian  rectifier.  Ketika  koil  berdiameter  4 cm  pada  jarak  7  mm  daya  keluaran  rangkaian rectifier hanya  sebesar  0.072  Watt.  Melalui percobaan  ini  koil  dengan  diameter  lebih  besar mampu  mentrasfer  daya  dengan  jarak  yang  lebih jauh.  Pada  percobaan  sistem  WPT  dengan  koil berdiameter  19  cm  dengan  jarak  antar  koil  0  mm bekerja dengan efisiensi 2.1%.
Tabel 1. Daya output sistem WPT Diameter koil (cm) Jarak koil (mm) Daya input inverter (watt) Daya output receiver koil (watt) Daya output rectifier (watt) 19 0 24.32 16.414 0.52 20 24.32 8.864 0.52 4 0 24.32 18.72 0.387 5 24.32 14.75 0.327 7 24.32 8.64 0.072 C. Percobaan  Sistem  WPT  dengan  Koil
Berdiameter 4 cm dengan variasi jumlah lilitan.
Percobaan sistem WPT dilanjutkan dengan
koil transmitter dan receiver berdiameter  4  cm kemudian  memvariasikan  jumlah  lilitan  koil sebanyak 60, 70, 80, 90, dan 100 lilitan.
Tabel 2. Daya output sistem WPT berdasarkan jarak koil dan jumlah lilitan Jumlah lilitan Jarak koil (mm) Daya input inverter (watt) Daya output receiver koil (watt) Daya output rectifier (watt) 60 0 23.79 0.459 0.0668 5 23.79 0.3657 0.0645 70 0 24.3 0.089 0.0659 5 24.3 0.059 0.0298 80 0 24.27 0.3 0.091 5 24.27 0.1496 0.0654 90 0 25.2 0.324 0.097 5 25.2 0.22 0.0825 100 0 25.2 0.324 0.097 5 25.2 0.22 0.0825
Tabel  2  menunjukkan  nilai  daya output yang  dihasilkan  setiap  sub  rangkaian  sistem  WPT dengan  variasi  jumlah  lilitan  dan  ketika  jarak  koil sejauh 0 dan 5 mm. Ketika jumlah lilitan koil adalah 60 lilitan daya keluaran rectifier sebesar 0.0668 Watt pada  jarak  antar  koil  adalah  0  mm.  Daya  keluaran rangkaian rectifier meningkat pada setiap peningkatan  jumlah  lilitan  koil  pada  jarak  0  mm. Ketika jumlah lilitan koil sebanyak 100 lilitan daya keluaran rangkaian rectifier sebesar 0.097 Watt pada jarak 0 mm.
Tabel 3. Perbandingan daya keluaran sistem WPT terhadap jumlah lilitan koil Jumlah Lilitan Daya input inverter (watt) Daya output koil receiver (watt) Daya output rectifier (watt) Efiensiensi (%) 60 23.79 0.0459 0.0668 0.28079 70 24.3 0.089 0.0669 0.275309 80 24.27 0.3 0.091 0.374948 90 25.2 0.324 0.097 0.384921 100 26.32 1.68 0.1752 0.691943
Gambar 5. Grafik peningkatan efisiensi sistem WPT terhadap peningkatan jumlah lilitan
Melalui Tabel 3 dapat dilihat ketika jumlah lilitan  meningkat,  maka  daya  keluaran  masing- masing sub rangkaian sistem WPT  juga meningkat. Efisiensi  sistem  meningkat  dari  0.28079%  ketika jumlah  lilitan  koil  adalah  60  lilitan  menjadi 0.691943% dengan jumlah lilitan koil sebanyak 100 lilitan.  Pada  Gambar  1  dapat  dilihat  pengingkatan efisiensi sistem terhadap peningkatan jumlah lilitan koil. Dengan meningkatkan jumlah lilitan koil maka efisiensi sistem WPT juga meningkat.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan  didapatkan  bahwa  sistem  WPT  yang sudah diimplementasikan menggunakan koil transmitter dan receiver berdiameter  4  cm  dengan memvariasikan  jumlah  lilitan  koil  menjadi  60.  70, 80,  90,  dan  100  lilitan  mampu  bekerja  dengan efisiensi  0,28079%  ketika  lilitan  koil  berjumlah 60 lilitan. Efisiensi sistem meningkat menjadi 0.691943%  ketika  lilitan  koil  sebanyak  100  lilitan. Percobaan  dilanjutkan  dengan  mengganti  koil menjadi  dua koil  modul  WPT  berdiameter  berbeda yakni modul koil WPT berdiameter 4 cm dan 19 cm. Efisiensi  sistem  dengan  modul koil  WPT berdiameter  4  cm  adalah  1.5%  meningkat  menjadi 2.1% ketika diameter modul koil WPT adalah 19 cm. Setiap percobaan juga dilakukan dengan memvariasikan jarak transfer antar koil. Ketika jarak koil meningkat maka daya keluaran yang dihasilkan koil receiver dan  rangkaian rectifier menurun. Berdasarkan penelitian ini maka untuk meningkatkan  efiensi  sistem  WPT  dapat  dilakukan dengan menambah diameter dan jumlah lilitan koil yang digunakan. Untuk meingkatkan efisiensi sistem WPT  juga  dilakukan  dengan  jarak  transfer  yang sangat  dekat  bahkan  hampir  tidak  ada  jarak  antara koil transmitter dan receiver yakni 0 mm.
Berdasarkan  spesifikasi  sistem  WPT  yang diharapkan  mampu  mentransfer  daya  sebesar  72 Watt  yakni  10%  dari  kapasitas bettery  package sepeda  motor  lisrrik,  penelitian  desain  dan implementasi sistem WPT hanya mampu menghasilkan  daya  maksimal  sebesar  0.52  Watt dengan  efiensi  2.1%  yang  belum  mampu  mengisi ulang daya battery package sepeda motor listrik.
D AFTAR P USTAKA [1] Kemenperi, Siap-Masuki-Era-Kendaraan- Listrik, Indonesia-Fokus-Bangun-Ekosistem . Diakses pada 16 Januari 2023, dari kemenperin.go.id  artikel  Siap  Masuki  Era Kendaraan  Listrik,  Indonesia  Fokus  Bangun Ekosistem, 2021, www.kemenperin.go.id.
[2] Mude,  Kishore  Naik,  “Wireless  Poer  Transfer for  Electric  Vehicle”,  University  of  Padove, ItalyUgitur675r, 2023.
[3] Bachtiar,  Reyvaldi  Raffly,  Sunardi,  dan  Andri Pradipta,  “ Wireless  Charging  untuk  Prototype Rail  Rapid  Transit”, no.  November,  pp.  4-6, 2021.
[4] Obert  Schuylenberg  koeranad  van,  puers, “ Inductive Powering: Basic Teory ang Application to Biomedical System ” no. 1, 2019.
[5] H. Nurdiansari, A.D. Santoso, dan N.J. Rahman, “ Electromagnetic  Wireless  Charging  System” , J. 7 Samudra, vol. 7, no.2, pp. 7-12, 2022.
[6] Kim  and  F.  Bien,  “Electric  field  coupling technique of wireless power transfer for electric vehicles,” IEEE  2013  Tencon  -  Spring,
TENCONSpring 2013  - Conf. Proc. , vol. 1, pp. 267–271, 2013, doi:
10.1109/TENCONSpring.2013.6584453
[7] Triviño-Cabrera,  Z.  Lin,  and  J.  A.  Aguado, “Impact  of  coil  misalignment  in  data transmission  over  the  inductive  link  of  an  EV wireless charger,” Energies , vol. 11, no. 3, pp. 1–11, 2018, doi: 10.3390/en11030538T75r76
[8] Winarso  dan  S.  Alfaris,  “Efek  Diameter  Coil, Perbandingan  Jumlah  Lilitan,  Jenis  Coil,  Pada Trasmitter  Receiver  Terhadap  Efisiensi  Energi Transfer  Wireless  Transfer  Electricity  Dengan Metode  Desain  of  Experiment  (Doe),” Media Stat. ,  vol.  9,  no.  1,  pp.  31–40,  2016,  doi: 10.14710/medstat.9.1.31-40.
[9] D. A. Aziz, Ahmad Lukhfhy Abd Razak, Mohd Izhar Abu Bakar, Nulida Ab. Aziz “Astudy on Wireless  Power  Transfer  Using  Tesla  Coil Technique” S. Utomo, Pusat Penelitian Tenaga
Listrik dan Mekatronik (Indonesia), Institute of Electrical and Electronics Engineers. Indonesia Section,  and  Institute  of  Electrical  and Electronics  Engineers,  “Proceedings,  2016 International Conference on Sustainable Energy Engineering  and  Application  (ICSEEA) : ‘Sustainable  energy  for  a  better  life’ :  3-5
October 2016, Indonesia Convention Exhibition,  Banten,  Indonesia,”  pp.  34–40, 2016.
[10] S. Nasional, T. Elektro, S. Informasi, and T. Informatika, “Perancangan Model Wireless Fast Charging,” pp. 203–208, 2022