Dasar-Dasar Mobil Listrik Bagian 1

Dasar Dasar Mobil Listrik

Membicarakan tentang Electro mobility berarti  membahas tentang semua kendaraan yag digerakkan menggunakan tenaga listrik baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Saat ini kendaraam listrik dapat dikategorikan sebagai berikut, yaitu

  • Battery-powered vehicles 
  • Hybrid vehicles (full hybrid vehicles) atau 
  • Fuel cell.


Kendaraan yang menggunakan energi listrik dibedakan berdasarkan konsep yang digunakan, dan penamaannya menunjukkan bagaimana energi listrik untuk kendaraan tersebut disuplai atau dihasilkan. 


Istilah-Istilah Mobil Listrik 


ZEV = Zero-Emission Vehicle

Merupakan kendaraan-kendaraan yang ketika bekerja tidak menghasilkan gas buang yang dapat mencemari lingkungan.

BEV= Battery-powered Vehicle. 

Kendaraan ini hanya dapat digerakkan menggunakan listrik.
Energi listrik yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor penggerak  berasal dari high-voltage battery yang dicharger secara eksternal.


Singkatan yang digunakan:

  • BEV - Battery Electric Vehicle
  • HEV - Hybrid Electric Vehicle; full hybrid vehicle
  • FCBEV - Fuel Cell Battery Electric Vehicle; battery-powered vehicle with fuel cell
  • PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle; vehicle with full hybrid drive and external charging facility
  • RXBEV - Range Extender Battery Electric Vehicle; battery-powered vehicle yang dilengkapi dengan generator drive untuk menambah jarak tempuh (range extender).


Komponen-Komponen Utama Mobil Listrik:


Komponen penggerak mobil listrik meliputi:

  • High-voltage battery yang dilengkapi dengan kontrol unit untuk mengontrol battery dan pengisian.
  • Electric motor/generator dengan kontrol elektronik (power electronics) dan cooling system
  • Transmission dan differential
  • Brake system
  • High-voltage air conditioning untuk menjaga kenyamanan kabin kendaraan.




1. Electric motor/generator
2. Transmission with differential
3. Power electronics
4. High-voltage lines
5. High-voltage battery
6. Electronics box with control unit for battery regulation
7. Cooling system
8. Brake system
9. High-voltage air conditioner compressor
10. High-voltage heating
11. Battery charger
12. Charging contact for external charging
13. External charging source


Electric Motor/Generator

Istilah electric motor/generator digunakan sebagai pengganti alternator, electric motor dan starter. Pada prinsipnya semua electric motor dapat berfungsi sebagai alternator. Saat electric motor/generator digerakkan secara mekanikal  maka ia dapat menyuplai energi listrik seperti layaknya sebuah alternator.

Sebaliknya saat sebuah electric motor/generator disuplai energi listrik maka ia akan berfungsi sebagai penggerak. Electric motor/generator yang digunakan sebagai tenaga penggerak mobil menggunakan pendingin air. Pendinginan menggunakan udara juga dimungkinkan, namun karena keterbatasan tempat dan jumlah panas yang dihasilkan cukup besar maka pendinginan udara kurang efektif





Electric motor/generator (1)
Rotor (2)
Stator (3)
Power electronics (4)
High-voltage battery (5)



Pada mobil ful hibrid (HEV), electric motor/generator juga berfungsi sebagai motor starter untuk menghidupkan mesin. Electric motor/generator umumnya menggunakan three-phase synchronous motor.

Motor listrik 3 fase disuplai listrik AC 3 fase. Sistem ini bekerja  menggunakan 3 buah gulungan koil yang disusun secara melingkar disekeliling rotor untuk membentuk sebuah gulungan stator dan setiap ujung gulungan dihubungkan membentuk gulungan 3 fase.

Pada syncronous motor ini, beberapa magnet permanen dipasangkan pada rotornya. Karena ketiga gulungan koil diberikan arus listrik secara berurutan maka gulungan akan menghasilkan medan listrik yang membuat rotor berputar saat electric motor/generator digunakan untuk menggerakkan kendaraan.

Saat berfungsi sebagai alternator, pergerakan dari rotor akan menginduksi tegangan bolak-balik 3 fase di dalam kumparan yang kemudian dirubah secara langsung menjadi tegangan listrik searah yang kemudian digunakan untuk mengisi high-voltage battery pada power electronic.

Jenis motor listrik seperti ini disebut "synchronous motor" dan biasa digunakan untuk mobil listrik. Pada konteks ini, istilah synchronous mempunyai arti berjalan dengan sinkron yang merujuk pada perbandingan kecepatan putaran antara medan listrik pada startor coil dengan kecepatan putaran rotor dengan magnet permanennya.

Kelebihan motor listrik jenis synchronous motor jika dibandingkan dengan jenis asynchronous adalah tingkat kontrolnya untuk aplikasi mobil lebih presisi.


Keunggulan Electric Motor/Generator


Electric motor/generator sangat ramah lingkungan karena suaranya yang tidak bising dan tidak mengeluarkan gas buang yang berbahaya.

Selain itu, electric motor/generator sangat responsif, mempunyai tingkat akselerasi dan efisiensi yang tinggi. Berbeda dengan combustion engine, electric motor menghasilkan daya secara bertahap pada rentang RPM yang lebih luas.

Bahkan torque maksimum bisa didapatkan pada rpm rendah, momennya baru mengalami sedikit penurunan saat putaran motor sudah sangat tinggi sekali, sehingga tidak membutuhkan penggunaan transmisi, baik manual maupun otomatis.

Arah putaran electric motor dapat dirubah dengan mudah. Motor dapat berputar searah jarum jam untuk menggerakkan mobil ke arah maju, dan kemudian dengan mudah dibuat berputar berlawanan arah jarum ketika kendaraan bergerak mundur.

Electric motor dapat hidup sendiri sendiri otomatis, sehinga tidak membutuhkan motor starter yang terpisah. Desain electric motor sangat simple dan memiliki komponen yang berputar dan bergerak lebih sedikit jika dibandingkan dengan internal combustion engine.

Hanya rotor dan permanen magnet yang berputar di dalam electric motor/generator. Tidak terdapat getaran seperti yang biasa ditemukan pada combustion engine. Tidak perlu melakukan penggantian oli karena sistem ini tidak memerlukan pelumasan oli. Konsekuensinya mobil listrik hanya membutuhkan sedikit perawatan pada unit penggeraknya.


High-Voltage Battery


High-Voltage Battery


Battery merupakan jantung dari mobil listrik. High voltage battery menyuplai tenaga listrik secara langsung menuju power electronic.

Power electronic merubah tegangan listrik DC dari battery menjadi tegangan listrik AC dan menyuplai electric motor/generator dengan listrik 3 fase melalui 3 buah kabel (U,V,W).


Penjelasan Istilah

Istilah accumulator terkadang digunakan untuk rechargeable battery. Sesungguhnya battery dan accumulator merupakan 2 media penyimpanan energi listrik yang berbeda. Saat ini istilah yang umum digunakan adalah rechargeable battery.


Battery



Rechargeable Battery/Accumulator

Istilah battery merujuk pada perangkat untuk menyimpan energi listrik dan tidak dapat dicharge kembali. Battery terbuat dari primary cell.  Tegangan total tergantung pada jumlah cell dan tegangan masing-masing cell.

Primary cell melepaskan energi kimia yang disimpannya sebagai energi listrik dalam reaksi kimia. Kondisi battery tidak dapat dikembalikan ke awal dengan melakukan charging.


Rechargeable battery terbuat dary secondary cell. Jenis recahrgeable battery yang paling popular adalah baterai asam sulfat (lead acid battery) yang umum digunakan sebgai baterai mobil-mobil konvensional.

Seperti halnya dengan baterai yang tidak bisa dicharge, jumlah energi yang dihasilkan tergantung pada jumlah secondary cell yang dihubungkan secara seri.

Berbeda dengan primary cell baterry, proses kimia baterai ini dapat dibalik. Ini artinya baterai ini dapat dicharge kembali menggunakan charger.



Tahukah Anda..? Cycle stability baterai laptop dan handphone sekitar 500 cycle (siklus). Artinya adalah baterai tersebut dapat dicharge dari posisi kosong hingga penuh sebanyak 500 kali. Setelah itu, kapasitas baterai tersebut hanya tinggal 50 % dari kapsitas yang seharusnya. Kapasitas baterai disebut dengan istilah  “State of Capacity” (SOC). Sedangkan SOH (State of Health) menunjukkan tingkat kesehatan Battery ( “health”).

Pada bab selanjutnya, penggunaan istilah high-voltage battery (HV battery) digunakan untk menyebut rechargeable battery yang berfungsi menyuplai energi listrik yang menuju ke  electric motor/generator.


Kepadatan Energy (Energy Density)

Angka ini menunjukkan hubungan antar performa battery dengan berat battery itu sendiri. Semakin tinggi angka energy density suatu baterai semakin besar energi yang dapat disimpan dan kemudian dilepaskan kembali.
Satuan untuk energi density adalah watt hours per kilogram (Wh/Kg) dan dihitung dari electrical work (Wh) dan berat dari battery (Kg).
Jangkauan sebuah mobil listrik dapat ditentukan berdasarkan energy density battery.


Life

Cycle stability  high voltage battery di set sekitar 3000 cycle selama 10 tahun, berarti 300 cycle setahun. Karena karakteristik ini maka baterai automotive yaitu baterai yang digunakan untuk mobil high voltage tidak dapat dibandingkan dengan consumers batteries yaitu battery yang digunakan pada laptop atau handphone.


Efficiency

Efficiency menunjukkan seberapa banyak energi yang sudah keluar untuk melakukan pengisian dapat digunakan kembali saat baterai sudah habis. Baterai tidak pernah mencapai tingkat efisiensi sampai 100 % karena sebagian kecil energi pengisian dilepaskan dalam bentuk panas (charge loss)



Prinsip Dasar Kerja Baterai


Excerpt from electro-chemical series of metals:
Al - Aluminium
Zn - Zinc
Fe - Iron
Cu - Copper
Au - Gold

Pada dasarnya baterai bekerja karena adanya perbedaan  tingkat potensial elektroda antara dua logam. Pada baterai, istilah potensial adalah adanya dua logam, contohnya besi dan tembaga, yang tingkat kemampuan kimia untuk melepaskan elektronnya berbeda.

Berdasarkan sifat kimia yang dimiliki setiap benda tersebut maka dapat dibuat rangkaian electro chemical yang dibutuhkan. Besi merupakan salah satu elemen yang mudah melepaskan elektronnya, artinya besi mudah dioksidasi. Tembaga elemen yang sulit melepaskan elektronnya karena reaksi kimia, artinya tembaga adalah logam yang sulit dioksidasi.

Jika Anda merendam batang seng dan batang tembaga dalam larutan elektrolit di wadah yang terpisah, maka kedua logam tersebut akan melepaskan ion ke dalam larutan elektrolit dan meninggalkan elektron di batang logam dengan tingkat laju yang berbeda . 

Schematic diagram of a battery


Karena perbedaan tingkat laju melepaskan ion antara kedua logam tersebut,  maka nantinya pada salah satu wadah yang berisi batang seng, elektronnya lebih banyak tertinggal pada batang sengnya sementara protonnya berada pada larutan elektrolit.


Sementara pada wadah yang lain yang berisi batang tembaga, yang tingkat pelapasan elektronnya lebih cepat daripada batang seng, kandungan elektron yang tertingal pada batang tembaga lebih sedikit.

Jika kedua elemen tersebut dihubungkan maka elektron yang jumlahnya lebih banyak pada batang seng akan mengalir menuju batang tembaga yang lebih sedikit elektronnya atau dengan kata lain bermuatan positif.

Karena jumlah elektron lebih banyak pada batang seng, maka ia bertindak sebagai anoda, sedangkan batang tembaga menjadi katoda. Tegangan listrik dapat diukur diantara keduanya karena perbedaan kandungan elektron antar kedua logam tersebut.

Jika Anda menghubungkan kedua elektroda tersebut dengan menggunakan konduktor, elektron akan mengalir dari anoda ke katoda.

Pengaturan ini umumnya disebut sel galvanik yang merupakan bentuk baterai paling sederhana. Jika energi dilepaskan dari baterai, anoda adalah kutub minus. Dalam baterai yang dapat diisi ulang, elektroda yang sama dapat secara bergantian berfungsi sebagai anoda atau katoda tergantung pada apakah baterai sedang diisi atau dikosongkan.


Jenis Rechargeable Battery 

Berbagai jenis baterai yang dapat diisi ulang atau Rechargeable Battery, dibedakan berdasarkan bahan yang digunakan untuk elektroda dan elektrolitnya. Rechargeable Battery  yang paling umum adalah baterai timbal-asam, nikel-kadmium, nikel-logam hidrida dan lithium-ion.

Baterai Asam Timbal

Baterai jenis ini paling umum digunakan pada sistem kelistrikan 12 V mobil konvensional Baterai ini menggunakan plat yang terbuat dari timbal dan  timbal oksida. Sedangkan elektrolitnya menggunakan asam sulfat H2SO4.


  • Membutuhkan pemeliharaan (Air aki harus selalu diperiksa dan ditambah jika kuranguntuk memastikan cairan elektrolit berada dalam batas yang seharusnya) 
  • Kurang cocok untuk digunakan pada mobil istrik karena ukurannya yang sangat besar dan bobotnya yang berat sehingga akan mengurangi kapasitas dan tenaga mobil itu sendiri. 
  • Dapat kehilangan sebagian besar kapasitasnya setelah hanya enam tahun
  • Jika rusak, elektrolit (asam) bisa bocor


Baterai Nikel-Kadmium

Baterai ini menggunakan senyawa Cadmium (Cd) dan nikel untuk elektrodanya. sedangkan bahan elektrolitnya menggunakan Kalium Hidroksida.


  • Baterai ini sering disebut juga baterai alkaline
  • Memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi daripada baterai asam timbal
  • Tidak terlalu rentan terhadap kerusakan yang dapat menyebabkan kebocoran elektrolit.
  • Tunduk pada efek memori. Baterai jenis ini hanya dapat mentolerir pelepasan daya dalam atau pengisian berlebih hanya sampai batas tertentu tanpa menjadi kurang efisien
  • Bahan kimia kadmium merupakan bahan yang beracun.


Baterai Hydride Nikel-Logam

Baterai ini menggunakan senyawa nikel dan senyawa logam lain untuk elektroda. Kalium hidroksida adalah elektrolitnya. Baterai ini memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi daripada baterai Ni-Cd dan relatif tahan terhadap kerusakan.

Bahkan jika efek memori tidak terjadi sejauh baterai Ni-Cd, baterai ini juga kehilangan efisiensi selama masa pakainya. Sampai batas tertentu, hilangnya efisiensi ini dapat dibalikkan. Baterai hidrida logam nikel tidak mengandung logam berat beracun seperti timah atau kadmium. Elektrolit disimpan dalam baterai dalam bentuk padat. Jika perumahan rusak, hanya beberapa tetesan akan lolos.


Baterai ion lithium

Baterai ini menggunakan oksida logam lithium dan grafit untuk elektroda. Pelarut yang berbeda untuk garam litium membentuk elektrolit. Baterai lithium ion hanya mengandung sedikit air dan tidak memiliki efek memori. Dibandingkan dengan baterai nikel kadmium, mereka memiliki kepadatan energi lebih dari dua kali lipat. Ini berarti bahwa jenis baterai ini membutuhkan lebih sedikit ruang dalam kendaraan listrik sehingga menyisakan lebih banyak ruang untuk penghuni dan kompartemen bagasi.


  • Kepadatan 0,534g / cm3 (dibandingkan: H2O = 1g / cm3)
  • Penggunaan dalam Baterai Dalam bentuk lithium-karbonat (Li2CO3); sekitar Diperlukan 3 kg lithium murni untuk membangun baterai yang menghasilkan 20 kWh
  • Keuntungan Pengisian cepat karena radius ion rendah.
  • Tidak ada efek memori


Jika baterai lithium-Ion terkena suhu tinggi, proses dekomposisi dapat mengakibatkan baterai. Hal ini dapat menyebabkan kebakaran atau emisi gas berbahaya. Garansi pabrik harus selalu diperhatikan ketika bekerja dengan baterai ini.


0 Response to "Dasar-Dasar Mobil Listrik Bagian 1 "

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel