Desain dan Implementasi Wireless Power Transfer untuk Aplikasi Pengisian Baterai Kendaraan Listrik

Dzulfikar, Rifki Daris (2023) Desain dan Implementasi Wireless Power Transfer untuk Aplikasi Pengisian Baterai Kendaraan Listrik. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 07111940000090-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Selama beberapa dekade terakhir, minat terhadap elektrifikasi transportasi dan kendaraan listrik telah meningkat secara signifikan. Beberapa tantangan telah muncul dalam mengimplementasikannya, seperti ukuran baterai, jarak tempuh, harga yang tinggi, dan sistem pengisian baterai kendaraan listrik. Upaya telah dilakukan untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, salah satunya adalah pengembangan infrastruktur stasiun pengisian baterai kendaraan listrik. Salah satu skema pengisian baterai kendaraan listrik yang berpotensi diimplementasikan adalah pengisian nirkabel menggunakan metode wireless power transfer (WPT). Transfer daya secara nirkabel dapat mengatasi beberapa kelemahan dari skema pengisian dengan kabel. Namun, pengisian nirkabel cenderung sensitif terhadap jarak dan sudut transfer daya, yang dapat mengurangi efisiensi sistem. Penelitian ini membahas pembuatan desain dan implementasi sistem wireless power transfer dengan menggunakan bahan yang tersedia di dalam negeri. Dalam sistem ini, kapasitor kompensasi digunakan untuk memastikan sistem bekerja dalam kondisi resonansi, dengan frekuensi sistem yang disesuaikan dengan frekuensi resonansi. Dalam kondisi resonansi, sistem dapat bekerja secara optimal karena dapat mengurangi kerugian yang disebabkan oleh reaktansi fluks bocor dari kumparan yang digunakan. Rangkaian resonansi dalam penelitian ini disimulasikan menggunakan perangkat lunak PSIM, sementara desain pemodelan kumparan dengan mempertimbangkan dimensi dan bentuk kumparan menggunakan perangkat lunak Ansys Maxwell 3D yang menggunakan metode elemen hingga (finite element methods/FEM). Desain sistem WPT yang diimplementasikan memiliki daya 250 Watt pada tegangan input 48V dan frekuensi 100 kHz. Hasil simulasi yang diperoleh dari perangkat lunak Ansys Maxwell 3D meliputi nilai induktansi kumparan dan koefisien kopling untuk rentang jarak antara kumparan 1 hingga 10 cm. Data koefisien kopling yang diperoleh digunakan pada perangkat lunak PSIM sebagai representasi variasi jarak kumparan. Simulasi pada perangkat lunak PSIM telah sesuai dengan teori resonansi. Pada implementasi nyata, hasilnya menunjukkan daya output yang diterima oleh beban sebesar 130,98 Watt dengan efisiensi daya sebesar 67,4%. Rentang frekuensi resonansi yang ditemukan dalam penelitian ini untuk transfer daya antara 1 hingga 10 cm adalah 102,349 hingga 166,176 kHz. Nilai ini berbeda dengan simulasi karena penggunaan kapasitor kompensasi yang berbeda sesuai dengan bahan yang tersedia di pasar Indonesia. Penelitian ini memberikan panduan dalam merancang sistem transfer daya secara nirkabel dan mempertimbangkan parameter-parameter yang mempengaruhi transfer daya secara nirkabel.

====================================================================================================================================

Interest in electrifying transportation and electric vehicles has significantly increased over the past few decades. Several challenges have emerged in its implementation, such as battery size, range, high prices, and electric vehicle charging infrastructure. Efforts have been made to overcome these challenges, including developing electric vehicle charging station infrastructure. One potential scheme for charging electric vehicle batteries is wireless charging using the method of wireless power transfer (WPT). Wireless power transfer can overcome some disadvantages of wired charging schemes. However, wireless charging tends to be sensitive to distance and angle of power transfer, which can reduce system efficiency. This research discusses designing and implementing a wireless power transfer system using domestically available materials. In this system, a compensation capacitor ensures that the system operates under resonance conditions, with the system frequency adjusted to the resonant frequency. Under resonance conditions, the system can work optimally by reducing losses caused by leakage flux reactance from the coils. The resonance circuit in this study is simulated using PSIM software. At the same time, the coil modeling design, considering coil dimensions and shape, is done using Ansys Maxwell 3D software, which utilizes finite element methods (FEM). The implemented WPT system design has a power of 250 Watts at an input voltage of 48V and a frequency of 100 kHz. Simulation results obtained from Ansys Maxwell 3D software include coil inductance values and coupling coefficients for a range of distances between coils from 1 to 10 cm. The obtained coupling coefficient data is used in PSIM software to represent coil distance variations. Simulations in the PSIM software align with resonance theory. In a real-world implementation, the results show an output power received by the load of 130.98 Watts with a power efficiency of 67.4%. The resonant frequency range found in this research for power transfer between 1 to 10 cm is 102.349 to 166.176 kHz. These values differ from the simulations due to using different compensation capacitors based on available materials in the Indonesian market. This research guides in designing wireless power transfer systems and considering parameters that affect wireless power transfer.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Finite Element, Frekuensi, Jarak, Resonansi, Wireless Power Transfer ======================================================================================================================== Distance, Finite Element, Frequency, Resonant, Wireless Power Transfer
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2692 Inverters T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7872 Electric current converters, Electric inverters. T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7872 Electromagnetic Devices
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Rifki Daris Dzulfikar
Date Deposited:	26 Jul 2023 02:33
Last Modified:	26 Jul 2023 02:33
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/99230

Actions (login required)

View Item