Prinsip Kerja Pengereman Regeneratif

Encrypting your link and protect the link from viruses, malware, thief, etc! Made your link safe to visit.

Sistem pengereman adalah sebuah sistem yang berfungsi untuk menghalangi suatu gerakan. Sistem pengereman bertugas mengkonversi energi mekanis (energi gerak) suatu benda ke bentuk lain sehingga gerakan benda tersebut menjadi berkurang. Pada mobil yang sedang bergerak misalnya, sistem rem mengkonversikan energi gerak mobil menjadi panas yang terbuang melalui gesekan pada kanvas rem dengan piringan ataupun tromol roda. Dengan kata lain sistem rem konvensional (sebut saja rem tormol ataupun rem cakram) membuang begitu saja energi panas yang terjadi pada saat proses pengereman.

Sistem Pengereman Konvensional

Pengereman regeneratif, atau yang lebih dikenal dalam Bahasa Inggris dengan istilah regenerative braking, menjadi satu model sistem pengereman yang dapat meminimalisir energi terbuang pada sistem pengereman konvensional. Secara etimologi regenerative berasal dari kata re-generate yang berarti dibangkitkan kembali atau singkat kata diregenerasi. Sehingga secara garis besar pengereman regeneratif adalah sebuah sistem pengereman dengan jalan mengkonversikan energi mekanis sistem menjadi bentuk energi lain yang dapat disimpan untuk digunakan kembali nanti pada saat dibutuhkan.

Di dunia otomotif dikenal ada dua tipe pengereman regeneratif, yakni tipe elektrik dan tipe mekanik. Penggolongan keduanya adalah berdasarkan bentuk energi yang tersimpan pada sistem pengereman regeneratif. Pengereman regeneratif tipe elektrik menyimpan energi dalam bentuk listrik pada baterai, sedangkan tipe mekanik menyimpan energi dalam bentuk putaran kinetik pada sebuah flywheel (roda gila).

Pengereman Regeneratif Elektrik

Sistem pengereman regeneratif tipe elektrik sangat umum digunakan pada mobil-mobil listrik maupun hybrid. Mobil listrik menggunakan motor listrik sebagai penggerak roda dan baterai sebagai tempat menyimpan energi listrik. Pada saat pengemudi menginjak pedal gas, supply listrik dari baterai masuk ke motor listrik sehingga mobil berakselerasi. Sedangkan pada saat pengemudi melepas pedal gas ataupun menginjak pedal rem, motor listrik akan berubah fungsi menjadi generator sehingga putaran roda mobil seakan-akan terbebani oleh generator tersebut. Pada saat inilah energi kinetik putaran roda terkonversi menjadi energi listrik yang akan disimpan di baterai.

Diagram Sistem KERS Pada Mobil Balap Formula 1
(Sumber)

Salah satu aplikasi regenerative braking tipe elektrik ada pada mobil balap Formula 1 yang dikenal dengan nama Kinetic Energy Recovery System dan disingkat menjadi KERS. KERS tersusun atas tiga komponen utama yaitu mesin DC (motor sekaligus generator DC), Electronic Control Unit, dan baterai. Mesin DC akan aktif menjadi generator hanya pada saat pengemudi menginjak pedal rem. Pada saat proses pengereman ini, sebagian energi kinetik digunakan untuk memutar generator, dikonversikan menjadi energi listrik, dan disimpan di baterai.

Tombol KERS Pada Kemudi Mobil F1

Untuk menggunakan energi yang tersimpan oleh KERS, pengemudi tinggal menekan tombol KERS pada kemudi. Pada saat tombol tersebut ditekan, ECU akan mengatur sedemikian rupa sehingga energi listrik yang tersimpan di dalam baterai tersupply ke mesin DC. Mesin DC akan bekerja sebagai motor listrik dan menambah daya mesin mobil. Menurut regulasi F1, sistem KERS dapat menambah daya mesin sebesar 85bhp dalam waktu kurang dari 7 detik.

Diagram Sederhana Rangkaian Mesin DC dengan Pengereman Regeneratif
(Sumber)

Komponen ECU berfungsi untuk mengontrol mesin DC sehingga ia dapat berfungsi sebagai motor ataupun generator sesuai dengan keinginan pengemudi. Gambar diatas adalah rangkaian elektronik sederhana di dalam ECU sebuah mobil listrik. Rangkaian tersebut dilengkapi dengan komponen utama MOSFET (Q1-4). MOSFET yang merupakan singkatan dari Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, adalah sebuah transistor yang dapat meng-ON-OFF-kan arus bernilai besar secara cepat dibawah kontrol voltase rendah. Fungsi utama dari MOSFET mirip dengan saklar DIMMER, kecepatan putaran motor listrik diatur oleh transistor ini dengan mengatur frekuensi sinyal ON dan OFF supply arus ke motor listrik. Selain MOSFET rangkaian di atas juga dilengkapi dengan diode sebagai penyearah arus.

(a)

(b)

(c)

(d)
Aliran Arus Proses Pengereman Regenerative Elektrik

Gambar-gambar di atas adalah skema arah arus listrik rangkaian ECU pada berbagai kondisi mesin DC termasuk putaran maju, putaran mundur, serta proses regenerative braking. Gambar (a) adalah kondisi pada saat motor digunakan untuk mobil bergerak maju, dimana Q1 dan Q4 pada posisi ON. Aliran arus listrik sesuai dengan yang ditunjukan oleh garis merah dan melewati kumparan Lf, MOSFET Q1, motor listrik (La), dan MOSFET Q4.

Saat pengemudi melepas pedal akselerasi, rangkaian akan berposisi sesuai dengan gambar (b). Dimana Q1 dan Q4 berposisi OFF, sehingga tidak ada supply tegangan ke motor. Pada kondisi ini, mesin DC akan bekerja sebagai generator karena ia tetap berputar dengan arah putaran yang sama dengan sebelumnya, sebagai akibat dari kelembaman kendaraan yang masih bergerak. Dengan arah putaran yang sama ini, maka arah arus yang dihasilkan oleh generator adalah melawan arah arus pada gambar (a). Arah arus yang demikian menghasilkan proses pengisian energi listrik ke baterai, dan karena proses ini menimbulkan efek torsi yang arah nya melawan arah putaran mesin DC maka akan menimbulkan efek pengereman pada mesin, di sinilah proses pengereman regeneratif terjadi.

Diagram rangkaian (c) adalah kondisi pada saat mesin DC berfungsi sebagai motor dengan arah putaran yang berlawanan arah dengan kondisi (a). Kondisi ini berguna pada saat kendaraan listrik melakukan manuver reverse atau berjalan mundur. Dengan membalik arah supply arus ke mesin DC akan didapatkan putaran terbalik. Kondisi ini diatur dengan jalan meng-ON-kan MOSFET Q2 dan Q3. Pada saat pengemudi melepas pedal akselerasi, proses pengereman regeneratif kembali terjadi (gambar d). Dimana MOSFET Q2 dan Q3 berada pada posisi OFF, arus listrik berbalik arah melewati diode-diode, dan pengisian baterai kembali terjadi. Proses ini menimbulkan torsi dengan arah melawan arah putaran rotor mesin DC, sehingga torsi ini berfungsi sebagai gaya pengereman.

Pengereman Regeneratif Pada Mobil BMW i3

Untuk lebih memahami bagaimana pengereman regeneratif elektrik bekerja, mari kita bahas video di atas. Video di atas adalah cuplikan sebuah perjalanan mobil listrik BMW i3. Layar dibagi menjadi empat dimana layar kiri atas adalah tampilan dashboard mobil, kanan atas tampilan perjalanan mobil, kiri bawah adalah kondisi pedal akselerasi dan rem selama perjalanan, dan kanan bawah adalah tampilan belakang mobil. Tampilan dashboard mobil adalah yang paling penting. Karena BMW i3 adalah murni 100% mobil listrik, maka tampilan dashboard pun berbeda dengan mobil biasa. Dashboard mobil ini menampilkan penunjukan ecoboost pada saat akselerasi dan charging saat pedal akselerasi dilepas (pengereman regeneratif). Pengereman regeneratif pada mobil listrik ini, memiliki fungsi yang sama dengan engine brake pada mobil bensin maupun solar.

Pengereman Regeneratif Mekanik

Pengereman regeneratif mekanik menyimpan energi dari proses pengereman ke dalam bentuk energi mekanik. Alat utama yang digunakan untuk menyimpan energi mekanik tersebut yakni sebuah flywheel atau roda gila. Roda gila ini ditempatkan di dalam sebuah tabung vakum bebas udara dengan tujuan untuk meminimalisir gaya gesek pada saat roda gila berputar. Roda gila dihubungkan dengan poros roda mobil oleh transmisi variabel kontinyu (Continuous Variable Transmission/CVT). Untuk lebih jelasnya mari perhatikan gambar komponen-komponen sistem pengereman regeneratif mekanik yang diterapkan pada mobil Volvo berikut.

Komponen-komponen Sistem Pengereman Regeneratif Mekanik
(Sumber)

Pada sistem Volvo ini, flywheel dikopling dan di-de-kopling dengan poros roda belakang oleh sistem transmisi CVT. CVT menghubungkan roda gila dengan poros roda pada saat mobil melambat, memutar roda gila hingga 60.000 rpm, dan melepas roda gila dengan poros roda pada saat mobil benar-benar berhenti. Roda gila akan terus berputar, hingga mobil melakukan akselerasi, pada saat ini CVT kembali menghubungkan roda gila dengan poros roda untuk menambah tenaga akselerasi mobil. Volvo mengklaim sistem ini tidak hanya dapat mengurangi konsumsi bahan bakar, namun juga dapat menambah tenaga akselerasi mobil hingga 80 tenaga kuda.

Sistem KERS Pada Mobil Volvo

Roda gila pada sistem pengereman regeneratif kinetik ini tentu tidak dapat selamanya berputar, karena roda gila akan kehilangan momen inersianya sepanjang waktu. Karena hal inilah maka sistem pengereman regeneratif tipe kinetik lebih efisien digunakan pada kondisi traffic yang stop and go. Selain itu, efisiensi roda gila juga ditentukan dengan bobotnya. Maka dari itu Volvo mendesain flywheel-nya berdiameter 20 cm dengan bobot 6 kg. Roda gila ini berputar di dalam tabung vakum udara untuk meminimalisir kerugian gesek yang mungkin terjadi.

Referensi:

eBook Gratis Sistem Pengereman Regeneratif:

Prinsip Kerja Pengereman Regeneratif

0 Response to "Prinsip Kerja Pengereman Regeneratif"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel