Elektrologi

Pada tulisan ini saya mengukur dan membandingkan kapasitas sebuah powerbank Vivan M04. Pertama kita lihat dulu spesifikasi powerbank tersebut:

• Kapasitas: 3500 mAh
• Input pengisian: DC5V/1A
• Output (untuk mengisi smartphone): DC5V/0.6A

Pengukuran yang dilakukan ada 2 macam:

• Mengukur energi yang masuk ke dalam powerbank ketika mengisi batere powerbank
• Mengukur energi yang keluar dari dalam powebank ketika powerbank bertindak sebagai charger

Perhitungan Kapasitas Powerbank Menurut Spesifikasi

Kapasitas powerbank adalah 3500 mAh, artinya dapat memberikan arus 0.6 A selama 3500/600 = 5.833 jam

E = P x t = V x I x t = 5 volt x 0.6 ampere x 5.833 jam = 17.5 watt jam

Jadi kapasitas penyimpanan energi powerbank Vivan M04 tersebut adalah 17.5 watt jam

Mengukur Energi Masuk

Energi masuk di sini maksudnya  adalah energi yang masuk ke powerbank ketika powerbank diisi / dicas. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan kWh meter, baik kWh meter mekanik maupun elektronik. Untuk mudahnya dalam eksperimen ini saya menggunakan kWh meter elektronik.

Berhubung pemakaian energi untuk pengisian powerbank kecil, angka pengisian sulit terlihat di kWh meter biasa, jadi lebih baik menggunakan kWh meter elektronik yang lebih teliti.

Berikut ini proses pengisian powerbank melalui alat pengukur energi Energy Meter TS-838. Alat ini pada dasarnya adalah kWh meter elektronik yang juga dapat merekam parameter lain seperti arus, tegangan dan faktor daya. Pada foto di bawah nampak powerbank sedang diisi dengan arus pengisian 0.055 A, atau 55 miliampere.

Powerbank Vivan M04 tersebut di spesifikasinya disebutkan berkapasitas 3500 mAh. Angka ini dapat dibandingkan dengan energi masuk yang terukur di kWh meter elektronik.

Skema pengisian adalah sebagai berikut:

Jala-jala PLN -> kWh meter elektronik TS-838 -> USB Charger Samsung -> Powerbank Vivan M04

Setelah powerbank penuh, angka di kWh meter dilihat sebagai berikut:

Dari pengukuran tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk mengisi powerbank sampai penuh memerlukan energi sebanyak 0.02 kWh = 20 Wh = 20 watt jam

Mengukur Energi Keluar

Energi yang keluar dari powerbank diukur dengan cara sebagai berikut:

• Resistor dipakai sebagai beban untuk menggantikan smartphone. Karena resistor memiliki resistansi yang konstan, maka dengan hanya mengukur tegangan kita dapat langsung menghitung besar arus yang keluar dari powerbank. Jadi tidak perlu repot mengukur arus dan tegangan bersamaan.
• Nilai resistor diatur supaya arus keluar dari powerbank masih di bawah batas maksimal arus powerbank, namun tidak terlalu kecil, karena kalau arus terlalu kecil maka pengukuran akan terlalu lama
• Tegangan pada resistor diukur dengan menggunakan Arduino Nano
• Hasil pengukuran dikirim ke sebuah komputer melalui komunikasi serial. Catatan pengukuran ini diperlukan karena kita ingin tahu berapa lama powerbank ini dapat memberikan arus tersebut. Pencatatan mesti dilakukan di komputer, karena Arduino hanya memiliki memori yang kecil.

Perhitungan nilai resistor beban adalah sebagai berikut:

• Tegangan output adalah 5 volt
• Arus output maksimal adalah 0.6 ampere
• Maka nilai resistor sekurang-kurangnya adalah R=V/I = 5/0.6 = 8.3333 ohm
• Dari percobaan dan berdasarkan komponen yang ada, maka dipakai beberapa resistor seri sehingga dicapai nilai resistor beban total = 12.5 ohm

Berikut ini skema pengukuran dengan Arduino.

Perangkat lunak di Arduino adalah sebagai berikut:

const int analogInPin = A0;  // Analog input pin that the potentiometer is attached to
const int analogOutPin = 9; // Analog output pin that the LED is attached to

int ledPin = 13;      // select the pin for the LED
int sensorValue = 0;        // value read from the pot
int outputValue = 0;        // value output to the PWM (analog out)

unsigned long next_action=0;
unsigned long waktu=0;
int led_status=0;

void setup() {
// initialize serial communications at 9600 bps:
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, OUTPUT);  // LED kedip untuk status
}

void loop() {
waktu=millis();
if(next_action<=waktu){
next_action+=2000;   // siapkan waktu aksi berikutnya
sensorValue = analogRead(analogInPin);
Serial.print(“time = ” );
Serial.print(waktu);
Serial.print(” sensor = ” );
Serial.print(sensorValue);
Serial.println();
if(led_status==0){
led_status=1;
digitalWrite(ledPin, LOW);
}else{
led_status=0;
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}
}
}

Berikut ini foto penampakan pengukuran:

Kabel dari powerbank menggunakan kabel USB biasa. Bagian ujungnya dipotong supaya dapat mengakses kabel 5 volt dan GND pada kabel USB tersebut. Kabel ini sudah tidak dapat dipakai karena ujung USB micro tersebut sudah rusak. Terlihat pada gambar di bawah bahwa kabel USB ini tidak menggunakan shield, sehingga kabel jenis ini cukup rentan terhadap gangguan dari sinyal lain.

Output serial dari Arduino direkam di PC dengan menggunakan software RealTerm (http://realterm.sourceforge.net/). Tujuan perekaman ini untuk mendapatkan waktu yang tepat ketika powerbank sudah habis isinya.

Setelah powerbank habis, data hasil rekaman dimasukkan ke Excel untuk dilihat nilainya. Ternyata powerbank aktif sampai dengan detik 207180.

Hasil pengukuran adalah sebagai berikut

• Resistansi total beban adalah 12.5 ohm.
• Tegangan keluar dari powerbank adalah 4.49 volt, kurang dari yang disebutkan di spesifikasinya (5 volt)
• Arus dapat dihitung: I = V/R = 0.3592 ampere, masih di bawah batas maksimal yaitu 0.6 ampere
• Powerbank aktif selama 20718 detik, atau sama dengan 5.755 jam

Perhitungan energi menurut pengukuran

Diketahui sebagai berikut:

• Arus = 0.3592 ampere
• Tegangan = 4.49 volt
• Waktu = 5.755 jam

Energi = P x t = V x I x t = 4.49 volt x 0.3592 ampere x 5.755 jam =  9.2817 watt jam

Jadi kapasitas powerbank ini adalah sekitar 53% dari yang tertulis di spesifikasi.

Alat-alat yang dipakai pada pengukuran ini

• Powerbank Vivan M04 sebagai powerbank yang diuji
• KWH meter elektronik Energy Meter TS-838 (untuk mengukur energi masuk ke powerbank)
• Charger USB Samsung Traveller (untuk mengisi powerbank)
• Arduino Nano 3.0 (untuk pengukur tegangan powerbank)
• Multimeter Kyoritsu model 1009 (untuk mengukur tegangan, arus dan nilai resistor).
• Komputer desktop (untuk perekaman data)
• Software Realterm di Windows untuk mencatat data dari port serial

Kesimpulan

Berikut ini ringkasan hasil perhitungan dan pengukuran untuk powerbank Vivan M04

Perhatian: pengukuran baru dilakukan 1  kali saja, jadi belum dapat dijadikan kesimpulan akhir. Untuk lebih teliti masih perlu dilakukan pengukuran dengan kondisi percobaan dan alat ukur yang berbeda.