Apa itu kendaraan hibrid? Istilah hibrid sendiri dipakai untuk menyatakan
suatu sistem yang menggunakan dua sumber energi. Sedangkan kendaraan hibrid
adalah kendaraan yang menggunakan dua sumber energi. Contoh sederhana kendaraan
hibrid ini adalah perahu yang bergerak dengan tenaga angin dengan layarnya yang
terkembang dan suatu ketika memakai tenaga manusia yakni dengan dayung. Pada
pembahasan kali ini akan kita fokuskan pada kendaraan hibrid engine-listrik
yang lebih dikenal dengan Hybrid Electrik Vehicle (HEV). Engine (mesin) disini
bisa mesin bensin, diesel dan lainya. Pada HEV, berdasarkan koneksi antara
engine dan motor traksinya dibedakan menjadi tiga skema yakni: paralel, seri,
dan kombinasi. Selanjutnya akan dibahas mengenai ketiga susunan ini.
Contoh sistem pada HEV
Koneksi Seri
Gambar diatas adalah skema sederhana
dari keneksi seri HEV. Dimulai dari engine, disitu ada reservoir tempat
penyimpanan bahan bakar atau dikenal dengan fuel tank. Kemudian engine ini
dipakai untuk menggerakkan generator. Output dari generator berupa listrik AC 3
phasa kemudian masuk ke charger. Charger berfungsi untuk mengubah listrik AC 3
phase menjadi listrik DC. Kenapa disebut charger bukan rectifier? Karena
adakalanya di dalam charger ini tidak hanya komponen rectifier, melainkan ada
DC-converter yang berfungsi untuk mengatur output listrik DC agar sesuai dengan
desain yang dikendaki dengan tujuan cherging dan discharging battery atau
capasitor tercapai. Tempat pertemuan konenksi antara Charger, Battery,
Capasitor, dan Converter ini disebut DC-link. Battery dan capasitor berfungsi
sebagai sumber energi kedua, sedangkan engine adalah sumber energi utama.
Keduanya membentuk sistem hybrid. Selain sebagai sumber energi kedua, fungsi
lain dari battery atau capasitor adalah untuk menyimpan energi listrik hasil
pengereman agar tidak terbuang, pengereman ini disebut regenerative braking.
Jadi ketika terjadi regenerative braking maka motor listrik (motor traksi)
diubah menjadi generator yang menghasilkan listrik, dan listrik ini akhirnya
bisa disimpan di battery atau capasitor untuk digunakan diwaktu lain. Hampir
semua kereta yang memiliki penggerak dengn motor traksi (KRDE/KRL) sudah
memiliki sistem pengereman ini. Inilah salah satu kelebihan lain dari kereta
hybrid.
Apa perbedaan antara battery dan capasitor disini? Keduanya sama – sama sebagai
sumber energi kedua dan sebagai penyimpan energi dari regenerative brake,
perbedaannya adalah: pengecasan battery lebih lama tetapi energinya juga lama
habis (dikeluarkan sedikit-sedikit) sedangkan capasitor mampu charge dan
discharge dengan cepat, bisa mengeluarkan energi yang besar namun bisa dibilang
sekejab. Kapan memekai battery, kapan memekai kapasitor? Sesuai dengan tujuan
dan desain walaupun terkadang dipakai keduanya. Energi dari kapasitor
dibutuhkan ketika percepatan ketika kendaraan butuh energi yang besar.
Dari DC-link masuk ke converter, listrik DC kembali diubah menjadi listrik
AC karena motor yang kita pakai adalah motor listrik AC. Lihat sistem
propulsi KRDE dan sistem propulsi KRL. Output converter yang
merupakan listrik AC 3 phase akhirnya masuk ke motor traksi untuk diubah
menjadi energi kinetik gerak. Dari putaran motor menuju axle diperantarai oleh
gear box.
Kenapa sistem ini disebut koneksi seri, karena antara sumber enerpi pertama
dan kedua bergabung menjadi satu dulu baru menuju roda penggerak. Berikut
kelebihan dan kekurangan dari sistem koneksi seri hybrid:
Kelebihan koneksi seri:
- Tidak
ada koneksi mekanik antara engine dan axle sehingga engine lebih fleksibel
dalam penempatannya
- Engine
dapat dijalankan dengan kecepatan rendah meski kecepatan kendaraan berubah
karena sudah ada battery yang memback-up
Kelemahan koneksi seri:
- Kerena
putaran axle hanya dihandle oleh motor, maka kemungkinan ukuran motor dan
converter besar dan juga mahal
- Energi
dari egine melewati banyak komponen dari generator sampai motor sehingga losses
yang terjadi juga cukup besar
Koneksi Paralel
Ciri utama dari koneksi paralel adalah baik sumber energi pertama maupun
kedua sama – sama terkoneksi ke roda melalui gearbox. Ketika kedua sumber
energi bekerja, keduanya akan saling menyumbangkan tenaga gerak ke gearbox.
Pada sistem ini, pengecasan battery harus dilakukan ketika kendaraan bergerak
karena hubungan antara battery dan engine adalah dari sambungan mekanik.
Sedangkan ketika pengereman, atau ketika batteri saja yang dipakai, maka engine
akan diskoneksi melalui kompling atau jika tidak ada, engine bisa dimatikan.
Kelebihan koneksi paralel:
- Total
efisiensi lebih baik untuk jarak jauh
- Lebih
fleksibel untuk switch energi elektrik dan engine
- Daya
motor bisa lebih kecil karena putaran axle juga langsung disupport engine
- Tidak
perlu komponen generator dan charger
Kelemahan koneksi seri:
- Sistemnya
lebih kompleks dibanding koneksi seri
- Putaran
engine menyesuaikan kecepatan kendaraan, dan ketika kecepatan rendah effisiensi
engine jelek
- Charging
battery harus dalam keadaan kendaraan berjalan
Koneksi Campuran (Seri -
Paralel)
Konfigurasi ini adalah perpaduan antara koneksi seri dan koneksi paralel. Terdapat
koneksi ganda antara engine ke axle: koneksi secara elektrik dan mekanik.
Seperti terlihat pada gambar diatas, koneksi seri (koneksi secara elektrik)
terjadi ketika putaran engine dipakai untuk memutar generator dan seterusnya
seperti koneksi seri yang sudah dijelaskan. Sedangkan prinsip koneksi paralel
ketika putaran engine juga diteruskan ke gearbox melalui gardan yang
selanjutnya ikut memutar axle.
Pada kendaraan konvensional biasanya menggunakan engine yang cukup besar
untuk mensupport akselerasi kendaraan karena engine memiliki tenaga (torsi)
yang rendah pula ketika putaran engine pelan. Disisi lain, motor listrik
memiliki torsi maksimum ketika putaran rendah. Sehingga dengan menggabungkan
keduanya pada koneksi campuran ini diharapkan akan diperoleh dimensi yang lebih
kecil, lebih fleksibel dan efisiensi lebih baik. Oleh kerena itu pula, pada
kecepatan rendah koneksi campuran ini akan dioperasikan sebagai koneksi seri.
Pada kecepatan tinggi koneksi paralel yang dipakai karena pada kecepatan tinggi
losses koneksi seri tinggi.
Kelebihan koneksi campuran:
- Sangat
fleksibel pada penggunaan energi istrik dan engine
- Ukuran
komponen lebih kecil
Kelemahan koneksi campuran:
- Sistemnya
paling kompleks
- Adanya
komponen elektrik sehingga efisiensinya masih kalah dibanding yang pure koneksi
mekanik
Sekian dulu, nantikan sembungan materi selanjutnya. Selamat belajar! Selamat
berkarya!
Ref:
