Prinsip Kerja Pengereman Regeneratif

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 (Q_1-4). 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 L_f, MOSFET Q₁, motor listrik (L_a), 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.

Pusat Pakaian Dalam