Perpustakaan Digital ITB

Baterai telah menjadi alternatif penyimpanan energi terbarukan yang populer yang penggunaannya sudah sangat luas, mulai dari perangkat portabel sampai pembangkit listrik. Dengan demikian kondisi baterai harus selalu dipantau supaya kinerja baterai tetap optimal. Untuk memantau dan mengontrol pengunaan baterai digunakan perangkat Sistem Manajemen Baterai (SMB). Fungsi utama BMS adalah menjaga baterai supaya tetap beroperasi pada daerah yang aman, serta memberikan proteksi kepada baterai beserta penggunanya. Dalam implementasinya, perangkat SMB biasanya menggunakan perangkat berbasis sistem tertanam (embedded system). Dalam perangkat SMB berbasis sistem tertanam terdapat antara lain komponen-komponen yang berfungsi untuk melakukan pengukuran tegangan, suhu dan arus baterai, komponen yang berfungsi untuk proteksi overcharging dan over-discharging, komponen penyeimbang sel baterai, komponen untuk mengestimasi State of Charge (SoC), State of Health (SoH), dan Remaining Useful of Life (RUL), dan komponen komunikasi data untuk komunikasi antar komponen dalam SMB atau dengan aplikasi sekitarnya di luar SMB. Salah satu persyaratan penting SMB berbasis sistem tertanam adalah harus hemat daya atau energi oleh karena seperti pada kendaraan listrik atau peralatan portabel, SMB ditenagai oleh baterai itu sendiri. Komponen-komponen yang terdapat dalam SMB harus dapat menggunakan daya yang rendah namun tetap dapat menjalankan fungsinya masing-masing, termasuk di dalamnya komponen komunikasi data. Komunikasi data akan terkait dengan penggunaan CPU (Central Processing Unit) yang terdapat pada SMB berbasis sistem tertanam. Penggunaan CPU secara berlebihan oleh komponen komunikasi data selain akan menghabiskan daya juga dapat menurunkan kinerja SMB secara keseluruhan, oleh karena dapat menghentikan fungsi-fungsi SMB yang lain seperti fungsi perhitungan SoC dan SoH, fungsi penyimpanan data atau bahkan fungsi proteksi. Dengan demikian penggunaan protokol komunikasi data yang efisien akan menjadi hal yang sangat penting. Terdapat beberapa protokol komunikasi data yang dapat digunakan untuk dalam SMB berbasis sistem tertanam. Dalam penelitian ini protokol komunikasi data yang menjadi fokus utama adalah MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) dan OPC-UA (Open Connectivity Unified Architecture). Protokol MQTT merupakan protokol komunikasi data yang paling populer saat ini, sedangkan OPC-UA merupakan satu-satunya protokol komunikasi yang disarankan oleh RAMI 4.0 untuk aplikasi yang mendukung industry 4.0. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh protokol komunikasi data yang paling efisien dan model kinerja komunikasi data yang dapat digunakan pada SMB berbasis sistem tertanam. Protokol MQTT merupakan protokol komunikasi yang menggunakan arsitektur publisher-broker-subscriber dimana publisher bertugas sebagai pengirim atau penghasil data, subscriber bertugas sebagai penerima data. Pada MQTT, publisher dan subscriber tidak berinteraksi secara langsung, tapi melalui broker yang bertugas untuk mengatur lalu lintas data antara publisher dan subscriber. Protokol OPC-UA menggunakan arsitektur client-server, dimana pada umumnya server berfungsi sebagai penghasil data sedangkan client berfungsi sebagai penerima data. Namun dalam penelitian ini OPC-UA server difungsikan sebagai penerima data, sedangkan OPC-UA client difungsikan sebagai penghasil data. Untuk mengetahui kinerja komunikasi dari masing-masing protokol, maka dalam penelitian ini dilakukan pembebanan pada MQTT Broker dan OPC-UA Server dengan menghubungkan beberapa publisher untuk MQTT dan client untuk OPC UA. Kemudian beberapa publisher dan client tersebut melakukan pengiriman data dengan berbagai kecepatan pengiriman data. Publisher dan OPC-UA client merupakan representasi dari komunikasi data dari SMB yang disimulasikan menggunakan perangkat lunak. Publisher dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Python dan library Paho MQTT Client, sedangkan OPC-UA client dibuat menggunakan Bahasa C dan library open62541. MQTT broker menggunakan Mosquitto MQTT Broker, sedangkan OPC-UA Server dibuat dalam Bahasa C menggunakan library open62541. Adapun perangkat keras untuk MQTT Broker dan OPC-UA Server menggunakan sistem tertanam Raspberry PI Model 3B+. Kinerja protokol komunikasi data didasarkan pada penggunaan CPU, penggunaan RAM, konsumsi bandwidth, konsumsi daya serta adanya waktu tunda (delay) pada komunikasi data. Hasil penelitian menunjukkan bahwa protokol komunikasi data MQTT menggunakan CPU, RAM, konsumsi daya dan bandwidth yang lebih rendah dibandingkan protokol OPC-UA namun terdapat waktu tunda pada protokol MQTT apabila menggunakan frekuensi pengiriman data yang cepat. Kemudian penggunaan CPU dan konsumsi daya akan menjadi bottleneck karena dipengaruhi oleh jumlah client dan kecepatan pengiriman data. Untuk itu penggunaan CPU dan konsumsi daya oleh komponen komunikasi data pada SMB perlu diatur atau direncanakan dengan baik. Salah satu upaya untuk keperluan tersebut adalah dengan membuat model kinerja komunikasi data menggunakan metode pembelajaran mesin. Dalam penelitian ini model kinerja komunikasi data BMS berbasis sistem tertanam akan dibuat menggunakan metode pembelajaran mesin Regresi Vektor Pendukung (RVP). Penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan yaitu: (1) studi literatur mengenai protokol MQTT, OPC UA berikut parameter-parameter pengujian yang diperlukan, (2) pembuatan perangkat lunak untuk simulasi pengiriman data menggunakan protokol MQTT dan OPC-UA, (3) pengujian pengiriman data menggunakan protokol MQTT dan OPC-UA, (4) Analisa kinerja komunikasi data masing-masing protokol, (5) pembuatan model kinerja komunikasi data menggunakan Regresi Vektor Pendukung (RVP), (6) Validasi model. Model RVP penggunaan CPU terbaik yang dihasilkan untuk protokol MQTT adalah model yang menggunakan kernel RBF, nilai C=1000, Gamma=40, dan epsilon=0,001, dengan nilai MAE=0,9901, MSE=3,7640, dan R2=0,9964. Sedangkan model RVP penggunaan CPU terbaik untuk protokol OPC-UA adalah model yang menggunakan kernel RBF, nilai C=1000, Gamma=50, dan epsilon=0,001 dengan nilai MAE=1,1229, MSE=3,0224, dan R2=0,9971. Untuk model RVP konsumsi daya, model terbaik protokol MQTT adalah model yang menggunakan kernel RBF, nilai C=100, Gamma=10, dan epsilon=0,001, dengan nilai MAE=0,0010, MSE=0,0286, dan R2=0,9879, sedangkan untuk protokol OPC-UA, model terbaik menggunakan kernel RBF nilai C=50, Gamma=10, dan epsilon=0,001 dengan nilai MAE=0,0012, MSE=0,0308, dan R2=0,9867.