Studi Numerik Pengaruh Variasi Arus Discharge Terhadap Distribusi Temperatur Baterai Prismatik Lithium-ion Menggunakan Pendinginan Kombinasi Liquid Cooling dan Phase Change Material

Hutomo, Bimo Satrio (2023) Studi Numerik Pengaruh Variasi Arus Discharge Terhadap Distribusi Temperatur Baterai Prismatik Lithium-ion Menggunakan Pendinginan Kombinasi Liquid Cooling dan Phase Change Material. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000117-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Penelitian kali ini mencoba melakukan simulasi perpindahan panas pada sebuah modul baterai yang terdiri atas 16 sel baterai LiFePO4 dengan kapasitas 105Ah. Modul yang dianalisis kali ini merupakan bagian dari sebuah energy storage yang terdiri atas 10 modul baterai. Baterai yang digunakan memiliki batas temperatur optimal antara -20°C hingga 50°C atau 253.15 K hingga 323.15 K dengan rentang arus discharge antara 0.5C hingga 3C. Namun, ketika modul ini beroperasi pada arus 0.5C, temperatur yang dihasilkan sudah melampaui temperatur optimal baterai yaitu pada 329.58 K sehingga diperlukan sistem pendinginan yang dapat meregulasi temperatur baterai tetap berada pada rentang temperatur optimalnya. Simulasi numerik yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan perangkat lunak Ansys 19.2 dengan nilai energi bangkitan baterai untuk tiap selnya ditentukan menggunakan persamaan bernardi. Modul baterai yang disimulasikan didesain memiliki sistem pendinginan baterai hybrid yang mengkombinasikan liquid cooling dan phase change material. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah konfigurasi modul baterai, nilai arus discharge, debit aliran coolant, serta properti dari phase change material yang digunakan. Konfigurasi modul baterai yang dianalisis berjumlah 2, yaitu modul 2×8 dan 4×4. Lalu arus discharge yang disimulasikan yaitu 0.5C, 1C, 2C, dan 3C. Dalam melakukan analisis variasi debit aliran coolant serta properti phase change material, baterai dianggap melakukan proses discharge pada arus 3C. Debit aliran coolant yang disimulasikan adalah 1 L/min dan 2 L/min. Lalu untuk properti phase change material yang divariasikan adalah properti konduktivitas thermal dan temperatur perubahan fasa.Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa terdapat adanya pengaruh dari konfigurasi modul, arus discharge baterai, debit aliran coolant, serta properti PCM yang digunakan terhadap temperatur maksimum, Tmax dan distribusi temperatur modul baterai, ΔT. Pada arus discharge 3C, variasi pendinginan yang optimal dalam memberikan temperatur maksimum baterai terendah dan distribusi temperatur yang baik didapatkan oleh modul 4×4 dengan debit coolant 2 L/min, serta penggunaan PCM dengan konduktivitas thermal 0.8 W/m.K dan temperatur perubahan fasa pada 308 K. Variasi ini menghasilkan nilai Tmax sebesar 315.918 K serta nilai ΔT sebesar 6.710 K.
===============================================================================================================================
This study aims to simulate heat transfer in a battery module consisting of 16 LiFePO4 battery cells with a capacity of 105Ah. The analyzed module is part of an energy storage system comprising 10 battery modules. The batteries used have an optimal temperature range between -20°C to 50°C or 253.15 K to 323.15 K, with a discharge current range between 0.5C to 3C. However, when the module operates at a 0.5C current, the resulting temperature exceeds the battery's optimal range, reaching 329.58 K. Therefore, a cooling system is required to regulate the battery's temperature within its optimal range. The numerical simulation in this study is conducted using Ansys 19.2 software, with the battery cell's heat generation values determined using the Bernardi equation. The simulated battery module is designed with a hybrid cooling system, combining liquid cooling and phase change material. The variations considered in this research are the battery module configurations (2×8 and 4×4), discharge currents (0.5C, 1C, 2C, and 3C), coolant flow rates (1 L/min and 2 L/min), and properties of the phase change material (thermal conductivity and phase change temperature). The results show that the module configuration, battery discharge current, coolant flow rate, and properties of the phase change material significantly influence the maximum temperature (Tmax) and temperature distribution (ΔT) in the battery module. At a 3C discharge current, the optimal cooling configuration that provides the lowest maximum battery temperature and a well-distributed temperature is found in the 4×4 module with a coolant flow rate of 2 L/min and using phase change material with a thermal conductivity of 0.8 W/m.K and a phase change temperature at 308 K. This variation yields a Tmax value of 315.918 K and a ΔT value of 6.710 K.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Battery thermal management system, Liquid cooling, Lithium-Ion battery, Maximum temperature, Phase change material
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Bimo Satrio Hutomo
Date Deposited:	28 Aug 2023 07:25
Last Modified:	28 Aug 2023 07:25
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/102358

Actions (login required)

View Item