Studi Numerik Pengaruh Liquid Cooling Menggunakan Porous Media Terhadap Temperatur Modul Baterai Lithium-Ion

Musthofa, Raihan (2023) Studi Numerik Pengaruh Liquid Cooling Menggunakan Porous Media Terhadap Temperatur Modul Baterai Lithium-Ion. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000169-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2025. Download (12MB) | Request a copy

Abstract

Dengan meningkatnya emisi karbon, penggunaan energi terbarukan dan sistem penyimpanan energi menjadi sangat penting di sektor transportasi dan pembangkit energi. Baterai adalah media penyimpanan energi penting, namun mengalami kehilangan energi dalam bentuk panas akibat resistansi internal, yang dapat menyebabkan kenaikan suhu dan potensi terjadinya thermal runaway. Oleh karena itu, diperlukan sistem pendinginan untuk menjaga suhu baterai tetap stabil pada suhu operasionalnya. Pada saat proses pendinginan, fluida menghisap panas yang terbangkitkan dari baterai sepanjang arah aliran dan menyebabkan pengurangan terhadap kapasitas pendinginan, hal ini dikarenakan temperatur fluida pada bagian hilir akan selalu lebih panas dibandingkan di bagian hulu dan juga terjadi penurunan Nusselt number. Ketidakkonsitenan kapasitas pendinginan akan mengakibatkan pada ketidakseragaman temperatur yang menyebabkan arus discharge dan kapasitas baterai yang tidak stabil pada modul baterai. Studi ini menggunakan analisis numerik dengan Ansys Fluent 19.2 untuk menganalisis perpindahan panas, suhu maksimal, dan distribusi suhu pada satu rak battery storage. Rak tersebut berisi baterai LiFePO4 3.2V 105Ah sebanyak 16 buah baterai yang disusun menjadi baterai modul dengan dua variasi susunan, yaitu susunan baterai 8x2 atau 4x4, dan diberikan nilai panas yang dihasilkan dengan variasi arus discharge 0.5C dan 3C. Pendinginan air dengan pemberian porous media di cooling channel digunakan pada penelitian ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemberian porous media pada cooling channel memiliki dampak signifikan dalam meningkatkan nilai Nusselt number dan cooling effectiveness pump. Peningkatan terbesar terjadi pada porous media case 2 dengan Nusselt number 4.09 dan cooling effectiveness pump 5.4 pada Reynolds number 45.76. Meskipun Nusselt number dan cooling effectiveness pump menurun seiring meningkatnya Reynolds number, penggunaan porous media tetap memberikan nilai yang lebih tinggi dibandingkan tanpa porous media. Selain itu pemberian porous media pada cooling channel juga menurunkan temperatur maksimal dan meningkatkan keseragaman temperatur. Temperatur maksimal yang semula dengan cooling channel kosong paling maksimal terjadi pada 1L/min sebesar 59.58°C mengalami penurunan maksimal pada porous media case 2 yaitu 53.07°C dan untuk keseragaman temperatur maksimal terjadi pada 3L/min pada kondisi tanpa porous media sebesar 12.62°C lalu mengalami penurunan tertinggi pada porous media case 3 sebesar 7.16°C. Dengan demikian, penerapan porous media pada cooling channel merupakan pendekatan yang efektif untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi pendinginan dalam aplikasi penyimpanan energi pada baterai.
========================================================================================================================================
With the increasing carbon emissions, the utilization of renewable energy and energy storage systems has become crucial in the transportation and power generation sectors. Batteries serve as essential energy storage media, but they experience energy losses in the form of heat due to internal resistance, leading to temperature rise and the potential for thermal runaway. Therefore, a cooling system is imperative to maintain stable battery temperature within its operational range. During the cooling process, the fluid absorbs the heat generated by the batteries along the flow direction, resulting in a reduction of cooling capacity due to the downstream fluid being consistently hotter than the upstream and also Nusselt number decrease along the down stream. Inconsistent cooling capacity can lead to temperature non-uniformity, impacting battery discharge current and module capacity stability. This study employs numerical analysis using Ansys Fluent 19.2 to investigate heat transfer, maximum temperature, and temperature distribution in a single battery storage rack. The rack comprises 16 LiFePO4 3.2V 105Ah batteries arranged into two configurations, 8x2 or 4x4, with heat values generated at discharge current variations of 0.5C and 3C. Water cooling with the implementation of porous media in the cooling channel is utilized in this research. The findings reveal that introducing porous media in the cooling channel significantly enhances the Nusselt number and cooling effectiveness pump values. The most substantial improvements occur in porous media case 2, with Nusselt number at 4.09 and cooling effectiveness pump at 5.4, obtained at a Reynolds number of 45.76. Although Nusselt number and cooling effectiveness pump decrease with increasing Reynolds number, the use of porous media still yields higher values compared to non-porous media conditions. Furthermore, the application of porous media in the cooling channel reduces the maximum temperature and enhances temperatur uniformity. The initial maximum temperature observed with an empty cooling channel at 1L/min is 59.58°C, and it experiences the most significant decrease in porous media case 2, reaching 53.07°C. As for maximum temperature uniformity, it occurs at 3L/min in non-porous media conditions, measuring 12.62°C, but experiences the highest decrease in porous media case 3, recording 7.16°C. In conclusion, the implementation of porous media in the cooling channel represents an effective approach to improve cooling performance and efficiency in energy storage applications for batteries.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Baterai, pendinginan, perpindahan panas, porous media, battery, cooling, heat transfer, porous media.
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Raihan Musthofa
Date Deposited:	31 Aug 2023 04:40
Last Modified:	31 Aug 2023 04:40
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/103624

Actions (login required)

View Item