Studi Numerik Pengaruh Variasi Konfigurasi Modul Baterai, C-Rate, dan Mass Flow Rate pada Distribusi Temperatur Modul Baterai Lithium-Ion dengan Sistem Pendinginan Cairan

Putra, Fakhri Aditya Akbar (2024) Studi Numerik Pengaruh Variasi Konfigurasi Modul Baterai, C-Rate, dan Mass Flow Rate pada Distribusi Temperatur Modul Baterai Lithium-Ion dengan Sistem Pendinginan Cairan. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000148-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2026. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Baterai Lithium-ion banyak dijadikan pilihan sebagai perangkat penyimpanan energi. Sel Lithium-ion memiliki beberapa kekurangan, salah satunya adalah kestabilan termal yang rendah. Oleh karena itu, diperlukan sistem pendinginan untuk menjaga suhu baterai tetap stabil pada suhu operasionalnya. Penelitian ini berbasis 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 variasi arus discharge 0.5C, 1C, 2C, dan 3C. Namun, ketika modul ini beroperasi pada arus 0.5C, temperatur yang dihasilkan sudah melampaui temperatur optimal baterai sehingga diperlukan sistem pendinginan yang dapat meregulasi temperatur baterai tetap berada pada rentang temperatur optimalnya. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan program Ansys Workbench 19.2 dan dengan solver Ansys Fluent untuk mendapatkan solusi simulasi numerik kontur temperatur, temperatur maksimal baterai, dan temperatur outlet cooling channel pada sudatu 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 dan 4x4. Pengaplikasian sistem pendingin cairan digunakan dalam poenelitian ini. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa terdapat adanya pengaruh dari konfigurasi modul, arus discharge baterai, serta laju aliran massa coolant yang digunakan terhadap kontur baterai, Tmax, distribusi temperatur, dan temperatur outlet cooling channel. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini berupa kontur temperatur, nilai dan letak temperatur maksimal, kontur kecepatan fluida, streamline, dan kecepatan maksimal udara. Variasi pendinginan yang optimal dalam memberikan temperatur maksimum baterai terendah dan distribusi temperatur yang baik didapatkan oleh modul 4×4 dengan laju aliran massa 0.033 kg/s pada arus discharge 3C. Variasi ini menghasilkan nilai Tmax sebesar 328.13 K.
=================================================================================================================================
Lithium-ion batteries are widely used as energy storage devices. Lithium-ion cells have several disadvantages, one of which is low thermal stability. Therefore, a cooling system is needed to keep the battery temperature stable at its operational temperature. This research is based on simulating heat transfer in a battery module consisting of 16 LiFePO4 battery cells with a capacity of 105Ah. The module analyzed this time is part of an energy storage consisting of 10 battery modules. The battery used has an optimal temperature limit of between -20°C to 50°C or 253.15 K to 323.15 K with discharge current variations of 0.5C, 1C, 2C and 3C. However, when this module operates at a current of 0.5C, the resulting temperature has exceeded the optimal battery temperature so a cooling system is needed that can regulate the battery temperature to remain within its optimal temperature range. This research was carried out using the Ansys Workbench 19.2 program and with the Ansys Fluent solver to obtain a numerical simulation solution for temperature contours, maximum battery temperature, and cooling channel outlet temperature in a battery storage rack. The rack contains 16 LiFePO4 3.2V 105Ah batteries which are arranged into battery modules with two variations of arrangement, namely 8x2 and 4x4 battery arrangement. The application of a liquid cooling system is used in this research. The results of this research show that there is an influence of the module configuration, battery discharge current, and coolant flow discharge used on the battery contour, Tmax, temperature distribution, and cooling channel outlet temperature. The results obtained from this research are temperature contours, maximum temperature values and locations, fluid velocity contours, streamlines, and maximum air velocity. Optimal cooling variations in providing the lowest maximum battery temperature and good temperature distribution are obtained by a 4×4 module with a mass flow rate of 0.033 kg/s at a discharge current of 3C. This variation produces a Tmax value of 328.13 K.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Lithium-ion Battery, energy storage, liquid cooling, Penyimpanan energi, pendinginan cairan
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2921 Lithium cells.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	FAKHRI ADITYA AKBAR PUTRA
Date Deposited:	15 Feb 2024 03:57
Last Modified:	15 Feb 2024 03:57
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/107090

Actions (login required)

View Item