Studi Numerik Pengaruh Penambahan Fin Heat Sink pada Modul Sel Baterai Tipe Prismatik dengan Sistem Pendingin Tipe-T

Assaikhani, Sayyid (2024) Studi Numerik Pengaruh Penambahan Fin Heat Sink pada Modul Sel Baterai Tipe Prismatik dengan Sistem Pendingin Tipe-T. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201231-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Kendaraan listrik sebagai alternatif ramah lingkungan telah menjadi fokus utama dalam upaya mengurangi emisi gas rumah kaca dan ketergatungan pada bahan bakar fosil. Sumber energi listrik pada kendaraan listrik berasal dari baterai. Baterai yang banyak digunakan pada kendaraan listrik adalah betarai jenis lithium-ion, dikarenakan memiliki umur yang panjang, daya, dan energi spesifik dibandingkan baterai jenis lainnya. Baterai lithium-ion memiliki kekurangan yaitu biaya yang tinggi dan panas yang lepas dapat menyebabkan penurunan kinerja atau kapasitas baterai dari waktu ke waktu. Temperatur operasi yang aman untuk baterai lithium-ion antara -20°C sampai 60°C. Kisaran temperatur optimalnya yaitu 15°C sampai 35°C. Ketika temperatur operasi terjadi peningkatan antaran 30°C dan 40°C dapat mengurangi masa pakai baterai hingga dua bulan dan ketika melebihi batas temperatur tersebut juga dapat menyebabkan ledakan baterai yang berbahaya. Oleh karena itu sistem manajemen termal baterai menjadi sangat penting untuk menjaga temperatur baterai agar tidak melebihi batas aman. Berbagai teknik pendinginan telah dikembangkan untuk menjaga temperatur baterai optimal, seperti air cooling, liquid cooling, phase change material, cold plates, dan heat pipes. Pada penelitian ini akan mempelajari pengaruh penambahan heat sink pada modul sel baterai prismatik dimana sistem pendinginan yang dipakai yaitu pendinginan tipe-T yang memiliki posisi inlet dan outlet tidak sejajar. Variasi yang digunakan pada penelitian ini adalah geometri heat sink yaitu straight fin, pin fin dengan ketinggian yang sama, dan pin fin dengan ketinggian yang berbeda. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu simulasi computational fluid dynamic menggunakan software ANSYS FLUENT dengan panas yang dihasilkan oleh baterai diasumsikan konstan dan didinginkan oleh fluida udara yang memiliki kecepatan dan temperatur pada inlet masing-masing 4 m/s dan 299.15 K. Output penelitian ini berupa hasil kualitatif dan kuantatif. Hasil kualitatif berupa kontur temperatur pada baterai, kontur kecepatan fluida, dan kontur tekanan pada fluida. Kemudian hasil kuantitatif berupa grafik temperatur maksimum dan keseragaman temperatur pada masing-masing model, grafik kecepatan pada setiap cooling channel masing-masing model dan grafik pressure drop dan fan power pada masing-masing model. Hasil menunjukkan bahwa model 4 adalah yang terbaik, dengan heat sink berbentuk pin fin ketinggian yang berbeda. Pada model ini, temperatur maksimum turun sebesar 8,63 K atau 2.61% dari model awal. Selain memiliki kecepatan aliran fluida yang lebih cepat daripada model awal, model ini memiliki pressure drop dan fan power yang lebih rendah sebesar 92.693 Pa dan 0.519 W. Selain itu juga, heat sink berbentuk pin fin ketinggian yang berbeda memiliki nilai efisiensi tertinggi dibandingkan dengan model dengan heat sink lainnya sebesar 49.87%.
==============================================================================================================================
Electric vehicles as an environmentally friendly alternative have become the main focus in efforts to reduce greenhouse gas emissions and dependence on fossil fuels. The source of electrical energy in electric vehicles comes from the battery. The battery that is widely used in electric vehicles is the lithium-ion type, because it has a long life, power and specific energy compared to other types of batteries. Lithium-ion batteries have the disadvantage of high costs and the heat released can cause a decrease in battery performance or capacity over time. Safe operating temperatures for lithium-ion batteries are between -20°C to 60°C. The optimal temperature range is 15°C to 35°C. When the operating temperature increases between 30°C and 40°C it can reduce battery life by up to two months and when it exceeds this temperature limit it can also cause a dangerous battery explosion. Therefore, a battery thermal management system is very important to maintain battery temperature so that it does not exceed safe limits. Various cooling techniques have been developed to maintain optimal battery temperatures, such as air cooling, liquid cooling, phase change material, cold plates, and heat pipes. This research will study the effect of adding a heat sink to a prismatic battery cell module where the cooling system used is T-type cooling which has inlet and outlet positions that are not parallel. The variations used in this research are heat sink geometries, namely straight fin, pin fin with the same height, and pin fin with different heights. The method used in this research is computational fluid dynamic simulation using ANSYS FLUENT software with the heat produced by the battery assumed to be constant and cooled by air fluid which has a speed and temperature at the inlet of 4 m/s and 299.15 K respectively. The output of this research is in the form of qualitative and quantitative results. Qualitative results include temperature contours on the battery, fluid velocity contours, and pressure contours on the fluid. Then the quantitative results are in the form of maximum temperature graphs and temperature uniformity for each model, speed graphs for each cooling channel for each model and pressure drop and fan power graphs for each model. The results show that model 4 is the best, with pin fin shaped heat sinks of different heights. In this model, the maximum temperature decreases by 8.63 K or 2.61% from the initial model. Apart from having a faster fluid flow speed than the initial model, this model has a lower pressure drop and fan power of 92,693 Pa and 0.519 W. Apart from that, the pin fin heat sink of different heights has the highest efficiency value compared to the model with other heat sinks amounted to 49.87%.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Baterai Lithium Ion, Sistem Manajemen Termal Baterai, Heat Sink, Temperatur, Battery Lithium Ion, Battery Thermal Management System, Temperature
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers 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:	Sayyid Assaikhani
Date Deposited:	22 Aug 2024 08:27
Last Modified:	22 Aug 2024 08:27
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112377

Actions (login required)

View Item