Studi Numerik Pengaruh Metode Pendinginan Air Cooling dan Hybrid Cooling terhadap Fenomena Termal Battery Pack

Irsyad, Sena Abraham (2024) Studi Numerik Pengaruh Metode Pendinginan Air Cooling dan Hybrid Cooling terhadap Fenomena Termal Battery Pack. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007221045-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Baterai lithium-ion digunakan sebagai penyimpan energi karena keunggulan seperti kepadatan energi yang tinggi, kepadatan daya yang baik, dan bobot yang ringan. Battery pack lithium-ion yang digunakan terdiri dari 16 sel dengan kapasitas maksimal masing-masing 100 Ah yang dirangkai membentuk daya maksimal 5 kWh. Battery pack dalam bentuk box yang dirangkai akan ditempatkan pada dua kondisi lingkungan berbeda, yaitu outdoor dan indoor. Sehingga, pada dua kondisi tersebut akan diterapkan metode pendinginan yang berbeda sebagai upaya untuk menjaga temperatur baterai pada kondisi optimal dengan pembebanan tinggi. Pada kondisi indoor akan diterapkan metode air cooling, dan untuk kondisi outdoor akan diaplikasikan metode hybrid cooling. Pendinginan ini diharapkan, akan menurunkan temperatur baterai hingga batas optimum operasinya pada 40oC.Pada penelitian ini, dilakukan analisis secara numerik dengan menerapkan beberapa metode pendinginan baterai yang sudah ada dengan validasi melalui eksperimen. Eksperimen dilakukan pada kondisi pack terbuka dengan discharge rate 0,6C, 0,4C, dan 0,2C untuk dibandingkan dengan hasil simulasi melalui visualisasi kontur. Simulasi dilakukan dengan tiga tahap utama yang antara lain pre-processing, processing, dan post processing. Pada tahap pre-processing akan dilakukan pembuatan model, meshing dengan jenis hexa mesh, hingga set-up simulasi dengan input heat generation constant untuk gird independency test. Tahap processing merupakan proses simulasi, dan pada post processing akan dilakukan pengambilan data kontur dan nilai temperatur terhadap waktu pada lokasi tertentu. Penelitian ini juga akan menerapkan dua metode pendinginan pada dua kondisi lingkungan yang berbeda. Untuk pendinginan menggunakan udara (air cooling) akan menggunakan perubahan posisi inlet dan outlet sebagai alternatif untuk mengubah pola aliran serta input variasi kecepatan dan juga temperatur udara masuk. Kemudian, untuk metode pendinginan hybrid (hybrid cooling) akan digunakan PCM sebagai bahan solid yang mengalami kontak dengan baterai. Selain itu akan menggunakan air sebagai fluida kerja dengan variasi flow rate dan temperatur aliran masuk. Pendekatan eksperimen dan simulasi numerik memberikan hasil yang menunjukkan kesesuaian tampilan pada seluruh discharge rate. Hanya terdapat sedikit perbedaan yang disebabkan oleh keterbatasan dalam pendefinisian material serta kondisi lingkungan dalam simulasi. Kemudian untuk hasil simulasi air cooling, meningkatkan kecepatan hingga 4 m/s dapat menurunkan temperatur maksimal baterai sampai dengan 11%. Selain itu, pengubahan posisi inlet dan outlet memberikan pengaruh berupa penurunan temperatur maksimal baterai hingga 7oC pada kedua discharge rate. Sementara perubahan temperatur fluida mampu menurunkan temperatur maksimal hingga 2°C pada discharge rate 1C dan 1,6°C pada discharge rate 2C. Pada discharge rate 1C, dengan menggunakan model nomor 4, kecepatan 3 m/s, dan temperatur aliran 16°C mampu menurunkan temperatur maksimal di bawah batas aman operasional sekitar 0,128°C. Sedangkan pada discharge rate 2C, pendinginan terbaik hanya mampu menurunkan temperatur maksimal hingga 11,269°C di atas batas aman. Untuk hasil simulasi menggunakan hybrid cooling menunjukkan bahwa flow rate efektif hingga 0,3 L/min untuk menurunkan temperatur baterai dengan persentase mencapai 11%. Selain itu, penurunan temperatur maksimal baterai linear terhadap perubahan temperatur aliran. Kemudian pada discharge rate 1C, temperatur maksimal baterai dapat diturunkan hingga 0,266oC di bawah 40°C dengan flow rate 0,075 L/min dan temperatur 25°C. Sedangkan untuk discharge rate 2C, temperatur maksimal dapat diturunkan hingga 0,346°C di bawah 40oC dengan besar flow rate empat kali lipat.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Baterai Litium-Ion, Pendinginan Hybrid, Pendinginan Udara, Temperatur, Manajemen Termal
Subjects:	T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2921 Lithium cells.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Sena Abraham Irsyad
Date Deposited:	08 Aug 2024 11:51
Last Modified:	08 Aug 2024 11:51
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/114578

Actions (login required)

View Item