Studi Numerik Pengaruh Variasi Susunan Baterai, Kecepatan Udara, dan Arus Discharge terhadap Distribusi Temperatur pada Modul Baterai Lithium-ion Model Prismatik dengan Sistem Pendingin Udara

Wahyudi, Abdillah Shalih (2024) Studi Numerik Pengaruh Variasi Susunan Baterai, Kecepatan Udara, dan Arus Discharge terhadap Distribusi Temperatur pada Modul Baterai Lithium-ion Model Prismatik dengan Sistem Pendingin Udara. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000173-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2026. Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Penyumbang emisi karbon terbesar saat ini terdapat pada sektor transportasi dan sektor energi. Salah satu alternatif guna menekan pengurangan emisi karbon akibat dari kedua sektor tersebut adalah beralih menggunakan energi yang lebih ramah lingkungan seperti baterai. Saat ini, baterai menjadi perangkat penyimpan energi terbaik yang sering digunakan untuk berbagai macam kepentingan. Dalam penggunaan energi yang telah tersimpan dalam baterai, akan tetap terjadi kehilangan energi yang diwujudkan sebagai heat loss. Panas pada baterai dapat terbangkitkan akibat resistansi internal yang terdapat dalam baterai. Nilai panas yang terbangkitkan bervariasi menyesuaikan besar arus pada saat baterai tersebut beroperasi, semakin tinggi arus discharge maka suhu yang dihasilkan akan semakin meningkat. Suhu baterai yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadi thermal runaway yang dapat menyebabkan baterai menjadi terbakar hingga meledak. Untuk itu, pentingnya sistem pendinginan yang sesuai pada baterai guna menjaga temperatur optimal dari baterai tersebut. Penelitian ini bermula dari hasil penelitian (Sena, 2023) yang menunjukkan bahwa pada penggunaan sistem pendinginan udara menggunakan natural convection dinilai belum cukup untuk digunakan dalam battery storage dikarenakan temperatur yang dihasilkan masih tergolong tinggi. Pada penelitian ini dilakukan simulasi guna mendapatkan nilai perpindahan panas, distribusi temperatur, serta temperatur maksimal pada sebuah modul baterai Lithium-ion dengan menggunakan software Ansys 19.2. Penelitian ini ditujukan untuk sebuah battery storage dimana terdapat modul di dalamnya. Setiap modul tersebut terdapat sebanyak 16 sel baterai Lithium-ion berbentuk prismatik yang akan di simulasi dengan variasi susunan baterai 2×8 dan 4×4, variasi kecepatan udara 1 m/s dan 3 m/s, serta variasi arus discharge 0.5C, 1C, 1.5C, dan 2C. Pendinginan baterai yang digunakan dalam penelitian ini adalah air cooling dengan diberi sebuah kipas pendingin yang diletakkan ditengah sisi depan baterai sehingga terjadi forced convection. Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini adalah berupa kontur temperatur, temperatur maksimum, distribusi temperatur, kontur kecepatan, streamline kecepatan, dan vektor kecepatan pada modul baterai yang digunakan untuk mengetahui variasi mana yang paling optimal dalam menurunkan temperatur maksimum pada modul baterai LiFePO4. Kesimpulan akhir dari penelitian ini adalah variasi susunan 4×4 dengan kecepatan udara 3 m/s merupakan variasi yang paling optimal dalam menurunkan temperatur maksimum pada modul baterai. Pada arus discharge 0.5C variasi tersebut menghasilkan nilai temperatur maksimum 313,2 K atau 40,2℃ yang mana masih berada dalam temperatur optimal operasional baterai yaitu dibawah 55℃.
=================================================================================================================================
The largest contributors to carbon emissions are currently the transportation and energy sectors. One alternative to suppress the reduction of carbon emissions due to these two sectors is to switch to using more environmentally friendly energy such as batteries. Currently, batteries are the best energy storage devices that are often used for various purposes. In the use of energy that has been stored in the battery, there will still be energy loss realized as heat loss. Heat in the battery can be generated due to the internal resistance contained in the battery. The value of heat generated varies according to the amount of current when the battery is operating, the higher the discharge current, the temperature generated will increase. Battery temperatures that are too high can cause thermal runaway to occur which can cause the battery to catch fire and explode. For this reason, the importance of a suitable cooling system on the battery to maintain the optimal temperature of the battery. This research stems from the results of (Sena, 2023) research which shows that the use of an air-cooling system using natural convection is considered insufficient for use in battery storage because the resulting temperature is still relatively high. In this study, a simulation was conducted to obtain the value of heat transfer, temperature distribution, and maximum temperature in a Lithium-ion battery module using Ansys 19.2 software. This research is aimed at a battery storage where there is a module in it. Each module contains 16 prismatic Lithium-ion battery cells that will be simulated with 2×8 and 4×4 battery arrangement variations, 1 m/s and 3 m/s air velocity variations, and 0.5C, 1C, 1.5C, and 2C discharge current variations. The battery cooling used in this study is air cooling with a cooling fan placed in the middle of the front side of the battery so that forced convection occurs. The results obtained in this study are in the form of temperature contours, maximum temperature, temperature distribution, velocity contours, velocity streamlines, and velocity vectors in the battery module which are used to determine which variation is the most optimal in reducing the maximum temperature in the LiFePO4 battery module. The final conclusion of this research is that the 4×4 arrangement variation with an air velocity of 3 m/s is the most optimal variation in reducing the maximum temperature in the battery module. At a discharge current of 0.5C, the variation produces a maximum temperature value of 313,2 K or 40,2℃ which is still within the optimal temperature of battery operation which is below 55℃.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Energy, Battery Storage, Air Cooling, Forced Convection
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2921 Lithium cells. T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2941 Storage batteries
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Abdillah Shalih Wahyudi
Date Deposited:	13 Feb 2024 02:12
Last Modified:	13 Feb 2024 02:12
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/107093

Actions (login required)

View Item