Studi Numerik Pengaruh Kombinasi Phase Change Material Dan Coupling Fin Pada Baterai Prismatik Dengan Sistem Pendinginan Berbasis Air Cooling

Nugraha, Fajar (2025) Studi Numerik Pengaruh Kombinasi Phase Change Material Dan Coupling Fin Pada Baterai Prismatik Dengan Sistem Pendinginan Berbasis Air Cooling. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007211006-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Seiring dengan meningkatnya temperatur global akibat perubahan iklim yang sebagian besar disebabkan oleh emisi kendaraan bermotor, kendaraan listrik kini menjadi salah satu solusi yang banyak diadopsi secara global. Baterai merupakan komponen utama dalam kendaraan listrik yang memiliki peran vital sebagai penyimpan energi. Jenis baterai yang paling umum digunakan saat ini adalah baterai Lithium-Ion, karena memiliki kepadatan energi yang tinggi, siklus hidup yang panjang, serta tingkat self discharge yang rendah. Namun demikian, baterai ini rentan mengalami degradasi kapasitas apabila tidak beroperasi dalam kondisi yang sesuai. Salah satu faktor krusial yang memengaruhi performa dan umur baterai adalah temperatur kerja. Secara umum, temperatur pengoperasian baterai Lithium-Ion berada pada rentang 15°C hingga 40°C, dengan temperatur optimal antara 25°C hingga 30°C. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem manajemen termal untuk baterai sehingga dapat memperpanjang umur pemakaian baterai. Pada penelitian ini akan mempelajari pengaruh perubahan susunan pin fin, jenis PCM, dan kecepatan udara masuk pada kombinasi Phase Change Material (PCM) dan coupling fin pada baterai prismatik dengan sistem pendinginan udara. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu simulasi computational fluid dynamic menggunakan software ANSYS FLUENT. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah jarak antar pin fin dan susunan pin fin, jenis PCM, dan kecepatan udara masuk dalam cooling channel. Output dari penelitian ini adalah temperatur maksimum baterai dan fan power. Sehingga dari beberapa variasi diharapkan diperoleh BTMS yang dapat menurunkan temperatur baterai namun dengan kenaikan pressure drop dan fan power yang tidak terlalu signifikan. Hasil menunjukkan bahwa konfigurasi 16 inline menaikkan temperatur baterai dari 37,15°C menjadi 37,45°C namun menurunkan fan power dari 0,018 watt menjadi 0,015 watt sehingga geometri ini dinilai optimal untuk dilakukan variasi selanjutnya. Kemudian di variasi kedua diperoleh hasil bahwa penggunaan PCM SP31 dapat menurunkan temperatur yang cukup signifikan dari temperatur yang awalnya adalah 37,45°C turun menjadi 34,05°C dengan pressure drop yang sama. Pada variasi kecepatan udara masuk menghasilkan data bahwa semakin besar kecepatan udara masuk maka temperatur baterai turun namun tidak begiru signifikan, namun disertai peningkatan pressure drop yang sangat signifikan. Pada kecepatan 1 m/s temperatur baterai adalah 34,14°C dengan pressure drop 3,55 Pa dengan fan power 0,003 W dan pada kecepatan 6 m/s temperatur baterai adalah 33,76°C dan pressure drop adalah 59,08 Pa dengan fan power 0,270 W.
======================================================================================================================================
As global temperatures rise due to climate change, which is mostly caused by vehicle emissions, electric vehicles are now one of the most widely adopted solutions globally. Batteries are the main component in electric vehicles that have a vital role as energy storage. The most commonly used battery type today is the Lithium-Ion battery, due to its high energy density, long cycle life, and low self discharge rate. However, these batteries are susceptible to capacity degradation if not operating under appropriate conditions. One of the crucial factors that affect battery performance and lifespan is the working temperature. In general, the operating temperature of Lithium-Ion batteries is in the range of 15 to 40°C, with an optimal temperature between 25 to 30°C. Therefore, a thermal management system is needed for the battery so as to extend the battery's service life. This research will study the effect of changing the pin fin arrangement, type of PCM, and inlet air velocity on the combination of Phase Change Material (PCM) and coupling fin on prismatic batteries with air cooling systems. The method used in this research is computational fluid dynamic simulation using ANSYS FLUENT software. The variations used in this study are the distance between fin pins, the arrangement of fin pins, and the inlet air velocity in the cooling channel. The output of this study includes the maximum battery temperature and fan power. The objective of the variations is to develop a Battery Thermal Management System (BTMS) capable of reducing battery temperature while minimizing the increase in pressure drop and fan power. The results indicate that the 16 inline configuration slightly increases the battery temperature from 37,15°C to 37,45°C but significantly reduces fan power from 0,018 watt to 0,015. Therefore, this geometry is considered optimal for further variations. In the second variation, the implementation of PCM SP31 significantly reduced the battery temperature from 37.45°C to 34.05°C, with no change in pressure drop. In the variation involving inlet air velocity, it was observed that an increase in velocity leads to a decrease in battery temperature, although the reduction is not substantial. However, this is accompanied by a significant increase in pressure drop. At an inlet velocity of 1 m/s, the battery temperature was 34.14°C, with a pressure drop of 3.55 Pa and fan power consumption of 0.003 W. At 6 m/s, the battery temperature was 33.76°C, while the pressure drop increased to 59.08 Pa, and the fan power reached 0.270 W

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Baterai Lithium-Ion, Pin fin, Sistem Manajemen Termal Baterai,Battery Thermal Management System, Lithium-Ion Batteries
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Fajar Nugraha
Date Deposited:	31 Jul 2025 23:29
Last Modified:	31 Jul 2025 23:29
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/125222

Actions (login required)

View Item