Studi Numerik Pengaruh Variasi Discharge Dan Thermal Conductivity Holder Pada Distribusi Temperatur Lithium-Ion Battery Pack

Irsyad, Sena Abraham (2022) Studi Numerik Pengaruh Variasi Discharge Dan Thermal Conductivity Holder Pada Distribusi Temperatur Lithium-Ion Battery Pack. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111740000100-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2024. Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Sel Li-ion banyak digunakan di dalam bidang teknik sebagai penyimpan energi karena kelebihannya jika dibandingkan dengan penyimpan energi jenis lain. Li-ion menawarkan kepadatan energi yang lebih unggul, kepadatan daya, bobotnya yang rendah, dan kemampuan untuk digunakan secara terus menerus. Penggunaan sel Li-ion ini sudah banyak diaplikasikan pada beberapa bidang elektronik dan sejak tahun 1991. Sel Li-ion biasanya digabungkan membentuk sebuah paket baterai. Jumlah sel dalam kemasan dapat berkisar dari beberapa hingga ribuan tergantung dari kebutuhan. Kekurangan utama dari sel Li-ion terletak pada nilai konduktivitas termal rendah yang dimiliki oleh sel Li-ion, akan menghasilkan kenaikan temperatur yang tinggi saat dioperasikan pada arus tinggi. Jika sel Li-ion mengalami kenaikan temperatur yang tinggi, dapat mengakibatkan reaksi dekomposisi di dalam sel dan menyebaban ledakan. Manajemen termal sangat dibutuhkan oleh sel Li-ion untuk mengantisipasi thermal runaway yang terjadi ketika temperatur melewati batas yang dianjurkan.
Pada penelitian ini, dilakukan simulasi mengenai distribusi temperatur dan perpindahan panas pada lithium-ion battery pack. Penelitian dilakukan menggunakan software ANSYS 19.2 dengan kondisi aliran transient, incompressible gas, laminar flow, dan menggunakan energy equation. Permodelan panas pada battery cell dilakukan dengan memberikan input heat generation rate. Variasi simulasi yang digunakan pada penelitian ini adalah discharge rate dan besar thermal conductivity holder. Discharge rate yang digunakan adalah 0,4C, 0,6C, dan 0,8C. Untuk nilai thermal conductivity holder yang digunakan adalah 0,2 W/m.K, 0,8 W/m.K, dan 1,4 W/m.K. Bentuk meshing yang digunakan pada simulasi yaitu meshing bentuk unstructure mesh. Hasil yang akan diperoleh dari penelitian ini yaitu perbandingan nilai temperatur pada battery pack dari ketiga jenis thermal conductivity holder yang berbeda pada masing-masing variasi arus discharge.
Hasil yang didapatkan dari penelitian ini berupa kontur temperatur, nilai dan letak temperatur maksimal, kontur kecepatan udara, dan kecepatan maksimal udara. Distribusi temperatur pada variasi discharge rate dan thermal conductivity holder terkonsentrasi pada bagian tengah susunan battery cell. Peristiwa ini disebabkan oleh celah antar battery cell yang sempit sehingga sulit untuk melepaskan panas. Temperatur maksomal pada semua variasi discharge rate dan thermal conductivity holder tidak melewati batas optimal operasi lithium-ion battery. Kecepatan maksimal tertinggi terjadi pada discharge rate 0,8C yang dimana hal tersebut dikarenakan panas yang dihasilkan lebih besar jika dibandingkan dengan discharge rate 0,6C dan 0,4C. Untuk thermal conductivity holder, semakin besar nilainya akan semakin besar penurunan temperatur maksimal pada battery cell akan tetapi penurunan yang diberikan tidaklah signifikan. Thermal conductivity holder yang lebih tinggi mampu menjaga suhu pada permukaan casing battery pack bagian atas lebih dingin dikarenakan sedikitnya panas yang dilepaskan ke udara didalam battery pack.
===================================================================================================
Li-ion cells are widely used in engineering as energy storage because of their advantages when compared to other types of energy storage. Li-ion offers superior energy density, power density, low weight, and the ability to be used continuously. The use of Li-ion cells has been widely applied in several fields of electronics and since 1991. Li-ion cells are usually combined to form a battery pack. The number of cells in the pack can range from a few to thousands depending on need. The main disadvantage of Li-ion cells lies in the low thermal conductivity values of Li-ion cells, it will produce a high-temperature rise when operated at high currents. If the Li-ion cell is subjected to a high-temperature rise, it can cause a decomposition reaction in the cell and cause an explosion. Thermal management is needed by Li-ion cells to anticipate thermal runaway that occurs when the temperature exceeds the recommended limit.
In this study, a simulation of the temperature distribution and heat transfer in the lithium-ion battery pack was carried out. The research was conducted using ANSYS 19.2 software with transient flow conditions, incompressible gas, laminar flow, and using the energy equation. Heat modeling in the battery cell is done by providing input heat generation rate. The simulation variations used in this study are the discharge rate and the thermal conductivity holder. The discharge rates used are 0.4C, 0.6C, and 0.8C. The thermal conductivity holder values used are 0.2 W/m.K, 0.8 W/m.K, and 1.4 W/m.K. The form of meshing used in the simulation is meshing in the form of an unstructured mesh. The results to be obtained from this study are the comparison of the temperature values in the battery pack of the three different types of thermal conductivity holders in each variation of the discharge current.
The results obtained from this study are contours, maximum temperature values and locations, air velocity contours, and maximum air velocity. Temperature distribution on various discharge rates and thermal conductivity of the holder in the center of the battery cell array. This event is caused by the narrow gap between the battery cells making it difficult to release heat. The maximum temperature at all variations of the discharge rate and thermal conductivity resistance does not exceed the optimal operating limit of the lithium-ion battery. The highest maximum speed occurs at 0.8C discharge which is because the heat generated is greater when compared to 0.6C and 0.4C discharge. For thermal conductivity resistance, the larger the value, the greater the maximum temperature drop in the battery cells, but the decrease is significant. The higher thermal conductivity mount keeps the temperature on the upper surface of the battery pack case cooler because less heat is exposed to the air inside the battery pack.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Lithium-ion Battery Pack, Discharge Rate, Thermal Conductivity Holder, Temperatur, Studi Numerik, Lithium-ion Battery Pack, Discharge Rate, Thermal Conductivity Holder, Temperature, Numerical Studies
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 and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Sena Abraham Irsyad
Date Deposited:	08 Feb 2022 02:19
Last Modified:	31 Oct 2022 04:15
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/92974

Actions (login required)

View Item