Studi Numerik Pengaruh Sistem Pendinginan Air Cooling dan PCM terhadap Temperatur Modul Baterai Lithium-ion

Pada penelitian kali ini dilakukan simulasi perpindahan panas pada modul baterai yang terdiri dari 16 sel baterai LiFePO4 berkapasitas 105Ah. Modul yang dianalisa kali ini merupakan bagian dari penyimpanan energi yang terdiri dari 10 modul baterai. Baterai yang digunakan memiliki batas temperatur operasional antara -20°C hingga 55°C atau 253.15 K hingga 328.15 K dengan rentang arus discharge antara 0.5C hingga 2 C. Namun ketika modul ini beroperasi pada arus 0.5 C, temperatur yang dihasilkan sudah mendekati batas temperatur operasional baterai yaitu 327.587 K. dimana temperatur tersebut sudah mendekati batas temperatur operasional baterai sehingga dibutuhkan sistem pendingin yang dapat mengatur temperatur baterai agar tetap berada pada rentang temperatur operasionalnya. Simulasi numerik yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan software Ansys 19.2 dengan nilai energi bangkitan baterai untuk setiap sel ditentukan dengan menggunakan persamaan bernardi. Modul baterai yang disimulasikan didesain memiliki sistem pendingin baterai hybrid yang mengkombinasikan pendingin udara dan material pengubah fasa. Variasi yang digunakan pada penelitian ini adalah konfigurasi modul baterai, nilai arus discharge, kecepatan udara, dan konduktivitas thermal dari phase change material yang digunakan. Konfigurasi modul baterai yang dianalisa ada 2, yaitu modul 8×2 dan 4×4. Kemudian arus discharge yang disimulasikan adalah 0.5 C, 1 C, 1.5 C, dan 2 C. Pada analisa variasi kecepatan inlet dan konduktivitas thermal phase change material, baterai dianggap melakukan proses discharge pada arus 2 C. Kecepatan inlet yang disimulasikan adalah 1 m/s dan 3 m/s. Kemudian untuk konduktivitas thermal phase change material, baterai dianggap melakukan proses discharge pada arus 2 C. Kemudian untuk konduktivitas thermal phase change material yang divariasikan yaitu 0.24 W/m.K, 0.4 W/m.K, dan 0.8 W/m.K. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa terdapat pengaruh dari konfigurasi modul, arus discharge baterai, kecepatan inlet, dan konduktivitas thermal PCM yang digunakan terhadap temperatur maksimum dan distribusi temperatur modul baterai. Pada arus discharge 0,5 C, modul 4x4 mrmiliki pendinginan yang lebih optimal dalam memberikan temperatur maksimum baterai. Pada kecepatan udara 1 m/s didapatkan temperatur maksimal sebesar 316, 45 K atau 43,3 °C ================================================================================================================================== In this research, a heat transfer simulation was carried out on a battery module consisting of 16 LiFePO4 battery cells with a capacity of 105Ah. The module analyzed this time is part of an energy storage unit consisting of 10 battery modules. The battery used has an operational temperature limit of between -20°C to 55°C or 253.15 K to 328.15 K with a discharge current range of between 0.5C to 2 C. However, when this module operates at a current of 0.5 C, the resulting temperature is close to the temperature limit. The operational temperature of the battery is 327,587 K. where this temperature is already close to the battery's operational temperature limit, so a cooling system is needed that can regulate the battery temperature so that it remains within its operational temperature range. Numerical simulations carried out in this research used Ansys 19.2 software with the battery generation energy value for each cell determined using the Bernardi equation. The simulated battery module is designed to have a hybrid battery cooling system that combines air cooling and phase change materials. The variations used in this research are the battery module configuration, discharge current value, air speed, and thermal conductivity of the phase change material used. There are 2 battery module configurations analyzed, namely 8×2 and 4×4 modules. Then the simulated discharge currents are 0.5 C, 1 C, 1.5 C, and 2 C. In the analysis of variations in inlet speed and thermal conductivity of phase change material, the battery is considered to carry out the discharge process at a current of 2 C. The simulated inlet speed is 1 m/s and 3 m/s. Then, for the thermal conductivity of the phase change material, the battery is assumed to carry out the discharge process at a current of 2 C. Then for the thermal conductivity of the phase change material, the variations are 0.24 W/mK, 0.4 W/mK, and 0.8 W/mK. The results of this research show that there is an influence of the module configuration, battery discharge current, inlet speed, and thermal conductivity of the PCM used on the maximum temperature and temperature distribution of the battery module. At a discharge current of 0.5 C, the 4x4 module has more optimal cooling in providing maximum battery temperature. At an air speed of 1 m/s, a maximum temperature of 316, 45 K or 43.3 °C is obtaine