Studi Numerik Pengaruh Penambahan Heat Sink Pada Modul Sel Baterai Tipe Prismatik Terhadap Sistem Pendinginan Baterai
Total View This Week0
Total View This Week0
Institusion
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Author
Rizqy, Muhammad Akmal Maulana
Subject
TA357 Computational fluid dynamics. Fluid Mechanics
Datestamp
2023-07-30 13:26:11
Abstract :
Kendaraan listrik telah menjadi fokus perhatian dunia sebagai solusi untuk mengatasi kekurangan energi dan masalah lingkungan. Baterai merupakan komponen utama kendaraan listrik yang menentukan jarak tempuh, harga, dan kinerja daya kendaraan listrik. Lithium-Ion adalah jenis baterai yang paling banyak digunakan karena memiliki keuntungan seperti efisiensi dan kapasitas yang tinggi serta umur kerja yang panjang. Namun, temperatur kerja optimal untuk baterai lithium-ion adalah antara 10°C dan 50°C, dan perbedaan temperatur maksimum dan minimum tidak boleh lebih dari 5°C. Oleh karena itu, sistem manajemen termal diperlukan untuk menjaga temperatur baterai berada dalam kisaran optimal, mengurangi perbedaan temperatur, dan memperbaiki keseragaman temperatur pada baterai sehingga dapat meningkatkan umur dan efisiensi baterai. Pada penelitian ini akan mempelajari pengaruh penambahan heat sink pada modul sel baterai prismatik dimana sistem pendinginan yang dipakai yaitu pendinginan tipe-Z yang memiliki posisi inlet dan outlet tidak sejajar. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu simulasi computational fluid dynamic menggunakan software ANSYS FLUENT dengan panas yang dihasilkan oleh baterai diasumsikan konstan dan didinginkan oleh fluida udara yang memiliki kecepatan dan temperatur pada inlet masing-masing 4 m/s dan 299.15 K. Variasi yang digunakan pada penelitian ini adalah geometri heat sink yaitu straight fin yang merujuk penelitian Egab & Oudah. (2022), pin fin dengan ketinggian yang sama merujuk penelitian Mohammadian & Zhang. (2017), dan pin fin dengan ketinggian yang berbeda merujuk penelitian Mohammadian & Zhang. (2015). Dengan penambahan heat sink diharapkan dapat menurunkan temperatur maksimum pada baterai dan meningkatkan keseragaman temperatur pada baterai. Namun, penambahan heat sink dapat meningkatkan pressure drop dan fan power yang dibutuhkan. Output dari penelitian ini adalah kontur temperatur pada baterai, kontur kecepatan fluida, kontur tekanan fluida untuk mengatuhui variasi yang optimal dalam menurunkan temperatur, tetapi dengan kenaikan tekanan sekecil mungkin. Hasil menunjukkan model yang paling optimal yaitu pada model 4 dengan heat sink berbentuk pin fin dengan ketinggian yang berbeda-beda dimana pada model ini temperatur maksimum turun 13.93 K dari model awal,kecepatan aliran fluida lebih cepat daripada model awal dan memiliki pressure drop dan fan power lebih rendah daripada model dengan heat sink lainnya sebesar 103.55 Pa dan 0.58 W. ====================================================================================================================================== Electric vehicles have become the focus of world attention as a solution to overcome energy shortages and environmental problems. The battery is the main component of electric vehicles that determines the mileage, price, and power performance of electric vehicles. Lithium-Ion is the most widely used type of battery because it has advantages such as high efficiency and capacity as well as a long working life. However, the optimum working temperature for lithium-ion batteries is between 10°C and 50°C, and the maximum and minimum temperature difference should not be more than 5°C. Therefore, a thermal management system is needed to keep the battery temperature within the optimal range, reduce temperature differences, and improve temperature uniformity in the battery to increase battery life and efficiency. This research will study the effect of adding heat sinks to prismatic battery cell modules where the cooling system used is Z-type cooling where the inlet and outlet positions are not parallel. The method used in this research is a computational fluid dynamic simulation using ANSYS FLUENT software with high heat. generated by the battery is assumed to be constant and cooled by air-fluid which has a speed and temperature at the inlet of 4 m/s and 299.15 K respectively. The variation used in this study is the geometry of the heat sink, namely the straight fin which refers to the research of Egab & Oudah. (2022), pin fin same height which refers to the research of Mohammadian & Zhang. (2017), and pin fin different heights which refer to the research of Mohammadian & Zhang. (2015). With the addition of a heat sink, it is hoped that it can reduce the maximum temperature on the battery and increase the uniformity of temperature on the battery. However, the addition of a heat sink can increase the required pressure drop and fan power. The output of this research is the temperature contour on the battery, the fluid velocity contour, and the fluid pressure contour to find out the optimal variation in lowering the temperature, but with the smallest possible increase in pressure. The results show that the most optimal model is in model 4 with a pin-fin heat sink with different heights where in this model the maximum temperature drops 13.93 K from the initial model, the fluid flow rate is faster than the initial model, and
Kendaraan listrik telah menjadi fokus perhatian dunia sebagai solusi untuk mengatasi kekurangan energi dan masalah lingkungan. Baterai merupakan komponen utama kendaraan listrik yang menentukan jarak tempuh, harga, dan kinerja daya kendaraan listrik. Lithium-Ion adalah jenis baterai yang paling banyak digunakan karena memiliki keuntungan seperti efisiensi dan kapasitas yang tinggi serta umur kerja yang panjang. Namun, temperatur kerja optimal untuk baterai lithium-ion adalah antara 10°C dan 50°C, dan perbedaan temperatur maksimum dan minimum tidak boleh lebih dari 5°C. Oleh karena itu, sistem manajemen termal diperlukan untuk menjaga temperatur baterai berada dalam kisaran optimal, mengurangi perbedaan temperatur, dan memperbaiki keseragaman temperatur pada baterai sehingga dapat meningkatkan umur dan efisiensi baterai. Pada penelitian ini akan mempelajari pengaruh penambahan heat sink pada modul sel baterai prismatik dimana sistem pendinginan yang dipakai yaitu pendinginan tipe-Z yang memiliki posisi inlet dan outlet tidak sejajar. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu simulasi computational fluid dynamic menggunakan software ANSYS FLUENT dengan panas yang dihasilkan oleh baterai diasumsikan konstan dan didinginkan oleh fluida udara yang memiliki kecepatan dan temperatur pada inlet masing-masing 4 m/s dan 299.15 K. Variasi yang digunakan pada penelitian ini adalah geometri heat sink yaitu straight fin yang merujuk penelitian Egab & Oudah. (2022), pin fin dengan ketinggian yang sama merujuk penelitian Mohammadian & Zhang. (2017), dan pin fin dengan ketinggian yang berbeda merujuk penelitian Mohammadian & Zhang. (2015). Dengan penambahan heat sink diharapkan dapat menurunkan temperatur maksimum pada baterai dan meningkatkan keseragaman temperatur pada baterai. Namun, penambahan heat sink dapat meningkatkan pressure drop dan fan power yang dibutuhkan. Output dari penelitian ini adalah kontur temperatur pada baterai, kontur kecepatan fluida, kontur tekanan fluida untuk mengatuhui variasi yang optimal dalam menurunkan temperatur, tetapi dengan kenaikan tekanan sekecil mungkin. Hasil menunjukkan model yang paling optimal yaitu pada model 4 dengan heat sink berbentuk pin fin dengan ketinggian yang berbeda-beda dimana pada model ini temperatur maksimum turun 13.93 K dari model awal,kecepatan aliran fluida lebih cepat daripada model awal dan memiliki pressure drop dan fan power lebih rendah daripada model dengan heat sink lainnya sebesar 103.55 Pa dan 0.58 W. ====================================================================================================================================== Electric vehicles have become the focus of world attention as a solution to overcome energy shortages and environmental problems. The battery is the main component of electric vehicles that determines the mileage, price, and power performance of electric vehicles. Lithium-Ion is the most widely used type of battery because it has advantages such as high efficiency and capacity as well as a long working life. However, the optimum working temperature for lithium-ion batteries is between 10°C and 50°C, and the maximum and minimum temperature difference should not be more than 5°C. Therefore, a thermal management system is needed to keep the battery temperature within the optimal range, reduce temperature differences, and improve temperature uniformity in the battery to increase battery life and efficiency. This research will study the effect of adding heat sinks to prismatic battery cell modules where the cooling system used is Z-type cooling where the inlet and outlet positions are not parallel. The method used in this research is a computational fluid dynamic simulation using ANSYS FLUENT software with high heat. generated by the battery is assumed to be constant and cooled by air-fluid which has a speed and temperature at the inlet of 4 m/s and 299.15 K respectively. The variation used in this study is the geometry of the heat sink, namely the straight fin which refers to the research of Egab & Oudah. (2022), pin fin same height which refers to the research of Mohammadian & Zhang. (2017), and pin fin different heights which refer to the research of Mohammadian & Zhang. (2015). With the addition of a heat sink, it is hoped that it can reduce the maximum temperature on the battery and increase the uniformity of temperature on the battery. However, the addition of a heat sink can increase the required pressure drop and fan power. The output of this research is the temperature contour on the battery, the fluid velocity contour, and the fluid pressure contour to find out the optimal variation in lowering the temperature, but with the smallest possible increase in pressure. The results show that the most optimal model is in model 4 with a pin-fin heat sink with different heights where in this model the maximum temperature drops 13.93 K from the initial model, the fluid flow rate is faster than the initial model, and
Download
book
BibTex
Latex, Jabref
cloud_download
Original Resource
url resource Institution
