Perpustakaan Digital ITB

Pengelolaan termal baterai NMC (LiNiMnCoO?) pada sistem penyimpanan energi stasioner seperti UPS (Uninterruptible Power Supply) dan BESS (Battery Energy Storage System) sangat penting karena pengosongan arus tinggi memicu lonjakan temperatur area tertentu, ketidakseragaman distribusi kalor, dan peningkatan risiko thermal runaway yang mengancam keamanan dan umur sistem. Penelitian ini mengembangkan kerangka pemodelan termofluida hierarkis berbasis CFD (Computational Fluid Dynamics) yang divalidasi secara bertahap dari sel hingga modul di dalam battery packaging untuk menangkap keterkaitan kausal antara pembangkitan kalor internal dan respons aliran fluida eksternal dalam sistem pendingin udara paksa. Konvergensi numerik dicapai pada 23959 elemen (finer) dengan validasi pada 0,5C, 1C, dan 1,5C menghasilkan RMSE sel tunggal 1,77–2,71°C, mengonfirmasi akurasi termofisika. Simulasi orientasi vertikal meningkatkan keseragaman distribusi termal 1,8–14°C (9–22%) dibanding horizontal pada C-rate 0,5C–1,5C dengan RMSE di bawah 1,13°C. Berdasarkan fondasi tervalidasi tersebut, simulasi CFD sistem pendingin udara paksa modul 4S6P dikembangkan dengan rasio plenum total 75,4% dan kecepatan udara 5,86 m/s, menghasilkan akurasi puncak RMSE 0,14–0,25°C dan relative error di bawah 0,35%. Model CFD memprediksi reduksi temperatur maksimum 24,5°C (dari 53,3°C pada pendingin udara alami tanpa optimasi aliran menjadi 28,8°C pada pendingin udara paksa) pada laju pengosongan 0,58C, disertai reduksi gradien temperatur (?T) hingga 1,8°C, COP maksimum 0,11, dan rasio parasitic energy 1,22–1,48% dari total energi baterai, seluruhnya diprediksi melalui platform CFD tervalidasi eksperimental bertahap, mereduksi iterasi pengujian fisik dan memungkinkan evaluasi skalabilitas konfigurasi 8S12P secara komputasional. Integrasi ketiga tingkat pemodelan tersebut menghasilkan platform simulasi prediktif yang skalabel pada konfigurasi 8S12P (96 sel) dengan rasio plenum total identik. Simulasi mengonfirmasi linearitas desain yang mengindikasikan konsistensi scaling termal pada konfigurasi yang diperbesar, laju perpindahan kalor sedikit meningkat dari 0,42 W (4S6P) menjadi 1,63 W (8S12P), pressure drop meningkat dari 1,09 Pa menjadi 1,79 Pa, dan ?T meningkat menjadi 2,5°C. Konsistensi performa termal lintas skala ini tidak hanya mampu merepresentasikan kerangka desain termal modul baterai berbasis simulasi secara akurat, tetapi juga memungkinkan evaluasi performa sistem pendinginan udara yang dapat digunakan untuk pengembangan battery packaging stasioner berskala industri.