Bagian pendahuluan dari artikel Modeling and Simulation of a Novel Thermal Management Strategy and Temperature Distribution in PEMFC membahas tantangan utama dalam penerapan Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC), yaitu masalah pengelolaan panas (thermal management). Meskipun PEMFC dikenal efisien dan ramah lingkungan, sekitar 50% energi kimia yang dihasilkan berubah menjadi panas, sehingga menyebabkan ketidakseragaman suhu yang dapat merusak struktur internal seperti membran dan lapisan katalis. Ketidakseimbangan distribusi panas ini juga berdampak pada efisiensi dan umur pakai sel bahan bakar.
Berbagai penelitian sebelumnya telah mengembangkan strategi manajemen panas dengan memodifikasi struktur radiator, aliran pendingin, serta algoritma kontrol seperti PID, fuzzy logic, dan pembelajaran mesin. Namun, sebagian besar pendekatan tersebut masih menghadapi kendala dalam menangani gangguan dan ketidakpastian sistem secara dinamis.
Artikel ini kemudian memperkenalkan metode kontrol baru bernama Integral Laser Simulator Logic (ILSL) yang dirancang untuk meningkatkan kestabilan suhu tumpukan sel bahan bakar (stack temperature) serta mencegah terbentuknya zona panas berlebih (hotspots). Penelitian ini menggabungkan simulasi MATLAB/Simulink dan ANSYS/Fluent untuk menganalisis distribusi suhu internal dan kinerja sistem pendingin secara komprehensif. Pendekatan ini bertujuan menghasilkan strategi manajemen panas yang lebih presisi, tangguh, dan efisien dibandingkan metode konvensional.
Metode dan Hasil
Bagian metode dalam artikel ini menjelaskan bahwa penelitian dilakukan dengan memodelkan sistem Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) menggunakan pendekatan dua dimensi dan tiga dimensi. Model dua dimensi dikembangkan di MATLAB/Simulink berdasarkan prinsip konservasi massa dan energi untuk menggambarkan hubungan antara produksi panas, pembuangan panas, serta karakteristik suhu tumpukan sel. Sementara itu, model tiga dimensi dibangun menggunakan ANSYS/Fluent untuk menganalisis distribusi suhu di dalam satu sel bahan bakar dengan mempertimbangkan struktur internal seperti membran, lapisan katalis, dan saluran pendingin.
Penelitian ini menguji tiga strategi pengendalian suhu, yaitu PID (Proportional-Integral-Derivative), IFL (Integral Fuzzy Logic), dan ILSL (Integral Laser Simulator Logic). Ketiga algoritma diuji melalui simulasi bersama (co-simulation) antara MATLAB/Simulink dan Fluent untuk menilai kinerja pengaturan suhu pendingin dan tumpukan sel di bawah kondisi beban bervariasi serta gangguan lingkungan.
Bagian hasil menunjukkan bahwa kontroler ILSL memberikan performa terbaik dibandingkan PID dan IFL. ILSL mampu menjaga suhu tumpukan tetap stabil dengan overshoot dan waktu pemulihan (settling time) yang jauh lebih kecil. Selain itu, distribusi suhu di dalam sel lebih seragam, sehingga risiko terbentuknya zona suhu tinggi (hotspots) dapat dikurangi. ILSL juga terbukti lebih tangguh terhadap gangguan parameter sistem dan perubahan lingkungan. Secara keseluruhan, strategi ILSL meningkatkan efisiensi termal dan kestabilan operasi PEMFC dibandingkan metode kontrol konvensional.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Yang Luo, Mohammed A.H. Ali, Nik Nazri Nik Ghazali, Retna Apsarim Wen Tong Chong, Zhenzhong Yang, Haichao Liu. Modeling and simulation of a novel thermal management strategy and temperature distribution in PEMFC
