Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 5 ,  O c tob e 201 6, p p . 2 064 ~207 I S SN : 208 8-8 7 0 8 D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 5.1 142         2 064     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Experimental and Simulation St udies of T h erm al Distribu tion  on M o dified Con n ect or of  Li -Ion Battery for Electric   Vehicles Application       Ag us Risdiy a n to 1 , Umar  K h ayam 2 , No vi adi  A. R a chm a n 1 , M a ul an a Ari f i n 1   1 Research  Cen t r e  for  Electr i cal P o wer and  Mech atroni cs, Indonesian Institute of  Sciences, B a ndung , Indonesia  2 Departm e nt of Electri cal   Power   Engin eering ,   B a ndung Institu te o f  Technolog y ,  B a ndung, Ind ones i     Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  May 9, 2016  Rev i sed  Ju l 15 20 16  Accepte J u l 30, 2016      One of the s e v e ral fa ilure  cas es  in el ectr i c v e hi cle  could be o c cured a t  the   Lithium - ion  (Li- ion) ba tter y   con n ectors when  lo aded b y   high  cu rrent.  Th is   failur e  caused b y  b a d con t act o f  conne ctors so that the contact resistan ce  increase and lead to high power losses,  overheating, and it can even cause a  fire hazard. Th is paper presents a  thermal distribution of Li- i on batter y   connectors on d i fferen t  co ating   material  in  relation to  the v a lue of contact  resistance.  Ther e were  two tes t  samp les of modeled :  copp er  connection   without coating and copper conn ection with  silver coating .  Each sample was  loaded b y  th e DC current of 35 0A, and tem p er ature  at the  con n ect ion was   m eas ured until   s t ead y s t a t con d ition r each ed a nd s i m u lated b y  S o lidwork  s o ftware.  The r e s u lts  s how that t h e tem p er ature  a t  the  ins i de  cont act  are a  was   higher than the  outside contact  area of  connection that appears  caused b y   higher of the  contact resistan ce. Both  measurement and simulation results  have same tendency  that  copp er  connection with   silver co ating  having lower   contact resistan ce, lower  maximum temperature, and  lower losses about 32   % than copper connection without  coatin g .  Silver coating can b e  considered   as  other  a ltern ati v e to  prev ent ov erhea ting, high  losses, and f a ilur e  in  Li- i o n   batter y  conn ecto r. Keyword:  Contact re sistance   Li-ion  battery connectors   M a x i mu m t e m p e r a t u r Silv er co ating  So lidwork   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Agu s  Risd iyanto Depa rtem ent of Powe Electroni c a n d Electric Machinaries ,     Research Cen t re fo Electrical Power an d Mech atro n i cs, Indo n e sian   Institu te of Scien ces,  Kom p l e k L I P I ,  Jl . Sa n g k u ri a n g,  N o 2 1 / 1 54 D, B a n d u n g   40 13 5,  I n do nesi a.   Em a il: riesd i an @g m a il.co m ,  ag u s 03 2@lip i.go .id       1.   INTRODUCTION  Heat  ge nerat i o n ha s bec o m e   m a jor i s s u e i n  t h e a p plication  of Li-ion  battery as a power s o urce  t o   dri v electric vehicle (EV). Som e   researc h ers have   be e n  analyzed  a n d provide d   to red u c e th e tem p eratu r bat e ry   usi n va ri o u s t ech ni q u e  suc h  as  i m provi sat i o n  o f  c o o l i ng sy st em s usi ng  p h ase c h a n ge m a t e ri al s (PC M )   [1] ,  G r ee n' s Funct i on t e c hni q u e an d nat u ral  con v ect i on st r a t e gy  [2] ,  a ne w ki n d  o f  co ol ant  and l i q ui m e t a [3] ,  an pi n- fi n heat  si n k s [ 4 ] .  Ot he r st u d i es al so have  anal y zed t h e t e m p erat ur e of  Li -i on  bat t e ry  usi n g   el ect ro-t herm al m odel i ng  wi t h  t h e  s p at i a l  v a ri at i ons  o f  el ect ro de  param e t e r an d t h re act i on  heat   ge nerat e in sid e  b a ttery u n d e r d i fferent o p e rating  con d ition s  [5 ], an d  im p r o v e m e n t  o f  th erm a man a g e m e n t  s y ste m    base d o n  di ffe r e nces i n  cel l  si ze and cel l  pac k agi ng  sy st em   [6] .   Ho we ver,  onl y  fe w pa pe r  have  di sc usse d t h e   h eatin g b a ttery  du e to   p r ob lem   in  co nn ection  system . A m o n g  of th em  were th e ob serv i n g  co nn ector  warm in g   un de vi brat i o n e nvi ro nm ent  [7]  a n d i m provem e nt  o f  c o n n ect o r  m a t e ri al  usi n b r a ss-co p p er  co n n ect o r   co nfigu r ation  with  co n t act  p r essu re settin g [8 ].  Of t h e m a ny  ty pes of c o n n e c t i ons use d  i n  Li -i on bat t e ry , ove rl ap pi n g   bol t e d c o n n ect i ons are t h e   m o st co mm o n l y u s ed . Th ey are v e rsatile, d e p e nd ab le, simp le d e sign  and fab r ication ,  easy in stallatio n ,  and  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Exp e rimen t a l  an d S i mu l a tio S t ud ies  o f  Th erma Distri bu tion   o n  Mo d ified   Co nn ecto r   ....  (Ag u s  Risd iya n to 2 065 easy m a in ten a n ce.  Gen e rally, th e con f i gur atio n of   ov er lap p i n g  bo lted connectio n  i n  Li- i on   b a tter y  fo r el ectr i c   vehi cl e a p pl i cat i on i s  as  s h o w n as  Fi g u re  1 .           Fi gu re  1.  Exi s t i ng c o nnect i o n s  wi t h  b o l t e d c o n f i g urat i o f o r Li -i on  bat t e ry       Ty pi cal l y  t h m a t e ri al  exi s ting t h at  use f o Li -i on  bat t e ry  con n ect i o n  i s   cop p e r . Thi s  c o m pone nt  t h at   h a s an  im p o r tan t  ro le in  t h e tran sferi n g   o f  electricity  d i stri b u tion   wh ile op eratin g the el ectric vehicle.  The   p a ram e ters to  th e reliab ility o f  th e co nnectio n  system is a  m u st h a v e  in tegrity, b o t h  electrically an d   mechanically [9].  good  c o nnection  syste m  m u st  be  m echanica l l y  st ron g  a nd  h a ve a sm all  cont ac t   resistan ce. Th e greater con t act resistan ce on  th e co nn ectio n will lead t o  the  g r eater  p o wer lo sses.  Co pp er  con n ect i o n wi t h  hi g h   c u rre nt   l o a d   ca ca u s t h e   p o w er  di ssi pat i o n.   It  depe n d s o n  t h e val u e of c o nt act   resi st ance. M a xi m u m   t e m p erat ure pe rm i t t e d fo r co ppe r c o nnect or i s  n o t   hi g h er t h a n   65 C [10]. Tem p erature   ri se o n  t h e c o nnect or  m u st  be a v oi de be cause i t  ca f l ow i n t o  t h bat t e ry One   of  m a ny  fact o r s t h at   in flu e n c ed  th e residu al cap acity o f  th e Li-io n   b a ttery is te m p eratu r o f  th e b a ttery [11 ] , wh ile th e Li-io n   bat t e ry  o p e r at i n g  t e m p erat ure  f o r m a xi m u m  pe rf orm a nce,   life cycle, and the ca pacity is bet w een 25-40 ºC  [3] .  T h e ge ne r a t i on o f  sm al l   vol t a ge  d r o p  p r o d u ces co nt ac t te m p erature that can eas ily lead  to  soften i n g   o r   m e l t i ng  of  t h e  co nt act  m a t e r i al  [1 2] . T h e c ont act  s p ot  t e m p erat ure i s   r e l a t e d t o  t h v o l t a ge  dr o p  ac ross  t h e   contact i n terfa ce [13].  In a line  with  DC electric curre nt  lo ad,  th e p o wer lo ss is  n o t   o n l y d e termin ed  b y  resistan ce of th line conductor,  but also  dete rm ined by val u e of the c o ntact resist ance at each connection and the am ount  of  cu rren t  fl o w i n g  in  th e lin e [14 ] . Con t act resistan ce is th e main  criterio n   th at d e term in es th e reliab ility  o f  th electrical conta c ts of a  connec tion [15] . Bad  electrical conta c t occurs  whe n  only sm a ll part of t h e total s u rface  t h at  havi ng c o nd uct i o n.  Area  of t h e act ual  cont act   i s  l e ss t h an area  o f  expect e d  co nt ac t  due t o  c o nst r i c t i o n .   Because the c o nstriction of c o ntact su rface, the c u rrent  dens ity distributi on bec o m e s greater and it' s become a   heating s o urce  of a c o nnection  (contact spot ). T h e c o ns t r i c t i on  o f  t h e  co nt act  area ca be  sh ow n i n  Fi g u r 2.         (a)  (b )     Figure  2. Curre nt di stri buti o n and  constriction of  contact  surface (s pot ), (a si de  vie w , a n (b) top  view      In a  practical electrical connection, t h e tot a l area of  elec trical contact  m u st be  m a de as large  as  practicable t o   minimize cont act resistan ce.  In c o nt rast , l o s s  of  t r ue co nt a c t area leads t o  contact de gra d ation.  Resistan ce arisin g  in   th e co n s trictio n  area called  co n s tric tion resistance a n d the value  de pends on the m a terial  characte r istics suc h  as surfac e  roughn ess,  hardness  a nd  re sistivity [16].   The opt i m i z at ion of  t h co n n ect i ons   desi g n  s u pp os ed t o   det e rm i n e t h val u e  o f  co nt act  di m e nsi o n s u c h  t h a t  t h e m a xim u m   t e m p erat ure  i n  t h contact re gio n  rem a ins lowe r than  t h e acc ept a bl e l i m i ti ng val u e al l o w e d by  st anda r d s [ 17] . St abl e  and   min i m u m  co n t act resistan ce  o f  co nn ection s  will red u ce t h e n eed   for m a i n ten a n ce,  d ecrease o v e rall down time   of  eq ui pm ent ,  l o w  m a i n t e nanc e cost s a n gre a t l y  reduce  t h ri sk  o f  cat ast r o phi fai l u r e s [ 1 8]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE   Vo l. 6 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 16   :   206 –  20 72  2 066 Th is p a p e r aims to  ob serv e the th erm a l d i strib u tion   and efficiency due to  lo sses in  th e co nn ector   of  Li -i on  bat t e ri e s  fo r el ect ri c v e hi cl e appl i cat i ons  usi n g t w o  di ffe re nt  sam p l e  t r eat m e nt s. There  we re t w o t e st   sam p les o f   m o d e led :  cop p e co nn ection  with ou t co a ting  an d  co pp er co nn ectio n   with  silv er co ating .   Th ose  sam p l e s were sim i l a r t o  t h sam p l e   i n  pre v i ous  pape r b u t  i t s  di ffere nt  i n  cu rre nt  t y pe [1 9]  due t o  di f f ere n t   appl i cat i o n.  Th e ex peri m e nt  was c o nd uct e d  by  c o nve n tional m easu r e m en t to  co m p ar e a n d a n alize the  result s   o f  t w o sam p les. Th en  t h e simu latio n   was also  co ndu cted   u s in g   So lidwo rk   so ft ware t o   p r ed ict th e tem p eratu r o f  b a ttery  wh en  th e testin g facilit y is n o t  av ailab l e.      2.   EX PER I M E NTA L  AND  SIM U LA TION   SETU   2. 1.   Experimental Setup  In m a ny expe ri ments, low  resi stance m easurements ar e su b j ect  t o  m a ny  of t h e sam e  sourc e s of e r r o as low  voltage  m easurem ents includi ng  offset voltage due t o  therm o electric EMFs. For elim inating t h e   term oelectric E M Fs, m easure m ent  m u st include  di ffe re n t  cu rren po larity (rev e r s e- cu rr e n t me th o d ) .     The m odel s  us i ng t w o sam p l e s of  b o l t e d c o ppe r c o n n ect i o n:  co pp er c o n n ect i on  wi t h o u t   coat i n g  an d   coppe r  connec tion wit h  silve r  coatin g.  Silver can  be c o ns idere d  for  use  as a coating  material. It has high  conductivity, corrosi o n resist ance, a nd is more ec onom i c al . C o at i ng t h i c kne ss us ual l y  v a ri es bet w ee 0. 1 -  3 0   µ m  and  occasi onally up t o   100  µm  depending  on th e c h aracteristics of the m e tal  material, the  operating  co nd itio ns, as  well as o t h e r fu n c tion s  t h at are m o re sp ecifi c [16 ] . In  m e a s u r em en t o f  con n ect o r  tem p eratu r e,  th e sam p le d i men s io n refers to  th I n do nes i an N a t i o nal   S t an da rds   ( S NI  PU IL 2 000 with  a current ca pacity   of  3 5 0 A . C u r r e nt  l o a d  t e st i n g wa s det e rm ined  base on  t h e s p eci fi cat i o ns  of B L DC   m o t o rs wi t h  a  nom i n al  current   of 350 A whic h was  use d   as   a m a in drive r   of electric ve hicle  [ 20]. Contact pres sure  on each s a m p le   per f o r m e d at  12 M P a [1 9] Whi l e  i n   m easurem ent  of co nt act  resi st ance of  con n ect i o n s  p e rf orm e d by   4-wi re s   m e t hod,  a n d  t h e am ount  o f   cur r ent   su p p l i e ( I dc ) is  A.  The  sam p les and t h e m e thods a r e as  s h ow a s     Fi gu re 3.           (a)  (b )   (c)     Fi gu re  3.  C o nt act  resi st an ce  measurem ent of c o nnection,  (a) Modifie d  s a mp l e s ,  ( b )  S c h e ma t i c  d i a g r a m,  a n d   (c) Im age  setup of  m easurement      Furt herm ore, t o  determ ine the contact resistance ( R c ) i t  was do ne b y  cal cul a t i on, usi ng t h e   fol l o wi n g  e q ua t i on  [2 1] :      f r c f r VV R I I  (1 )     whe r e,  V f    i s   f o rwa r d v o l t a ge dr o p   ( vol t ) V r  i s   reve rse vol t a ge  d r op ( vol t ) I f  is forward c u rre nt (am p ere), and  I r  is re ve rse c u rre nt (am p ere) .     2. 2.   Simulati on Se tup   Th erm a l flo w  si m u latio n s  en ab le to   pred i c t h eat  tran sfer sim u ltan e o u s ly o n  so li d  material. Th phe n o m e non  o f  a n i s ot r o pi c h eat  con d u ct i v i t y  i n  s o l i d  m a t e ri al  i s  desc ri be by  t h f o l l o w i ng e q uat i o n :     iH ii eT Q tx x        (2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Exp e rimen t a l  an d S i mu l a tio S t ud ies  o f  Th erma Distri bu tion   o n  Mo d ified   Co nn ecto r   ....  (Ag u s  Risd iya n to 2 067 whe r is the  specific internal energy,  e =  c·T is s p ecific heat,  Q is s p ecific heat  release (or a b s o rption)  per  uni t  v o l u m e , and  are the eigen val u es  of the therm a l conductiv ity ten s o r It is su pp o s ed  th at th h eat  co ndu ctiv ity ten s or is  d i ag on al in  th e con s id ered coo r d i n a te  syste m , th en   for iso t rop i c m e d i u m   1 = 2 = 3 = If a so lid  co nsists o f  sev e ral so lid s attached  to   eac other, the n  the t h erm a l contact resistance s   betwee n them  (on t h eir c o ntact surfac e s), specifie d  in  t h e E ngi neeri n dat a base i n   t h e f o rm  of c ont act   resistance ( r c can  b e  tak e n  in to  acco u n t  wh en  calcu lating  th h eat cond u c tion  in   so li d s As a resu lt, a so lid  te m p erature  step a p pears  on the c o nt act s u rfaces. In  presence  of the   el ectric curre n t, the c o rres pondi ng  specific J oule  heat  Q (W /m 3 )   is released  a nd i n cluded i n   Q of  heat  t r ansfe r  e quat i o n ( 2 ) .  I n  t h e c a se of   i s ot ro pi c m a t e ri al   Q J   is:    2 j Qi r   (3 )     whe r is th so lid s electrical resistiv ity ( ·m ), it can be te m p erature-de pende n t and  is the electric current   d e nsity (A/m 2 ) .  T h e electric c u rrent  de nsity vector is :     11 1 2 2 2 33 3 11 1 ,, i rx r x r x         (4 )     whe r i  is determ ined via the electric potential    [V]. To  ob tain  th e el ectric p o t en tial  , f l ow  sim u l a tion  utilizes the ste a dy-state La place equation :     1 0 ii i i xr x       (5 )     whe r r ii  is th e te m p eratu r e-dep e nd en t electrical resistiv ity  in  th i -t h co or di nat e  di rect i on.  In t h i s  case, t h e   sim u l a t i on of t h erm a l  di st ri bu t i on o n  c o p p er  con n ect i o n w a m a de usi n Sol i d wo r k  1 2  f o r eac h sam p l e . The   cross - sectional  of  copper c onnection  that se lected is 3  30 mm  = 90 mm 2 , and t h e contact area is  30  x 30  m m .  The C o nfi g u r at i o of c o n n ect i o n s  are  s h ow n i n  Fi gu re  4.       (a)  (b )     Fig u r e   4 .  Con f i g ur ation   o f  conn ectio ns,  ( a ) Co pp er  co nn ector , and  (b)  Copper  co nn ector   with  silv er  co ati n     Param e ters u s ed  in on  t h e sam p les are as shown in  t h e Tab l e 1  as fo llow:      Tab l 1 .  Th e In pu t Param e ters Used   In Th Si m u latio n  Of  Th erm a l Flo w   On Con n ectio n Part   No  Sam p el of connection   R c     T A   (W )   (W/ m 2 K)   ( 0 C)  1.  Connector   ( c opper )   15, 3   1, 87   15   0, 27   2.  Silver - c oated  connector   6, 0, 81   15   0, 02   27       The  c ontact resistance ( R c ), los s es ( P ), and am bient te m p erature  ( T A ) a r obtained from  measu r em en t resu lt. Fo n a tural co nv ection  ( h is varies between 2-25W / m 2 K [22 ] ,[2 3 ] , in  th is case  val u es  of al l  sam p l e s were as sum e d at  15  W / m 2 K), an d  em issiv ity o f  selected   materials : Cu   (b lack  ox id ized ) and  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE   Vo l. 6 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 16   :   206 –  20 72  2 068 Ag  res p ectivel y are 0.7 a n 0.02 [ 24].  The  m odel and m a terial prope rtie s of each sa m p le presente d in t h Tabl e 2  as f o l l o w:       Tabl 2. T h e  T h e M odel  a n M a t e ri al  Pro p e r t i e s o f  c o n n ec t i on a n d  pa rt   of  C o nt act   M odel   Pr oper ties   Nam e : Copper   M odel  ty pe:  L i near  E l astic I s otropic  T h erm a l conductivity 390 W / (m .K)  Specific heat:  390 J/( kg. K)   M a ss density 8900 k g /m 3     Na m e :  Silver  M odel  ty pe:  L i near  E l astic I s otropic  T h erm a l conductivity 420 W / (m .K)  Specific heat:  230 J/( kg. K)   M a ss density 8500   m 3     Th p r o c ed ur es in  t h e sim u lat i o n   of  th er m a f l ow  is as show n in   Figu r e  5  b e low :           Fig u re 5 .   Flowch art o f   sim u la tio     Ho we ver ,  t h er m a l  fl ow si m u lat i on s h o w on l y  t h m a xim u m  t e m p erat ure  of t h e co n n ect i ons  an not   affected by t h e  tim e  of loa d ing, t h us  the  transient state can  not  be  dis p layed.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Exp e rimen t a l  an d S i mu l a tio S t ud ies  o f  Th erma Distri bu tion   o n  Mo d ified   Co nn ecto r   ....  (Ag u s  Risd iya n to 2 069 3.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ON   Tem p eratu r measu r em en ts was  d o n e   b y  lo ad i n g   d c  con s tan t  cu rren t o f   3 5 0   A un til the stead y state   te m p erature re ached. The c h a nge s in  tem p erature of  each  co nnection from  m easure m ent results is as shown  in  Figur 6 .           Figure  6. Temperat ure c h a r ac teristics of t h sam p les  with  th e co n t act  p r essu re 12  MPa an d 350 A lo ad in g fo 60  m i nut es      C o p p er  co n n e c t i on  wi t h  si l v er coat i n ha v i ng l o we r m a xi m u m  t e m p er at ure  41 .6 C, an copp er  co nn ection  wit h ou t  co ating  is 4 7 .1 C. For  bot h sam p les, te m p erature stead y state is reached a f ter 50  minutes  of  loadi n g. Di ffe rent m a ximum   te m p erature of each sa mple occure d ba sed on diff ere n t therm a l coefficient,   extensi v re al contact  a r ea (s pot ), othe rs  m a t e ri al  pr op ert i e s l i k e r o ug h n es s an har d ness.   B y  kn o w i n g t h e v o l t a ge  d r o p   at  3 5 0  A  dc  c u rre nt  l o a d ,  l o ss es o n  c o nne ct i ons  ca be  det e rm i n ed as   well. Th e m easu r em en t resu lts is shown in   Fig u re  7  as fo llows:          Fig u re  7 .  Po wer lo sses ch aract eristics o f  th e co nn ection  sam p les      Resistance val u e is infl uenc e d  by tem p erature, a nd tem p erature c h anges  cause c h anges  in resistance   of a m a terial.  Thus, duri ng t h e rise in te mperat ure at  a relativ ely co n s tan t  lo ad  curren t , th e vo ltag e  d r op  read i n g  at th e co nn ection s  wi ll b e  flu c tu ated  un til stab le t e m p eratu r e reach e d. Th e ch aracteristics o f  po wer  lo sses in  all sam p les are si m i lar to  th e ch aracteristics  of v o l t a ge dr op T h i s   i s   beca use t h v o l t a ge dr op an d   th e p o wer lo ss h a v e  a lin ear  relatio n s h i p. Th e flu c t u atio n s  o f  lo sses in  al l sa m p les ab o v e o ccur at th e same   ti m e  d u r atio n ,   i.e. for 50  m i n u tes fro m  th e s t art o f  lo ad ing .  Th is is d u e  to   th e in crease  of te m p erature has not   reache d  in a constant val u e. For loa d ing by DC current, measurem ent results  tend to be  the sam e  as the  result   of l o adi n g by   AC  cu rre nt   wh i c h has  bee n   p ubl i s hed i n   pre v i o us  pape rs  [ 19]  e v en  f o r  d i ffere nt  a ppl i c at i ons .   Refers t o  calculation of  powe r loss  in stea dy  state te m p erature ,  it could  be explained that coppe r  c o nnection  with  silv er coatin g   h a v i n g  lo wer losses abo u t   32 % th an   co pp er conn ectio n   with ou t co atin g. It is  sup e ri o r   com p ared t o   us i ng c o nfi g u r at i o n  o f   br uss - c o ppe r c o nt act  t h at  onl y   6%  [8] .   0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Te mp .   of   C o nnection   ( C) Time   (minute) Uncoated   Connector Silve r coate d   Connector Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE   Vo l. 6 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 16   :   206 –  20 72  2 070 In  sim u latio n ,   th e resu lts are  sh own  as in   Fig u re   8. Base on t h e power l o ss, t h e copper connection  i s  di vi ded  i n t o  3  part s ,   nam e ly  cop p e r  p a rt   1, c o nt act  pa rt ,  an d c o p p e r  p a rt  2.  F o r  co p p e r  pa rt   1 a n d  co ppe part   2 ha ve t h e sam e  dim e nsi ons  wi t h  re si st ance al o ng t h e 27 0 m m  and a l o ad c u r r ent  of  3 50  A p r o duce s   po we r l o s s   of  6. 6 W Whi l e  t h po we r l o s s   due  t o  c o nt act   resi st ance at  ea ch c o n n ect i o sam p l e  usi ng e quat i o n   (3) c o rresponding s p ecific J o ule heat  Q J  f o r  co ppe r c o n n e c t i ons  1. 87 W,   and  co n n ect i o n wi t h  si l v er  c o at i n g   0. 81 W.           (a)  (b )     Fi gu re  8.  (a ) T h erm a l  di st ri bu t i on  of  co p p er  con n ect i o n,  ( b )  The r m a l  di st ri but i o o f  c o p p e r c o n n ect i o wi t h   silv er co ating      Th e h i gh est te m p eratu r e d i strib u tion  lies in  th conne c tion area , it arises beca use  the contact  resistan ce at t h e con n ecti o n are a larg er th an ou tsid e con n e ctio n ,   so power lo ss to h eat  gen e rated   will also   b e   greater. Coppe r connections  has  m a xim u m te m p erature of 46.5 C at the contact area as shown in  Figure   8(a ) , a nd c o pp er co n n ect i on  wi t h  si l v er c o a t i ng ha s a m a xim u m  t e m p erature  of  3 9 . 8 at the contact  area as   sh own  in  Figur e 8( b) . Co m p ar ison  of  tem p er atu r e m easu r e m en ts an d  si m u la tio n  resu lts in  th m a x i m u te m p erature  of  each sam p le can  be see n  i n  the Table  3 as  follow:      Table 3.  C o m p arison  Res u lts of  Maxim u m   Te m p erature on Each Sam p le   No  Sam p le of Connection   M a x.  Tem p er atur e of Connectio n Par t  ( C)  (Measure m ent)   ( S im ulation)  1 Cu  47. 1   46. 5   Cu with Ag- c oating  41. 6   39. 8       Th e sim u latio n  resu lts  for th m a x i m u m / ste a d y  state te m p eratu r e illu strated  in  Fi g u re  8  co m p ared  with the m eas urem ent result s (see Figur e 6)  show  a go od   ag r eem en t (slig h tly d i fferen t). Bu t in  th is case, th si m u latio n  resu lts can  no t sho w  a tem p eratu r e rise  b a sed  o n  cu rren t lo adin g  tim e  (tran s ien t  co nd itio n) as well  as in t h e m easurem ent res u lts.  Howe ver, si m u la tion re su lt s can sh ow t h e tem p eratu r distrib u tion  i n  all p a rt  o f  th e cop p e r,  wh ile th e m eas u r em en t resu lt sh ow t h e tem p eratu r e on ly on th e co nn ection p a rt.  There f ore,  by   set t i ng t h pr ope param e t e rs, t h e  ap pl i cat i on  of s o l i d w o r k  ca n be  co nsi d e r ed  i n   desi g n i n g,  vi s u al i z i ng,  pre d i c t i ng a n d m easur i ng t h e t h e r m a l di st ri b u t i o of   Li -i o n   bat t e ry  co nnect or .       4.   CO NCL USI O N   In t h e Li -i on  bat t e ry  con n ec t o r, t h e c ont ac t  area has hi g h er t h e r m a l di st ri but i o n t h a n  ot her area cause d by the  contact resista n ce .  B o th  m e a s u r em en t an d   si m u latio n  resu l t s sh ow th at cop p e r co nn ection  with  si l v er c o at i n g   havi ng  l o wer  m a xim u m  t e m p erat ure a n d l o wer l o sses th an  co pp er connectio n   with ou  co ating .   Silver c o ating  on the electric a l contacts s u c h  as c o ppe r c o n d u c tors with  d i fferen t   m e ta l s   can  b e   co nsid ered   to  reduce the m a xim u m  te m p er ature  of t h e Li -ion battery c o nnect or  for ele c trical vehi cle, losses als o  ca be   red u ce up  t o  3 2 %.  Sol i dw or has e x cel l e nt  pe rf o r m a nces f o r  desi gn i ng,  vi s u al i z i n g, a n d m easur i ng t h e   th erm a l d i strib u tio n of Li -ion   b a ttery conn ecto r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Exp e rimen t a l  an d S i mu l a tio S t ud ies  o f  Th erma Distri bu tion   o n  Mo d ified   Co nn ecto r   ....  (Ag u s  Risd iya n to 2 071 ACKNOWLE DGE M ENTS   The aut h ors  would like to thank t o  the  Chairm an  of t h e M a st er and  Doct or  of  Engi neeri n g   Man a g e m e n t  In du stry -Band u n g   In stitu te o f   Techn o l o g y   for allo wi n g   numerical si m u la tio n  using  So lid wo rk s.  M o re ove r t h a nks  t o  al l  t h e  t eam  i n  Dep a rt m e nt  of El ect ri cal  Po wer  En gi nee r i n g- Sch ool   o f  El e c t r i cal   En gi neeri ng  a nd  In f o rm at i c s, B a n d u n g  I n st i t u t e  of Te c hnology and T h e  Research Ce ntre Electrical Power   an d Mech atronics, In don esian In stitu te of Sci e n ces  for an y assistan ce th at  has b e en   g i v e n .       REFERE NC ES   [1]   N. Javani,  et  al . ,  “ H eat trans f er  a nd therm a l m a na gem e nt with P C M s  in a Li-ion b a tt er y c e ll for  el ectr i c v e hic l es ,   International   Jo urnal of   Heat a nd Mass Transfer,  vol. 72, pp. 69 0-703, 2014 [2]   G.  H.  Fofana  and Y.  Zhang,   E lct r ic V e hic l Lithium  Ion Ba tteri es The r m a l  Managem e nt ,”   TE LKOMNIKA   Indonesian Jour nal of El ectrical Engineering , vol/issue: 12(3) , pp . 2414 -  2421, 20 14.  [3]   L. H.  S a w , e t  a l . ,  “ E le ctro-th e r m al ana l y s is  an d integr ation  issues  of li thium  i on batt er y for  e l ec tric  vehi cl es,   Applied  En ergy,  vol. 131 , pp . 97- 107, 2014 [4]   S. K. Mohammadian  and Y.  Zhang, “Thermal  mana gement optimization  of an   ai r-coo led  Li-io n  batter y  module  using pin-fin  heat sinks for   h y bri d  el ectr i c  vehi cl es ,”  Journal o f   Power Sources,  v o l. 273 , pp . 431- 439, 2015 [5]   G. H. Fofana and Y. Zhang ,  “ E lctro-th ermal Modeling  of Lith ium  Ion Batt er ies,”   TELKOMNIKA Indonesia n   Journal of Electr ical Engineerin g , vol/issue: 12( 5), pp . 3671-367 7, 2014 [6]   L. H. S a w , et al. , “ I ntegraton iss u es of lithium - io n batter y  in to el ectr i c vehi cl es batt er y  p ack ,”  Jo urnal of Cleaner  Production ,   vol. 113 pp . 1032-1 045, 2016 [7]   L. Yao , et al. F ault detec tion  of the connect i on of lithium - ion power batteri es based on entrop y  for el ectr i c   vehicles,”  Journ a l of Power  Sources,  vo l. 293, pp. 548-561, 2015.  [8]   P.  T a he ri , et al. ,  “ I nvestigating e l ec tric al cont ac t resistanc e  losse s in lithium - ion batt er y   assem b lie s for hy brid an d   e l ec t r ic  ve hi cl e s ,”   Journal of Po wer Sources,  vol. 196 , pp . 6525- 6533, 2011 [9]   M. Braunovic, “Effect of Con n ection Design on The C ontact Resistance of  High Power Ov erlapp ing Bolted  Connections ,”  I EEE Transactio ns CPT,  vol. 8 ,  p p . 220-229 , 200 1.  [10]   Indonesian National Standards, “Persy ar atan U m um Instalasi Listrik , ”  SNI 04-0225-2000, Badan Standarisasi  Nasional ( B SN) , Jakarta, pp . 235 , 2002.  [11]   L. Lin , et al. , “ T he Elc t ri c Vehicl e Lithium  Bat t er y  M oni toring  S y s t em ,”  TELKOMNIKA Indonesian Journal of  Ele c trica l  Eng i n eering , vol/issue: 11(4), pp. 2247 -2252, 2013 [12]   M. Braunovic, “Reliab ility  of Power Connections ,”  Journal of ZhejiangUniversity SCIENCE A , ISSN 1009-3095,  pp. 343-356 , 20 07.  [13]   E. J. Grah am, “Optimizing Cop p er  To Copper  Contact Perfor m ance In Mari n e  Batter y  Disco nnect Switches,”  Master of M ech anical Engin eering,  Rensselaer Polytechnic  Institute , Tro y , New  York, pp. 16, 20 05.  [14]   S u warno, “ M aterial E l ek trotekn i k,”  Bandung Ins titut e  of Techno l ogy, Mega tama ISBN: 979-99701-1-3, pp. 80-93 2006.  [15]   M .  A. F a rahat,  F actors  Affecti ng The Life T i m e  of The Elec tric J o ints ,   Pr oceed ings  of the 14 th  Internation a Middle East  Po wer Systems Co nference ( M EPC ON’10) Cairo U n iversity , Eg y p t, pp. 163-168, 20 10.  [16]   M. Braunovic,  at al ., “ E l ectr i c a l  Contacts  F unca m entals , Applications And Techolog y , ”  CRC Press, Taylor and  Francis Group , I S BN: 1-57444-727-0, pp . 73 , 20 06.  [17]   I. Popa,  at al ., “Modelling and  Optimizatio n of Hi gh Currents Dismountable Co ntacts,”  International Conferen ce   on Electromecha n ical and Pow e r Systems , Chisin au, R e p. Moldov a, pp . 76  – 81 , 2 007.  [18]   S .  Bhatt ach ar yya,  at  a l ., “Electrical Performan ce of  Condu ctiv e Bolted Connections  of Copp er and Aluminum  Busba r s,  In t J  Engg Techsci, v ol/issue: 2 ( 4), pp . 275-280 , 2011 [19]   Suwarno,  at al .,  “ E ffect of  Cont act P r es s u re  and  P l ating M a te rial s on Ma xi mum  T e mpe r a t ur e, Voltag e  Drop, an d   Losses of Copper Busbar Joints,”  Join t Intern ational Conference on rural Information and Communicatio n   Technology and  Electric  Vehicle  Technology , pp 319-324, 2013 [20]   W .  P a rbowo a nd A. P u rwadi, “ R egenerativ e  Braking P e rform ance Anal y s i s  on Gang Car Elec tric ,”  201 International Co nference on  Info rmation  Technology and  Electrical  Eng i neering  ( I CITEE) , pp. 39 7-402, 2013 [21]   ASTM B539-02 , “Standard Test Methods  for Measuring Resistance of Electric al Connections (S tatic Contacts),”  West Conshohocken, PA , 19428- 2959 USA, 2008.  [22]   P. M. Kurowski, “Thermal  Analy s is with  Solidworks Su mulation 2012,”  T extboo ks , S c hr off Dev e lop m ent   Corporation, Mission KS 66222 pp. 10 , 2012 [23]   E. R a thakr i shnan, “Fundamentalso f Engineering  Thermod y namics,”  2nd  Edition ,  ISBN  81-203-2 790-X,  Prentice- Hall of India , pp . 529 , 2005 [24]   M .  D. Griff i n a nd J .  R.  F r ench ,  “ S pace Veh i cl e  Des i gn,”   Secon d  Edition, Amer ican In stitute of Aeronautics an Astronautics , ISBN 1-56374-539-1, pp . 635 , 200 5.                Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE   Vo l. 6 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 16   :   206 –  20 72  2 072 BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS           Agus  Risdiy anto  receiv e d Master Degrees in Elec tric al Engin e r i ng from   School of Electri ca Engineering and  Inform atics, Bandung Institute  of Techno log y  ( I TB), Bandung , Indonesia in   2013. He has  been working  as a researcher  in  Resear ch  Center for  Electric Power and   Mechatron i cs, I ndonesian Institute of  Sciences  (LIPI) since 200 8 until now. His resear ch  areas  are en erg y   conv ersion, high voltage material an d  technolog y ,  an d maintenance o f  high voltage  apparatus.        Umar Khay am  received Ph.D  from  Ky ushu In stitute o f  Techn o log y , Japan  in  2008. He is a  teacher  and a r e searcher  in Ban dung Institut e   o f  Techno log y  (I TB), Bandung Indonesia. His  field of exp e rtises are Diagno sis of High  Vo ltag e  Equipmen t Based on Par tial Disch a rge  Measurement;  High Voltage Engineer ing; Transf orm e r, Gas Insulated Switch g ear and Power  Cable.      Noviadi A. Ra chman  receive d Master Degrees in Ele c tri c a l  Enginering fr om  School of   Electri cal Engin eering and  Info rm atics,  Ba ndu ng Institute o f   Techno log y  (IT B), Bandung,  Indonesia in 20 12. He has been  working as a r e s earcher  in Research Cen t er for   Electric Power  and Mechatroni cs, Indonesian I n stitute of Sc i e n ces (LIPI) since 2008 until now. His research   areas   are  e l ec tri c  power dis t r i but ion s y stem, power gener a tion s y s t em, high  voltage engin eering .       Maulana Arifin  receiv e d M a s t er Degre e s  in  M echani cal  Eng i nering  and Aer o s p ace F acu lt y,  Bandung Institut e  of Technolog y (ITB), Bandung , I ndonesia in 2014. He has been working as a   research er in  R e search  Center  for Electr ic  Po wer and Mech atronics,  Indones i an Institute of   Sciences (LIPI)  since 2011  un til now .  His  re search  ar eas  are  Therm o flui d, RG En erg y   Conversion and   Conservation .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.