بهینه‌سازی متغیرهای هندسی باتری سرب-اسید به‌روش صفحه پاسخ برای دست‌یابی به بیشترین ظرفیت، کمترین زمان شارژ و کمترین افزایش دما

افزایش ظرفیت باتری‌های سرب-اسید و کاهش زمان شارژ آن‌ها در دمای پایین از چالش‌های اصلی طراحان و سازندگان باتری‌ها است. خصوصیت‌های هندسی صفحه‌های باتری مانند ضخامت و سطح فعال بیشینه از جمله متغیرهای موثر بر عملکرد باتری است. از این رو تعیین بهترین مقدار برای این متغیرهای مستقل، یک مساله مهم برای این صنعت است. در مطالعه حاضر، با استفاده از مدل بی‌بعد باتری‌های سرب-اسید یک کد عددی به‌روش دینامیک سیالات محاسباتی ایجاد شده است تا رفتار باتری توسط آن شبیه‌سازی شود. در گام بعدی با استفاده از روش صفحه پاسخ، تعداد 50 اجرا برای شبیه‌سازی پیشنهاد شده است. با استفاده از پاسخ‌های به‌دست آمده از اجراها، برای هر پاسخ (ظرفیت، زمان شارژ و دما) یک مدل تجربی به‌صورت تابعی از متغیرهای مستقل استخراج و از مدل‌های تجربی به‌عنوان تابع‌های هدف برای بهینه‌سازی استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که در ضخامت‌های الکترود مثبت 0.078 cm، الکترود منفی 0.053 cm و جداکننده 0.04 cm و هم‌چنین بیشینه سطح فعال 80 cm1 برای هر دو الکترود، بیشترین ظرفیت و کمترین زمان شارژ و کمترین دما به‌دست می‌آید. برای مطالعه بهینه سازی حاضر، دقت و صحت آزمایش انجام شده توسط یک آزمون صحت‌سنجی تایید شده است. مطالعه حاضر اثبات کرده است که با تغییر خصوصیت‌های هندسی باتری می‌توان عملکرد آن‌را بهبود بخشید.

Optimization of geometrical parameters in a lead-acid battery using response surface method to access of maximum capacity, minimum charge-time and minimum temperature rise

Increasing of capacity in leadacid batteries and reducing charging time in lower temperature are considered as some main challenges of designers and manufacturers. Geometrical properties of battery plates such as thickness and maximum activated area are some of effective parameters on battery performance. Thus, determining of optimum values for independent variables is an important problem for battery industry. In the present study, a numerical solution code is developed using computational fluid dynamic method to simulate battery behavior. Numbers of 50 runs are suggested using response surface method. For each response one empirical model is extracted as a function of independent variables and from these models the optimization process is done. The results shows that in positive electrode thickness of 0.078 cm, negative electrode thickness of 0.53 cm, separator thickness of 0.04 cm and maximum activated areas for positive and negative electrode of 80 cm1 is an optimum condition to get maximum capacity, minimum charging time and temperature. A confirmation test is done and it demonstrates that the results are in good agreement to predicted optimum results. In conclusion, the present study shows that by changing geometrical properties of the battery one can improve its performance.