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

Abstract

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 cm-1 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.