مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه سازی الکتروشیمیایی باتری سرب-اسید با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نویسندگان
1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران
2 استاد/مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط زیست دانشگاه تهران
3 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران
4 دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی تهران
چکیده
در تحقیق حاضر، بهینه‌سازی عددی یک سل از باتری سرب-اسید در حالت یک‌بعدی و با استفاده از حل عددی معادلات یکپارچه حاکم بر دینامیک باتری مورد مطالعه قرار گرفته‌است. جهت راستی‌آزمایی، نتایج شبیه‌سازی عددی حاضر با نتایج عددی موجود در مقالات مقایسه و مطابقت خوبی مشاهده شده است. از آنجاکه باتری‌های سرب-اسید محتوای انرژی پایین و ابعاد و وزن بالایی دارند با استفاده از روش بهینه‌سازی ازدحام ذرات و ترکیب آن با برنامه رایانه‌ای توسعه داده شده اقدام به طراحی یک سل از باتری سرب-اسید با هدف انرژی بیشتر و ابعاد کمتر شده‌‌است؛ که این روش در مقایسه با روش‌های متداول تجربی حاضر که مبتنی بر سعی و خطا هستند بسیار کم هزینه‌تر و سریع‌تر می‌باشد. نتایج حاصل از بهینه‌سازی نشان داد که می‌توان با داشتن سل باتری با ابعاد مشابه سل پایه کنونی، سل باتری بهینه‌ای ساخت که دارای 83 درصد انرژی بیشتر باشد. همچنین نتایج نشان داد که می‌توان با تغییر ضخامت اجزاء، سل باتری سرب-اسید را به‌گونه‌ای طراحی نمود که با داشتن انرژی مشابه سل باتری پایه، حدود 23 درصد ابعاد و 25 درصد وزن کمتری داشته باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimization of Electrochemical Lead-Acid Battery Using Computational Fluid Dynamics

نویسندگان English

Hamoon Pourmirzaagha 1
Vahid Esfahanian 2
Fereidoun Sabetghadam 3
Farshad Torabi 4
چکیده English

In this paper, one-dimensional numerical optimization of lead-acid battery with finite-volume method is performed using the governing equations of battery dynamics. For validation, the present results are compared with previous studies which show good agreement. The demand for batteries with high energy and power has increased due to their use in hybrid vehicles.The major shortcoming of lead-acid batteries in industry is low energy and high weight; therefore, a cell with higher energy and lower thickness is designed by using particle swarm optimization based on developed simulation code which is less time consuming and much faster than experimental method. The results of optimization show that an optimal battery that has 85 percent higher energy can be made with the same cell length. The results also show that an optimum cell battery can be obtained with a decrease of 25 percent in weight and 23 percent in dimensions while keeping the energy content constant.

کلیدواژه‌ها English

Lead-acid battery
Particle Swarm Optimization
Computational Fluid Dynamics
Energy Content