NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF THE DESIGN AND MANUFACTURING PARAMETERS OF STARTER LEAD-ACID BATTERIES ON THEIR DISCHARGE CHARACTERISTIC

В. І. ЄЛІСЄЄВ; В. Ю. СКОСАР; М. О. КАТРЕНКО

Автор(и)

В. І. ЄЛІСЄЄВ Інститут геотехнічної механіки Національної академії наук України ім. М. А. Полякова, 2а, вул. Сімферопольська, Дніпро, 49005, Україна. Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, 5, вул. Писаржевського, Дніпро, 49005, Україна. e-mail: Yelisieiev@nas.gov.ua
В. Ю. СКОСАР Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, 5, вул. Писаржевського, Дніпро, 49005, Україна
М. О. КАТРЕНКО Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, 15, вул. Ляшко-Попеля, Дніпро, 49005, Україна

Ключові слова:

електрохімічний осередок, електричний струм, потенціал, пористі електроди, розрядні криві, концентрація, порізність.

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.093

З огляду на те, що в акумуляторі використовуються хімічно активні середовища, контроль за його роботою і станом є актуальним. Внаслідок цього актуальним є і вивчення електрохімічних процесів, що проходять під час його роботи. У цій роботі, на основі відомих рівнянь проводиться математичне моделювання масообміну в електрохімічному осередку стартерного акумулятора при його розряді. З’ясування впливу чинників на розрядні характеристики акумулятора є важливою складовою з огляду на області його можливого використання.

У математичній моделі враховуються конструктивні особливості електродів, що складаються з пористої активної маси та електропровідної каркасної решітки.

В результаті розв’язання показано вплив конструктивних та технологічних параметрів на розрядні криві. Як видно з рішення, найбільш яскраво виражено вплив величини електричного струму, що є відомим фактом. Представляють інтерес і результати розрахунків, в яких визначаються зміни кривих розряду в результаті, наприклад, зменшення електропровідності каркасної решітки.

Розглянуті аспекти впливу формування конструктивних параметрів електродів, які позначаються на розрядних властивостях акумулятора. Виявлені їх особливості та чисельна оцінка впливу і характер показників розряду акумулятора. Показано, також, що зменшення порізності порового простору за рахунок можливих газових утворень, що виділяються при заряді і залишаються в порах, може також надати помітний вплив на процес розряду. Також відзначена залежність розрядних кривих від діаметра кульок, що утворюють активну пористу масу електродів.

Наукова новизна полягає у доповненні математичної моделі залежностями, що містять конструктивні параметри електродів акумулятора.

Практична цінність отриманих результатів полягає у можливості врахування впливу порізності матеріалу електроду та діаметрів часточок на характеристики акумулятора на етапі його створення.

ПОСИЛАННЯ

1. Дзензерский В. А., Плаксин С. В., Житник Н. Е., Ширман О. І. Контроль состояния химических источников тока. Київ. Наук. Думка. 2014. 132 с.

2. Хрусталев Д. А. Аккумуляторы. М.: Изумруд. 2003. 224 с.

3. Dasoyan M. A., Aguf I. A. Current theory of lead acid batteries. Stonechouse Glos. Technicopy Limited. 1979. 371 p.

4. Багоцкий Д. А., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат. 1981. 360 с.

5. Кошель М. Д. Теоретичнi основи електрохiмiчної енергетики. Днiпро: УДХТУ. 2002. 430 с.

6. Vahid Esfahanian, Torabi Farschad, Mosahebi Ali An Improved Model of Lead-Acid Batteries for Simulation of VRLA Batteries. Journal of Power Sources Symposium. England. 2007. p. 9. https://wp.kntu.ac.ir/ftorabi/Resources/Publications/An%20Improved%20Mathematical%20Model%20of%20Lead%E2%80%93Acid%20Batteries%20for%20Simulation%20of%20VRLA%20Batteries.pdf (дата звернення 21.10.2025).

7. Vahid Esfahanian, PooyanKheirhan, Hassan Bahramian, Amir Babac Ansori, Goodarz Ahmadi. The Effects of Electrode Parameters on Lead-Acid Battery Perfomance. Anvanged Materials Research. 2013. Vol. 651. Рp. 492–498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.651.492

8. Hiram Gu, Nguyen T. V., White R. E. A mathematical Model of a Lead-Acid Cell. Discharge, Rest and Sarge. J. Electrochem. Soc. Electrochemical science and technolodgy. 1987. Vol. 134, No. 12. Рp. 2953–2960. https://doi.org/10.1149/1.2100322

9. Shah A. A., Li X., Wills R.G.A., Walsh F.C. A mathematical Model for the Soluble Lead-Acid Flow Battery. J. of the Electrochemical Society. 2010. V. 157, No. 5. A589 – A599.

10. Єлiсєєв В. І., Совiт Ю. П., Катренко M. О. Масоперенос у пористих електродах свинцево-кислотного акумулятора при розряді. Технічна механіка: 2024. № 2. С. 124–136. https://doi.org/10.15407/itm2024.02.124

11. Як розрахувати час роботи джерела безперебійного живлення. Системи гарантованого електроживлення: URL: https://dbz.systems/2023/07/06/rozrahunok-chasu-roboti-dbzh/. (дата звернення 06.10.2025).

12. Кислотні акумулятори. МЕДИА-ЦЕНТР: URL: https://real-el.ua/ua/media/useful/e1798/ (06.11.25) (дата звернення 06.10.2025).