ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.093 Because the battery uses chemically active substances, monitoring its operation and condition is important. Therefore, of importance is also the study of electrochemical processes that take place during its operation. This paper presents the results of a...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
текст 3
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/158 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Репозитарії
Technical Mechanics| _version_ | 1856543613553475584 |
|---|---|
| author | YELISEYEV, V. I. SKOSAR, V. YU. KATRENKO, M. O. |
| author_facet | YELISEYEV, V. I. SKOSAR, V. YU. KATRENKO, M. O. |
| author_sort | YELISEYEV, V. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-23T21:59:04Z |
| description | DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.093
Because the battery uses chemically active substances, monitoring its operation and condition is important. Therefore, of importance is also the study of electrochemical processes that take place during its operation. This paper presents the results of a mathematical simulation of the mass exchange in an electrochemical cell of a starter battery during its discharge. The simulation is based on known equations. The elucidation of the effect of different factors on the battery’s discharge characteristics is of importance in terms of areas of its possible application.
The mathematical model accounts for the design features of the electrodes, which consist of a porous active mass and a conductive grid.
The solution shows the effect of the design and manufacturing parameters on the discharge curves. As can be seen from the solution, the effect of the electric current magnitude is most pronounced. Of interest are also calculated results that show how the discharge curves vary, for example, with decreasing grid conductivity.
The effect of the electrode design parameters on the discharge properties is considered. Their features are elucidated, and a numerical estimate of their effect on the battery discharge indices is given. It is shown that a decrease in the porosity of the porous space due to gas bubbles that form when charging the battery and remain in pores may also markedly affect the discharge process. It is shown that the discharge curves also depend on the diameter of the cells that form the active porous mass of the electrodes.
The scientific novelty lies in complementing the mathematical model with relationships that include the design parameters of the battery electrodes.
The practical value of the obtained results lies in the possibility of accounting for the effect of the electrode material porosity and particle diameter on the battery performance at the battery design stage.
REFERENCES
1. Dzenzersky V. A., Plaksin S. V., Zhitnik N. E., Shirman O. I. Chemical Current Source Condition Monitoring Kyiv, Naukova Dumka, 2014. 132 pp. (In Russian).
2. Khrustalev D. A. Batteries. Moscow: Izumrud, 2003. 224 pp. (In Russian).
3. Dasoyan M.A., Aguf I.A. Current Theory of Lead Acid Batteries. Stonechouse Glos. Technicopy Limited, 1979. 371 pp.
4. Bagotsky D. A., Skundin A. M. Chemical Current Sources. Moscow: Energoizdat, 1981. 360 pp. (In Russian).
5. Koshel M. D. Theoretical Foundations of Electrochemical Power Engineering. Dnipro: Ukrainian State University of Chemical Technology, 2002. 430 pp. (In Ukrainian).
6. Vahid Esfahanian, Torabi Farschad, Mosahebi Ali. An improved model of lead-acid batteries for simulation of VRLA batteries. Journal of Power Sources Symposium. 2007. 9 pp. URL: https://wp.kntu.ac.ir/ftorabi/Resources/Publications/An%20Improved%20Mathematical%20Model%20of%20Lead%E2%80%93Acid%20Batteries%20for%20Simulation%20of%20VRLA%20Batteries.pdf (Last accessed on November 25, 2025).
7. Vahid Esfahanian, Pooyan Kheirhan, Hassan Bahramian, Amir Babac Ansori, Goodarz Ahmadi. The effects of electrode parameters on lead-acid battery performance. Advanced Materials Research. 2013. V. 651. Pp. 492 -498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.651.492
8. Gu H., Nguyen T. V., White R. E. A mathematical model of a lead-acid cell: discharge, rest and charge. J. Electrochem. Soc. Electrochemical Science and Technology. 1987. V. 134. No. 12. Pp. 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. Pp. A589 - A599.https://doi.org/10.1149/1.3328520
10. Yeliseyev V. I., Sovit Yu. P., Katrenko M. O. Mass transfer in the porous electrodes of a lead-acid battery during its discharge. Teh. Meh. 2024. No. 2. Pp. 124 - 136. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/itm2024.02.124
11. How one can calculate the service time of an uninterrupted power supply. Guaranteed power supply systems. URL: https://dbz.systems/2023/07/06/rozrahunok-chasu-roboti-dbzh/ (Last accessed on November 6, 2025). (In Ukrainian).
12. Acid batteries. MEDIA-CENTER. URL: https://real-el.ua/ua/media/useful/e1798/ 06.11.25. (Last accessed on November 6, 2025). (In Ukrainian).
|
| first_indexed | 2025-12-17T12:05:41Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-158 |
| institution | Technical Mechanics |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T08:06:01Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | текст 3 |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1582025-12-23T21:59:04Z NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF THE DESIGN AND MANUFACTURING PARAMETERS OF STARTER LEAD-ACID BATTERIES ON THEIR DISCHARGE CHARACTERISTIC ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ YELISEYEV, V. I. SKOSAR, V. YU. KATRENKO, M. O. electrochemical cell, electric current, potential, porous electrodes, discharge curves, concentration, porosity. електрохімічний осередок, електричний струм, потенціал, пористі електроди, розрядні криві, концентрація, порізність. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.04.093 Because the battery uses chemically active substances, monitoring its operation and condition is important. Therefore, of importance is also the study of electrochemical processes that take place during its operation. This paper presents the results of a mathematical simulation of the mass exchange in an electrochemical cell of a starter battery during its discharge. The simulation is based on known equations. The elucidation of the effect of different factors on the battery’s discharge characteristics is of importance in terms of areas of its possible application. The mathematical model accounts for the design features of the electrodes, which consist of a porous active mass and a conductive grid. The solution shows the effect of the design and manufacturing parameters on the discharge curves. As can be seen from the solution, the effect of the electric current magnitude is most pronounced. Of interest are also calculated results that show how the discharge curves vary, for example, with decreasing grid conductivity. The effect of the electrode design parameters on the discharge properties is considered. Their features are elucidated, and a numerical estimate of their effect on the battery discharge indices is given. It is shown that a decrease in the porosity of the porous space due to gas bubbles that form when charging the battery and remain in pores may also markedly affect the discharge process. It is shown that the discharge curves also depend on the diameter of the cells that form the active porous mass of the electrodes. The scientific novelty lies in complementing the mathematical model with relationships that include the design parameters of the battery electrodes. The practical value of the obtained results lies in the possibility of accounting for the effect of the electrode material porosity and particle diameter on the battery performance at the battery design stage. REFERENCES 1. Dzenzersky V. A., Plaksin S. V., Zhitnik N. E., Shirman O. I. Chemical Current Source Condition Monitoring Kyiv, Naukova Dumka, 2014. 132 pp. (In Russian). 2. Khrustalev D. A. Batteries. Moscow: Izumrud, 2003. 224 pp. (In Russian). 3. Dasoyan M.A., Aguf I.A. Current Theory of Lead Acid Batteries. Stonechouse Glos. Technicopy Limited, 1979. 371 pp. 4. Bagotsky D. A., Skundin A. M. Chemical Current Sources. Moscow: Energoizdat, 1981. 360 pp. (In Russian). 5. Koshel M. D. Theoretical Foundations of Electrochemical Power Engineering. Dnipro: Ukrainian State University of Chemical Technology, 2002. 430 pp. (In Ukrainian). 6. Vahid Esfahanian, Torabi Farschad, Mosahebi Ali. An improved model of lead-acid batteries for simulation of VRLA batteries. Journal of Power Sources Symposium. 2007. 9 pp. URL: https://wp.kntu.ac.ir/ftorabi/Resources/Publications/An%20Improved%20Mathematical%20Model%20of%20Lead%E2%80%93Acid%20Batteries%20for%20Simulation%20of%20VRLA%20Batteries.pdf (Last accessed on November 25, 2025). 7. Vahid Esfahanian, Pooyan Kheirhan, Hassan Bahramian, Amir Babac Ansori, Goodarz Ahmadi. The effects of electrode parameters on lead-acid battery performance. Advanced Materials Research. 2013. V. 651. Pp. 492 -498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.651.492 8. Gu H., Nguyen T. V., White R. E. A mathematical model of a lead-acid cell: discharge, rest and charge. J. Electrochem. Soc. Electrochemical Science and Technology. 1987. V. 134. No. 12. Pp. 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. Pp. A589 - A599.https://doi.org/10.1149/1.3328520 10. Yeliseyev V. I., Sovit Yu. P., Katrenko M. O. Mass transfer in the porous electrodes of a lead-acid battery during its discharge. Teh. Meh. 2024. No. 2. Pp. 124 - 136. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/itm2024.02.124 11. How one can calculate the service time of an uninterrupted power supply. Guaranteed power supply systems. URL: https://dbz.systems/2023/07/06/rozrahunok-chasu-roboti-dbzh/ (Last accessed on November 6, 2025). (In Ukrainian). 12. Acid batteries. MEDIA-CENTER. URL: https://real-el.ua/ua/media/useful/e1798/ 06.11.25. (Last accessed on November 6, 2025). (In Ukrainian). 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). текст 3 2025-12-11 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/158 Technical Mechanics; No. 4 (2025): Technical Mechanics; 93-101 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 4 (2025): Technical Mechanics; 93-101 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 4 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 93-101 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/158/69 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |
| spellingShingle | електрохімічний осередок електричний струм потенціал пористі електроди розрядні криві концентрація порізність. YELISEYEV, V. I. SKOSAR, V. YU. KATRENKO, M. O. ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title | ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title_alt | NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF THE DESIGN AND MANUFACTURING PARAMETERS OF STARTER LEAD-ACID BATTERIES ON THEIR DISCHARGE CHARACTERISTIC |
| title_full | ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title_fullStr | ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title_full_unstemmed | ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title_short | ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА РОЗРЯДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАРТЕРНИХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ |
| title_sort | чисельний аналіз впливу конструктивних і технологічних параметрів на розрядні характеристики стартерних свинцево-кислотних акумуляторів |
| topic | електрохімічний осередок електричний струм потенціал пористі електроди розрядні криві концентрація порізність. |
| topic_facet | electrochemical cell electric current potential porous electrodes discharge curves concentration porosity. електрохімічний осередок електричний струм потенціал пористі електроди розрядні криві концентрація порізність. |
| url | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/158 |
| work_keys_str_mv | AT yeliseyevvi numericalanalysisoftheeffectofthedesignandmanufacturingparametersofstarterleadacidbatteriesontheirdischargecharacteristic AT skosarvyu numericalanalysisoftheeffectofthedesignandmanufacturingparametersofstarterleadacidbatteriesontheirdischargecharacteristic AT katrenkomo numericalanalysisoftheeffectofthedesignandmanufacturingparametersofstarterleadacidbatteriesontheirdischargecharacteristic AT yeliseyevvi čiselʹnijanalízvplivukonstruktivnihítehnologíčnihparametrívnarozrâdníharakteristikistarternihsvincevokislotnihakumulâtorív AT skosarvyu čiselʹnijanalízvplivukonstruktivnihítehnologíčnihparametrívnarozrâdníharakteristikistarternihsvincevokislotnihakumulâtorív AT katrenkomo čiselʹnijanalízvplivukonstruktivnihítehnologíčnihparametrívnarozrâdníharakteristikistarternihsvincevokislotnihakumulâtorív |