Dlaczego gaz wokół akumulatora samochodowego narażony jest jedynie na zapłon z kabli rozruchowych?

Jak wskazano w Jump, uruchamianie rozładowanej baterii: Podłączyć czarny przewód do ujemnego bieguna baterii lub uziemionego metalu? , podłączasz czarny kabel połączeniowy do podwozia samochodu martwego, aby uniknąć iskier powstających podczas połączenia w pobliżu akumulatora, który mógłby być otoczony gazowym wodorem. Jak zauważa Paul w Dlaczego powinienem podłączyć czerwony / dodatni zacisk, kiedy skacz start? , wydaje się to bardzo mało prawdopodobne, ale w porządku, bezpieczeństwo przede wszystkim.

Jednak zaleca się przymocować czarny kabel do odsłoniętego metalu na podwoziu lub bloku silnika. Blok silnika w przeciętnym samochodzie nie jest taki ogromny. Zastanawiam się, czy jeśli akumulator jest otoczony chmurą gazowego wodoru i podłączę czarny terminal gdzieś po przeciwnej stronie bloku silnika, czy nadal nie zapali chmury gazu? Czy chmura gazu ściśle skupia się wokół akumulatora? A co powiesz na to, kiedy uda ci się uruchomić samochód? Dlaczego nie ma ryzyka zapłonu chmury gazu z różnych źródeł ciepła i iskier podczas uruchamiania samochodu?

Nie jestem ekspertem w tym temacie, ale nie sądzę, że wokół baterii powstaje „chmura gazu”. Wodór jest najlżejszym gazem ze wszystkich (0,089 g / l) i nie gromadzi się w przypadku wycieku. Po prostu podniesie się, dopóki maska ​​jest otwarta, ponieważ jest mniej gęsta niż powietrze, które jest w większości o wiele cięższym azotem (1,25 g / l) i tlenem (1,4285 g / l). Domyślam się, że praktyka łączenia uziemienia odbiornika z podwoziem zamiast ujemnego bieguna akumulatora po prostu chroni przed zapaleniem niewielkich wycieków z samego akumulatora.

Po uruchomieniu samochodu nie powinno być żadnych otwartych źródeł iskier. Alternator, świece zapłonowe, przewody świec zapłonowych, dystrybutor i alternator nie powinny otwarcie iskrzyć, jeśli są w dobrym stanie i zwykle są wystarczająco daleko od akumulatora. Ciepło nie powinno być prawie wystarczające, nawet jeśli z jakiegoś powodu silnik, który uruchamiasz, jest gorący. Wodór samorzutnie zapala się w atmosferze w temperaturze ~ 500 ° C, przy temperaturach okapu nie powinien znacznie przekraczać ~ 100 ° C

To będzie nieco techniczne, ale powinno być zrozumiałe, nawet jeśli spałeś na lekcjach chemii.

Kiedy wodór jest niebezpieczny?

Podobnie jak w przypadku mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku, wodór jest palny tylko wtedy, gdy znajduje się w zakresie stężeń. Używamy tak zwanej dolnej granicy wybuchowości (LEL) i górnej granicy wybuchowości (UEL), które są stężeniami gazu (w powietrzu), które się zapalą. W przypadku gazowego wodoru LEL wynosi 4%, a UEL jest wyższy niż 75%, co oznacza, że ​​jeśli stężenie gazowego wodoru osiągnie 4%, to jest na poziomie, który może zapalić się iskrą. Dla porównania, naturalne stężenie H ₂ w powietrzu wynosi około 0,01%.

W jaki sposób akumulator samochodowy wytwarza gazowy wodór?

Akumulator samochodu jest wypełniony mieszaniną 36% kwasu siarkowego (SO ₄ ) i 64% wody (H ₂ O). Wodór uwalnia się podczas ładowania akumulatora w wyniku procesu zwanego elektroliząw którym woda rozkłada się na swój wodór (H) i tlen (O) w obecności napięcia większego niż równowaga napięcia rozkładu. Napięcie to wynosi 1,227 V. Normalne napięcie dla pojedynczego ogniwa kwasowo-ołowiowego wynosi 2,1 V, a akumulatorów samochodowych jest sześć w szeregu (6 x 2,1 = 12,6 V). Ponieważ napięcie ogniwa jest wyższe niż napięcie rozkładu wody, prawie zawsze wytwarzane są bardzo małe ilości gazu. Jednak najgorszy przypadek (większość wodoru) powstaje przy wtłaczaniu maksymalnego prądu do już w pełni naładowanego ogniwa. Jest to również reakcja wrażliwa na temperaturę, więc wyższe temperatury będą powodować wytwarzanie większej ilości gazu.

Ile wodoru jest wytwarzane?

Interesuje nas reakcja, w której jony wodoru (H ⁺ ) stają się wodorem (H ₂ ). Chemicy napisaliby to tak:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Oznacza to po prostu, że dwa jony wodoru plus dwa elektrony dają jedną cząsteczkę gazowego wodoru. (Oznacza to również, że gaz pochodzi z elektrody ujemnej, ale pamiętaj, że jest to na ogniwo).

Pomijając wiele szczegółów matematycznych i chemicznych, możemy obliczyć, że w temperaturze 25 ° C (77 ° F) produkujemy około 0,45 litra wodoru na ogniwo na 1 Ah (amp-godzinę) przeładowania. Zatem przepychanie 10A przez w pełni naładowany standardowy akumulator 6-ogniwowy przez jedną godzinę wytworzyłoby 0,45 l / Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l wodoru w temperaturze 25 ° C. Aby było to niebezpieczne, potrzebowalibyśmy co najmniej 4% stężenia, więc potrzebowalibyśmy całkowitej objętości powietrza + wodoru, która wynosiłaby 675 litrów lub mniej. Szybkie uruchamianie zwykle nie zajmuje całej godziny i zwykle nie wiąże się z przeładowaniem już naładowanego akumulatora.

Gdzie idzie wodór?

Jak każdy, kto kiedykolwiek słyszał o katastrofie w Hindenburgu, wie, że wodór jest zarówno lżejszy od powietrza, jak i palny. Ponieważ jest lżejszy od powietrza, gazowy wodór uwalniany z akumulatora będzie miał tendencję do wzrostu.

Dolna linia

W typowym ustawieniu akumulatora samochodowego pod maską większość wodoru uwalnia się nieszkodliwie do atmosfery, gdy tylko maska ​​zostanie otwarta, ale więcej może zostać wyprodukowanych w momencie rozruchu samochodu. Dlatego osłony powinny pozostać otwarte i dlatego dobrą praktyką jest najpierw podłączyć (i najpierw odłączyć) połączenie ujemne jak najdalej od akumulatora.

Projektanci motoryzacyjni przeszli już te obliczenia, a stężenia pod maską są znacznie niższe niż 4%, nawet w ekstremalnych sytuacjach nieprawidłowego działania układu ładowania. Na przykład normy takie jak IEEE 484 opisują cel projektowy nie większy niż 2%.

Po pierwsze, powodem podłączenia dodatniej jumpleady przed ujemną jumplead jest to, że jeśli się ześlizgnie, zauważysz to przed podłączeniem negatywnej. Jeśli najpierw podłączysz ujemny, a następnie dodatni, jeden z dodatnich krokodylków może się ześlizgnąć, zetknąć z podwoziem jednego z pojazdów, powodując w ten sposób zwarcie akumulatora i przepływ prądu o dużej wartości, powodując pożar . W przypadku nowoczesnych osłoniętych jumpleadów nie stanowi to większego problemu.

Po drugie, najważniejszym powodem podłączenia ujemnego jumpleada do bloku silnika pojazdu martwego jest lepsze połączenie z rozrusznikiem. Uziemienie silnika rozrusznika jest połączone przez jego podwozie z blokiem silnika, dlatego najskuteczniejszy rozruch występuje, gdy jest tam połączona podstawa. Podłączenie do zacisku akumulatora wprowadza dłuższą ścieżkę od jumplead do rozrusznika, więc należy tego unikać, ponieważ powoduje to mniejszą skuteczność rozruchu.

Z drugiej strony podłączenie ujemnego przewodu do bloku silnika zwiększa rezystancję akumulatora martwego pojazdu, unikając nadmiernego prądu ładowania. Podłączenie ujemnego przewodu do akumulatora martwego pojazdu dałoby wyższy prąd ładowania (ale jak wyjaśniono powyżej, niższy prąd rozruchowy).