Почему газ вокруг автомобильного аккумулятора подвергается риску возгорания только от соединительных кабелей?

Как указано в разделе «Запуск от разряженной батареи»: подключите черный провод к отрицательному полюсу батареи или заземленному металлу? Вы подключаете черный соединительный кабель к шасси мертвого автомобиля, чтобы избежать искр, возникающих при подключении рядом с аккумулятором, который может быть окружен газообразным водородом. Как указывает Павел в разделе «Почему я должен сначала подключить красный / положительный терминал при начале прыжка? это кажется крайне маловероятным, но все в порядке, безопасность прежде всего.

Однако рекомендуется прикрепить черный кабель к металлическому корпусу на шасси или блоке двигателя. Блок двигателя на среднем автомобиле не такой большой. Мне интересно, если батарея окружена облаком газообразного водорода, и я подключаю черную клемму где-то на противоположном конце блока двигателя, разве она не воспламенит облако газа? Является ли облако газа плотно сфокусированным вокруг батареи? Кроме того, как насчет того, когда вам действительно удается завести машину? Почему при запуске автомобиля нет риска воспламенить газовое облако от различных источников тепла и искры?

Я не эксперт в этой теме, но я не думаю, что вокруг батареи образуется «газовое облако». Водородный газ - самый легкий газ из всех (0,089 г / л), и он не будет скапливаться при утечке. Он будет подниматься до тех пор, пока капот открыт, потому что он менее плотный, чем воздух, который в основном намного тяжелее азота (1,25 г / л) и кислорода (1,4285 г / л). Я предполагаю, что практика подключения заземления получателя к корпусу, а не к отрицательному полюсу батареи, просто защищает от воспламенения в течение нескольких минут от самой батареи.

При запуске автомобиля не должно быть открытых источников искры. Генератор, свечи зажигания, провода свечей зажигания, распределитель и генератор не должны открыто зажигаться, если они находятся в хорошем состоянии, и обычно они все равно достаточно далеко от батареи. Тепла не должно быть достаточно, даже если по какой-то причине запускаемый вами двигатель горячий. Водород самопроизвольно воспламеняется в атмосфере при температуре ~ 500 ° C, температура внутри капота не должна превышать ~ 100 ° C.

Это будет немного техническим, но все же должно быть понятно, даже если вы спали на уроках химии.

Когда водород опасен?

Как и в случае топливно-воздушной смеси в двигателе, водород является горючим только тогда, когда он находится в диапазоне концентраций. Мы используем так называемые нижний предел взрываемости (LEL) и верхний предел взрываемости (UEL), которые представляют собой концентрации газа (в воздухе), которые будут воспламеняться. Для газообразного водорода LEL составляет 4%, а UEL - более 75%, что означает, что если концентрация газообразного водорода достигает 4%, он находится на уровне, который может воспламениться искрой. Для сравнения, естественная концентрация H ₂ в атмосфере составляет около 0,01%.

Как автомобильный аккумулятор производит водородный газ?

Автомобильный аккумулятор заполнен смесью 36% серной кислоты (SO ₄ ) и 64% воды (H ₂ O). Газообразный водород выделяется, когда батарея заряжается из-за процесса, называемого электролизомв котором вода разлагается на составляющие ее водород (H) и кислород (O) в присутствии напряжения, превышающего равновесное напряжение разложения. Это напряжение составляет 1,227 В для воды. Нормальное напряжение для одного элемента свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2,1 В, и в автомобильном аккумуляторе их последовательно шесть (6 x 2,1 = 12,6 В). Поскольку напряжение элемента выше, чем напряжение разложения воды, почти всегда выделяется очень небольшое количество газа. Однако наихудший случай (большая часть водорода) возникает при нагнетании максимального тока в уже полностью заряженный элемент. Это также чувствительная к температуре реакция, поэтому при более высоких температурах образуется больше газа.

Сколько водорода вырабатывается?

Интересующая нас реакция заключается в превращении ионов водорода (H ⁺ ) в газообразный водород (H ₂ ). Химики написали бы это так:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Это просто означает, что два иона водорода плюс два электрона дают одну молекулу газообразного водорода. (Это также означает, что газ поступает от отрицательного электрода, но помните, что это на ячейку.)

Пропустив большую часть математики и химии, мы можем рассчитать, что при температуре 25C (77F) мы производим около 0,45 литра газообразного водорода на элемент на 1 Ач (ампер-час) перезарядки. Таким образом, проталкивание 10А через полностью заряженную стандартную 6-элементную батарею в течение одного часа приведет к получению 0,45 л / Ач х 6 х 10А х 1 ч = 27 л газообразного водорода при 25 ° С. Для того, чтобы это было опасно, нам нужно было бы по крайней мере 4% -ную концентрацию, поэтому нам нужно, чтобы общий объем воздуха + водорода составлял 675 литров или меньше. Пусковой запуск обычно не занимает целый час и обычно не требует перезарядки уже заряженной батареи.

Куда уходит водород?

Как известно любому, кто когда-либо слышал о катастрофе в Гинденбурге, водород легче воздуха, а также горюч. Поскольку он легче воздуха, любой газообразный водород, выделяющийся из батареи, будет стремиться подняться.

Суть

При типичном размещении автомобильного аккумулятора под капотом большая часть водорода будет безвредно подниматься в атмосферу, как только будет открыт капот, но при его запуске может появиться больше водорода. Вот почему колпаки должны оставаться открытыми, и поэтому рекомендуется сначала подключать (и сначала отключать) отрицательное соединение как можно дальше от аккумулятора.

Автомобильные дизайнеры уже прошли через эти расчеты, и концентрации под капотом намного ниже, чем 4%, даже в экстремальных ситуациях неисправности системы зарядки. Например, стандарты, такие как IEEE 484, описывают цель проектирования не более 2%.

Во-первых, причина подключения положительного перемычки перед отрицательным перемычкой заключается в том, что, если она соскальзывает, вы заметите это до подключения отрицательного. Если сначала подключить отрицательный, а затем положительный, один из положительных зажимов типа «крокодил» может соскользнуть, вступить в контакт с шасси одного из транспортных средств, что приведет к короткому замыканию аккумулятора и приведет к протеканию огромного тока, что приведет к пожару , С современными окутанными прыгунами это не проблема.

Во-вторых, наиболее важной причиной подключения отрицательной перемычки к блоку двигателя неисправного транспортного средства является лучшее соединение со стартером. Заземление двигателя стартера подключено через его шасси к блоку двигателя, поэтому наиболее эффективный запуск происходит при подключении перемычки. Подключение к клемме аккумулятора обеспечивает более длинный путь от перемычки до стартера, поэтому его следует избегать, так как он делает запуск менее эффективным.

С другой стороны, подключение отрицательного провода к блоку двигателя увеличивает сопротивление аккумуляторной батареи, избегая чрезмерного зарядного тока. Подсоединение отрицательного провода к батарее мертвого транспортного средства даст более высокий зарядный ток (но, как объяснено выше, более низкий пусковой ток).