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

17

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?

Bas
источник
1
Это под угрозой из любого источника возгорания.
Моав
Не должно быть искр под капотом, когда вы заводите автомобиль в нормальных условиях. Другие источники тепла (например, выпускной коллектор) просто недостаточно горячие. Температура искры составляет тысячи градусов.
Соломон Слоу

Ответы:

11

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.

Понятия не имею, чем я занимаюсь
источник
6
Водород будет плавать прямо вверх и двигаться довольно быстро. У него просто нет возможности "пробраться" к блоку двигателя.
JPhi1618
@ JPhi1618 Это правда. Но я задавался вопросом, может ли теоретически немного водорода из старой батареи скапливаться под закрытым капотом (при условии, что в нем нет отверстий) и быть зажженным старым и изношенным дугообразным проводом свечи зажигания при медленной езде.
Понятия не имею, что я делаю
1
Могу поспорить, что это возможно. Когда я была маленькой, батарея в моей маме взорвалась и помяла капот, когда она попыталась завести машину. Могу поспорить, что там был набор газа, который воспламенился чем-то искрящимся, когда ключ повернулся. Это может быть слишком большой поток воздуха, чтобы это могло произойти, когда автомобиль движется, но это, безусловно, происходит с автомобилем, который стоит на месте.
JPhi1618
7
Граница «температура под капотом не должна превышать пятой части» не совсем верна. Температура кипения воды при стандартном давлении составляет 373,15 К, что составляет почти половину 773,15 К (или 500 ° С). И только измерения на основе абсолютных значений имеют смысл описывать «пятую часть» температуры.
Монти Хардер
1
@MontyHarder Вы правы, это не имеет смысла с научной точки зрения. Я уверен, что было бы множество людей, заявляющих, что «100 ° C - это не половина 500 ° C». Я просто перефразирую, если это сбивает с толку.
Понятия не имею, что я делаю
28

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%.

Эдвард
источник
1
Отличный ответ! Как я понимаю, количество, генерируемое при пусковом запуске, должно быть смехотворно маленьким, и единственная реальная опасность заключается в том, что регулятор напряжения генератора перезаряжает батарею во время движения.
Понятия не имею, что я делаю
3
Это даже не опасность во время вождения, потому что воздух будет течь через батарею из-за движения автомобиля вперед, предотвращая накопление газообразного водорода. Самая высокая опасность при попытке запустить автомобиль с помощью быстрой зарядки внешнего зарядного устройства, но шансы взрыва в свободном пространстве чрезвычайно малы - реальная опасность - взрыв внутри аккумулятора.
Эдвард
3
«Реальная опасность - взрыв внутри батареи». Я заменил несколько взорвавшихся батарей. Обычно электролит действительно разряжается, когда они взрываются.
Моав
1
@Moab: Да, все верно. Чем ниже уровень электролита, тем больше объем газа в аккумуляторе. Это одна из многих причин, по которой электролит следует зарядить перед зарядкой.
Эдвард
Это невероятный ответ, и я хотел бы поблагодарить вас больше. Большое спасибо!
Бас
0

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).

Уровень реки St
источник
1
Если в естественном пути от стартера к аккумулятору имеются значительные омы, зачем вообще это делать? Я думаю, что это очень большой путь металла, поэтому очень низкое сопротивление. Фактическое сопротивление соединения будет зависеть от того, насколько хорошо зажим соприкасается, а петина и грязь на блоке хуже, чем клемма, предназначенная для этой цели.
JDługosz
1
@ JDługosz между батареей и корпусом толстый провод, поэтому сопротивление менее 0,1 Ом. Но когда стартовый двигатель использует 100 с, это может иметь значение. У дизайнера будет такой размер провода, который будет «достаточным» для заряженной батареи. С разряженной батареей и корродированным проводом, работающим против вас, может быть легче начать, если вы подключите непосредственно к блоку двигателя вместо батареи. Каждый по нитке. mechanics.stackexchange.com/a/1424/11767 согласен с. Я также видел, как кто-то добился большего успеха, подключив положительный провод к стартеру, но это неудобно и потенциально опасно
Level River St