Tại sao xăng quanh ắc quy xe chỉ có nguy cơ đánh lửa từ cáp nhảy?

Như đã chỉ ra trong Jump bắt đầu một pin chết: Kết nối dây màu đen với cực âm của pin hoặc kim loại nối đất? , bạn kết nối cáp nhảy màu đen với khung xe ô tô đã chết để tránh tia lửa được tạo ra trong quá trình kết nối gần pin, có thể được bao quanh bởi khí hydro. Như Paul chỉ ra trong Tại sao tôi nên kết nối thiết bị đầu cuối màu đỏ / dương trước khi bắt đầu nhảy? , điều này có vẻ cực kỳ khó xảy ra, nhưng không sao, an toàn là trên hết.

Tuy nhiên, lời khuyên là gắn cáp màu đen với kim loại tiếp xúc trên khung hoặc khối động cơ. Khối động cơ trên chiếc xe trung bình không phải là quá lớn. Tôi tự hỏi, nếu pin được bao quanh bởi một đám mây khí hydro và tôi kết nối thiết bị đầu cuối màu đen ở đâu đó ở phía đối diện của khối động cơ, liệu nó có còn không đốt cháy đám mây khí? Là đám mây khí tập trung chặt chẽ xung quanh pin? Ngoài ra, những gì về khi bạn thực sự quản lý để khởi động xe? Tại sao không có nguy cơ đốt cháy đám mây khí từ các nguồn nhiệt và tia lửa khác nhau khi xe khởi động?

Tôi không phải là chuyên gia trong chủ đề này, nhưng tôi không nghĩ rằng một "đám mây khí" hình thành xung quanh pin. Khí hydro là loại khí nhẹ nhất trong số chúng (0,089 g / l) và sẽ không tích tụ nếu bị rò rỉ. Nó chỉ đơn giản là sẽ tăng lên miễn là nắp ca-pô mở vì nó ít đậm đặc hơn không khí, phần lớn là nitơ nặng hơn (1,25 g / l) và oxy (1,4285 g / l). Tôi đoán là việc thực hành kết nối mặt đất của người nhận với khung máy chứ không phải là cột pin âm chỉ đơn giản là bảo vệ khỏi việc đốt cháy một vài phút rò rỉ từ chính pin.

Không nên có bất kỳ nguồn tia lửa mở nào khi xe khởi động. Máy phát điện, bugi, dây bugi, nhà phân phối và máy phát điện không nên châm ngòi công khai nếu chúng ở trong tình trạng tốt và chúng thường đủ xa so với pin. Nhiệt không nên gần như đủ ngay cả khi vì một lý do nào đó, động cơ bạn đang khởi động nóng. Hydrogen tự bốc cháy trong khí quyển ở ~ 500 ° C, dưới nhiệt độ mui xe không nên vượt quá ~ 100 ° C

Điều này sẽ có được một chút kỹ thuật nhưng vẫn có thể hiểu được ngay cả khi bạn ngủ qua các lớp hóa học.

Khi nào hydro nguy hiểm?

Cũng giống như hỗn hợp nhiên liệu không khí trong động cơ, hydro chỉ dễ cháy khi ở trong phạm vi nồng độ. Chúng tôi sử dụng cái được gọi là Giới hạn nổ dưới (LEL) và Giới hạn nổ trên (UEL) là nồng độ khí (trong không khí) sẽ bốc cháy. Đối với khí hydro, LEL là 4% và UEL là hơn 75%, nghĩa là nếu nồng độ khí hydro đạt 4%, thì đó là mức có thể bốc cháy với tia lửa. Để so sánh, nồng độ tự nhiên của H ₂ trong khí quyển là khoảng 0,01%.

Làm thế nào để một pin xe hơi sản xuất khí hydro?

Ắc quy của ô tô chứa đầy hỗn hợp axit sunfuric 36% (SO ₄ ) và 64% nước (H ₂ O). Khí hydro được giải phóng khi pin đang sạc do một quá trình gọi là điện phântrong đó nước phân hủy thành hydro (H) và oxy (O) cấu thành của nó với sự có điện áp lớn hơn trạng thái cân bằng điện áp phân hủy. Điện áp đó là 1.227V đối với nước. Điện áp bình thường cho một pin pin axit chì duy nhất là 2.1V và có sáu trong số chúng nối tiếp trong pin xe hơi (6 x 2.1 = 12.6V). Bởi vì điện áp di động cao hơn điện áp phân hủy cho nước, một lượng rất nhỏ khí hầu như luôn được tạo ra. Tuy nhiên, trường hợp xấu nhất (hầu hết hydro) được tạo ra khi buộc dòng điện tối đa vào một tế bào đã được sạc đầy. Đây cũng là một phản ứng nhạy cảm với nhiệt độ, do đó nhiệt độ cao hơn sẽ có xu hướng tạo ra nhiều khí hơn.

Bao nhiêu hydro được sản xuất?

Phản ứng mà chúng ta quan tâm là phản ứng cho các ion hydro (H ⁺ ) trở thành khí hydro (H ₂ ). Các nhà hóa học sẽ viết nó như thế này:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Điều này chỉ có nghĩa là hai ion hydro cộng với hai electron tạo ra một phân tử khí hydro. (Nó cũng ngụ ý rằng khí đến từ điện cực âm, nhưng hãy nhớ rằng đây là trên mỗi tế bào.)

Bỏ qua nhiều chi tiết toán học và hóa học, chúng ta có thể tính toán rằng ở nhiệt độ 25C (77F), chúng ta tạo ra khoảng 0,45 lít khí hydro trên mỗi tế bào trong mỗi 1 Ah (amp-giờ) quá tải. Vì vậy, đẩy 10A qua pin 6 cell tiêu chuẩn được sạc đầy trong một giờ sẽ tạo ra 0,45 l / Ah x 6 x 10A x 1 h = 27 l khí hydro ở 25C. Để điều đó trở nên nguy hiểm, chúng ta cần ít nhất 4% nồng độ, vì vậy chúng ta cần tổng thể tích không khí + hydro là 675 lít hoặc ít hơn. Nhảy bắt đầu thường không chiếm cả một giờ và thường không liên quan đến việc sạc quá mức pin đã được sạc.

Hydro đi đâu?

Như bất cứ ai đã từng nghe về thảm họa Hindenburg đều biết, hydro vừa nhẹ hơn không khí vừa dễ cháy. Vì nó nhẹ hơn không khí, nên bất kỳ khí hydro nào thoát ra từ pin sẽ có xu hướng tăng lên.

Điểm mấu chốt

Trong vị trí điển hình dưới mui xe của ắc quy xe hơi, hầu hết hydro sẽ tăng vô hại vào bầu khí quyển ngay khi mui xe được mở, nhưng có thể được sản xuất nhiều hơn khi xe đang được khởi động. Đó là lý do tại sao các mui xe nên mở và tại sao cũng nên thực hiện tốt việc kết nối đầu tiên (và ngắt kết nối đầu tiên) kết nối tiêu cực càng xa pin càng thiết thực.

Các nhà thiết kế ô tô đã trải qua các tính toán này và nồng độ dưới mui xe thấp hơn nhiều so với 4% ngay cả trong các tình huống khắc nghiệt của sự cố hệ thống sạc. Chẳng hạn, các tiêu chuẩn như IEEE 484 mô tả mục tiêu thiết kế không quá 2%.

Thứ nhất, lý do để kết nối jumplead tích cực trước jumplead tiêu cực là vì vậy nếu nó bị trượt, bạn sẽ nhận thấy điều này trước khi kết nối tiêu cực. Nếu bạn kết nối âm đầu tiên và sau đó là cực dương, một trong các clip cá sấu dương có thể bị tuột ra, hãy liên lạc với khung của một trong các phương tiện, do đó làm chập pin và khiến dòng điện lớn chảy ra, dẫn đến hỏa hoạn . Với jumplead hiện đại, điều này ít xảy ra.

Thứ hai, lý do quan trọng nhất để kết nối bộ phận tiêu cực với khối động cơ của xe chết là để kết nối tốt hơn với động cơ khởi động. Mặt đất của động cơ khởi động được kết nối thông qua khung của nó với khối động cơ, do đó, khởi động hiệu quả nhất xảy ra khi jumplead được kết nối ở đó. Kết nối với cực pin giới thiệu một đường dẫn dài hơn từ jumplead đến động cơ khởi động, vì vậy cần tránh vì nó làm cho việc bắt đầu kém hiệu quả hơn.

Mặt khác, việc kết nối dây dẫn âm với khối động cơ sẽ tăng khả năng chống lại ắc quy của xe chết, tránh dòng sạc quá mức. Kết nối dây dẫn âm với ắc quy của xe chết sẽ cho dòng sạc cao hơn (nhưng như đã giải thích ở trên, dòng khởi động thấp hơn.)