Когда из аккумулятора начинает выделяться водород

Неисправности аккумуляторных батарей и способы их устранения

Важнейшей причиной взрыва аккумуляторной батареи считается скопление горючих газов, которые воспламеняются при возникновении конкретных условий. Газы начинают выделяться после полного расхода сульфата свинца, образовавшегося во время разряда. Другими словами, после восстановления заряда, вода начинает разлагаться. Следовательно, если взорвался аккумулятор, значит, происходил сильный перезаряд АКБ.

Причиной перезаряда считается несколько факторов:

• Высокое напряжение заряда. • Длительная зарядка. • Неправильное функционирование генератора.

Если для заряда используется автоматическое зарядное устройство, взрыв аккумулятора автомобиля невозможен, так как после полной зарядки устройство отключиться, подача напряжения прекратиться.

Самым распространенным случаем, отчего может взорваться аккумулятор, считается нарушение работы генератора. Он обязан подавать напряжение 14,2 вольта. Если это значение выше, внутри аккумулятора начинается кипение электролита, как следствие, происходит взрыв.

Причины взрыва кислотных аккумуляторов

Свинцовый кислотный аккумулятор считается пожаробезопасным устройством, но иногда взрываются. Причиной является полное пренебрежение к требованиям эксплуатации.

В процессе электролиза внутри банки постоянно идут окислительно – восстановительные реакции. Одним из продуктов происходит образование воды. На катоде она диссоциируется на кислород и водород. Водород в свободном виде выделяется из банки через пробку, вода частично тоже. В этот момент в ячейке на катодах идут и паразитные химические реакции с выделением сероводорода.

Газы должны выделяться и отходить через пробки. Если лабиринты забиты, банки кипят при зарядке, внутри скапливается гремучая смесь, которая является причиной взрыва аккумулятора. Признаком кипения банок в подкапотном пространстве автомобиля становится запах сероводорода (тухлые яйца), кислотный запах и белый налет на корпусе АКБ. Не создать опасную концентрацию поможет правильная работа генератора и регулятора напряжения. Большое скопление газов и случайная искра могут привести к взрыву автомобильного аккумулятора.

Забитые отверстия для отвода газов

Иногда возникает скопление водорода внутри батареи. В этом случае аккумулятор взрывается от любой пробежавшей искры. А может ли взорваться аккумулятор без нее? Причиной может стать забитая пробка. Окись углерода вступает в соединение с накопившимся водородом. Происходящая реакция выделяет много тепловой энергии. В результате, непосредственно внутри батареи разрывается две — три банки.

Если автомобиль не заводится, неопытный водитель гоняет стартер, пока тот не сгорит. Заметим, что стартер постоянно подает огромный ток. Аккумулятору приходится отдавать большую величину стартерного тока. В это время происходит закипание электролита, поднимается температура. В результате выделяется большой объем сероводорода. Как следствие, взорвался аккумулятор в автомобиле, придется покупать новый.

Теория взрыва, или почему кипит электролит

Аккумуляторная батарея на авто постоянно работает в режиме разряда-заряда. К примеру, при запуске, стартер потребляет большое количество энергии, но после пуска, в работу включается генератор, который восстанавливает расходованный батареей заряд, и так происходит постоянно.

При этом во время отдачи заряда в АКБ проходят окислительно-восстановительные химические процессы, в результате которых из обычного свинца происходит образование сульфата свинца.

При этом на положительных электродах осуществляется восстановление оксида свинца, а на отрицательных – окисление свинца.

Все эти процессы сопровождаются расходом серной кислоты, из-за чего плотность электролита падает (массовая часть кислоты снижается относительно дистиллята).

При заряде происходят те же процессы, но в обратном порядке. По мере заряда, образованный в результате реакций при разрядке сульфат свинца, распадается на составные части.

И когда он полностью расходуется, реакция не останавливается, но в ней уже участвует другая составная часть электролита – дистиллят.

После полного получения заряда, когда сульфата не осталось, начинается процесс электролиза дистиллированной воды, сопровождающийся разделением ее на составные компоненты – водород (выделяется на отрицательном электроде) и кислород (образуется на положительном электроде).

А вот эти компоненты уже являются взрывоопасными, и их воспламенение и является следствием взрыва АКБ.

Визуально процесс электролиза выглядит как закипание электролита. Многие автомобилисты как раз и ориентируются поэтому – если батарея бурлит, значит, она заряжена.

Но на самом деле кипение электролита – это активное выделение горючих газов. От этих процессов никуда не деться, они нужны для нормальной работы АКБ. И если соблюдать все меры безопасности, то выделение горючих газов ничем не грозит.

Понижение уровня электролита

Опытные водители отлично знают, что АКБ требует повышенного внимания. Требуется регулярно следить, чтобы уровень электролита постоянно находился в норме. Если недоливать дистиллированную воду, происходит усиление реакции газообразования. Банки опустошаются, в освободившихся местах скапливаются газы.

При заниженном уровне электролита, увеличивается риск, взрыва батареи. Электролит должен полностью закрывать свинцовые пластины. Современные аккумуляторы оборудованы специальными метками, по которым определяется уровень электролита.

Важно! Категорически запрещается доливать электролит. Разрешается использовать только дистиллированную воду. Долив можно проводить после зарядки, подождав три часа.

Как происходит взрыв АКБ

Внутри аккумулятор автомобиля состоит из свинцовых пластин, которые погружены в кислоту для выработки энергии. Подобная технология стала применяться примерно с XVIII века и считается не слишком результативной в плане соотношения электрической энергии на единицу массы АКБ. Однако аккумуляторы, изготавливаемые сегодня, отличаются более высокими характеристиками, позволяющие обеспечивать необходимое напряжение.

Среди недостатков АКБ свинцово-кислотного типа можно выделить, помимо неэффективного хранения энергии, ещё и то, что в составе их находятся весьма опасные компоненты. Наличие в АКБ свинца – это основная причина, по которой аккумулятор полагается утилизировать определённым способом, а серная кислота в составе батареи приводит к тому, что Вам приходится соблюдать повышенную осторожность, иначе это может закончиться весьма печально.

И всё же — почему и, главное, как аккумуляторные батареи автомобиля взрываются? Во время, например, зарядки АКБ, может быть образовано незначительное количество водорода, который, находясь в газообразном состоянии, достаточно легко воспламеняется (иногда это может произойти от малейшего толчка). Может случиться и так, что концентрация водорода будет намного выше – это происходит при избыточной зарядке АКБ, когда напряжение намного больше рекомендуемого.

Как избежать взрыва аккумулятора

Что делать, если взорвался аккумулятор в автомобиле, что необходимо предпринять? Ответ достаточно прост, всегда занимайтесь профилактикой узлов, а также агрегатов и важнейших механизмов автомобиля чтобы такого не произошло.

• Напряжение заряда, которое генератор подает на аккумулятор, должно не превышать 14,7 вольта. Если оно будет больше, батарея начнет кипеть, сильно нагреется, возможен сильный взрыв.
• Разряженную батарею нельзя хранить в холодном помещении. Пластины очень быстро станут негодными, так как плотность электролита при сильном морозе резко снижается. Внутри аккумулятора начинается процесс кристаллизации воды.
• Батарею нужно постоянно держать в чистоте. Ее необходимо регулярно протирать чистой тряпкой, удалять пыль, тщательно смывать следы электролита.
• Обязательно следите за вентиляционными отверстиями. Они должны постоянно быть открытыми и чистыми.
• Регулярно проверяйте уровень электролита. Если его меньше нормы, добавляйте дистиллированную воду.
• Чтобы на клеммах не возникало окисления, их лучше всего смазать литолом. Можно также использовать технический вазелин, подойдет солидол.
• Электропроводка машины должна находиться в исправном состоянии, контакты тщательно зачищены и плотно закреплены. Детали, пришедшие в негодность, необходимо заменить.
• Окислившиеся контакты нужно тщательно зачистить, особенно это касается токовыводящих клемм аккумулятора.

Важно! Любая возникшая искра рядом с АКБ, может быть причиной взрыва.

• Чехол, надетый на батарею, должен иметь прорези, чтобы оставить открытыми газоотводящие отверстия.
• АКБ должна содержаться в чистоте. В особенности это касается отверстий, через которые выходят выделяющиеся газы.
• Рядом с батареей не допускается никакого искрения, запрещается прикуривать и чиркать спичкой. Проверку уровня электролита требуется выполнять стеклянной трубочкой. Категорически запрещается подсвечивать банки зажигалкой.
• Требуется постоянно поддерживать нормальный уровень электролита. При необходимости выполнять доливку дистиллированной водой.

Причины взрыва автомобильного аккумулятора

Опасность подстерегает владельца автомобильного аккумулятора при зарядке. Если не откручены пробки с обслуживаемой батареи перед подключением ЗУ, взрыв становится неотвратим. Другая причина взрыва – неправильно выставленное напряжение на ЗУ. Если идет интенсивное газовыделение при зарядке, это может привести в воспламенению смеси в воздухе мастерской. Поэтому требуется обеспечить хорошую вентиляцию. Воздушные каналы нельзя прикрывать утеплительным кожухом АКБ.

Если в банках мало электролита, во время зарядки объем взрывоопасной смеси может стать критическим, стать причиной взрыва батареи. Поэтому следить за уровнем электролита нужно систематически, доливая дистиллированную воду.

Для предотвращения искрения, причины взрыва газовой смеси в подкапотном пространстве авто, необходимо чистить налет, окисление, плотно подтягивать контакты, чистить клеммы АКБ.

Из-за чего может замкнуть банку аккумулятора

Если эксплуатируемый аккумулятор уже прослужил рекомендованный заводом-изготовителем период, то замыкание банки – это просто одна из причин «смерти» батареи. В новой батарее подобная неполадка случиться чаще всего из-за брака. При наличии чека на товар и действующего гарантийного периода можно обратиться в магазин, где был приобретён аккумулятор.

Замкнуть банку можно и в результате неправильной эксплуатации АКБ. Например, если он не было надёжно закреплено на штатном месте, но при этом автомобиль эксплуатировался на высокой скорости по бездорожью, то от постоянных ударов и тряски активная масса пластин может осыпаться, и произойдёт короткое замыкание.

Если аккумулятор уронили при переноске, то в этом случае могут повредиться внутренние элементы, из-за чего также закоротит одну или несколько секций. Боковые удары не менее опасны, поэтому следует проявлять максимальную осторожность, ведь кроме выхода из строя при разгерметизации корпуса может вытечь кислота.

Чаще всего замыкание банок происходит из того, что не успевают вовремя заливать электролит. Ведь если он упадет слишком низко, то пластины оголятся и осыпятся. Случайно соединённых положительных контактов с массой, также могут проявляться в виде разрушения и осыпания пластин, что рано или поздно приведёт к короткому замыканию.

В зимнее время такая проблема может образоваться при хранении разряженного аккумулятора в неотапливаемом помещении или на улице. Замёрзший электролит с большим усилием сожмёт решётки, которые, не выдержав нагрузки, полностью разрушатся. Осыпавшийся или смещённый металл вызовет короткое замыкание.

Техническое обслуживание

Много неисправностей аккумуляторной батареи появляется в результате неправильного использования и техничного обслуживания. Очень важным моментом является обслуживание после покупки, первое ТО.

Дабы поломки не преследовали владельца постоянно, не пришлось тратить лишние деньги, необходимо проводить правильное обслуживание АКБ. Ниже приведено несколько полезных советов, что увеличат срок службы и не приведут к неисправностям свинцово-кислотной батареи:

1. Нужно постоянно убирать грязь, масло и прочий мусор с корпуса батареи.
2. Проводить проверку, по необходимости подтягивать крепеж для АКБ под капотом.
3. Время от времени пробки для отвода газов нужно очищать, но процедура проводится аккуратно. В домашних условиях можно использовать иголку или зубочистку.
4. Проверять провода, которые выходят от аккумулятора. На них не должно быть повреждений, окислений. Фиксация проводов делается надежной.
5. Ведется контроль уровня электролита внутри с помощью стеклянной трубки. Если нужно, проводят долив дистиллированной воды.

Последующая проверка заключается в тех же правилах, но добавляется еще контроль плотности жидкости в АКБ, его корректировка.

Обязательным условием долговечности свинцово-кислотных АКБ является проверка уровня и плотности электролита

Теперь необходимо разобраться какие бывают неисправности аккумуляторной батареи и способы по их устранению.

Электролит

В каждом аккумуляторе его различное значение — в больших батареях его больше, в малых меньше – это закономерно. Но вот состав у него практически один и тот же. Это вода + серная кислота, если вспомнить школьную формулу, то примерно:

Нужно отметить, что воды примерно – 65%, а вот кислоты около – 35%, эта смесь и является токопроводящей жидкостью – электролитом. Без него если хотите не будет накопления энергии, он является универсальным проводником.

По сути, это соединение невзрывоопасно, подумаешь вода и кислота, это же не бензин. Вроде конструкция безопасная, но почему же происходят взрывы при зарядке?

Кислотные аккумуляторы; чтобы больше не было отвратительно читать то что люди о них пишут

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

С химической точки зрения любые АКБ абсолютно одинаковы. Как-же они устроены? Очень кратко — если аккумулятор заряжен, то один электрод представляет собой свинцовую решетку с нанесенной на нее пастой из PbO₂, второй -такую-же решетку с пастой губчатого свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. В процессе разряда PbO₂ восстанавливается и взаимодействуя с серной кислотой образует PbSO₄. Свинец на другом электроде окисляется и опять-же образует PbSO₄. В конце разрядки мы имеем обе решетчатые пластины заполненные (более или менее) сульфатом свинца. При зарядке аккумулятора происходит электролиз и из сульфата свинца вновь образуется диоксид и металлический свинец. Конечно-же, тут нужно подчеркнуть, что электроды при этом не равны и путать их полярность не стоит т.к. еще на стадии производства в намазку электродов вводятся соответствующие добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства. При этом добавки полезные для одного электрода вредны для другого. В очень старые времена, где-то в начале прошлого века, в условиях простых аккумуляторов, вероятно, была допустима переполюсовка аккумулятора по ошибке или с какими-то целями и он какое-то время после этого работал. В том что она допустима сейчас я сомневаюсь.

Таких ячеек в 12В аккумуляторе 6 шт, в 6В — 3 шт. и т.д. Многих вводит в заблуждение значение напряжения на аккумуляторах. Причем значений напряжения номинального, заряда, разряда. С одной стороны, аккумуляторы называются 12В (и 6В, 24В тоже есть, по-моему, даже 4В изредка встречаются) но на корпусе тех-же аккумуляторов для ИБП производитель указывает напряжение выше 13.5В.

Тут мы видим, что в форсированном режиме напряжение заряда может быть аж 15В.

Все разъяснит кривая напряжения на АКБ:

Слева мы видим напряжение для аккумулятора из 12 ячеек (24В номинальных), 6 (12В номинальных) и, самое полезное, для одной ячейки. Там-же отмечены области нежелательных напряжений при разряде/ заряде. Из кривой можно сделать выводы:

1 Напряжение 12В, 24В и т.д. являются номинальными и показывают лишь число гальванических ячеек (путем деления на два) в батарее. Это просто название для удобства.

2 Напряжение при заряде могут достигать 2.5 В/ ячейку что для 12В аккумулятора соответствует 15В.

3 Напряжение заряженной батареи считается допустимым при значении 2.1-2.2 В/ячейку, что для 12В аккумулятора соответствует 12.6-13.2В.

Теоретически, батарею можно зарядить и до значений 2.4 В/ячейку или даже немного выше, однако, такая зарядка будет негативно сказываться как на состоянии электродов, так и на концентрации электролита. Однажды, перед сдачей в утиль, я легко зарядил 12В батарею до напряжения ок. 14.5В (уже не помню точное значение).

Итак, автор статьи с которой я начал, решил, что напряжение заряда автомобильной АКБ и АКБ от ИБП отличаются. Это неверно, у них одинаковый тип электродов и одинаковая концентрация серной кислоты в электролите (подобранная давным-давно экспериментальным путем, чтобы предоставлять максимальное напряжение и минимальном саморазряде). Однако, что-же происходит в батарее, почему ее нельзя заряжать при слишком высоком значении напряжения?

Почему в автомобильную АКБ нужно подливать воду, а в АКБ от ИБП не нужно? Эти вопросы позволяют нам плавно перейти в область напряжения разложения воды. Как я написал выше, при зарядке аккумулятора происходит электролиз. Однако, не весь ток расходуется на превращение PbSO₄ в PbO₂ и Pb. Часть тока будет неизбежно расходоваться и на разложение воды, составляющей значительную часть электролита:

Теоретический расчет дает значение напряжения для этой реакции ок. 1.2В. Напоминаю, что напряжение на ячейке при заряде заведомо более 2В. К счастью, активно вода начинает разлагаться только выше 2В, а в промышленности для получения водорода и кислорода из нее процесс ведут и вовсе при 2.1-2.6В (при повышенной температуре). Как бы то ни было, тут мы приходим к выводу, что в конце процесса заряда АКБ будет неизбежно происходить процесс разложения воды в электролите на элементы. Образующиеся кислород и водород попросту улетучиваются из сферы реакции. Про них бытуют следующие мифы:

1. Водород крайне взрывоопасен! Перезарядишь аккумулятор и как минимум лишишься комнаты где тот был!

На самом деле, водорода в процессе электролиза выделяется ничтожно мало по сравнению с объемом комнаты. Водород взрывается при концентрации от 4% в воздухе. Если мы допустим, что электролиз ведется в комнате размером 3*3*3 метра или 27 метров куб., то нам понадобится наполнить помещение 27*0.04=1.1 метров куб. водорода. Для получения такого количества H2 нужно было бы полностью разложить ок. 49 моль воды или 884 грамма ее. Если кто-то наблюдал электролиз, то поймет насколько это много. Или попробуем перейти ко времени. При силе тока в стандартной зарядке для крупногабаритных АКБ в 6А, уравнение Фарадея дает время, необходимое для получения этого количества водорода, аж 437 часов или 18.2 дня. Чтобы наполнить комнату водородом до взрывоопасной концентрации нужно забыть про зарядку на 2 с половиной недели! Но даже если это случится, концентрация серной кислоты просто будет расти пока ее раствор не приобретет слишком высокое сопротивление для жалких 12В зарядки и сила тока не станет ничтожной. Да и водород попросту улетучится.

Очень редко случаются взрывы непосредственно в корпусах крупногабаритных АКБ из-за того, что выделяющийся водород по какой-то причине не может покинуть замкнутого пространства. Но и в этом случае нечего страшного не бывает — чаще всего взрыва хватает только на небольшую деформацию верхней части корпуса, но не на разрыв свинцовых соединений. И АКБ еще может работать дальше даже после таких повреждений.

2. При электролизе может образоваться смертельно ядовитый и, не менее взрывоопасный чем водород, сероводород!

Не наш, периодически попадался миф в англоязычных постах. Теоретически конечно возможно подать такое большое напряжение и создать т.о. такую большую силу тока, что на катоде начнется процесс восстановления сульфат-иона. Напряжение для этого будет достаточным, а продукты восстановления не будут успевать диффундировать подальше от электрода и восстановление будет идти дальше. Но зарядка в пределах десятка-трех вольт и с ограничением силы тока в 6А на такое едва ли способна. Однажды, я наблюдал процесс восстановления сульфата до SO₂, да, это возможно; однокурсницы по ошибке что-то сделали не то во время опыта. Но это большая редкость т.к. там концентрация серной кислоты была заметно выше той, что используется в АКБ, была иная конструкция электрода и иной его материал и, естественно, напряжения и сила тока были были непомерными. И SO₂ не H₂S.

3. При электролизе мышьяк и сурьма из материала решеток будут восстанавливаться до ядовитых арсина и стибина!

Действительно, решетки содержат относительно много сурьмы, мышьяка в современных решетках, вероятно, нет вообще. При работе АКБ та решетка на которой происходит восстановление, т.е. катод, разрушению не может подвергаться. Выделяйся даже каким-то образом стибин, он бы тут-же взаимодействовал с PbSO4, восстанавливая его до металла.

Однако, некоторая практическая неприятность тут есть. Газообразные водород и кислород могут увлекать за собой капельки электролита, создавая аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль серной кислоты, даже концентрированной, для человека не опасен и просто вызывает кашель. Однако, серная кислота — кошмар для тканей и бумаги. Стоит даже небольшому количеству серной кислоты попасть на одежду и там обязательно появятся дырки или ткань разорвется по этому месту. Через недели, если кислоты много, через месяц, но одежда истлеет.

Так что газовыделения опасаться не стоит с бытовой точки зрения или стоит, но нужно ориентироваться именно на аэрозоль серной кислоты.

Итак, вода начала разлагаться на водород кислород, ее в электролите становится все меньше, что-же дальше? Если это АКБ в котором электролит просто налит в виде слоя жидкости, то начнется повышение саморазряда из-за повышения концентрации серной кислоты. Занятно, что это будет сопровождаться небольшим повышением напряжения (концентрация кислоты растет) на ячейке. Именно поэтому автовладельцы должны постоянно контролировать концентрацию серной кислоты в своих АКБ (при помощи ареометра) и доливать туда воду. Процедура доливания воды — необходимая часть процесса обслуживания любой АКБ. Кроме одного их типа, и мы сейчас об этом поговорим.

Иметь аккумулятор в котором болтается слой едкой, по отношению к металлам, жидкости конечно-же неудобно, а потому попытки избавиться непосредственно от жидкости предпринимались давно, начались чуть ли не в первой половине 20-го века. К слову сказать, не то чтобы слой серной кислоты прямо плескался вокруг электродов. В реальности она неплохо распределена между электродами и окружающими их сепараторами даже в дешевых моделях. Итак, первым вариантом было использование стекловолокна. Достаточно просто окружить электроды стекловолокном которое пропитано серной кислотой и большинство проблем решится. Этот тип АКБ носит название AGM (absorbent glass mat) и таких АКБ для ИБП подавляющее большинство. Хотя такие АКБ малого форм-фактора и зачастую позиционируются как те, которые можно эксплуатировать в любом положении, с этим нельзя вполне согласиться. Вскрытие крышки стандартного дешевого AGM аккумулятора показывает, что никаких особых крышек там нет, а следовательно, электролит от вытекания удерживают лишь капиллярные силы. Я почти уверен, что если погонять AGM аккумулятор перевернутым вверх дном, то уже после одной зарядки из него польется серная кислота под давление газов.

Второй распространенный тип интереснее, это т.н. гелевые АКБ. А получаются они благодаря следующему. Если подкислять растворимые силикаты, то будет происходить выделение кремневой кислоты:

Если исходный раствор силиката не отличается качеством, то кремневая кислота будет выделяться в виде стекловидной массы, но если он достаточно чист, то кремневая кислота осадится в виде красивого куска однородного полупрозрачного геля. На этом и основан способ получения гелевых АКБ — простое добавление силикатов к электролиту вызывает его затвердение в гелеобразную массу. Соответственно, вытекать оттуда уже нечему и АКБ действительно можно эксплуатировать в любом положении. Сам по себе процесс образования геля не повышает емкости АКБ и не улучшает его качеств, однако, производители его используют при производстве наиболее качественных моделей, а потому эти АКБ отличаются высоким качеством и большей емкостью. Занятно, что в обоих случаях носителем электролита является SiO2 в той или иной форме.

Оба типа АКБ объединяются в славный тип VRLA — valve-regulated lead-acid battery который и применяется в ИБП. Формально они считаются необслуживаемыми и терпящими эксплуатацию в любом положении, но это не совсем так. Более того, многие уже встречались с эффектом, когда буквально несколько мл воды возвращают к жизни, казалось бы, дохлую АКБ от ИБП. Так получается, потому что и эти аккумуляторы не капли не застрахованы от электролиза воды в электролите, а следовательно, и пересыхания. Все происходит точно так-же, как в крупногабаритных АКБ. А вот самые дорогие и крутые необслуживаемые АКБ содержат катализатор для рекомбинации выделяющихся газов обратно в воду и вот уже у них корпус действительно выполнен абсолютно герметичным. Обращаю внимание, что по-настоящему герметичным и необслуживаемым может быть и аккумулятор типа AGM и GEL, но они-же могут ими и не быть и не содержать катализатора рекомбинации кислорода и водорода. Тогда, несмотря на казалось бы продвинутую конструкцию, пользователю придется либо чаще покупать новые аккумуляторы, либо доливать воду при помощи шприца.

Хотелось бы добавить несколько слов о режимах разряда. Производители АКБ указывают какой ток максимально допустим для той или иной модели, но нужно понимать, что аккумулятор — просто смесь химических веществ и ЭДС генерируется исключительно химическим путем. Это не конденсатор который, по электрогидравлической аналогии, можно сравнить с неким механическим сосудом (с гибкой мембраной). Хотя АКБ могут выдавать очень большие значения силы тока, в реальности они лучше всего эксплуатируются как раз при небольших токах, что в разряде, что в заряде. Поэтому ИБП, рассчитанные на заряды небольших АКБ, при работе с крупногабаритными будут заряжать их в наиболее щадящем режиме. Впрочем, в течении далеко не одних суток. Интересно обратить внимание на то, что чем выше мощность ИБП, тем больше аккумуляторов последовательно предпочитает собирать производитель. Тут все логично — большие токи разряда маленькие АКБ выдерживают очень плохо.

1. Малогабаритные и крупногабаритные АКБ идентичны по устройству.

2. Для подавляющего большинства АКБ любого размера доливание воды является необходимой частью текущего обслуживания.

3. Лишь немногие из дорогих моделей АКБ содержат механизм рекомбинации газов и могут быть названы действительно необслуживаемыми.

4. Сам по себе водород, который выделяется при заряде (а это равно постоянной работе в ИБП) АКБ, не является существенной угрозой или проблемой.

5. Нужно очень внимательно работать с АКБ, тщательно избегая пролива даже малейших капель электролита, или лишитесь одежды.

6. Разряд и заряд малыми токами являются наиболее предпочтительными режимами эксплуатации АКБ.

Как предотвратить взрыв водорода в тяговом аккумуляторе

У взрыва аккумуляторов обидные причины — спешка, неаккуратность водителей, ошибки в обслуживании. При этом у свинцово-кислотных батарей есть одна особенность, которая повышает риск взрыва — это выделение водорода при зарядке. О тонкостях работы с такими аккумуляторами рассказывает Александр Логинов, генеральный директор компании «Энергоэлемент», которая продает и обслуживает все типы тяговых аккумуляторов.

Водород настолько взрывоопасен, что при концентрации в воздухе более 4% способен сдетонировать без внешнего воздействия, сам по себе. Столько водорода накопится за 2 часа, если мы возьмем пять самых ходовых батарей 48 В 500 А·ч и поставим заряжаться без вентиляции в типовой зарядной комнате. Но на деле такой концентрации не потребуется: достаточно тонкой струйки газа и искры — и аккумулятор рванет.

Почему образуется водород

Выделение водорода в свинцово-кислотных аккумуляторах — естественный процесс. Однако при ошибках в обслуживании этот газ образуется сверх меры. Чтобы разобраться, что это за ошибки, рассмотрим сначала, откуда вообще берется водород в батарее.

Зарядка аккумулятора проходит в три фазы. Первая — основной заряд, вторая — дозаряд и третья — перемешивающий или уравнительный заряд.

В первой фазе батарея принимает ток высокой мощности, а напряжение постепенно растет. Вся энергия поступает в пластины электродов и идет на восстановление свинца.

Вторая фаза начинается, когда напряжение достигло нужного уровня. Далее оно остается постоянным, а ток падает, пока батарея не зарядится до 100%. Сколько бы тока мы ни вливали после этого, пластины уже не смогут его принять.

Излишек тока будет уходить в воду и запустит ее электролиз — вода начнет разлагаться на молекулы кислорода и водорода. Аккумулятор «закипит» и будет выделять огромное количество энергии. Это и есть третья фаза.

Считается, что такого кипения нужно избегать. На деле не совсем так. Непродолжительное кипение аккумулятора необходимо: пузырьки газа поднимаются вверх и перемешивают разные по плотности слои электролита, чтобы выровнять. А вот затягивать кипение нежелательно.

Что усиливает выделение водорода

Зарядка трансформаторными устройствами с профилем WoWa. У зарядных устройств есть коэффициент перезаряда — он показывает, какой излишек энергии идет на третью фазу. Современные высокочастотные устройства подают разный ток в зависимости от фазы, а их коэффициент перезаряда равен 1,03—1,07. В отличие от них трансформаторные зарядные устройства WoWa подают ток постоянной мощности. Коэффициент перезаряда таких устройств составляет 1,2, то есть третья фаза начинается раньше, а водорода выделяется больше.

Зарядка горячей батареи также приводит к раннему началу третьей фазы. Чем выше температура, тем ниже напряжение, при котором начинается электролиз воды. Фактически из-за этого в не успевшей остыть батарее третья фаза начнется одновременно с первой. Батарея критически нагревается — до 90 градусов, это ведет к коррозии электродов и перерасходу воды. Если после заряда открыть крышку для долива воды, капли горячего электролита полетят наружу.

Зарядка аккумулятора без одного из элементов. Зарядное устройство подает ток высокой мощности, пока не получит нужное напряжение. Так как прибор заряжает не отдельные аккумуляторные элементы, а батарею в целом, нужное напряжение равно сумме напряжения всех элементов. Это число записано в профиле зарядного устройства, и прибор не может сделать перерасчет, если какого-то элемента нет. В итоге оставшиеся элементы получают перенапряжение, а избыток энергии идет в электролиз воды.

Работа на старых аккумуляторах более одного разряда в день. На новом аккумуляторе литр воды испаряется за пять-семь циклов работы, а на старых — за один-два. Чем ниже уровень электролита, тем больше внутри элемента пространства для скапливания водорода. Это особенно опасно для техники с высокими аккумуляторами, например, узкопроходных высотных штабелеров.

Как происходит взрыв

В крышках для долива воды в аккумулятор есть отверстия диаметром 2 мм — через них водород выходит их элемента. Это удобнее, чем каждый раз открывать крышку с риском выплеснуть кислоту на корпус.

После зарядки водород еще какое-то время выходит наружу и скапливается в пазухах крышек. Если не дождаться полного выветривания, газ может взорваться. К взрыву приводят искры, сильный нагрев, открытое пламя, а также короткое замыкание — из-за коррозии перемычек, оголенных проводов, трещин в пластиковой обшивке.

Чаще всего изоляция разрушается, когда водители торопятся приступить к погрузке и забывают об аккуратном обращении. Например, тянут силовой кабель не за коннектор, а за провод, из-за чего место соединения оголяется. В спешке забывают поправить провода и придавливают их батареей или сидушкой — пара таких ударов и изоляция лопается.

Мы занимаемся обслуживанием аккумуляторов и не раз сталкивались с последствиями взрыва водорода. Вот некоторые случаи из нашей практики.

Пример 1. У узкопроходных высотных штабелеров и погрузчиков с грузоподъемностью от двух тонн через аккумулятор идет ток мощностью 1000 А·ч. Опасность в том, что он может раскалить всю проводку батареи. К тому же у такой техники высокие аккумуляторы и места для скопления водорода много.

В этом примере у штабелера из-за коррозии перегревалась одна из перемычек батареи. Водитель не выждал паузу и начал работу, когда концентрация водорода под крышкой была максимальной. Перемычка перегрелась и водород сдетонировал. Взорвался один элемент. На поставку нового из Европы ушло четыре недели — все это время батарея простаивала.

Пример 2. К замыканию привело использование неизолированной траверсы для подъема аккумулятора. Когда изоляция изнашивается со временем, возрастает риск попасть деталями траверсы на оголенные элементы «+» и «−» батареи, например, в этом случае — на поврежденные болты.

Пример 3. Когда водители ставят аккумулятор в технику, то в спешке забывают о мерах безопасности. Складская техника массивная, а места для батареи впритык — можно пережать провода.

При установке аккумулятора в электропогрузчик водитель не рассчитал высоту подъема и угол наклона тележки. Провода прижало к корпусу и взорвалось 12 элементов. Куски пластика с кислотой разлетелись вокруг и только случайно не попали в водителя.

Пример 4. Водитель ричтрака не поправил силовой кабель, когда задвигал аккумулятор. Провода попали между ним и бортом ричтрака, и их срезало. Произошло короткое замыкание и 6 элементов взорвались. Ситуацию усугубило то, что батарею почти не обслуживали, уровень электролита был низкий, а места для водорода много.

Пример 5. Во время заряда аккумулятор находился в тягаче и был закрыт сидушкой с герметичной крышкой — инженер забыл ее поднять. Водород накапливался под крышкой, да еще сверх меры, потому что батарею заряжали без одного элемент. Взрыв произошел прямо под водителем, когда он включил зажигание. Парень получил контузию, из ушей пошла кровь. К работе он смог вернуться только через две недели. А аккумулятор стоимостью 11 тысяч евро вышел из строя.

Иногда к взрыву приводит халатность механиков, например, когда начинают чистить клеммы, не отключив батарею от зарядного устройства. Такая забывчивость — все равно что уехать с заправки, не вынув пистолет из бака.

При работе со свинцово-кислотными батареями важно соблюдать требования ГОСТа по утилизации водорода из зарядной комнаты. Как правило, к недостаточной вентиляции приводит плохая вытяжка или одновременная зарядка слишком многих аккумуляторов. Однако вместо того, чтобы устранить нарушения, компании порой предпочитают откупиться от пожарного надзора.

Мы рекомендуем установить в зарядной комнате датчик водорода, следить за состоянием изоляции всех элементов батареи и делать паузу в 15 минут после заряда. Надеемся, наш опыт поможет компаниям предотвратить чрезвычайные ситуации.

Почему взорвался автомобильный аккумулятор?

Нам прислал письмо один из наших читателей, который ломает голову над инцидентом, произошедшим в его доме. У него в гараже взорвался автомобильный аккумулятор, стоявший на подзарядке. Как такое может быть и что могло стать причиной взрыва, мы и попытались разобраться.

Итак, вот какое письмо к нам пришло:

Но тут аккумулятор просто стоял на подзарядке, как это делают многие, принося домой батарею, чтобы зарядить ее с помощью зарядного устройства. В итоге, судя по всему, мой аккумулятор и разорвало от зарядного устройства. Но как такое может быть?

Да, взрыв, кстати, произошел где-то ночью, к счастью, когда рядом никого не было. Также батарея была чистая, не поврежденная, клеммы зарядного устройства были закреплены надежно. Что-то я не понимаю, что же произошло с аккумулятором на самом деле?» .

Напомним, что внутри аккумуляторных батарей, как правило, находится решетка из свинцовых пластин, которые погружены в серную кислоту. Да, в аккумуляторе вашей машины используется именно серная кислота, которая смешана с дистиллированной водой, в результате чего получается электролит.

Но благодаря реакции свинцовых пластин с серной кислотой и появляется электричество. К сожалению, без добра нет и зла. Дело в том, что подобным продуктом этой химической реакции является образование газообразного водорода, который очень легко воспламеняется. В большинстве случае водород образуется при нагревании электролита или его закипании.

Любая маленькая искра может привести к сжиганию водорода, что, конечно, очень плохо. Если аккумулятор вашей машины уже старый и понес некоторые потери воды, свинцовые пластины внутри батареи могут подвергаться воздействию воздуха. Когда ваш аккумулятор находится под высокой нагрузкой (автомобиль требует большое количество электричества), свинцовые пластины могут изгибаться, контактировать, образовывать электрическую дугу. Из-за их взаимодействия друг с другом внутри аккумулятора может образоваться искра, которая в итоге и приведет к воспламенению водорода. Далее все классически – батарея взрывается.

Грязные клеммы также могут быть источником искр, так как из-за плохого соединения клеммы с аккумулятором могут появиться электрические дуги. То же самое касается плохо закрепленных высоковольтных проводов, которые могут также образовывать искру, когда автомобиль, например, скачет на кочках. Но наш читатель, который прислал вопрос, просто заряжал аккумулятор в гараже. То есть аккумулятор не был под нагрузкой, а, наоборот, стоял на зарядке.

Как же тогда произошел взрыв? Ну, во-первых, причиной взрыва могло стать зарядное устройство, в котором, например, могло выйти из строя реле, которое обычно защищает батарею от перезарядки. В итоге если реле сломалось, то аккумулятор мог просто перезарядиться.

В этом случае серная кислота, смешанная с дистиллированной водой, могла просто закипеть. При этом начинает выделяться большое количество водорода. Обычно водород легко отводится из батареи с помощью специальной вентиляции, которая имеется в пробках аккумулятора. К сожалению, если аккумулятор грязный или пыльный, то это приводит к тому, что эти вентиляционные отверстия просто забиваются, в результате чего водород, образующийся внутри батареи, не выводится наружу, с излишком скапливаясь внутри батареи.

Итак, нам известно, что батарея не была повреждена, была чистой, клеммы зарядного устройства были закреплены надежно, батарея не была старой, но и не была новой, а также не испытывала нагрузку, как это обычно бывает при запуске двигателя. Почему же тогда взорвался аккумулятор?

Вполне возможно, что, несмотря на то что аккумулятор внешне был достаточно чистым, вентиляционные отверстия в пробках аккумулятора были забиты, в результате чего водород, образующийся в батарее, не отводился должным образом. К сожалению, для этого достаточно даже когда забилось всего одно вентиляционное отверстие. Вот почему так важно протирать от грязи не только корпус батареи, но и верхнюю ее поверхность. Особенно пробки батареи.

Кроме того, вероятнее всего, аккумулятор либо слишком долго стоял на подзарядке, либо в зарядном устройстве вышло из строя реле, которое автоматически должно отключать заряд батареи, чтобы предотвратить перезаряд аккумулятора.

В итоге батарея получила перезаряд, в результате чего внутри нее образовалось слишком много водорода из-за перегрева серной кислоты.

Как мы уже сказали, взорваться водород может от малейшей искры. Но откуда в гараже может взяться искра рядом с аккумулятором, стоящим, никому не мешая, на подзарядке? Оказывается, водород может воспламениться и без видимой искры.

Например, если сильно перезарядить аккумулятор, то из него начнет выходить в окружающее пространство большое количество водорода, который смешается с другими веществами, находящимися в воздухе (например, наиболее вероятно, что водород в гараже может смешаться с окисью углерода).

В результате взаимодействия водорода с окисью углерода происходит резкое расширение химической смеси. При этой реакции выделяется большое количество тепла. Это, как правило, и приводит к взрыву внутри одной или нескольких банок аккумулятора.

Этот случай с нашим читателем – напоминание всем автолюбителям, что иногда в жизни могут происходить неожиданные вещи. В том числе и когда вы забираете из машины батарею, чтобы подзарядить ее дома или в гараже. И слава богу, что эта батарея не взорвалась, когда стояла в машине нашего читателя.

Также ему повезло, что рядом с батарей в гараже не стояло ничего ценного. Иначе сила взрыва, которая разбросала по всему гаражу осколки пластика и закипевший электролит, могла привести к непоправимому. Но еще большая удача, что рядом с батареей в момент взрыва никого не было. Особенно ребенка.

Вот почему вы должны относиться к аккумулятору своей машины не как к батарее своего смартфона. Мало того, что вы должны держать автомобильный аккумулятор в чистоте, но и поддерживать его зарядку на оптимальном уровне. В случае необходимости вы должны подзаряжать батарею с помощью зарядного устройства, не снимая его с машины или забирая батарею домой или в гараж.

Также вы должны следить за уровнем электролита в аккумуляторе и при необходимости подливать в него дистиллированную воду до минимального уровня. Обратите внимание, что после подзарядки батареи не рекомендуем вам проверять уровень электролита в течение нескольких часов, поскольку во время зарядки уровень электролита в аккумуляторе повышается.

Ну и, конечно, следите за состоянием вентиляционных отверстий в пробках батареи, которые не должны быть забиты грязью, пылью или листьями. Помните, что они выполняют в батарее очень важную роль, выводя с нее водород.

Также следите за состоянием клемм аккумулятора, которые могут стать источником искр.

Так что будьте осторожны с автомобильными аккумуляторами! Батареям нельзя доверять!