Что выделяется при зарядке аккумулятора автомобиля

Что выделяется при зарядке аккумулятора автомобиля

29.01.09 | Рубрика: Обслуживание аккумулятора. Просмотры: 103 084

Наверное, не существует такого автолюбителя, которому б не приходилось заряжать автомобильный аккумулятор в своей квартире. Забыл выключить магнитолу и все- аккумулятор сел,- нужно заряжать. Да, можно подзарядить в гараже — если это летом, а если зимой — ну никак не хочется бегать в гараж и следить за процессом зарядки. Вот и тянем в квартиру.

И вот, после зарядки у вас, и у ваших родных что-то разболелась голова. На погоду – посетуете вы. А нет, — скажу я вам – виновником есть не погода, а ваш аккумулятор, а именно те процессы, которые в нем происходят во время зарядки. Именно об этом и пойдет дальше речь.

При подзарядке аккумулятора в воздух помещения выделяется сернистый газ, мышьяковистый водород (арсин), сурмилистый водород (стибин), хлористый водород и другие. Высокая концентрация этих токсических газов в воздухе очень вредна для человека. А именно такая концентрация, превышающая все допустимые нормы, и создается в квартире, если автолюбитель в ней заряжает аккумулятор. В результате у всех членов семьи резко ухудшается самочувствие, нередко появляются кашель, головная боль.

Но токсические вещества оказывают неблагоприятное воздействие не только в те часы, когда происходит зарядка аккумулятора. Они оседают на стенах, мягкой мебели, одежде, -словом, на всем, что есть в квартире, и в течение длительного времени выделяются в воздух помещения. Специалисты называют этот процесс вторичным загрязнением.

К тому же, во время зарядки аккумулятора выделяется к тому же большое количество водорода, который, соединяясь с содержащимся в воздухе кислородом, становятся взрывоопасным. Взрыв может произойти от малейшей искры, зажженной спички, огонька сигареты.

Не меньшую угрозу представляет собой и серная кислота, которую заливают в аккумулятор при его подзарядке. Нередки случаи, когда пролитая на пол кислота самовоспламеняется.

Зарядка аккумулятора в домашних условиях влечет за собой и перегрузку электросети, что может привести к загоранию изоляции электрических проводов.

Вот почему заряжать аккумуляторы можно только в специально приспособленных для этого помещениях.

Источник

Что необходимо знать о зарядке аккумуляторов в квартире или доме

Необходимость в дозарядке аккумуляторной автомобилей батареи возникает достаточно часто. Это обусловлено городскими условиями эксплуатации, когда на машине совершаются непродолжительные поездки.

Хотя в теории компенсировать утраченную ёмкость АКБ должен генератор, в реальных условиях этого не удаётся добиться. Потому возникает необходимость использования зарядных устройств.

Далеко не у всех в распоряжении есть собственный гараж. Из-за этого автомобиль обычно находится во дворе, под окнами квартиры, на стоянке. Если возникла необходимость зарядить АКБ, сделать это прямо на улице вряд ли получится, поскольку зарядное устройство требует подключения к сети на 220 В. И тут возникает логичная идея отнести батарею в дом или квартиру, где и провести зарядку.

Только не все знают, можно ли заряжать автомобильные аккумуляторы дома и в чём потенциальная опасность такого решения.

Почему заряжать АКБ в жилых помещениях опасно

Следует более детально изучить вопрос о том, можно ли на самом деле заряжать автомобильный аккумулятор в квартире или в частном доме. Принципиальной разницы здесь нет, поскольку речь идёт о помещениях внутри здания.

Современные стартерные АКБ являются одной из разновидностей свинцово-кислотного аккумулятора. То есть в их основе лежит набор из свинцовых пластин с различным покрытием, а также жидкая среда, состоящая из серной кислоты и дистиллированной воды.

Это вызывает закономерный интерес: можно ли на самом деле заряжать аккумулятор в жилой комнате дома. Тут не особо важно, будет это дом или квартира. В обоих случаях подразумевается комната, в которой находятся люди. Логично спросить, окажется ли потенциально вредный аккумулятор действительно опасным для здоровья или жизни человека. Или, если зарядить АКБ, ничего страшного не произойдёт, это банальные выдумки.

Можно выделить несколько основных причин, почему заряжать автомобильный аккумулятор в доме или квартире на самом деле нельзя:

• возгорание водорода;
• выделение вредных газов;
• кислота.

Теперь про каждый пункт отдельно. Это даст понять, насколько вредно и опасно на самом деле заряжать аккумулятор у себя дома.

Водород

Есть множество примеров и рассказов о том, как при зарядке взрывались аккумуляторные батареи.

Наиболее предрасположенными к взрывам являются классические обслуживаемые свинцово-кислотные АКБ, где электролит представлен в виде прозрачной жидкости.

Электролит состоит из серной кислоты и дистиллированной воды, которые смешиваются между собой в пропорциях около 1 к 3. Пока АКБ не зарядится полностью, ничего с рабочей жидкостью происходить не будет. Но если заряд продолжает поступать, хотя батарея уже зарядилась, начнётся процесс кипения.

Электролит кипит не из-за нагрева до 100 градусов Цельсия. Закипание – лишь условное название, поскольку по факту происходит электролиз из-за воздействия тока на жидкость. Это провоцирует распад воды на водород и кислород, что и влечёт за собой выделение пузырьков.

Внешне это напоминает кипение воды, хотя в действительности закипание электролита возможно уже при 40–45 градусах Цельсия.

Если говорить о том, можно ли заряжать аккумулятор у себя дома, важно понимать, что выделяющийся из АКБ газ является крайне взрывоопасным.

Потому одна из главных причин, почему в помещениях зарядку проводить не рекомендуется, это именно вероятность возгорания водорода.

Водород может воспламениться даже от незначительной искры или раскалённой лампы, включенной в комнате.

Чем дольше электролит бурлит, тем больше газа выделяется. Повышая концентрацию, взрывоопасность смеси увеличивается. Минимальная искра провоцирует возгорание газа, а за ним следует взрыв.

Если тщательно следить за процедурой зарядки и не позволять электролиту кипеть, удастся минимизировать угрозу возможного воспламенения «гремучей смеси».

Вредный для здоровья газ

Решив зарядить АКБ дома, не стоит забывать про выделение вредных для здоровья, а иногда и для жизни, газов при зарядке.

При зарядке аккумуляторов выделяются испарения электролита в виде сернистого газа. Увеличение концентрации может спровоцировать головокружение, головные боли, приступы тошноты и общую слабость.

Действительно, очень опасно находиться в помещении, где заряжается АКБ. Здесь обязательным условием будет наличие эффективной принудительной вентиляции либо просто хорошего проветривания.

Если сернистый газ начал выделяться и человек почувствовал недомогание, следует незамедлительно покинуть помещение, постараться открыть все окна и двери, что позволит вредным испарениям выветриться.

При первой же возможности отключите зарядное устройство, чтобы прекратить процесс дальнейшего выделения газа.

Если нарушить технологию зарядки, сернистый газ будет выделяться как из обслуживаемых, так и необслуживаемых аккумуляторных батарей.

Казалось бы, если необслуживаемые АКБ полностью герметичные, как здесь может выделяться вредный газ? Всё просто. Конструкцией предусмотрен специальный предохранительный клапан. Он необходим для того, чтобы в корпусе не образовывалось избыточное давление. Этот клапан сброса и будет источником выделяющегося сернистого газа.

Опасности удастся избежать, если выбрать хорошо проветриваемое помещение, а также не допускать перезаряда.

Кислота

Не стоит забывать и о вероятности выплёскивания опасной кислоты при неаккуратном обращении с аккумуляторной свинцово-кислотной батареей.

АКБ требуют постоянного ухода и периодической дозарядки. Если на улице тепло, заняться обслуживанием можно и на открытом воздухе. Речь идёт о доливке дистиллированной воды, очистке клемм от окислов, замеров рабочих параметров мультиметром и пр.

Но когда на улице мороз, заниматься обслуживанием на открытом воздухе как минимум некомфортно. Плюс заряжать АКБ при отрицательных температурах и вовсе опасно.

При сильном разряде и низкой температуре электролит может замёрзнуть. При подключении такой АКБ к зарядному устройству есть высокая вероятность замыкания, разрыва корпуса батареи и травмирования людей, расположенных поблизости.

Помимо выделяющихся газов, важно не забывать об опасности самого электролита. Несмотря на то, что серная кислота разбавлена водой, концентрация кислоты всё равно очень высокая. Потому при проливании рабочей жидкости можно столкнуться с различными последствиями:

• если электролит окажется на коже, это спровоцирует появление серьёзных ожогов;
• попадание жидкости в глаза может частично или полностью лишить человека зрения;
• пролив электролит на одежду или какие-то предметы, можно их испортить.

Прежде чем брать в руки аккумулятор, чтобы перенести его из машины в дом или наоборот, обязательно нужно надеть перчатки, защитную одежду, использовать специальные очки.

Нет уверенности в том, что старая АКБ не имеет на своём корпусе повреждений. А ведь через них может выделяться кислота. Даже непродолжительный контакт рук автомобилиста с кислотой потенциально влечёт за собой серьёзные последствия.

Как выбрать место для зарядки

Зарядка АКБ в домашних условиях потенциально опасна. Да, если придерживаться всех правил и быть предельно внимательным, ни о каких взрывах или ожогах переживать не придётся.

Но лучше всего перестраховаться. Для этого:

• под аккумулятор, заряжаемый дома, подложите устойчивый к кислоте материал, чтобы не испортить напольное покрытие;
• внимательно изучите руководство по эксплуатации и определите оптимальные условия для зарядки АКБ, подавая соответствующее напряжение, ток заряда и пр.;
• отдавайте предпочтение современным автоматическим зарядным устройствам, которые сами прекратят подачу заряда по завершении процесса;
• чтобы избежать разрыва корпуса, перед началом зарядки открутите немного, но не до конца пробки на всех банках обслуживаемого аккумулятора;
• в качестве помещения для зарядки лучше использовать сравнительно безопасное место, такое как балкон или лоджия;
• перед началом зарядки следует обеспечить постоянный приток свежего воздуха и его циркуляцию.

Разместив АКБ на балконе или в лоджии, откройте окна. Самому автомобилисту, как и членам его семьи, рекомендуется минимизировать нахождение в том помещении, где заряжается батарея. Но нельзя забывать периодически подходить, чтобы контролировать процесс и своевременно отключить зарядное устройство.

А вот жилые комнаты для таких задач как зарядка АКБ лучше не использовать. Это делается в крайнем случае. И только при условии, что комната хорошо проветривается (открыты окна или работает вытяжка), а внутри никто не находится.

Какие АКБ безопасно заряжать дома

Если акцентировать внимание на безопасности, то зарядка АКБ в домашних условиях будет не самой лучшей идеей. Предпочтительнее выбрать какое-то более безопасное место.

Вопрос ещё и в том, распространяются ли эти ограничения на все разновидности автомобильных аккумуляторных батарей, или существуют исключения.

Эксперты сходятся во мнении, что АКБ, изготовленные по современным технологиям, будут безопасными и безвредными, даже если их заряжать в доме или в квартире.

Это касается аккумуляторов, изготовленных по технологиям AGM и GEL.

AGM батареи не используют привычный жидкий электролит, поскольку жидкость заключена в специальные стекловолоконные маты. А гелевые батареи представлены в виде АКБ с гелеобразным электролитом. В обоих случаях состав не может закипеть, а потому и испарения исключены.

Но и тут необходимо строго придерживаться установленных производителем рекомендаций и инструкций по зарядке. Для них подходят исключительно автоматические зарядные устройства, функционал которых предусматривает работу с AGM и GEL аккумуляторами.

По возможности старайтесь избегать зарядки в жилых помещениях. Оптимально для таких целей использовать гараж либо балкон.

Источник

Процесс заряда аккумуляторов различных типов

Заряд и разряд аккумулятора являются основными процессами, которые идут при его эксплуатации. Во время заряда аккумуляторная батарея восполняет потерянную ёмкость и по окончании процесса вновь может эксплуатироваться. В этом материале речь пойдёт о заряде аккумуляторов основных типов: свинцово-кислотных, щелочных и литиевых. Будут рассмотрены процессы происходящие при зарядке и режимы.

Заряд аккумуляторов различных типов

Свинцово-кислотные АКБ

Самой распространённой сферой применения свинцово-кислотных аккумуляторов, являются стартерные батареи в транспортных средствах. Они применяются для запуска двигателя, а также поддержки генератора при сильной нагрузке на бортовую сеть автомобиля. В штатном режиме работы свинцово-кислотные АКБ не испытывают глубокого разряда. Заряд батареи после пуска осуществляется током, вырабатываемым генератором. Кроме того, рекомендуется периодически выполнять зарядку стартерного аккумулятора от зарядного устройства. Какие реакции при этом происходят?

Происходящие процессы

В электрохимической реакции внутри свинцово-кислотного аккумулятора участвуют материалы положительного и отрицательного электрода, а также электролит. Активная масса положительного электрода представляет собой диоксид свинца (PbO₂). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции.

Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением.

В процессе заряда из электролита расходуется вода и постепенно увеличивается его плотность. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора находится около 1,27 гр/см 3 . Ниже можно посмотреть таблицу степени заряженности АКБ.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO₄). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

По мере эксплуатации аккумуляторной батареи сульфата свинца на пластинах после заряда остаётся всё больше. Процесс носит название сульфатации. Он является причиной выхода из строя большинства свинцово-кислотных аккумуляторов на транспортных средствах.

Режимы заряда

Если не считать ускоренной зарядки, то есть две основные схемы заряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При постоянном напряжении и постоянном токе. Сегодня в продаже можно найти много зарядных устройств (ЗУ), имеющих возможность использования этих режимов, а также их комбинаций.

Наиболее распространённой является схема заряда при постоянном напряжении. Смысл здесь в том, что на терминалы аккумулятора подаётся постоянное напряжение. Заряд обеспечивается благодаря выравниванию напряжений на выводах ЗУ. Полнота заряда в этом случае зависит от напряжения, подаваемого на только выводы АКБ. То есть если заряжать аккумуляторную батарею одинаковое время напряжением 14,4, 15 и 16 вольт, то наиболее полный заряд достигается при 16 В.

Другой распространённой схемой является заряд постоянным током. Этот процесс включает в себя несколько этапов, на каждом из которых поддерживается постоянная сила тока.

Такая схема зарядки требует постоянного контроля и корректировки подаваемого тока. Этапы разделяются по уровню напряжения на выводах аккумулятора.

Обычно процесс выглядит следующим образом.

• На первом этапе сила тока устанавливается в размере 10% от номинальной ёмкости АКБ. После этого проводится зарядка до постоянного напряжения 14,4 вольта.
• Второй этап начинается с напряжения 14,4 вольта. Это значение является тем уровнем, на котором начинается разложение воды из электролита на кислород и водород. У аккумуляторов, выпускаемых по технологии Ca-Ca, это значение напряжения выше. Чтобы минимизировать выделение газов, сила тока снижается в два раза. То есть если на первом этапе она была 5 ампер, то здесь нужно уменьшить до 2,5 А.
• Третий этап стартует с напряжения 15 вольт. Сила тока уменьшается два раза по сравнению со вторым этапом. Далее через определённые промежутки времени (1─2 часа) проверяется напряжение на терминалах. Как только оно перестаёт меняться, так можно считать процесс оконченным. На последнем этапе будет идти активное выделение газов. По этой причине аккумуляторная батарея должна находиться в хорошо проветриваемом помещении, а рядом не должно быть искр и открытого пламени.

Выше был упомянут метод ускоренной зарядки аккумуляторной батареи. Подобный режим есть во многих зарядных устройствах. Он отличается лишь тем, что на аккумулятор подаётся увеличенный до 30% (по сравнению со штатным значением 0,1*С) ток. Это используется в тех случаях, когда аккумулятору нужно быстро отдать заряд, который необходим для запуска двигателя. Увеличенная сила тока при зарядке отрицательно сказывается на состоянии электродов и активной массы. Поэтому без необходимости этот режим лучше не использовать.

Щелочные аккумуляторные батареи

Щелочные аккумуляторы используются в качестве тяговых. Их можно встретить в различной складской технике, железнодорожном транспорте, электроинструменте и других сферах применения, где они работают в режиме циклирования.

Происходящие процессы

Наиболее распространёнными электрохимическими системами щелочных аккумуляторов являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные. Рассмотрим процесс заряда на их примере. Оба типа батарей имеют положительный электрод с активной массой из гидроокиси никеля (NiOOH). В ней присутствует графит и окись бария. Окись бария продлевает срок службы АКБ, а графит увеличивает электропроводность активной массы.

Активная масса на отрицательном электроде в никель─кадмиевых аккумуляторах представляет собой смесь порошков кадмия (Cd) и железа (Fe). У никель─металлогидридных аккумуляторов активная масса на минусовом электроде является смесью порошков железа и его окислов. В неё добавляют сернокислый никель (NiSO4) и сернистое железо (FeS).

Ниже представлены реакции, происходящие в щелочном аккумуляторе при заряде.

2Ni(OH)₂ + 2KOH + Fe(OH)₂ -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Fe

2Ni(OH)₂ + 2KOH + Cd(OH)₂ -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Cd

В процессе разряда активная масса на положительном электроде окисляется и 2Ni(OH)₂ превращается в гидроокись никеля. Одновременно с этим в активной массе отрицательного электрода происходит восстановление, в результате которого образуется железо и кадмий.

Режимы заряда

Если рассматривать заряд стандартного аккумуляторного элемента Ni-Cd, то рекомендуемый ток составляет 10─20% от номинальной ёмкости. Во время зарядки может доходить до 16 часов. Допустимый диапазон температур для зарядки щелочных аккумуляторов составляет от 0 до 50 по Цельсию. Наиболее эффективно процесс заряда происходит в диапазоне температур от 10 до 40 градусов Цельсия.

На практике конструкция щелочных аккумуляторов позволяет заряжать их током не менее 30% от номинальной ёмкости. Процесс заряда в этом случае занимает несколько часов. При заряде щелочных аккумуляторов есть один важный момент. Особенно это актуально для никель─кадмиевых батарей. Они имеют такую проблему, как «эффект памяти». Поэтому перед зарядом эти АКБ требуется разрядить. Подобным функционалом располагают многие зарядные устройства, предназначенные для работы со щелочными аккумуляторами.

Поэтому процесс зарядки щелочного аккумулятора чаще всего начинается с его разряда. При этом не должно допускаться снижение напряжения на выводах элемента ниже 1 вольта. После разряда запускается процесс заряда.

Различных схем заряда для щелочных батарей значительно больше, чем для свинцово-кислотных. Некоторые из них приведены на изображении ниже.

В процессе заряда напряжение на выводах щелочного аккумулятора постепенно увеличивается до 1,6─1,75 вольта. На заключительном этапе напряжение может подниматься до 1,8 вольта. В случае с герметичными щелочными АКБ бывает так, что окончание заряда определяется переданными ампер-часами. Чтобы зарядить батарею целиком иногда расходуется количество энергии, соответствующее 150 процентам от номинальной ёмкости. Напряжение полностью заряженного щелочного аккумулятора в разомкнутой цепи составляет 1,45 вольта.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Процесс заряда будет рассмотрен на примере литий─ионных аккумуляторных батарей. В последнее время они получили широкое распространение в качестве источников питания для бытовой техники, потребительской электроники, электроинструмента, электромобилей, электровелосипедов, скутеров и т. п. По сравнению с вышеописанными свинцово-кислотными и щелочными АКБ литий─ионные модели имеют более высокую энергоёмкость.

Происходящие процессы

В литиевый электрохимической системе сейчас используются различные химические соединения и периодически разрабатываются новые. Мы рассмотрим реакции, происходящие при заряде в большинстве распространённых коммерческих Li─Ion батареях.

Отрицательный электрод выполняется из материала, содержащего углерод. Благодаря его природе и составу электролита происходит процесс интеркаляции ионов лития в углерод. Углеродная матрица обладает слоистой структурой, которая может быть упорядоченной или частично упорядоченной. Это уже зависит от конкретного углеродосодержащего материала.

Материалы, используемые для производства положительного электрода, могут отличаться для различных разновидностей литиевых батарей. Чаще всего для этих целей используются литированные оксиды кобальта или никеля. Используются также литий─марганцевые шпинели.

При заряде литий─ионного аккумулятора на электродах протекают следующие реакции.

C + xLi + + xe — -> CLi_x

В процессе интеркаляция ионы лития из электролита внедряются между слоями углерода. При этом объём углеродной матрицы меняется незначительно. Этими качествами был обусловлен выбор углерода в качестве материала анода. Помимо материала, содержащего углерод, в отрицательном электроде могут быть такие добавки, как олово, серебро и их сплавы. В некоторых моделях встречаются композитные материалы.

Режимы заряда

Процесс заряда литий─ионных аккумуляторов комбинированный и проходит в два этапа. На первой стадии ведётся зарядка током, величина которого составляет от 20 до 100% от номинальной емкости батареи. Этот этап продолжается до того, пока напряжение АКБ не достигнет 4,1 вольта. После этого начинается второй этап, во время которого заряд ведётся при постоянном напряжении. По времени вся зарядка продолжается около 3 часов (при максимально допустимом токе), из которых на первый этап отводится один час. Более подробно о процессе заряда литиевых аккумуляторов можно прочитать в этой статье.

Окончание заряда фиксируется в тот момент, когда напряжение достигло максимального (4,1─4,2 В), а ток уменьшился до 3% от своей величины в начале процесса. В некоторых случаях возможен третий этап, который представляет собой хранение. Этот этап представляет собой периодическую подзарядку для компенсации ёмкости, потерянной в результате саморазряда.

Если увеличивать ток заряда выше 0,2─1*С, это не приводит к уменьшению времени процесса. В этом случае просто сокращается первый и увеличивается второй этап.

Бывают зарядные устройства, которые обеспечивают только первый этап зарядки. При таком варианте степень заряженности батареи составляет около 70─80%.
Вернуться к содержанию

Источник