Εσωτερικό βραχυκύκλωμα μπαταρίας

[CostasV]

Πριν λίγες ημέρες κατά τον έλεγχο των εγκαταστάσεων βρήκαμε την μπαταρία του αντλίας πυρόσβεσης στο χάλι που βλέπετε στις φωτογραφίες.

 

Κάποια στιγμή, θα πρέπει να έγινε εσωτερικό βραχυκύκλωμα που να προκάλεσε υπερθέρμανση των υγρών της μπαταρίας, τόσο μεγάλο που να μην πρόλαβαν οι τρυπούλες αναπνοής στο καπάκι να εκτονώσουν, και έσκασε το περίβλημα της μπαταρίας. Ευτυχώς δεν υπήρχε κανένας τριγύρω όταν έγινε αυτό.

 

Η μπαταρία είχε τοποθετηθεί (καινούργια φυσικά) πριν από δύο χρόνια.

[miltos]

Μήπως το παραπάνω σκάσιμο της μπαταρίας οφείλεται σε σφάλμα του φορτιστή?

 

Είναι δυνατόν να δημιουργηθεί κάτι παρόμοιο από εξωτερικό βραχυκύκλωμα?

 

Πχ δίνουμε τάση στο πηνίο της μίζας, ενώ υπάρχει βραχυκύκλωμα στον αγωγό που συνδέει τον ηλεκτροκινητήρα με τη μπαταρία. Τι γίνεται? (Μεταξύ του μοτέρ της μίζας και της μπαταρίας δεν παρεμβάλλεται ασφάλεια. Είναι θέμα αυτό?)

[AlexisPap]

Εντυπωσιακό! Αλλά γιατί έσκασαν όλα τα στοιχεία και όχι μόνο αυτό που βραχυκύκλωσε; Φάνηκε που έγινε το βραχυκύκλωμα;

Ευτυχώς που δεν υπήρχε κανείς εκεί δίπλα... Το πιτσίλισμα με ζεστό διάλυμα θειικού οξέως δεν είναι ευχάριστο... Κάνει κακό και στα ρούχα!

[bill_best]

Εμένα μου έχει τύχη δύο φορές μέσα σε παιχνίδια, μπαταρίες 2Α, να βραχυκυκλώσουν και να ζεματάν τόσο ώστε να λιώσει το πλαστικό παιχνιδάκι.

[CostasV]

Αλλά γιατί έσκασαν όλα τα στοιχεία και όχι μόνο αυτό που βραχυκύκλωσε; Φάνηκε που έγινε το βραχυκύκλωμα;

Από ό,τι θυμάμαι δεν ήταν εύκολο να διακρίνει κανείς πού είχε βραχυκύκλωμα και πού όχι.

Εϊναι μάλλον δική μου (όχι τόσο αυθαίρετη) υπόθεση, ότι προηγήθηκε εσωτερικό βραχυκύκλωμα. Και υποθέτω ότι εάν ξεκίνησε το βραχυκύκλωμα σε ένα από τα έξι στοιχεία, ανέβηκε η θερμοκρασία και στα υπόλιπα, δημιουργήθηκαν οι δενδρίτες στον ηλεκτρολύτη και των υπόλοιπων στοιχείων, και έτσι περισσότερα από 1 στοιχεία έβρασαν και εξερράγησαν. Αλλά είναι απλώς υπόθεση...

 

Μία άλλη υπόθεση είναι να δημιουργήθηκε εκρηκτικό μίγμα από υδρογόνο και οξυγόνο ένας σπινθήρας να προκάλεσε την έκρηξη, αλλά δεν το θεωρώ τόσο πιθανό...

 

 

Μήπως το παραπάνω σκάσιμο της μπαταρίας οφείλεται σε σφάλμα του φορτιστή?

Δεν μπορεί να αποκλειστεί, παρά μόνο από το γεγονός ότι με τον ίδιο φορτιστή δουλεύει και σήμερα.

 

Είναι δυνατόν να δημιουργηθεί κάτι παρόμοιο από εξωτερικό βραχυκύκλωμα?

Ακόμη και εάν υποθέσουμε ότι το κύκλωμα δεν θα διακοπεί από μία ασφάλεια, εκτιμώ ότι είναι πιθανότερο να λιώσει το καλώδιο, παρά να εκραγεί η μπαταρία. Παράδειγμα: (ΜΗΝ ΤΟ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΤΕ) εάν πέσει ένα γερμανικό κλειδί στους δύο πόλους.

 

 

Εμένα μου έχει τύχη δύο φορές μέσα σε παιχνίδια, μπαταρίες 2Α, να βραχυκυκλώσουν και να ζεματάν τόσο ώστε να λιώσει το πλαστικό παιχνιδάκι.

Και συ κινέζικα παιχνίδια ψωνίζεις;

[miltos]

Ακόμη και εάν υποθέσουμε ότι το κύκλωμα δεν θα διακοπεί από μία ασφάλεια, εκτιμώ ότι είναι πιθανότερο να λιώσει το καλώδιο, παρά να εκραγεί η μπαταρία.

 

Δε νομίζω να πάθει ζημιά το χοντρό χάλκινο καλώδιο, τουλάχιστον αρκετά γρήγορα (δεν αναφέρομαι στη μόνωση, αλλά στο χαλκό).

 

Δεν καταλαβαίνω το λόγο που αφήνεται ανασφάλιστο ένα καλώδιο και η μπαταρία στην περίπτωση της μίζας. Δεν συμβαίνει μόνο στα πυροσβεστικά, αλλά και στα περισσότερα αυτοκίνητα και μοτοσυκλέτες.

[AlexisPap]

Παράδειγμα: (ΜΗΝ ΤΟ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΤΕ) εάν πέσει ένα γερμανικό κλειδί στους δύο πόλους.

 

...αν το κλειδί είναι πολύγωνο ή γαλλικό; (μου έχει συμβεί πολλάκις κατά το την αλλαγή μπαταρίας...)

 

Σκέφτομαι (φωναχτά): 2V/στοιχείο * 60AH * 3600sec = 432000Joule = 103kCal.

Η μπαταρία ζυγίζει ~20kg και έχει μέση θερμοχωρητικότητα (μόλυβδος - ηλεκτρολύτης - πλαστικό) 0,56Cal/gr.

Άρα 80*20*0,56 = 896kCal απαιτούνται για να θερμανθεί η συστοιχία από τους 20° στους 100°. Αλλά το στοιχείο διαθέτει μόνο 103kCal. Άρα θα θερμάνει τον συσσωρευτή μόνο μέχρι τους 30°C.

 

Α, βρήκα και την θερμοχωρητικότητα του Pb σε Joule/mol/°Κ : 26,65 άρα ~ 2,35Joule/gr

 

Άρα, προτείνω νέο σενάριο: Η μπαταρία "τα έφτυσε", ο φορτιστής έβλεπε μειωμένη τάση και έδινε ρεύμα φόρτισης, έγινε ηλεκτρόλυση, ο εξαερισμός είχε βουλώσει, η πίεση των αερίων ανέβηκε μέχρι που έσπασε το περίβλημα.

 

ή

 

ο φορτιστής "τα έφτυσε". Αλήθεια τον μετρήσατε;

[miltos]

Άρα θα θερμάνει τον συσσωρευτή μόνο μέχρι τους 30°C.

Βέβαια μιλάς για ομοιόμορφη θέρμανση της μπαταρίας, πράγμα που θα συνέβαινε αν είχαμε βραχυκύκλωμα μεγάλης αντίστασης. Αν υποθέσουμε ότι η αποθηκευμένη ενέργεια του στοιχείου θέρμανε μόνο το συγκεκριμένο στοιχείο, έχουμε ΔΤ=60C, δηλαδή φτάνουμε στους 80C. Και αν η μπαταρία ήταν 100ΑΗ προκύπτει ΔΤ=100C, οπότε πάμε στους 120C.

 

Αλλά τότε, όπως είπες, γιατί έσκασαν όλα τα στοιχεία?

[CostasV]

AlexPap, τα 103 kCal είναι η θερμότητα που μπορεί να αποδώσει ένα στοιχείο εάν μετατραπεί το ηλεκτρικό ρεύμα σε θερμότητα. Κατά την χημική αντίδραση που γίνεται μέσα στο στοιχείο, τόσο κατά την φόρτιση όσο και κατά την εκφόρτιση, παράγεται και θερμότητα από την χημική αντίδραση κατευθείαν. Το μέγεθος της θερμότητας δεν ξέρω πώς μπορεί να υπολογιστεί, αλλά θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε τον βαθμό απόδοσης (χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια κατά την εκφόρτιση/ προσδιδόμενη ηλεκτρική ενέργεια κατά την φόρτιση).

Το σίγουρο είναι ότι η θερμοκρασία των μπαταριών μολύβδου μπορεί να φτάσει κατά την φόρτιση ή εκφόρτιση, σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, τους 50-60 degC (ακουμπώντας με το χέρι το περίβλημα)

 

Δεν καταλαβαίνω το λόγο που αφήνεται ανασφάλιστο ένα καλώδιο και η μπαταρία στην περίπτωση της μίζας. Δεν συμβαίνει μόνο στα πυροσβεστικά, αλλά και στα περισσότερα αυτοκίνητα και μοτοσυκλέτες.

Μίλτο, το ρεύμα που περνά κατά την εκκίνηση της μίζας είναι εκατοντάδων Α. Και εξαρτάται από την ροπή που ασκείται στην μίζα (τι ζητά η μίζα), την θερμοκρασία και φυσικά το μέγεθος της μπαταρίας (τι μπορεί να δώσει η μπαταρία), και κατά μικρότερο βαθμό από την ηλεκτρική αντίσταση του κυκλώματος .

Μπορεί να περάσουν 400 A κατά το ξεκίνημα αλλά μπορεί να περάσουν και 600 Α. Οπότε δεν έχει νόημα η ασφάλιση των αγωγών. Απλώς τους κάνουνε ανθεκτικούς για ... ας πούμε 1000 Α.

 

 

Αλλά μετά προκύπτει το ερώτημα γιατί έσκασαν όλα τα στοιχεία

Η θερμοκρασία που αναπτύχθηκε από το εικαζόμενο βραχυκύκλωμα, προκάλεσε αύξηση θερμοκρασίας και στα διπλανά στοιχεία που με την σειρά της προκάλεσε βραχύκλωμα στα στοιχεία αυτά, ανάπτυξη υψηλής θερμοκρασίας, βρασμό, και όπως λέει και o AlexPap και παραγωγή αερίων από ηλεκτρόλυση. Τα αέρια δεν μπορούσαν να βγούν από τις τρυπούλες (είτε επειδή ήταν βουλωμένες, είτε επειδή ο ρυθμός παραγωγής του ήταν μεγαλύτερος από τον ρυθμό εξαγωγής τους), αναπτύχθηκε αρκετή πίεση (εκτιμώ της τάξης των 5 bar) και .....

 

 

ο φορτιστής "τα έφτυσε". Αλήθεια τον μετρήσατε;

Επειδή δουλεύει καλά εδώ και τόσο καιρό δεν τον μετρήσαμε. Αλλά θα το κάνουμε.

[AlexisPap]

Εξάλλου για να σκάσει η μπαταρία λόγω θερμοκρασίας πρέπει να έχουμε βρασμό και όχι απλώς 100°C, που σημαίνει περίπου 500cal/gr... Επίσης λόγω της κυκλοφορίας του ατμού η πίεση δεν θα ανέβει πριν η θερμοκρασία φτάσει τους 100° σε κάθε γωνιά του στοιχείου...

 

AlexPap, τα 103 kCal είναι η θερμότητα που μπορεί να αποδώσει ένα στοιχείο εάν μετατραπεί το ηλεκτρικό ρεύμα σε θερμότητα. Κατά την χημική αντίδραση που γίνεται μέσα στο στοιχείο, τόσο κατά την φόρτιση όσο και κατά την εκφόρτιση, παράγεται και θερμότητα από την χημική αντίδραση κατευθείαν.

 

Για την ακρίβεια 103kCal είναι το μέγιστο ποσό ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να αποδοθεί στον μεγαλύτερο ωφέλιμο κύκλο εκφόρτισης (χωρίς να πέσει η τάση σε σημείο που να καταστραφεί το στοιχείο) που είναι περίπου το 60% της πλήρους εκφόρτισης. Η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική με βαθμό απόδοσης γύρω στο 95% (και 5% θερμότητα λόγω αντίστασης των ιόντων μέσα στον ηλεκτρολύτη). Στην συνέχεια η ηλεκτρική μετατρέπεται σε θερμότητα.

 

Άρα πράγματι η ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα είναι μεγαλύτερη, πιθανότατα 103/0,6/0,95=181kCal. Πάλι όμως δεν βλέπω να είναι αρκετή.

 

50° ~ 60° μου φαίνεται πολύ. Δεν θυμάμαι να φόρτισα μπαταρία και να μην μπορούσα να την κρατήσω με άνεση μετά... Έπειτα σκέφτομαι και το εξής: κατά την φόρτιση η ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα είναι αυτή που αντιστοιχεί στην εσωτερική αντίσταση του συσσωρευτή. Όλη η υπόλοιπη ενέργεια γίνεται χημική, είτε PbSO4 σε χαμηλές τάσεις, είτε 2Η2+Ο2 όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση...