Ładowanie baterii akumulatorowych - wyznaczenie strefy zagrożonej wybuchem.

Ładowanie baterii a strefy zagrożenia wybuchem

Podczas procesów ładowania baterii akumulatorowych, ze wszystkich ogniw i baterii wtórnych, w których wykorzystywane są wodne roztwory elektrolityczne (za wyjątkiem szczelnych gazowo ogniw wtórnych), wydzielane są gazy, co jest wynikiem elektrolizy wody przez prąd przeładowania. Produkowane gazy to wodór i tlen.
Jeżeli wskutek emisji do otaczającej atmosfery stężenie wodoru w powietrzu przekroczy 4%, powstaje mieszanina wybuchowa.
Dla unikania nadmiernego ładowania i / lub nadmiernego gazowania, typ i charakterystyka prostownika powinny być właściwie dobrane do typu baterii zgodnie z zaleceniami producenta. W szczególności ważne jest, aby używać odpowiedniego typu prostownika w przypadku baterii ołowiowo-kwasowych regulowanych zaworem i innych rodzajów baterii typu rekombinowanego.
Gdy ogniwo osiąga stan w pełni naładowany, następuje elektroliza wody zgodnie z prawem Faradaya. W warunkach standardowych, tj. w temperaturze 0 °C i ciśnieniu 1 013 hPa:

• 1 Ah powoduje rozkład 0,336 g H₂O na 0,42 dm³ H2 i 0,21 dm³ O₂;
• 3 Ah powoduje rozkład 1 cm³ (1 g) H₂O;

Emisja gazu z ogniw zasadniczo zatrzymuje się w ciągu godziny od zatrzymania działania urządzenia ładującego.
Jednakże po tym czasie środki ostrożności są wciąż niezbędne, ponieważ gaz uwięziony wewnątrz ogniw może zostać nagle uwolniony w wyniku ruchu baterii, kiedy jest ona ponownie instalowana do pojazdu lub również podczas jazdy. Pewna dodatkowa ilość gazu może być również wytwarzana podczas użytkowania wózka w wyniku hamowania regeneracyjnego.
Dla zminimalizowania ryzyka wypadków oraz zapewnienia prawidłowego ładowania kluczowy jest prawidłowy dobór prostownika do określonej baterii. Należy przestrzegać wskazówek i zaleceń producentów w zakresie typu, charakterystyki i wielkości prostownika.
Bardzo ważne jest, aby prąd ładowania pod koniec procedury ładowania był utrzymywany na poziomie właściwym dla danego typu baterii. Dla baterii zalewanych nadmierny prąd ładowania będzie powodował ponadnormatywny wzrost temperatury, zwiększone gazowanie oraz zużycie wody skutkujące ryzykiem dla bezpieczeństwa eksploatacji, wzrostem czynności serwisowych oraz zmniejszeniem czasu życia baterii.
Należy zwrócić również uwagę na bardzo niską gęstość wodoru względem powietrza. Wodór jest 14 x lżejszy od powietrza.

Parametry wodoru związane z jego palnością:

W przypadku baterii pracujących w trybie rekombinowanym (VRLA) również występuje ryzyko całkowitego zniszczenia i wybuchu w wyniku niekontrolowanego przegrzania. Jeżeli nie ma w tym zakresie wytycznych producenta baterii, można posłużyć się wartościami prądu ładowania w ostatniej fazie ładowania podanymi w pkt. 6.2.3 normy PN-EN 62485-3.

Wymagana wentylacja

Celem wentylacji miejsca ładowania baterii jest utrzymanie stężenia wodoru poniżej 4%, która to wartość stanowi dla wodoru Dolną Granicę Wybuchowości. Przy kalkulacji wymaganego strumienia wentylacji uwzględnia się dodatkowy współczynnik bezpieczeństwa równy 5, co w praktyce oznacza, że maksymalne stężenie wodoru w powietrzu nie może wynosić więcej niż 20% Dolnej Granicy Wybuchowości, czyli w przypadku wodoru więcej, niż 0,8%

Minimalny wymagany przepływ powietrza dla stanowiska ładowania baterii należy obliczać zgodnie ze wzorem w rozdziale 6.2.2 normy PN-EN 62485-3:

Odległość bezpieczna

Zgodnie z postanowieniem normy PN-EN 62485-3 dla baterii trakcyjnych wyznacza się odległość bezpieczną wokół baterii akumulatorów równą: d = 0,5 m
W przestrzeni wyznaczonej odległością bezpieczną należy bezwzględnie zapewnić, aby nie występowały źródła zapłonu. Klasyfikacja źródeł zapłonu wraz z oceną ryzyka ich wystąpienia powinna być ujęta w Dokumencie Zabezpieczenia Przed Wybuchem.

Obowiązek pracodawcy

Jeżeli w zakładzie pracy występuje proces ładowania baterii akumulatorowych to podczas tego procesu wydziela się wodór - który z tlenem tworzy mieszaninę wybuchową. Mówimy wówczas o strefie zagrożenia wybuchem - która dla takich stanowisk powinna być sklasyfikowana. Formalnie, zgodnie z powyższym pracodawca zobowiązany jest opracować " Dokument Zabezpieczenia Przed Wybuchem" oraz ocenę ryzyka wybuchu.

autor opracowania: Marcin Borek

Zobacz również:

• DOKUMENT ZABEZPIECZENIA PRZED WYBUCHEM - etapy tworzenia dokumentu, cel, podstawa prawna
• KLASYFIKACJA STREF ZAGROŻENIA WYBUCHEM  jakie są rodzaje stref zagrożenia wybuchem
  
• OCENA ZAGROŻENIA WYBUCHEM - kiedy wykonuje się oceną zagrożenia wybuchem