اتصال معکوس کابل های باتری و خطرات آن

شارژ و دشارژ باتری با اتصال نادرست و اشتباه

باتری وسیله ایست که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و مازاد آن را درون خود ذخیره می کند. این واکنش در صورتی که اتصالات باتری به درستی وصل شده باشد برگشت پذیر است. به عبارت دیگر، اجزای شیمیایی موجود در باتری را می توان با تغییر جهت جریان در باتری (به شکل اولیه و قبلی) برگرداند.

تمامی باتری های ساختار سلولی دارند و از 6 سلول ساخته شده اند. هر سلول در باتری سربی ماشین، از صفحات متناوب تشکیل شده است که از یک شبکه ای متشکل ازآلیاژ سرب (صفحات کاتد) یا پوشیده شده با دی اکسید سرب (آند) می باشد. هر سلول باتری ماشین از محلول اسید سولفوریک، یعنی الکترولیت پر شده است.

در هر خانه صفحات مثبت، منفی و عایق وجود دارد. تعداد صفحات منفی یکی بیشتر از صفحات مثبت می‌باشد به هر یک از صفحات مثبت و منفی پلیت می‌گویند. پس اگر خانه باتری 19 پلیت داشته باشد ، 9 عدد آن صفحه مثبت و 10 عدد صفحه منفی است. این عدد روی باتری نوشته می‌شود.

صفحات مثبت: صفحات مثبت از جنس پراکسید سرب PbO2 می‌باشد. ابتدا صفحات را از جنس بصورت مشبک ساخته و بعد، از اکسید فعال شده پر می‌کنند.

صفحات منفی: عین صفحات مثبت بوده، با این تفاوت که ماده فعال ‌شده آن “سرب اسفنجی” می‌باشد.

صفحات عایق: برای جلوگیری از اتصال صفحات مثبت و منفی بیکدیگر، بین صفحات یک عایق از جنس پلاستیک یا میکا یا فیبر قرار می‌دهند. صفحات عایق از یک طرف صاف و از طرف دیگر دارای برجستگی هایی هستند. طرف برجستگی به طرف صفحه مثبت است تا بهتر با صفحه مثبت واکنش داشته باشد. برجستگی صفحه عایق اجازه می‌دهد ذرات جدا شده از صفحه مثبت به ته باتری هدایت و از اتصال کوتاه صفحات جلوگیری شود.

هر سلول در باتری ماشین، توسط تسمه های سنگین کوتاه از صفحات مثبت به صفحات منفی سلول مجاور وصل می شوند.

واکنش شیمیایی ترکیبی در باتری را می توان در طول شارژ و دشارژ باتری سرب اسیدی به صورت زیر نوشت:

PositivePlate        NegativePlate             Electrolyte            Discharge            PositivePlate                Negative  Plate             Water

PbO₂        +             Pb        +                 2H₂SO₄               ⇋                        PbSO₄          +             PbSO₄         +          2H₂O

توجه داشته باشید:

• PbO2 + Pb + 2H2SO4  = سلول شارژ شده است.
• PbSO4 + PbSO4 + 2H2O  = سلول تخلیه شده است.
• معادله کل (از چپ به راست) = تخلیه یعنی عمل تخلیه
• معادله کل (از راست به چپ) = شارژ یعنی عمل شارژ

هنگام استفاده از باتری هم برای شارژ و هم برای تخلیه، باید قطب مثبت منبع را به قطب مثبت باتری و منبع منفی را به قطب منفی باتری وصل کنید. اما اگر پایانه ها را اشتباه متصل کنید چه اتفاقی می افتد؟

قطبیت معکوس در باتری چیست؟

قطبیت باتری

قطبیت به معنای داشتن خواص فیزیکی متضاد در نقاط مختلف است. در مورد باتری، یک قطب یا صفحه ای که الکترون های بیشتری دارد، آند یا ترمینال منفی (-) شناخته می شود. دیگری که تعداد الکترون های کمتری دارد به عنوان ترمینال کاتد یا ترمینال مثبت (+) شناخته می شود.

اگر این دو ترمینال را به یک هادی وصل کنیم، به دلیل اختلاف پتانسیل در هر دو نقطه، جریان آغاز می شود. به عبارت دیگر، الکترون‌ها (جریان الکترونیکی) از ترمینال -Ve به ترمینال +V شروع می‌کنند. جریان الکتریکی (معمولی) در جهت مخالف یعنی از الکترود مثبت به الکترود منفی جاری می شود.

قطبیت معکوس باتری

قطبیت معکوس باتری زمانی است که منبع (برای شارژ) یا کابل های بار به اشتباه وصل شده باشند، یعنی منبع یا بار منفی به مثبت باتری و منبع یا بار مثبت به پایانه منفی باتری. به دلیل اتصال نادرست، ممکن است جریانی در مدار شروع به جریان کند و ممکن است باعث صدمات جدی و آسیب به تجهیزات شود.

اما اگر باتری را اشتباه شارژ کنید، چه اتفاقی برای باتری می افتد؟

سه سناریو به شرح زیر وجود دارد:

• اتصال باتری به شارژر با قطبیت معکوس
• اتصال باتری به بار با قطبیت معکوس
• اتصال باتری به باتری دیگر با قطبیت معکوس

اتصال باتری به شارژر با قطبیت معکوس

اگر تصادفاً یا عمداً شارژر باتری به صورت معکوس متصل شود، یعنی شارژر منفی و مثبت به ترمینال های مثبت و منفی باتری متصل شود، ممکن است موارد زیر رخ دهد:

• جریانی که از طریق شارژر به باتری می گذرد وارد می شود می تواند اجزای الکترونیکی داخل شارژر را بسوزاند، به طور خلاصه، ممکن است به طور جزئی یا کامل به مدار شارژر آسیب برساند.
  اگر میزان درجه بندی شارژر کمتر از ظرفیت باتری باشد، مدار دچار بار اضافی می شود و ممکن است قطع کننده مدار را خاموش کند تا عملکرد مدار خاتمه یابد.
  اگر درجه بندی شارژر بیشتر از ظرفیت باتری باشد، ممکن است باتری را بیش از حد گرم کرده و باعث انفجار و سوختن باتری شود.
• ممکن است باتری را با جرقه تخلیه کند یا برای همیشه به باتری آسیب برساند. به عبارت دیگر، اتصال باتری با قطبیت معکوس، منبع DC الکترون ها را از ترمینال منفی باتری جدا کرده و آنها را به سمت قطب مثبت روانه می کند. این امر به تدریج باتری را مانند خازن تخلیه می کند.
• گرمای تولید شده توسط قطبیت معکوس در باتری ممکن است باعث ایجاد گاز هیدروژن (قابل اشتعال) شود که ممکن است محفظه باتری را منفجر کند. کیس ترک خورده باتری ممکن است راهی برای خروج اسید فراهم کند که ممکن است دستگاه های حساس را ذوب کند و همچنین باعث صدمات جدی شود.

به این دلایل، هنگام کار با باتری ها، برای محافظت مناسب از دستکش و عینک محافظ استفاده کنید.

یک مورد استثنایی وجود دارد که می توان باتری را به قطب های معکوس شارژ کرد. هنگامی که باتری کاملاً تخلیه شده است، می توان آن را به پایانه های معکوس متصل کرد. باتری کاملاً دشارژ شده با اختلاف پتانسیل 0 ولت مانند یک ظرف خالی (باتری مرده) عمل می کند. در این حالت می توان ترمینال مثبت باتری را به ترمینال منبع منفی و ترمینال منفی باتری را به ترمینال منبع مثبت متصل کرد. با توجه به ساختار متفاوت باتری ها، این روش پیامدهای متفاوتی بر روی باتری ها خواهد داشت. کارایی و ظرفیت کمتر، تخلیه سریع و عمر کوتاه باتری ازمواردی است که ممکن است بعد از شارژ باتری با قطب های معکوس اتفاق بیفتد. همچنین بعد از شارژ باتری به این روش، برای تخلیه باتری باید قطب ها را به صورت معکوس، یعنی قطب مثبت به پایانه منفی و قطب منفی به پایانه مثبت وصل شود.

در تمامی این مراحل از دستکش ها و عینک های محافظ و سایر اقدامات ایمنی برای محافظت مناسب استفاده کنید.

اتصال باتری به بار با قطبیت معکوس

در این روش مانند اتصال باتری به شارژر قطب ها معکوس قرار میگیرند اما این بار به جای شارژر اجسام نیازمند به انرژی باتری به باتری وصل می شوند.

• برخی از بارها ممکن است به درستی کار نکنند (به عنوان مثال LED یا دیودها) که فقط در یک جهت کار می کنند یا برای عملکرد کامل نیاز به اتصال منبع DC مناسب دارند.
• در مورد وسایل نقلیه و خودروها، باتری خودرو با پلاریته معکوس ممکن است به سنسورهای الکترونیکی ECU (واحد کنترل موتور) و برد کنترل الکترونیکی (در خودروهای اتوماتیک) و دینام آسیب برساند که تعویض آن بسیار هزینه بر است.
  همچنین ممکن است به سایر اجزا و سیستم های سیم کشی خودرو آسیب برساند. در بهترین حالت، حداقل فیوزها و رله ها ممکن است به دلیل تشکیل جریان معکوس منفجر شوند.
• ساعت های DC و موتورهای آنالوگ به عنوان بار متصل به باتری ممکن است شروع به چرخش در جهت عکس کنند.

اتصال باتری به باتری دیگر با قطبیت معکوس

باتری خودرو کمی پیچیده تر از آن چیزی است که به نظر می رسد. هنگام باتری به باتری کردن خودرو، خطرات زیادی برای شارژ باتری خودروتان وجود دارد، زیرا انتقال انرژی از یک باتری به باتری دیگر آنقدرها هم که به نظر می رسد ساده نیست.

• اگر یک باتری در یک ماشین به صورت معکوس به باتری در خودروی دیگری متصل شود تا بتواند از طریق آن شارژ شود، ممکن است منفجر شود و یا هردو باتری سوخته و آسیب ببینند. باتری های رایج که به آن ها باتری های سرب اسید می گویند ممکن است گرم شوند و قسمت های داخلی و خارجی باتری را ذوب کنند. گاز خطرناک هیدورژن ممکن است با شکاف پوسته باتری از آن خارج شده و باعث انفجار شود.
• همچنین ممکن است به دلیل جریان الکتریکی زیاد و گرمای شدید تولید شده به سرعت عایق های کابل های جامپر ذوب شوند، زیرا این کابل ها برای شدت جریان الکتریکی بالا طراحی نشده اند.

روش صحیح باتری به باتری خودرو را می توانید در مقاله لینک شده مطالعه نمایید.

در ویدیو زی باتری به باتری کردن خودرو با کابل های برعکس و خطرات آن را می توانید مشاهده کنید.

اقدامات احتیاطی لازم برای باتری به باتری کردن خودرو

• اجازه ندهید دو خودرو با هم برخورد کنند.
• قبل از هر اقدامی هر دو خودرو را خاموش کنید.
• اطمینان حاصل کنید که پایانه ها کثیف نیستند و در صورتی که کثیف هستند آنها را کاملا تمیز کرده و سپس خشک کنید.
• بررسی کنید که هردوباتری دارای ولتاژ یکسان باشند.
• تمامی وسایل الکتریکی خودرو را قطع نمایید تا در صورت برقرای جریان دچار اتصال کوتاه نشوند.
• از سلامت باتری مطمئن شوید، در صورتیکه باتری از نظر ظاهری شکسته یا از فرم اصلی خارج شده از باتری به باتری کردن آن پرهیز کنید، زیرا باعث انفجار باتری خواهد شد.
• باتری به باتری کردن را از باتری دشارژ شروع کنید، زیرا شارژ نداشته و خطر کمتری دارد.

ملاحضات ایمنی:

• لطفاً هنگام کار با باتری ها و تجهیزات خطرناک مربوطه از عینک های ایمنی و دستکش و سایر اقدامات ایمنی استفاده کنید.
• از کدهای رنگ سیم کشی متناسب با کدهای منطقه ای خود برای اتصال باتری ها استفاده کنید.

محافظت از وسایل الکترونیکی خودرو در برابر اتصال معکوس باتری

در طول عمر وسیله نقلیه، ممکن است نیاز باشد باتری آن برای کارهای تعمیر و نگهداری قطع شود یا در صورت بروز ایراد، تعویض شود. در طول اتصال مجدد، می توان قطبیت اتصال باتری را معکوس کرد، که می تواند منجر به اتصال کوتاه بالقوه و مشکلات دیگر در بارهای متصل به باتری شود.

متأسفانه، طراحی مکانیکی پایانه‌های باتری با اندازه‌های مختلف یا استفاده از رنگ‌بندی برجسته کابل‌ها، کانکتورها و پایانه‌ها به طور کامل از این مشکل جلوگیری نمی‌کند. در نتیجه، نوعی از انسداد الکترونیکی یا حفاظت ولتاژ قطبی معکوس، نه تنها برای محافظت از خود باتری، بلکه برای محافظت از تعداد روزافزون واحدهای کنترل الکترونیکی ECU  که ​​خودروهای مدرن به آنها متکی هستند، ضروری است.

مدارهای حفاظتی بالقوه

روش های رایج برای محافظت از ECU شامل استفاده از دیود مسدود کننده یا برای جلوگیری از ناکارآمدی یک دیود یکسو کننده معمولی، استفاده از MOSFET به عنوان یک دیود ایده آل است. در راه حل های دیگر هم ممکن است از یک آی سی طراحی شده با هدف استفاده کنند. در نهایت راه حل انتخاب شده باید عملکرد مورد نیاز در زمینه خاص برنامه نهایی را برآورده کند، با در نظر گرفتن عواملی مانند تعداد اجزا/پیچیدگی، هزینه، بهره وری انرژی و احتمالا مهمتر از همه، اینکه آیا به اندازه کافی در برابر شرایط خطا و هر گونه گذرای مرتبط مقاومت می کند یا خیر.

دیود مسدود کننده ساده ترین وسیله برای محافظت در برابر اتصال معکوس باتری است. قرار دادن یک دیود یکسو کننده به صورت سری با بار ECU تضمین می کند که جریان فقط زمانی می تواند جریان یابد که باتری به درستی وصل شده باشد.