Charge des batteries d'accumulateurs au plomb

1 AIDE-M MOIRE TECHNIQUEED 6120 Charge des batteries d accumulateurs au plombPr vention du risque explosionB. Sall , F. Marc, INRSC. Duparc, S. Lefebvre, St STEFG. Mauguen, Carsat BretagneP. L e s n , Carsat NormandieN. Tifine, Carsat Rh ne-AlpesED 6120 mise jour avril 2018 INRS ISBN 978-2-7389-2353-0 Disponible uniquement en version lectronique Mise en pages : EPBC Illustrations : V. CausseInstitut national de recherche et de s curit pour la pr vention des accidents du travail et des maladies professionnelles 65, boulevard Richard-Lenoir 75011 Paris T l. 01 40 44 30 00 repr sentation ou reproduction int grale ou partielle faite sans le consentement de l INRS, de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est en est de m me pour la traduction, l adaptation ou la transformation, l arrangement ou la reproduction, par un art ou un proc d quelconque (article L.)

2 122-4 du code de la propri t intellectuelle). La violation des droits d auteur constitue une contrefa on punie d un emprisonnement de trois ans et d une amende de 300 000 euros (article L. 335-2 et suivants du code de la propri t intellectuelle).L INRS remercie les soci t s EXIDE, HAWKER et FENWICK pour leur aimable I Principe de fonctionnement de l accumulateur au plomb ..42 I Diff rents types d accumulateurs au plomb ..6 batteries au plomb ouvertes avec lectrolyte liquide ..6 batteries au plomb tanches recombinaison de gaz ..63 I Explosion : risques et zones ..7 Explosion gaz/vapeurs ..7 Zones risque d explosion ..74 I D marche de pr vention ..8 Zonage initial ..8 Mesures techniques pour le local de Charge ..8 Mesures organisationnelles ..10 Zonage final retenu ..115 I Dispositions constructives ..12 I Annexe Exemples de calcul de d bit de ventilation.

3 13D es incidents ou accidents sont provoqu s par des explosions dues aux batteries d accumulateurs au plomb . Ces explosions ont lieu principalement pendant la Charge de la batterie, car il se d gage alors une quantit d hydrog ne qui, m lang l air ambiant, peut cr er une atmosph re explosive .Pour r duire le risque, il est important que, en compl ment des textes r glementaires en vigueur, l employeur suive les recommandations pr conis es dans ce document pour les locaux de Charge de batteries de traction au plomb .Seul le risque d explosion est abord dans ce document. Toutefois, l valuation des risques doit tre globale et ne doit pas se limiter au sujet trait , il est n cessaire de v rifier les mesures essentielles de s curit relatives la Charge , la manipulation et la maintenance des batteries dont les principaux dangers sont dus l explosion mais galement aux br lures chimiques (par l lectrolyte ou l acide sulfurique), aux d charges lectriques et au port de charges G.

4 Kerbaol / INRS4progressivement en sulfate de plomb (PbSO4). Ainsi, les mati res actives des plaques positives et n gatives se sul-fatent par l interm diaire de l lectrolyte, dont la densit et le niveau Charge d une batterie consiste relier ses bornes celles d une source de tension continue. Il y a ainsi transformation de l nergie lectrique en nergie chimique. Il se produit une d sulfatation des plaques positives et n gatives, le sulfate de plomb tant dissous par le passage du courant et les plaques revenant leur tat initial. Parall lement, la densit de l lectrolyte revient sa valeur nominale et le niveau de l lectrolyte remonte. Lors de la Charge , l acide sulfurique, tant plus lourd que l lectrolyte de l l ment d charg , se concentre au fond de celui-ci avec une dif-f rence importante de densit entre la partie haute et la partie basse.

5 L homog n isation de l lectrolyte, essentielle pour le fonctionnement de l accumulateur, s effectue en fin de Charge avec l lectrolyse de l eau (d composition, du fait du courant lectrique, de l eau en hydrog ne et oxyg ne). Il est donc n cessaire de prolonger la Charge (surcharge) afin que les bulles de gaz form es homog -n isent parfaitement la densit de l chargePbO2+2 H2SO4+Pb charge2 PbSO4+2H2O+363 KJ borne positive lectrolyteborne n gativebornes lectrolyte(86 800 calories)1 Principe de fonctionnement de l accumulateur au plombUn l ment de batterie d accumulateurs au plomb est constitu de deux ensembles de plaques, l un formant le p le positif, l autre le p le n gatif, les deux tant immerg s dans une solution d lectrolyte : l lectrode n gative : groupe de plaques surface gaufr e dont les alv oles sont garnies de plomb spon-gieux (Pb) ; l lectrode positive : groupe de plaques renforc es par des nervures entre lesquelles sont dispos es des lamelles ou des tubes constitu s par de l oxyde de plomb (PbO2).

6 L lectrolyte : solution aqueuse d acide sulfurique (H2SO4) dont la densit varie en fonction de l tat de Charge de la les bornes de la batterie sont reli es par un cir-cuit, il y a transformation de l nergie chimique en nergie lectrique. Lors de cette d Charge , le dioxyde de plomb , p le positif, et le plomb , p le n gatif, se transforment Borne positiveBouchonsBande de connectiondes l ments lectrode positive(dioxyde de plomb ) lectrode n gative( plomb )S parateur d' l mentsEnveloppede protectionSolution d' lectrolyte(acide sulfurique dilu )Borne n gativeFigure 1. Sch ma g n ral d une batterieLa r action chimique globale est :5 l mentensemble d lectrodes et d lectrolyte constituant l unit de base d une batterie d accumulateurs. l ment ouvert l ment d accumulateur ayant un couvercle muni d une ouverture au travers de laquelle les produits gazeux peuvent s chapper.

7 L ment soupape l ment d accumulateur ferm dans les conditions normales, mais muni d un dispositif permettant l chappement des gaz si la pression interne exc de une valeur pr d termin stationnairebatterie d accumulateurs con ue pour fonctionner un emplacement fixe, qui n est normalement pas d plac e au cours de sa vie de fonctionnement. Elle est reli e en permanence une alimentation en cou-rant continu (installation fixe).Batterie de tractionbatterie d accumulateurs con ue pour fournir l nergie aux v hicules rence de potentieltension mesur e aux bornes de l l lectromotricetension aux bornes de l accumulateur au sistance interner sistance de l accumulateur li e la r sistivit de l acide sulfurique, aux s parateurs, la r sistance des grilles et mati res actives, la conception et l tat de finitionsLa tension aux bornes d une batterie d accumulateurs au plomb est voisine de 2 V.

8 Sa valeur variera entre 1,70 et 2,65 V suivant sa phase de de la Charge , la diff rence de potentiel aux bornes, apr s un tr s court r gime transitoire, s tablit aux envi-rons de 2,2 V. Puis, en fin de Charge , la tension s accro t rapidement et atteint 2,6 V. En Charge flottante (r gula-tion de la Charge ), la tension demeure entre 2,25 et 2,35 de la d Charge , la tension reste remarquablement constante la valeur de 2 V. Puis elle chute plus rapide-ment en fin de d Charge et il faut alors recharger imp -rativement la batterie, sinon une sulfatation irr versible des plaques se capacit d une batterie d accumulateurs au plomb s exprime en amp re heure (Ah) et correspond l intensit de d Charge (en A) par le temps de d Charge (en h). On la donne souvent pour une base de 20 heures. Ainsi, une batterie de 100 Ah pourra d livrer 5 amp res pendant 20 capacit varie avec : le poids et les dimensions des accumulateurs (taille des lectrodes et quantit de l lectrolyte) ; le r gime de d Charge ; la temp rature ; la tension d arr t ; la densit de l autonomie d une batterie est le temps durant lequel elle est capable de fournir une nergie suffisante.

9 Elle varie avec la temp rature et le r gime de d Charge (rap-port entre le courant moyen demand par l quipement et la capacit nominale). Plus le r gime est lev , plus l autonomie est r lectrolyse de l eau (d composition chimique de l eau obtenue par le passage d un courant) se produit quand l accumulateur au plomb est charg . La quantit d eau consomm e pour 1 Ah de surcharge est gale 0,33 cm3, soit 0,33 g. La quantit d oxyg ne d gag e pour 1 Ah de surcharge est de 0,21 litre, alors que celle de l hydrog ne est de 0,42 + H2O-+PbSO4 PbSO4 Batterie d charg eH2SO4 + H2O-+PbO2 PbBatterie charg e[H2SO4] + [H2O] -+PbO2 PbSO4 PbPbSO4 Batterie en coursde charge2e-2e-Figure 3. volution des l ments d une batterie en fonction de son tat de chargep le +p le e-I2e-2e-PbO2 PbSO4 PbSO4 PbHSO4-3H+H+Circuit lectriqueext rieurS parateurCircuit int rieur :batterieH2SO42H2OH+ HSO4-HSO4-Figure 2.

10 R action chimique chaque borne lors de la d charge6La capacit de ce type de batterie est utilisable jusqu 80 %, et sa dur e de vie est sup rieure 1 200 cycles. Cependant, elle requiert un chargeur sp cifique et l qui-pement d une pompe sur le chargeur. De plus, les tuyaux du circuit d air peuvent s av rer batteries au plomb tanches recombinaison de gazL avantage principal de ces types de batteries est leur faible entretien li l absence de mise niveau de l lec-trolyte, au faible taux de d gazage et la facilit de trans-port. Dans ce type de batterie, l hydrog ne et l oxyg ne se recombinent pour former de l eau. Le taux de recom-binaison varie entre 95 et 99 %. La batterie sans entretien avec lectrolyte gelLe fonctionnement de cette batterie est identique la batterie classique, mais l lectrolyte liquide est remplac par du gel. L lectrolyte est fig par addition de gel de silice et l acide ne descend pas au fond de la batterie.