航空堿性鎘鎳蓄電池的維護(hù)及常見故障

摘要充分了解航空蓄電池特點(diǎn)對(duì)維護(hù)蓄電池，確保其正常使用和延長其使用壽命至關(guān)重要。本文就鎘鎳堿性蓄電池在使用過程中的維護(hù)特性和常見故障進(jìn)行分析，為提高對(duì)航空鎘鎳堿性蓄電池的可靠性適航維護(hù)略盡微薄之力。

關(guān)健詞鎘鎳蓄電池 特性 維護(hù) 注意事項(xiàng)

中圖分類號(hào):TM91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

航空蓄電池作為機(jī)載電池，主要用于在直流電源系統(tǒng)中，切換大負(fù)載時(shí)起到維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定;啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或APU;在應(yīng)急情況下(主電源失效)，向重要的飛行儀表和導(dǎo)航等設(shè)備供電，保證飛機(jī)安全著陸。它是航空器的重要組成部分，在飛機(jī)安全飛行中起著至關(guān)重要的作用。

航空蓄電池按電解質(zhì)的性質(zhì)不同，分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩類。與酸性蓄電池相比較，鎘鎳堿性蓄電池具有比能大、自放電小、低溫性能好、耐過充電和耐過放電能力強(qiáng)、壽命長、電阻小、維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是大電流放電時(shí)，電壓平穩(wěn)，非常適合于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等短時(shí)大電流放電場合。因此，目前大多數(shù)運(yùn)輸機(jī)上都采用鎘鎳堿性蓄電池。根據(jù)鎘鎳蓄電池的工作原理和航空蓄電池使用環(huán)境的特點(diǎn)，航空鎘鎳蓄電池在維護(hù)過程中具有其特定的維護(hù)特點(diǎn)和故障特征。

1 鎘鎳蓄電池在使用過程中的維護(hù)

蓄電池的正確維護(hù)對(duì)確保蓄電池正常使用和延長蓄電池使用壽命至關(guān)重要。鎘鎳蓄電池在使用過程中的維護(hù)工作主要有以下內(nèi)容:

1.1 蓄電池的充電

目前，電瓶充電設(shè)備種類繁多，從充電方式看，有恒壓充電、恒流充電和恒壓恒流充電三種方式。由于電瓶充滿后，存在自放電現(xiàn)象，為維持電瓶容量，還采用浮充電方式。

對(duì)于鎘鎳蓄電池，在站內(nèi)進(jìn)行電瓶離位充電時(shí)我們通常采用恒流充電的方法對(duì)其電能進(jìn)行補(bǔ)充。它雖然較恒壓充電慢，卻能有效維持電瓶平衡并能充分地給電瓶充電，防止堿性電瓶的容量失效。

恒流充電方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:①?zèng)]有過大的沖擊電流;②不會(huì)引起單體電池充電不平衡;③容易測(cè)量和計(jì)算出充入電瓶的電能(Ah)。缺點(diǎn)是:①充電時(shí)間長;②過充時(shí)電解液水分損失相對(duì)要多;③充電設(shè)備比較復(fù)雜。

針對(duì)恒流充電法的缺點(diǎn)，航空鎘鎳蓄電池多采用二階段恒流充電法來克服恒流充電時(shí)間長的缺點(diǎn)，在第一階段采用大電流(主充電流)充電，第二階段再用小電流(浮充電流)充電。各階段的充電時(shí)間長短還與電瓶新舊程度、放電程度有關(guān)。這種充電方式有效克服了恒流充電法充電時(shí)間長的缺點(diǎn)，并且減小了充電過程中的水分損失。

電瓶除在地面進(jìn)行定期容量檢測(cè)和維護(hù)外，為保證電瓶一直處于充滿狀態(tài)，在飛機(jī)上都要給電瓶充電。由于堿性電瓶長期進(jìn)行恒壓充電時(shí)，容易造成電瓶“熱擊穿”和“容量失效”。如果在飛機(jī)上采用恒壓充電器的話，必須具有良好的電瓶超溫保護(hù)功能和限流功能。現(xiàn)代飛機(jī)上一般安裝具有恒流和恒壓充電模式的電瓶充電器。當(dāng)電瓶開始充電時(shí)采用恒流充電方式，充電一定時(shí)間后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒壓充電方式。這種充電方式集中了恒壓、恒流充電的優(yōu)點(diǎn)，克服了恒壓、恒流充電的不足。

在對(duì)鎘鎳堿性蓄電池進(jìn)行恒流充電的過程中，我們應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

(1)恒流充電時(shí)，電瓶的溫度與充電電壓的關(guān)系。鎘鎳蓄電池的充電最佳溫度為60℉-90℉(約15.5℃-32℃)。但是，它在-40℉(-40℃)的溫度也能進(jìn)行充電，只是溫度過高或過低會(huì)降低充電效率。通常情況下，溫度越高，每個(gè)單體電池的充電電壓就越低。值得注意的是，在炎熱的夏季，氣溫高達(dá)30℃以上，在這個(gè)季節(jié)充電，電瓶容易發(fā)生過熱現(xiàn)象。因此，需要加強(qiáng)對(duì)電瓶溫度的監(jiān)控，并適時(shí)采取有效措施。通常情況，我們可以通過降低充電電流，采用小電流慢速充電的方法來減少過熱現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)電瓶溫度超過120℉(48.9℃)時(shí)，最好不要再對(duì)堿性蓄電池進(jìn)行充電。

(2)電解液的調(diào)整。鎘鎳堿性蓄電池電解液高度的調(diào)整最佳時(shí)機(jī)應(yīng)在電瓶即將充電完畢，且電流仍在流動(dòng)時(shí)加蒸餾水進(jìn)行調(diào)整(即充電結(jié)束前15分鐘內(nèi)調(diào)整電解液)，因此時(shí)是電池單元格電解液液面高度最為一致的時(shí)候。電解液的高度要按各電瓶的具體要求進(jìn)行調(diào)整，不能調(diào)得過低或過高。調(diào)得過高將導(dǎo)致電解液在充電和過充電時(shí)溢出，使電解液稀釋而降低電瓶性能;調(diào)得過低則不能使有效物質(zhì)充分發(fā)揮作用而減少電瓶容量，并且還會(huì)縮短電瓶壽命。在充電過程中，如果發(fā)現(xiàn)電解液冒泡沫，表明電解液已經(jīng)受到污染，應(yīng)進(jìn)行電瓶放電并更換冒泡沫的故障單體電池后再行充電。

(3)堿性蓄電池充電程度的判斷。鎘鎳蓄電池在充放電過程中，電解液中的氫氧化鉀并無增減，電解液的密度和高度幾乎不變。因此，不能用測(cè)量電解液密度和高度的方法來判斷其充、放電程度。通常用測(cè)量電壓的方法來判斷充、放電程度，在經(jīng)過額定充電電流和時(shí)間進(jìn)行充電后蓄電池的電壓如達(dá)不到規(guī)定值，說明電瓶的某些單元有問題，應(yīng)該檢修或更換。

1.2 蓄電池的放電

(1)正常供電時(shí)放電。航空鎘鎳蓄電池在裝機(jī)使用過程中屬于典型的恒流放電過程，放電電流的大小主要取決于和電池外接電路中的負(fù)載。其容量的變化與放電率密切相關(guān)。

(2)容量測(cè)試。容量測(cè)試是對(duì)鎘鎳蓄電池的容量進(jìn)行測(cè)試檢查，它為判斷飛機(jī)蓄電池的好壞提供有力證據(jù)。堿性蓄電池容易出現(xiàn)容量明顯下降的故障，這可能是電解液面太低，電瓶不能充滿電;也可能是在恒壓條件進(jìn)行復(fù)充造成。例如在飛機(jī)上時(shí)，這種情況非常常見，表現(xiàn)為單體電池間不平衡。通常情況下，為了使蓄電池能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用，規(guī)定實(shí)有容量低于額定容量85%的的飛機(jī)蓄電池不得繼續(xù)使用。對(duì)于裝機(jī)使用的電瓶通常規(guī)定每100飛行小時(shí)進(jìn)行一次容量測(cè)試。

在容量測(cè)試過程中，如果單體電池在特定時(shí)間的放電結(jié)束時(shí)都沒有低于1.0V電壓，則停止放電，容量測(cè)試成功結(jié)束。

如果單體電池在特定時(shí)間的放電結(jié)束時(shí)曾經(jīng)低于1.0V電壓，不能停止放電，直接進(jìn)行深度放電后進(jìn)行恒流充電，即進(jìn)行電瓶的恢復(fù)工作，以糾正不平衡的電池單元格。

(3)深度放電。因在飛機(jī)上采用恒壓充電方式一段時(shí)間后，會(huì)造成單體電池不平衡，充電時(shí)測(cè)量電壓正常，但放電時(shí)放出的電量不足，這時(shí)需要深度放電。深度放電指將電瓶大多數(shù)或全部可使用的容量釋放而進(jìn)行的放電，電瓶或電瓶單元格各自的電壓均放至為0V。它是在正常放電(容量測(cè)試)完成后繼續(xù)放電使單體電池電壓降至0.5或以下時(shí)，用短路夾將單體電池正負(fù)極短路，放置約8小時(shí)后，重新充電。其放電目的是為恢復(fù)蓄電池容量。對(duì)于進(jìn)行一次恢復(fù)工作后不合格的單體電池需再次進(jìn)行深度放電，如果3次深度放電仍然不能使單體電池恢復(fù)容量，應(yīng)更換單體電池，如果5個(gè)或更多的單體電池有缺陷，電瓶應(yīng)報(bào)廢。

1.3 堿性蓄電池的存儲(chǔ)

對(duì)于鎘鎳蓄電池的使用存儲(chǔ)來說，電瓶極板上的活性物質(zhì)和電解液不會(huì)發(fā)生較大的化學(xué)反應(yīng)。因此此類電瓶只要不損壞，能在充電和放電的任何狀態(tài)下保存很長時(shí)間。

鎘鎳蓄電池只有在未激活存儲(chǔ)時(shí)才會(huì)暫時(shí)出現(xiàn)容量損失。充電的能量保持和存儲(chǔ)環(huán)境溫度以及存儲(chǔ)時(shí)間長短有關(guān)。在清潔、干燥的條件下，一個(gè)充滿電的電瓶在室溫下存儲(chǔ)6個(gè)月后還能帶動(dòng)電氣設(shè)備。高溫下存儲(chǔ)，電池的荷電保持能力隨貯存時(shí)間的增加而降低(基本上是呈線性關(guān)系)，會(huì)造成極大的充電能量的損失，造成這種現(xiàn)象的主要因素是高溫貯存加速了電池的自放電速率。在較低的溫度下存儲(chǔ)，能量損失要少的多。因此堿性蓄電池平常最好保存于較冷但不潮濕的地方。

電瓶存儲(chǔ)前應(yīng)進(jìn)行清潔，從存儲(chǔ)中取出電瓶使用前也應(yīng)立即進(jìn)行清潔。正確的清潔對(duì)防止電瓶內(nèi)部導(dǎo)電物質(zhì)被污染從而導(dǎo)致加速自放電是非常重要的。

1.4 漏電檢測(cè)

鎘鎳堿性蓄電池在裝機(jī)使用一定時(shí)間后，常會(huì)發(fā)生內(nèi)部短路的故障，因此通常情況下要求每50飛行小時(shí)、離位充電前、后都必須進(jìn)行漏電檢測(cè)。我們可以通過確認(rèn)外部漏電的量級(jí)來判斷是否應(yīng)將蓄電池分解清潔或更換單元格。漏電檢測(cè)利用mA表檢查，將表的一端與外殼相連，另一端接到單體電池的正極。如果漏電超過該型號(hào)蓄電池的具體規(guī)定值，該電瓶必須分解清潔排除電解液滲漏的情況后再進(jìn)行漏電檢測(cè)，如果漏電仍超過規(guī)定值，則并聯(lián)一電壓表檢查各單元格電壓來確定發(fā)生漏電的單體電池。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生內(nèi)部短路而漏電的單體電池必須進(jìn)行及時(shí)更換。

2 航空鎘鎳蓄電池的常見故障

2.1 高溫對(duì)鎘鎳蓄電池的影響

鎘鎳電池是靠化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)來動(dòng)作，化學(xué)材料往往會(huì)自我消耗。在溫度高的環(huán)境下自我消耗的情形會(huì)較嚴(yán)重，容量會(huì)降低，也可能會(huì)有漏液與生銹的情形，在高溫下進(jìn)行充放電更是可能引起電池出現(xiàn)過熱，對(duì)電池造成破壞降低壽命。溫度對(duì)于電池的壽命以及充放電特性影響很大，充放電時(shí)若環(huán)境溫度越高，則電池的材質(zhì)越容易受到破壞，極板的活性物質(zhì)的功能下降使蓄電池容量減小，正負(fù)極隔板間的隔離絕緣降低易造成短路，且溫度升高電池的電壓也變得較低，充放電效率也會(huì)降低許多，電池的容量隨之大大地減少。因此除非使用的鎘鎳電池是耐熱型的，否則充放電時(shí)應(yīng)留意電池的溫度，不要使用過大電流充放電以免溫度過高。

2.2 鎘鎳蓄電池的內(nèi)部短路

鎘鎳蓄電池在壽命后期，會(huì)出現(xiàn)短路故障。造成短路的常見原因一是隔板在長期使用中，因強(qiáng)度降低而損壞，特別是飛行過程中振動(dòng)、沖擊時(shí)易導(dǎo)致隔板損壞而造成短路;二是電池在長期使用過程中正極膨脹、起泡而脫落的小顆粒導(dǎo)致短路;三是負(fù)極板上鎘的小顆粒結(jié)晶在長期充、放電循環(huán)中，逐漸變大，最后形成鎘枝，穿透隔板而觸及正極，造成兩極間的短路引起大量漏電。對(duì)于此類故障，在漏電測(cè)試中發(fā)現(xiàn)漏電電流超標(biāo)排除電解液滲漏后，并聯(lián)一電壓表檢查各單元格電壓就可確定發(fā)生漏電的單體電池，即發(fā)生內(nèi)部短路的單體電池。

2.3 鎘鎳蓄電池的“記憶效應(yīng)”

由于鎘鎳蓄電池具有“記憶效應(yīng)”，即當(dāng)每次充電時(shí)，在負(fù)極有氫氧化鎘與電極作用，產(chǎn)生金屬鎘而沉積于負(fù)電極表面，放電時(shí)，負(fù)電極表面的金屬鎘反應(yīng)形成氫氧化鎘，這是溶解沉積的反應(yīng)，當(dāng)充放電不完全時(shí)，電極內(nèi)的鎘金屬會(huì)慢慢地產(chǎn)生大結(jié)晶體而使以后的化學(xué)反應(yīng)受到阻礙，導(dǎo)致電容量在實(shí)質(zhì)的表現(xiàn)上減少。鎘鎳電池因具有強(qiáng)烈的記憶效應(yīng)而很容易因充放電不良，而造成可用容量降低，為了恢復(fù)容量，我們須在使用約十次后，做一次深度放電，若已有記憶效應(yīng)時(shí)，則可以連續(xù)做三次至五次深度放電來釋放記憶。使蓄電池的容量得以恢復(fù)。

隨著民用航空事業(yè)的發(fā)展，航空鎘鎳蓄電池作為機(jī)載電源大量推廣應(yīng)用，在充分了解對(duì)鎘鎳蓄電池特點(diǎn)的情況下，對(duì)其進(jìn)行正確的維護(hù)可提高其使用效率并延長其使用壽命，是航空器的整機(jī)可靠性維護(hù)的重要組成部分。

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