R44II型直升機機載電瓶延壽關鍵技術研究

劉璐++周彬

摘 要：本文首先介紹了R44II型直升機機型特點及其機載電瓶的基本參數和使用環境特點；之后介紹了新型的閥控式鉛酸電瓶的結構特點以及與傳統鉛酸電瓶的差異；在闡述閥控式鉛酸電瓶基本原理的基礎上，分析了其可能存在的失效模式；結合R44II型直升機的實際運行特點，提出電瓶延壽的可行方案。在實際運行中，采用改進的維護方案延長了R44II型直升機的電瓶使用壽命。

關鍵詞：R44II型直升機 閥控式鉛酸電瓶 延壽

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0014-02

Abstract： Firstly， this paper introduces the characteristics of R44II helicopter and its basic parameters and environment characteristics. After that， the structure features of the new valve controlled lead-acid battery and the difference between the VRLA battery and the traditional lead-acid battery were introduced. On the basis of explaining the basic principle of VRLA battery， the possible failure modes are analyzed. Combined with the actual operation characteristics of R44II helicopter， a feasible scheme for battery life extension is put forward. In actual operation， the improved maintenance scheme prolongs the service life of R44II helicopter batteries.

Key Words： R44II helicopter； VRLA battery； life extension

隨著我國通用航空事業的快速發展，中國民航飛行學院在原有BELL206BIII及施瓦澤269C-1型直升機的基礎上，引進了4架R44II型直升機作為訓練用機。經過三年多的運行，機務維護工作中仍存在一些亟待解決的維護技術關鍵點。在電氣系統方面，電瓶的使用壽命過短成為一個重大的技術難題。依據電瓶生產廠家CONCORDE公司相關技術資料，R44II型直升機裝機的RG24-15型電瓶的使用壽命可達4年。實際使用過程中，多個電瓶在500飛行小時后即出現容量不足，無法修復的故障。

1 R44II型直升機機載電瓶工作環境

受限于緊湊的機身設計，R44II型直升機沒有獨立的電瓶艙，其機載電瓶安裝于發動機艙左側。ROBINSON廠家沒有為電瓶設計獨立的散熱通道，而采用了發動機后部的鼓風輪引入外界冷卻空氣散熱。該冷卻空氣同時承擔了為發動機和電瓶散熱的功能。實際運行過程中，R44II型直升機的電瓶工作溫度明顯高于其他機型。

2 RG24-15機載電瓶

2.1 電瓶參數概述

R44II型直升機選裝的主電瓶為CONCORDE公司生產的RG24-15。該電瓶為閥控式鉛酸密封電瓶，額定電壓為24V，額定容量為13.6AH，最大重量13.4kg。在出廠時，電瓶內部已灌充了全部電解液，并完成了初始充電。用戶在接收到電瓶時，僅需視情完成補充充電即可裝機使用。

2.2 閥控式鉛酸電瓶結構及特點

閥控式鉛酸電瓶英文名稱為Valve regulated lead-acid （VRLA） battery。其單體電池的基本結構如圖1所示。

單體電池的外殼一般由ABS或PP等材料構成，起到保持電池結構，容納電解液的作用。正極板為氧化鉛（PbO2），呈現紅棕色。負極板為金屬鉛（Pb），呈海綿狀。隔膜通常采用AGM或膠體，其主要功能為吸附硫酸水溶液。安全閥作為內部氣體的溢出通道，保證反應過程中產生氣體后，單體電池內部不至于超壓。

相較于傳統的鉛酸電瓶，閥控式鉛酸電瓶主要有以下特點。

（1）電解液存在方式不同。傳統鉛酸電瓶內部灌充了自由流動的硫酸液體，只能處于立放狀態。而閥控式鉛酸電瓶可采用玻璃纖維棉（AGM：Absorbed Glass Mat）作為隔膜，電解液吸附在各極板之間的AGM中。整個單體電池內無流動的電解液，電瓶整體可立放工作也可臥放工作。

（2）維護方式不同。閥控式鉛酸電瓶采用密封結構，不會有電解液漏出，免去了傳統鉛酸電瓶需要添加電解液或蒸餾水的維護工作。

（3）化學反應存在差異。所有鉛酸電瓶的主反應都相同，均為電能和化學能之間的相互轉化。閥控式鉛酸電瓶與傳統鉛酸電瓶的主要區別在于副反應原理不同。

2.3 電瓶失效模式簡介

閥控式鉛酸電瓶主要有以下四種失效模式：（1）電瓶干涸；（2）熱失控；（3）極板硫酸鹽化；（4）板柵腐蝕。

2.3.1 電瓶干涸

電瓶的單體電池向外析氫氣、氧氣、水蒸氣或酸液都是導致電瓶干涸的原因。由于無法添加電解液或蒸餾水，該種失效模式是閥控式鉛酸電瓶所特有的。

2.3.2 熱失控

電瓶作為化學能和電能的轉換裝置，其工作過程伴隨熱量的產生。而閥控式電瓶由于結構的改進，發熱問題會較傳統鉛酸電瓶更加嚴重。熱失控嚴重的電瓶會出現殼體變形、漲裂等故障。endprint

2.3.3 極板硫酸鹽化

鉛酸電瓶在正常放電過程中都會在極板上形成PbSO4，而在充電過程中會被還原為活性物質Pb和PbO2。如果電瓶使用或維護不當，讓電瓶處于深度放電或長期虧電狀態，則PbSO4晶體會形成較大的塊狀顆粒。導致充電過程中，無法還原為活性物質。

2.3.4 板柵腐蝕

鉛酸電瓶的板柵腐蝕集中在充電過程中正極板的副反應。其反應方程式如下：

該反應不僅會導致正極板活性物質Pb的消耗，同時會導致電瓶干涸的故障。

2.4 電瓶延壽關鍵技術

電瓶生產廠商Concorde公司在其發布的電瓶維護手冊中，對該電瓶的維護要求如下。

（1）首次測試在裝機后第12個月或1000飛行小時（先到為準）進行。

（2）如果測試容量高于90%，之后每12個月或1000飛行小時（先到為準）進行測試。

（3）如果測試容量在85%～90%之間，之后每6個月或500飛行小時（先到為準）進行測試。

（4）如果測試容量低于85%，電瓶報廢。

此維護要求體現了閥控式鉛酸電瓶相較于傳統鉛酸電瓶的優勢，即大幅度減少了維護內容。但對電瓶的維護內容并未充分考慮其裝機使用環境及使用頻率。R44II型直升機作為中飛院現階段直升機培訓的主訓機型，日利用率可達到8h，開車次數可到達3次以上。頻繁的大電流輸出啟動發動機，加之飛行過程中處于高溫運行狀態，R44II型直升機的機載電瓶使用壽命明顯低于CONCORDE公司標稱的4年。為延長RG24-15電瓶的使用壽命，可從兩方面進行改進。

第一，改善電瓶工作環境。電瓶安裝位置雖然在發動機艙，但其接近外部蒙皮?？蓞⒖计渌麢C型的電瓶散熱原理，增加獨立的通風通道。

第二，修訂電瓶維護程序。有效避免極板的硫酸鹽化的方法可參考傳統鉛酸電瓶的維護程序，增加補充充電的維護工作。綜合考慮航材消耗成本和人力維護成本，在裝機3個月進行一次補充充電為最佳選擇。

3 結語

本文簡要介紹了R44II型直升機的機載電瓶使用環境及特點，分析了電瓶的失效模式并提出可行的延壽方案。在采用本文論證的延壽方案后，實際運行過程中，R44II型直升機的機載電瓶壽命明顯得到延長。故可見，在綜合考慮實際運行特點和過往維護經驗的基礎上，超越廠商手冊的維護方式可運用于航空器的實際保障工作，在確保安全的同時有利于提高運行的經濟性。

參考文獻

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[4] Robinson Helicopter Company. R44II Pilots Operating Handbook[Z].2002.

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