航空堿性鎘鎳蓄電池的維護及常見故障

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

關健詞鎘鎳蓄電池 特性 維護 注意事項

中圖分類號:TM91文獻標識碼:A

航空蓄電池作為機載電池，主要用于在直流電源系統中，切換大負載時起到維持系統電壓穩定;啟動發動機或APU;在應急情況下(主電源失效)，向重要的飛行儀表和導航等設備供電，保證飛機安全著陸。它是航空器的重要組成部分，在飛機安全飛行中起著至關重要的作用。

航空蓄電池按電解質的性質不同，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、壽命長、電阻小、維護性好等優點，尤其是大電流放電時，電壓平穩，非常適合于啟動發動機等短時大電流放電場合。因此，目前大多數運輸機上都采用鎘鎳堿性蓄電池。根據鎘鎳蓄電池的工作原理和航空蓄電池使用環境的特點，航空鎘鎳蓄電池在維護過程中具有其特定的維護特點和故障特征。

1 鎘鎳蓄電池在使用過程中的維護

蓄電池的正確維護對確保蓄電池正常使用和延長蓄電池使用壽命至關重要。鎘鎳蓄電池在使用過程中的維護工作主要有以下內容:

1.1 蓄電池的充電

目前，電瓶充電設備種類繁多，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，存在自放電現象，為維持電瓶容量，還采用浮充電方式。

對于鎘鎳蓄電池，在站內進行電瓶離位充電時我們通常采用恒流充電的方法對其電能進行補充。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點是:①沒有過大的沖擊電流;②不會引起單體電池充電不平衡;③容易測量和計算出充入電瓶的電能(Ah)。缺點是:①充電時間長;②過充時電解液水分損失相對要多;③充電設備比較復雜。

針對恒流充電法的缺點，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間長的缺點，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。各階段的充電時間長短還與電瓶新舊程度、放電程度有關。這種充電方式有效克服了恒流充電法充電時間長的缺點，并且減小了充電過程中的水分損失。

電瓶除在地面進行定期容量檢測和維護外，為保證電瓶一直處于充滿狀態，在飛機上都要給電瓶充電。由于堿性電瓶長期進行恒壓充電時，容易造成電瓶“熱擊穿”和“容量失效”。如果在飛機上采用恒壓充電器的話，必須具有良好的電瓶超溫保護功能和限流功能。現代飛機上一般安裝具有恒流和恒壓充電模式的電瓶充電器。當電瓶開始充電時采用恒流充電方式，充電一定時間后自動轉換到恒壓充電方式。這種充電方式集中了恒壓、恒流充電的優點，克服了恒壓、恒流充電的不足。

在對鎘鎳堿性蓄電池進行恒流充電的過程中，我們應注意以下幾個問題:

(1)恒流充電時，電瓶的溫度與充電電壓的關系。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℃)的溫度也能進行充電，只是溫度過高或過低會降低充電效率。通常情況下，溫度越高，每個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30℃以上，在這個季節充電，電瓶容易發生過熱現象。因此，需要加強對電瓶溫度的監控，并適時采取有效措施。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象的出現。當電瓶溫度超過120℉(48.9℃)時，最好不要再對堿性蓄電池進行充電。

(2)電解液的調整。鎘鎳堿性蓄電池電解液高度的調整最佳時機應在電瓶即將充電完畢，且電流仍在流動時加蒸餾水進行調整(即充電結束前15分鐘內調整電解液)，因此時是電池單元格電解液液面高度最為一致的時候。電解液的高度要按各電瓶的具體要求進行調整，不能調得過低或過高。調得過高將導致電解液在充電和過充電時溢出，使電解液稀釋而降低電瓶性能;調得過低則不能使有效物質充分發揮作用而減少電瓶容量，并且還會縮短電瓶壽命。在充電過程中，如果發現電解液冒泡沫，表明電解液已經受到污染，應進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。通常用測量電壓的方法來判斷充、放電程度，在經過額定充電電流和時間進行充電后蓄電池的電壓如達不到規定值，說明電瓶的某些單元有問題，應該檢修或更換。

1.2 蓄電池的放電

(1)正常供電時放電。航空鎘鎳蓄電池在裝機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載。其容量的變化與放電率密切相關。

(2)容量測試。容量測試是對鎘鎳蓄電池的容量進行測試檢查，它為判斷飛機蓄電池的好壞提供有力證據。堿性蓄電池容易出現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行復充造成。例如在飛機上時，這種情況非常常見，表現為單體電池間不平衡。通常情況下，為了使蓄電池能夠發揮其應有的作用，規定實有容量低于額定容量85%的的飛機蓄電池不得繼續使用。對于裝機使用的電瓶通常規定每100飛行小時進行一次容量測試。

在容量測試過程中，如果單體電池在特定時間的放電結束時都沒有低于1.0V電壓，則停止放電，容量測試成功結束。

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

(3)深度放電。因在飛機上采用恒壓充電方式一段時間后，會造成單體電池不平衡，充電時測量電壓正常，但放電時放出的電量不足，這時需要深度放電。深度放電指將電瓶大多數或全部可使用的容量釋放而進行的放電，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(容量測試)完成后繼續放電使單體電池電壓降至0.5或以下時，用短路夾將單體電池正負極短路，放置約8小時后，重新充電。其放電目的是為恢復蓄電池容量。對于進行一次恢復工作后不合格的單體電池需再次進行深度放電，如果3次深度放電仍然不能使單體電池恢復容量，應更換單體電池，如果5個或更多的單體電池有缺陷，電瓶應報廢。

1.3 堿性蓄電池的存儲

對于鎘鎳蓄電池的使用存儲來說，電瓶極板上的活性物質和電解液不會發生較大的化學反應。因此此類電瓶只要不損壞，能在充電和放電的任何狀態下保存很長時間。

鎘鎳蓄電池只有在未激活存儲時才會暫時出現容量損失。充電的能量保持和存儲環境溫度以及存儲時間長短有關。在清潔、干燥的條件下，一個充滿電的電瓶在室溫下存儲6個月后還能帶動電氣設備。高溫下存儲，電池的荷電保持能力隨貯存時間的增加而降低(基本上是呈線性關系)，會造成極大的充電能量的損失，造成這種現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，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。

電瓶存儲前應進行清潔，從存儲中取出電瓶使用前也應立即進行清潔。正確的清潔對防止電瓶內部導電物質被污染從而導致加速自放電是非常重要的。

1.4 漏電檢測

鎘鎳堿性蓄電池在裝機使用一定時間后，常會發生內部短路的故障，因此通常情況下要求每50飛行小時、離位充電前、后都必須進行漏電檢測。我們可以通過確認外部漏電的量級來判斷是否應將蓄電池分解清潔或更換單元格。漏電檢測利用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蓄電池的具體規定值，該電瓶必須分解清潔排除電解液滲漏的情況后再進行漏電檢測，如果漏電仍超過規定值，則并聯一電壓表檢查各單元格電壓來確定發生漏電的單體電池。對于已經發生內部短路而漏電的單體電池必須進行及時更換。

2 航空鎘鎳蓄電池的常見故障

2.1 高溫對鎘鎳蓄電池的影響

鎘鎳電池是靠化學物質的反應來動作，化學材料往往會自我消耗。在溫度高的環境下自我消耗的情形會較嚴重，容量會降低，也可能會有漏液與生銹的情形，在高溫下進行充放電更是可能引起電池出現過熱，對電池造成破壞降低壽命。溫度對于電池的壽命以及充放電特性影響很大，充放電時若環境溫度越高，則電池的材質越容易受到破壞，極板的活性物質的功能下降使蓄電池容量減小，正負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，否則充放電時應留意電池的溫度，不要使用過大電流充放電以免溫度過高。

2.2 鎘鎳蓄電池的內部短路

鎘鎳蓄電池在壽命后期，會出現短路故障。造成短路的常見原因一是隔板在長期使用中，因強度降低而損壞，特別是飛行過程中振動、沖擊時易導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致短路;三是負極板上鎘的小顆粒結晶在長期充、放電循環中，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。對于此類故障，在漏電測試中發現漏電電流超標排除電解液滲漏后，并聯一電壓表檢查各單元格電壓就可確定發生漏電的單體電池，即發生內部短路的單體電池。

2.3 鎘鎳蓄電池的“記憶效應”

由于鎘鎳蓄電池具有“記憶效應”，即當每次充電時，在負極有氫氧化鎘與電極作用，產生金屬鎘而沉積于負電極表面，放電時，負電極表面的金屬鎘反應形成氫氧化鎘，這是溶解沉積的反應，當充放電不完全時，電極內的鎘金屬會慢慢地產生大結晶體而使以后的化學反應受到阻礙，導致電容量在實質的表現上減少。鎘鎳電池因具有強烈的記憶效應而很容易因充放電不良，而造成可用容量降低，為了恢復容量，我們須在使用約十次后，做一次深度放電，若已有記憶效應時，則可以連續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。

隨著民用航空事業的發展，航空鎘鎳蓄電池作為機載電源大量推廣應用，在充分了解對鎘鎳蓄電池特點的情況下，對其進行正確的維護可提高其使用效率并延長其使用壽命，是航空器的整機可靠性維護的重要組成部分。

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