一起航空蓄电池鼓包漏液故障分析_毛红志.pdf

65AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/2 是一种化学电池，由 12 个单体为 2V 的铅酸蓄电池串联而成，单体电池由正负极板、隔板和电解液等组成，正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是铅（Pb），电解液是稀硫酸（H2SO4）。蓄电池采用整体塑料槽、塑料盖、涂膏式极板和 PE 复合隔板结构。0 引言航空蓄电池是一种化学电源，具有将电能与化学能相互转化和储存的能力，按电解液的化学性质可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。航空蓄电池在地面时可作为备用电源起动涡轮发电装置并用作设备检查用电，在空中作为飞机的应急电源，在应急状态下短时间维持飞机所必需的用电设备供电。飞机蓄电池发生故障将对飞行安全造成严重影响，学习掌握蓄电池的工作原理并正确使用和维护，是保持蓄电池供电能力的重要前提。1 故障现象一架某型运输机出现航空蓄电池鼓包和漏液故障。在进行预先机务准备时，检查航空蓄电池电压，发现 1、2、3 号航空蓄电池电压只有 15V 左右，低于正常电压值（24V）。打开蓄电池舱进行目视检查，发现 1、2、3 号蓄电池有鼓包和漏液现象。取下蓄电池进一步检查，可见 1、2、3 号蓄电池明显鼓包变形，电解液由排气栓盖帽处和电池槽盖连接处外溢，且排气栓盖帽明显上鼓变形，观察电池检查孔无法看到电解液液面（见图1）。4号蓄电池外观正常，无漏液，测量电压为 25.4V，符合技术要求。2 蓄电池工作原理该型航空铅酸蓄电池（12-HK-28）一起航空蓄电池鼓包漏液故障分析Fault Analysis on Leakage and Bulge of Aviation Battery 毛红志杜小勇/91395 部队摘要：针对航空蓄电池鼓包漏液故障进行阐述分析，指出造成该类故障的主要因素，并提出使用和维护建议。关键词：蓄电池；鼓包；漏液；热失控Keywords：battery；bulge；leakage；thermal runaway图1故障蓄电池求。将改进后的加速度开关装入紧急定位设备进行验证，试验结果表明改进的紧急定位设备满足技术指标要求，且抗振动干扰能力大幅度提升，在飞机正常飞行的各个阶段未再出现误触发 现象。5 结论针对紧急定位设备在飞机滑跑阶段出现误触发问题，经过深入分析和充分试验验证，确定故障原因为紧急定位设备内部安装的加速度开关不满足实际装机振动环境。对加速度开关采用“弹簧质量阻尼”系统模型替代原“弹簧质量”系统模型，使其抗振动干扰能力大幅提升。经地面试验、试飞验证，故障得以排除。DOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.02.00166航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 蓄电池的充放电原理如下：充电由外电路供给，使电池内发生化学反应，将电能转换为化学能储存起来。充电时，蓄电池的正负极分别与直流电源的正负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出。正负极板上的硫酸铅（PbSO4）还原为 PbO2和 Pb，电解液中的 H2SO4逐渐增多，水逐渐减少，电解液的密度不断上升。到了充电后期，PbSO4基本被还原成Pb时，充电电流开始电解水，使得正极板上产生氧气（O2），负极板上产生氢气（H2），气体部分通过排气栓逸出，电解液减少。放电是在规定的条件下电池外电路输出电能的过程。当铅酸蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流从蓄电池的正极经外电路的用电设备流向蓄电池的负极。蓄电池的放电过程是将化学能转化为电能的过程，放电时，正极板上的 PbO2和负极板上 Pb 都与电解液中的 H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4）并沉附在正负极板上，这个过程中电解液中的 H2SO4不断减少，水不断增多，电解液的密度不断下降，电动势也逐渐降低。飞机发电机与蓄电池并联，向直流电源配电网络供电。当蓄电池并入飞机直流电源配电网络时，因飞机的直流发电机电压（28.5V）高于蓄电池端电压，飞机直流电源系统对蓄电池进行充电，蓄电池处于等压浮充的状态。充电过程中，当电解液中的硫酸铅基本被还原、单格电池的电压升到 2.35 2.4V时，电解液中的水开始被电解，此后飞机电源输入到蓄电池的电能主要是在电解水；电解使正极产生氧气、负极产生氢气，有的形成气泡通过排气栓排出，有的附在极板上产生气体电极电位，形成附加电势，其方向与充电电源的方向相反；蓄电池的端电压升高，当电压升到与飞机电源等电位后，充电过程 结束。3 故障分析综合故障蓄电池出现排气栓盖帽上鼓变形、电池壳体鼓包、变形漏液等现象，可以判断是蓄电池出现内部过热，产生了热失控故障。电池内部过热后，导致电解液的沸腾和蒸发，排出的高温高压气体达到或超过壳体和排气栓盖帽塑料材料的热变形温度（85），造成塑料的变形鼓包，同时使蓄电池的密封被破坏，出现电解液的喷溅和泄漏。因 1、2、3 号蓄电池安装于蓄电池舱下部的密闭空间内，彼此紧密相邻，单组蓄电池出现热失控故障后，造成相邻蓄电池的过热连锁反应。4 号蓄电池单独处于舱内上部的另一封闭空间，受影响较小，所以保持了完好的 状态。导致蓄电池热失控的主要原因有以下几方面：1）蓄电池的失水。在铅酸蓄电池中，热容量最大的是水，失水后的蓄电池热容量将大幅减小，产生的热量使电池的温度迅速升高。电池内部产生的热量只能通过电池槽来散热，一旦散热量小于发热量，出现温度上升，将使电池的析气量增大，进一步使电池增温，造成恶性循环。2）单格电池电压落后。单格电池活性物质脱落、隔板缺陷、电解液受金属杂质污染等原因会造成正负极板间接触短路，在恒压充电时，落后单格电池电压不上升，其他单格电池充电电压相对过高，导致蓄电池的过热。3）充电电压过高，蓄电池析气量增大，热量不能及时排出，产生热 失控。4）电池内部的氧循环气路过于畅通，充电过程中正极板析出的氧气直接作用在负极板上，产生的热量不能及时排出而形成热失控。4 故障排除根据蓄电池产生热失控的原因，首先对飞机的电源系统和蓄电池进行检查。通过判读飞参数据，未发现飞机电源系统有过压的情况，排除充电电压过高导致热失控的可能。检查蓄电池充放电维护记录，各项参数符合技术要求，排除蓄电池电解液参数不符合要求导致失水的可能。对故障蓄电池做进一步检查发现，故障蓄电池排气栓密封橡胶垫弹性不足，密封性能下降，存在电解液渗漏、蓄电池失水的可能；拆下排气栓，发现个别单格电池内压过大，存在排气不畅现象，容易造成氧循环通畅，产生的热量不能排出而导致单格电池热失控，进而使得整组电池产生过热反应。因该型蓄电池已将各单格电池的极柱用塑料盖封装，无法测量单格电池的电压，结合故障蓄电池开路电压过低的现象，不能排除单格电池存在短路的可能。5 总结1）严格掌握蓄电池电解液密度和高度标准，注意对各单格电池的电解液密度和高度的一致性检查，防止单格电池充电电压的不平衡。2）搬运蓄电池时，应轻拿轻放，防止撞击和剧烈振动，以免极板上的活性物质脱落。3）检查蓄电池排气栓的通气性能和密封橡胶垫的状态，及时更换老化的橡胶垫或通气性能不佳的排气栓。4）对处于高温环境且长时间低空飞行的飞机，应及时检查蓄电池的电解液液面高度，低于保护板时要补充蒸馏水，发现有电解液渗漏时应补充电 解液。5）对于有重着陆或电源过压的飞机，应对装机的蓄电池进行一次详细检查。工 程 ENGINEERING