智能充放電設(shè)備給航空鋅銀蓄電池充電的故障分析

孟維艷，呂永超，陳衛(wèi)華

(1.航空四站裝備修理廠，河北 石家莊 050071;2.95418部隊(duì)，云南 曲靖 655000)

某部在用智能充放電設(shè)備給航空鋅銀蓄電池進(jìn)行充電的維護(hù)過程中，出現(xiàn)以下兩個(gè)問題:

第一個(gè)，補(bǔ)充充電過程中，參數(shù)設(shè)置完畢，開機(jī)充電，設(shè)備立即報(bào)警，顯示“充電完成”，不能進(jìn)行正常充電。

第二個(gè)，鋅銀蓄電池的維護(hù)要求為:充電時(shí)間達(dá)到11小時(shí)，或有一只單體電池的電壓到2V或2.05V(不同的生產(chǎn)廠家有不同的維護(hù)要求)，但總時(shí)間不會(huì)低于9小時(shí)。由于有的航空鋅銀蓄電池生產(chǎn)廠家要求充電過程中，單體電壓最高到2V，因此用智能充放電設(shè)備對航空鋅銀蓄電池做檢驗(yàn)充電時(shí)，單體最高電壓設(shè)為2V，在充電時(shí)間進(jìn)行到2h～4h時(shí)，充電結(jié)束，但是航空鋅銀蓄電池沒有達(dá)到維護(hù)要求。

1 故障分析與討論

針對以上兩個(gè)問題，經(jīng)過多方調(diào)查了解，此現(xiàn)象確實(shí)存在。因此多次做試驗(yàn)，并仔細(xì)查找資料，找出故障原因及解決方案。［1］

1.1 智能充放電設(shè)備工作終止條件

充放電設(shè)備在航空鋅銀蓄電池最高終止電壓、充電時(shí)間、單體最高電壓任一條件先滿足時(shí)，充電結(jié)束。

1.2 故障原因分析

打開充放電模塊的開關(guān)與操作程序檢查充電設(shè)置項(xiàng):充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時(shí)間660分，單體最高電壓2.05V。

航空鋅銀蓄電池由15節(jié)單體組成，根據(jù)使用維護(hù)說明書的要求，單體電壓最高充電到2.05V，當(dāng)15個(gè)單體同時(shí)充到2.05V時(shí)，總電壓為30.75V，充電電流為5A，充電時(shí)間為11h，所以此參數(shù)設(shè)置正確。

查看充電記錄，控制計(jì)算機(jī)的航空鋅銀蓄電池電壓顯示33.6V，高于設(shè)置的終止電壓30.75V，因此充電終止。此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有三個(gè):一是實(shí)際充電電流過大，導(dǎo)致充電電壓瞬間過高;二是充電機(jī)的顯示電壓與航空鋅銀蓄電池的實(shí)際電壓不符;三是航空鋅銀蓄電池的實(shí)際電壓過高。［2－3］根據(jù)以上三個(gè)原因做以下排查:

1)打開充電位后蓋，在航空鋅銀蓄電池接線柱處斷開航空鋅銀蓄電池連接線的正極，在充電回路中串聯(lián)75mV/50A的分流器，將終止電壓設(shè)置為35V，開機(jī)，用萬用表mV檔檢測分流器的采樣電壓為7.58mV，換算成電流為:

50 ×7.58 ÷75=5.05A

在誤差范圍之內(nèi)，排除電流誤差的可能。

2)在開機(jī)過程中，用萬用表檢測充電電壓值，由33.6V慢慢下降至29.2V，時(shí)間大約為2min～3min后，電壓不再下降，此時(shí)用萬用表檢測航空鋅銀蓄電池實(shí)際電壓為29.29V，與實(shí)際電壓相差0.09V，因此可以排除電壓誤差的可能。

3)用不同廠家生產(chǎn)的需要進(jìn)行補(bǔ)充電航空鋅銀蓄電池做相同的充電試驗(yàn)，按上述參數(shù)設(shè)置，均出現(xiàn)此現(xiàn)象。

4)用做過容量平衡的航空鋅銀蓄電池，即用放電電壓到20V的航空鋅銀蓄電池做相同的實(shí)驗(yàn)，開機(jī)充電，沒有出現(xiàn)充電結(jié)束的現(xiàn)象。

綜上所述，可以排除充放電設(shè)備的問題，應(yīng)該是航空鋅銀蓄電池的原因引起此現(xiàn)象。航空鋅銀蓄電池是由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和外殼等部分組成，共15個(gè)單體。在產(chǎn)生電流的過程中，正極、負(fù)極和電解液起主導(dǎo)作用。當(dāng)鋅電極和氧化銀電極浸入KOH電解液時(shí)，前者具有較負(fù)的電位，成為航空鋅銀蓄電池的負(fù)極，后者具有較正的電位，成為航空鋅銀蓄電池的正極。正負(fù)極之間存在的電位差，即電動(dòng)勢，這種電動(dòng)勢就是航空鋅銀蓄電池產(chǎn)生電流的原動(dòng)力。［4］

當(dāng)航空鋅銀蓄電池兩端加以直流電，負(fù)極從充電機(jī)得到電子，Zn(OH)2或ZnO還原成Zn，并產(chǎn)生OH－。

或ZnO+H2O+2e=Zn+2OH－

正極失去電子，Ag氧化成Ag2O和AgO，同時(shí)消耗OH－。

在航空鋅銀蓄電池內(nèi)部，陽離子K+從正極移向負(fù)極，陰離子OH－從負(fù)極移向正極。在閉合回路中，電流從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，并從正極經(jīng)內(nèi)電路流向負(fù)極。在外加電壓的作用下，上述反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行下去，直到活性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)換為充電狀態(tài)為止。充電過程中，正極消耗OH－，負(fù)極產(chǎn)生OH－，對整個(gè)航空鋅銀蓄電池來說，并不消耗電解液中的KOH，但由于電極釋出水而電解液面升高。航空鋅銀蓄電池的反應(yīng)為:

Ag+Zn(OH)2=Zn+AgO+H2O

航空鋅銀蓄電池的氧化銀電極單體充電曲線如圖1示。

圖1 航空鋅銀蓄電池的氧化銀電報(bào)單體充電曲線圖

曲線具有明顯的階梯狀的特征，是由氧化銀電極特性所決定的。AB段所對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是:

由金屬銀氧化為Ag2O。開始時(shí)，反應(yīng)在金屬銀與電解液的界面上進(jìn)行，隨后，由于Ag2O的生成，電極表面上的Ag逐漸被Ag2O所取代，可以氧化的銀表面越來越小，真實(shí)電流密度越來越大，故電極電位越來越高。到達(dá)B點(diǎn)后，電極處于鈍化狀態(tài)，電位急劇上升，達(dá)到AgO生成的電位C點(diǎn)時(shí)，開始按方程式:Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e進(jìn)行，即由Ag2O氧化成AgO，同時(shí)，還有金屬銀直接生成AgO，也就是Ag+2OH－=AgO+H2O+2e。

在充電的第一電位坪階段(AB段)，單體電壓穩(wěn)定在1.62V～1.64V，BC段電壓急劇升高并在C點(diǎn)出現(xiàn)高峰。由于AgO的導(dǎo)電性比Ag2O好，故到生成AgO(C)點(diǎn)以后，電位稍微降低，在第二電位坪階段CD段，主要生成AgO，電壓穩(wěn)定在1.92V左右。BC段是化學(xué)反應(yīng)急劇變化的階段，Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e的化學(xué)反應(yīng)比2Ag+2OH－=Ag2O+H2O+2e的化學(xué)反應(yīng)劇烈，所以有個(gè)電壓的突變，就因?yàn)榇送蛔兊拇嬖?，?dǎo)致電壓的突變，致使電壓從1.64V突然增加到2.0V左右，所以總電壓上升到30多伏，因此當(dāng)終止電壓設(shè)置為30.75V時(shí)，開機(jī)后會(huì)出現(xiàn)充電結(jié)束的現(xiàn)象。

2 故障排除方法

與相關(guān)單位溝通后，確認(rèn)此現(xiàn)象的存在是由航空鋅銀蓄電池的本身特性所決定的。［5］智能充放電設(shè)備為適應(yīng)此航空鋅銀蓄電池特性，操作建議如下:

2.1 需要進(jìn)行補(bǔ)充電的航空鋅銀蓄電池可以采取兩種方法

1)航空鋅銀蓄電池放置好后，用模塊操作進(jìn)行充電，參數(shù)設(shè)置為:充電電流5A，終止電壓35V，充電時(shí)間3min，單體最高電壓3V。

開機(jī)進(jìn)行充電。當(dāng)充電進(jìn)行3min后，充電結(jié)束。此時(shí)跳過充電過程中的高峰值，然后用控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，設(shè)置參數(shù)為:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時(shí)間660min，單體最高電壓2.05V。

開機(jī)進(jìn)行充電，此時(shí)操作正常，不會(huì)出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

2)也可以用先放電再充電的方法，即需要進(jìn)行補(bǔ)充電的航空鋅銀蓄電池，放置好后，用模塊操作進(jìn)行放電，參數(shù)設(shè)置為:放電電流9A，終止電壓20V，放電時(shí)間3min，單體最低電壓1V。

開機(jī)進(jìn)行放電。當(dāng)放電進(jìn)行3min后，放電結(jié)束。然后用控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，設(shè)置參數(shù)為:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時(shí)間660min，單體最高電壓2.05V。

開機(jī)進(jìn)行充電，此時(shí)操作正常，也不會(huì)出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

2.2 檢驗(yàn)充電

根據(jù)不同生產(chǎn)廠家的航空鋅銀蓄電池，采用不同的充電方法。當(dāng)航空鋅銀蓄電池維護(hù)說明書中要求至少有1只～2只單體電壓充電到2.05V時(shí)，采用現(xiàn)在常用的充電方法;當(dāng)航空鋅銀蓄電池維護(hù)說明書中要求至少有1只～2只單體電壓最高充電到2.0V時(shí)，建議設(shè)置為兩階段充電:

第一階段參數(shù)設(shè)置為:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時(shí)間 300min，單體最高電壓 2.05V。在此階段，由于在充電的BC階段，化學(xué)反應(yīng)從2Ag+2OH－=Ag2O+H2O+2e到Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e的急劇變化，導(dǎo)致電壓的急劇升高，單體電壓大于等于2.0V，因此充電進(jìn)行到2h～4h時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)充電結(jié)束的現(xiàn)象，所以建議將單體電壓設(shè)置為2.05V。

時(shí)間進(jìn)行到5h后，避開充電的高峰值，然后進(jìn)入第二階段充電，參數(shù)設(shè)置為:充電電流5A，終止電壓30V，充電時(shí)間360min，單體最高電壓2V。此階段將單體電壓設(shè)為2V，符合航空鋅銀蓄電池的維護(hù)要求。此階段的充電時(shí)間根據(jù)不同的生產(chǎn)廠家使用說明書的要求設(shè)置。

此兩階段充電不是恒流階段充電法中的兩階段，在這兩階段充電過程中，電流是相同的，只是為了避開從Ag2O到AgO的轉(zhuǎn)換時(shí)的電壓高峰而采取的一種措施，充電過程是連續(xù)的。

3 結(jié)束語

在老式充電設(shè)備中，充電電流值設(shè)定完畢，靠維護(hù)人員去檢測總電壓、單體電壓，時(shí)間也是充電員來控制的，航空鋅銀蓄電池的一些特性在充電中不易被發(fā)現(xiàn)。但是新型智能充放電設(shè)備的使用，數(shù)據(jù)的采集、傳輸都是設(shè)備自動(dòng)完成，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，傳輸速度很快，航空鋅銀蓄電池的特性在充電中便顯露出來。

［1］黃素斌，黃衛(wèi)星.淺談航空鋅銀蓄電池的化成充電［J］.江蘇航空，2001，(1).

［2］孟憲臣.鋅銀蓄電池［M］.北京:人民郵電出版社，1982.

［3］黃李斌，王立.航空蓄電池的維護(hù)［J］.江蘇航空，1994，［Z1］.

［4］謝少軍，陳勇.一種通用型航空蓄電池充電器研制［J］.南京:航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，(1).

［5］林祚成.航空蓄電池智能充放電系統(tǒng)檢控單元設(shè)計(jì)［D］.成都:電子科技大學(xué)，2010.