Cessna525型飛機(jī)主電瓶超溫監(jiān)控原理及典型故障分析

摘" 要：Cessna525型飛機(jī)安裝有Marathon Norco公司生產(chǎn)的航空鎳鎘電瓶。航空鎳鎘電瓶使用的環(huán)境復(fù)雜，維護(hù)要求高。電瓶作為飛機(jī)電源系統(tǒng)的重要部件，飛機(jī)運(yùn)行中需要給重要設(shè)備提供電源。電瓶使用過程中溫度的變化直接反映出電瓶的運(yùn)行狀態(tài)，Cessna525型飛機(jī)的電瓶溫度監(jiān)控系統(tǒng)便于駕駛?cè)藛T判斷電瓶部件的故障情況。

關(guān)鍵詞：Cessna525型飛機(jī)；電瓶；超溫監(jiān)控；傳感器；典型故障

中圖分類號(hào)：V267" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）05-0155-04

Abstract： The aircraft is equipped with Marathon Norco companies producing aviation nickel-cadmium batteries. The operating environment of aviation nickel-cadmium battery is complex and has high maintenance requirements. As an important part of the aircraft power supply system， the battery needs to provide power to the important equipment during the aircraft operation. The temperature change during the use of the battery directly reflects the running state of the battery. The battery temperature monitoring system of the Cessna525 aircraft is no matter if the driver judges the fault situation of the battery parts.

Keywords： Cessna525 aircraft; battery; overtemperature monitoring; Sensor; typical faults

Cessna525型飛機(jī)，由美國(guó)賽斯納飛行器公司生產(chǎn)的雙發(fā)輕型渦輪風(fēng)扇公務(wù)飛機(jī)，其中生產(chǎn)序列號(hào)525-0360至525-0599為CJ1系列飛機(jī)，525-0800之后為M2系列飛機(jī)。動(dòng)力裝置部件型號(hào)分別為FJ44-1A（CJ1）、FJ44-1AP（M2），由威廉姆斯公司生產(chǎn)；飛機(jī)主電瓶型號(hào)為Marathon Norco公司生產(chǎn)的ATSP-44或ATSP-280。CJ1與M2以Cessna525 M2型飛機(jī)為例，該型飛機(jī)的電源系統(tǒng)是一個(gè)直流電源系統(tǒng)。該型飛機(jī)電源系統(tǒng)通過一些電氣部件實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)電能的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、控制和指示。這些部件主要有：2臺(tái)起動(dòng)發(fā)電機(jī)、1個(gè)鎳鎘主電瓶、2個(gè)發(fā)電機(jī)控制組件、接線盒、控制電門和繼電器等部件。主電瓶作為飛機(jī)電源系統(tǒng)的重要部件，是一款堿性大容量電瓶。該型號(hào)飛機(jī)的指示與記錄系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置有主電瓶超溫檢測(cè)與警告指示功能，用來監(jiān)控電瓶使用過程中的溫度，如果發(fā)生超溫現(xiàn)象，飛機(jī)能及時(shí)向駕駛員提供必要的警告信息，其中M2飛機(jī)同CJ1飛機(jī)相比，能夠?qū)崟r(shí)指示電瓶溫度[1]。

1" Cessna525型飛機(jī)主電瓶超溫檢測(cè)功能工作原理及系統(tǒng)組成介紹

1.1" 航空堿性電瓶充放電與溫度傳感器原理

Cessna525型飛機(jī)可安裝ATSP-44或ATSP-280型號(hào)的鎳鎘堿性主電瓶，兩者區(qū)別在于容量，ATSP-44型電瓶容量為44 A·h，ATSP-280型電瓶容量為28 A·h。以ATSP-280型號(hào)為例，該電瓶由20個(gè)單元電池串聯(lián)組成，額定電壓為25.2 V，額定容量28 A·h，電瓶狀況良好的情況下，可以為飛機(jī)所有匯流條的最大負(fù)載連續(xù)供電至少10 min，如果僅為熱電瓶匯流條和應(yīng)急匯流條負(fù)載供電，供電時(shí)間至少30 min。

鎳鎘電瓶在單元格內(nèi)是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)，氫氧化鎳Ni（OH）2為正極，鎘Cd為負(fù)極，氫氧化鉀與蒸餾水的溶液為電解液。極板上的活性物質(zhì)的氧化狀態(tài)不斷變化，而同時(shí)電解液濃度由于水在生成或消耗的情況下變化較小。這些活性物質(zhì)不論處于何種氧化態(tài)，它們?cè)趬A性電解液（氫氧化鉀）中實(shí)際上是沒有消耗的，電解液的密度幾乎不變，所以該電瓶電解液的壽命很長(zhǎng)。鎳鎘電瓶化學(xué)方程式概況[2]如圖1所示。

該電瓶作為飛機(jī)的輔助電源和應(yīng)急電源，可在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)為飛機(jī)提供直流電，也可以在飛機(jī)發(fā)電機(jī)不能供電時(shí)向飛機(jī)配電系統(tǒng)供電。內(nèi)部有2組正溫度系數(shù)電阻式溫度傳感器，用于輸出電瓶溫度。溫度傳感器的溫度電阻特性如圖2所示，電阻值與溫度成近似的線性正比函數(shù)關(guān)系[2]。

1.2" Cessna525型飛機(jī)電瓶超溫監(jiān)控系統(tǒng)原理與組成

電瓶過度充、放電或電瓶?jī)?nèi)部損壞都可能導(dǎo)致電瓶超溫。電瓶超溫警告系統(tǒng)的作用是在電瓶過熱、即將損壞時(shí)為飛行員提供目視警告信號(hào)。該警告系統(tǒng)由安裝在電瓶?jī)?nèi)部的一個(gè)溫度傳感器，與電瓶分離安裝的一個(gè)溫度監(jiān)控器（僅CJ1安裝），以及相應(yīng)的信號(hào)指示組件組成。

CJ1飛機(jī)電瓶超溫警告系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖，如圖3所示[3]。2組電瓶溫度傳感器中的第1組（A#、B#插釘對(duì)應(yīng)的溫度-電阻傳感器）溫度電信號(hào)，經(jīng)過PT011（電插頭）和PT010（電插頭）之間的電纜進(jìn)入U(xiǎn)T003（電瓶溫度監(jiān)控器）中用于電瓶超溫警告指示；第2組溫度傳感器（C#、D#插釘對(duì)應(yīng)的溫度-電阻傳感器）可選裝單獨(dú)的電瓶溫度指示器，用于電瓶溫度指示（飛行學(xué)院的飛機(jī)目前沒有選裝該指示器，第2組溫度傳感器實(shí)際構(gòu)型懸空，未向外傳遞溫度電信號(hào)）。電瓶溫度監(jiān)控器根據(jù)電瓶超溫時(shí)感受的溫度不同，向駕駛艙警告燈板傳遞相應(yīng)的警告信號(hào)，警告燈板電瓶超溫?zé)袅疗鸬耐瑫r(shí)驅(qū)動(dòng)駕駛艙主警告指示燈亮起，并在駕駛艙發(fā)出電瓶超溫的音響警告信息。電瓶超溫信號(hào)燈被水平分為上、下2部分，如圖4所示，上半部分顯示的是紅色“BATT O'TEMP”字樣，下半部分顯示的是紅色“gt;160°”字樣。當(dāng)溫度達(dá)到145？塒（63 ℃）時(shí)，上半部分“BATT O'TEMP”指示燈和飛機(jī)駕駛艙紅色“MASTER WARNING”主警告燈閃亮，同時(shí)發(fā)出音響警告。當(dāng)溫度超過160？塒（71 ℃）時(shí)，上半部分“BATT O'TEMP”指示燈和下半部分的“＞160°”燈同時(shí)閃亮，并且，如果前面駕駛員已經(jīng)復(fù)位主警告燈，“＞160°”燈閃亮又會(huì)觸發(fā)主警告系統(tǒng)，使飛機(jī)紅色主警告燈再次閃亮起來。

對(duì)于M2飛機(jī)，該型飛機(jī)安裝佳明公司生產(chǎn)的集成型綜合航電系統(tǒng)（G3000），電瓶超溫警告系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖5所示[3]。電瓶?jī)?nèi)部的溫度傳感器同CJ1飛機(jī)一樣，2組電瓶溫度傳感器中的第1組（A#，B#插釘對(duì)應(yīng)的溫度-電阻傳感器），經(jīng)過PT011（電插頭）和PT407（電插頭）之間的電纜進(jìn)入P701部件（GEA 71：佳明發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集組件）中，通過GEA 71組件內(nèi)部的模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，GEA 71再將電瓶溫度信號(hào)傳輸?shù)今{駛艙MFD（多功能顯示器）用于指示飛機(jī)主電瓶溫度（攝氏溫度）的實(shí)時(shí)顯示。

M2飛機(jī)的G3000綜合航電系統(tǒng)中，根據(jù)GEA 71提供的電瓶溫度信號(hào)，當(dāng)電瓶發(fā)生超溫現(xiàn)象時(shí)，主飛行顯示器（PFD）右下方將出現(xiàn)“BATTERY OVERTEMP”警告信息，紅色主警告燈“MASTER WARNING”閃亮，并產(chǎn)生電瓶超溫音響警告，當(dāng)電瓶超溫時(shí)，電瓶溫度指示的數(shù)值也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)顏色改變，如圖6所示。M2機(jī)型的警告邏輯與CJ1有微小區(qū)別，電瓶溫度在63 ℃以下，顯示的數(shù)字將為綠色。在63 ℃和70 ℃之間，數(shù)字指示將變?yōu)榧t色，PFD右下方顯示紅色信息“BATTERY OVERTEMP”警告，且駕駛艙“MASTER WARNING”（主警告）亮起。如果這種情況繼續(xù)存在而沒有得到糾正，當(dāng)電池溫度達(dá)到71 ℃時(shí)，該警告會(huì)重新顯示且不會(huì)消失[4]。

2" 典型主電瓶異常故障分析

某日某單位Cessna525 M2 B-1XXX號(hào)飛機(jī)，在例行更換主電瓶工作時(shí)發(fā)現(xiàn)裝機(jī)電瓶（型號(hào)ATSP-44堿性鎳鉻電瓶）外殼明顯變形，如圖7所示。拆下故障電瓶對(duì)飛機(jī)電源系統(tǒng)、電瓶連接線路、電插頭、電瓶安裝結(jié)構(gòu)、電瓶通氣管路出口和飛機(jī)尾艙電瓶安裝區(qū)域等詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。查詢?cè)擄w機(jī)近期電源系統(tǒng)維修記錄，未對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行排故、換件等維修工作，查詢多日的機(jī)載數(shù)據(jù)卡，機(jī)載集中故障監(jiān)控系統(tǒng)故障記錄情況，未出現(xiàn)任何電源系統(tǒng)警告（如電瓶超溫、電流限制器故障等），且近期飛行人員未反映電瓶使用異常。

維修人員對(duì)故障電瓶進(jìn)行詳細(xì)檢查，電瓶開路電壓25 V，打開故障電瓶，逐個(gè)檢查電瓶單元格，發(fā)現(xiàn)第18號(hào)單元格電壓為0 V，其余單元格均有電壓。分解電瓶后，發(fā)現(xiàn)18號(hào)單元格存在擊穿，電解液已泄漏，附近幾個(gè)單元格未擊穿，但單元格殼體已受到不同程度的影響，電瓶?jī)?nèi)部溫度傳感器未發(fā)現(xiàn)明顯損傷，測(cè)量傳感器電阻正常。

維修人員咨詢飛機(jī)制造廠家，按照廠家建議檢查飛機(jī)電瓶溫度指示與警告功能，維修人員將故障電瓶原有的溫度傳感器安裝在飛機(jī)上，使傳感器感受不同溫度的真實(shí)熱源，對(duì)比駕駛艙MFD的溫度指示，發(fā)現(xiàn)駕駛艙電瓶溫度指示正常，在警告溫度觸發(fā)閾值63 ℃和71 ℃情況下，飛機(jī)電瓶超溫警告系統(tǒng)均正常。取下溫度傳感器，在電瓶溫度傳感器插頭安裝專用電阻箱，分別設(shè)置不同的電阻值（170、200、210 Ω等），再次檢查不同電阻條件下駕駛艙MFD的電瓶溫度指示，檢查電瓶溫度指示正常，飛機(jī)電瓶超溫警告均正常。

工程系統(tǒng)人員分析本次故障的機(jī)理，認(rèn)為電瓶18號(hào)單元格突發(fā)擊穿現(xiàn)象，電解液滲漏產(chǎn)生大量電解析出氣體，短時(shí)間無法通過通氣管路排出，在電瓶?jī)?nèi)部聚集產(chǎn)生氣體高壓將電瓶外殼擠壓變形。大部分熱量被汽化帶走，而其他單元格均無超溫情況的發(fā)生，溫度傳感器距離18號(hào)單元格較遠(yuǎn)，無法探測(cè)到18號(hào)單元格底部的溫度變化，剩余熱量不足以使電瓶的整體溫度上升到能觸發(fā)警告的狀態(tài)。電池的20個(gè)單元格以串聯(lián)的方式供電，18號(hào)單元格故障后呈短路狀態(tài)，而其他單元格均能正常供電，因此電瓶?jī)H損失1個(gè)單元格的電壓，仍能對(duì)外供電，整個(gè)電瓶容量的損失約為5%，基本滿足飛機(jī)的正常使用，且飛機(jī)運(yùn)行中是由2個(gè)發(fā)電機(jī)作為主電源供電，電瓶未表現(xiàn)出明顯的異常，所以飛機(jī)系統(tǒng)也無任何相關(guān)警告信息記錄。

目前，維修單位已完成電源系統(tǒng)檢查，更換飛機(jī)主電瓶，飛機(jī)已放行。M2的維修手冊(cè)沒有具體的電瓶超溫警告檢查測(cè)試程序和計(jì)劃性檢查項(xiàng)目，航后技術(shù)狀態(tài)檢查僅有對(duì)外部電瓶通風(fēng)口的目視檢查，沒有對(duì)電瓶本體狀態(tài)的目視檢查。電瓶?jī)?nèi)部的故障沒有明顯的先兆，外場(chǎng)維修和充電站的充放電維修工作當(dāng)前均不能預(yù)防內(nèi)部故障的發(fā)生。根據(jù)電瓶部件的維修手冊(cè)要求，電瓶?jī)?nèi)部溫度傳感器需要定期進(jìn)行電阻值測(cè)量，以確保溫度傳感器的完好性和測(cè)量精確性，測(cè)量原理是根據(jù)傳感器的溫度-電阻函數(shù)關(guān)系確定的，具體要求包括：0～5 ℃范圍內(nèi)，電阻值在144～180.4 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格；5～10 ℃范圍內(nèi)，電阻值在147.6～183.7 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格；10～15 ℃范圍內(nèi)，電阻值在150.3～187 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格；15～20 ℃范圍內(nèi)，電阻值在153～189.2 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格；20～25 ℃范圍內(nèi)，電阻值在154.8～193.6 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格；25～30 ℃范圍內(nèi)，電阻值在158.4～196.9 Ω范圍內(nèi)測(cè)試合格。

但上述要求未包含觸發(fā)電瓶超溫時(shí)的63 ℃和70 ℃兩個(gè)溫度閾值相應(yīng)區(qū)間的電阻檢查。維修人員根據(jù)實(shí)際觸發(fā)警告的狀態(tài)，設(shè)置相應(yīng)溫度，測(cè)量真實(shí)電阻已驗(yàn)證該傳感器函數(shù)關(guān)系的符合性，結(jié)果滿足飛機(jī)手冊(cè)要求[2]。

3" 維護(hù)建議

CJ1和M2具有類似的電瓶溫度檢測(cè)裝置，只是警告和溫度顯示的方式存在差異，對(duì)于飛機(jī)的運(yùn)行人員來說系統(tǒng)的作用和功能是一致的，對(duì)飛機(jī)適航安全的影響同等重要。鎳鎘電瓶對(duì)于使用中的過充電與過放電導(dǎo)致的超溫情況異常敏感，飛機(jī)對(duì)電瓶的使用限制是每小時(shí)僅允許起動(dòng)3次發(fā)動(dòng)機(jī)[5]。

第一，加強(qiáng)電瓶等主要設(shè)備的目視檢查頻率和范圍，查看電瓶本體、電插頭、電瓶通氣管路和安裝支架等是否有異常，對(duì)容易出現(xiàn)異常的電氣元件，增加檢查頻率。維修單位應(yīng)在日常維修中加強(qiáng)對(duì)電瓶外觀的檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

第二，遵循正確的測(cè)試檢查程序。嚴(yán)格按照飛機(jī)維修手冊(cè)、電瓶部件維修手冊(cè)、定檢工卡的有關(guān)要求進(jìn)行。

第三，遵循合理的故障排除程序。結(jié)合電瓶超溫監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)原理，溫度-電阻的函數(shù)關(guān)系，電瓶的充放電原理等，對(duì)故障發(fā)生的具體現(xiàn)象做出正確判斷。

第四，飛機(jī)運(yùn)行人員提高對(duì)飛機(jī)電瓶超溫監(jiān)控系統(tǒng)原理的理解。維修人員與飛行人員加強(qiáng)溝通和交流，提高相關(guān)人員的故障識(shí)別能力以保障飛行安全。

這些建議是一般性建議，具體的維護(hù)方法和步驟應(yīng)依據(jù)飛機(jī)制造商的要求并結(jié)合具體的情況來確定。

4" 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于Cessna525型飛機(jī)，CJ1和M2均具備電瓶超溫監(jiān)控和警告指示功能。電瓶超溫監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)適航性對(duì)飛機(jī)安全運(yùn)行具有重要的影響。駕駛員通過對(duì)電瓶溫度的監(jiān)控，能夠準(zhǔn)確判斷電源系統(tǒng)重要部件的狀態(tài)，從而做出相應(yīng)的操作程序。對(duì)維修人員來說，定期加強(qiáng)電瓶狀態(tài)的檢查和飛機(jī)超溫系統(tǒng)的維護(hù)是保障飛機(jī)安全的必要措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] Cessna525飛機(jī)維護(hù)手冊(cè) Airplane Maintenance Manual（Rev.30）[Z].Cessna Aircraft Company，2024.

[2] MarathonNorco航空鎳鎘電瓶操作與維護(hù)手冊(cè)MarathonNorco Operating and Maintenance Manual for Nickel-CadmiumAircraft Batteries.R17[Z]. MarathonNorco Aerospace，Inc 2019-12-6.

[3] Cessna525線路圖手冊(cè)AirplaneWirng Diagram Manual（Rev.A4）[Z].Cessna Aircraft Company，2024.

[4] 佳明G3000航線維護(hù)手冊(cè) Line Maintenance Manual Cessna M2 （Rev.4）[Z].Garmin，2021.

[5] Cessna525 M2飛機(jī)操縱手冊(cè)Cition M2 Operating Manual 525OMC-00 Cessna Aircraft Company[Z].2013.