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，云南 曲靖 655000)

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

第一個，補充充電過程中，參數(shù)設置完畢，開機充電，設備立即報警，顯示“充電完成”，不能進行正常充電。

第二個，鋅銀蓄電池的維護要求為:充電時間達到11小時，或有一只單體電池的電壓到2V或2.05V(不同的生產(chǎn)廠家有不同的維護要求)，但總時間不會低于9小時。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備對航空鋅銀蓄電池做檢驗充電時，單體最高電壓設為2V，在充電時間進行到2h～4h時，充電結(jié)束，但是航空鋅銀蓄電池沒有達到維護要求。

1 故障分析與討論

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

1.1 智能充放電設備工作終止條件

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

1.2 故障原因分析

打開充放電模塊的開關與操作程序檢查充電設置項:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時間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)使用維護說明書的要求，單體電壓最高充電到2.05V，當15個單體同時充到2.05V時，總電壓為30.75V，充電電流為5A，充電時間為11h，所以此參數(shù)設置正確。

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

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，將終止電壓設置為35V，開機，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，時間大約為2min～3min后，電壓不再下降，此時用萬用表檢測航空鋅銀蓄電池實際電壓為29.29V，與實際電壓相差0.09V，因此可以排除電壓誤差的可能。

3)用不同廠家生產(chǎn)的需要進行補充電航空鋅銀蓄電池做相同的充電試驗，按上述參數(shù)設置，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驗，開機充電，沒有出現(xiàn)充電結(jié)束的現(xiàn)象。

綜上所述，可以排除充放電設備的問題，應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、負極、電解液、隔膜和外殼等部分組成，共15個單體。在產(chǎn)生電流的過程中，正極、負極和電解液起主導作用。當鋅電極和氧化銀電極浸入KOH電解液時，前者具有較負的電位，成為航空鋅銀蓄電池的負極，后者具有較正的電位，成為航空鋅銀蓄電池的正極。正負極之間存在的電位差，即電動勢，這種電動勢就是航空鋅銀蓄電池產(chǎn)生電流的原動力。［4］

當航空鋅銀蓄電池兩端加以直流電，負極從充電機得到電子，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，同時消耗OH－。

在航空鋅銀蓄電池內(nèi)部，陽離子K+從正極移向負極，陰離子OH－從負極移向正極。在閉合回路中，電流從負極經(jīng)外電路流向正極，并從正極經(jīng)內(nèi)電路流向負極。在外加電壓的作用下，上述反應將繼續(xù)進行下去，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－，負極產(chǎn)生OH－，對整個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段所對應的化學反應方程式是:

由金屬銀氧化為Ag2O。開始時，反應在金屬銀與電解液的界面上進行，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，真實電流密度越來越大，故電極電位越來越高。到達B點后，電極處于鈍化狀態(tài)，電位急劇上升，達到AgO生成的電位C點時，開始按方程式:Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e進行，即由Ag2O氧化成AgO，同時，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點出現(xiàn)高峰。由于AgO的導電性比Ag2O好，故到生成AgO(C)點以后，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段是化學反應急劇變化的階段，Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e的化學反應比2Ag+2OH－=Ag2O+H2O+2e的化學反應劇烈，所以有個電壓的突變，就因為此突變的存在，導致電壓的突變，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，因此當終止電壓設置為30.75V時，開機后會出現(xiàn)充電結(jié)束的現(xiàn)象。

2 故障排除方法

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

2.1 需要進行補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，用模塊操作進行充電，參數(shù)設置為:充電電流5A，終止電壓35V，充電時間3min，單體最高電壓3V。

開機進行充電。當充電進行3min后，充電結(jié)束。此時跳過充電過程中的高峰值，然后用控制計算機進行操作，設置參數(shù)為:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時間660min，單體最高電壓2.05V。

開機進行充電，此時操作正常，不會出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

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

開機進行放電。當放電進行3min后，放電結(jié)束。然后用控制計算機進行操作，設置參數(shù)為:充電電流5A，終止電壓30.75V，充電時間660min，單體最高電壓2.05V。

開機進行充電，此時操作正常，也不會出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

2.2 檢驗充電

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。當航空鋅銀蓄電池維護說明書中要求至少有1只～2只單體電壓充電到2.05V時，采用現(xiàn)在常用的充電方法;當航空鋅銀蓄電池維護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，建議設置為兩階段充電:

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

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

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

在老式充電設備中，充電電流值設定完畢，靠維護人員去檢測總電壓、單體電壓，時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備的使用，數(shù)據(jù)的采集、傳輸都是設備自動完成，數(shù)據(jù)實時采集，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［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:航空航天大學學報，2003，(1).

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