《民航飞机电气系统（第2版）》课件 第4、5章 飞机蓄电池、飞机直流供电系统

第4章飞机蓄电池电池分类：

原电池(Primarycell)

蓄电池(Storagebattery)

燃料电池(Fuelcell）3.1航空电池一次电池，这种电池不能用充电方法使其活性物质还原，放电结束后无法再次使用，如锌锰电池和锌银电池。目前飞机飞行数据记录器的水下信标中则采用锂电池。电池分类：

原电池(Primarycell)

蓄电池(Storagebattery)

燃料电池(Fuelcell）3.1航空电池二次电池或可充电电池，在工作中其化学反应可逆，此反复充、放电，常见的有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、锌银蓄电池、锂离子电池等。电池分类：

原电池(Primarycell)

蓄电池(Storagebattery)

燃料电池(Fuelcell）3.1航空电池活性物质可以补充，且不经过“充电、储电”过程，它的活性物质在催化剂的作用下连续不断地反应，输出电能，常见的类型有：氢氧燃料电池和肼-空气燃料电池。航空蓄电池用途地面蓄电池飞机蓄电池电解液性质酸性碱性中性有机溶液镉镍蓄电池锂离子电池铅酸蓄电池航空蓄电池分类：铅(

Pb)二氧化铅(

PbO2

)3.1.1铅酸蓄电池铅酸蓄电池(Lead-AcidBattery)电解液：稀硫酸（硫酸溶液）使用范围：在螺旋桨飞机上广泛使用正负极板的电位差大概是2.1V24V电池由12个单体电池串联构成铅蓄电池的放电铅蓄电池的充电

→

放电

PbO2+2H2SO4+Pb

==

PbSO4+2H2O+PbSO4+电能

正极电解液负极←充电

正极电解液负极铅酸蓄电池工作原理放电：蓄电池正负极通过负载连接，在电动势的作用下，电路中有电流通过。充电：充电电源正极和蓄电池正极连接，负极和负极相接。电源电压大于蓄电池电动势。在放电过程中，电解液的浓度降低。在充电过程中，电解液的浓度升高。1．电动势E=0.84+d(V)铅蓄电池的主要电气特性①内电阻包括电解液电阻和电解液和电极间的过度电阻。②航空铅酸蓄电池电阻较小，一般为百分之几到千分之几欧姆。①铅酸蓄电池电动势和电解液密度有关。②d:电解液的密度比重，可通过比重计测量。③15℃时，d=1.25g/cm3，E=0.84+1.25=2.09V

。②充电：U=E+IR

放电：U=E-IR2．内电阻：3.端电压：U①蓄电池端电压U与电动势E相差一内电阻压降IR。铅酸蓄电池放电曲线A-B段：极板附近及孔隙中的电解液浓度迅速下降。电动势E下降较快。B-C段：由于扩散作用，极板孔隙中的硫酸浓度与极板外的浓度达到一定值。电动势E下降缓慢，基本保持不变。C-D段：放电快结束时，PbSO4不溶，粘着在反应板上，孔隙堵死，孔隙内硫酸浓度迅速下降。电池电动势迅速下降。D-F段：断电后，扩散作用使得极板孔隙内的硫酸浓度逐渐与外部一致。电动势回升。D点：放电终止电压，1.7V，放电不为0。铅酸蓄电池充电曲线a-b段：PbSO4浓度大，反映较快，电动势E上升较快。b-c段：反映趋于平衡状态。电动势E上升缓慢。c-d段：充电快结束时，极板上的活性物质基本被还原，电解水，负极析出氢，正极析出氧，附于电极上电极电位升高。电池电动势上升。停止充电后，氢气逸出，电极电动势下降，电动势回落到某一稳定值。d-e段：水进入电解反应后，电动势不再增加。不同放电电流的放电特性：放电电流越大，放电终止电压越低。放电电流越大，电池可用容量越小。可用容量：红：30A.h蓝：24A.h黄：16A.h温度越低，放电时间越短。温度对放电特性的影响：温度较低------电解液粘度增加------扩散能力降低------电池电动势下降------放电电压下降------放电时间减短实际容量:

蓄电池在一定工作条件下所输出的电量。额定容量:

在给定的工作条件下，由电池设计者规定或保证输出的最低电量。蓄电池的容量容量大小：放电电流乘以放电时间。容量单位：安培小时(A·h)，简称安时。影响蓄电池有效容量的因素：（1）极板大小和活性物质的多少；（2）工作状况（是否持续放电）；（3）放电条件（放电电流、放电温度等）。放电电流越大，有效容量越小。

放置不用的蓄电池的容量会随存放时间的增长而降低，这是由于自放电造成的。电解液或极板上有金属杂质或电池表面有污垢都会使自放电增加。

按规定，实有容量小于额定容量

80%

的蓄电池不准装在飞机上使用，应及时予以充电或更换。铅酸蓄电池的主要故障蓄电池根据实际需要会串联或并联使用，为了保证蓄电池具备最佳工作特性，一般情况下都采用同型号的蓄电池（或单体电池）进行串联。铅酸蓄电池的串并联

额定电压为12V，额定容量为20Ah的铅酸蓄电池。

采用图(a)的串联接法，蓄电池组的输出电压可以提高到24V，但额定容量仍为20Ah；

采用图(b)的并联接法，蓄电池组的输出电压仍为12V，但额定容量可以提高到40Ah.(a)两蓄电池串联

(b)两蓄电池并联四只12V250AH电瓶串联，得到的电压是12V×4=48V。并不能使它的输出电流增加，即它的容量是48V250AH。四只12V250AH电瓶并联，得到的电压仍染是12V。它的输出电流增加为原来的4倍，即它的容量是12V1000AH。铅(

Pb)二氧化铅(

PbO2

)12HK-28型主要性能数据：

①额定容量28

A·h；

②额定电流

2.8

A（10

h

放电率）；5.6

A（5

h

放电率）；

③额定电压24

V；

④单体电池终止电压

（额定工作情况）1.7

V；

⑤短时间（3.5

min）放电电流170

A。六、铅蓄电池的主要故障１.自放电（１）极板上或电解液中存在杂质。（２）蓄电池表面有灰尘、水分和电解液。2．极板硬化凡是加速硫酸铅再结晶或使结晶得以持续反复进行的条件，都是造成极板硬化的原因。例如：电解液温度剧烈变化，放电后不及时充电或充电不足，极板外露等。3．活性物质脱落

电解液温度过高，经常以大电流充、放电，以及蓄电池受到猛烈的撞击和震动等，都会造成极板上的活性物质脱落，使蓄电池的容量减少。七、铅蓄电池的主要技术数据及其检查方法1．放电程度及其检查方法判断铅蓄电池的放电程度的简便方法：在给蓄电池加双倍（额定）负荷的条件下，测量其放电电压。若电压低于其24V，不准装在飞机上使用，应及时充电。

2．电解液密度的测量

用测量电解液密度的方法来判断铅蓄电池的充、放电程度比较准确。电解液的密度用比重计来测量。密度和比重虽然概念不同，但它们的数值相差甚微，并且单位是一致的，测出比重，也就得知密度。

3．电解液高度的测量

电解液的高度是指液面到网状胶片的高度。测量电解液高度的方法是：将内径不小4mm的玻璃管插入蓄电池的网状胶片上，然后用食指堵住玻璃管的上端口，再取出玻璃管，量出管中液柱的高度H，即为电解液的高度。

(1)装到飞机上的蓄电池，其容量不得小于80%（75%），要定期对蓄电池进行放电检查，以判断其实有容量。(2)放电程度超过20%（25%）的蓄电池，不得继续使用，必须在8h内充电，以减轻极板硬化。(3)无论使用与否，铅蓄电池必须每月充电一次，以弥补自放电造成的容量损失，并可减轻极板的硬化。(4)不准过量放电，防止极板严重硬化。八、铅蓄电池的使用维护规则及注意事项(5)蓄电池的电压、电解液的密度和高度应符合规定。(6)保持蓄电池的清洁。(7)不得将蓄电池置于烈日下曝晒，以免沥青软化，电解液蒸发，自放电加剧。大气温度低于-15℃时，飞行后应将飞机蓄电池拆下送室内保管，并采取防寒措施。(9)搬运蓄电池时，应防止撞击和剧烈震动，以免活性物质脱落。(10)保持接线柱和连接片可靠连接，避免接线松动。(11)不可将工具或其他金属物放在蓄电池上，以免造成短路而使蓄电池损坏。(12)在充电期间蓄电池会产生氢气和氧气，因此蓄电池工作间中不允许有明火和火花，并采取足够的通风措施。(13)禁止使用锤子敲击接线柱的方法拆卸接线端子。（14）发现接线柱腐蚀时，可以使用硬鬃刷子轻轻刷掉，在接线柱和接线片表面氽凡士林防止进一步生锈。（15）当蓄电池水的损失过快时应该检查充电电流，检查单体电池是否有损坏。（16）在飞机上拆装蓄电池时，要防止硫酸泼溅，否则将对飞机造成腐蚀。(17)在对蓄电池进行操作时，如果硫酸沾到了皮肤上，要立即使用苏打水清洗，如果没有时，应该使用大量的清水冲洗。阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池(ValveRegulatedLeadAcidbattery,VRLA)分为：AGM(AbsorbedGlassMat)吸附式玻璃纤维棉电池、GEL（胶体）电池。AGM采用吸附式玻璃纤维棉作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，电池内无流动的电解液,电池可以立放工作，也可以卧放工作；胶体（GEL）电池采用SiO2作凝固剂，电解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。

早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，是需经常加酸加水维护；而阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。阀控式铅酸蓄电池

安全阀（单向阀门）是阀控电池的一个关键部件，将过压的氢气和氧气释放出蓄电池。

(1)

在使用过程中，不需要添加水、调整酸的比例;(2)

不漏液，无酸雾，无环境污染;(3)

自放电小;(4)

结构紧凑，密封良好，抗震，比能量高;(5)

不存在记忆效应;(6)使用不当时易产生热失控。VRLA电池具有以下特点：

早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，是需经常加酸加水维护；而阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。阀控式铅酸蓄电池

安全阀（单向阀门）是阀控电池的一个关键部件，将过压的氢气和氧气释放出蓄电池。

锌银蓄电池：质量体积小、能够短时大电流放电、自放电少、内电阻小，但价格高（Ag）、寿命短（氧化成AgO，粉末状易脱落，易短路）、低温性能差、使用维护要求严格等，仅在少数战斗机上装备。

镉镍蓄电池：较高可靠性，能在剧烈的冲击、加速度和压力条件下正常工作，寿命长，广泛应用于民航大中型运输飞机上。3.1.2镉镍蓄电池航空碱性蓄电池：镉粉(Cd)氢氧化镍Ni(OH)3

电解质：KOH

→

放电

2Ni(OH)3+2KOH

+Cd===2Ni(OH)2+2KOH+Cd(OH)2+电能

正极电解液负极

←充电

正极电解液负极镉镍蓄电池在充放电过程中，电解液中的氢氧化钾并无增减，故电解液的密度和液面高度几乎不变。电动势

单体镉镍蓄电池的电动势一般稳定在1.34~1.36V，基本不受电解液密度和温度的影响。内电阻

极板部分导致的内电阻随放电程度的增大而增大，充电时则相反。

电解液的电阻则与充、放电程度无关。除了随温度的升高而减小外，还受密度影响，密度1.23-1.26g/cm3时，电解液电阻值最小。电气特性镉镍蓄电池与铅酸蓄电池不同，不能采用恒压充电，因此常采用专用充电器，使其在有限的寿命中获得最长的使用时间。刚开始充电电压上升较快，化学反应进行，蓄电池电压平稳上升。温度和压力变化不大。镉镍蓄电池充电过程接近充满时电压上升较快，温度明显上升。充电电压达到最大值，蓄电池充满电。继续充电为过度充电，电压将迅速下降，蓄电池内部温度和压力急剧上升，产生热失控现象。这不但使蓄电池的容量减少，而且还会导致电池负极分子结构的改变，使其严重腐蚀并析出大量的污染物，因此必须加以控制。镉镍蓄电池放电特性：为了避免热失控对镉镍蓄电池造成损伤，温度是最为基本的监测指标。电压过热警告信号有两路，一路信号来自热敏电阻，另一路来自过热温度传感器(热动开关)，任何一路的感受温度超过相当于65℃(149°F)时，发出过热警告，过热警告灯亮。提供信号到过热警告电路。此时应断开充电电路。

根据我国适航法规的规定，镉镍蓄电池系统应该能够控制电池的充电电流，避免过量充电；设置温度传感器，并能够进行超温警告，设置蓄电池失效警告系统。爬碱爬碱是碱性蓄电池的特有现象，也是这类电池的最常发故障。在镉镍蓄电池的电解液中含有KOH、LiOH在电解液溢出后在连接片及外壳上结成白色的碱霜俗称爬碱。镉镍蓄电池常见故障：爬碱的危害造成电路金属腐蚀。爬碱碱霜腐蚀蓄电池间的连接片、导线，产生锈斑，增加接触电阻。爬碱降低了蓄电池正极侧端子对负极侧端子间的绝缘电阻，增大了蓄电池组的自放电损失。还会造成蓄电池组浮充电不足，导致其容量下降。爬碱降低了直流系统对地的绝缘电阻，严重时，甚至会引起直流系统直接接地。这类接地故障隐蔽性强，不易查找。

若用清水擦洗难以见效时，可用3%～5%的硼酸溶液清洗。爬碱严重时，应将蓄电池组退出运行，用3%～5%的硼酸溶液彻底清洗其外壳及连接片。洗掉后，连接片连接处和引出端线线头处涂凡士林，上好螺母，连接牢固后，放可投入运行。出现爬碱时的处理新的或经长期存放的蓄电池，使用前应注入电解液至液面高出极板5~12mm，静置1~2h，然后用过量充电的方法进行充电，充足后即可使用。如遇蓄电池过放电及小电流放电时，必须用过量充电的方法进行充电。每次充电前，对单体电池应补加蒸馏水，使液面稍高于极板。每使用1~15个循环，应检查并调整电解液的密度。每经一年左右，或50~100个循环，应在放电状态下更换电解液，以防止因碳酸盐含量增高而降低蓄电池的容量。倒出电解液时，应摇动蓄电池，将内部沉淀物洗出。必要时可用蒸馏水洗1~2次，并及时注入新电解液。不能使电极与壳体短接，防止短路。六、镍镉蓄电池的使用与维护为了能及时投入使用而保存的蓄电池，在充电后应拧紧气塞，并在25℃以下的温度保存。较长时间储备的蓄电池，最好在充电后带着电解液存放，以便在需要时易于充电和恢复正常容量。长途运输时为安全起见，最好将蓄电池放电后并倒出电解液，以免发生短路或漏出电解液。禁止过度放电，终止电压一般不低于1V。当蓄电池的极柱和气塞密封不严、电解液液面过高、电流过大及温度过高等时电解液会溢出，而极柱周围和槽盖上出现白色结晶粉末(即爬碱)。爬碱会导致接触电阻增加、自放电增强、绝缘强度降低，因此需使用尼龙或其它非金属刷清除。在爬碱严重时应对蓄电池的液面进行检查、调整。镍镉蓄电池使用的工具、仪表等不能与酸性电池的共用。六、镍镉蓄电池的使用与维护

锂电池通常是指以金属锂为阳极活性物质的一类化学电源的总称。3.1.3锂电池

锂电池大致可分为两类：锂金属电池（手表）、锂离子电池（手机）。优点：充电时间短无记忆效应单体电池电压高缺点：安全性相对较差电解液易燃成本高

在B787飞机上，锂电池的额定电压为28.8V，由8块额定容量为75A·h的锂电池串联而成，单体电池的额定电压为3.6V。恒压充电电压为4.2V，当充电电流降5A时，电池充满。

根据我国民航CCAR-276部法规《中国民用航空危险品运输管理规定》的要求，锂离子电池必须在电池外表面标注以“瓦特小时（W

h）”为单位的锂含量，替代原来的“安培小时（A

h）”。“安培小时（A

h）”与“瓦特小时（W

h）”的换算公式如下

：

额定能量（W

h）=电池容量（A

h）×额定电压(V)在锂电池携带、运输时也做出了如下规定：1）旅客自用的电子设备中锂金属或锂合金电池，锂含量应不超过2g；锂离子电池，额定能量应不超过100Wh，如果大于100Wh但不超过160Wh，经承运人批准后，方可携带登机，最多限带2块，超过160Wh的严禁携带。

2）旅客自用的便携式电子医疗装置中锂金属电池锂含量应不超过8g；锂离子电池额定能量不应超过160Wh；经承运人批准后，方可携带登机，限带2块。

3）对于电动轮椅或代步工具，其电池不可拆卸的，应进行托运。电动轮椅或类似的代步工具中可拆卸的锂电池，额定能量应不超过300Wh。经承运人批准后，方可将锂电池卸下携带登机。对于可卸下的轮椅用锂电池，旅客可携带1块不超过300Wh的备用电池，或2块不超过160Wh的备用电池。应通知机长。2014年4月，墨尔本机场的停机坪上，乘客登机前，一架波音737在不断冒出白烟。机长和地勤人员迅速采取行动，启动内部灭火系统，通知进入紧急状态并取消航班。火灾的源头是一个手提箱，发现了8个锂电池，其中之一明显发生了短路。2016年10月5日，美国西南航空公司发言人的话报道，该航空公司旗下一架航班号为994的客机发生火灾，起因是一部三星Note7手机冒烟起火，所幸全部乘客和机组人员及时疏散，没有造成伤亡。2013年1月7日，日本航空一架未载客的787梦幻客机在美国波士顿机场起火，飞机辅助动力装置（APU）锂离子电池充电设备故障，引起锂电池燃烧。-提供过热保护-监视电瓶状态第5章飞机直流供电系统直流发电机的电压调节U=CeΦn-IR发电机端电压发电机转速每磁极下磁通结构常数发电机电枢电阻负载电流问：如果不采取措施，在飞行中发电机的端电压能否保持恒定？

为什么？

飞机上的用电设备都要求电源有一个基本恒定的电压。

如果不做适当调节，无论是交流发电机还是直流发电机，当它们的转速或负载变化时也会引起电压相应的变化。

在一定条件下自动保持发电机端电压基本恒定的装置叫做电压调节器，简称调压器(VoltageRegulator)。一、炭片式调压器

用于中大功率飞机发电机，励磁电流可达10～15A。但炭柱损耗大，炭片易磨损，抗冲击与振动的能力差，调压精度低，动态响应慢。散热片碳片炭堆(炭柱)电磁铁固定在电磁铁上的六角弹簧(或板式控制弹簧)直流发电机+_+_炭柱并励绕组板式控制弹簧衔铁铁心线圈R调

发电机未转动时，电磁力为零，衔铁在弹簧力的作用下，将炭柱压得最紧，炭柱上承受的压力最大，因而炭柱电阻最小。炭柱压力炭柱电阻励磁电流IfR炭直流发电机+_+_炭柱并励绕组板式控制弹簧线圈R调NS衔铁铁心

发电机额定电压输出时，作用在衔铁上的炭柱压力、弹簧力和电磁力三个力互相平衡，调压器处于相对静止状态。炭片磨损或弹簧产生永久变形等情况，人工调整调压器调出的电压数值。输出额定电压励磁电流If线圈电流IR炭UN直流发电机+_+_炭柱并励绕组板式控制弹簧线圈R调NS衔铁铁心n↑或IL↓励磁电流If线圈电流IR炭U↑I↑电磁铁吸力↑UNUUN直流发电机+_+_炭柱并励绕组板式控制弹簧线圈R调NS衔铁铁心励磁电流If线圈电流IR炭U↑I↑电磁铁吸力↑衔铁下移炭柱压力↓R炭↑If↓Φ↓E↓U↓UNUn↑或IL↓调节设定值输出电压注意事项：1、炭片调压器只能相对地使发电机电压恒定，而不能绝对地将电压保持在某一数值。2、上述调节过程只有当发电机转速在正常工作范围内和发电机的负载不超过额定值时才能发生。二、晶体管电压调节器续流二极管，功率管截止时，给励磁绕组产生自感电动势，使得磁力电流平滑。功率管作为开关器件，输入一定频率的矩形脉冲波。二、晶体管电压调节器励磁电流的平均值和功率管的导通成正比，改变功率管的导通比，即可以改变励磁电流，以调节发电机电压。直流电源的并联供电并联供电的优点：可实现不中断供电，可靠性高；

个别发电机有故障并从电网上切除后，电网上的负载仍可不中断地获得电能供应，提高了供电的可靠性。系统容量大，供电质量高。

电网总容量增大，可满足大起动电流和尖峰负载的要求，在负载突变时，可减小电网电压的波动，改善供电质量。直流电源并联供电条件：电源极性和电网相同电源电压和电网电压相同两台直流发电机并联Un并联汇流条电压两台发电机并联，如果两台发电机的输出电流相等，各为负载电流的一半，则称负载分配是均衡的。负载均衡的概念

两台发电机输出电流相差过大，一台发电机输出电流超过了它的额定值，严重时甚至可能被烧坏；而另一台发电机输出电流太小，又未能充分发挥它的供电能力。负载均衡的条件两个调压器所保持的电压相等，即

U1＝U2；两台发电机的正线电阻相等，即

R+1＝R+2。负载均衡分配的条件：均衡电阻(低温度系数)：R-1＝R-2均衡线圈(匝数相同，阻值相等)I1I2VAVB

负载不均衡，若

I1>I2，则

VA＜VB，于是有电流自

B点经过

Weq2

和

Weq1

流向

A

点，产生相应的磁势。SNNSSNSNVA＜VBR炭↑R炭↓励磁电流↓励磁电流↑I1I2VAVB

负载不均衡，若

I1

<

I2，则

VA>VB，炭调均衡电路使得调节点电压

U1

↑的同时U2

↓，使负载趋于均衡。SNNSNSNSVA>VB励磁电流↑励磁电流↓R炭↓R炭↑晶体管调压器的均衡电路

发电机投入已有蓄电池的飞机直流电网时需要满足两个条件：

（1）发电机极性必须与电网极性相同；

（2）发电机电压应稍高于电网电压。发电机与蓄电池的并联运行

若电机电压低于电网电压时进行投入，则一投入就有反流，使电机断开，断开后又投入，又因反流断开，导致主干线接触器处于振荡状态，可能损坏发电机和蓄电池。直流电源的控制与保护主电源的控制应急电源的控制地面电源的控制起动发电机的控制

控制：发电机反流保护过电压与过励磁保护发电机反极性保护过载保护短路保护保护：1、反流保护反流：流入发电机的电流。1、白白地消耗蓄电池或发电机的电能；2、过大的反流还会烧坏蓄电池或发电机。反流的危害：反流切断继电器工作原理发电机输出电压低于蓄电池电压而产生反流。反流在切断继电器的串联线圈中产生于并联线圈中相反的磁场，抵消部分磁场，电磁力不足以克服弹簧力，切断继电器触点断开，避免发电机损坏。晶体管式反流保护装置低压直流电源为主电源的飞机上常采用发电机输出端串联二极管的方式限制反向电流。2、过电压与过励磁故障的保护持续过压

由故障引起,持续时间较长,危害大。如：发电机励磁电路或者调压器故障危害：用电设备损坏,蓄电池损坏,发电机过载,发热烧坏等。

瞬时过压

持续时间极短，危害较小。

如：调压出现发的过电压，卸载出现的过电压。过电压保护装置：应具有反延时特性。