智能充放电设备给航空锌银蓄电池充电的故障分析

孟维艳，吕永超，陈卫华

(1.航空四站装备修理厂，河北 石家庄 050071;2.95418部队，云南 曲靖 655000)

某部在用智能充放电设备给航空锌银蓄电池进行充电的维护过程中，出现以下两个问题:

第一个，补充充电过程中，参数设置完毕，开机充电，设备立即报警，显示“充电完成”，不能进行正常充电。

第二个，锌银蓄电池的维护要求为:充电时间达到11小时，或有一只单体电池的电压到2V或2.05V(不同的生产厂家有不同的维护要求)，但总时间不会低于9小时。由于有的航空锌银蓄电池生产厂家要求充电过程中，单体电压最高到2V，因此用智能充放电设备对航空锌银蓄电池做检验充电时，单体最高电压设为2V，在充电时间进行到2h～4h时，充电结束，但是航空锌银蓄电池没有达到维护要求。

1 故障分析与讨论

针对以上两个问题，经过多方调查了解，此现象确实存在。因此多次做试验，并仔细查找资料，找出故障原因及解决方案。［1］

1.1 智能充放电设备工作终止条件

充放电设备在航空锌银蓄电池最高终止电压、充电时间、单体最高电压任一条件先满足时，充电结束。

1.2 故障原因分析

打开充放电模块的开关与操作程序检查充电设置项:充电电流5A，终止电压30.75V，充电时间660分，单体最高电压2.05V。

航空锌银蓄电池由15节单体组成，根据使用维护说明书的要求，单体电压最高充电到2.05V，当15个单体同时充到2.05V时，总电压为30.75V，充电电流为5A，充电时间为11h，所以此参数设置正确。

查看充电记录，控制计算机的航空锌银蓄电池电压显示33.6V，高于设置的终止电压30.75V，因此充电终止。此现象产生的原因有三个:一是实际充电电流过大，导致充电电压瞬间过高;二是充电机的显示电压与航空锌银蓄电池的实际电压不符;三是航空锌银蓄电池的实际电压过高。［2－3］根据以上三个原因做以下排查:

1)打开充电位后盖，在航空锌银蓄电池接线柱处断开航空锌银蓄电池连接线的正极，在充电回路中串联75mV/50A的分流器，将终止电压设置为35V，开机，用万用表mV档检测分流器的采样电压为7.58mV，换算成电流为:

50 ×7.58 ÷75=5.05A

在误差范围之内，排除电流误差的可能。

2)在开机过程中，用万用表检测充电电压值，由33.6V慢慢下降至29.2V，时间大约为2min～3min后，电压不再下降，此时用万用表检测航空锌银蓄电池实际电压为29.29V，与实际电压相差0.09V，因此可以排除电压误差的可能。

3)用不同厂家生产的需要进行补充电航空锌银蓄电池做相同的充电试验，按上述参数设置，均出现此现象。

4)用做过容量平衡的航空锌银蓄电池，即用放电电压到20V的航空锌银蓄电池做相同的实验，开机充电，没有出现充电结束的现象。

综上所述，可以排除充放电设备的问题，应该是航空锌银蓄电池的原因引起此现象。航空锌银蓄电池是由正极、负极、电解液、隔膜和外壳等部分组成，共15个单体。在产生电流的过程中，正极、负极和电解液起主导作用。当锌电极和氧化银电极浸入KOH电解液时，前者具有较负的电位，成为航空锌银蓄电池的负极，后者具有较正的电位，成为航空锌银蓄电池的正极。正负极之间存在的电位差，即电动势，这种电动势就是航空锌银蓄电池产生电流的原动力。［4］

当航空锌银蓄电池两端加以直流电，负极从充电机得到电子，Zn(OH)2或ZnO还原成Zn，并产生OH－。

或ZnO+H2O+2e=Zn+2OH－

正极失去电子，Ag氧化成Ag2O和AgO，同时消耗OH－。

在航空锌银蓄电池内部，阳离子K+从正极移向负极，阴离子OH－从负极移向正极。在闭合回路中，电流从负极经外电路流向正极，并从正极经内电路流向负极。在外加电压的作用下，上述反应将继续进行下去，直到活性物质完全转换为充电状态为止。充电过程中，正极消耗OH－，负极产生OH－，对整个航空锌银蓄电池来说，并不消耗电解液中的KOH，但由于电极释出水而电解液面升高。航空锌银蓄电池的反应为:

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

航空锌银蓄电池的氧化银电极单体充电曲线如图1示。

图1 航空锌银蓄电池的氧化银电报单体充电曲线图

曲线具有明显的阶梯状的特征，是由氧化银电极特性所决定的。AB段所对应的化学反应方程式是:

由金属银氧化为Ag2O。开始时，反应在金属银与电解液的界面上进行，随后，由于Ag2O的生成，电极表面上的Ag逐渐被Ag2O所取代，可以氧化的银表面越来越小，真实电流密度越来越大，故电极电位越来越高。到达B点后，电极处于钝化状态，电位急剧上升，达到AgO生成的电位C点时，开始按方程式:Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e进行，即由Ag2O氧化成AgO，同时，还有金属银直接生成AgO，也就是Ag+2OH－=AgO+H2O+2e。

在充电的第一电位坪阶段(AB段)，单体电压稳定在1.62V～1.64V，BC段电压急剧升高并在C点出现高峰。由于AgO的导电性比Ag2O好，故到生成AgO(C)点以后，电位稍微降低，在第二电位坪阶段CD段，主要生成AgO，电压稳定在1.92V左右。BC段是化学反应急剧变化的阶段，Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e的化学反应比2Ag+2OH－=Ag2O+H2O+2e的化学反应剧烈，所以有个电压的突变，就因为此突变的存在，导致电压的突变，致使电压从1.64V突然增加到2.0V左右，所以总电压上升到30多伏，因此当终止电压设置为30.75V时，开机后会出现充电结束的现象。

2 故障排除方法

与相关单位沟通后，确认此现象的存在是由航空锌银蓄电池的本身特性所决定的。［5］智能充放电设备为适应此航空锌银蓄电池特性，操作建议如下:

2.1 需要进行补充电的航空锌银蓄电池可以采取两种方法

1)航空锌银蓄电池放置好后，用模块操作进行充电，参数设置为:充电电流5A，终止电压35V，充电时间3min，单体最高电压3V。

开机进行充电。当充电进行3min后，充电结束。此时跳过充电过程中的高峰值，然后用控制计算机进行操作，设置参数为:充电电流5A，终止电压30.75V，充电时间660min，单体最高电压2.05V。

开机进行充电，此时操作正常，不会出现上述故障现象。

2)也可以用先放电再充电的方法，即需要进行补充电的航空锌银蓄电池，放置好后，用模块操作进行放电，参数设置为:放电电流9A，终止电压20V，放电时间3min，单体最低电压1V。

开机进行放电。当放电进行3min后，放电结束。然后用控制计算机进行操作，设置参数为:充电电流5A，终止电压30.75V，充电时间660min，单体最高电压2.05V。

开机进行充电，此时操作正常，也不会出现上述故障现象。

2.2 检验充电

根据不同生产厂家的航空锌银蓄电池，采用不同的充电方法。当航空锌银蓄电池维护说明书中要求至少有1只～2只单体电压充电到2.05V时，采用现在常用的充电方法;当航空锌银蓄电池维护说明书中要求至少有1只～2只单体电压最高充电到2.0V时，建议设置为两阶段充电:

第一阶段参数设置为:充电电流5A，终止电压30.75V，充电时间 300min，单体最高电压 2.05V。在此阶段，由于在充电的BC阶段，化学反应从2Ag+2OH－=Ag2O+H2O+2e到Ag2O+2OH－=2AgO+H2O+2e的急剧变化，导致电压的急剧升高，单体电压大于等于2.0V，因此充电进行到2h～4h时，不会出现充电结束的现象，所以建议将单体电压设置为2.05V。

时间进行到5h后，避开充电的高峰值，然后进入第二阶段充电，参数设置为:充电电流5A，终止电压30V，充电时间360min，单体最高电压2V。此阶段将单体电压设为2V，符合航空锌银蓄电池的维护要求。此阶段的充电时间根据不同的生产厂家使用说明书的要求设置。

此两阶段充电不是恒流阶段充电法中的两阶段，在这两阶段充电过程中，电流是相同的，只是为了避开从Ag2O到AgO的转换时的电压高峰而采取的一种措施，充电过程是连续的。

3 结束语

在老式充电设备中，充电电流值设定完毕，靠维护人员去检测总电压、单体电压，时间也是充电员来控制的，航空锌银蓄电池的一些特性在充电中不易被发现。但是新型智能充放电设备的使用，数据的采集、传输都是设备自动完成，数据实时采集，传输速度很快，航空锌银蓄电池的特性在充电中便显露出来。

［1］黄素斌，黄卫星.浅谈航空锌银蓄电池的化成充电［J］.江苏航空，2001，(1).

［2］孟宪臣.锌银蓄电池［M］.北京:人民邮电出版社，1982.

［3］黄李斌，王立.航空蓄电池的维护［J］.江苏航空，1994，［Z1］.

［4］谢少军，陈勇.一种通用型航空蓄电池充电器研制［J］.南京:航空航天大学学报，2003，(1).

［5］林祚成.航空蓄电池智能充放电系统检控单元设计［D］.成都:电子科技大学，2010.