ЭО ЛА 02: Авиационные аккумуляторные батареи / ЭО ЛА 2.doc

ТЕМА №2.

"Авиационные Аккумуляторные Батареи".

ЗАНЯТИЕ № 1

"Принцип работы аккумуляторов".

Содержание:

1. Классификация химических источников тока.

2. Основные элементы и характеристики авиационных аккумуляторов

3. Типы, принцип работы и основные характкристики свинцовых аккумуляторных батарей.

Литература:

1. Л.В.Бокмицкий "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов"

2. А.А.Лебедев "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов"; стр. 20-29, 44-48.

3. М.М.Красношапка "Электроснабжение Л.А."

4. Брускин, Синдеев "Электроснабжение лететельных аппаратов"; стр. 18-30, 33-37.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА.

Химическими источниками тока называются устройства, в которых энергия активных химических веществ непосредственно преобразуется в электрическую энергию.

По характеру работы ХИТ делятся на:

 - аккумуляторы;

 - гальванические элементы;

 - топливные элементы.

Аккумуляторы - такие ХИТ, действие которых основано на использовании обратимых электрохимических систем.

Гальванические элементы - такие ХИТ, действие которых основано на использовании необратимых электрохимических систем.

Топливные элементы - такие ХИТ, в которых электрическая энергия образуется на электродах за счет химической реакции между топливом и окислителем, непрерывно поступающим извне к электродам.

В авиации наибольшее применение нашли аккумуляторные батареи. Они классифицируются по назначению и типу электрохимической системы.

По назначению аккумуляторы делятся на:

 - бортовые;

 - аэродромные.

Бортовые аккумуляторные батареи (далее АБ) используются для обеспечения эл.энергией наиболее важных потребителей при отказе генератора и для автономного запуска АД.

Аэродромные АБ используются для проверки работоспособности потребителей и запуска АД на земле. В настоящее время, как правило, они устанавливаются на АПА и работают совместно с генератором.

По типу электрохимической системы аккумуляторы делятся на:

 - кислотные (свинцовые);

 - щелочные (серебрянно-цинковые и никель-кадмиевые).

Гальванические элементы находят применение на ЛА одноразового действия.

2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

АВИАЦИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

 

Аккумулятор представляет собой сосуд (1) из электроизоляционного материала, в котором размещается эл.химическая система: электроды (2) и электролит (3).

В аккумуляторах, применяемых в настоящее время используются 3 типа электрохимических систем:

 - свинцовые аккумуляторы;

 - серебрянно-цинковые аккумуляторы;

 - никель-кадмиевые аккумуляторы.

Здесь слева указан состав активного вещества положительных электродов, справа - отрицательных электродов, а между ними электролит. Разность потенциалов между электродами образуется вследствие того, что при погружении металлического электрода в электролит происходит растворение металла. При этом атом перешедшего в электролит металла теряет некоторое количество электронов и превращается в положительный ион. В связи с тем, что электроны атомов, вышедших из металла остались на электроде, а электролит пополнился положительными ионами металла, электрод приобретает отрицательный заряд, а прилегающий к электроду слой электролита - положительный. Окислы некоторых металлов по отношению к электролиту могут приобретать положительный потенциал, т.к. на нем оседают положительные ионы, поступающие из электролита. Электрод при этом заряжается положительно, а пограничный слой электролита - отрицательно. В результате между электродами возникает ЭДС:

Основными характеристиками аккумуляторов являются:

·      ЭДС,

·      напряжение,

·      внутреннее сопротивление,

·      емкость,

·      удельная емкость,

·      удельная энергия,

·      отдача по емкости,

·      отдача по энергии,

·      саморазряд,

·      срок службы и др.

1). ЭДС - разность потенциалов между электродами при разомкнутой внешней цепи. ЭДС зависит от типа электрохимической системы, конструктивного выполнения электродов и не зависит от количества активных масс.

2). Напряжение - разность потенциалов при замкнутой внешней цепи. Различают напряжение заряда и напряжение разряда аккумулятора:

3). Внутреннее сопротивление - сумма омических сопротивлений электролита, материала электродов, и пограничного слоя между поверхностью электродов и электролитом:

4). Емкость - количество электричества, отдаваемое аккумулятором при разряде его до определенного минимального напряжения. Измеряется в амперчасах и определяется формулой:

 где: - Iр - ток разряда;

 - t - время разряда.

Емкость зависит от типа электрохимической системы, количества активных веществ, величины разрядного тока и температуры электролита.

5). Удельная емкость - отношение отдаваемой емкости Qр к массе аккумулятора:

6). Удельная энергия - отношение отдаваемой аккумулятором энергии к его массе:

7). Отдача по емкости:

8). Отдача по энергии:

9). Саморазряд - потеря емкости при разомкнутой цепи. Саморазряд происходит из-за протекания токов, вызванных разностью потенциалов между электродами и электролитом, загрязнением электролита и повышением его температуры, а также при загрязнении поверхности между выводными клеммами аккумуляторов.

10). Срок службы исчисляется или в циклах заряд-разряд или в годах (месяцах), в течение которых аккумулятор отдает предусмотренную инструкцией по эксплуатации и НИАО-90 емкость.

3. ТИПЫ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТКРИСТИКИ

СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ.

В настоящее время находят применение следующие основные типы свинцовых АБ:

12-САМ-28, 12-САМ-55, 12-АСАМ-23, 12-АО-50, 12-АСА-145.

В условных обозначениях : первые две цифры - количество аккумуляторов в батарее, соединенных последовательно; последние - емкость в амперчасах.

 - САМ - стартерная, авиационная, моноблочная;

 - АСАМ - авиационная, стартерная, с абсорбированным электролитом (впитанным в активную массу электродов) , моноблочная;

 - АО - аэродромного обслуживания;

 - АСА - аэродромная, стартерная, авиационная.

Тип	Напряжение	Напряжение	Ток,	Ток,	Вес,	Высотность,
	батареи, В	аккумулятора, В	А	А	кг	км
12-САМ-28	24	1,7	750	750	28,5	17
12-САМ-55	24	1,7	1500	1500	29	18
12-АСАМ-23	24	1,7	800	800	31	35
12-АО-50	24	1,7	360	360	54	----
12-АСА-145	24	1,75	1500	1500	180	----

Примечание: в таблице дано напряжение аккумулятора в конце разряда его 5-ти часовым током.

Положительный электрод в заряженном состоянии по отношению к электролиту с плотностью j = 1,265 г/см³ имеет потенциал 1,65 В.

Отрицательный электрод имеет потенциал - 0,4 В.

Т.е. ЭДС аккумулятора: E = 1,65 + 0,4 = 2,05 В.

Электрическая реакция в системе протекает согласно следующего уравнения:

Из уравнения видно, что при разряде на электродах образуется сульфат свинца, а плотность электролита понижается.

При заряде активное вещество электродов восстанавливается, а плотность электролита повышается.

ЭДС свинцового аккумулятора в основном зависит от плотности и температуры электролита. Т.к. зависимость E=f(t) незначительна, то величину ЭДС можно определить по формуле:

 E = 0,84 + j

 где j - плотность электролита, равная при тепературе 25 градусов Цельсия 1,265 - 1,275 г/см³.

По величине ЭДС свинцового аккумулятора нельзя судить о степени его заряженности.

Напряжение U отличается от ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора и равно:

 - при заряде : Uак = Eак + Iз*Rвн;

 - при разряде: Uак = Eак - Iр*Rвн.

Напряжение при заряде и разряде не остается постоянным.

По его величине можно судить о степени заряженности аккумулятора.

Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от плотности и температуры электролита. Зависимость удельного сопротивления от температуры определяется равенством:

 где: - удельное сопротивление при t = 25 град. Цельсия;

 - температурный коэффициент сопротивления;

 - температура электролита при замере.

Внутреннее сопротивление увеличивается при разряде, понижении температуры. Для заряженных АБ 12-САМ-28 оно равно:

 Rвн = 0,002 Ом.

Емкость определяется при разряде номинальным током до минимального напряжения, как произведение тока разряда на время разряда, т.е.:

Для свинцовых АБ : емкость должна быть не менее 75% от номинальной; отдача по емкости - 80-85%; отдача по энергии - 65-75%; саморазряд - не более 1% от номинальной емкости за сутки; срок службы - по состоянию (Q > 75% Qном).

ЗАНЯТИЕ №2.

"Эксплуатация свинцовых аккумуляторов"

Содержание:

1. Неисправности свинцовых аккумуляторов.

2. Виды зарядов свинцовых аккумуляторов.

3. Правила эксплуатации свинцовых аккумуляторов.

Литература:

1. А.А.Лебедев "Автоматическое и электрическое оборудование ЛА"; стр. 37-40.

2. М.М.Красношапка " Электроснабжение ЛА ".

1. НЕИСПРАВНОСТИ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ.

Неисправности аккумуляторных батарей бывают:

 - внешние;

 - внутренние.

К внешним неисправностям относятся:

 - трещины моноблока;

 - поломка или ослабление выводных клемм;

 - трещины и оплавление мастики;

 - поломка или засорение рабочих пробок.

К внутренним неисправностям относятся:

 - вредная (крупнокристаллическая) сульфатация пластин;

 - короткое замыкание;

 - изменение полярности (переполюсовка);

 - ускоренный саморазряд;

 - обрыв электрической цепи;

 - слипание пластин с сепараторами;

 - повышенный износ пластин и др.

 1). Вредная сульфатация пластин:

 Возникает в результате перехода мелкокристаллического сульфата свинца, получавшегося при разряде в крупнокристаллический,который при последующих зарядах АБ растворяется крайне плохо, и поэтому активная масса пластин восстанавливается не полностью.

Причинами появления вредной сульфатации являются:

 - хранение батарей в разряженном или полуразряженном состоянии;

 - систематические недозаряды и глубокие разряды;

 - несистематическое проведение глубоких зарядов и КТЦ;

 - пониженный уровень и повышенная плотность электролита.

Признаки вредной сульфатации:

 - повышенное напряжение в начале заряда и пониженное в конце заряда;

 - медленное повышение плотности электролита при заряде;

 - быстрое повышение температуры электролита при заряде;

 - преждевременное начало газовыделения при заряде из-за гидролиза воды, вызванного повышенным напряжением на аккумуляторе;

 - резкое падение напряжения, пониженная емкость при разряде;

Сульфатация акумулятора устраняется проведением процесса десульфатации:

 - вылить электролит;

 - залить дистиллированную воду;

 - залить новый электролит;

 - заряд током второй ступени.

 Если плотность электролита будет повышаться, то данные меры достигли цели.

 2). Короткое замыкание аккумулятора:

Наблюдается при соединении пластин разной полярности между собой в результате повреждения, износа или сдвига сепараторов, накопления шлама на дне сосуда или попадания в аккумулятор посторонних токопроводящих примесей.

Признаки короткого замыкания:

 - при заряде плотность электролита почти не повышается;

 - температура при заряде значительно выше, чем у исправных аккумуляторов;

 - после заряда происходит быстрая потеря емкости.

 3). Изменение полярности (переполюсовка):

 Вызывается неправильным подключением батарей или отдельных аккумуляторов в зарядную цепь. Батарея, аккумуляторы вначале полностью разряжаются, а затем заряжаются, изменяя свою полярность.

Переполюсовка устраняется проведением двух-трех КТЦ, при этом срок службы АБ значительно снижается.

 4). Ускоренный саморазряд:

Происходит из-за наличия на поверхности АБ следов электролита, а также из-за загрязнения электролита примесями с содержанием железа, меди, серебра, мышьяка.

Характерные признаки:

 - быстрая потеря емкости;

 - уменьшение напряжения АБ и плотности электролита при бездействии батареи.

Для устранения саморазряда необходимо промыть АБ дистиллированной водой,затем залить свежим электролитом. Поверхность АБ протереть чистой ветошью, смоченной в растворе соды или нашатырного спирта.

 5). Слипание пластин с сепараторами:

Происходит при хранении АБ без электролита в разряженном состоянии в том случае, когда нарушаются следующие правила хранения:

 - когда АБ перед установкой на хранение разряжались до напряжения ниже 1,7 В (на одном аккумуляторе);

 - аккумуляторы не были герметично закрыты пробками при хранении;

 - АБ хранились при температуре выше 30 градусов Цельсия.

 6). Повышенный износ пластин:

Происходит при систематических зарядах АБ большими токами при повышенной температуре электролита ( свыше 45° Цельсия ), что приводит к обильному газовыделению, вызывающему разрушение активной массы пластин.

Восстановить работоспособность таких АБ невозможно.

2. ВИДЫ ЗАРЯДОВ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ.

Виды зарядов свинцовых АБ:

 - нормальный заряд;

 - глубокий заряд;

 - контрольно-тренировочный цикл (КТЦ);

 - ввод в строй новых АБ.

При проведении любого из перечисленных видов заряда необходимо следить, чтобы поверхность батарей была сухой, а температура электролита не превышала 35-40 гр.Цельсия. Во время заряда необходимо следить за величиной зарядного тока.

У АБ типа АСАМ после охлаждения электролита по окончании заряда свободный электролит удаляется опрокидыванием АБ на время 10-15 минут.

 1). Нормальный заряд:

Сообщяется батареям, находящимся в эксплуатации,а также батареям, после проведения КТЦ.

Если при этом АБ разряжена более чем на 40%, то она заряжается в две ступени. При разряде АБ менее, чем на 40% она ставится на заряд током 2-й ступени.

При нормальном заряде АБ 12-САМ-28 и 12-АСАМ-23:

 - ток 1-й ступени заряда - 4 А, до напряжения на одном аккумуляторе 2,38-2,42 В;

 - ток 2-й ступени заряда - 2 А, до получения признаков конца заряда. Ими являются постоянство напряжения и плотности электролита в последние 2 часа заряда.

Заряд АБ можно производить одиночно или группами, учитывая, что напряжение на одну АБ должно быть 33-34 В. Если, например, напряжение источника равно 70 В, то в одну зарядную цепь можно включить последовательно не более 2-х АБ (2*34 = 68). Излишек напряжения 70 - 68 = 2 В должен гаситься реостатом. При последовательном включении АБ в группе ток заряда их одинаков, поэтому АБ должны быть одного типа.

 2). Глубокий заряд:

Проводится для предотвращения сульфатации АБ. Т.к. на самолете АБ не может полностью зарядиться (Uборт.сети = 28,5 В), то рекомендуется один раз в месяц проводить глубокие заряды.

Глубокий заряд:

 - нормальный заряд;

 - перерыв для охлаждения до t = 20-25 гр.Цельсия;

 - заряд током 2-й ступени в течении не менее 2-х часов.

Если плотность электролита и напряжение не увеличиваются, то глубокий заряд считается законченным. Общая продолжительность глубокого заряда определяется из расчета сообщения АБ емкости, равной 150% от номинальной.

 3). КТЦ:

Проводятся для предотвращения сульфатации АБ и определения их фактической емкости. Они проводятся каждые 3 месяца эксплуатации.

КТЦ:

 - глубокий заряд;

 - разряд током 5-ти часового разряда до U = 1,7 В на одном из аккумуляторов батареи;

 - нормальный заряд.

Перед включением АБ на разряд устанавливают нормальный уровень и температуру (20-25 гр .Цельсия) электролита. При разряде нормальный разрядный ток ( 5,6 А для 12-САМ-28 и 5,0 А для 12-АСАМ-23) поддерживается постоянным.

 4). Ввод в строй новых АБ:

Авиационные АБ выпускаются:

 - сухозаряженные;

 - "сухие" разряженные.

Сухозаряженные АБ способны долгое время сохранять полученный ими заряд. Это достигается тем, что заряженные в процессе формирования пластины сушат в инертной среде при высокой температуре, после чего во избежании проникновения влаги и воздуха в аккумуляторы, их закрывают глухими пробками.