引言

近几年来，随着扩大低空空域开放的改革和国民生活水平的不断提高，我国通用航空产业的发展取得了显著进步，越来越多的通航机场兴建和屡见不鲜的私人飞行逐渐出现在我们的生活中。为持续推进建设民航强国的重要基础，“十四五”民用航空发展规划更明确表示，将继续加大机场建设力度，扩大优质增量供给，突破航空枢纽瓶颈，预计到2025年，我国民用运输机场数量将达到270个以上，比“十三五”末期增加30个以上。由此可见，通航飞机在可预见的未来将逐渐炙手可热。

通航飞机指从事公共航空运输以外的民用航空器，主要包括直升机、小型公务机、教练机、无人机和滑翔机等。而航空电瓶作为所有通航飞机的重要部件之一，在保障飞机发动机起动、系统重要设备应急供电和航前航后短时维护电源等方面，承担了不可或缺的重要角色^[1]。其中，铅酸电瓶在通航飞机电瓶类型中占有统治地位。相较于其他如锌银电瓶、镍镉电瓶，铅酸电瓶具有极板较薄、电解液密度大、重量轻、尺寸小、起动性能好、寿命长和价格低廉等诸多优势^[2]，故其作为辅助电源被应用于大部分通航飞机上。

1 GILL航空铅酸电瓶简介

1.1 工作原理

铅酸电瓶作为一种储能部件，是一种在化学能和电能之间相互转换的装置。所谓“铅酸”是指电瓶内部的能量转化材料，即电瓶极板和电解液。“铅”指的是极板的材料，极板分为正极极板和负极极板，铅酸电瓶的正极极板通常是二氧化铅（PbO2），负极极板是绒状的纯铅（Pb）^[3]；“酸”指的是电瓶中填充的电解液材料，通常是由浓硫酸（H2SO4）和蒸馏水按一定的比例配置而成的硫酸水溶液，密度多为1.24～1.31g/cm²，具有一定的腐蚀性。

在电瓶的正负极之间接上用电负载，形成放电回路，电瓶开始放电。电瓶中硫酸与正负极极板上的铅和二氧化铅发生化学反应，生成硫酸铅和水，在此过程中，负极极板上的铅失去电子，大量的电子从负极极板流向正极极板，从而形成放电电流，电瓶内部电流由负极流向正极，负载上电流由正极流向负极。

充电过程则相反。在电瓶的正负极之间连接外界电源，在此作用下，正极极板上的硫酸铅还原成纯铅和二氧化铅，电解液中的水还原成硫酸，大量的电子从正极极板返回负极极板，从而形成充电电流，电瓶内部电流从正极流向负极，充电设备上电流由负极流向正极。如图1所示。

图1 铅酸电瓶充放电原理

随着充电过程的进行，充电电流产生越来越多的水解，电解液中硫酸的密度会越来越高，正极电势越来越高，负极电势越来越低，电瓶电压不断升高，最终达到电瓶充满状态。放电过程中，随着电解液中硫酸的反应分解，硫酸密度越来越低，电瓶的电压最终达到终止电压，则无法继续放电。

1.2 维护要求

塞斯纳C-172飞机作为世界上生产量最多、最受欢迎和最成功的通航飞机，其装机使用的GILL飞机主电瓶就是一款典型的航空铅酸电瓶。在C-172飞机从发明、生产并投产的近几十年中，其配置的铅酸电瓶始终保持着良好的安全性和优秀的产品性能。

其中，这与其科学的维护程序和严谨的维护要求密不可分。以GILL电瓶系列的G-241型号为例，其维护要求主要包含以下几个方面：

1. 1. 装机使用电瓶定期进行复充和容量测试

正常使用的装机电瓶，要求在装机12个日历月的使用期内，应每3个日历月±10天进行电瓶复充工作，每6个日历月±10天进行容量测试工作；在装机12个日历月的使用期后，应每3个日历月±10天进行容量测试。

1. 2. 不使用的电瓶定期检查和复充

不使用的电瓶应拆下送充电站存放，并每25±5天进行复充。定期检查电解液页面高度应在分离环底部，若页面高度低于极板，则应添加蒸馏水。

1. 3. 严格按技术标准和规定的工具设备进行充放电工作

按规定的电解液比重添加电解液并激活全新电瓶，按规定的充电电流和充电电压使用恒流充电器进行充电工作，按规定的放电电流使用恒流放电器进行放电工作，充电完成后按规定的负载电流测试电瓶开路电压应符合充满标准。

1. 4. 电瓶的日常维护、保养和报废

日常充放电过程中保持良好的通风环境，实时监测电瓶温度防止过热，充放电过程及结束蒸馏水的补充，完善的电瓶使用履历记录，电瓶外观保持干净清洁，故障电瓶的深度维护及报废容量不足的电瓶。

2 常见故障及使用寿命

2.1常见故障分布

航空电瓶作为一种消耗品，在经历日积月累的飞机运行使用和反复的充放电过程，随之而来的则是性能不断衰减、容量不足和各式各样的故障发生。通过对某飞行学校运行的C-172通航飞机的68个报废GILL系列G-241型号航空铅酸电瓶报废原因进行统计，如图2所示。总结分析发现，GILL航空铅酸电瓶的故障主要包含以下几个方面：

1. 容量测试不通过，电瓶容量不足

大多数为已使用较长时间的装机电瓶，进行过多次复充和容量测试，直至按维护程序进行深度维护和两次容量测试后依旧不满足容量要求，性能的衰减和设计寿命上限最终导致电瓶报废。

2. 无法继续充电或无法达到转阶段电压

按GILL航空电瓶维护要求，电瓶的恒流充电过程分为初试充电和最终充电两个阶段，两个充电阶段充电电流不同，当电瓶电压达到第一阶段电压标准时则转为第二阶段充电，直至最终充满。部分电瓶在使用一段时间后，复充过程中无法达到第一阶段电压标准，无法继续转为第二阶段充电。

3. 电瓶正负极接线柱松动、变形

电瓶的日常维护过程中包含了电瓶拆装和运输等环境，电瓶正负极接线柱受各种应力损坏自然不可避免，少量电瓶在此过程中造成了接线柱松动和变形等损伤，从而无法继续使用。

4. 无法放电等其他故障

因为制造缺陷或某些特殊原因，偶尔存在个别电瓶在充满电后无法放电、充电时电瓶电压过高和连接负载时电瓶电压过低等其他故障。

图2 某飞行学校C-172飞机GILL铅酸电瓶故障分布

通过统计分析可以看出，GILL航空铅酸电瓶的故障率处于较低水平，主要故障报废原因为达到设计寿命，容量不足而报废，占比近7成，可靠性水平较高。因为制造缺陷、运行维护和环境因素等其他原因造成的故障占3成，属于常见的故障现象。

2.2 寿命周期分析

航空电瓶作为一种消耗件和储能元件，影响其寿命周期的因素较为复杂。包括制造工艺、材料品质、维护保养、工作环境、充放电环境和设备稳定性及充放电次数等多种因素。以结果为导向，我们通过查阅以上68个报废的GILL航空铅酸电瓶的使用维护履历记录，统计每个电瓶从最初激活到最终报废这段时间作为其使用寿命，结果如3所示。

图3 GILL航空铅酸电瓶使用寿命统计

从图中看出，GILL系列的G-243铅酸电瓶在国内的环境下，86%左右的电瓶能装机使用超过1年以上，更有近30%左右的电瓶能使用超过2年。对比该电瓶厂家的推荐使用寿命2-3年，其实际使用寿命还存在一定差距。排除其他的不可控因素外，作为使用者来说，日常的电瓶维护保养工作和充放电执行标准主要影响了航空铅酸电瓶的使用寿命。

对于提高航空铅酸电瓶使用寿命的措施，需要以下注意事项：严格按厂家推荐的充放电设备和充放电标准进行电瓶复充和容量测试工作；做好电瓶的维护保养工作，保持电瓶外观干净清洁，定期检查电解液是否充足，视情添加蒸馏水，防止极板暴露在空气中造成极板快速硫化；不应使电瓶过度放电，过度放电会形成硫化晶体损坏极板；保持良好的充放电环境和电瓶使用工作环境。

3结语

通过对GILL电瓶的结构，充放电原理，日常维护保养要求，实际运用中的故障和使用寿命周期几个方面的分析，由表及里，层层递进，提出了详细的GILL航空电瓶维护要求，分析常见故障的产生原因，总结了提高寿命周期的具体措施，对于做好GILL航空铅酸电瓶的维护和管理工作具有积极意义。