民用飞机蓄电池选型浅析

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1、民用飞机蓄电池选型浅析魏　娟(上海飞机设计研究院，中国上海201210)【摘　要】介绍了当前民用飞机蓄电池的主要功能和类型，对比分析了镍镉蓄电池和锂离子蓄电池在功率密度、充放电特性、维护性、使用寿命、安全性、经济性以及适航性方面的差异，结果表明锂离子蓄电池在功率密度和充/放电特性方面明显占优势，而镍镉蓄电池电池由于其目前应用时间长，在维护性、寿命、安全性、经济性和适航性等方面具有优势。.jyqkiumBatteryandLithium-IonBatteryonpoaintainability，servicelife，s

2、afety，economicalefficiencyandair-IonBatteryhassuperiorpoiumBatteryispredominantinmaintainability，servicelife，safety，economicalefficiencyandairatureusage.【KeyiumBattery；Lithium-IonBattery0　引言航空蓄电池（以下简称蓄电池）是民用飞机上的应急电源和辅助备用电源，其主要功能是：1）在飞机主发电机和应急发电机不能供电时，向保证飞机安全飞行必需

3、的关键设备供电；2）作为起动飞机主发动机或辅助发动机的起动电源；3）航前、航后短时维护用电源。随着民航业的发展，蓄电池在民用飞机安全飞行中起着至关重要的作用，越来越引起人们的关注。由于不同类型的蓄电池电气性能和使用条件不同，故在民用飞机设计初期时就应结合飞机要求，给予蓄电池选型充分的重视和考虑。1　不同类型蓄电池特点和应用概述目前，民用飞机上选用的蓄电池产品主要有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池以及锂离子蓄电池等。铅酸蓄电池负极为铅，正极为二氧化铅，电解质为硫酸。其使用历史久，但功率密度低，自放电较大，可能有漏液和酸雾产生，应用

4、逐渐减少，只在小型飞机或低能量需求时使用（例如飞控蓄电池）；免维护铅酸蓄电池（也即阀控式蓄电池）对传统铅酸蓄电池进行了改进，在使用中不需要添加水，并改善了传统蓄电池的缺点，但仍在低温性能和大电流放电能力方面欠缺，因此应用仍不广泛。镍镉蓄电池负极为镉，正极为氧化镍，电解质为氢氧化钾水溶液。其技术成熟，可靠性和安全性较高，作为主要的急用电源应用于目前的绝大多数民用飞机上，应用面广泛。锂离子蓄电池负极是碳（石墨），正极是氧化锂钴等，采用有机电解质。近年来作为新技术发展迅速，已被应用于很多工业领域。由于不含镉、铅、汞等对环境有

5、污染的元素，锂离子蓄电池现在是一个快速成长中的“绿色”电池系统，凭借其额定电压高，功率密度大的突出优点，也逐步地引起了民用飞机领域的关注，并已作为主蓄电池应用于最新的B787和A350上。但因B787于2013年初相继出现的锂离子蓄电池过热失火问题导致飞机停飞整改，也使人们意识到其安全性问题不容小觑。本文主要对镍镉蓄电池和锂离子蓄电池两种类型的航空蓄电池主要电气性能进行比较和分析。2　镍镉蓄电池和锂离子蓄电池对比分析锂离子蓄电池和镍镉蓄电池虽然都可作为主蓄电池应用于民用飞机电源系统，但在功率密度与能量密度、充放电特性、

6、适航性、维护贮存，安全性以及经济性方面有较大区别。2.1　功率密度与能量密度相比于锂离子蓄电池，镍镉蓄电池的功率密度(单位重量电池放电时功率输出能力)较低。锂离子蓄电池重量更轻，其每千克功率近似是镍镉蓄电池的2倍。两类蓄电池功率密度对比的数据参见表1。锂离子蓄电池能量密度(单位重量电池所储存的能量)较大，平均输出电压高。表2是法国Saft公司生产的ULM505CH镍镉蓄电池和日本GSYuassa汤浅综合电池管理系统公司生产的3种锂离子蓄电池的对比数据。由表2可见，锂离子蓄电池的能量密度大大高于镍镉蓄电池，其中锂钴电池数

7、据较完整，可以看出各项能量密度均很大。2.2　充/放电特性相比于镍镉蓄电池，锂离子蓄电池有较高的充放电率，适用于高密度需求的场合。3类锂离子蓄电池有如下充放电性能，参数对比见表3。１）锂钴氧为正极的锂离子蓄电池具有开路电压高，循环寿命长，能快速充放电等优点，但安全性差；2）锂镍氧较锂钴氧价格低廉，性能与锂钴氧相当，具有较优秀的嵌锂性能（当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越

8、高。同样，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高），即充放电率高，但制备困难；3）锂锰氧价格更为低廉，制备相对容易，而且其耐过充安全性能好，但其嵌锂容量低，并且充放电时尖晶石结构不稳定易使蓄电池性能不稳。由表3可见，锂离子蓄电池自放电小，每月在10%以下。工作温度范围宽为-2