АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ В АВИАЦИИ

Аккумуляторы - это химические источники тока, основанные на обратимых электрохимических процессах, которые многократно накапливают электрическую энергию, полученную от внешнего источника, аккумулируют ее в течение определенного времени и возвращают во внешнюю цепь по мере необходимости.

Электрохимические процессы заключаются в том, что один атом или ион активного вещества отдает электрон, а атом или ион другого вещества принимает электрон. Эти процессы происходят в пространстве, заполненном жидким электролитом. Передача электронов от одного реактива к другому возможна, если эти вещества соединены внешним проводником. Энергия разряженных веществ проявляется в виде тока, протекающего по замкнутой цепи. Во время разряда химическая энергия преобразуется в электрическую, а реагирующие вещества превращаются в продукты разряда.

В настоящее время на самолетах и вертолетах гражданской авиации используются кислотные, щелочные (никель-кадмиевые) и литий-ионные аккумуляторы (последние в настоящее время используются только в самолетах Boeing 787).

Кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторы-наиболее распространенный тип свинцово-кислотных аккумуляторов для использования в авиации. Первая свинцово-кислотная батарея, получившая практическое применение, была изобретена французским ученым Гастоном Плантом в 1859 году.

В кислотных аккумуляторах активным веществом положительного электрода является диоксид свинца PbO₂, а отрицательного-губчатый свинец Pb. Электролитом служит водный раствор сульфата H₂SO₄. Электрохимические процессы, происходящие в аккумуляторе, описываются следующим уравнением:

Рисунок 1. Конструкция кислотного аккумулятора

Из-за недостатков кислотных аккумуляторов, таких как вредная сульфатация пластин, внутреннее короткое замыкание и ускоренный саморазряд, воздушные суда гражданской авиации в последние 10–20 лет постепенно переходят на использование щелочных аккумуляторов.

Щелочные аккумуляторные батареи

В гражданской авиации России и других стран применяются никель-кадмиевые аккумуляторы, которые по своей конструкции и электрическим характеристикам сходны друг с другом. Активным веществом в положительных электродах этих аккумуляторов служат никель гидроксидные соединения; в качестве отрицательных электродов — губчатый кадмий. Электролитом является водный раствор едкого кали (КОН).

Электрохимические процессы, происходящие при разряде и заряде аккумулятора, описываются выражением:

Рисунок 2. Конструкция щелочного аккумулятора

Щелочные аккумуляторы обладают рядом преимуществ по сравнению с кислотными: они легче (на 4-5 кг), имеют большую удельную мощность, устойчивы к ударам, вибрации, коротким замыканиям, недозарядам и глубоким разрядам, могут храниться в разряженном состоянии, имеют длительный срок службы и проще в эксплуатации. Однако у них также есть недостатки, включая явление "теплового разгона" при зарядке от мощного источника постоянного тока.

В авиационной отрасли широко применяются аккумуляторные батареи. Они разделяются на аэродромные и бортовые аккумуляторные батареи, которые используются на борту летательных аппаратов. Часто они выполняют функцию буферных и аварийных источников питания. Аккумуляторы обеспечивают работу электростартеров и системы зажигания при автономном запуске авиационных двигателей, жизненно важных приборов во время полета, при неисправности генераторов, систем резервного и аварийного освещения, а также электрооборудования летательных аппаратов на земле - при проведении проверочных и регламентных работ, предварительной и предполетной подготовки. Они также используются для питания тележек, погрузчиков и другой техники для перевозки багажа и оборудования, медиа-систем, создающих звуковое оформление в салоне самолета, проигрывающих устройств для пассажиров, других видов медиа-оборудования и гаджетов, подключаемых к USB/Type-C разъемам на пассажирских креслах.

Нынешние требования к АКБ в авиации

Ученые России и других стран непрерывно работают над созданием новых перспективных аккумуляторов и улучшению характеристик существующих.

Современные аккумуляторы должны отвечать следующим требованиям:

• долгий срок службы;
• компактность;
• легкий вес;
• эффективная система предохранителей и защиты;
• пожаро- и взрывобезопасность;
• непроливаемость электролита;
• высокая удельная энергоемкость;
• способность работать при низких и/или высоких температурах, в широком диапазоне, без значительного снижения характеристик;
• ограничение мощности аккумуляторных батарей до 120 Вт·ч;
• быстрое восполнение заряда;
• экологическая безопасность.