Cessna525型飞机主电瓶超温监控原理及典型故障分析

摘" 要：Cessna525型飞机安装有Marathon Norco公司生产的航空镍镉电瓶。航空镍镉电瓶使用的环境复杂，维护要求高。电瓶作为飞机电源系统的重要部件，飞机运行中需要给重要设备提供电源。电瓶使用过程中温度的变化直接反映出电瓶的运行状态，Cessna525型飞机的电瓶温度监控系统便于驾驶人员判断电瓶部件的故障情况。

关键词：Cessna525型飞机；电瓶；超温监控；传感器；典型故障

中图分类号：V267" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）05-0155-04

Abstract： The aircraft is equipped with Marathon Norco companies producing aviation nickel-cadmium batteries. The operating environment of aviation nickel-cadmium battery is complex and has high maintenance requirements. As an important part of the aircraft power supply system， the battery needs to provide power to the important equipment during the aircraft operation. The temperature change during the use of the battery directly reflects the running state of the battery. The battery temperature monitoring system of the Cessna525 aircraft is no matter if the driver judges the fault situation of the battery parts.

Keywords： Cessna525 aircraft; battery; overtemperature monitoring; Sensor; typical faults

Cessna525型飞机，由美国赛斯纳飞行器公司生产的双发轻型涡轮风扇公务飞机，其中生产序列号525-0360至525-0599为CJ1系列飞机，525-0800之后为M2系列飞机。动力装置部件型号分别为FJ44-1A（CJ1）、FJ44-1AP（M2），由威廉姆斯公司生产；飞机主电瓶型号为Marathon Norco公司生产的ATSP-44或ATSP-280。CJ1与M2以Cessna525 M2型飞机为例，该型飞机的电源系统是一个直流电源系统。该型飞机电源系统通过一些电气部件实现了飞机电能的产生、调节、控制和指示。这些部件主要有：2台起动发电机、1个镍镉主电瓶、2个发电机控制组件、接线盒、控制电门和继电器等部件。主电瓶作为飞机电源系统的重要部件，是一款碱性大容量电瓶。该型号飞机的指示与记录系统单独设置有主电瓶超温检测与警告指示功能，用来监控电瓶使用过程中的温度，如果发生超温现象，飞机能及时向驾驶员提供必要的警告信息，其中M2飞机同CJ1飞机相比，能够实时指示电瓶温度[1]。

1" Cessna525型飞机主电瓶超温检测功能工作原理及系统组成介绍

1.1" 航空碱性电瓶充放电与温度传感器原理

Cessna525型飞机可安装ATSP-44或ATSP-280型号的镍镉碱性主电瓶，两者区别在于容量，ATSP-44型电瓶容量为44 A·h，ATSP-280型电瓶容量为28 A·h。以ATSP-280型号为例，该电瓶由20个单元电池串联组成，额定电压为25.2 V，额定容量28 A·h，电瓶状况良好的情况下，可以为飞机所有汇流条的最大负载连续供电至少10 min，如果仅为热电瓶汇流条和应急汇流条负载供电，供电时间至少30 min。

镍镉电瓶在单元格内是一个电化学反应的系统，在此系统内，氢氧化镍Ni（OH）2为正极，镉Cd为负极，氢氧化钾与蒸馏水的溶液为电解液。极板上的活性物质的氧化状态不断变化，而同时电解液浓度由于水在生成或消耗的情况下变化较小。这些活性物质不论处于何种氧化态，它们在碱性电解液（氢氧化钾）中实际上是没有消耗的，电解液的密度几乎不变，所以该电瓶电解液的寿命很长。镍镉电瓶化学方程式概况[2]如图1所示。

该电瓶作为飞机的辅助电源和应急电源，可在发动机起动前和发动机起动时为飞机提供直流电，也可以在飞机发电机不能供电时向飞机配电系统供电。内部有2组正温度系数电阻式温度传感器，用于输出电瓶温度。温度传感器的温度电阻特性如图2所示，电阻值与温度成近似的线性正比函数关系[2]。

1.2" Cessna525型飞机电瓶超温监控系统原理与组成

电瓶过度充、放电或电瓶内部损坏都可能导致电瓶超温。电瓶超温警告系统的作用是在电瓶过热、即将损坏时为飞行员提供目视警告信号。该警告系统由安装在电瓶内部的一个温度传感器，与电瓶分离安装的一个温度监控器（仅CJ1安装），以及相应的信号指示组件组成。

CJ1飞机电瓶超温警告系统设计原理图，如图3所示[3]。2组电瓶温度传感器中的第1组（A#、B#插钉对应的温度-电阻传感器）温度电信号，经过PT011（电插头）和PT010（电插头）之间的电缆进入UT003（电瓶温度监控器）中用于电瓶超温警告指示；第2组温度传感器（C#、D#插钉对应的温度-电阻传感器）可选装单独的电瓶温度指示器，用于电瓶温度指示（飞行学院的飞机目前没有选装该指示器，第2组温度传感器实际构型悬空，未向外传递温度电信号）。电瓶温度监控器根据电瓶超温时感受的温度不同，向驾驶舱警告灯板传递相应的警告信号，警告灯板电瓶超温灯亮起的同时驱动驾驶舱主警告指示灯亮起，并在驾驶舱发出电瓶超温的音响警告信息。电瓶超温信号灯被水平分为上、下2部分，如图4所示，上半部分显示的是红色“BATT O'TEMP”字样，下半部分显示的是红色“gt;160°”字样。当温度达到145？埘（63 ℃）时，上半部分“BATT O'TEMP”指示灯和飞机驾驶舱红色“MASTER WARNING”主警告灯闪亮，同时发出音响警告。当温度超过160？埘（71 ℃）时，上半部分“BATT O'TEMP”指示灯和下半部分的“＞160°”灯同时闪亮，并且，如果前面驾驶员已经复位主警告灯，“＞160°”灯闪亮又会触发主警告系统，使飞机红色主警告灯再次闪亮起来。

对于M2飞机，该型飞机安装佳明公司生产的集成型综合航电系统（G3000），电瓶超温警告系统设计原理如图5所示[3]。电瓶内部的温度传感器同CJ1飞机一样，2组电瓶温度传感器中的第1组（A#，B#插钉对应的温度-电阻传感器），经过PT011（电插头）和PT407（电插头）之间的电缆进入P701部件（GEA 71：佳明发动机数据采集组件）中，通过GEA 71组件内部的模拟信号与数字信号转换模块，将温度信号转换为电信号，GEA 71再将电瓶温度信号传输到驾驶舱MFD（多功能显示器）用于指示飞机主电瓶温度（摄氏温度）的实时显示。

M2飞机的G3000综合航电系统中，根据GEA 71提供的电瓶温度信号，当电瓶发生超温现象时，主飞行显示器（PFD）右下方将出现“BATTERY OVERTEMP”警告信息，红色主警告灯“MASTER WARNING”闪亮，并产生电瓶超温音响警告，当电瓶超温时，电瓶温度指示的数值也会出现相应颜色改变，如图6所示。M2机型的警告逻辑与CJ1有微小区别，电瓶温度在63 ℃以下，显示的数字将为绿色。在63 ℃和70 ℃之间，数字指示将变为红色，PFD右下方显示红色信息“BATTERY OVERTEMP”警告，且驾驶舱“MASTER WARNING”（主警告）亮起。如果这种情况继续存在而没有得到纠正，当电池温度达到71 ℃时，该警告会重新显示且不会消失[4]。

2" 典型主电瓶异常故障分析

某日某单位Cessna525 M2 B-1XXX号飞机，在例行更换主电瓶工作时发现装机电瓶（型号ATSP-44碱性镍铬电瓶）外壳明显变形，如图7所示。拆下故障电瓶对飞机电源系统、电瓶连接线路、电插头、电瓶安装结构、电瓶通气管路出口和飞机尾舱电瓶安装区域等详细检查，未发现异常。查询该飞机近期电源系统维修记录，未对电源系统进行排故、换件等维修工作，查询多日的机载数据卡，机载集中故障监控系统故障记录情况，未出现任何电源系统警告（如电瓶超温、电流限制器故障等），且近期飞行人员未反映电瓶使用异常。

维修人员对故障电瓶进行详细检查，电瓶开路电压25 V，打开故障电瓶，逐个检查电瓶单元格，发现第18号单元格电压为0 V，其余单元格均有电压。分解电瓶后，发现18号单元格存在击穿，电解液已泄漏，附近几个单元格未击穿，但单元格壳体已受到不同程度的影响，电瓶内部温度传感器未发现明显损伤，测量传感器电阻正常。

维修人员咨询飞机制造厂家，按照厂家建议检查飞机电瓶温度指示与警告功能，维修人员将故障电瓶原有的温度传感器安装在飞机上，使传感器感受不同温度的真实热源，对比驾驶舱MFD的温度指示，发现驾驶舱电瓶温度指示正常，在警告温度触发阈值63 ℃和71 ℃情况下，飞机电瓶超温警告系统均正常。取下温度传感器，在电瓶温度传感器插头安装专用电阻箱，分别设置不同的电阻值（170、200、210 Ω等），再次检查不同电阻条件下驾驶舱MFD的电瓶温度指示，检查电瓶温度指示正常，飞机电瓶超温警告均正常。

工程系统人员分析本次故障的机理，认为电瓶18号单元格突发击穿现象，电解液渗漏产生大量电解析出气体，短时间无法通过通气管路排出，在电瓶内部聚集产生气体高压将电瓶外壳挤压变形。大部分热量被汽化带走，而其他单元格均无超温情况的发生，温度传感器距离18号单元格较远，无法探测到18号单元格底部的温度变化，剩余热量不足以使电瓶的整体温度上升到能触发警告的状态。电池的20个单元格以串联的方式供电，18号单元格故障后呈短路状态，而其他单元格均能正常供电，因此电瓶仅损失1个单元格的电压，仍能对外供电，整个电瓶容量的损失约为5%，基本满足飞机的正常使用，且飞机运行中是由2个发电机作为主电源供电，电瓶未表现出明显的异常，所以飞机系统也无任何相关警告信息记录。

目前，维修单位已完成电源系统检查，更换飞机主电瓶，飞机已放行。M2的维修手册没有具体的电瓶超温警告检查测试程序和计划性检查项目，航后技术状态检查仅有对外部电瓶通风口的目视检查，没有对电瓶本体状态的目视检查。电瓶内部的故障没有明显的先兆，外场维修和充电站的充放电维修工作当前均不能预防内部故障的发生。根据电瓶部件的维修手册要求，电瓶内部温度传感器需要定期进行电阻值测量，以确保温度传感器的完好性和测量精确性，测量原理是根据传感器的温度-电阻函数关系确定的，具体要求包括：0～5 ℃范围内，电阻值在144～180.4 Ω范围内测试合格；5～10 ℃范围内，电阻值在147.6～183.7 Ω范围内测试合格；10～15 ℃范围内，电阻值在150.3～187 Ω范围内测试合格；15～20 ℃范围内，电阻值在153～189.2 Ω范围内测试合格；20～25 ℃范围内，电阻值在154.8～193.6 Ω范围内测试合格；25～30 ℃范围内，电阻值在158.4～196.9 Ω范围内测试合格。

但上述要求未包含触发电瓶超温时的63 ℃和70 ℃两个温度阈值相应区间的电阻检查。维修人员根据实际触发警告的状态，设置相应温度，测量真实电阻已验证该传感器函数关系的符合性，结果满足飞机手册要求[2]。

3" 维护建议

CJ1和M2具有类似的电瓶温度检测装置，只是警告和温度显示的方式存在差异，对于飞机的运行人员来说系统的作用和功能是一致的，对飞机适航安全的影响同等重要。镍镉电瓶对于使用中的过充电与过放电导致的超温情况异常敏感，飞机对电瓶的使用限制是每小时仅允许起动3次发动机[5]。

第一，加强电瓶等主要设备的目视检查频率和范围，查看电瓶本体、电插头、电瓶通气管路和安装支架等是否有异常，对容易出现异常的电气元件，增加检查频率。维修单位应在日常维修中加强对电瓶外观的检查，发现异常及时处理。

第二，遵循正确的测试检查程序。严格按照飞机维修手册、电瓶部件维修手册、定检工卡的有关要求进行。

第三，遵循合理的故障排除程序。结合电瓶超温监控系统的检测原理，温度-电阻的函数关系，电瓶的充放电原理等，对故障发生的具体现象做出正确判断。

第四，飞机运行人员提高对飞机电瓶超温监控系统原理的理解。维修人员与飞行人员加强沟通和交流，提高相关人员的故障识别能力以保障飞行安全。

这些建议是一般性建议，具体的维护方法和步骤应依据飞机制造商的要求并结合具体的情况来确定。

4" 结束语

对于Cessna525型飞机，CJ1和M2均具备电瓶超温监控和警告指示功能。电瓶超温监控系统的持续适航性对飞机安全运行具有重要的影响。驾驶员通过对电瓶温度的监控，能够准确判断电源系统重要部件的状态，从而做出相应的操作程序。对维修人员来说，定期加强电瓶状态的检查和飞机超温系统的维护是保障飞机安全的必要措施。

参考文献：

[1] Cessna525飞机维护手册 Airplane Maintenance Manual（Rev.30）[Z].Cessna Aircraft Company，2024.

[2] MarathonNorco航空镍镉电瓶操作与维护手册MarathonNorco Operating and Maintenance Manual for Nickel-CadmiumAircraft Batteries.R17[Z]. MarathonNorco Aerospace，Inc 2019-12-6.

[3] Cessna525线路图手册AirplaneWirng Diagram Manual（Rev.A4）[Z].Cessna Aircraft Company，2024.

[4] 佳明G3000航线维护手册 Line Maintenance Manual Cessna M2 （Rev.4）[Z].Garmin，2021.

[5] Cessna525 M2飞机操纵手册Cition M2 Operating Manual 525OMC-00 Cessna Aircraft Company[Z].2013.