航空蓄电池组端子熔融故障的分析与改进.pdf
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1、Chinese LABAT Man蓄 电 池2024 No.2 Vol.6192收稿日期:2023-11-29航空蓄电池组端子熔融故障的分析与改进李志豪(中航西安飞机工业集团股份有限公司,陕西 西安 710089)摘要:某型航空蓄电池组在地面起动辅助动力装置期间出现端子熔融的严重故障。根据故障现象,使用维护状况和基本电路原理列举故障树,并且采取理论分析和试验验证结合的方式对底事件逐一排查。排查结果表明,蓄电池组存在缺乏防松措施,没有紧固力矩要求,标准件选用不严格的问题,无法应对长期振动环境。根据排查结果对使用维护和安装形式进行了优化改进。振动试验和放电试验结果表明,改进措施合理有效。关键词:航
2、空;蓄电池组;端子;熔融;防松措施;紧固力矩;振动环境;阻抗中图分类号:TM 912.9文献标识码:B文章编号:1006-0847(2024)02-92-05Analysis and improvement of terminal melting fault of aviation battery packLI Zhihao(Avic Xian Aircraft Industry Group Company Ltd.,Xian Shaanxi 710089,China)Abstract:Terminal melting of a certain type of aviation battery
3、 occurred during the ground starting auxiliary power unit.According to the fault phenomenon,the maintenance status and basic circuit principle are used to list the fault tree,and the bottom events are investigated one by one by combining theoretical analysis and test verification.The investigation r
4、esults show that the battery pack has the problems of lack of anti-loosening measures,no tightening torque requirements,and not strict selection of standard parts,which can not cope with long-term vibration environment.According to the investigation results,the use,maintenance and installation forms
5、 were optimized and improved.The results of vibration test and discharge test show that the improved measures are reasonable and effective.Keywords:aviation;battery pack;terminal;melting;anti-loosening measure;tightening torque;vibration environment;impedance0 引言航空蓄电池组是飞机应急电源系统的核心设备。飞机在无地面电源条件的机场开车、
6、起飞时,需要使用航空蓄电池组起动辅助动力装置。飞机在飞行状态下出现一次电源和二次电源失效情况时,航空蓄电池组需要在特定条件下起动辅助动力装置1,保证飞机具备操纵、着陆、指示和通讯等能力。飞机在飞行状态下出现一次电源、二次电源失效且辅助电源起动失败或工作异常情况时,航空交流与探讨2024 No.2 Vol.6193蓄电池组需具备向飞机应急通讯设备、应急仪表和安全着陆所必须的设备供电的能力。随着航空飞机向着智能化、多电化发展,电力电子设备在飞机起动、操纵、液压、燃油、环控、通讯、指示、照明等方方面面得到广泛的应用并发挥着重要作用,所以飞机电源系统的稳定性、可靠性与余度供电能力愈加重要。航空蓄电池组
7、作为现代飞机电力电子设备电源供给的最后一道屏障,需要在飞机全寿命周期保持良好的储能能力和可靠的供电能力。目前,行业内对航空蓄电池组的研究侧重于健康管理2-4、能量密度提升5-7和充电技术8等方面,而对于航空蓄电池的故障模式、故障影响、故障排查改进重视不足。范红军等人基于实际使用维护经验,对航空蓄电池组的充电后容量下降、单体电池内部短路、充电电压过高及极性反制等故障进行了分析与判断9,但未考虑航空蓄电池组接线端子熔融的故障模式及分析排查。针对航空蓄电池组端子熔融故障,从电池状态、维护工作、使用环境等方面进行深度分析,开展充放电试验、振动试验、理化分析,明确故障原因,制定改进措施,在航空蓄电池组的
8、安装设计、使用维护方面具有指导意义。1 航空蓄电池组端子熔融故障概况使用航空蓄电池组在地面起动辅助动力装置时,辅助电源不建压,而且机载设备集体掉电。经过排查发现,航空蓄电池组部位出现异常。拆解检查后发现,蓄电池组正极接线端子出现烧蚀熔融现象(见图 1)。2 端子熔融故障模态梳理蓄电池组端子材料为金属铅。铅的熔化温度为 327。蓄电池组在充、放电过程中会持续产生热量,而热量的积累会造成端子温度升高10。当端子温度超过端子材料熔化温度时,就出现了端子熔融现象。依据电路热量积累公式 Q=0.24I2RT,并且根据相关变量及影响因素列举故障树(见图 2)。3 端子熔融故障分析排查对故障树底事件进行梳理
9、的结果是:涉及机上因素的底事件有蓄电池过载使用、机上短路或长时间充/放电;涉及蓄电池组因素的底事件有蓄电池短路、端面工艺问题;涉及综合因素的底事件有绝缘性异物污染、振动导致螺母松脱、维护安装不当。3.1 机上排查根据机上使用流程,蓄电池组供电时机为起动辅助动力装置时,且放电持续时间约为 30 s。在辅助动力装置,完成起动后,可为蓄电池组充电。充电电流和时间均取决于蓄电池组耗损情况。一般充电时间在 3 min 左右。故障发生时,航空蓄电池组处于起动辅助动力装置初期,且放电时间小于 30 s,所以,不存在充电条件。经排查,蓄电池组外部接线牢固,无烧蚀烧伤现象。相关接触器表面光洁,且触点接通断开正常
10、。相关配电盒内保险丝、接线柱完好。为验证蓄电池组在机上的使用工况,进一步排查机上短路风图 1 蓄电池组端子熔融外观图 2 蓄电池组端子熔融故障树Chinese LABAT Man蓄 电 池2024 No.2 Vol.6194险。为故障飞机更换蓄电池组后,开展两次起动辅助动力装置测试,试验数据见表 1:测试表明,蓄电池组起动辅助动力装置时的放电电流及持续时间均远小于蓄电池组指标。注:该航空蓄电池组冷起动性能要求为,以 350 A 电流放电 3.5 min。因此,能够排除蓄电池过载使用、机上短路和长时间充/放电的因素。3.2 蓄电池组排查针对故障蓄电池组测量单体电池电压,进行容量检测及充放电试验。
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