楊明國(guó)，林　立

（1.海軍駐712所軍事代表室；2.武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所）

鋁/氧化銀電池任務(wù)可靠度評(píng)估方法

楊明國(guó)1，林立2

（1.海軍駐712所軍事代表室；2.武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所）

鋁/氧化銀電池是一種貯備型一次電池，其系統(tǒng)復(fù)雜、制造成本高，無(wú)法進(jìn)行大量樣本的可靠性試驗(yàn)。通過(guò)建立鋁氧化銀電池的可靠性模型，結(jié)合不同部件的特點(diǎn)，選擇可靠性試驗(yàn)方法，綜合評(píng)估其任務(wù)可靠度。

鋁氧化銀電池任務(wù)可靠度評(píng)估

0　引言

鋁/氧化銀電池是一種貯備型一次電池，是現(xiàn)役水中兵器最先進(jìn)的動(dòng)力電源。鋁/氧化銀電池涉及材料、機(jī)械、流體、控制等多領(lǐng)域，系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高，且為一次性使用，無(wú)法進(jìn)行大量樣本的可靠性鑒定試驗(yàn)。本文根據(jù)鋁/氧化銀電池的可靠性模型，針對(duì)不同類(lèi)型的部件，選取對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法對(duì)其可靠度進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)鋁氧化銀電池任務(wù)可靠度的評(píng)估方法進(jìn)行了探討。

1　可靠性模型與分配

1.1可靠性模型

鋁/氧化銀電池為貯備型海水激活電池，貯備時(shí)電池堆及固體電解質(zhì)均儲(chǔ)存在密封的電池艙內(nèi)。使用時(shí)通過(guò)控制器開(kāi)啟激活閥，同時(shí)激活熱電池給電機(jī)-泵供電，將海水抽入電池艙內(nèi)，溶解固體電解質(zhì)，并激活鋁/氧化銀電池堆，給推進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力用電，儀表供電電源可將電池堆的直流電轉(zhuǎn)換成各種儀表所需的不同電壓等級(jí)的直流電。電解液在電機(jī)-泵的驅(qū)動(dòng)下在電池艙內(nèi)循環(huán)，并可根據(jù)反應(yīng)的需要控制合適的溫度和濃度[1]。

鋁/氧化銀電池的可靠性模型為串聯(lián)模型，任何一個(gè)部件失效都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成任務(wù)。根據(jù)一次電池段各部件在實(shí)航過(guò)程中的工作特性，將電池段部件分為以下幾類(lèi)：1）一次性動(dòng)作的部件，主要是熱電池、激活閥等。2）連續(xù)工作的電子和機(jī)電產(chǎn)品，控制器、儀表供電電源、電機(jī)-泵輔助系統(tǒng)。3）電化學(xué)部件：鋁氧化銀電池堆。

1.2可靠性指標(biāo)定量分配

由于鋁/氧化銀電池缺少可靠性數(shù)據(jù)，通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍?duì)影響可靠性的最重要的因素進(jìn)行打分，并對(duì)評(píng)分值進(jìn)行綜合分析而獲得各部件之間的可靠性相對(duì)比值，根據(jù)相比比值對(duì)每個(gè)部件分配可靠性指標(biāo)，從而得到熱電池、激活閥、電池堆以及所有連續(xù)工作部件的可靠度分配指標(biāo)，作為后續(xù)可靠性試驗(yàn)評(píng)估的目標(biāo)值。

2　可靠度評(píng)估方法

2.1熱電池的可靠度評(píng)估

熱電池已廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，其為成敗型產(chǎn)品，可靠性數(shù)據(jù)的獲得需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，所需樣本較多，一般宜采用承制單位使用累積數(shù)據(jù)方法進(jìn)行評(píng)估[2]。熱電池出廠時(shí)先進(jìn)行質(zhì)量一致性的A組和 B組檢驗(yàn)，然后抽樣按C組檢驗(yàn)方法作溫度和其他力學(xué)環(huán)境的放電工作檢驗(yàn)，可得到累積的樣品數(shù)n、失效數(shù)F和置信水平γ，根據(jù)GJB376-87《火工品可靠性評(píng)估方法》附錄A查表即可得到熱電池的可靠度R1數(shù)值[3]。2.2激活閥的可靠度評(píng)估

激活閥為一次性單向動(dòng)作部件，因此可以參照火工品進(jìn)行可靠性評(píng)估，按照GJB376-87附錄A，失效數(shù)F=0，由分配的可靠度和置信水平γ確定樣本量n，進(jìn)行激活閥開(kāi)啟試驗(yàn)。n次試驗(yàn)中激活閥均應(yīng)正常開(kāi)啟、無(wú)故障，則激活閥的可靠度R2滿(mǎn)足分配指標(biāo)要求。

2.3連續(xù)工作部件的可靠度評(píng)估

鋁/氧化銀電池工作時(shí)，控制器、儀表供電電源、電機(jī)-泵輔助系統(tǒng)均為連續(xù)運(yùn)行，可以根據(jù)其工作的環(huán)境條件確定適當(dāng)?shù)膽?yīng)力環(huán)境，開(kāi)展可靠性鑒定試驗(yàn)。時(shí)間以該電池從激活開(kāi)始到電池放電結(jié)束的系統(tǒng)工作時(shí)間為基準(zhǔn)?？蓪⑵淙蝿?wù)可靠度 R，轉(zhuǎn)換為平均故障間隔時(shí)間 MTBF，根據(jù)GJB899A《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》選取試驗(yàn)方案，確定無(wú)故障工作的累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間T。

例如：鋁/氧化銀電池分配的任務(wù)可靠度最低可接受值為cR，任務(wù)工作時(shí)間ct，則其平均故障間隔時(shí)間為：

采用GJB899A《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》的方案20-1，使用方風(fēng)險(xiǎn)為20%[4]，確定無(wú)故障工作的累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間，

因此按故障數(shù)為F=0進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)的時(shí)間為 T，通過(guò)該試驗(yàn)可以驗(yàn)證控制器、儀表供電電源、電機(jī)-泵輔助系統(tǒng)等所有連續(xù)運(yùn)行部件的可靠度R3。

2.4鋁/氧化銀電池堆的可靠度評(píng)估

鋁/氧化銀電池堆為一次性工作的電化學(xué)部件，產(chǎn)品制造過(guò)程要進(jìn)行大量的性能檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，其電性能符合性概率分布服從正態(tài)分布，因此電池堆電性能滿(mǎn)足指標(biāo)的概率反映了電池堆的可靠度，則有

其中μ為性能平均值，根據(jù)檢驗(yàn)電壓數(shù)據(jù)可以得到電壓的平均值。

σ為偏差，取檢驗(yàn)電壓值與平均電壓的差值得到標(biāo)準(zhǔn)差。

電壓 X高于電壓下限minU的概率即為電池本體的可靠度R4，則有

R4=P（X≥minU）=1-P（X＜minU），利用Excel中的NORMDIST函數(shù)計(jì)算出P（X＜minU），格式如下：

“=NORMDIST（minU，μ，σ，Cumulative）”其中 Cumulative：分布函數(shù)取 1，概率密度函數(shù)取0[5]。

2.5綜合評(píng)估

根據(jù)上述不同的試驗(yàn)方案，對(duì)熱電池、激活閥等一次性動(dòng)作部件的可靠度進(jìn)行驗(yàn)證，得到其可靠度 R1和 R2；通過(guò)無(wú)故障工作的累計(jì)試驗(yàn)，得到控制器、儀表供電電源、電機(jī)-泵輔助系統(tǒng)的可靠度R3；通過(guò)對(duì)電池堆檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可得到其可靠度R4。

鋁/氧化銀電池為串聯(lián)模型，其可靠度可由各部件可靠度數(shù)值得到：

3　結(jié)論

鋁/氧化銀電池系統(tǒng)復(fù)雜，無(wú)法整體進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)，為了對(duì)電池的任務(wù)可靠度進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)電池不同部件的工作特性，將其可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配，針對(duì)不同的部件采取對(duì)應(yīng)的可靠度評(píng)估方法，從而得到整個(gè)電池的可靠度數(shù)據(jù)。

[1] 蔡年生. 魚(yú)雷推進(jìn)用鋁氧化銀電池系統(tǒng)電液排放研究[J]. 船電技術(shù)，1998，(5).

[2] 侯虹，張春曉. 熱電池可靠性的設(shè)計(jì)與評(píng)估[J]. 航空兵器，2001，(2): 22-25.

[3] GJB376-87. 火工品可靠性評(píng)估方法.

[4] GJB899A-2009. 可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn).

[5] 劉亦斌. 利用 Excel的統(tǒng)計(jì)函數(shù)進(jìn)行概率運(yùn)算[J].宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28(4): 11-14.

Method for Assessment of the Mission Reliability of Al/AgO Batteries

Yang Mingguo1，Lin Li2
(1. Naval Representatives Office in 712 Research Institute，Wuhan 430064，China; 2.Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China)

Al/AgO battery is a kind of standby battery whose system is complex and cost is high that it can not carry out reliability test of a large number of samples. To solve the problem，a reliability model of Al/AgO battery is established on the basis of the characteristics of different components to assess the mission reliability of Al/AgO battery.

Al/AgO battery; mission reliability; assessment

TM911

A

1003-4862（2015）12-0034-02

2015-09-17

楊明國(guó)（1966-），碩士，高級(jí)工程師。研究方向：機(jī)電一體化。