葉浩亮, 陳　濤, 陳遙沛

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一種AUV鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法

葉浩亮, 陳濤, 陳遙沛

(中國(guó)人民解放軍 91388部隊(duì), 廣東湛江, 524022)

針對(duì)自主式水下航行器(AUV)鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性考核這一難題, 從厘清指標(biāo)要求出發(fā), 通過(guò)失效機(jī)理與影響分析, 確定了影響鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存性能的主要因素和主要故障統(tǒng)計(jì)項(xiàng)。提出了試驗(yàn)方案的制定方法,構(gòu)建了一套完整的鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法, 并通過(guò)工程案例演算,結(jié)果表明,該方法較好地解決了鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性考核問(wèn)題。目前該方法已獲得各相關(guān)單位認(rèn)可,并形成試驗(yàn)方案,投入到實(shí)際工程使用, 可為該電池后續(xù)試驗(yàn)提供參考。

自主式水下航行器(AUV); 鋰-亞硫酰氯電池; 儲(chǔ)存可靠性; 試驗(yàn)評(píng)估

0 引言

鋰-亞硫酰氯電池(Li/SOCl2)以下簡(jiǎn)稱鋰亞電池具有比能量高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、放電平臺(tái)電壓穩(wěn)定和易于操作、幾乎無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[1], 在水下自主航行器(autonomous undersea vehicle, AUV)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用, 常用做動(dòng)力或值更儀表的電源, 是一個(gè)關(guān)鍵組部件。

早期人們對(duì)AUV電池儲(chǔ)存可靠性未提出單獨(dú)的要求, 也未進(jìn)行過(guò)專項(xiàng)試驗(yàn)考核。鋰亞電池在小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合的優(yōu)良儲(chǔ)存性能以及大規(guī)模成組應(yīng)用案例和數(shù)據(jù)的匱乏, 造成人們對(duì)AUV鋰亞電池(通常成組規(guī)模較大)儲(chǔ)存可靠性上過(guò)于樂(lè)觀的估計(jì)。伴隨著近十多年來(lái)國(guó)內(nèi)AUV的蓬勃發(fā)展, 早期采用鋰亞電池的AUV型號(hào)在使用過(guò)程中逐漸暴露出一些問(wèn)題。例如: 經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存后, 出現(xiàn)明顯鈍化、激活時(shí)間過(guò)長(zhǎng); 電性能參數(shù)在其儲(chǔ)存壽命內(nèi)衰減至不能滿足工作要求; 長(zhǎng)期儲(chǔ)存后再使用時(shí)電池安全性變差等。這些情況對(duì)AUV的可用性、完好性造成了嚴(yán)重的直接影響。因此, 如何評(píng)估鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性是否達(dá)到訂購(gòu)方要求成為一個(gè)急需解決的重要問(wèn)題。

文獻(xiàn)[2]對(duì)儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)的考核評(píng)定給出了一般方法, 但AUV鋰亞電池規(guī)模通常較大, 且價(jià)格昂貴, 受限于試驗(yàn)資源, 常常無(wú)法按照一般方法提出的方案進(jìn)行實(shí)施。目前針對(duì)鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性的考核評(píng)估沒(méi)有直接適用的標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù), 相關(guān)文獻(xiàn)資料上也沒(méi)有可現(xiàn)成引用的試驗(yàn)方法。通過(guò)在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行廣泛、深入的調(diào)研和對(duì)前期AUV訂購(gòu)方儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的收集整理, 以及在新型AUV試驗(yàn)中的積極探索, 文中提出了一種AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法。

1 指標(biāo)形式及其界定

當(dāng)前AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)通常按如下方式下達(dá): 電池儲(chǔ)存壽命年, 壽命期內(nèi)儲(chǔ)存可靠度最低可接受值R, 規(guī)定值0(置信度)。有些型號(hào)項(xiàng)目還會(huì)在專門的可靠性要求中明確儲(chǔ)存期內(nèi)的主要事件和儲(chǔ)存任務(wù)剖面, 并規(guī)定大致的儲(chǔ)存環(huán)境, 例如倉(cāng)庫(kù)、工房等。

這里的儲(chǔ)存可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定的儲(chǔ)存條件下, 規(guī)定的時(shí)間內(nèi), 完成規(guī)定功能的能力”[3]。儲(chǔ)存條件既包括儲(chǔ)存地點(diǎn)的溫度、濕度、空氣環(huán)境等外在環(huán)境, 也包括包裝運(yùn)輸、儲(chǔ)存地點(diǎn)等人為條件[4]。儲(chǔ)存時(shí)間一般指電池從出廠開始, 直至出倉(cāng)使用的這段時(shí)間。規(guī)定的功能是指電池在儲(chǔ)存期末, 能滿足AUV的使用要求且不發(fā)生諸如爆炸、燃燒、泄放和漏液等安全性問(wèn)題。

2 失效機(jī)理與影響因素分析

在儲(chǔ)存任務(wù)剖面內(nèi), 影響鋰亞電池失效的因素很多, 但主要影響因素有如下幾種。

首先, 儲(chǔ)存時(shí)間是影響鋰亞電池性能的一個(gè)重要因素。鋰亞電池在相同的溫度下儲(chǔ)存時(shí), 儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng), 電壓滯后效應(yīng)越嚴(yán)重, 電池放電平臺(tái)越低, 放電容量也就越低。儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng), 電池的阻抗越大。

其次, 影響鋰亞電池性能的另一重要因素是儲(chǔ)存溫度。鋰亞電池儲(chǔ)存時(shí)間相同時(shí), 儲(chǔ)存溫度越高, 鋰與電解液的反應(yīng)越劇烈, 儲(chǔ)存后導(dǎo)致電池的電化學(xué)極化越嚴(yán)重[5], 放電平臺(tái)也就越低。電極表面生成的鈍化膜越厚, 導(dǎo)致電壓滯后效應(yīng)越嚴(yán)重, 電池阻抗越大, 電池放電容量越低。

此外, 鋰亞電池在儲(chǔ)存過(guò)程中, Li和SOCl2會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成S2Cl2和SO2等氣體, Li/S2Cl2電池體系的電勢(shì)大約為3.92 V, 比鋰亞電池體系的電勢(shì)高, 而且氣體的含量會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)和儲(chǔ)存溫度的升高而變大, 電池經(jīng)過(guò)高溫儲(chǔ)存時(shí), 開路電壓會(huì)升高[6]。

由上述分析可知, 鋰亞電池在儲(chǔ)存期末容量會(huì)下降, 初始電壓滯后會(huì)越來(lái)越明顯, 內(nèi)阻、內(nèi)壓的升高使得使用安全性變差?？紤]到在AUV上應(yīng)用的鋰亞電池通常采用大規(guī)模成組的方式, 儲(chǔ)存期末還需要對(duì)其絕緣電阻和開路電壓進(jìn)行檢測(cè), 以確保故障電池在使用前得到甄別剔除。

3 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案的制定

對(duì)AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性進(jìn)行考核前, 需根據(jù)訂購(gòu)方提出的指標(biāo)要求對(duì)試驗(yàn)樣本量進(jìn)行預(yù)估。進(jìn)行樣本量預(yù)估方法有2種, 具體如下: 例如指標(biāo)要求儲(chǔ)存壽命3年, 儲(chǔ)存可靠度最低可接受值0.9, 置信度0.8。

方法1, 通過(guò)查詢《GB 4087-2009 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋二項(xiàng)分布可靠度單側(cè)置信下限》[7]表A.1, 取=0.80, 當(dāng)試驗(yàn)失敗數(shù)為0時(shí), 樣本數(shù)需要16個(gè)才能驗(yàn)證可靠度達(dá)到0.9。當(dāng)試驗(yàn)失敗數(shù)為1時(shí), 樣本數(shù)需要29個(gè)。其他情況可以此類推。此處的樣本均要求已存滿儲(chǔ)存壽命。

方法2, 通過(guò)等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)化。根據(jù)《GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》可知

式中:為儲(chǔ)存可靠度;為要求的儲(chǔ)存壽命;為失效率;為使用方風(fēng)險(xiǎn)(通常取1-,為置信度);1為平均故障間隔時(shí)間(mean time between failure, MTBF)檢驗(yàn)下限;為故障數(shù);為總試驗(yàn)時(shí)間。

若取最短試驗(yàn)時(shí)間(故障數(shù)為0), 即《GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》[2]圖A.23(使用方風(fēng)險(xiǎn)=20%的定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案)中方案20-1, 代入前述已知條件可得, MTBF檢驗(yàn)下限1為28.474年, 總試驗(yàn)時(shí)間為45.827年, 試驗(yàn)所需樣本數(shù)為16個(gè)。

由以上分析可以看出, 若試驗(yàn)資源(樣本數(shù)、時(shí)間等)充裕, 試驗(yàn)方案較容易制定。實(shí)際工程中, AUV上使用的鋰亞電池規(guī)模通常較大, 且價(jià)格較貴。給定的試驗(yàn)資源常常不足以直接驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)到可靠性指標(biāo)要求。這種情況下, 折衷的做法是采用試驗(yàn)加評(píng)估的方法得出可靠性指標(biāo)的初估值, 以此來(lái)作為驗(yàn)收依據(jù)。

試驗(yàn)加評(píng)估的方法可按如下思路進(jìn)行: 在AUV實(shí)航試驗(yàn)中, 可結(jié)合其他試驗(yàn)項(xiàng)目, 收集電池使用前的儲(chǔ)存時(shí)間、使用前后狀態(tài)檢測(cè)等數(shù)據(jù)。若條件允許, 應(yīng)在AUV上加裝電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置, 用以采集電池實(shí)航工作過(guò)程數(shù)據(jù)。針對(duì)容量等隨時(shí)間退化的因素, 應(yīng)進(jìn)行專門的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn), 取不同儲(chǔ)存時(shí)間的電池樣本檢驗(yàn)容量, 對(duì)容量退化情況進(jìn)行回歸分析, 得出儲(chǔ)存壽命期末電池容量的估計(jì)值。此外還應(yīng)對(duì)電池使用環(huán)境邊界進(jìn)行抽樣試驗(yàn), 以充分驗(yàn)證指標(biāo)要求。最后, 將不同試驗(yàn)項(xiàng)目得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一按照等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間、故障數(shù)進(jìn)行匯總。

工程實(shí)施中應(yīng)合理統(tǒng)籌進(jìn)度。鋰亞電池的選型、技術(shù)狀態(tài)固化等時(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)領(lǐng)先于AUV整機(jī)。一旦電池技術(shù)狀態(tài)固化, 建議立即開始備樣, 以確保整機(jī)轉(zhuǎn)入定型后, 參試電池樣本儲(chǔ)存時(shí)間足夠長(zhǎng)。電池備樣通常采用自然儲(chǔ)存, 即將電池儲(chǔ)存在符合其技術(shù)規(guī)范要求的環(huán)境中, 按照其使用維護(hù)要求, 進(jìn)行相關(guān)維護(hù), 達(dá)到相應(yīng)的儲(chǔ)存時(shí)間。儲(chǔ)存結(jié)束后應(yīng)檢查電池是否膨脹、泄氣、泄露、破裂或燃燒。

若試驗(yàn)時(shí)間緊迫, 可以考慮采用加速儲(chǔ)存的方法, 但應(yīng)控制加速儲(chǔ)存和自然儲(chǔ)存的樣本比例。一般自然儲(chǔ)存的等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)大于加速儲(chǔ)存的等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間。

鋰亞電池加速儲(chǔ)存方法[8]如下: 電池在55℃±3℃的環(huán)境溫度下至少儲(chǔ)存30天(30天相當(dāng)于室溫條件下儲(chǔ)存1年, 60天相當(dāng)于2年, 時(shí)間不宜長(zhǎng)于60天), 儲(chǔ)存期間應(yīng)連續(xù)記錄環(huán)境溫度以證實(shí)儲(chǔ)存溫度的準(zhǔn)確性。加速儲(chǔ)存開始前電池需在20℃±3℃下至少擱置8小時(shí)。加速儲(chǔ)存結(jié)束后應(yīng)檢查電池是否膨脹、泄氣、泄露、破裂或燃燒(若有異常, 該樣本的加速儲(chǔ)存終止執(zhí)行)。

電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)中, 主要統(tǒng)計(jì)4類數(shù)據(jù), 即電池基本參數(shù)(絕緣電阻、開路電壓)、容量、激活時(shí)間和初始電壓滯后以及安全性[9]。

4 儲(chǔ)存可靠性評(píng)估方法

4.1 基本原則

根據(jù)AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性要求, 按照上節(jié)提出的方法確定試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案。根據(jù)試驗(yàn)資源預(yù)估等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間, 若時(shí)長(zhǎng)達(dá)到可直接驗(yàn)證指標(biāo)的水平, 則直接按指數(shù)壽命儲(chǔ)存可靠性評(píng)估法計(jì)算出AUV鋰亞電池儲(chǔ)存壽命和儲(chǔ)存可靠度。

若時(shí)長(zhǎng)未達(dá)到可直接驗(yàn)證指標(biāo)的水平, 則需要先按4.2節(jié)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 再按4.3節(jié)進(jìn)行綜合分析評(píng)定。即先按指數(shù)壽命儲(chǔ)存可靠性評(píng)估法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 然后對(duì)電池組儲(chǔ)存期末容量進(jìn)行回歸分析評(píng)估, 并對(duì)被試電池失效模式(從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到歷史數(shù)據(jù)等相關(guān)方面)進(jìn)行可靠性工程分析評(píng)估, 最后得出該失效模式的儲(chǔ)存壽命和儲(chǔ)存可靠度估計(jì)值[10]。

當(dāng)鋰亞電池等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間小于直接驗(yàn)證指標(biāo)的水平時(shí), 試驗(yàn)結(jié)果中關(guān)聯(lián)責(zé)任故障數(shù)必須為0, 否則判儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)達(dá)不到要求。

4.2 指數(shù)壽命儲(chǔ)存可靠性評(píng)估方法

失效率置信上限按下式計(jì)算

(3)

儲(chǔ)存壽命計(jì)算

儲(chǔ)存可靠度計(jì)算

4.3 綜合分析評(píng)定方法

綜合分析評(píng)定主要是利用所能獲得的一切信息, 結(jié)合被試電池設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)評(píng)審結(jié)論對(duì)被試電池是否滿足儲(chǔ)存性能指標(biāo)要求作出結(jié)論?？紤]到AUV鋰亞電池儲(chǔ)存期末的容量是以性能參數(shù)超差為主要失效形式。故采用回歸分析法先針對(duì)運(yùn)載體電池組容量進(jìn)行儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)評(píng)估分析, 然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程分析評(píng)估。

回歸分析評(píng)估[11]按如下方法進(jìn)行: 將個(gè)不同的儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)的電池按升序排列為, 分別在時(shí)刻進(jìn)行放電試驗(yàn), 得到個(gè)測(cè)試值(容量), 其值為。

按下述步驟進(jìn)行計(jì)算。

(7)

(8)

(10)

(11)

(13)

(14)

(16)

計(jì)算儲(chǔ)存壽命

儲(chǔ)存可靠度計(jì)算

當(dāng),(18)

當(dāng),(19)

工程分析評(píng)估按如下方法進(jìn)行, 從以下幾方面對(duì)AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)估:

1) 利用已有的自然儲(chǔ)存信息進(jìn)行評(píng)定;

2) 根據(jù)加速壽命試驗(yàn)信息進(jìn)行評(píng)定, 在進(jìn)行此項(xiàng)工作時(shí), 一般應(yīng)結(jié)合自然儲(chǔ)存信息進(jìn)行對(duì)比;

3) 選擇已有的儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)部件, 進(jìn)行環(huán)境工程, 產(chǎn)品外觀和產(chǎn)品性能評(píng)定;

4) 歸納不能滿足儲(chǔ)存性能指標(biāo)的項(xiàng)目, 確定為滿足AUV鋰亞電池儲(chǔ)存性能要求對(duì)這些項(xiàng)目分別所采取的技術(shù)措施;

5) 綜合分析儲(chǔ)存性能工程評(píng)定所進(jìn)行的各項(xiàng)工作, 對(duì)照研制總要求、研制任務(wù)書, 確定是否滿足儲(chǔ)存性能指標(biāo)要求。

4.4 故障判據(jù)

儲(chǔ)存期末對(duì)AUV鋰亞電池進(jìn)行檢測(cè)或試驗(yàn), 主要故障判據(jù)如下。

1) 基本參數(shù)

在規(guī)定的檢測(cè)環(huán)境下, 絕緣電阻超差或開路電壓達(dá)不到技術(shù)條件要求, 記為不合格。

2) 容量試驗(yàn)

電池儲(chǔ)存期末容量應(yīng)達(dá)到AUV使用要求。出現(xiàn)以下情況時(shí), 均為不合格。

a. 電池放電時(shí)間少于相關(guān)詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的最小放電容量的時(shí)間。

b. 在試驗(yàn)結(jié)束前, 電池出現(xiàn)斷路。

c. 電池連續(xù)放電容量應(yīng)不低于其技術(shù)條件中規(guī)定的儲(chǔ)存末期使用容量。

3) 激活時(shí)間與初始放電滯后

電池接上負(fù)載后, 電壓上升到相關(guān)詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的最低工作電壓的時(shí)間超過(guò)激活時(shí)間與初始放電滯后規(guī)定值記為不合格。

4) 安全性

整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中, 電池不應(yīng)膨脹、泄氣、泄漏、破裂或燃燒。出現(xiàn)以下情況時(shí), 記為不合格:

a. 任一時(shí)刻電池尺寸超差(尺寸變化超過(guò)10%);

b. 在擱置、放電或試驗(yàn)后的任一時(shí)刻, 電池出現(xiàn)膨脹、泄氣、泄露、破裂或燃燒。

4.5 故障統(tǒng)計(jì)原則

故障統(tǒng)計(jì)原則主要包括:

1) 可證實(shí)是由于同一原因引起的間歇故障只計(jì)為1次故障;

2) 當(dāng)可證實(shí)多種故障模式由同一原因引起時(shí), 整個(gè)事件為1次故障;

3) 試驗(yàn)中出現(xiàn)多重故障(指同時(shí)發(fā)生2個(gè)或2個(gè)以上獨(dú)立的故障)按發(fā)生故障次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì);

4) 在試驗(yàn)中出現(xiàn)的重復(fù)性故障(指同一個(gè)故障出現(xiàn)2次或2次以上), 如果采取了糾正措施, 在以后的試驗(yàn)中不再發(fā)生, 且以后這段時(shí)間大于第1次出現(xiàn)故障的累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間, 則確認(rèn)故障已經(jīng)消除, 可只計(jì)為1次故障;

5) 出現(xiàn)1次導(dǎo)致人員傷亡或產(chǎn)品毀壞的災(zāi)難故障, 即提前作出拒收判決。

5 工程案例分析

某型AUV鋰亞電池指標(biāo)要求儲(chǔ)存壽命3年, 儲(chǔ)存可靠度最低可接受值0.8, 置信度0.9。根據(jù)指標(biāo)要求, 運(yùn)用文中第3章所述方法計(jì)算可得, MTBF檢驗(yàn)下限1為13.444年。零故障時(shí), 總等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間不小于30.957年可直接驗(yàn)證指標(biāo), 試驗(yàn)所需樣本數(shù)為11個(gè)。若故障數(shù)為1時(shí), 總等效儲(chǔ)存試驗(yàn)時(shí)間不小于52.294年可直接驗(yàn)證指標(biāo), 試驗(yàn)所需樣本數(shù)為18個(gè)。其他情況依次類推。

受研制周期制約, 樣本儲(chǔ)存時(shí)間均不超過(guò)2年, 儲(chǔ)存時(shí)間從出廠時(shí)間起算, 到試驗(yàn)前檢測(cè)截止。實(shí)航試驗(yàn)樣本32個(gè), 試驗(yàn)室試驗(yàn)樣本15個(gè), 試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 AUV鋰亞電池實(shí)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注: 由于AUV未加裝電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置, 且實(shí)航未必每次把電池電量全部用完, 故沒(méi)有容量值。通過(guò)AUV航程和試驗(yàn)前后狀態(tài)檢測(cè)得出電池儲(chǔ)存期末是否合格。

表2 AUV鋰亞電池試驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知: AUV鋰亞電池實(shí)航試驗(yàn)等效儲(chǔ)存時(shí)間為35.643年, 內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)等效儲(chǔ)存時(shí)間為17.168年, 總等效儲(chǔ)存時(shí)間為52.810年, 故障數(shù)為1。按照指數(shù)壽命儲(chǔ)存可靠性評(píng)估法計(jì)算可得: 電池失效率為0.073 65, 儲(chǔ)存壽命為3.030年, 儲(chǔ)存可靠度為0.801 75。電池儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)滿足要求。

進(jìn)一步, 可將試驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析, 得出電池容量退化情況如圖1所示。

通過(guò)回歸分析可知, 在置信水平取0.9時(shí), AUV鋰亞電池(容量失效)儲(chǔ)存壽命T=3.147, AUV鋰亞電池3年末容量估計(jì)值為53.25 Ah, AUV鋰亞電池3年末(容量失效)儲(chǔ)存可靠度= 0.985 514。電池容量?jī)?chǔ)存可靠性滿足指標(biāo)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

文中從AUV鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性指標(biāo)要求出發(fā), 通過(guò)失效機(jī)理與影響分析, 確定了影響鋰亞電池儲(chǔ)存性能的主要因素和主要故障統(tǒng)計(jì)項(xiàng), 提出了試驗(yàn)方案的制定方法, 構(gòu)建了一套完整的鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法, 最后通過(guò)工程案例進(jìn)行了演示計(jì)算。結(jié)果表明, 該試驗(yàn)評(píng)估方法通過(guò)加速試驗(yàn)和容量回歸分析等手段, 克服了一般性儲(chǔ)存可靠性考核方法受限于試驗(yàn)資源無(wú)法實(shí)施的弊端, 較好地解決了鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性考核問(wèn)題。目前該方法已獲得各相關(guān)單位認(rèn)可, 并形成試驗(yàn)方案, 投入了實(shí)際工程使用, 為后續(xù)型號(hào)試驗(yàn)提供了參考。

文中提出的方法直接適用于技術(shù)工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定的批產(chǎn)電池產(chǎn)品。對(duì)于不同批次、不同制備方法生產(chǎn)的鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性的需分批進(jìn)行考核評(píng)定。此外, 在試驗(yàn)資源不足時(shí), 鋰亞電池儲(chǔ)存可靠性的考核評(píng)定工作仍然面臨許多挑戰(zhàn), 如何合理選取和校驗(yàn)加速儲(chǔ)存試驗(yàn)的加速因子、如何確保工程分析評(píng)估的準(zhǔn)確性是下一步需要深入研究的問(wèn)題。

[1] Reddy T B, Linden D. Linden￠s Handbook of Batteries[M]. New York: McGraw-Hill, 2011.

[2] 中國(guó)人民解放軍總裝備部電子信息基礎(chǔ)部標(biāo)準(zhǔn)化研究中心. GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)人民解放軍總裝備部, 2009.

[3] 鄭介春. 淺談基本可靠性與任務(wù)可靠性[C]//中國(guó)電子學(xué)會(huì)可靠性分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文選. ?？? 中國(guó)電子學(xué)會(huì), 2008.

[4] 周楓. 基于Bayes方法的海島環(huán)境彈藥儲(chǔ)存可靠性研究[D]. 長(zhǎng)沙: 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2010.

[5] 黎紅, 楊林億. 鋰/亞硫酰氯電池的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 船電技術(shù), 2009, 29(8): 57-60.Li Hong, Yang Lin-yi. Development States of Lithium/Thionyl Chloride Battery[J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2009, 29(8): 57-60.

[6] 馬苓. 兩種鋰原電池高溫儲(chǔ)存性能研究及壽命預(yù)測(cè)[D]. 天津: 天津大學(xué), 2014.

[7] 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院. GB/T 4087-2009 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋二項(xiàng)分布可靠度單側(cè)置信下限[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[8] 信息產(chǎn)業(yè)部電子第四研究所. GJB 916B-2011 軍用鋰原電池通用規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)人民解放軍總裝備部, 2011.

[9] 吳一帆. 鋰原電池長(zhǎng)期貯存后的電性能[J]. 電源技術(shù), 2002, 26(1):11-13.Wu Yi-fan. Electrical Performances of Lithium Primary Battery after Long-term Storage[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2002, 26(1): 11-13.

[10] 鄢偉安. 魚雷貯存可靠性分析方法研究[D]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué), 2014.

[11] 第二炮兵第四研究所. GJB 3105-1997 戰(zhàn)略導(dǎo)彈武器系統(tǒng)性能評(píng)定方法[S]. 北京: 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì), 1997.

(責(zé)任編輯: 許 妍)

A Storage Reliability Test and Assessment Method of Lithium-Thionyl Chloride Battery for AUV

YE Hao-liang, CHEN Tao, CHEN Yao-pei

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

To accurately assess the storage reliability of lithium-thionyl chloride battery for an autonomous undersea vehicle(AUV) , the related specifications were comprehensively reviewed, and the failure mechanism and influence factors were analyzed. The main factors influencing the storage performances of the lithium-thionyl chloride battery and the statistic items of failure were hence determined. Moreover, a method for making test plan was put forward, and a complete set of test and assessment method was proposed for the storage reliability of lithium-thionyl chloride battery. Engineering example shows that the proposed method can satisfy reliability assessment of lithium-thionyl chloride battery storage. This method has been approved by the relevant units and has been written into the test program for application.

autonomous undersea vehicle(AUV); lithium-thionyl chloride battery; storage reliability; test and assessment

TJ630.89; TB114.37

A

2096-3920(2017)01-0076-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2017.01.008

2016-12-08;

2017-01-12.

葉浩亮(1982-), 男, 碩士, 工程師, 主要研究方向?yàn)樗卵b備試驗(yàn)總體技術(shù).

[引用格式]葉浩亮, 陳濤, 陳遙沛. 一種AUV鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2017, 25 (1): 76-81.