基于Kaplan-Meier算法的應(yīng)急燈電池組件性能衰退和失效曲線

雷彤

摘要：結(jié)合應(yīng)急燈電池容量檢查和航線運(yùn)行發(fā)生的故障，使用Kaplan-Meier算法對(duì)波音737NG飛機(jī)原裝應(yīng)急燈電池組件進(jìn)行非參數(shù)估計(jì)，繪制了電池的性能衰退曲線和故障失效曲線，較直觀地表征了應(yīng)急燈電池的使用壽命，為應(yīng)急燈電池組件預(yù)測(cè)性維修提供了可能。

關(guān)鍵詞：波音737NG飛機(jī)；應(yīng)急燈電池組件；卡普蘭-邁耶；非參數(shù)估計(jì)

Keywords：B737NG aircraft；emergency battery pack；Kaplan-Meier；nonparametric estimates

0 引言

波音737NG飛機(jī)應(yīng)急燈電池組件采用件號(hào)D717-01-100的鎳鎘電池，電池性能受環(huán)境溫度或深度充電次數(shù)等外因影響較大，如冬季航前電池低溫會(huì)導(dǎo)致應(yīng)急燈故障較多，同時(shí)電池性能也和裝機(jī)使用時(shí)間直接相關(guān)，因此在外因影響下電池性能衰退和失效閾值較難把握。

本文結(jié)合應(yīng)急燈電池容量檢查和航線運(yùn)行發(fā)生的故障，使用Kaplan-Meier算法對(duì)波音737NG飛機(jī)原裝應(yīng)急燈電池組件進(jìn)行非參數(shù)估計(jì)，通過(guò)繪制電池的性能衰退曲線和故障失效曲線來(lái)表征應(yīng)急燈電池的使用壽命，以為應(yīng)急燈電池組件的預(yù)測(cè)性維修提供可能。

1 應(yīng)急燈電池組件性能衰退曲線和故障失效曲線

波音對(duì)應(yīng)急燈電池制定了相關(guān)MPD檢查項(xiàng)目，以保證應(yīng)急燈在緊急情況下可以正常工作，例如，MPD33-055-00規(guī)定了檢查應(yīng)急燈最少15min放電時(shí)間以保證應(yīng)急電池的性能滿足旅客應(yīng)急撤離的要求；MPD33-010-00規(guī)定了應(yīng)急燈電池組件突發(fā)性失效導(dǎo)致的應(yīng)急燈故障；MPD33-060-00規(guī)定了深度充放電消除應(yīng)急電池記憶效應(yīng)等。

本文采用的數(shù)據(jù)樣本來(lái)自波音737NG飛機(jī)的原裝機(jī)電池，將應(yīng)急燈電池容量（15min）測(cè)試不達(dá)標(biāo)的電池作為其性能衰退表征數(shù)據(jù)，將運(yùn)行中應(yīng)急燈電池故障非計(jì)劃更換作為電池組件失效表征數(shù)據(jù)。使用Kaplan-Meier進(jìn)行非參數(shù)估計(jì)，以表示裝機(jī)電池實(shí)際失效和衰退情況。

圖1中灰色曲線可表征應(yīng)急燈電池隨使用時(shí)間的性能衰退趨勢(shì)。由于電池裝機(jī)4年后衰退跡象才開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)、裝機(jī)5年后衰退率明顯上升，因此選擇裝機(jī)5年后執(zhí)行功能檢測(cè)的應(yīng)急燈電池容量（15min）將收到較好的效果，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)容量不足的電池。

裝機(jī)5年至6年間是預(yù)防性檢查發(fā)現(xiàn)電池性能衰退的窗口期，此階段電池組件航線故障率處于低位，且很容易通過(guò)執(zhí)行電池容量檢測(cè)工卡發(fā)現(xiàn)深度放電時(shí)間不達(dá)標(biāo)的電池，增加預(yù)防性故障發(fā)現(xiàn)的可能性，可使航線故障率處于低位。

藍(lán)色曲線可表征應(yīng)急燈電池的失效壽命，電池使用至5年后突發(fā)性失效開(kāi)始顯現(xiàn)，5年至6年間由于預(yù)防性更換的快速增多，保證了航線故障發(fā)現(xiàn)率相對(duì)平穩(wěn)。從6年2個(gè)月后電池非計(jì)劃故障率開(kāi)始急劇上升，此階段即使增加預(yù)防性容量檢查頻次也不能遏制電池失效率急劇上升趨勢(shì)。

2 應(yīng)急燈電池性能衰退趨勢(shì)監(jiān)控

根據(jù)應(yīng)急燈電池的性能衰退和失效曲線，可對(duì)裝機(jī)使用時(shí)間達(dá)到失效閾值的應(yīng)急燈電池組件設(shè)定預(yù)警線，對(duì)觸發(fā)預(yù)警的裝機(jī)電池制定監(jiān)控計(jì)劃，例如，通過(guò)構(gòu)型管控電池所涉及的應(yīng)急燈的位置，執(zhí)行應(yīng)急燈測(cè)試或在電池容量檢查時(shí)重點(diǎn)關(guān)注。

圖2表明同一架飛機(jī)原裝機(jī)電池在相同的使用環(huán)境和充放電循環(huán)下電池的壽命有一定的趨同，由此也可以根據(jù)原裝機(jī)電池剩余數(shù)量和故障間隔設(shè)定門(mén)檻值進(jìn)行預(yù)警，結(jié)合同批次裝機(jī)電池更換情況、使用時(shí)間等因素綜合判斷是否預(yù)防更換，從而降低應(yīng)急燈電池導(dǎo)致的故障率和延誤率。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著使用時(shí)間的推移，應(yīng)急燈電池組件的電池性能下降是不可避免的，在使用時(shí)間為5年至6年之間存在發(fā)現(xiàn)故障的窗口期，可通過(guò)電池容量檢查工卡降低此階段的航線故障率。電池在相同的使用環(huán)境、充放電循環(huán)下，壽命也有一定的趨同性，通過(guò)單機(jī)更換數(shù)據(jù)和電池性能衰退和故障失效曲線設(shè)定相應(yīng)的報(bào)警邏輯，為應(yīng)急燈電池組件預(yù)測(cè)性維修提供了可能。