鋁/氧化銀電池任務可靠度評估方法

楊明國，林　立

（1.海軍駐712所軍事代表室；2.武漢船用電力推進裝置研究所）

鋁/氧化銀電池任務可靠度評估方法

楊明國1，林立2

（1.海軍駐712所軍事代表室；2.武漢船用電力推進裝置研究所）

鋁/氧化銀電池是一種貯備型一次電池，其系統復雜、制造成本高，無法進行大量樣本的可靠性試驗。通過建立鋁氧化銀電池的可靠性模型，結合不同部件的特點，選擇可靠性試驗方法，綜合評估其任務可靠度。

鋁氧化銀電池任務可靠度評估

0　引言

鋁/氧化銀電池是一種貯備型一次電池，是現役水中兵器最先進的動力電源。鋁/氧化銀電池涉及材料、機械、流體、控制等多領域，系統復雜，制造成本高，且為一次性使用，無法進行大量樣本的可靠性鑒定試驗。本文根據鋁/氧化銀電池的可靠性模型，針對不同類型的部件，選取對應的試驗方法對其可靠度進行驗證，對鋁氧化銀電池任務可靠度的評估方法進行了探討。

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，貯備時電池堆及固體電解質均儲存在密封的電池艙內。使用時通過控制器開啟激活閥，同時激活熱電池給電機-泵供電，將海水抽入電池艙內，溶解固體電解質，并激活鋁/氧化銀電池堆，給推進電機提供動力用電，儀表供電電源可將電池堆的直流電轉換成各種儀表所需的不同電壓等級的直流電。電解液在電機-泵的驅動下在電池艙內循環，并可根據反應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模型，任何一個部件失效都會導致無法完成任務。根據一次電池段各部件在實航過程中的工作特性，將電池段部件分為以下幾類：1）一次性動作的部件，主要是熱電池、激活閥等。2）連續工作的電子和機電產品，控制器、儀表供電電源、電機-泵輔助系統。3）電化學部件：鋁氧化銀電池堆。

1.2可靠性指標定量分配

由于鋁/氧化銀電池缺少可靠性數據，通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的最重要的因素進行打分，并對評分值進行綜合分析而獲得各部件之間的可靠性相對比值，根據相比比值對每個部件分配可靠性指標，從而得到熱電池、激活閥、電池堆以及所有連續工作部件的可靠度分配指標，作為后續可靠性試驗評估的目標值。

2　可靠度評估方法

2.1熱電池的可靠度評估

熱電池已廣泛應用于航空、航天領域，其為成敗型產品，可靠性數據的獲得需要進行大量的試驗，所需樣本較多，一般宜采用承制單位使用累積數據方法進行評估[2]。熱電池出廠時先進行質量一致性的A組和 B組檢驗，然后抽樣按C組檢驗方法作溫度和其他力學環境的放電工作檢驗，可得到累積的樣品數n、失效數F和置信水平γ，根據GJB376-87《火工品可靠性評估方法》附錄A查表即可得到熱電池的可靠度R1數值[3]。2.2激活閥的可靠度評估

激活閥為一次性單向動作部件，因此可以參照火工品進行可靠性評估，按照GJB376-87附錄A，失效數F=0，由分配的可靠度和置信水平γ確定樣本量n，進行激活閥開啟試驗。n次試驗中激活閥均應正常開啟、無故障，則激活閥的可靠度R2滿足分配指標要求。

2.3連續工作部件的可靠度評估

鋁/氧化銀電池工作時，控制器、儀表供電電源、電機-泵輔助系統均為連續運行，可以根據其工作的環境條件確定適當的應力環境，開展可靠性鑒定試驗。時間以該電池從激活開始到電池放電結束的系統工作時間為基準。可將其任務可靠度 R，轉換為平均故障間隔時間 MTBF，根據GJB899A《可靠性鑒定和驗收試驗》選取試驗方案，確定無故障工作的累計試驗時間T。

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

采用GJB899A《可靠性鑒定和驗收試驗》的方案20-1，使用方風險為20%[4]，確定無故障工作的累計試驗時間，

因此按故障數為F=0進行可靠性鑒定試驗的時間為 T，通過該試驗可以驗證控制器、儀表供電電源、電機-泵輔助系統等所有連續運行部件的可靠度R3。

2.4鋁/氧化銀電池堆的可靠度評估

鋁/氧化銀電池堆為一次性工作的電化學部件，產品制造過程要進行大量的性能檢驗，通過對檢驗數據的擬合，其電性能符合性概率分布服從正態分布，因此電池堆電性能滿足指標的概率反映了電池堆的可靠度，則有

其中μ為性能平均值，根據檢驗電壓數據可以得到電壓的平均值。

σ為偏差，取檢驗電壓值與平均電壓的差值得到標準差。

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函數計算出P（X＜minU），格式如下：

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

2.5綜合評估

根據上述不同的試驗方案，對熱電池、激活閥等一次性動作部件的可靠度進行驗證，得到其可靠度 R1和 R2；通過無故障工作的累計試驗，得到控制器、儀表供電電源、電機-泵輔助系統的可靠度R3；通過對電池堆檢驗數據的統計，可得到其可靠度R4。

鋁/氧化銀電池為串聯模型，其可靠度可由各部件可靠度數值得到：

3　結論

鋁/氧化銀電池系統復雜，無法整體進行可靠性鑒定試驗，為了對電池的任務可靠度進行評估，根據電池不同部件的工作特性，將其可靠性指標進行分配，針對不同的部件采取對應的可靠度評估方法，從而得到整個電池的可靠度數據。

[1] 蔡年生. 魚雷推進用鋁氧化銀電池系統電液排放研究[J]. 船電技術，1998，(5).

[2] 侯虹，張春曉. 熱電池可靠性的設計與評估[J]. 航空兵器，2001，(2): 22-25.

[3] GJB376-87. 火工品可靠性評估方法.

[4] GJB899A-2009. 可靠性鑒定和驗收試驗.

[5] 劉亦斌. 利用 Excel的統計函數進行概率運算[J].宜春學院學報，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（1966-），碩士，高級工程師。研究方向：機電一體化。