基于Kaplan-Meier算法的應急燈電池組件性能衰退和失效曲線

雷彤

摘要：結合應急燈電池容量檢查和航線運行發生的故障，使用Kaplan-Meier算法對波音737NG飛機原裝應急燈電池組件進行非參數估計，繪制了電池的性能衰退曲線和故障失效曲線，較直觀地表征了應急燈電池的使用壽命，為應急燈電池組件預測性維修提供了可能。

關鍵詞：波音737NG飛機；應急燈電池組件；卡普蘭-邁耶；非參數估計

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

0 引言

波音737NG飛機應急燈電池組件采用件號D717-01-100的鎳鎘電池，電池性能受環境溫度或深度充電次數等外因影響較大，如冬季航前電池低溫會導致應急燈故障較多，同時電池性能也和裝機使用時間直接相關，因此在外因影響下電池性能衰退和失效閾值較難把握。

本文結合應急燈電池容量檢查和航線運行發生的故障，使用Kaplan-Meier算法對波音737NG飛機原裝應急燈電池組件進行非參數估計，通過繪制電池的性能衰退曲線和故障失效曲線來表征應急燈電池的使用壽命，以為應急燈電池組件的預測性維修提供可能。

1 應急燈電池組件性能衰退曲線和故障失效曲線

波音對應急燈電池制定了相關MPD檢查項目，以保證應急燈在緊急情況下可以正常工作，例如，MPD33-055-00規定了檢查應急燈最少15min放電時間以保證應急電池的性能滿足旅客應急撤離的要求；MPD33-010-00規定了應急燈電池組件突發性失效導致的應急燈故障；MPD33-060-00規定了深度充放電消除應急電池記憶效應等。

本文采用的數據樣本來自波音737NG飛機的原裝機電池，將應急燈電池容量（15min）測試不達標的電池作為其性能衰退表征數據，將運行中應急燈電池故障非計劃更換作為電池組件失效表征數據。使用Kaplan-Meier進行非參數估計，以表示裝機電池實際失效和衰退情況。

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

裝機5年至6年間是預防性檢查發現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，且很容易通過執行電池容量檢測工卡發現深度放電時間不達標的電池，增加預防性故障發現的可能性，可使航線故障率處于低位。

藍色曲線可表征應急燈電池的失效壽命，電池使用至5年后突發性失效開始顯現，5年至6年間由于預防性更換的快速增多，保證了航線故障發現率相對平穩。從6年2個月后電池非計劃故障率開始急劇上升，此階段即使增加預防性容量檢查頻次也不能遏制電池失效率急劇上升趨勢。

2 應急燈電池性能衰退趨勢監控

根據應急燈電池的性能衰退和失效曲線，可對裝機使用時間達到失效閾值的應急燈電池組件設定預警線，對觸發預警的裝機電池制定監控計劃，例如，通過構型管控電池所涉及的應急燈的位置，執行應急燈測試或在電池容量檢查時重點關注。

圖2表明同一架飛機原裝機電池在相同的使用環境和充放電循環下電池的壽命有一定的趨同，由此也可以根據原裝機電池剩余數量和故障間隔設定門檻值進行預警，結合同批次裝機電池更換情況、使用時間等因素綜合判斷是否預防更換，從而降低應急燈電池導致的故障率和延誤率。

3 結束語

隨著使用時間的推移，應急燈電池組件的電池性能下降是不可避免的，在使用時間為5年至6年之間存在發現故障的窗口期，可通過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境、充放電循環下，壽命也有一定的趨同性，通過單機更換數據和電池性能衰退和故障失效曲線設定相應的報警邏輯，為應急燈電池組件預測性維修提供了可能。