运输类飞机蓄电池故障分析与诊断

刘 凯 高伟雁

（上海飞机设计研究院，中国 上海 201210）

0 引言

蓄电池作为飞机机载应急备用电源，可以实现应急负载的供电不中断转换，为机上关键设备提供电源[1]。由于飞机蓄电池工作环境十分复杂，在飞行过程中还受到很大的振动、冲击和加速度，所以故障很多，且故障现象复杂，蓄电池一旦出现故障，不仅会影响飞行任务的完成，而且会威胁飞行安全，导致机毁人亡的严重后果，所以飞机蓄电池的故障诊断问题对整个飞机系统的安全及稳定至关重要[2-3]。本文根据运输类飞机在飞行过程中出现的故障，通过蓄电池工作原理分析及该故障的诊断，提出了排除故障的一般解决方法。

1 蓄电池工作原理

蓄电池分为主蓄电池和APU 蓄电池，两个蓄电池型号相同，两者通过其相对应的蓄电池控制器进行充电与放电控制，蓄电池在飞机供电系统中的主要作用如下：

1）为辅助动力装置提供起动电源；

2）在其他电源失效时为飞机关键设备提供电源，如导航设备和通信设备，保障飞机返航和着陆；

3）为飞机上要求不中断供电的关键设备提供电源，如电传操纵系统中的飞行控制计算机，保障飞机安全飞行。

蓄电池工作原理的结构简图如图1 所示。

图1 蓄电池控制器工作原理结构简图

由图可知，当蓄电池开关接通时，蓄电池控制器处于自动控制模式，其通过敏感蓄电池电流的大小及电流方向对蓄电池进行充放电的自动控制；当蓄电池开关断开后，蓄电池控制器将蓄电池接触器锁定在断开状态，从而使得蓄电池与其各自用电设备有效隔离。同时，蓄电池系统与航电系统之间交联，当蓄电池系统发生故障时，故障信息将通过驾驶舱内多功能显示屏中发动机指示与机组警告系统显示。

2 蓄电池故障分析与诊断

2.1 蓄电池故障现象

飞机在某次飞行试验中，驾驶舱内多功能显示屏中发动机指示与机组警告系统（EICAS）突然显示“MAIN Battery OFF”黄色告警，即主蓄电池关断告警，主显示屏的电源系统简图页面中主蓄电池部分也显示黄色告警。

通过蓄电池系统航电接口定义文件可知， 引起 “MAIN Battery OFF”黄色告警的主要原因如下：

1）飞机上电后，主蓄电池开关未按入；

2）飞机主蓄电池内部故障；

3）主蓄电池系统与航电系统数据集中器（DCU）接口故障。

只要出现上述情况中至少一种情况，即可导致该告警。

2.2 主蓄电池故障诊断及排除

根据主蓄电池工作原理，定位故障，将可能引起主蓄电池故障的原因按照简到繁的原则，从以下四个方面进行故障排除：

1）主蓄电池开关未按入及主蓄电池开关到主蓄电池之间的线路故障；

2）主蓄电池与航电DCU 之间的线路故障；

3）主蓄电池内部故障；

4）航电DCU 内部故障。

2.2.1 主蓄电池开关未按入及主蓄电池开关到主蓄电池之间的线路故障

飞机上电后，接通主蓄电池开关，主蓄电池关断告警出现，为防止出现告警偶然发生的状况，重复上述动作三次。如果该告警仍然出现，则有可能是电源控制板上的主蓄电池开关到主蓄电池之间的线路出现断路，从而引起主蓄电池告警。 主蓄电池开关到主蓄电池之间的线路简图如图2 所示：

图2 主蓄电池开关到主蓄电池线路简图

检查主蓄电池开关到主蓄电池之间的导线。拔出主蓄电池的连接器N2，按入主蓄电池开关，开关触点由K1 转接到K3，开关接通。利用三用表测量电阻[4-5]的方法对连接器N2 的3 号与4 号之间线路的电阻进行测量，若测得的电阻值小于8 欧姆，则未发生断路，若电阻值为无穷大则出现断路。 经测量，3 号与4 号之间线路的电阻为3 欧姆，从而说明3 号与4 号之间线路完好。 故障未排除，继而检查主蓄电池与航电DCU 之间的线路。

2.2.2 主蓄电池与航电系统DCU 之间的线路故障

主蓄电池与航电系统DCU 相连接（其线路简图见图3），主蓄电池的5 号孔（主蓄电池开关状态信号）输出或6 号孔（主蓄电池开关状态信号）输出给DCU 的信号若不正常也将会导致“MAIN Battery OFF”告警的发生。

检查主蓄电池到DCU 之间的导线。 拔出主蓄电池的连接器N3，按入主蓄电池开关，使开关处于接通状态。 利用三用表测量电阻的方法对连接器N3 的5 号与6 号之间线路的电阻进行测量，经测量，5 号与6 号之间线路的电阻为无穷大，说明5 号与6 号孔之间的线路出现断路故障。 经检查后，发现连接器N3 的5 号孔出现插钉脱落，更换连接器，再利用三用表进行测量，5 号与6 号孔之间的线路完好。 恢复连接器N3，再次上电，故障仍未消除，

图3 主蓄电池到DCU 的线路简图

2.2.3 主蓄电池内部故障

主蓄电池内部故障主要由热失控、 主蓄电池内部电池块短路、主蓄电池内部电池块断路等引起。 若出现主蓄电池内部故障，如主蓄电池内部电池块之间发生断路，主蓄电池控制器能接收到主蓄电池发出故障信号，从而触发主蓄电池断开告警。

由于蓄电池是航线可更换设备，为了排除该故障，可暂时更换该蓄电池。 如果完好的蓄电池替换后，故障消除，则可以得出结论，主蓄电池故障是由主蓄电池内部故障引起。所以，启用备用蓄电池，更换飞机上的主蓄电池，再次给飞机上电，故障仍未消除。所以排除蓄电池内部故障。

2.2.4 航电DCU 内部故障

主蓄电池与航电DCU 之间存在机械接口， 由于触发告警的信号由航电DCU 转换为数字信号后触发。 由于已经排除主蓄电池与航电DCU 之间的线路故障，故航电DCU 若出现故障，该告警即能出现。

由于DCU 是航线可更换设备， 为了排除该故障， 可暂时更换该DCU。 如果完好的DCU 替换后，故障消除，则可以得出结论，主蓄电池故障是由DCU 故障引起。 所以，启用备用DCU，更换飞机上的DCU后，再次给飞机上电，飞机告警未出现，故障最终被排除。经DCU 制造厂商检查，DCU7 号孔到8 号孔之间的内部接口出现了老化， 导致2个孔之间接触不良。

3 故障诊断与处理方法

通过主蓄电池故障的排除，总结故障诊断与处理的方法如下：

1）分析故障原因，制定排故计划。首先从原理进行分析，逐条列出可能产生故障的诱因，将故障隔离到某个部件，某条导线，甚至某个连接器的针孔，并对各种可能引发故障诱因的检查次序进行排序，制定排故计划；

2）明确排故步骤，制定应对措施。在排故过程中，遵循由简到繁原则，首先排除有可能发生的简单故障，如断路故障、短路故障等；若线路未出现故障，首先考虑本系统内部器件发生故障的可能；

3）准确定位，找出故障的内在联系。由于飞机由多个系统组成，当出现故障时，与之有关联的系统也需要仔细排查，即故障若不是本系统导致的，则需要考虑与本系统交联的相关系统的故障，如机械接口故障和航电接口故障等。

4 结论

在现代飞行中，安全至上，深入理解飞机各系统的工作原理，不断总结排故经验，提高排故水平，并从故障排除等方面进行系统化的分析处理，从而准确高效地定位排故，对保障飞行安全和提高飞行效率具有及其重要的意义。

［1］刘建英，任仁良.飞机电源系统[M].北京：中国民航出版社，2012.2－3.

［2］严东超.飞机供电系统[M].北京：国防工业出版社，2010：8－9.

［3］S.J.Stengel.Application of Morlet wavelet to supervise power system disturbances[J].IEEE Trans.Power Delivery, 1999，14：235－245.

［4］杨志东.飞机导线故障的规律、预防和修理[J].航空维修与工程，2006，3：58－59.

［5］谈勇.飞机线路故障问题及其对策[J].航空维修与工程，2006，2：62－63.