铝/氧化银电池任务可靠度评估方法

杨明国，林　立

（1.海军驻712所军事代表室；2.武汉船用电力推进装置研究所）

铝/氧化银电池任务可靠度评估方法

杨明国1，林立2

（1.海军驻712所军事代表室；2.武汉船用电力推进装置研究所）

铝/氧化银电池是一种贮备型一次电池，其系统复杂、制造成本高，无法进行大量样本的可靠性试验。通过建立铝氧化银电池的可靠性模型，结合不同部件的特点，选择可靠性试验方法，综合评估其任务可靠度。

铝氧化银电池任务可靠度评估

0　引言

铝/氧化银电池是一种贮备型一次电池，是现役水中兵器最先进的动力电源。铝/氧化银电池涉及材料、机械、流体、控制等多领域，系统复杂，制造成本高，且为一次性使用，无法进行大量样本的可靠性鉴定试验。本文根据铝/氧化银电池的可靠性模型，针对不同类型的部件，选取对应的试验方法对其可靠度进行验证，对铝氧化银电池任务可靠度的评估方法进行了探讨。

1　可靠性模型与分配

1.1可靠性模型

铝/氧化银电池为贮备型海水激活电池，贮备时电池堆及固体电解质均储存在密封的电池舱内。使用时通过控制器开启激活阀，同时激活热电池给电机-泵供电，将海水抽入电池舱内，溶解固体电解质，并激活铝/氧化银电池堆，给推进电机提供动力用电，仪表供电电源可将电池堆的直流电转换成各种仪表所需的不同电压等级的直流电。电解液在电机-泵的驱动下在电池舱内循环，并可根据反应的需要控制合适的温度和浓度[1]。

铝/氧化银电池的可靠性模型为串联模型，任何一个部件失效都会导致无法完成任务。根据一次电池段各部件在实航过程中的工作特性，将电池段部件分为以下几类：1）一次性动作的部件，主要是热电池、激活阀等。2）连续工作的电子和机电产品，控制器、仪表供电电源、电机-泵辅助系统。3）电化学部件：铝氧化银电池堆。

1.2可靠性指标定量分配

由于铝/氧化银电池缺少可靠性数据，通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的最重要的因素进行打分，并对评分值进行综合分析而获得各部件之间的可靠性相对比值，根据相比比值对每个部件分配可靠性指标，从而得到热电池、激活阀、电池堆以及所有连续工作部件的可靠度分配指标，作为后续可靠性试验评估的目标值。

2　可靠度评估方法

2.1热电池的可靠度评估

热电池已广泛应用于航空、航天领域，其为成败型产品，可靠性数据的获得需要进行大量的试验，所需样本较多，一般宜采用承制单位使用累积数据方法进行评估[2]。热电池出厂时先进行质量一致性的A组和 B组检验，然后抽样按C组检验方法作温度和其他力学环境的放电工作检验，可得到累积的样品数n、失效数F和置信水平γ，根据GJB376-87《火工品可靠性评估方法》附录A查表即可得到热电池的可靠度R1数值[3]。2.2激活阀的可靠度评估

激活阀为一次性单向动作部件，因此可以参照火工品进行可靠性评估，按照GJB376-87附录A，失效数F=0，由分配的可靠度和置信水平γ确定样本量n，进行激活阀开启试验。n次试验中激活阀均应正常开启、无故障，则激活阀的可靠度R2满足分配指标要求。

2.3连续工作部件的可靠度评估

铝/氧化银电池工作时，控制器、仪表供电电源、电机-泵辅助系统均为连续运行，可以根据其工作的环境条件确定适当的应力环境，开展可靠性鉴定试验。时间以该电池从激活开始到电池放电结束的系统工作时间为基准。可将其任务可靠度 R，转换为平均故障间隔时间 MTBF，根据GJB899A《可靠性鉴定和验收试验》选取试验方案，确定无故障工作的累计试验时间T。

例如：铝/氧化银电池分配的任务可靠度最低可接受值为cR，任务工作时间ct，则其平均故障间隔时间为：

采用GJB899A《可靠性鉴定和验收试验》的方案20-1，使用方风险为20%[4]，确定无故障工作的累计试验时间，

因此按故障数为F=0进行可靠性鉴定试验的时间为 T，通过该试验可以验证控制器、仪表供电电源、电机-泵辅助系统等所有连续运行部件的可靠度R3。

2.4铝/氧化银电池堆的可靠度评估

铝/氧化银电池堆为一次性工作的电化学部件，产品制造过程要进行大量的性能检验，通过对检验数据的拟合，其电性能符合性概率分布服从正态分布，因此电池堆电性能满足指标的概率反映了电池堆的可靠度，则有

其中μ为性能平均值，根据检验电压数据可以得到电压的平均值。

σ为偏差，取检验电压值与平均电压的差值得到标准差。

电压 X高于电压下限minU的概率即为电池本体的可靠度R4，则有

R4=P（X≥minU）=1-P（X＜minU），利用Excel中的NORMDIST函数计算出P（X＜minU），格式如下：

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

2.5综合评估

根据上述不同的试验方案，对热电池、激活阀等一次性动作部件的可靠度进行验证，得到其可靠度 R1和 R2；通过无故障工作的累计试验，得到控制器、仪表供电电源、电机-泵辅助系统的可靠度R3；通过对电池堆检验数据的统计，可得到其可靠度R4。

铝/氧化银电池为串联模型，其可靠度可由各部件可靠度数值得到：

3　结论

铝/氧化银电池系统复杂，无法整体进行可靠性鉴定试验，为了对电池的任务可靠度进行评估，根据电池不同部件的工作特性，将其可靠性指标进行分配，针对不同的部件采取对应的可靠度评估方法，从而得到整个电池的可靠度数据。

[1] 蔡年生. 鱼雷推进用铝氧化银电池系统电液排放研究[J]. 船电技术，1998，(5).

[2] 侯虹，张春晓. 热电池可靠性的设计与评估[J]. 航空兵器，2001，(2): 22-25.

[3] GJB376-87. 火工品可靠性评估方法.

[4] GJB899A-2009. 可靠性鉴定和验收试验.

[5] 刘亦斌. 利用 Excel的统计函数进行概率运算[J].宜春学院学报，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

杨明国（1966-），硕士，高级工程师。研究方向：机电一体化。