基于Kaplan-Meier算法的应急灯电池组件性能衰退和失效曲线

雷彤

摘要：结合应急灯电池容量检查和航线运行发生的故障，使用Kaplan-Meier算法对波音737NG飞机原装应急灯电池组件进行非参数估计，绘制了电池的性能衰退曲线和故障失效曲线，较直观地表征了应急灯电池的使用寿命，为应急灯电池组件预测性维修提供了可能。

关键词：波音737NG飞机；应急灯电池组件；卡普兰-迈耶；非参数估计

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

0 引言

波音737NG飞机应急灯电池组件采用件号D717-01-100的镍镉电池，电池性能受环境温度或深度充电次数等外因影响较大，如冬季航前电池低温会导致应急灯故障较多，同时电池性能也和装机使用时间直接相关，因此在外因影响下电池性能衰退和失效阈值较难把握。

本文结合应急灯电池容量检查和航线运行发生的故障，使用Kaplan-Meier算法对波音737NG飞机原装应急灯电池组件进行非参数估计，通过绘制电池的性能衰退曲线和故障失效曲线来表征应急灯电池的使用寿命，以为应急灯电池组件的预测性维修提供可能。

1 应急灯电池组件性能衰退曲线和故障失效曲线

波音对应急灯电池制定了相关MPD检查项目，以保证应急灯在紧急情况下可以正常工作，例如，MPD33-055-00规定了检查应急灯最少15min放电时间以保证应急电池的性能满足旅客应急撤离的要求；MPD33-010-00规定了应急灯电池组件突发性失效导致的应急灯故障；MPD33-060-00规定了深度充放电消除应急电池记忆效应等。

本文采用的数据样本来自波音737NG飞机的原装机电池，将应急灯电池容量（15min）测试不达标的电池作为其性能衰退表征数据，将运行中应急灯电池故障非计划更换作为电池组件失效表征数据。使用Kaplan-Meier进行非参数估计，以表示装机电池实际失效和衰退情况。

图1中灰色曲线可表征应急灯电池随使用时间的性能衰退趋势。由于电池装机4年后衰退迹象才开始逐渐显现、装机5年后衰退率明显上升，因此选择装机5年后执行功能检测的应急灯电池容量（15min）将收到较好的效果，能及时发现容量不足的电池。

装机5年至6年间是预防性检查发现电池性能衰退的窗口期，此阶段电池组件航线故障率处于低位，且很容易通过执行电池容量检测工卡发现深度放电时间不达标的电池，增加预防性故障发现的可能性，可使航线故障率处于低位。

蓝色曲线可表征应急灯电池的失效寿命，电池使用至5年后突发性失效开始显现，5年至6年间由于预防性更换的快速增多，保证了航线故障发现率相对平稳。从6年2个月后电池非计划故障率开始急剧上升，此阶段即使增加预防性容量检查频次也不能遏制电池失效率急剧上升趋势。

2 应急灯电池性能衰退趋势监控

根据应急灯电池的性能衰退和失效曲线，可对装机使用时间达到失效阈值的应急灯电池组件设定预警线，对触发预警的装机电池制定监控计划，例如，通过构型管控电池所涉及的应急灯的位置，执行应急灯测试或在电池容量检查时重点关注。

圖2表明同一架飞机原装机电池在相同的使用环境和充放电循环下电池的寿命有一定的趋同，由此也可以根据原装机电池剩余数量和故障间隔设定门槛值进行预警，结合同批次装机电池更换情况、使用时间等因素综合判断是否预防更换，从而降低应急灯电池导致的故障率和延误率。

3 结束语

随着使用时间的推移，应急灯电池组件的电池性能下降是不可避免的，在使用时间为5年至6年之间存在发现故障的窗口期，可通过电池容量检查工卡降低此阶段的航线故障率。电池在相同的使用环境、充放电循环下，寿命也有一定的趋同性，通过单机更换数据和电池性能衰退和故障失效曲线设定相应的报警逻辑，为应急灯电池组件预测性维修提供了可能。