運輸類飛機蓄電池故障分析與診斷

劉 凱 高偉雁

（上海飛機設計研究院，中國 上海 201210）

0 引言

蓄電池作為飛機機載應急備用電源，可以實現應急負載的供電不中斷轉換，為機上關鍵設備提供電源[1]。由于飛機蓄電池工作環境十分復雜，在飛行過程中還受到很大的振動、沖擊和加速度，所以故障很多，且故障現象復雜，蓄電池一旦出現故障，不僅會影響飛行任務的完成，而且會威脅飛行安全，導致機毀人亡的嚴重后果，所以飛機蓄電池的故障診斷問題對整個飛機系統的安全及穩定至關重要[2-3]。本文根據運輸類飛機在飛行過程中出現的故障，通過蓄電池工作原理分析及該故障的診斷，提出了排除故障的一般解決方法。

1 蓄電池工作原理

蓄電池分為主蓄電池和APU 蓄電池，兩個蓄電池型號相同，兩者通過其相對應的蓄電池控制器進行充電與放電控制，蓄電池在飛機供電系統中的主要作用如下：

1）為輔助動力裝置提供起動電源；

2）在其他電源失效時為飛機關鍵設備提供電源，如導航設備和通信設備，保障飛機返航和著陸；

3）為飛機上要求不中斷供電的關鍵設備提供電源，如電傳操縱系統中的飛行控制計算機，保障飛機安全飛行。

蓄電池工作原理的結構簡圖如圖1 所示。

圖1 蓄電池控制器工作原理結構簡圖

由圖可知，當蓄電池開關接通時，蓄電池控制器處于自動控制模式，其通過敏感蓄電池電流的大小及電流方向對蓄電池進行充放電的自動控制；當蓄電池開關斷開后，蓄電池控制器將蓄電池接觸器鎖定在斷開狀態，從而使得蓄電池與其各自用電設備有效隔離。同時，蓄電池系統與航電系統之間交聯，當蓄電池系統發生故障時，故障信息將通過駕駛艙內多功能顯示屏中發動機指示與機組警告系統顯示。

2 蓄電池故障分析與診斷

2.1 蓄電池故障現象

飛機在某次飛行試驗中，駕駛艙內多功能顯示屏中發動機指示與機組警告系統（EICAS）突然顯示“MAIN Battery OFF”黃色告警，即主蓄電池關斷告警，主顯示屏的電源系統簡圖頁面中主蓄電池部分也顯示黃色告警。

通過蓄電池系統航電接口定義文件可知， 引起 “MAIN Battery OFF”黃色告警的主要原因如下：

1）飛機上電后，主蓄電池開關未按入；

2）飛機主蓄電池內部故障；

3）主蓄電池系統與航電系統數據集中器（DCU）接口故障。

只要出現上述情況中至少一種情況，即可導致該告警。

2.2 主蓄電池故障診斷及排除

根據主蓄電池工作原理，定位故障，將可能引起主蓄電池故障的原因按照簡到繁的原則，從以下四個方面進行故障排除：

1）主蓄電池開關未按入及主蓄電池開關到主蓄電池之間的線路故障；

2）主蓄電池與航電DCU 之間的線路故障；

3）主蓄電池內部故障；

4）航電DCU 內部故障。

2.2.1 主蓄電池開關未按入及主蓄電池開關到主蓄電池之間的線路故障

飛機上電后，接通主蓄電池開關，主蓄電池關斷告警出現，為防止出現告警偶然發生的狀況，重復上述動作三次。如果該告警仍然出現，則有可能是電源控制板上的主蓄電池開關到主蓄電池之間的線路出現斷路，從而引起主蓄電池告警。 主蓄電池開關到主蓄電池之間的線路簡圖如圖2 所示：

圖2 主蓄電池開關到主蓄電池線路簡圖

檢查主蓄電池開關到主蓄電池之間的導線。拔出主蓄電池的連接器N2，按入主蓄電池開關，開關觸點由K1 轉接到K3，開關接通。利用三用表測量電阻[4-5]的方法對連接器N2 的3 號與4 號之間線路的電阻進行測量，若測得的電阻值小于8 歐姆，則未發生斷路，若電阻值為無窮大則出現斷路。 經測量，3 號與4 號之間線路的電阻為3 歐姆，從而說明3 號與4 號之間線路完好。 故障未排除，繼而檢查主蓄電池與航電DCU 之間的線路。

2.2.2 主蓄電池與航電系統DCU 之間的線路故障

主蓄電池與航電系統DCU 相連接（其線路簡圖見圖3），主蓄電池的5 號孔（主蓄電池開關狀態信號）輸出或6 號孔（主蓄電池開關狀態信號）輸出給DCU 的信號若不正常也將會導致“MAIN Battery OFF”告警的發生。

檢查主蓄電池到DCU 之間的導線。 拔出主蓄電池的連接器N3，按入主蓄電池開關，使開關處于接通狀態。 利用三用表測量電阻的方法對連接器N3 的5 號與6 號之間線路的電阻進行測量，經測量，5 號與6 號之間線路的電阻為無窮大，說明5 號與6 號孔之間的線路出現斷路故障。 經檢查后，發現連接器N3 的5 號孔出現插釘脫落，更換連接器，再利用三用表進行測量，5 號與6 號孔之間的線路完好。 恢復連接器N3，再次上電，故障仍未消除，

圖3 主蓄電池到DCU 的線路簡圖

2.2.3 主蓄電池內部故障

主蓄電池內部故障主要由熱失控、 主蓄電池內部電池塊短路、主蓄電池內部電池塊斷路等引起。 若出現主蓄電池內部故障，如主蓄電池內部電池塊之間發生斷路，主蓄電池控制器能接收到主蓄電池發出故障信號，從而觸發主蓄電池斷開告警。

由于蓄電池是航線可更換設備，為了排除該故障，可暫時更換該蓄電池。 如果完好的蓄電池替換后，故障消除，則可以得出結論，主蓄電池故障是由主蓄電池內部故障引起。所以，啟用備用蓄電池，更換飛機上的主蓄電池，再次給飛機上電，故障仍未消除。所以排除蓄電池內部故障。

2.2.4 航電DCU 內部故障

主蓄電池與航電DCU 之間存在機械接口， 由于觸發告警的信號由航電DCU 轉換為數字信號后觸發。 由于已經排除主蓄電池與航電DCU 之間的線路故障，故航電DCU 若出現故障，該告警即能出現。

由于DCU 是航線可更換設備， 為了排除該故障， 可暫時更換該DCU。 如果完好的DCU 替換后，故障消除，則可以得出結論，主蓄電池故障是由DCU 故障引起。 所以，啟用備用DCU，更換飛機上的DCU后，再次給飛機上電，飛機告警未出現，故障最終被排除。經DCU 制造廠商檢查，DCU7 號孔到8 號孔之間的內部接口出現了老化， 導致2個孔之間接觸不良。

3 故障診斷與處理方法

通過主蓄電池故障的排除，總結故障診斷與處理的方法如下：

1）分析故障原因，制定排故計劃。首先從原理進行分析，逐條列出可能產生故障的誘因，將故障隔離到某個部件，某條導線，甚至某個連接器的針孔，并對各種可能引發故障誘因的檢查次序進行排序，制定排故計劃；

2）明確排故步驟，制定應對措施。在排故過程中，遵循由簡到繁原則，首先排除有可能發生的簡單故障，如斷路故障、短路故障等；若線路未出現故障，首先考慮本系統內部器件發生故障的可能；

3）準確定位，找出故障的內在聯系。由于飛機由多個系統組成，當出現故障時，與之有關聯的系統也需要仔細排查，即故障若不是本系統導致的，則需要考慮與本系統交聯的相關系統的故障，如機械接口故障和航電接口故障等。

4 結論

在現代飛行中，安全至上，深入理解飛機各系統的工作原理，不斷總結排故經驗，提高排故水平，并從故障排除等方面進行系統化的分析處理，從而準確高效地定位排故，對保障飛行安全和提高飛行效率具有及其重要的意義。

［1］劉建英，任仁良.飛機電源系統[M].北京：中國民航出版社，2012.2－3.

［2］嚴東超.飛機供電系統[M].北京：國防工業出版社，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］楊志東.飛機導線故障的規律、預防和修理[J].航空維修與工程，2006，3：58－59.

［5］談勇.飛機線路故障問題及其對策[J].航空維修與工程，2006，2：62－63.