美国波音公司的中型客机“波音787”接连发生电池故障,震惊了业界人士。2013年1月7日,日本航空公司(JAL)一架停泊在美国波士顿洛根国际机场的787客机机身后部电气室里的锂离子充电电池模块起火(图1)。
日航客机发生起火事故(摄影:NTSB) |
图1:日航客机发生起火事故 NTSB从发生起火事故的日航客机中取出的电池模块。右为正常状态。(摄影:NTSB) |
1月16日,全日本航空公司(ANA)一架从山口飞往东京的787客机因检测到机身前部的电气室异常冒烟,在高松机场紧急迫降。冒烟的原因也是因为锂离子充电电池模块烧坏。这两起事故虽然发生在不同的电气室,但出现问题的则是相同型号的锂离子充电电池模块(图2)。
图2:日航客机和全日空客机发生异常的位置不同 787客机有前后两个电气室。其中,日航客机后部电气室、全日空客机前部电气室的电池模块出现异常。(图由《日经电子》根据波音公司的资料制作) |
发生起火事故的电池单元是杰士汤浅专门面向787客机开发的。该公司共供货大小两种单元,其中串联8个大型单元“LVP65”的模块“LVP65-8”出现了异常(表1)。
杰士汤浅为确保安全性,将充电电压设定为约4.0V,比通常的充电电压要低0.2V左右,而且还配备了对电压和模块内部的温度进行监控,在发生异常时向充电器发送停充信号的功能,以及使各电池单元的电压均等的平均化电路。另外,为进一步提高面向飞机用途的安全性,追加了自我诊断功能、针对过充电等异常模式的独立双重保护功能、在采用电磁接触器的模块发生异常充电时进行关闭的功能等,理论上说充分考虑了安全性。
已确认是电池起火
虽然现阶段还不能确定事故原因,不过有几项事实已经明确。日航客机的电池模块电压为32V,全日空客机的电池模块为31V,当时两架飞机均显示正常。
另外,1月24日发布中期报告的NTSB表示,对日航客机的电池模块进行调查的结果说明,电池起火毋庸置疑,发生事故的电池单元有热失控和内部短路的痕迹。不过,尚未查明是先出现了热失控和内部短路,还是先出现某种异常后电池才出现问题的,估计查明还需要时间。
锂离子充电电池自身的起火原因包括(1)过充电、(2)内部短路、(3)过热。这些原因会导致电池内压上升,造成单元侧面设置的安全阀打开,电解液外漏,起火的可能性比较高。
其中,关于(1)过充电,NTSB和日本国土交通省的结论是模块电压为正常值。但并不清楚内部各电池单元加载了多大的电压,因布线错误和软件漏洞等造成单元过充电的可能性依然存在。
关于(2)内部短路,很多电池技术人员一致认为“在制造流程上是不可能出现这样的问题”。因为自从2006年因内部短路导致便携终端用锂离子充电电池大规模回收后,就加强了针对内部短路的试验方法。
另外,从此次事故后的模块照片等来分析,电池相关人士均认为“并没有发生过激烈的反应”、“是比较平稳地烧坏的”。还有观点认为,如果是内部短路,“单元会因为剧烈反应起火燃烧,发生更严重的变形也不奇怪”。
还有一点是(3)过热。有时会因电气系统连接部等的设计错误等引发异常过热。如果发生在电池单元附近就会造成热失控,可能会导致单元起火。因此,需要调查模块内部或周边是否有异常过热的部分。
此外,还需要对控制方法和软件漏洞展开调查,不过787客机的电源系统有很多企业参与制造,探明原因并非容易之事(图3)。因为辅助电源单元(APU)的控制器由美国联合技术航空航天系统(United Technology Aerospace Systems)制造,充电器由美国Securaplane Technologies制造,电池模块由法国泰利斯集团(Thales Group)制造,电池管理系统由关东航空计器制造,电池单元由杰士汤浅等企业制造。
图3:有很多企业参与其中的电源系统 波音787客机的电源系统由多家企业制造。杰士汤浅负责向泰利斯集团供货电池单元。 |