Battery Issue - Nightmare on Dreamliner 787

 

 

Electrical System

The Boeing 787-8 Dreamliner uses a modified version of Syd Adam's Jet Electrical System. Backup Generators have been added, a Ram Air Turbine Generator has been implemented and the APU loop has been modified. There are 5 major power sources available:

1.  Engine Generators (L1 and R1 are main generators and L2 and R2 are backup)
2.  Battery
3.  Primary and Secondary External Power
4.  APU Generators (Auxiliary Power Unit must be started and running for the APU Generators to provide power)
5.  Ram Air Turbine (used in case of dual engine failures to provide just enough power for Central Hydraulic Systems (C1 and C2) and Instruments.

 

The 787’s electrical system uses a remote distribution system that saves weight and is expected to reduce maintenance costs

 

 

Electrolytes, a flammable battery fluid, had leaked from the plane's main lithium-ion battery

Boeing 787 Dreamliner’s  Battery Troubleshooting

Thales has selected GS Yuasa for Lithium ion battery system in Boeing’s 787 Dreamliner

Applications: 

·         Aircraft APU Starting

·         Back-up Flight Control Electronics

·         Other high reliability applications
 

Features: 

·         High energy density

·         Excellent discharge characteristics

·         Sealed structure

·         Low self discharge

·         No need for maintenance such as electrolyte filling or conditioning cycles.

·         Stainless steel case

 

Problema na Bateria do Boeing 787 Dreamliner

A Thales selecionou GS Yuasa para o sistema da bateria de íon Lítion da aeronave 787 Dreamliner da Boeing

Utilização:

• Partida do APU da Aeronave
• Auxilar de Dispositivos Eletrônicos de Controle de Voo
• Outras Utilizações de Confiabilidade Alta

Caracrterísticas:

• Densidate alta de energia
• Características de descarga excelentes
• Estrutura vedação
• Baixa auto discarga
• Nenhuma necessidade de manutenção tal como enchimento eletrolítico ou ciclos de condicionamento
• Invólucro de aço inoxidável

GS Yuasa’s Li-ion batteries will play a key role in on-board power, providing both Auxiliary Power Unit start and emergency power back-up capabilities.

As baterias Lítion-íon da [empresa japonesa] GS Yuasa efetuará um papel chave no [sistema] de potência elétrica a bordo, fornecendo ambas, partida pela Unidade Auxiliar de Potência [elétrica] e capacidades de armazenamento de eletricidade em emergência.

This Li-ion technology offers some key advantages over the existing nickel-cadmium solution used in commercial jetliners. With 100% greater energy storage capacity, lithium-ion offers two times of energy from the same dimension nickel-cadmium battery. The battery can charge from 0 to 90% in only 75 minutes and comes with battery management electronics which guarantees multiple levels of safety features. The rugged prismatic sealed battery design is capable of withstanding extreme operating conditions far greater than those normally seen in commercial aircraft operation and requires absolutely no maintenance.	Esta tecnologia Li-ion oferece algumas vantagens chave sobre a existente solução Niquel-Cádmio usada em jatos comerciais de linhas aéreas. Com 100% a mais de capacidade de armazenamento de energia, Lítio-íon oferece o dobro de energia da bateria Niquel-Cádmio da mesma dimensão. A bateria pode carregar de 0 a 90% em 75 minutos e vem com dispositivo eletrônico de gerenciamento de bateria, o qual garante níveis múltiplos de características de segurança. O projeto robusto prismático de bateria selada  é capaz de suportar condições extremas de operação bem maior que aqueles normalmente vistos em operação em aeronave comercial e não exige absolutamente manutenção.
“Thales is determined to create the safest, most advanced, efficient and reliable power system possible for the Boeing 787 Dreamliner. Since it is maintenance-free and has longer service life comparing to current nickel-cadmium batteries, it makes for lower operating costs and increased safety for airline companies,” said Steve Grinham, General Manager of the electrical activity of Thales.	“A Thales está determinada a criar o sistema de força elétrica mais seguro, mais avançado, eficiente e confiável para o Boeing 787 Dreamliner. Uma vez que é livre de manutenção e  tem vida útil mais longa comparando com baterias Níquil-Cádmio atuais, ela faz baixar custos operacionais  e aumenta a segurança de empresas aéreas”, disse Grinham, Gerente Geral da atividade elétrica da Thales.

 ENGINE AND APU START

PARTIDA DE MOTOR E APU

 

The 787's engine-start and APU-start functions are performed by extensions of the method that has been successfully used for the APU in the Next-Generation 737 airplane family. In this method, the generators are run as synchronous starting motors with the starting process being controlled by start converters. The start converters provide conditioned electrical power (adjustable voltage and adjustable frequency) to the generators during the start for optimum start performance.	A partida do motor do 787 e funções da partida do APU são efetuadas por extensões do método que tem sido bem sucedidamente usado pelo APU na família de aeronave 737 Next-Generation. Neste  método, os geradores são funcionados como motores de partida sincronizados com o processo de partida sendo controlado por conversores de partida. Os conversores de partida fornecem força elétrica condicionada (voltagem ajustável e frequência ajustável) para os geradores durante a partida para uma ótima performance de partida.
Unlike the air turbine engine starters in the traditional architecture that are not used while the respective engines are not running, the start converters will be used after the respective engine is started. The engine- and APU-start converters will function as the motor controller for cabin pressurization compressor motors.	Diferente dos motores de partida de motores de turbina a ar na estrutura tradicional que não são usados enquanto os motores respectivos não estão funcionando, os conversores de partida serão usados após o motor respectivo estar funcionando. Os conversores de partida do motor e de partida do APU funcionarão como o controlador do motor para os motores do compressor de pressurização de cabine.
Normally, both generators on the APU and both generators on the engine are used for optimum start performance. However, in case of a generator failure, the remaining generator may be used for engine starting but at a slower pace. For APU starting, only one generator is required.	Normalmente, ambos geradores no APU e ambos geradores no motor são usados para ótima performance de partida. Todavia, em caso de falha de um gerador, o gerador remanecente pode ser usado para partida de motor, mas num passo mais lento. Para partida de APU, somente um gerador é exigido.
The power source for APU starting may be the airplane battery, a ground power source, or an engine-driven generator. The power source for engine starting may be the APU generators, engine-driven generators on the opposite side engine, or two forward 115 VAC ground power sources. The aft external power receptacles may be used for a faster start, if desired.	A fonte elétrica para partida de APU pode ser a bateria do avião, uma fonte elétrica  de solo, ou um gerador impulsidonado pelo motor. A fonte elétrica para partida de motor pode ser os geradores do APU, geradores impulsionados pelo motor no motor do lado oposto, ou duas fontes elétricas de solo dianteiras de 115 VAC. Os receptáculos externos de eletricidade traseiros podem ser usados para uma partida rápida, se desejada.
APU	Unidade Auxiliar de Força Elétrica
As in a traditional architecture, the APU in the no-bleed electrical architecture is mounted in the airplane tail cone, but it provides only electrical power. Consequently, it is much simpler than the APU for the traditional architecture because all of the components associated with the pneumatic power delivery are eliminated. This should result in a significant improvement in APU reliability and required maintenance.	Como numa arquitetura tradicional, a APU na arquitetura elétrica sem-sangria, é montada no cone de cauda do avião, mas ela fornece somente força elétrica. Consequentemente, ela é muito mais simples do que a APU da arquitetura tracidiconal porque todoso dos componentes associados com despacho de forção pneumática são eliminados. Isto deve resultar em um melhoramento significante na comfiabilidade da APU e manutenção exigida.
APU SYSTEMS ELIMINATED IN THE     NO-BLEED ARCHITECTURE	Sistemas da APU eliminados na arquitetura SEM-SANGRIA
Moreover, taking advantage of the variable frequency feature of the 787 electrical system, the APU operates at a variable speed for improved performance. The operating speed is based on the ambient temperature and will be within a 15 percent range of the nominal speed.	Além disso, tomando vantagem da frequência variável do sistema elétrico do 787, a APU opera numa velocidade variável para performance melhorada. A velocidade de operação está bseada na temperatura ambiente e estará dentro de um faixa de 15 por cento da velocidade nominal.
Little known is that the 787 is the first commercial aircraft to use an “all electric” design instead of the old “bleed air” design. To see how these old and new designs compare please consider the following schematics.	Pouco sabido é que o 787 é o primeiro avião comercial a usar um projeto “todo elétrico” em vez deo velho projeto “ar de sangria”. Para ver como estes projetos velhos e novos comparam-se, por favor, considere os esquemas seguintes.
The old design relied heavily on bleed air (compressed air) as a source of power. What can be lighter than air was the old logic. The bleed air was either bleed off the main engines or supplied by an auxiliary power unit located in the tail cone of the aircraft. Bleed air was used to start the main engines via an air turbine starter (ATS). Its other primary function was to provide air conditioning for the passengers via an environmental control system (ECS). While the air itself is very light, the associated ducting and valves are not. The new all-electric design eliminates the ducting and valves resulting in a lighter, more reliable system.	O projeto antigo pedasamente dependia de ar de sagria (ar comrimido) como uma fonte de força. Que possa ser mais leve do que o ar era a lógica antiga.  O ar de sangria era, ou sangria dos motores principais ou suprida por uma unidade de força auxiliar localizada no cone de cauda da aeronave. Ar de sagria era usado para dar partida nos motores principais via um motor de partida a ar de turbina (ATS). Sua outra função principal era forncer ar condicionado para os passageiros via um sistema de controle ambiental (ECS). Enquanto o ar é ele mesmo muito leve, os dutos e válvulas associados não são. O novo projeto tudo-elétrico elimina o dutos e válvulas resultando num mais leve, mais confiável sistema.

This diagram of an APU for a 767-400 airplane shows the pneumatic portions that will be eliminated in a no-bleed architecture.

Este diagrama de uma APU para um avião 767-400 mostra as porções pneumáticas que serão eliminadas em uma arquitetura SEM-SANGRIA.

 

“The generators are directly connected to the engine gearboxes and therefore operate at a variable frequency (360 to 800 hertz) proportional to the engine speed. This type of generator is the simplest and the most efficient generation method because it does not include the complex constant speed drive, which is the key component of an integrated drive generator (IDG). As a result, the generators are expected to be more reliable, require less maintenance, and have lower spare costs than the traditional IDGs.”	“Os geradores estão diretamente conectados às caixas de engrenagens do motor e por esta razão operam numa frequência variável (360 a 800 Hertz) proporcional à velocidade do motor. Este tipo de gerador é o método de geração mais simples e o mais eficiente porque ele não inclui o impulso complexo de velocidade constante, o qual é o componente chave de um Gerador de Impulso Integrado (IDG). Como um resultado, os geradores são esperados ser mais confiáveis, exigem menos manutenção, e têm mais baixos custos de peças sobressalentes do que os IDGs tradicionais.
The all-electric version relies on a higher voltage “hybrid” system, as Boeing elaborates:	A versão tudo-elétrico depende de um sistema “híbrido” de voltagem mais alto, como a Boeing detalha:
“The 787 uses an electrical system that is a hybrid voltage system consisting of the following voltage types: 235 volts alternating current (VAC), 115 VAC, 28 volts direct current (VDC), and ±270 VDC. The 115 VAC and 28 VDC voltage types are traditional, while the 235 VAC and the ±270 VDC voltage types are the consequence of the no-bleed electrical architecture that results in a greatly expanded electrical system generating twice as much electricity as previous Boeing airplane models. The system includes six generators — two per engine and two per APU — operating at 235 VAC for reduced generator feeder weight.	“O 787 usa um sistema elétrico que é um sistema híbrido de voltagem consistindo dos tipos seguintes: Corrente Alternada 235 Volts (VAC), 115 VAC, Corrente Direta 28 Volts (VDC) e ±270 VDC. Os tipos de voltagem 115 VAC e 28 VDC são tradicionais, enquanto o tipo de voltagem 235 VAC e o ±270 VDC são a consequência da arquitetura elétrica SEM-SANGRIA que resulta em um sistema elétrico grandemente expandido gerando duas vezes mais eletricidade quanto nos modelos anteriores de avião Boeing. O sistema inclui seis geradores – dois por motor e dois por APU – operando em 235 VAC para peso reduzido de alimentador de gerador.
“The ±270 VDC system is supplied by four auto-transformer-rectifier units that convert 235 VAC power to ±270 VDC. The ±270 VDC system supports a handful of large-rated adjustable speed motors required for the no-bleed architecture. These include cabin pressurization compressor motors, ram air fan motors, the nitrogen-generation-system compressor used for fuel-tank inerting, and large hydraulic pump motors.”	“O sistema ±270 VDC é suprido por quarto unidades auto transformadores retificadores que convertem força 235 VAC para ±270 VDC. O sistema ±270 VDC suporta um punhado de motores de grande taxa de velocidade ajustável exigidos para a arquitetura SEM-SANGRIA. Estes incluem motores de compressor de pressurização de cabine, motores de ventilador de entrada de ar ambiente, o compressor do sistema de geração de Nitrogênio usado para tornar inerte o tanque de combustível e motores gandes de bombas hidráulicas.
“The 787′s no-bleed systems architecture will allow the airplane’s engines to produce thrust more efficiently — all of the high-speed air produced by the engines goes to thrust. Pneumatic systems that divert high-speed air from the engines rob conventional airplanes of some thrust and increase the engine’s fuel consumption. Boeing believes that using electrical power is more efficient than engine-generated pneumatic power, and expects the new architecture to extract as much as 35 percent less power from the engines”.	“A arquitetura dos sistemas SEM-SANGRIA dos 787 permitirão os motores do avião produzir potência mais eficientemente – todo do ar de alta velocidade produzido pelos motores vai para potência. Sistemas pneumáticos que desviam ar de alta velocidade dos motores roubam de avões convencionais alguma potência e aumentam o consumo de combustível do motor. A Boeing acredita que usando forçã elétrica é mais eficiente do que força pneumática gerada pelo motor, e espera que a nova arquitetura extraia tanto quanto 35 por cento menos potência dos motores”.

The NTSB released photos of the fire-damaged battery and the metal box that contained it. An NTSB spokesman would not say Tuesday whether the box kept the fire from damaging anything but the battery.	O NTSB liberou fotos da bateria avariada por fogo e a caixa de metal que a continha. Um porta voz do NTSB não dissera na Terça-feira (15 JAN) se a caixa impediu o fogo de danificar qualquer [outra coisa] , exceto a bateria.
Paul Jonas, director of the Environmental Test Lab at the National Institute for Aviation Research in Wichita, Kan., said that the box may have contained the fire.	Paul Jones, Diretor do Laboratório de Teste Ambental no Instituto Nacional de Pesquisa de Aviação em Wichita, Kansas, disse que a caixa pode ter contido o fogo.
“From the photo provided, the box looks like it did the job fairly well,” said Jonas, whose lab does testing for the FAA. “The fact that they had a box would indicate that they designed for this condition.”	“Da foto fornecida, a caixa parece que ela fez o trabalho bastante bem”,  disse Jonas, do laboratório que faz teste para a FAA. “O fato de que eles tinham uma caixa indicaria que eles [a] projetaram para esta condição”.
In the FAA tests, which the agency performed at its site in Atlantic City a year after it certified the Dreamliner, the temperature of the battery fires reached as high as 2,000 degrees Fahrenheit. The plane’s polymer skin melts at 649 degrees, according to its manufacturer, Victrex Energy of West Conshohocken, Pa.	Nos testes da FAA, os quais a agência efetuou no seu local [de testes] em Atlantic City um ano após ela [agência] ter dertificado o Dreamliner, a temperatura do fogo da bateria chegou tão alto quanto 2000° F [1093°C]. A película externa do polímero da fuselagem do avião derreteu a 649 graus [342°C], de acordo com seu fabricante, Cictrez energy de West Conshohocken, PA.
Problems with lithium batteries catching fire in laptops, cellphones and electric cars were well documented and “should have raised a flag with the FAA.”	Problemas com baterias de Lítio pegando fogo em ‘laptops, telefones celulares e carros elétricos’ foram bem documntados e “teria levantado um bandeira na FAA”.
“We’ve had a long-running issue with lithium batteries,” John Goglia, a former member of the NTSB said. “They’re not allowed to be carried on passenger airplanes.”	“Nós temos tido um longo problema de funcionamento com baterias de Lítio”, disse John Goglia, um outrora membro da NTSB. “Elas não são permitidas serem carregadas em aviões de passageiros”.
Goglia said weight was the most likely reason Boeing went with the 63-pound lithium battery, which is lighter and more powerful than other types.	Goglia disse que peso foi a mais provável razão que a Boeing incluiu a bateria de Lítio com 28 gramas, a qual é mais leve e mais potente do que outros tipos.
It also burns at high temperatures. In two lithium battery fire tests last year, temperatures peaked between 1,400 and 2,000 degrees, according to a report of the test results. Some of the battery cells exploded and landed more than 100 feet from the fire, and one of the fires burned for more than an hour.	Ela também queima em temperaturas altas. Em dois testes de fogo em bateria de Lítio no último ano, temperaturas atingiram o pico entre 1400°F e 2000°F [760°C a 1093°C], de acordo com um relatório de resultados de testes. Algumas das células da bateria explodiram e pousaram a mais de 30 metros do fogo, e uma dos focos de incêndio queimou por mais de uma hora.
A Boeing safety document from last year shows the location of the battery in a lower compartment near the plane’s tail section. The compartment, which is not protected by the plane’s fire-suppression system, contains key electrical systems. The battery, which powers the plane’s auxiliary power unit, is close to the plane’s fuselage.	Um document de segurança da Boeing no último ano mostra a localização da bateria num compartimento mai baixo perto da seção da cauda do aviã. O compartimento,  o qual não está protegido pelo sistema de supressão de fogo do avião, contém chaves do sistema elétrico. A bateria, a qual alimenta a Unidade de Força auxiliar do avião, está perto da fuselagem do avião.