电动汽车电池管理系统的功能安全研究

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随着市场对电动汽车功能要求的不断提高,电动汽车的软硬件系统日益朝着高度集成化发展,由此所引发的安全事故也日益增多。尤其是近年来不断出现的电动汽车动力电池自燃、起火和爆炸等事件,使得电动汽车的安全性问题得到了广泛的关注。随着功能安全技术的不断发展,国际标准化组织于2018年在第一版的基础上颁布《道路车辆功能安全标准ISO 26262:2018》,该标准针对电子/电气系统故障行为可能导致的危害,提出了一套严格的开发流程和技术规范。本文通过将ISO 26262:2018的开发流程和规范应用于电池管理系统的功能开发中,完成了电池管理系统的软、硬件开发及系统集成。主要完成了以下工作:(1)根据功能安全概念和系统设计的流程和规范,从项目定义出发,对由于BMS功能失效而导致的典型危险事件进行HARA分析,基于HARA分析得到的功能安全目标及ASIL等级,完成功能安全需求的制定和分配。然后基于ASIL分解原理,将BMS主控制器(ASIL D)分解为“主控芯片(ASIL C)+监控芯片(ASIL A)”的硬件架构,并在此基础上完成技术安全需求的制定和分配。最后参考当前广泛使用的E-Gas监控概念,设计了包含功能层、功能监控层和控制器监控层的三层监控软件架构。(2)完成了BMS主从板硬件系统的设计和安全分析。通过采用FMEDA分析方法对所设计的BMS硬件进行安全分析,计算得到了硬件系统架构度量指标,结果表明所设计的硬件系统满足功能安全目标要求。(3)根据系统技术安全需求,导出软件安全需求,完成了BMS应用层软件设计及验证。在Simulink/Stateflow软件开发环境中完成了BMS应用层软件开发,并搭建软件调度系统和测试用的电池包模型。最后基于建立的模型可视化闭环仿真平台,完成软件的测试和验证,结果表明所设计的软件系统具有可靠的安全监控功能,满足既定目标的功能安全要求。(4)将BMS主从板进行集成,搭建BMS试验平台。根据功能安全标准中关于软件测试的方法和规范,采用故障注入法对BMS控制器的功能实现进行测试,结果表明所开发的BMS系统具有较强的故障容忍能力,能有效保证系统功能实现的准确性和可靠性。
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