動力鋰電池BMS開發(fā)流程概述

1、動力鋰電池BMS功能需求的考量

功能安全：不存在由電子電氣系統(tǒng)的故障而引起的危害導(dǎo)致不合理的風(fēng)險。因此，動力鋰電池BMS功能安全開發(fā)要根據(jù)實際產(chǎn)品應(yīng)用需求做相應(yīng)功能列表情況，其中首要任務(wù)是要防止不可接受的風(fēng)險。要區(qū)分兩類故障、錯誤和失效：隨機和系統(tǒng)性失效。系統(tǒng)性失效可以在設(shè)計階段通過合適的方法來防止，而隨機性失效只能降低到可接受程度。系統(tǒng)性甚至隨機性失效會發(fā)生在硬件當(dāng)中，而軟件的失效更多的是系統(tǒng)性的失效。關(guān)于每個危害事件，根據(jù)其暴露概率E、可控性C、嚴(yán)重度S三要素，確定其ASIL等級。

從需求開始，當(dāng)中包括概念設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，直至最后的生產(chǎn)公布、售后維護，做出相應(yīng)的功能安全要求，必須具備電壓、電流、溫度等基本的采樣功能，同時對電池的運行過程實時監(jiān)督，過壓、欠壓、過流、過溫等保護功能，根據(jù)需求做同時SOP、SOC、SOH的預(yù)測，故障診斷、均衡控制、熱管理、快慢充管理等。

2、動力鋰電池BMS開發(fā)流程

優(yōu)先確定可能性危害事件發(fā)生。根據(jù)不同的工況、不同使用情況、環(huán)境應(yīng)用情況分析出可能性較大的危害事件，針對危害事件，分配到系統(tǒng)工作的各個職能部門。

（1）思考動力鋰電池BMS因故障導(dǎo)致功能失效的全部可能性：匯總?cè)抗δ芎凸收?，按照運行模式區(qū)分，形成危害事件的矩陣。通過危害分析和風(fēng)險評估，界定危害事件的功能安全目標(biāo)。合并不同場景下的同一個危害事件的安全等級，用最高的功能安全等級作為該危害事件的安全等級。為了防止危害事件的發(fā)生，進而形成安全目標(biāo)。

可以從防止危害事件發(fā)生的角度考慮安全目標(biāo)，也可以從防止故障發(fā)生的角度提出安全目標(biāo)。例如：對過放導(dǎo)致內(nèi)部短路電池起火這個危害提出安全目標(biāo)，從防止危害發(fā)生的角度提出安全目標(biāo)為防止過放導(dǎo)致短路電池起火，從防止故障的角度提出安全目標(biāo)則為防止溫度限制發(fā)生故障。安全目標(biāo)的得出，衍生出一些安全相關(guān)的參數(shù)也要做規(guī)定，這些參數(shù)包括：運行模式，故障容錯時間，安全狀態(tài)，功能冗余等。

（2）確定功能安全需求FSR，每一個安全目標(biāo)含義至少一項功能安全要求，盡管一個功能安全要求能夠cover不止一條安全目標(biāo)，每一條FSR從相關(guān)的SG繼承最高的ASIL。通過分層的方法，從風(fēng)險評估和危害分析得出安全目標(biāo)，再由安全目標(biāo)得出功能安全要求。FSR的功能安全等級，自動繼承安全目標(biāo)的最高等級。

（3）由功能安全需求（FSR）提煉技術(shù)安全需求（TSR），在整個開發(fā)生命周期，技術(shù)安全需求是要落實功能安全概念的技術(shù)要求，其用意是從細節(jié)的單級功能安全要求到系統(tǒng)級的安全技術(shù)要求。下表為功能安全需求轉(zhuǎn)化成技術(shù)安全需求的栗子，僅供流程上的參考。

（4）bms系統(tǒng)設(shè)計階段，系統(tǒng)及子系統(tǒng)要上面所含義的貫徹技術(shù)安全要求，要反映前面含義的安全檢測及安全機制。技術(shù)安全要求的應(yīng)分配給系統(tǒng)設(shè)計要素，同時系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)完成技術(shù)安全要求，有關(guān)技術(shù)安全要求的實現(xiàn)，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮如下問題，含義系統(tǒng)架構(gòu)，分配TSR到硬件和軟件，同時含義好軟件硬件接口HIS。軟硬件接口規(guī)范應(yīng)規(guī)定的硬件和軟件的交互，并與技術(shù)安全的概念是一致的，應(yīng)包括組件的硬件設(shè)備，是由軟件和硬件資源控制支持軟件運行的。

系統(tǒng)設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)中給出三個方面的原則：模塊化、適當(dāng)?shù)念w粒度和簡單。針對不同的安全等級，強調(diào)關(guān)注不同側(cè)面的設(shè)計考量。

技術(shù)安全要求，直接或者經(jīng)過進一步細化后，分配給硬件和軟件。

系統(tǒng)設(shè)計完成后，還要考慮設(shè)計驗證。功能安全目標(biāo)越高，越傾向于實物驗證的方式。

（5）硬件系統(tǒng)功能安全設(shè)計。硬件的詳細安全需求來自于TSR，系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)邊界HSI。硬件設(shè)計可以硬件功能方塊圖開始，硬件方塊圖的所有的元素和內(nèi)部接口應(yīng)當(dāng)展示出來。然后設(shè)計和驗證詳細的電路圖，最后通過演繹法（FTA）或者歸納法（FMEA）等方法來驗證硬件架構(gòu)可能出現(xiàn)的故障。對BMS系統(tǒng)來講，電池包電壓傳感器是一個非常重要的傳感器，因此針對不同ASIL等級要分析電池包電壓傳感器不同的失效模式。一部分失效模式可以通過硬件的需求防范，一部分失效模式可以被分離為軟件需求去防范。

每個技術(shù)安全要求怎么樣設(shè)計，與實際產(chǎn)品功能、技術(shù)發(fā)展水平，供應(yīng)商水平等密切相關(guān)，是不同廠家產(chǎn)品差異性的起點。而產(chǎn)品具體執(zhí)行，有自己不同的思路，有的是不適用安全機制，直接要求零部件提高自身功能安全等級；有的則選擇新增監(jiān)測機制或者供應(yīng)不同原理的冗余設(shè)計，用以提高功能安全等級。

（6）bms軟件系統(tǒng)設(shè)計。在軟件開發(fā)一般遵循V模型，左邊是開發(fā)過程，右邊對應(yīng)的測試過程。BMS在軟件架構(gòu)設(shè)計中，要重點考慮軟件的可維護性及可測試性。軟件在整個產(chǎn)品周期內(nèi)都應(yīng)當(dāng)考慮維護性，同時還要考慮軟件架構(gòu)的設(shè)計測試的容易實現(xiàn)，至此產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)已經(jīng)全部完成。