BMS安全评估助力轨道交通绿色安全发展.pdf

90 质量与认证202310编辑 王蕾业务前线Business Front BMS安全评估助力轨道交通绿色安全发展文张迪 劳盛工业技术服务（上海）有限公司 在轨道交通行业中，对信号系统、车辆关键子系统（如制动系统、列车控制和管理系统等）有安全完整性等级（SIL）的要求，对该系统进行通用产品/通用应用层级的安全评估和工程特定应用安全评估已成为行业共识。随着我国城市轨道交通、动车和高铁等交通工具的发展，新能源锂电池作为轨道交通核心系统的动力源，其安全性和可靠性尤为重要，逐渐受到业主、主机厂和供应商的关注。项目推出背景 北京北交新能科技有限公司（以下简称“北交新能”）是国内首家将锂电池系统解决方案应用于轨道交通领域的国家级高新技术企业，专注于轨道交通车辆新能源系统的设计、研发与制造。防短路、防过充、防热失控以及防燃烧是评价锂动力电池安全性的关键，而电池管理系统（BMS）是负责电池监控和管理的电子装置，其安全功能关系到整个锂电池系统是否可以安全稳定的运行。劳盛工业技术服务（上海）有限公司（以下简称“劳盛工业”）依据CENELEC欧洲标准（EN 50126/50128/50129）针对北交新能设计开发的BMS开发了安全评估项目，其目的是评估BMS的安全功能，判断其是否满足相关标准所规定的安全完整性等级（SIL2）要求，是否可以投入工程项目中使用。项目评估的范围和内容 BMS作为电池系统的控制中心，负责整个系统的运行过程监控、数据处理、控制策略实现和外界通讯控制。BMS采用主从设计：从板对各单体电池电压和温度信息进行采集，然后通过CAN通讯传输给主板，主板再进行分析判断，从而对电池的温度和电压进行保护。BMS通过CAN总线与充电桩或整车通讯，对数据进行诊断和处理，控制充放电；主板通过控制主回路的接触器，避免电池组过充、过放和过温，延长电池使用寿命、防止故障发生和蔓延。对BMS进行安全评估过程中，劳盛工业通过文件检查、质量和安全审核、测试见证等活动，质量与认证202310 91 依据EN 50126标准的规定进行安全评估。检查BMS产品生命周期阶段包括：概念、系统定义和运行环境、风险分析和评价、系统需求、架构及系统需求分配、设计和实现、生产制造、集成和系统确认在内的危险识别与风险评估、质量管理、安全管理、配置管理、测试、验证和确认等工作，审核其与EN 50126、EN 50128、EN 50129标准的符合程度，评估BMS的系统需求和安全需求是否被充分正确地实现。BMS的主要安全功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护，还包括BMS与列车控制和管理系统（TCMS）进行信息交换的功能。要证明BMS的安全功能能够达到安全完整性等级（SIL2），不仅要实现特定的安全量化目标（10-7 容许功能失效率 10-6），还要满足与安全完整性等级SIL2相关的质量管理、安全管理和技术安全条件。这就需要劳盛工业结合BMS的功能需求，分别对BMS的系统、软件和硬件的实现过程开展相关的安全评估，主要包括以下工作内容。一是审查和评估北交新能的安全管理体系，以及其在需求、设计和实现、制造、测试、确认阶段开展的安全管理的稳健性；对过程管理进行评估，并确保其遵守相关的安全守则、标准、法规和规范。二是评估安全隐患/危害识别、分级、解决方案、记录、监控和关闭过程的完善性和稳健性，以验证风险是否已经降低到最低且合理可行的水平（ALARP）；审查BMS的需求、设计和实现、制造、测试、确认阶段的安全要求是否充分。三是对北交新能BMS开发活动，从系统定义阶段到系统确认阶段（EN 50126标准定义的生命周期阶段）的所有文件进行标准的符合性审核。检查和评估技术细节包括：设计文件、工程图纸、报告、模拟结果、计算、测试记录，风险分析，如初步危害分析（PHA）、系统和接口危害分析（SHA、IHA）操作和支持危害分析（OSHA）、故障树分析（FTA）等。四是开展系统架构和安全设计原则的安全评估，确保BMS的架构和安全设计原则满足安全目标，包括但不限于模块划分、功能分配、人机接口、电源分布、数据走向、安全功能与非安全功能的划分等。五是对硬件设计的评估，考虑测量精度、稳定度（时间、温度）、响应时间、抗扰度、随机失效率、系统安全完整性、诊断措施以及安全通讯等方面的要求；对于软件设计的评估，主要考虑软件组件的接口、相互作用、操作系统、数据库、输入/输出子系统、通信子系统、应用程序、编程和诊断工具等因素。六是评估测试计划、测试方案、测试通过的标准、流程、后续的测试报告，以及测试工程师的能力管理的充分性。项目实施的意义 劳盛工业是国内第一家开展轨道交通应用BMS功能安全评估的第三方机构，针对这个项目，派遣了拥有丰富经验的评估员，与北交新能一起研发专用的BMS安全评估流程，确保认证服务满足项目目标。通过这个项目，北交新能在BMS开发的全生命周期中，严格遵循EN 5012x系列标准的相关要求，同时根据劳盛工业在评估服务过程中发现的与标准不符的项目和开发过程中影响安全的设计活动，采取积极有效的整改措施，确保了BMS的安全功能满足安全完整性等级（SIL2）的要求，大大提高了产品的质量安全。同时，通过BMS功能安全评估也是获得进入欧洲市场的“通行证”的前提条件，该项目为北交新能进军欧洲市场打下了坚实基础。