ISO26262功能安全：车用燃料电池系统的危害分析和风险评估

创作时间:

作者:

@小白创作中心

ISO26262功能安全：车用燃料电池系统的危害分析和风险评估

引用

来源

https://i-newcar.com/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=3810

随着燃料电池汽车技术的快速发展，其安全性问题日益受到关注。本文基于ISO26262功能安全标准，提出了一种系统性的危害分析和风险评估方法，用于识别和评估燃料电池车辆在运行过程中的潜在风险。研究采用故障树分析（FTA）、危险与可操作性分析（HAZOP）和定量风险评估（QRA）等方法，对燃料电池系统的多个关键子系统进行了全面分析，并通过HyRAM软件模拟氢气泄漏场景，为提升燃料电池汽车的安全设计提供了重要参考。

研究背景

研究问题：
本文研究了基于功能安全的车辆燃料电池系统的危害分析和风险评估方法。具体来说，研究了燃料电池车辆在运行过程中可能遇到的潜在危害，并通过功能安全分析和定量风险评估（QRA）方法来识别和评估这些风险。
研究难点：
该问题的研究难点包括：燃料电池车辆使用高压氢储存系统和新发电单元，这带来了新的动力总成和功能安全设计需求；氢气具有易燃、易爆、低点火能量和宽爆炸极限的特性，增加了安全性问题。
相关工作：
已有研究主要集中在燃料电池系统的耐久性、效率、风险分析和氢气泄漏模拟等方面，但很少有研究采用功能安全方法进行风险评估。现有的研究多集中于定性分析和CFD模拟分析，缺乏对整个燃料电池系统的定量风险评估。

研究方法

本文提出了一种基于功能安全的危害分析和风险评估方法，用于解决燃料电池车辆的安全性问题。具体来说，

功能安全描述：
功能安全旨在通过一系列车辆E/E系统设计措施，将事故风险降低到可接受水平。根据ISO 26262标准，功能安全设计必须贯穿整个生命周期，包括概念阶段、产品开发和生产后的发布。

危害事件识别：
使用汽车通用危害列表（AGHL）矩阵，分析燃料电池车辆在不同操作场景下的潜在危害事件。矩阵包括环境特征和操作模式，如雨天、道路条件、交通路线、干预策略和可能的事故场景。
确定危害事件的ASIL等级：
根据ISO 26262标准，定义了四个ASIL等级（ASIL A、B、C、D），分别表示对安全性的不同需求。通过分析危害事件的严重性（S）、暴露概率（E）和可控性（C）来确定其ASIL等级。
HAZOP方法：
使用HAZOP方法识别系统中每个组件的潜在故障模式，并确定其对系统级的影响。HAZOP方法通过指导词描述某种偏差与某个组件的组合，判断其影响。
定性风险评估方法：
使用故障树分析（FTA）和QRA方法分析事故场景的后果和概率。FTA用于确定不希望事件的所有可能原因，而QRA用于定量分析故障场景的概率和影响。
定量风险评估方法：
使用HyRAM软件分析氢气泄漏引起的喷射火灾和爆炸的可能性。HyRAM软件包括计算和模拟氢气在不同场景下的行为的函数。

实验设计

数据收集：
通过文献综述、气体和氢气行业数据库以及模拟实验结果获取系统组件的故障率数据。
实验设计：
分析了燃料电池系统的五个主要子系统：燃料电池堆、氢气供应系统、空气供应系统、冷却系统和控制系统。使用Isograph Reliability Workbench 14.0软件进行定量分析。
样本选择：
选择了具有代表性的操作场景进行分析，包括城市道路、高速公路、山路、湿滑路面、结冰路面等不同条件下的驾驶操作。
参数配置：
假设燃料电池系统的目标使用寿命为8760小时，定期检查备用组件（如PSV和PT1）的检查间隔为2160小时和8760小时。

结果与分析

定性FTA结果：
低输出功率和氢气泄漏的定性FTA结果显示，原始系统架构无法满足功能安全要求，特别是氢气泄漏的危害。
定量FTA结果：
定量FTA结果表明，低输出功率的故障频率为1.31×10−4 h−1，氢气泄漏的故障频率为6.06×10−5 h−1。改进后的系统架构显著降低了氢气泄漏的风险。
QRA分析结果：
使用HyRAM软件进行的QRA分析显示，改进后的系统架构将氢气泄漏的不可用性和故障频率分别减少了94.4%和36.8%。
敏感性分析结果：
敏感性分析表明，氢气泄漏风险中“PSV意外打开”事件对系统不可用性的影响最大。