[논문]BMS의 위험우선순위 분석과 기능안전을 고려한 설계

김운동; 이순구; 강대근

doi:10.14372/iemek.2021.16.2.79

[국내논문] BMS의 위험우선순위 분석과 기능안전을 고려한 설계
Analysis of Risk Priority Number and Functionally Safe Design of Battery Management System 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.16 no.2, 2021년, pp.79 - 88

김운동 (Huconn Co., Ltd.) , 이순구 (Huconn Co., Ltd.) , 강대근 (Huconn Co., Ltd.)

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, as ESS has become very popular, BMS related electric fires have occurring frequently. In this research we performed analysis of risk priority number (RPN) using Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) technique to analyze the safety of BMS, which accounts for the most part in ESS electric fires. And the functional safety concept was used to eliminate or reduce failure modes that may cause overvoltage, overcurrent, and overheating for higher risk priorities of the analyzed BMS. The BMS hardware was redesigned so that the safety mechanism works for the high-priority risk modes, and the main firmware procedures were designed to control the battery against potential malfunctions. And we implemented the improved BMS hardware and experimentally verified that the safety mechanism works as designed. The test results have confirmed that the safety mechanism works normally and the battery can be controlled even if overvoltage, overcurrent and overheating occurs in the BMS, or major firmware procedures malfunction. Therefore we are confident that electric fires related to ESS can be prevented in advance by analyzing the safety of BMS in the way we used in this research to find high-priority risk factors and applying the concept of safety functions to the hardware and software design of BMS.

Keyword

표/그림 (15)

그림 그림 1. FMEA 프로세스 단계 Fig. 1. Step of FMEA process
표 표 1. ESS의 심각도 순위 기준 Table 1. Severity ranking criteria of ESS [8]
표 표 2. 발생도 순위 기준 Table 2. Occurrence ranking criteria [8]
표 표 3. 검출도 순위 기준 Table 3. Detectability ranking criteria [8]
그림 그림 2. 기본적인 BMS 동작 흐름도 Fig. 2. Basic BMS operation flow chart
표 표 4. BMS 주요 구성부품 고장률 데이터 Table 4. Main components failure rate for BMS
표 표 5. 기본 BMS에 대한 FMEA 분석표 Table 5. FMEA results for basic BMS
표 표 6. 위험수준이 높은 고장모드 Table 6. Highly critical failure modes
그림 그림 3. 기능안전을 고려한 BMS 동작 흐름도 Fig. 3. Flow chart for the functionally safe BMS
그림 그림 4. 구현된 BMS 보드 Fig. 4. Embodied BMS board
표 표 7. BMS의 기능안전을 위한 주요 펌웨어 동작 Table 7. Main firmware operation for the functionally safe BMS
그림 그림 5. BMS 안전메커니즘을 테스트하기 위한 실험환경 Fig. 5. Test setup for BMS safety mechanism
그림 그림 6. 구현된 BMS 테스트 결과 (a) 과전압 테스트 (b) 방전 중 과전류 테스트 (c) 충전 중 과전류 테스트 (d) 과열 테스트 Fig. 6. Test result for the embodied BMS (a) Over voltage test (b) Over current test for discharging (c) Over current test for charging (d) Over temperature test
표 표 8. 기능안전을 적용한 BMS의 FMEA 분석표 Table 8. FMEA results for our functionally safe BMS
표 표 9. 기존 BMS와 재설계한 BMS의 RPN 비교 Table 9. RPN comparison of existing BMS and redesigned BMS

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