Diseño e implementación de seguridad funcional en un sistema de gestión de batería 60V-20Ah para uso industrial y en automoción conforme a sus respectivos estándares de seguridad funcional

Abstract

[ES] En los últimos años, el uso de sistemas electrónicos ha aumentado exponencialmente en un variado y amplio campo de aplicaciones. Este aumento de importancia ha ido de la mano de un aumento considerable en complejidad y criticidad, que puede comportar un aumento de fallos y comportamientos indeseados que, en algunos casos, puedan llegar a poner en peligro la seguridad de los usuarios. Como respuesta a esto, se han desarrollado una serie de normativas y estándares, cuya intención es controlar la cantidad de fallos y sus efectos, de tal manera que el riesgo residual de producirse una situación de peligro sea lo suficientemente bajo. Un claro ejemplo de sistema electrónico cuyos fallos puedan desencadenar una situación de potencial peligro para los usuarios es un sistema de gestión de batería (BMS). Este tipo de sistema se encarga de controlar y supervisar las baterías de tal manera que se encuentren dentro del área de operación segura. Un fallo en la supervisión del estado de la batería podría hacer funcionar la batería fuera del área segura de operación, pudiendo llegar a incendiarse la batería. El objeto del presente trabajo consiste en desarrollar un BMS implementando los conceptos de seguridad funcional acorde al correspondiente estándar de seguridad funcional, siguiendo el proceso completo que se define y finalmente comprobar que el sistema ha conseguido el nivel de seguridad funcional deseado.

[CA] En elsl últims anys, l'ús de sistemes electrònics ha augmentat exponencialment en un variat i ampli camp d'aplicacions. Aquest augment d'importància ha anat acompanyat d'un augment considerable en complexitat i criticitat, que pot comportar un augment de fallades i comportaments indesitjats que, en alguns casos, puguen arribar a posar en perill la seguretat dels usuaris. Com a resposta a això, s'han desenvolupat una sèrie de normatives i estàndards, la intenció dels quals és controlar la quantitat de fallades i els seus efectes, de tal manera que el risc residual de produir-se una situació de perill siga suficientment baix. Un clar exemple de sistema electrònic les fallades del qual puguen desencadenar una situació de potencial perill per als usuaris és un sistema de gestió de bateria (BMS). Aquest tipus de sistema s'encarrega de controlar i supervisar les bateries de tal manera que es troben dins de l'àrea d'operació segura. Una fallada en la supervisió de l'estat de la bateria podria fer funcionar la bateria fora de l'àrea segura d'operació, podent arribar a incendiar-se la bateria. L'objecte del present treball consisteix a desenvolupar un BMS implementant els conceptes de seguretat funcional concorde al corresponent estàndard de seguretat funcional, seguint el procés complet que es defineix i finalment comprovar que el sistema ha aconseguit el nivell de seguretat funcional desitjat.

[EN] In recent years, the use of electronic systems has increased exponentially in a varied and wide field of applications, which has gone hand in hand with a considerable increase in complexity and criticality. This can lead to failures and unwanted behavior that, in some cases, can endanger the safety of users. In response to this, a series of regulations and standards have been developed, the intention of which is to control the number of failures and their effects, in such a way that the residual risk of a dangerous situation occurring is sufficiently low. A clear example of an electronic system whose failures can trigger a potentially dangerous situation for users is a battery management system (BMS). This type of system is responsible for controlling and supervising the batteries in such a way that they are within the safe operating area. A failure to monitor the battery status could cause the battery to operate outside of the safe operating area, potentially causing the battery to catch fire. The purpose of this work is to develop a BMS implementing the concepts of functional safety according to the corresponding safety standard, following the complete process and finally verifying that the system has obtained the desired level of functional safety.