Vortrag Schild Bosch

Zusammenspiel von Sicherheitsfunktionen
Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Johannes Schild, Bosch Engineering GmbH – [email protected]
Bosch Engineering
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BEG-PT/ESB-Johannes Schild | 05. Mai 2015 | © Bosch Engineering GmbH 2014. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction,
editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.
Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Anwendungen von Brennstoffzellensystemen
Fokus Bosch Engineering
Off-Highway
Nutzfahrzeuge
Freizeitfahrzeuge
Personenfahrzeuge
Marineanwendungen
Schienenfahrzeuge
allgemeine Luftfahrt
Industrie-/Stationäranwendungen
Bosch Engineering
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Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Zusammenspiel von Sicherheitsfunktionen
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Brennstoffzellen – Systemtopologie, Sensoren und Aktoren
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Von der Risikobeurteilung zum Sicherheitskonzept
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Vom Sicherheitskonzept zur Umsetzung in der Steuerung
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Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Risikobeurteilung – von der Gefährdung zum Risiko
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Risikominderung durch
 Vermeiden
 Erkennen
 Beherrschen der Folgen
Steuerung – Sicherheitsfunktionen:
Funktionale Sicherheit relevant für
 Steuergerät (HW + SW)
 Fest verdrahtete Funktion (HW)
Start
Festlegen der Grenzen der Maschine
Identifizieren der Gefährdungen
Risikoeinschätzung
Risikobewertung
Sicherheit gegeben?
Nein
Maßnahmen zur Risikominderung
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Ja
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Ende
Risikobeurteilung (ISO 12100)
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Typische Gefährdungen u.a.:
 Austritt von Wasserstoff
(mit Ansammlung und Zündquelle)
 Bordnetz-Spannung
Risikoanalyse

Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Sicherheitsmechanismen und Überwachungsprinzipien
H2-Austrittsrate
Überwachung
Systemparameter 1
Konstruktive
Maßnahmen
Überwachung
Systemparameter 2
U
Druckhaltetest bei
inaktivem
System
Lüftung
Zeitraum Wirksamkeit
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Wirksamkeit der Maßnahmen ist
weiter abhängig von
• Szenario: Betrieb, Wartung…
• Austrittsort
Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
Vom Risiko zum Sicherheitskonzept
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Zusammenstellen der relevanten Komponentenfehler (aus FMEA) und Benutzungsszenarien
Risikominderung durch Maßnahmen beschreiben
Falls Risiko konstruktiv/inhärent nicht ausreichend gemindert: Sicherheitsfunktion zuordnen
Ergebnis: je nach Komponente und Szenario unterschiedliche Sicherheitsfunktionen;
Zusammenspiel und Abdeckung aller Szenarien
Mehrere Funktionen beseitigen die Gefährdung, davon eine Sicherheitsfunktion (Freiheitsgrad).
Szenario
Vermeidung
Entdeckung
Beherrschung
Anode spülen
(gefahrlose
Konzentration)
Keine - betriebsmäßig
gewünscht
H2-Sensor (entdeckt
Lüftungsausfall)
Lüftung der
Auslaßposition
Spülventil undicht
Auslegung  plötzliche
starke Undichtheit
ausgeschlossen
Zyklisch:
Druckhaltetest
Ständig: H2-Sensor
Lüftung der
Auslaßposition
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Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
FCCU: Vom Sicherheitskonzept zur Umsetzung
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Sicherheitsfunktionen: Umgesetzt in fuel cell control unit (FCCU)
Automotive Großserienqualität
Flexibel konfigurierbar
 Auswahl existierender Sicherheitsfunktionen zur Integration
 Parameter der Sicherheitsfunktionen
 Erkennungsschwellen
 Timing, …
 Anpassung und Erweiterung mit weiteren Sicherheitsfunktionen
Umsetzung in 3-Ebenenkonzept, bewährtes Designprinzip
FCCU wurde erfolgreich in mehreren BZ-Systemen integriert
Fragen an Systemintegratoren/OEM:
 Welche Sicherheitsfunktionen/-ziele für eine FCCU “out of the box”?
Mit welchem Integritätslevel (ASIL x, PL x)?
 Ist PLr c (nach IEC 62282-4) ausreichend für alle SF bei Flurförderzeugen?
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Fuel cell control unit
Prüfstand
Umsetzung Sicherheitsfunktion – 3-Ebenenkonzept
Ebene 2
• RAM/ROM Test
• redundanter Speicher
• Programmablaufkontrolle
• Frage/AntwortKommunikation
• Befehlssatztest
• …
ASIL
Tankventil
Abschaltung
Abschalt-Test Tankventil
Automotive Standard
Ebene 3
Drucksensor 2
Logikeinheit (µC)
Anwendungsfunktionen:
Betriebsstrategie,
Anzeige Tankfüllstand…
Signalvergleich
Drucksensor 1
Ebene 1
Beispiel 1: Drucküberwachung
Überwachung
Druckschwelle
Funktionale
Überwachung
und -gradient
µC-Überwachung
Rechnerüberwachung
unabhängiges Überwachungsmodul
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Brennstoffzellensteuerung - Sicherheitsfunktionen
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Harald Fischer
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Robert-Bosch-Allee 1
D-74232 Abstatt
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Tel.:
Postfach 13 50
74003 Heilbronn
+49 (0) 7062 911 - 6554
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