I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   16 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   2 4 0 5 ~ 2 4 1 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 16 i 5 . pp 2 4 0 5 - 2 4 1 6           2405       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Funct io na l sa fe ty  a ppro a ch f o r t h er ma l runawa y  in  b a tt ery  ma na g ement sys tems       No uh a ila   B elm a j do u b 1 ,   Ra c hid   L a j o ua d 1 ,   Abde lm o un im e   El   M a g r i 1 ,   So uk a ina   B o ud o u d o u h 2   1 EEI S   La b ,   EN S ET   M o h a mm e d i a ,   H a ssan   II   U n i v e r si t y   of   C a sa b l a n c a ,   C a s a b l a n c a ,   M o r o c c o   2 I R ESEN ,   R e se a r c h   I n st i t u t e   f o r   S o l a r   En e r g y   a n d   N e w   E n e r g i e s,   R a b a t ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   1 4 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma y   2 7 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 2 2 ,   2 0 2 6       As   d e m a n d   fo r   a u to n o m o u s  e n e rg y   sto ra g e   sy ste m s  in   e lec tri c   v e h icle s   (EVs)  g ro ws ,   e n s u rin g   t h e   sa fe ty   a n d   re li a b il i ty   of   li th i u m - io n   b a tt e ries   (LI Bs)   h a s   be - c o m e   c rit ica ll y   imp o rtan t.   W h il e   LIBs   o ffe r   h i g h   e n e rg y   d e n sity ,   th e y   a re   p ro n e   to   t h e r m a l  ru n a wa y ,   wh ic h   c a n   lea d   to   se rio u s   h a z a rd s  su c h   a s  f ire  a n d   e x p lo si o n .   T h is  p a p e r  p ro p o se s  a   f u n c ti o n a l  sa fe ty   fra m e wo rk   fo r  a   b a tt e ry   m a n a g e m e n t  sy ste m   (BM S )  th a t  m e e ts  th e   re q u irem e n ts  o f   IS O  2 6 2 6 2 .   T h i s  a p p ro a c h   in te g ra tes   h a z a rd   a n a ly sis  a n d   risk   a ss e ss m e n t  (HA RA),  th e   d e fin it io n   o f  sa fe ty   g o a ls   (S G s) ,   a n d   sta n d a rd s   re late d   to   fu n c ti o n a l  a n d   tec h n ica l  sa fe ty   re q u irem e n ts,  a n d   is  c o m p lem e n ted   b y   sa fe ty   p ro t o c o ls  a n d   sa fe ty   c a se s  b a se d   o n   th e   g o a l  stru c t u re   n o tati o n   (G S N).  Ba se d   o n   M ATLAB/S i m u li n k ,   th e   re su l ts  d e m o n stra te d   th a t  t h e   sy ste m   c a n   d e tec t  th e rm a l  a n o m a li e s b e fo re   re a c h in g   c rit ica l  th re sh o ld s,  wit h   a   re sp o n se   ti m e   o f  les s  t h a n   2 0 0   m il li se c o n d s.  D u rin g   t h e   c h a rg i n g   p r o c e ss ,   th e   c u rre n t   is  m a in tain e d   a t  a p p r o x ima tely   3 8 0   A   a n d   g ra d u a ll y   d e c re a se s   d u ri n g   t h e   c o n sta n t - v o l tag e   p h a se   to   e n su re   c o n tr o ll e d   e n e r g y   tran s fe r.   Wh e n   th e   tem p e ra tu re   a p p ro a c h e s  4 5   °C,   t h e   sy ste m   imm e d iate l y   d e tec ts   o v e rh e a ti n g   a n d   a c ti v a tes   c o o li n g   m e c h a n ism s  to   m a in tain   th e   te m p e ra tu re   b e lo w  6 0   °C.   V o lt a g e   m o n it o r in g   e n a b les   th e   d e tec ti o n   o f  d e v iatio n s   e x c e e d in g   th e   sa fe ty   t h re sh o l d   o f   8 3 0   V.  Th e se   re su lt s   d e m o n stra te  th a t  th e   p ro p o se d   fra m e wo rk   is  e ffe c ti v e   in   d e tec ti n g   a n d   m it i g a ti n g   th e rm a l,   e lec tri c a l,   a n d   sa fe ty   risk s  in   EV   b a tt e ry   sy ste m s.   K ey w o r d s :   B a t t e r y   m a n a g e m e n t   s y s t e m   Fu n ctio n al  s af ety   I SO   2 6 2 6 2   s tan d ar d   L i t h i u m - i o n   b a t t e r y   T h e r m a l   r u n a w a y   V - c y c l e   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   No u h aila   B e l m a j d o u b   EEIS   L ab ,   E NSET   Mo h a m m e d ia,   Hass an   II   Un iv er s ity   of   C a s ab lan ca   C asab lan ca ,   Mo r o cc o   E m ail:  b elm ajd o u b n o u h aila1 1 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  g lo b al  tr an s itio n   to   elec tr if ied   tr an s p o r t  h as  b ee n   ac ce l er atin g   in   r ec en t   y ea r s ,   th is   a cc eler ated   th e  in tr o d u ctio n   o f   elec tr ic   v e h i c l e   ( E Vs ) ,   wh er e  en er g y   s to r ag e   s y s t e m s   ( E SS s )   p lay   a  ce n tr al  r o le.   Am o n g   th e  av ailab le   tech n o l o g ies,  lit h iu m - io n   b atter ies  ( L I B s )   h av e  b ec o m e   th e   d o m in a n t   s o lu ti o n   d u e   to   th eir   h ig h   en er g y   d en s ity ,   lo n g   life   an d   th e   ab ilit y   to   m ee t   th e   p er f o r m an ce   r eq u ir em en ts   o f   m o d er n   E Vs   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Desp ite  th ese  ad v an tag es,  L I B S p o s e  s ig n if ican t saf ety   f ailu r es u n d er   ab n o r m al  co n d itio n s ,   s u ch   as o v er - lo ad ,   ex ter n al  d am ag e,   o r   th e r m al  s tr ess ,   ca u s in g   th er m al  r is k s ,   a  cr itical  f ailu r e   m o d e   ch ar ac ter ized   b y   r ap id   tem p er atu r e  r is e,   an d   s elf - s u f f icien t  ex o th er m ic   r ea ctio n s   [ 3 ] .   T h is   co u l d   ca u s e   a   f ir e   or   e x p lo s io n   an d   p o s e   a   s er io u s   r is k   to   d r iv e r ,   p ass en g er s   an d   th e   in f r astru ctu r e.   Sev er al   in cid en ts   h a v e  r ev ea le d   th ese  r is k s ,   in clu d in g   b atter y   b u r n in g   in   T esla  v eh ic les  an d   u n ex p ec ted   ig n itio n   e v en ts   d u r i n g   c h ar g in g   [ 4 ] .   T h er ef o r e,   s af e   b atter y   o p er atio n   r e q u ir es   ef f ec tiv e   th er m al   m an ag em e n t   an d   r o b u s t   s y s tem   lev el  co n tr o l.   Alth o u g h   r esear c h   h as   b ee n   co n d u cte d   on   co o lin g   tech n o l o g y   an d   m o n ito r in g   s tr ateg y ,   th e   ac tu al   o p er atin g   co n d itio n s   ar e   v er y   v ar iab le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 0 5 - 2 4 1 6   2406   an d   d if f ic u lt   to   p r ed ict.   E x ter n al  f ac to r s   s u ch   as   a m b ien t  te m p er atu r e  a n d   t h e   u s e   of   ch ar g in g   co n d itio n s   can   h av e   a   s ig n if ican t   im p ac t   on   t h e   s af ety   of   th e   b atter y ,   h ig h lig h tin g   th e   n ee d   f o r   f u ll  s y s tem   r eliab ilit y   [ 5 ] .   T h e   b atter y   m an a g em en t   s y s t e m   ( B MS )   p lay s   an   im p o r tan t  r o le   in   m ain tain in g   s af e  d r iv i n g   b y   m o n ito r i n g   cr itical   p ar am eter s   an d   e n f o r ci n g   s a f ety   lim its .   Ho wev er ,   tr ad iti o n al  s ec u r ity   ap p r o ac h es  o f ten   r ely   o n   s tatic  ass u m p tio n s   th at   do   not   ex is t.  T h is   m ay   p ar tially   in v alid ate   s af ety   ca s es   th at   o cc u r r ed   d u r in g   th e   d esig n   p h ase  wh ile  r u n n in g .   T h is   lim itatio n   h as  f ac ilit ated   th e  d ev elo p m en t  o f   d y n am ic  in s u r an ce   co n ce p ts ,   in   wh ich   s ec u r ity   d is cu s s io n s   ar e  co n s tan tly   u p d ated   with   o p er atio n a l  d ata.   Desp ite  ex ten s iv e  s tu d ies  o n   h ea t  leak ag e,   th e  s y s tem atic  s af ety   o f   B M S  [ 6 ]   h as  b ee n   litt le  d em o n s tr ated   in   th is   d y n am ic  co n tex t .   Sev er al  s tan d ar d s   s u p p o r t  t h e   s af e   d ev elo p m en t   an d   c o n tr o l   of   r ec h a r g ea b le   b a tter ies.  Un d er wr iter s   L ab o r ato r ies   ( UL )   is   o n e   of   th e   m o s t  wid el y   u s ed   s tan d a r d s .   UL   1 6 4 2   [ 7 ]   co n tain s   in c o r r ec t   test   m eth o d s   f o r   lith i u m   m etal   an d   L I B s ,   esp ec ially   ab - n o r m al   ch ar g e/d is ch ar g e,   s h o r t   cir cu it,   th er m al   cy clin g ,   h ea tin g ,   v ib r atio n ,   s h o c k ,   cr u s h ,   ad v an ce d   s im u latio n ,   p r o ject ile/f lam e,   th ese   test s   allo w   ce lls   to   with s tan d   ex tr em e   co n d itio n s   with o u t   ca tast r o p h ic   f ailu r e.   UL   2580   [ 8 ]   ex ten d s   its   p o r tf o lio   to   th e   EV   b atter y   an d   ev alu ates   to le r an ce   to   ab u s e   an d   r is k   r ed u ctio n .   I t   is   im p o r tan t   to   n o te   th at   UL   2580   p r im ar il y   ev alu ates   s af ety   asp ec ts   an d   not   p er f o r m an ce   or   r eliab ilit y .   I n   th e   au t o m o tiv e   s ec - to r ,   f u n ctio n al  s af ety   is   m ain ly   co v er ed   b y   I SO  2 6 2 6 2   [ 9 ] .   Def in e  a   co m p r eh e n s iv e  f r a m ewo r k   o f   s tr u ctu r ed   r eq u ir em en ts ,   r ec o m m en d atio n s   an d   d e v elo p m en t  p r o ce s s es  f o r   s af ety   cr itical  s y s tem s ,   wi th   a  f o cu s   o n   e l e c t r i c al / el e c t r o n i c   ( E /E )   ar ch itectu r e.   Use  a  life cy cle  ap p r o ac h   th a t   co n s is ten tly   in teg r ates  s af ety   asp ec ts   f r o m   th e  in itial  d esig n   p h ase  to   s y s tem   s h u td o wn .   T h e  d ev elo p m en t  o f   a  s af ety   ca s e  is   b ased   o n   t h e   in teg r atio n   o f   s ev er al   co r e  e lem en ts ,   in clu d in g   s af ety   g o a l s   ( SGs ) ,  f u n ctio n al   s af ety   r e q u i r e m e n ts   ( FS R s ) ,  te c h n i c a l   s a f e t y   r e q u i r e m e n ts   ( T SR s ) ,   an d   f o r m al  s af ety   co n tr ac ts   th at  en s u r e   tr ac ea b ilit y   an d   co n tin u o u s   m o n ito r in g   ac r o s s   th e   en tire   life - cy cle   of   th e   s y s tem .   T h e   ar g u m en tatio n   is   g en er ally   s tr u ctu r ed   h ier a r ch i ca lly ,   with   h ig h - lev el   s af ety   a s s er tio n s   p r o g r ess iv ely   r ef in e d   in to   more   d etailed   s u b - ass er tio n s   r elate d   to   FS R s   an d   T SR s ,   ea ch   s u p p o r ted   b y   ap p r o p r iate  ev id e n ce .   T h i s   ev id en ce   is   d r aw n   f r o m   an al y tical  s tu d ies,  ex p er im en tal  v alid atio n s ,   s y s tem   test in g ,   or   s im u latio n   ass es s m en ts ,   p r o v id in g   a   th o r o u g h   e v alu atio n   of   p o ten t ial   h az ar d s   an d   o p er atio n al  r i s k s .   T h e  g o al  s tr u ctu r e  n o tati o n   ( GSN)   m o d el  is   wid ely   u s ed   to   r ep r esen t   an d   s tr u ctu r e   th ese  s af ety   ar g u m en t s   an d   v alid atio n s .   Fo r   a  d etailed   d escr ip tio n   o f   its   s y n tax   an d   s em a n tics ,   r ef er   to   [ 1 0 ] .   As  s u m m ar ized   in   T ab le   1,   ex is tin g   r esear ch   h as  f o c u s ed   o n   m o d elin g   th e r m al  b eh av i o r   a n d   q u ality   ass u r an ce   m eth o d s   d u r i n g   th e   d esig n   p h ase.   Ho wev er ,   lim ited   atten tio n   h as   b ee n   p aid   to   th e   is s u e   of   in teg r atin g   th ese  two   asp ec ts   in to   a  u n if i ed   f r a m ewo r k   aim ed   at  e n s u r in g   th e   d y n am ic  s af ety   o f   h ig h - v o ltag e   B MS  f o r   E Vs.  Desp ite   th e   wid esp r ea d   a d o p tio n   of   I SO   2 6 2 6 2   f o r   s af ety   p r o ce s s ,   its   ap p licatio n   to   L I B   s y s tem s   r em ain s   r e l a t i v el y   u n d e r e x p l o r e d   i n   t h e  c u r r e n t   l i te r a t u r e   [ 1 0 ] – [ 1 2 ] .  I n   p a r t i c u l a r ,   t h e  i n t e g r at i o n   o f   d y n a m i c   a s s u r a n c e  m e c h a n i s m s   w i t h i n   B MS   i s   s t il l   l i m it e d .   T o   a d d r e s s   t h is   g a p ,   t h i s   p a p e r   i n t r o d u c e s   a   s t r u c t u r e d   f r a m e w o r k   f o r   e n s u r i n g   t h e   f u n c t i o n a l   s a f e t y   o f   h i g h - v o l t a g e   L I B s   i n   E V s .       T ab le   1 .   Su m m a r y   o f   ex is tin g   s tu d ies o n   th er m al  b e h av io r   an d   h ea t p r o p ag atio n   in   L I B s   R e f .   A p p r o a c h   M a i n   c o n t r i b u t i o n   Li mi t a t i o n s   S h a h   e t   a l .   [ 1 3 ]   C o m p r e h e n si v e   t h e r m a l   a n a l y si s   b y   S e me n o v   I n t r o d u c t i o n   o f   a   “ t h e r m a l   r u n a w a y   i n d e x ”   t o   p r e d i c t   t h e r ma l   i n s t a b i l i t y ;   e x p e r i me n t a l l y   v a l i d a t e d   Th e   st u d y   i s  l i m i t e d   t o   c e l l - l e v e l   b e h a v i o r   a n d   d o e s  n o t   i n c l u d e   sy st e m - l e v e l   i n t e g r a t i o n   W a n g   e t   a l .   [ 1 4 ]   Ex p e r i m e n t a l   a n a l y si s   o f   t h e r mal   p r o p a g a t i o n   M e a su r e me n t   o f   i n t e r n a l   t e m p e r a t u r e   d i s t r i b u t i o n   v i a   m u l t i p o i n t   s e n s i n g   B M S   st r a t e g i e s a n d   v e h i c l e - l e v e l   safet y   a r e   n o t   c o n si d e r e d   A v c h e   e t   a l .   [ 1 5 ]   M a t h e ma t i c a l   t h e r m a l   mo d e l i n g   S i mu l a t i o n   o f   b a t t e r y   t e mp e r a t u r e   u n d e r   v a r i o u s c o n d i t i o n s   N o   i n t e g r a t i o n   w i t h   s a f e t y   p r o c e sse s  o r   r e a l - t i me  c o n t r o l   H o n g   e t   a l .   [ 1 6 ]   El e c t r o c h e m i c a l   a n d   t h e r mal   m o d e l i n g   M o d e l i n g   o f   t h e r m a l   r u n a w a y   a n d   s t a t e   of   h e a l t h   ( S o H )   d e g r a d a t i o n   d u e   t o   o v e r c h a r g i n g   M o d e l i n g   o f   t h e   safe t y   l i f e c y c l e   a n d   s a f e t y   e v e n t s  i s  n o t   a d d r e ss e d   B i ss c h o p     e t   a l .   [ 1 7 ]   R i s k   a n a l y si s   u s i n g   t h e   B o w - T i e   m e t h o d   I d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   c a u s e s  a n d   c o n se q u e n c e s   o f   t h e r m a l   r u n a w a y ,   a n d   v e r i f i c a t i o n   o f   su p p r e ss i o n   mea su r e s   Li mi t e d   t o   r i s k   a n a l y si s   w i t h o u t   i mp l e m e n t a t i o n   i n   t h e   B M S   M a r c o s    e t   a l .   [ 1 8 ]   I S O   2 6 2 6 2 - b a s e d   d e si g n   met h o d o l o g y   D e r i v e d   safe t y   r e q u i r e m e n t s  u si n g   h a z a r d   a n a l y si s   a n d   r i s k   a s s e s s m e n t   ( H A R A )   a n d   v a l i d a t e d   w i t h   f a i l u r e   m o d e s,   e f f e c t s,   a n d   d i a g n o st i c   a n a l y si s   ( F M ED A )   A p p l i e d   t o   l o w - v o l t a g e   b a t t e r i e s,   n o t   h i g h - v o l t a g e   EV   s y st e ms       T h e   m a i n   c o n t r i b u t i o n s   o f   t h is   w o r k   a r e   f o u r f o l d :   i )   Def in iti o n   of   a   f u n ctio n al   s af ety   p r o c ess   tailo r ed   to   EV   b atter y   s y s tem s   in   alig n m en t   with   I SO   26262 ;   ii )   Fo r m aliza tio n   of   s af ety   co n tr ac ts   to   ca p tu r e   o p er atio n al   ass u m p tio n s   an d   g u ar an ties ,   e n ab lin g   s y s tem atic  m o n ito r i n g   o f   s y s tem   b eh av io r ;   i ii)  I n te g r atio n   o f   th e  s af ety   ca s e  in to   a   GSN - b ased   s af et y   ca s e  to   en h an ce   tr ac ea b ilit y   b etwe en   s af ety   r eq u ir em en ts   an d   s u p p o r tin g   ev id en ce ;   a n d   i v )   Simu latio n   v alid atio n   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k ,   allo win g   th e   ev a lu atio n   o f   s y s tem   r esp o n s es u n d er   cr itical  co n d it io n s   an d   s u p p o r tin g   d y n am ic  u p d ates o f   t h e  s af ety   ca s e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F u n ctio n a l sa fety  a p p r o a ch   fo r   th erma l ru n a w a y  in   b a tter y   …   ( N o u h a ila   B elma j d o u b )   2407   T h e   f o llo win g   s ec tio n s   of   t h is   ar ticle   a r e   s tr u ctu r ed   as   f o l lo ws.   Sectio n   2   p r esen ts   th e   p r o p o s ed   m eth o d o l o g y ,   p r o v id in g   d etai ls   on   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   a n d   its   m ain   asp ec ts .   Secti o n   3   o u tlin es   an d   an aly ze s   th e   r esu lts   o b tain e d ,   p r o v id in g   an   ass ess m en t  o f   p er f o r m an ce   an d   its   in ter p r etatio n .   Fin ally ,     s ec tio n   4   co n clu d es th e  ar ticle   an d   o u tlin es d ir ec tio n s   f o r   f u t u r e  r esear ch .       2.   P RO P O SE D  M E T H O D   F i g u r e   1 ( a )   p r e s e n t s   an   o u t l i n e   of   t h e   p r o p o s e d   f r a m e w o r k ,   t h e   a p p r o a c h   is   b a s e d   on   t h e   f u n c t i o n a l   s a f e t y   l if e - cy cle,   wh ich   f o r m s   th e  b asis   f o r   th e  s af ety   ass e s s m en t.   First,  th e  item   d ef in iti o n   is   p er f o r m e d ,   d escr ib in g   th e  h ig h - le v el  B MS  ar ch itectu r e  an d   its   k ey   f u n ctio n s   ( s ee   s ec t io n   2 . 1 . ) .   T h is   is   f o llo wed   b y   a  HARA  in   s ec tio n   2 . 2 . .   HARA   r esu lts   ar e   u s ed   f o r   g en er atin g   FS R s   d u r in g   th e   d e v elo p m e n t   of   th e   f u n ctio n al   s af ety   c o n c e p t   ( F SC )   ( s ee   s ec tio n   2 . 3 . ) .   T h en ,   T SR s   ar e  d ef in ed   in   th e  t e c h n i c a l   s a f e t y   co n c e p t   ( T SC )   to   s p ec if y   h o w  s af ety   m ec h an is m s   ar e  im p lem en ted   at  th e  s y s tem   lev el  ( s ee   s ec tio n   2 . 4 . ) .   In   s ec tio n   2 . 5 . ,   cr itical  elec tr ical  b atter y   p ar am eter s   an d   r elate d   s af ety   l im its   ar e  id en tifie d   an d   d is cu s s ed ;   th er ef o r e ,   o p er atio n al   lim its   d er iv e d   f r o m   b atter y   s p ec if icatio n s   a n d   c h em is tr y   ar e   estab lis h ed   as  s af ety   co n tr ac ts .   T h e   f in al  p h ase  f o cu s es  o n   d y n am ic  s af ety   as s u r an ce .   At  th is   le v el,   th e  B MS  s af ety   co n ce p t  is   v alid ated   b ased   on   s im u latio n s ,   wh ich   i n cr ea s es   co n f id en ce   in   its   r o b u s tn ess   an d   e n ab les   th e   id e n tific atio n   o f   o th e r   p o ten tia l   h az ar d s   or   f au lty   b eh av io r s .   D u r in g   r ea l - tim e   an aly s is ,   th e   cr itical   p ar am eter s   of   th e   b atter y   ar e  p e r m an en tly   m o n ito r ed   to   d etec t  an y   v io lat io n s   o f   th e  s af ety   r eq u ir e m en t s .   On ce   v io latio n s   ar e  d etec te d ,   th e  ap p r o p r iate   s af ety   m ea s u r es a r e  tak en ,   lik e   s witch in g   to   a  s af e  s tate  o r   d o in g   th e  least r is k y   m an e u v er s .         ( a)       ( b )     Fig u r e   1.   Pro p o s ed   s af ety   f r am ewo r k   an d   B MS   ar ch itectu r e   f o r   elec tr ic   v e h i c l e s :   ( a)   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   o v e r v i e w ,   a n d   ( b )   ar ch itectu r e   of   B MS   in   E V s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 0 5 - 2 4 1 6   2408   2 . 1 .     B a t t er y   s y s t e m   mo d e l   A   LIB   co n s is t s   of   in d iv id u al   c ells   co n n ec ted   in   s er ies,   in   p ar allel,   or   in   co m b in atio n   to   f o r m   m o d u les  an d   p ac k s   [ 1 9 ] .   T h e  s af ety   a n d   ef f icien cy   o f   L I B s   r elies  o n   m ai n tain in g   co n tr o l  o v er   p ar am eter s ,   s u ch   as  cu r r en t,   v o ltag e ,   an d   tem p er a tu r e   [ 2 0 ] .  T h e   h ig h - lev el   ar ch itectu r e   of   th e   B MS   u s ed   in   E Vs   is   s h o wn   in   Fig u r e  1 ( b ) .   T h e   B MS   in clu d e s   k ey   c o m p o n en ts   s u ch   as   th e   en er g y   s to r ag e   u n it   ( b atter y   p a ck ) ,   ce ll   m o n ito r in g   cir cu its ,   a  m icr o co n t r o ller ,   an d   a   b atter y   d is co n n ec t   s witch .   Fu r th er m o r e,   u s in g   its   co m m u n i ca tio n   in ter f ac es,   it   in ter f ac es  with   o th er   v eh icle  s u b s y s tem s ,   p r o v id in g   f u n ct io n s   s u ch   as  th er m al  m an ag em en t  ( h ea tin g   an d   co o lin g )   a n d   e n g in e  c o n tr o l c o o r d in atio n .     2 . 2 .     H a za rd   a na ly s is   a nd   ri s k   a s s e s s me n t   T h e  HARA  p r o ce s s   id en tifie s   an d   class if ies  h az ar d s   at  th e  v eh icle  lev el  b ased   o n   th eir   ex p o s u r e  ( E ) ,   s ev er ity   ( S ),   an d   c o n tr o llab ilit y   ( C ).   Sy s tem   f ea tu r es   ( e. g . ,   th er m al   m an ag em e n t,   ch a r g in g /d is ch ar g in g ,   v o ltag e   r eg u latio n ) ,   o p er atin g   s itu atio n s   ( e. g . ,   d r iv i n g ,   p a r k in g ) ,   an d   p o ten tially   o cc u r r in g   b atter y   m alf u n ctio n s   ( e. g . ,  h ig h   tem p er at u r e,   lo w  v o ltag e   ( L V) )   ar e  s y s tem atica lly   ev alu ated .   E ac h   h az a r d o u s   ev en t  is   class if ied   ac co r d in g   t o   its   a u t o m o t i v e   s af e t y   i n t e g r i t y   l e v e l   ( A SIL ) ,   r an g in g   f r o m   ASI L   A  to   ASI L   D.   Fo r   h az ar d s   th at   ca n   b e  m itig ated   b y   s tan d ar d   q u ality   ass u r an ce   m ea s u r es,   q u ality   m a n a g e m e n t   ( QM )   is   im p lem en ted   [ 2 1 ] .  T ab le   2   s h o ws   an   ex tr ac tio n   f r o m   th e   HAR A   w ith   a   f o cu s   on   th er m al   r u n - awa y ,   Haz ar d o u s   ev en ts ,   s u ch   as   ex ce s s iv e   tem p er atu r es   or   o v e r - ch ar g i n g ,   can   d estab ilize   th e   b atter y   c h em is tr y   an d   m ay   c au s e   an   in cr ea s e   in   tem p er atu r e   a n d   p o ten tially   l ea d   to   th er m al   r u n awa y ,   cr e a tin g   to x ic   g ases   or   f ir es.  SGs   wer e   id en tifie d   to   p r ev en t   h az ar d o u s   ev en ts   or   m itig ate   th eir   s ev er ity .   Fo r   in s tan ce ,   th e   k ey   SG   to   f o cu s   o n   is   SG1 :  T h er m a l   r u n awa y   th at  c o u ld   ca u s e  a  f ir e  o r   ex p lo s io n   m u s t b e  p r e v en ted   ( ASI L   C ) .       T ab le  2 .   E x tr ac tio n   f r o m   h az a r d   an aly s is   an d   r is k   ass ess m en t ( HARA)  o f   th er m al  r u n awa y   h az ar d o u s   ev en ts   H a z a r d   ID   I t e m  F u n c t i o n   O p e r a t i o n a l   S i t u a t i o n   H a z a r d o u s  Ev e n t   ( V e h i c l e   L e v e l )   Ex p o s u r e   S e v e r i t y   C o n t r o l l a b i l i t y   A S I L   HZ - 01   Th e r m a l   M a n a g e m e n t   H i g h - sp e e d   d r i v i n g   o n   h i g h w a y     ( >   9 0   k m/ h )   o r   r u r a l   r o a d   E x c e s s i v e   b a t t e r y   t e m p e r a t u r e   c a u s e d   b y   h i g h   a m b i e n t   t e m p e r a t u r e   o r   s u s t a i n e d   h i g h   d i s c h a r g e   c u r r e n t ,   r e s u l t i n g   i n   t h e r m a l   r u n a w a y   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   v e h i c l e   o p e r a t i o n   S 3 :   Li f e - t h r e a t e n i n g   i n j u r i e s  p o ssi b l e   d u e   t o   f i r e   a n d   r e l e a se  o f   t o x i c   su b s t a n c e s   C 2 :   L i mi t e d   c o n t r o l l a b i l i t y ;   t i m e l y   t r a n s i t i o n   t o   a   s a f e   s t a t e   i s  u n l i k e l y   C   HZ - 02   V o l t a g e   M a n a g e m e n t   H i g h - sp e e d   h i g h w a y   d r i v i n g     ( >   9 0   k m/ h )   B a t t e r y   o v e r - v o l t a g e   l e a d i n g   t o   i n i t i a t i o n   o f   t h e r mal   r u n a w a y .   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   v e h i c l e   o p e r a t i o n   S 3 :   L i f e - t h r e a t e n i n g   i n j u r i e s   p o s s i b l e   d u e   t o   f i r e   a n d   t o x i c   g a s   e m i s s i o n   C 2 :   L i mi t e d   c o n t r o l l a b i l i t y   d u e   t o   l a c k   o f   e a r l y   w a r n i n g   i n d i c a t i o n s   C   HZ - 03   V o l t a g e   M a n a g e m e n t   V e h i c l e   p a r k e d   a n d   u n a t t e n d e d   d u r i n g   c h a r g i n g   B a t t e r y   o v e r - v o l t a g e   d u r i n g   c h a r g i n g   c a u si n g   t h e r m a l   r u n a w a y .   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   i n t e n d e d   u s e   S 3 :   Li f e - t h r e a t e n i n g   i n j u r i e s  p o ssi b l e ;   f i r e   o r   e x p l o si o n   may   o c c u r   C 2 :   G e n e r a l l y   c o n t r o l l a b l e ;   p e r s o n s  i n   t h e   v i c i n i t y   c a n   a v o i d   h a r m   C   HZ - 04   C u r r e n t   M a n a g e m e n t   V e h i c l e   st a t i o n a r y   a n d   c h a r g i n g   w i t h   o c c u p a n t   p r e se n t   Ex c e ssi v e   c h a r g i n g   c u r r e n t   r e su l t i n g   i n   b a t t e r y   t h e r mal   r u n a w a y   i f   c u r r e n t   l i m i t a t i o n   i s   n o t   e n s u r e d   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   i n t e n d e d   u se   S 3 :   L i f e - t h r e a t e n i n g   i n j u r i e s   p o s s i b l e   d u e   t o   f i r e ,   s m o k e ,   o r   e x p l o s i o n   C 2 :   N o r mal l y   c o n t r o l l a b l e ;   o c c u p a n t   e v a c u a t i o n   i s  g e n e r a l l y   f e a si b l e   C   HZ - 05   C u r r e n t   M a n a g e m e n t   N o r mal   d r i v i n g   c o n d i t i o n s   Ex c e ssi v e   b a t t e r y   d i s c h a r g e   c u r r e n t   l e a d i n g   t o   t h e r ma l   r u n a w a y .   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   v e h i c l e   o p e r a t i o n   S 3 :   L i f e - t h r e a t e n i n g   i n j u r i e s   p o s s i b l e   d u e   t o   f i r e   a n d   t o x i c   s m o k e   C 2 :   L i m i t e d   c o n t r o l l a b i l i t y ;   r e d u c e d   o p p o r t u n i t y   f o r   t h e   d r i v e r   t o   r e a c h   a   s a f e   s t a t e   C   HZ - 06   V o l t a g e   M a n a g e m e n t   H i g h - sp e e d   h i g h w a y   d r i v i n g     ( >   9 0   k m/ h )   B a t t e r y   u n d e r - v o l t a g e   o r   o p e r a t i o n   b e l o w   s p e c i f i e d   l i m i t s   c a u s i n g   f u n c t i o n a l   d e g r a d a t i o n   o r   u n e x p e c t e d   s y s t e m   s h u t d o w n   E4 :   H i g h   p r o b a b i l i t y   d u r i n g   v e h i c l e   o p e r a t i o n   S 1 :   M i n o r   t o   mo d e r a t e   i n j u r i e s  p o ssi b l e   C 1 :   L a r g e l y   c o n t r o l l a b l e ;   d r i v e r   c a n   ma i n t a i n   o r   r e g a i n   c o n t r o l   i n   mo st   c a ses   QM       2 . 3 .     F un ct io na l   s a f et y   c o n c e p t   In   th e   FSC   s tag e,   FS R s   ar e   est ab lis h ed   b ased   on   th e   id e n tifie d   SGs ,   as   in d icate d   in   s ec tio n   2 . 2 . .   T h ese  r eq u ir em e n ts   ar e  th en   allo ca ted   to   p r elim in ar y   ar c h itectu r al  elem en ts   o f   th e  s y s tem   o r   to   ex ter n al  m itig atio n   m ea s u r es   [ 9 ] .  Key   d ev elo p m e n ts   f o r   FS R s   in v o lv e   f a u lt   d et ec tio n   an d   f ailu r e   m itig atio n .   An aly tical   m eth o d s   s u ch   as  f au lt   tr ee   a n a l y s is   ( FT A )   an d   f ailu r e   m o d es   an d   e f f e cts   a n a l y s is   ( FME A )   ca n   s u p p o r t  th is   p r o ce s s .   T h e   FS R s   m o s t saf ety   r elev an t to   B MS  ar e  lis ted   b elo w:   ˗   F SR 0 1 :   T h e   B MS   s h al l   be   a b l e   to   d e t e c t   a n d   p r e v e n t   t h e r m a l   r u n a w a y   e v e n t s   c a u s e d   by   o v e r - t e m p e r a t u r e .   ˗   FS R 0 2 :   T h e   B MS   s h all   be   ab le   to   d etec t   a n d   p r ev en t   th er m al   r u n awa y   ev en ts   ca u s ed   by   o v e r - v o l t a g e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F u n ctio n a l sa fety  a p p r o a ch   fo r   th erma l ru n a w a y  in   b a tter y   …   ( N o u h a ila   B elma j d o u b )   2409   ˗   FS R 0 3 :   T h er m al   r u n awa y   r esu ltin g   f r o m   ch ar g in g   a   co m p lete ly   d is ch ar g e d   b atter y   ( u n d er - v o ltag e)   s h all  b e   d etec ted   an d   p r ev e n ted .   ˗   FS R 0 4 :   T h e  B MS   s h all  b e  a b le  to   d etec t  an d   p r e v en t  th e r m al  r u n awa y   e v en ts   ca u s ed   b y   o v e r - cu r r en t   co n d itio n s   d u r in g   ch ar g i n g .   ˗   FS R 0 5 :   T h e  B MS   s h all  b e  a b le  to   d etec t  an d   p r e v en t  th e r m al  r u n awa y   e v en ts   ca u s ed   b y   o v e r - cu r r en t   co n d itio n s   d u r in g   d is ch ar g in g .     2 . 4 .     T ec hn ica l   s a f et y   c o ncept   T h e   T SC   is   u s ed   to   r ef in e   t h e   FSC   by   co m b in in g   th e   F SR s   with   th e   p r elim in ar y   ar ch itectu r al   ass u m p tio n s .   T h e   o b jectiv e   is   to   id en tify   T SR s   th at   p r o v i d e   g u id an ce   f o r   im p lem en tin g   s af ety   m ec h an is m s   ca p ab le   o f   f u lf illi n g   th e  p r e v io u s ly   estab lis h ed   FS R s .   T SR s   ar e  s y s tem atica lly   as s ig n ed   to   th e  s y s tem   elem en ts   r esu ltin g   f r o m   th e  r ef in in g   o f   th e  in itial  ar ch ite ctu r e.   As  th e  s y s tem   ar ch itectu r e  is   g r ad u ally   d etailed ,   th e   T SR s   ar e  d iv i d ed   b etwe en   h ar d war e  a n d   s o f twar e  co m p o n e n ts ,   en s u r e d   th at  all  s u b s y s tem s   ef f ec tiv ely   co n tr i b u te  to   th e  o v er all  SGs .   W h en   th e  T SR s   ar e  d ef in ed ,   t h e  f o llo win g   s af ety   s tr ateg ies  ar e  im p lem en ted :   i)   S a f e   s t at e   m an a g e m e n t :   E n s u r i n g   t h a t   t h e   s y s t e m   d e f a u lt s   to   a   d e f i n e d   s a f e t y   s t a te   in   t h e   e v e n t   of   a   f a i l u r e ;   i i )   Gr ac ef u l   d eg r a d atio n :  Allo win g   co n tin u ed   b u t   d eg r ad ed   o p er atio n   with   li m ited   f u n ctio n ality   in   th e   ev en t  o f   a  f ailu r e,   r ath er   th an   a  f u ll  s h u td o wn ;   iii)  W ar n in g   s tr ateg ies:   Pro v id in g   r ea l - tim e   aler ts   or   m o n ito r in g   s y s tem   r eg ar d in g   s af ety - cr itical   e v e n t s ;   a n d   i v )   T im in g   c o n s tr ain ts :   I d en tif y in g   th e   m ax im u m   allo wed   r ea ctio n   tim e   to   m itig ate   h a z a r d s .   A   cr itical   p ar am eter   u s ed   to   d ef in e   T SR s   is   th e   f a u l t   t o l e r a n t   t i m e   i n t e r v a l   ( FTT I ) ,   it   r e f er s   to   th e   m ax im u m   len g th   of   tim e   b etwe en   th e  o cc u r r en ce   o f   f ailu r e  an d   th e   m o m e n t  wh en   th e  s y s tem   m u s t  b e   s witch ed   to   a  s af e  s tate  in   o r d e r   to   av o i d   an y   d an g er o u s   b eh a v io r .   Fo r m all y ,   th e  FTT I   ca n   b e  d ef in ed   as:     =  −   ( 1 )     w h e r e      i s   t h e   i n s t a n t   at   w h i c h   t h e   f a i l u r e   o c c u r s   i n   t h e   s y s t em ,   a n d      i s   t h e   la s t  a l l o w e d   d e la y   w i t h in   w h i c h   t h e   s y s t e m   m u s t   r e ac h   th e   d e s i g n a t e d   s a f e   s t a te .   F o r   i n s t a n c e ,   i n   t h e   c as e   o f   a n   o v e r - t em p e r a t u r e   c o n d i t i o n   i n   a   s ec o n d a r y   b a t t e r y   c el l ,   t h e   F T T I   s p e ci f i es   t h e   m a x i m u m   p e r m i t t e d   d el a y   b e t w ee n   t h e   f a u l t   d e t e ct i o n   a n d   t h e  s u c c es s f u l   i m p l e m e n ta t i o n   o f   c o u n t e r m e a s u r es ,   s u c h   as   cu r r e n t   l i m it i n g ,   l o a d   d is c o n n e c t i o n ,   o r   t h e r m al l y   t r i g g e r e d   s h u t d o w n .   T h i s   e n s u r e d   t h a t   t h e   s y s t e m   p r e v e n te d   i r r e v e r s i b l e   h a r m ,   f i r e   h a z a r d s ,   o r   t h e   f a u l t   s p r e a d i n g   t o   t h e   a d j a c e n t   c e ll s .   T h e   d e f i n i t i o n   o f   T S R s   t h e r e f o r e   p r o v i d e s   a   s t r u c t u r a l   f r a m ew o r k   e n s u r i n g   t h a t ,   i n d e p e n d e n t   o f   t h e  f a u l t  s ce n ar i o ,   t h e   s y s t e m   c a n   e n s u r e   s a f e t y   t h r o u g h   r a p i d   f a u l t   d et e c tio n ,   f a u l t   m i t i g a ti o n   s t r a t e g i e s ,   a n d   t r a n s i ti o n   t o   s af e   o p e r a t i n g   m o d e s .   T h e   F T A  i s   u s e d   t o   g e n e r a t e   T SR s ,   c o n s i d e r i n g   s c e n a r i o s   s u c h   as   o v e r - t e m p e r at u r e ,   o v e r - v o l t a g e ,   a n d   o v e r - c u r r e n t   c o n d i t i o n s .   C o r r e c t  B M S  b eh a v i o r   e n s u r e s   s a f e   o p e r a t i o n ;   i f   t h r es h o l d s   a r e   e x c e e d e d ,   c o m m a n d s   s u c h   as   b at t e r y   d i s c o n n e ct   a n d   d r i v e r   wa r n i n g s   a r e   is s u e d ,   F i g u r e   2   s h o ws   t h e   FT A   o f   o v e r - t e m p e r a t u r e   is   n o t   p r e v e n t e d   a n d   i t   c a u s es   t h e r m al   r u n a w a y .             Fig u r e   2.   FTA   of   t h er m al   r u n a way   ca u s ed   by   b atter y   o v e r - t e m p e r a t u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 0 5 - 2 4 1 6   2410   T h e  T SR s   lis ted   in   T ab le  3   ar e  d er iv ed   f r o m   FS R 0 1 :   “T h e   B MS  s h all  b e  ab le  to   d etec t   a n d   p r ev en t  th er m al   r u n awa y   e v en ts   ca u s e d   by   o v er - tem p e r atu r e. ”  T ab le   4   p r esen ts   an   e x ce r p t   of   T SR s   d er iv ed   f r o m   FS R 2   to   FS R 5 ,   co n s id er in g   th e  p r ev en tio n   o f   t h er m al  p r o p a g atio n   r esu ltin g   f r o m   o v er - v o ltag e ,   ex ce s s iv e  ch ar g in g   cu r r en t,  a n d   o v er - d is ch ar g e.       T ab le  3 .   T ec h n ical  s af ety   r e q u ir em en ts   r elate d   to   o v er - tem p e r atu r e  p r o tectio n   FS R 0 1   ID   TSR  D e s c r i p t i o n   B a si c   Ev e n t   Li n k e d   FSR   TSR - 01   B a t t e r y   c e l l s  sh a l l   b e   e q u i p p e d   w i t h   t e mp e r a t u r e   s e n s i n g   e l e me n t s  c a p a b l e   o f   mo n i t o r i n g   c e l l   t e m p e r a t u r e   w i t h   a   mea su r e me n t   a c c u r a c y   o f   ± 1 . 1   ° C .   B E0 2   F S R 0 1   TSR - 02   t e m p e r a t u r e   m e a s u r e m e n t   f u n c t i o n   sh a l l   i n c l u d e   s e l f - d i a g n o s t i c   m e c h a n i sm s  t o   d e t e c t   a c c u r a c y   l o ss   o r   ma l f u n c t i o n   a n d   r e l i a b l y   r e p o r t   d e t e c t e d   f a u l t s t o   t h e   B M S .   B E0 1   F S R 0 1   TSR - 03   Th e   a n a l o g - to - d i g i t a l   c o n v e r si o n   f u n c t i o n   s h a l l   c o r r e c t l y   d i g i t i z e   t h e   t e m p e r a t u r e   se n so r   s i g n a l s  a n d   t r a n s mi t   v a l i d   d i g i t a l   v a l u e s   t o   t h e   B M S   c o n t r o l l e r .   B E0 3   F S R 0 1   TSR - 04   B M S   m u st   e v a l u a t e   t h e   t e mp e r a t u r e   si g n a l s  a n d   d e t e c t   t h a t   t h e   s e t   t h r e s h o l d   v a l u e   Te mp l i m i t _ 1   i s   e x c e e d e d   b e l o w   5 0   ms.   B E0 4   F S R 0 1   TSR - 05   w h e n   a n   o v e r - t e m p e r a t u r e   i s  d e t e c t e d ,   t h e   B M S   mo n i t o r s t h e   a c t i v a t i o n   o f   t h e   c o o l i n g   sy s t e m ,   i s su e s   a   y e l l o w   w a r n i n g   t o   v e h i c l e   o c c u p a n t s,  a n d   a p p l i e s  a   p o w e r   l i mi t   w i t h i n   2 0 0   ms .   T0 1 ,   B E0 4   F S R 0 1   TSR - 06   i f   t h e   t e m p e r a t u r e   a f t e r   a c t i v a t i o n   o f   c o o l i n g   i s   a b o v e   t h e   c r i t i c a l   t h r e s h o l d   Te m p l i mi t _ 2 ,   t h e   B M S   mu st   o r d e r   t h e   s e p a r a t i o n   o f   t h e   a f f e c t e d   u n i t   a n d   s e n d   a   r e d   w a r n i n g   t o   t h e   o c c u p a n t s   w i t h i n   2 0 0   ms   B E0 4 ,   B E0 5   F S R 0 1   TSR - 07   Th e   p o w e r   c o n t a c t o r   s h a l l   r e l i a b l y   t r a n si t i o n   t o   t h e   d i sc o n n e c t e d   s t a t e   u p o n   c o mm a n d   a n d   s h a l l   n o t   r e mai n   m e c h a n i c a l l y   o r   e l e c t r i c a l l y   s t u c k .   B E0 9   F S R 0 1   TSR - 08   Th e   c o n t a c t o r   s h a l l   c o r r e c t l y   e x e c u t e   c o n t r o l   c o mm a n d s  r e c e i v e d   f r o m  t h e   B M S   a n d   s h a l l   p r o v i d e   a c c u r a t e   a n d   r e l i a b l e   st a t u s fe e d b a c k   t o   t h e   B M S .   B E1 0 ,   B E1 1   F S R 0 1   TSR - 09   i n   t h e   e v e n t   o f   a n   i n c o r r e c t   o r   i n c o n s i st e n t   r e s p o n s e   t o   t h e   p r o t e c t i o n   s t a t e ,   t h e   B M S   d e t e r m i n e s   t h e   a c t u a l   s t a t e   o f   t h e   b a t t e r y   c o n n e c t i o n   b y   i n d e p e n d e n t   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e   m e a s u r e me n t s .   B E0 7   F S R 0 1       T ab le  4 .   T ec h n ical  s af ety   r e q u ir em en ts   f o r   v o ltag e  an d   cu r r e n t m o n ito r i n g   TSR  I D   TSR  d e s c r i p t i o n   Li n k e d   FSR   TSR - 10   Th e   b a t t e r y   s y st e m s h a l l   b e   e q u i p p e d   w i t h   v o l t a g e   se n s i n g   e l e me n t s   t h a t   c a n   c o n t i n u o u s l y   m o n i t o r   t h e   c e l l   v o l t a g e   o r   f i t t e d   w i t h   a   m e a s u r e me n t   a c c u r a c y   o f   ± 0 . 0 2 9   V   i n   t h e   sp e c i f i e d   o p e r a t i n g   r a n g e .   F S R 0 2 ,   F S R 0 3   TSR - 11   V o l t a g e   m e a s u r e m e n t   s i g n a l s s h a l l   b e   t r a n smi t t e d   t o   t h e   B M S   c o n t r o l l e r   w i t h   e n s u r e d   d a t a   i n t e g r i t y   a n d   w i t h o u t   l o ss  o r   c o r r u p t i o n .   F S R 0 2 ,   F S R 0 3   TSR - 12   Th e   B M S   s h a l l   e v a l u a t e   v o l t a g e   si g n a l s a n d   d e t e c t   e x c e e d a n c e   o f   d e f i n e d   u p p e r   v o l t a g e   l i m i t s  u n d e r   a l l   o p e r a t i n g   mo d e s   w i t h i n   1 0 0   ms .   F S R 0 2   TSR - 13   I n   t h e   e v e n t   o f   a   d e t e c t e d   o v e r - v o l t a g e ,   t h e   B M S   mu s t   t r i g g e r   t h e   l o a d   p r o t e c t i o n   s y s t e m   t o   o p e n   w i t h i n   t h e   sp e c i f i e d   F TTI   o f   2 0 0   ms a n d   r e p o r t   a   w a r n i n g   t o   t h e   v e h i c l e   o c c u p a n t s.   F S R 0 2   TSR - 14   Th e   d i sc o n n e c t   u n i t   sh a l l   p r o v i d e   a c c u r a t e   a n d   r e l i a b l e   sw i t c h i n g   st a t e   f e e d b a c k   t o   t h e   B M S .   F S R 0 2   TSR - 15   Th e   B M S   s h a l l   d e t e c t   o v e r - d i s c h a r g e   c o n d i t i o n s   o f   i n d i v i d u a l   b a t t e r y   c e l l s   i n d e p e n d e n t   o f   t h e   c u r r e n t   o p e r a t i n g   mo d e .   F S R 0 2   TSR - 16   Th e   b a t t e r y   s y st e m s h a l l   i n c l u d e   c u r r e n t   se n si n g   e l e m e n t s  c a p a b l e   o f   c o n t i n u o u s l y   mo n i t o r i n g   c h a r g e   a n d   d i s c h a r g e   c u r r e n t s.   F S R 0 4 ,   F S R 0 5   TSR - 17   C u r r e n t   me a su r e me n t   si g n a l s   sh a l l   b e   c o r r e c t l y   t r a n smi t t e d   t o   t h e   B M S   c o n t r o l l e r   w i t h   a ss u r e d   s i g n a l   i n t e g r i t y .   F S R 0 4 ,   F S R 0 5       2 . 5 .     B a t t er y   elec t rica l   pa r a m et er s   a nd   s a f et y   s p e c i f i c a t io n s   A   h ig h - v o ltag e   L I B   p ac k   co n s is ts   of   N cells   =   198   s er ies - co n n ec ted   ce lls   with   a   n o m in al   v o l t a g e   V cell   =   3 . 6   V.   T h e   m ain   elec tr ical   r elatio n s   ar e   s u m m ar ized   in   T ab le  5 .   Saf ety   co n tr ac ts   d ef in e   th e   b e h av io r   ex p ec ted   f r o m   s y s tem   co m p o n en ts   in   r eg ar d s   to   ass u m p tio n s   ( A )   an d   g u a r an tees  ( G ).   Op er atio n al  lim its   ar e   d eter m in ed   b ased   o n   b atter y   s p ec if icatio n s   an d   its   elec tr o ch em ical  p r o p er ties ,   wh ich   in clu d e  v o ltag e,   tem p er atu r e,   c u r r e n t,  an d   ch ar g e/d is ch ar g e  lim its .   I n   p a r ticu lar ,   ex ce ed in g   th e  m a x im u m   v o ltag e  d u r i n g   ch ar g in g   m i g h t  lead   to   th er m al  r u n awa y ;  Saf ety   co n tr ac ts   s et  th r esh o ld s   an d   ass o ciate d   co n tr o l   m ea s u r es   to   en s u r e   s af e   o p e r atio n .   T a b le   6   s h o ws   a   tem p late   f o r   s af ety   co n tr ac ts ,   wh e r e  A   an d   G   s ta n d   f o r   Ass u m p tio n   an d   Gu ar a n tee,   in   th at   o r d er .   T h ese   co n t r ac ts   m ay   be   in c o r p o r ate d   in to   th e   s af ety   ca s e  to   s u p p o r t  d y n a m ic  s af ety   ass u r an ce   an d   f u r th er   a u to m atica lly   g en er ate d   u s in g   n atu r al  lan g u ag e  p r o ce s s in g   ( NL P)   m o d els   [ 2 2 ] .   As   an   ex am p le,   ta k e   th e r m al   r u n awa y   r esu ltin g   f r o m   o v er - h ea tin g   of   L I B s .   T h e  t h er m a l  r u n awa y   p r o ce s s   co n s is ts   o f   th r ee   d is tin ct  s tag es   [ 8 ] :   −   No r m al   o p er atio n :   Heat   lev els   r em ain   r elativ ely   co n s tan t   u n til   r ea ch in g   th e   f i r s t   tem p er atu r e   t h r e s h o l d ,   T limit1   <   45   C .   T h e  ass o ciate d   war r an ty   p r o v i d es f o r   n o r m al  b atter y   o p e r atio n   a n d   v eh icle  s a f e t y .   −   W ar n in g   s tag e:   W h en   4 5   C  ≤   T limit1   <   55   C ,   th e  s y s tem   en ab les m itig atio n   s tr ateg ies   s u c h   as sen d in g   a   y ello w   war n in g   to   th e   d r iv e r ,   ad ju s tin g   th e   co o la n t   f lo w   r ate ,   an d   tr an s itio n in g   to   d eg r a d ed   mode   with in   200   ms   to   m ai n tain   s a f e t y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F u n ctio n a l sa fety  a p p r o a ch   fo r   th erma l ru n a w a y  in   b a tter y   …   ( N o u h a ila   B elma j d o u b )   2411   −   C r itical   s tag e:   If   th e   te m p er a tu r e   r ea c h es   55   C   ≤   T limit2   <   60   C,   th e   b atter y   m u s t   be   d is co n n ec ted   b y   o p e n in g   th e  co n tacto r s   an d   s to p p in g   p o wer   with in   2 0 0   m s   to   ac h iev e  a  s af e  s tate.   T h e  d etec tio n   an d   m itig atio n   s tr ateg ies   r ed u ce   th e   r is k   of   th er m al   r u n a w a y .       T ab le  5 .   Key   elec tr ical  c h ar ac t er is tics   o f   th e  L I B   p ac k   N o mi n a l   b a t t e r y   v o l t a g e   V ba t t e r y   =   1 9 8   ×   3 . 6   =   7 1 2 . 8   V   B a t t e r y   e n e r g y   E ba t t e r y   =   C b a t t e ry V ba t t e ry   En e r g y   ( 6 4 . 6   A h )   E ba t t e r y   ≈   6 4 . 6   ×   7 1 2 . 8   ≈   4 6   k W h   V o l t a g e   l i m i t s   V min   <   V ba t t e ry   <   V m a x   M a x i m u m   v o l t a g e   V m a x   =   1 9 8   ×   4 . 2   =   8 3 1 . 6   V   M i n i m u m   v o l t a g e   V min   =   1 9 8   ×   3 . 0 8   =   6 0 9 . 8   V   C h a r g i n g   p o w e r   P c ha rgi ng   =   2 7 0   k W       T ab le  6 .   T em p late  o f   d er iv ed   s af ety   co n tr ac ts   P a r a me t e r   A ssu mp t i o n   ( A )   G u a r a n t e e   ( G )   Te mp e r a t u r e   A 1 :   T m i n   >   1 0   ° C   a n d   T m ax   <   4 5 ° C   G 1 :   B a t t e r y   o p e r a t e s   n o r ma l l y   a n d   v e h i c l e   r e m a i n s s a f e   Te mp e r a t u r e   A 2 :   4 5   ° C   ≤   T m ax   <   5 5   ° C   G 2 :   I ssu e   w a r n i n g   a n d   e n t e r   d e g r a d e d   o p e r a t i o n a l   m o d e   w i t h i n   2 0 0   ms .   Te mp e r a t u r e   A 3 :   5 5   ° C   ≤   T m ax   <   6 0   ° C   G 3 :   D i sc o n n e c t   b a t t e r y   w i t h i n   2 0 0   ms   a n d   s t o p   e n e r g y   su p p l y   w i t h i n   1 0   s   V o l t a g e   A 4 :   C h a r g i n g   v o l t a g e   ≤   8 3 0 V   G 4 :   W a r n   t h e   d r i v e r   a n d   d i sc o n n e c t   b a t t e r y   f r o m f u r t h e r   c h a r g i n g   V o l t a g e   A 5 :   D i sc h a r g i n g   v o l t a g e   ≥   6 1 0 V   G 5 :   Tr a n si t i o n   t h e   b a t t e r y   t o   a n   e l e c t r i c a l l y   i s o l a t e d   safe   st a t e .   C u r r e n t   A 6 :   M a x   c h a r g i n g   c u r r e n t   ≥   3 0 0 k W   G 6 :   Tr a n si t i o n   t h e   b a t t e r y   t o   a n   e l e c t r i c a l l y   i s o l a t e d   safe   st a t e .       I f   th e  b atter y   f ails   to   d is co n n ec t  with in   1 0   s   at  th is   p o in t,  s af e  o p er atio n   is   n o   lo n g er   g u ar an teed ,   wh ich   m ay   r esu lt   in   a   f ir e.   Si m ilar   s af ety   co n tr ac ts   ar e   estab lis h ed   f o r   o th e r   cr itical   lim it s ,   s p ec if ically   o v er - cu r r en t,  V min ,  V max ,   to   en s u r e   th at   all   k ey   o p er atin g   m etr ics   ar e   m o n ito r ed   an d   m itig ate d   to   en s u r e   s y s tem   s af ety .   T o   v alid ate   an d   en s u r e   th e   tr ac ea b ilit y   of   th e   p r o p o s ed   s af ety   f r a m ewo r k ,   a   s tr u ctu r ed   s af ety   ca s e   u s in g   GSN   is   p r esen ted   in   Fig u r e   3.   T h e   to p - le v el   G1   g o al   ai m s   to   p r e v en t   t h er m al   r u n awa y   ac co r d in g   to   ASI L   C   s tan d ar d .   I t   is   b r o k en   d o wn   in to   ea r ly   d etec tio n   G2 ,   p r ev e n tio n   th r o u g h   c o n tr o l  G3 ,   a n d   m itig atio n   v ia  s af e  s y s tem   s tates  G4 .   E ac h   s u b - g o al   is   s u p p o r ted   by   ev id en c e   s u ch   as   r ea l - tim e   m o n ito r in g ,   a ctiv atio n   of   th er m al   m an ag em en t,   an d   p r o tectiv e   m ea s u r es   s u ch   as   d is co n n ec tin g   co n tacto r s .   A   G5   d y n a m ic   ass u r an ce   lay er   en ab les   th e   u p d atin g   of   s af ety   co n tr ac ts   an d   th e   ad ap tatio n   of   th e   s af ety   ca s e   b ased   on   s im u latio n s ,   in   o r d er   to   ad d r ess   o p e r atio n al   d ev iatio n s .   I n   ad d itio n ,   a  G 6   f o r   th e  t r ac ea b ilit y   lay er   lin k s   s af ety   o b je ctiv es  to   f u n ctio n al  an d   tech n ical  r e q u ir em e n ts ,   as  well   as   to   ev id en ce   f r o m   s im u latio n ,   th u s   en s u r in g   co n s is ten cy .   T h is   s tr u ctu r ed   r ea s o n i n g   f ac ilit ate s   th e   in ter p r etatio n   o f   r esu lts   an d   alig n s   th e  f r am ewo r k   w ith   I SO  2 6 2 6 2   f o r   co n tin u o u s   an d   v er if iab le  s af e ty   ass u r an ce .           Fig u r e   3.   GSN   d ev elo p m en t   f o r   th er m al   r u n a w a y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 0 5 - 2 4 1 6   2412   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e   p r o p o s ed   f u n ctio n al   s af et y   f r am ewo r k   is   ev alu ated   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k   s im u lat io n s   u n d er   ty p ical   ch ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   co n d itio n s .   T h e   ch a r g in g   p r o ce s s   f o llo ws   th e   c o n v e n tio n al   c o n s t a n t - c u r r e n t - c o n s t a n t - v o l t a g e   ( CC - CV )   s tr ateg y ,   as   s h o wn   in   F i g u r e   4 ( a ) ,   in   th e   in itial   s tag e   th e   cu r r en t   r em ain s   s tab le   at   ap p r o x im ately   380   A,   wh ich   co r r esp o n d s   to   th e  m ax im u m   p er m is s ib le  lo ad   lev el.   A s   t h e  b atter y   v o ltag e   ap p r o ac h es  th e  u p p er   th r esh o l d ,   th e  s y s tem   s witch es  to   C V  s p ee d ,   th e  c u r r en t   d ec r ea s es  r a p id ly   an d   g r ad u all y   ap p r o ac h   ze r o .   Fro m   th e   p o i n t  o f   v iew  o f   s af ety ,   th is   co n t r o lled   cu r r en t   r e d u ctio n   p lay s   an   im p o r tan t   r o le   in   lim itin g   h ea t   g en er atio n   an d   a v o id in g   o v er - c h ar g in g   co n d iti o n s ,   esp ec ially   u n d e r   h i g h   lo ad   co n d itio n s .   As   s h o wn   in   Fig u r e   4 ( b ) ,   th e   t h er m al   r ea ctio n   of   th e   s y s tem   p r o v id es   m o r e   in f o r m atio n   ab o u t   t h e   e f f ec tiv en ess   of   th e   p r o p o s ed   s af ety   m ec h an is m .   T h e   in itial   tem p er atu r e   is   clo s e  to   2 5   °C ,   th e  b atter y   te m p er atu r e  g r ad u all y   in cr ea s es  d u e  to   elec tr o ch em ical  ac tiv ity   d u r in g   th e  ch ar g in g   p r o ce s s .   W h en   th e   tem p er atu r e   r ea ch es   th e   in itial   s af ety   th r esh o ld   of   45   °C ,   th e   co o lin g   s y s tem   is   a u to m atica lly   ac tiv ated   to   in d i ca te   th at   th e   s af ety   co n d itio n s   ar e   b ei n g   ap p lied   co r r ec tly .   Un d er   h a r s h er   co n d itio n s ,   th e   tem p e r atu r e   co n ti n u es  to   r is e  in   th e   d ir ec tio n   o f   th e  c r itical  zo n e ,   b u t  b e f o r e   th e   s af ety   lim it   o f   6 0   °C   is   r ea c h ed ,   th e   B MS   tr ig g er s   a   p r o tectiv e   ef f ec t   by   o p e n in g   th e   c o n tact o r .   T h is   r esp o n s e   o cc u r s   with   a   laten cy   of   less   th an   2 0 0   m s   an d   m ee ts   th e   tim e   r eq u ir em e n ts   s p ec if ied   in   th e  s ec u r ity   co n tr ac t.   I t  is   im p o r t an t  to   co n f ir m   th at  th e  f r a m e wo r k   can   d etec t   an d   m itig ate   th er m al   an o m alies   at   an   ea r ly   s tag e   an d   ef f ec tiv ely   p r ev e n t   th er m al   f ailu r es  b y   not   m o n ito r in g   tem p er atu r e   ex ce ed a n ce   a b o v e   th e   c r itical   th r esh o ld .   Vo lt ag e   d e v elo p m e n t   d u r in g   o p er atio n   p r o v id es   f o r   ad d itio n al   v er if icatio n   of   t h e   f u n ctio n ality   of   th e   f r a m ewo r k .   I n   Fig u r e   5 ( a ) ,   th e   b atter y   v o ltag e   r is es  s tead ily   d u r in g   ch ar g in g ,   r ea ch in g   ap p r o x im ately   8 3 7   V,   e x ce ed in g   t h e  co n tr ac tu al  s af ety   lim it o f   8 3 0   V.           ( a)   ( b )     Fig u r e   4.   M o n ito r in g   of   b atter y   p ar am eter s   d u r i n g   th e   ch ar g i n g   p r o c e s s ,   ( a)   b atter y   cu r r en t   d u r in g   c h a r g i n g   a n d   ( b )   b a t t e r y   o v e r - t e m p e r a t u r e   d e t e c t i o n   d u r i n g   c h a r g i n g           ( a)   ( b )     Fig u r e   5.   E v o lu tio n   of   b atter y   v o ltag e   d u r in g   d if f e r en t   o p er at in g   p h a s e s   ( a)   b atter y   v o ltag e   d u r in g   c h a r g i n g ,   a n d   ( b )   b atter y   v o ltag e   d u r in g   d i s c h a r g i n g       In   co n tr ast,   th e   d is ch ar g e   b eh av io r   illu s tr ated   in   Fig u r e   5 ( b )   in d icate s   s tab le   o p e r atio n   of   th e   co m p lian ce   s y s tem .   T h e   v o lta g e   r em ain s   with in   th e   p er m itt ed   r an g e   an d   is   n o t   b elo w   th e   m in im u m   th r esh o ld   of   6 1 0   v o lts .   T h is   in d icate s   th at  th e  s y s tem   co r r ec tly   ap p lies   th e  s af ety   lim it  v alu es  with o u t  u n n ec ess ar y   in ter v en tio n .   T h is   b e h av io r   v er if ies  a  lo w   r ate  o f   f alse  p o s itiv es,  as  n o   in a p p r o p r iate   s af ety   m ea s u r es   ar e   tr ig g er ed   u n d e r   n o r m al  o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s .   T h e   i n t e g r a t i o n   of   s a f e t y   c o n t r a c t s   a l l o w s   t h e   f o r m a l   v e r i f i c a t i o n   of   s y s t e m   r e s p o n s e s .   F o r   ex a m p le,   if   th e   co n d itio n   55   °C   ≤   T battery   <   60   °C   is   m et,   th e   s y s tem   en s u r es   th at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F u n ctio n a l sa fety  a p p r o a ch   fo r   th erma l ru n a w a y  in   b a tter y   …   ( N o u h a ila   B elma j d o u b )   2413   th e   b atter y   is   d i s c o n n e c t e d   with in   200   ms   an d   d is co n n ec te d   f r o m   p o wer   with in   10   s,   th e   s im u latio n   r esu lts   co n f ir m   th at   th ese   g u a r a n t e e s   ar e  m et.   Pro o f   o f   ap p licab le   s af ety   r eq u ir em en ts .   Qu a n titativ ely ,   th e  f r a m e   ac h iev es  an   FTT I   o f   less   th an   2 0 0   m s ,   n o   f alse  p o s itiv e  v a lu es  ar e  o b s er v ed   d u r in g   n o m in al  o p er atio n ,   an d   all  cr itical  ev en ts   ar e  d etec ted   s u cc ess f u lly ,   at   a   n e g lig ib le   f alse   n e g ativ e   r ate.   T h e r m al   co n d itio n s   ar e   co n tr o lled   b elo w   th e   cr itical   th r esh o ld   an d   all  p r o tectiv e  m ea s u r es a r e  p er f o r m ed   with in   th e   s p ec if ied   tim e.   To   ev alu ate   its   ef f ec tiv en ess   in   more   d etail,   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   s u m m ar ized   in   th e   T ab le  7 ,   co m p ar in g   it  to   tr ad itio n al  B MS  s ec u r ity   p o licies.   C o n v en t io n al  th r esh o ld   m eth o d s   ty p ically   h av e  a  d etec tio n   tim e  o f   5 0 0   m s   o r   m o r e ,   an d   t h eir   ad ap tab ilit y   to   ch a n g in g   c o n d itio n s   is   lim ited .   R u les - b ased   s tr ateg ies  o f f er   m o d er ate   im p r o v e m en t,   but   a r e   lim ited   by   p r ed ef i n ed   lo g ic.   W h ile   th e   v alu es   g iv en   by   c o n v en tio n al   an d   r u le - b ased   m eth o d s   ar e   ap p r o x im at e   v alu es   b ased   on   p er f o r m a n c e   r an g es   g en er ally   m en tio n e d   in   th e   liter atu r e,   th e   th r esh o ld   m eth o d   is   o f ten   u s ed   in   in d u s tr ial  B MS,   b u t  s u f f er s   f r o m   d etec tio n   d elay s   an d   ad ap tab ilit y   l i m i t at i o n s ,   as   h i g h l i g h t e d   i n   r e c e n t   r e v i e ws   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   F i g u r e   6 ( a )   s h o w s   t h e   t e m p e r a t u r e   tr e n d   o v e r   t i m e   f o r   t h r e e   S o H :   1 ,   0 . 8 ,   0 . 6 5 ,   a n d   h i g h l i g h t s   t h e   i n f l u e n c e   o f   a g i n g   o n   t h e r m a l   b e h a v i o r .   F o r   h e a v i l y   a g e d   b a t t e r i es ,   t h e   r a t e   o f   t e m p e r at u r e   i n c r e as e   is   s i g n i f i c a n tl y   h i g h e r ,   t h e  f i r s t   s a f e t y   t h r es h o l d   o f   4 5   ° C   i s   r e ac h e d   a f t e r   a p p r o x i m a t e l y   1 0 0   m i n   f o r   a   So H   o f   1 ,   a f te r   a p p r o x i m a t el y   8 5   m i n   f o r   a   S o H   o f   0 . 8 ,   a n d   a f te r   o n l y   7 0   m i n   f o r   a   S o H   o f   0 . 6 5 .   T h i s   c l e a r l y   s h o w s   t h a t  r e a c h i n g   t h e  c r i ti ca l   t h e r m a l  s t a t e   i s   a c c e le r a t ed   b y   a g i n g ,   w h i c h   c o r r e s p o n d i n g l y   r e d u c e s   t h e   a v a i l a b l e  s a f e  o p e r a t i n g   ti m e .   F u r t h e r m o r e ,   i n   t h e   c a s e  o f   a   w o r n   e l e m e n t ,   t h e   u p p e r   s a f e t y   li m i t   o f   6 0 ◦ C   i s   r ea c h ed   m u c h   m o r e   q u i c k l y :   w i t h   a   S o H   o f   0 . 6 5 ,   a   v a l u e   o f   a p p r o x i m a t e l y   5 8   ° C   i s   r e a c h e d   a f t e r   1 2 0   m i n u t e s ,   w h e r e a s   t h e   v a l u e   r e m a i n s   at   a p p r o x i m a t e l y   5 4   ° C   f o r   a   S o H   o f   0 . 8   a n d   i s   b e l o w     5 0   ° C   a t   t h a t   p o i n t   f o r   a n   i n t a c t  c e l l   ( S o H   =   1 ) .   T h e s e   r e s u lt s   s h o w   t h a t   a   d e c r e a s e   i n   S o H   n o t  o n l y   i n c r e a s e s   t h e  h e a t i n g   r a t e   b u t   a l s o   s i g n i f i ca n t l y   r e d u c e s   t h e   t h e r m a l   s a f e t y   m a r g i n   b e t w e e n   t h e   f i r s t   w a r n in g   t h r e s h o l d   ( 4 5   ° C )   a n d   t h e   u p p e r   s a f e t y   l i m i t   ( 6 0   ° C ) .   C o n s e q u e n t l y ,   b a t t e r y   d e g r a d a t i o n   h i g h l i g h t s   t h e   n e e d   f o r   s t r i c t e r   t h e r m a l  m o n i t o r i n g   a n d   a d a p t i v e   c o n t r o l   s t r a t e g i e s .   Al t h o u g h   t h e   c u r r e n t   v a l i d a t i o n   is   s i m u la t i o n - b a s e d ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 ( b )   t h e   p r o p o s e d   f r a m e w o r k   i s   i n h e r e n tl y   a   h a r d w a r e - in - t h e - l o o p   ( H I L )   p l a t f o r m   an d   c o m p a t i b l e   w it h   r e a l - w o r l d   i m p l e m e n t a t i o n s ,   f ac i l i ta t i n g   t h e   t r a n s it i o n   t o   e x p e r i m e n t a l   v a li d a t i o n   a n d   s c a l a b il it y .         T ab le  7 .   C o m p a r ativ e  p er f o r m an ce   o f   B MS  s af ety   ap p r o ac h e s   [ 2 5 ] ,  [ 26]   M e t h o d   F TTI   F a l se   P o s i t i v e s   F a l se   N e g a t i v e s   A d a p t a b i l i t y   S t a n d a r d   t h r e sh o l d - d r i v e n   B M S   >   5 0 0   ms   M o d e r a t e   H i g h   Lo w   R u l e - b a se d   s a f e t y   me c h a n i sm   3 0 0 – 5 0 0   ms   M o d e r a t e   M o d e r a t e   Li mi t e d   P r o p o se d   f r a m e w o r k   <   2 0 0   ms   Lo w   Lo w   H i g h         ( a)       ( b )     Fig u r e   6.   B atter y   d is ch ar g e   a n d   HI L   test in g   p r o c e s s   ( a)   b atter y   v o ltag e   d u r in g   d i s c h a r g i n g ,   a n d     ( b )   HI L   test in g   f l o w c h a r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 0 5 - 2 4 1 6   2414   T h e   HI L   test   m et h o d   co n s i s ts   of   co n n ec tin g   r ea l - tim e   b atter y   m o d els,  in teg r atin g   elec tr ical   th er m o d y n am ics,  a   r ea l  B MS  co n tr o ller ,   an d   f ailu r e   s ce n ar i o s .   I n   t h is   co n f i g u r atio n ,   th e   m o d el  is   d e p lo y ed   in   a  r ea l - tim e  s im u lato r ,   a n d   th e  B MS  h ar d war e  p r o ce s s es  s en s o r   s ig n als   ( v o ltag e,   cu r r en t,   a n d   tem p er at u r e)   an d   cr ea tes   co n tr o ls   an d   s af ety   m ea s u r es   u n d er   r ea lis tic   tim e   co n d itio n s .   T h e   f au lt  in jecti o n   is   in teg r ated   to   em u late  cr itical  c o n d itio n s   s u ch   as  ac ce ler ate d   a g in g ,   s en s o r   b ias,  o r   o v e r h ea tin g   ev e n ts   to   ev al u ate   p r o p o s ed   f u n ctio n al   s af ety   m ec h a n is m s ,   in clu d in g   f au lt   d etec tio n ,   is o l atio n ,   an d   FTT I .   T h e   m o d u lar   ar ch itectu r e   of   th e   f r am e   also   f ac ilit ates   s ca lab ili ty   of   th e   en tire   b atter y   p ac k   an d   in teg r atio n   in t o   th e  E V  ar ch itectu r e,   allo win g   f u tu r e  v alid atio n   in to   em b ed d ed   p latf o r m s   an d   r ea l E V  ca s e  s tu d ies.       4.   CO NCLU SI O N  AND  F U T U RE   WO RK   T h is   wo r k   p r o v id es  a  s tr u ctu r ed   f r am ewo r k   to   en s u r e  th e  f u n ctio n al  s af ety   o f   b atter y   m an ag em en t   s y s tem   in   E V  in   ac co r d an ce   with   I SO   2 6 2 6 2 .   T h e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   in clu d es   s af ety   V   cy cle   to   en s u r e   co n s is ten t   an d   r eliab le   s y s te m   b eh av i o r .   T h e   s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ate   th e   ef f icie n cy   of   t h e   f r am e   in   d etec tin g   a n d   r ed u cin g   cr itica l   co n d itio n s   s u ch   as  o v er - h ea t in g ,   o v er - v o ltag e,   an d   o v e r - c u r r en t.   T h e   s y s tem   ac h iev es  f ast  r esp o n s e  tim es  a n d   m ai n tain s   o p er atio n   with in   s af ety   lim its ,   wh ile   s af ety   ca s es  ar e  d y n am ically   u p d ated   wh e n   d e v iatio n s   o c cu r .   C o m p ar e d   to   tr ad itio n al   ap p r o ac h es,   t h e   p r o p o s ed   m eth o d   o f f er s   b etter   r esp o n s iv en ess ,   ad ap tab ilit y   an d   tr ac e - ab ilit y .   T h e  in teg r at io n   o f   s af ety   co n tr ac ts   in cr e ases   co n f id en ce   in   s y s tem   s af ety .   I n   th e  f u tu r e ,   wo r k   will  b e  d ev o ted   to   ex ten d in g   v alid atio n   th r o u g h   HI L   t esti n g   an d   p r ac tical   im p lem en tatio n   an d   in teg r ati o n   o f   a d ap tiv e  m ec h an is m s   to   tak e  ac co u n t  o f   b atter y   a g in g   an d   ch an g in g   o p er atin g   c o n d itio n s .       F UNDING   I NF O RM AT I O N   T h e   au th o r s   d ec lar e   th at   no   f u n d in g   was   r ec eiv ed   f o r   th is   r e s e a r c h .       AUTHO R   CO NT R I B U T I O NS   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   No u h aila   B elm ajd o u b   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         ✓   ✓   ✓         R ac h id   L ajo u ad   ✓   ✓     ✓     ✓         ✓     ✓       A b d e l m o u n i m e   E l   M a g r i     ✓     ✓   ✓     ✓       ✓     ✓       So u k ain a   B o u d o u d o u h             ✓     ✓     ✓             C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   OF   I N T E RE S T   T h e   au th o r s   s tate   th at   th er e   ar e   no   co n f licts   of   in ter est   r eg ar d i n g   th e   p u b licatio n   of   th is   m a n u s c r i p t .       D A T A   AVAIL A B I L I T Y   T h e   d atasets   an d   s im u latio n   co d es   u s ed   in   th is   s tu d y   ar e   av ailab le   f r o m   th e   c o r r esp o n d in g   a u th o r   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   W i e d e n ma n n   e t   a l . ,   “ A   r e c o n f i g u r a b l e   b a t t e r y   s y st e m  f o r   a   Te sl a   mo d e l   Y :   P a c k a g e   a n d   e f f i c i e n c y   a n a l y s i s,”   e T ra n sp o r t a t i o n ,  v o l .   2 6 ,   p .   1 0 0 4 6 4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e t r a n . 2 0 2 5 . 1 0 0 4 6 4 .   [ 2 ]   M .   C h a n d r a ,   P .   B u s c h ,   F .   P a r é s   O l g u í n ,   a n d   G .   T a l ,   “ P a t h s  o f   p r o g r e s s:   F o r e c a st i n g   g l o b a l   e l e c t r i c   v e h i c l e   d e ma n d   a mi d st   d e m o g r a p h i c   a n d   e c o n o m i c   g r o w t h , ”   T ra n sp o rt a t i o n   Re s e a r c h   P a rt   D :   T r a n s p o rt   a n d   E n v i ro n m e n t ,   v o l .   1 4 7 ,   p .   1 0 4 9 2 8 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . t r d . 2 0 2 5 . 1 0 4 9 2 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.