DO-254：航空电子硬件开发标准在锂电池系统中的应用

DO-254：航空电子硬件开发标准在锂电池系统中的应用（大于500字）

DO-254，全称为《Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware》，由RTCA（美国无线电技术委员会）制定，是航空电子设备中复杂硬件设计开发的核心适航标准。该标准被FAA、EASA、CAAC 等全球主要航空适航监管机构采纳，广泛应用于飞控系统、通信导航系统、电源系统等航空关键电子设备的开发与认证。对于集成嵌入式控制和硬件保护逻辑的锂电池系统而言，DO-254 是确保其电子硬件设计安全性和适航性的必备参考。

一、DO-254 的适用对象

DO-254 专注于“航空电子硬件”（Airborne Electronic Hardware, AEH）的开发，特别是复杂硬件元件，主要包括：

• 可编程逻辑器件（如FPGA、CPLD、ASIC）

• 复杂集成电路

• 非处理器控制器中的硬布线逻辑（Wired Logic）

• 电源控制板、电压监控电路、冗余切换电路等

当锂电池管理系统（BMS）包含FPGA控制单元、数字逻辑保护模块、热控逻辑硬件、冗余供电控制器等关键硬件时，其开发必须依据DO-254执行，特别是在其失效可能影响飞行安全时。

二、电池系统中应用DO-254的典型场景

在航空锂电池系统中，DO-254 主要适用于以下情形：

1. FPGA控制的BMS单元

• 例如一个高冗余的电池管理单元，通过FPGA执行采样、过压保护、故障隔离逻辑；

• 此类控制单元被嵌入航空电源系统、eVTOL推进系统或飞行控制备用电池中。

2. 热失控隔离逻辑

• 一些电池系统使用硬布线电路逻辑判断温度阈值并快速切断电路，防止火灾；

• 此类逻辑设计必须高度可靠并满足飞行安全需求。

3. 电源备份切换电路

• 如自动在主电源故障时切换到电池供电；

• 切换逻辑常通过ASIC或FPGA实现，涉及硬件冗余检测、电压比较器、延时控制等电路。

只要上述硬件逻辑被认定为对飞行任务安全有影响，其设计就必须遵循 DO-254 的设计保障流程。

三、DO-254 的核心要求

DO-254 定义了一个完整的硬件设计生命周期流程，包括：

1. 硬件等级评定（Hardware DAL）

与DO-178C类似，DO-254也将硬件按其失效影响程度划分为A（灾难性）至E（无影响）五个等级：

硬件等级将决定设计验证的深度与文档要求。

2. 需求驱动设计

DO-254 强调从系统需求→硬件需求→逻辑实现→测试验证的完整链条，确保每项功能都有明确需求、实现方式和验证方式。

3. 可追踪性与验证完整性

所有设计元素必须具备双向追踪性，包括：

• 硬件功能需求 → HDL代码（或逻辑电路图）；

• HDL代码 → 测试用例（仿真或实测）；

• 设计更改 → 影响评估和再验证。

验证手段包括形式验证、逻辑仿真、时序分析、硬件在环测试等，特别是对于FPGA类复杂硬件，必须采用多层次验证策略。

4. 硬件配置管理与过程保证

与软件标准类似，DO-254 要求对设计工件进行配置管理，包括版本控制、变更记录、设计审核与基线管理。还需设立独立的质量保证角色，对整个开发流程进行过程一致性审查。

四、DO-254 与其他标准的配合

航空电池系统若同时包含软件（如MCU控制）与硬件（如FPGA、过压保护逻辑），通常需综合适用以下标准：

将这些标准统一应用，有助于确保整个电池系统从“物理结构、电路逻辑、软件控制”到“环境适应性”的全方位合规与适航。

五、总结

DO-254 是航空电子硬件开发的核心标准之一，其在锂电池系统中，特别是包含复杂控制逻辑、电源切换机制和冗余控制的模块中扮演着重要角色。随着航空电气化、eVTOL 和高功率无人机的发展，越来越多的电池控制系统被要求具备复杂的电路逻辑与高安全保障能力，因此 DO-254 的重要性持续上升。

对于致力于进入航空电源系统领域的锂电池企业而言，熟悉并掌握 DO-254 的应用，不仅是硬件设计质量的保障，更是进入航空市场的关键门槛。