1.总体框架：把“失效模式—故障逻辑—运行证据”接起来
图1展示了纯电船舶系统级可靠性评估的整体技术流程。研究首先从系统分解和功能—失效映射出发，分别围绕“整船失去推进力”和“电池包级热失控”两个顶事件建立分析对象。随后，通过FMEA识别关键失效模式与证据来源，再利用FTA构建故障因果逻辑，进一步通过贝叶斯更新引入运行证据和参数更新，最终结合重要度分析提出差异化风险治理策略。
这一框架的核心价值在于，它不是简单地把多个方法并列使用，而是形成了一条清晰的分析链条：先回答“有哪些故障”，再回答“这些故障如何导致系统级后果”，最后回答“在新的运行证据出现后，风险判断如何更新”。这使得纯电船舶动力系统可靠性评估从静态清单式分析，进一步转向可追溯、可量化和可动态修正的系统级评估。
图1全文技术路线图
2.故障树建模：将两类顶事件拆解为可追踪的风险路径
图2和图3分别给出了电池包级热失控和整船失去推进力两个顶事件的故障树结构。对于电池包级热失控，模型将其拆解为单体热失控及其向电池包传播的组合过程，重点考虑电芯温度过高、内外短路、过充、机械挤压、外部热通量过高、包级热管理系统故障以及电池舱应急通风排风故障等因素。
对于整船失去推进力，故障树则沿着左右舷推进支路展开，覆盖箱式电源、DC/DC变换器、直流母排、推进逆变器、推进电机、推进线路、控制系统以及冷却系统等环节。由于纯电船舶推进系统通常具有左右舷冗余和多电源配置，故障树中进一步通过逻辑门和冗余门型体现系统结构特征。
这种建模方式的意义在于，它将“推进力丧失”和“热失控”这类宏观后果分解为可计算、可解释的底层事件组合，为后续最小割集分析、重要度排序和工程治理提供了结构基础。
图2电池包级热失控故障树
图3整船失去推进力故障树
3.贝叶斯更新：让可靠性评估具备随证据更新的能力
图4和图5将故障树结构进一步映射为贝叶斯更新。与传统故障树相比，贝叶斯更新不仅能够保留因果链条和逻辑关系，还能够在获得新的运维记录、试验数据或在线监测信息后，对基本事件概率进行更新，并将更新结果沿网络传播至顶事件。
对于纯电船舶动力系统而言，这一点尤为重要。由于电池状态、冷却系统性能、功率变换装置运行状况以及保护动作可靠性都会随时间和工况发生变化，单次静态评估难以长期反映真实风险水平。贝叶斯更新机制使评估模型可以随着运行数据积累不断校准，从而更适合服务于全寿命周期安全管理和运维资源优化。
图4整船失去推进力顶事件的贝叶斯更新结构
图5电池包级热失控顶事件的贝叶斯更新结构
4.推进力丧失风险：外循环冷却泵是优先治理入口
针对“整船失去推进力”顶事件，研究采用Fussell–Vesely重要度和Birnbaum重要度分别分析基本事件的风险贡献和结构敏感性。结果显示，外循环冷却泵故障在Fussell–Vesely重要度中呈现明显主导地位，说明在当前系统边界和概率口径下，优先降低外循环冷却泵故障概率能够带来最直接的顶事件风险削减。
与此同时，推进逆变器、直流母排、DC/DC变换器和推进电机等功率变换主干环节在Birnbaum重要度中表现突出，表明这些环节虽然不一定都是发生概率最高的事件，但其所在结构位置对整船推进功能具有较强敏感性。一旦这类链路性能下降或保护配合失效，就可能被放大为系统级推进风险。
因此，从工程治理角度看，推进侧风险防控不应只关注某一个设备，而应形成两类重点：一是对外循环冷却泵开展冗余配置、状态监测与备件保障；二是将推进逆变器—直流母排—DC/DC变换器—推进电机组成的功率变换主干作为成组治理对象，强化保护配合、在线诊断和热—电耦合约束设计。
图6整船失去推进力顶事件重要度对比
5.电池热失控风险：关键不只是电芯，更是“三道防线”
针对“电池包级热失控”顶事件，结果表明，电芯温度高在Fussell–Vesely重要度中居于首位，说明抑制早期温升是降低热失控风险最直接的措施。换言之，越接近热失控阈值，温度控制越具有决定性作用。
但研究同时发现，包级热管理系统故障和电池舱应急通风排风故障在Birnbaum重要度中同样突出。这意味着热失控风险不仅取决于电芯本身是否异常，也取决于系统是否具备足够的包内散热能力和舱级排热能力。一旦包级热管理能力下降，或电池舱通风排热能力不足，系统热安全裕度将被快速压缩，使局部异常更容易跨越热失控阈值。
由此可以看出，纯电船舶电池热安全治理需要建立“三道防线”：第一道防线是电芯温度控制，尽早抑制异常温升；第二道防线是包级热管理冗余，保证热量能够在电池包内部及时移除；第三道防线是舱级通风与应急排风，避免热量和烟气在舱室尺度上持续累积。三者共同构成影响电池包级热失控发生的关键路径。
图7电池包级热失控顶事件重要度对比
