"점검계측장비(Window GUI 프로그램)의 데이터분석 기능을 설계하라"

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인터뷰

요구사항을 도출하기 위해 곧 10년 까까이 현업에 종사하신
HW 문책임님과 SW 최책임님을 인터뷰하였다.

1. 그래프를 그리고 모니터링하여 이루고자 하는 목표는 무엇인가?

• A. 화재 및 열폭주 예방이다.

2. 제품 출고 전에 불량 셀을 걸러 교체하는 목적일 것인가?
   A. 출고 전 뿐 아니라 출고 후에도 셀을 계속 모니터링해야한다.
   셀 제조사에서 다 테스트해서 주기 때문에 갑자기 폭발한다던지 하는 불량 셀은 사실 많이 없다.
   그보다도, 셀은 화학적 특성을 가지기에 열화(열변성)되는 속도 등이 개체별로 다를 수밖에 없고,
   같은 전압을 줘도 점점 전압이 충방전되는 속도나 수명이 각기 다르게 나타난다.

3. 그 문제를 일으킬 셀을 예측하는 것이 가능한가?
   A. 그렇게 각기 다를 수 있는 것을 고려하지 않고 전압을 주면 혼자 충전이 빨리 돼서 과충전되면 열폭주가 날 수도 있다. 문제가 생기는 셀은 보통 같은 전압을 줘도 빨리 충전되고 빨리 방전되어 과충전 과방전을 반복하게 되는 경우이다. 수명도 짧다. 전류를 줬을 때 생기는 IR drop 폭도 크다. 전압이 팍팍 튄다.

4. 그 셀은 그럼 즉시 교체하지 않아도 되나?
   A. 운용 중 즉시 교체할 수 없으니 BMS로 과충전 과방전 전압에 가까워지면 충방전 그만하라고 경고를 주고, 심하면 차단해버리는 것이다. 밸런싱도 한다. 그 빨리 차고 닳는 셀에 저항을 붙이고 전류를 흘려 전압을 깎아 과전압을 막는다.

C rate

1C로 1시간 충전하면 0%에서 100%가 된다.
1C는 전류 값이다.

충전가용전류

시스템을 파괴하지 않는, 즉 온도를 너무 높이지 않고
줄 수 있는 전류 제한선이다.

과충전과 과방전은 왜 위험할까?

과충전은 열폭주, 과방전은 비가역적 파괴?

과방전은 배터리 내부 압력을 증가시키고 양극 및 음극 활물질의 가역 기능을 파괴하여 영구적으로 충전하지 못하게 된다.
리튬이온전지는 과방전시 극판의 표면이나 모서리에 Dendlite(침상형, 리튬금속 석출물, 도체)를 형성한다.
뾰족한 덴드라이트는 양극판과 음극판 사이에서 절연층을 형성하고있는 PE/PP 계열 분리막을 손상시킨다.
분리막이 손상되면, 충전량이 적을 때는 극판 간 절연상태를 유지해도,
만충되어 팽창하면 분리막을 뚫어 극판을 단락시킬 수 있다.

단락은 열폭주로 이어져, 어떤 보호회로 및 안전소자도 소용없이 극판의 전기에너지가 소모될때까지 지속된다.

이차전지의 기초에 대해 더 알고 싶으면 아래 링크로!
https://blog.naver.com/ysbyung98/222975813875

높은 SOC와 낮은 SOC

DOD가 같을 때, 높은 SOC 구간에서 충전하는 것과 낮은 SOC 구간에서 충전하는 것의 차이

높은 구간: 내부저항 낮아 용량 높고, 온도 높아 용량 높고, 전압 강하 적어 안정적
낮은 구간: 내부저항 높아 전압 강하 커 cut off 전압에 빨리 도달한다.
실제 용량 남아있어도 사용 불가

높은 구간에서는 저항이 적어 발열도 적어야 하지만 부반응 때문에 온도가 더 높다.
온도 높으면 다시 부반응 활발해져 악순환으로 인한 열폭주 위험이 커진다.

온도에 영향을 주는 전류

P = I2R
온도에 가장 큰 영향을 주는 요인은 전류이다.
높은 전류로 (급속) 충전하는 것이 온도를 더 상승시킨다.

충전은 전기E -> 화학E(흡열 반응) 그러나 부반응이 더 큰 영향
방전은 화학E -> 전기E(발열 반응)
같은 크기의 전류면 충전이 온도를 더 상승시킨다.

요구사항 도출서

최책임님

• 누적, 현시, 예측 세 단계로 진행해나가자
• 예측은 일단 두고, 누적, 현시. 누적은 집계, 현시는 시간축이 x축
• 문제 있었는지, 어떤 운행 했는지.
• 책임 소재 파악. 우리 문제인지, 상위 단 등 다른쪽 문제인지.
• 빅데이터를 압축, 요약하는 것도 중요

요구사항 분석서

• 사용 시점
  테스트 및 운용 후
• 목적
  정상 운용 확인, 문제 원인 파악
• 사용자 경험

요구사항 정의서

현시 정보 전시 기능

파일 업로드 기능

• 파일 여러 개를 등록할 수 있다.

기간 표시 및 선택 기능

• 업로드 된 파일 기간을 통해 수직선상에 배치
• 수직선 상 기간 중 비어있는 기간은 어둡게 표시
• 고장 경보 발생 시각 및 해제 시각을 볼 수 있음
• 고장

고장 정보 확인 기능

기간 선택 기능

• 등록된 파일의 기간을 표시하고 선택할 수 있다.

그래프 표시 정보 선택 기능

그래프 표시 기능

누적 정보 전시 기능

예측 기능

기능 요구사항

#. 재현 기능

• IDE의 디버거 기능에서 착안
• 이미 구현된 메인, 상세 기능의 뷰를 활용하여 재현
• 상단 플로팅 바
  • 재현 중인 시각 표시
  • 배속 기능: 2배, 4배
    • 업데이트 주기는 그대로, 짝수번째 데이터, 4배수 데이터를 표시 등
    • 브레이크 포인트 설정: 고장 경보 직전에 멈추기, 고장 경보 전까지 스킵하기 등

0. 시계열: 모듈 별 고장 경보 - 시간 그래프

• 구성 역할. 상단 구역 혹은 사이드 탭 등으로 구현
• 고장 경보 - 시간 그래프
  • y축
    • 경보 24개를 전압 관련 경보, 온도 관련 경보 등 그룹핑하여 y축을 구성
    • 발령 시점~ 해제 시점을 선으로 표시
  • 그래프 점에 마우스 hover시
    • 고장 경보 발령 시각, 해제 시각, 지속 시간 표시
  • 색상 표현
    • Service Required, Fault, Warning 단계별로 다른 색상으로 표시
      
• TBD: SOC나 전압 표시할지?
  • 충방전기와 휴지기 파악에 용이하도록 추가 정보 표시
• sliding window로 기간 설정
  • 기간이 길면 스케일링도 어렵고 한번에 분석하기 어려우므로 정규화를 위해 고정 기간 표시
  • TBD: 고정 기간? 하루? 3시간?

1. 시계열: 팩 상태

• 최종상태

  • SOC

  • SOH

  • 총 방전용량

  • 총 충전용량

  • 측정 전압(DCIR)

  • Cell Sum

  • 모듈 별 SOC

  • 모듈 별 SOH

• 그래프

  • 팩 고장경보-시간 그래프
  • 팩 전압&전류-시간 그래프
  • 팩 온도(최대 셀 온도)-시간 그래프
  • 팩 SOC-시간 그래프
  • 팩 SOH-시간 그래프

2. 시계열: 모듈 간 비교

전압전류
전압최대최소
온도최대최소

3. 횡단면: 모듈 상태

• 횡단면 데이터인 모듈 및 셀 정보 표시
• 모듈 내 96개 셀 표시
• 재현 버튼, 수동 버튼 존재
  • 수동 버튼 누른 상태로 그래프 위 마우스 위치를 옮기면 그 시점의 모듈 상태 전시
  • 재현 버튼을 누르면 그 시점부터 자동으로 그래프가 왼쪽으로 흘러가면서 전시 정보 0.5초마다 업데이트

4. 요약: 셀트레이 간 비교

셀트레이 최대 온도 기록, 최대 전압 기록,
ㅁㅁㅁㅁㅁ ㅇ
ㅁㅁㅁㅁㅁ ㅇ
ㅁㅁㅁㅁㅁ ㅇ
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• 9개의 라디오 버튼 (모듈 별 5개, 층 별 4개)
  • 버튼을 누르면 해당 트레이들의 최대 온도 표시
• 온도 그래프
• 전압 그래프

5. 요약: 셀 상태

• 24개 셀 4개 트레이 5개 모듈 표시

  • 실제 배치대로 96행 * 5열 표시
  • 24행 * 5열씩은 한 화면에 오도록 표시
  • 현재 보고있는 층 표시
    • TBD: 전환 방식? 스크롤로 층 전환 혹은 1,2,3,4층 버튼 클릭으로 층 전환

• 2개 체크박스 (전압, 온도)

  • 전압 선택
  • 온도 선택
  • 둘 다 선택
    • 셀 왼쪽 전압, 셀 오른쪽 온도 표시
    • 배경색도 왼쪽, 오른쪽 나누어서 표시
  • 둘 다 해제
    • 각 24개 셀에 밸런싱 횟수 표시, 클수록 주황색 등으로 배경색 시각화
    • 3개 라디오 버튼 비활성화

• 5개 라디오 버튼 (최대, 최소, 평균, 최대편차)

• 배경색 시각화

  • 전체 셀에 대한 값
  • 최대, 평균
    • 뜨거울수록 빨간색으로 배경색 시각화
  • 최소
    • 차가울수록 파란색으로 배경색 시각화
  • 최대편차
    • 클수록 주황색 등으로 배경색 시각화

• 트레이 대표값 요약

  • 트레이별 대표셀, 대표값 표시

  • 항목

    • 셀 최대전압

    • 셀 최소전압

    • 셀 평균전압

    • 셀 최대전압편차

    • 셀 트레이내 최대전압기록횟수

    • 셀 트레이내 최소전압기록횟수

    • 셀 전압급상승폭 max(V(t)-V(t-0.5))

    • 셀 전압급강하폭 min(V(t)-V(t-0.5))

    • 셀 최대온도

    • 셀 최소온도

    • 셀 평균온도

    • 셀 최대온도편차

    • 셀 트레이내 최대온도기록횟수

    • 셀 트레이내 최소온도기록횟수

• 모듈 대표값 요약

  • 모듈별 대표트레이, 대표셀, 대표값 표시

  • 항목

    • 셀 최대전압

    • 셀 최소전압

    • 셀 평균전압

    • 셀 최대전압편차

    • 셀 트레이내 최대전압기록횟수

    • 셀 트레이내 최소전압기록횟수

    • 셀 최대온도

    • 셀 최소온도

    • 셀 평균온도

    • 셀 최대온도편차

    • 셀 트레이내 최대온도기록횟수

    • 셀 트레이내 최소온도기록횟수

    • 밸런싱 START 횟수