Saft - 모델 기반 설계를 통한 배터리 관리 시스템 소프트웨어의 개발 및 UL 인증 가속화 사례
“Simulink를 사용한 모델 기반 설계 덕분에 우리 팀은 비슷한 이전 프로젝트와 비교해서 프로젝트 참여 엔지니어의 수를 절반 수준으로 줄이면서도 개발 시간을 단축하고 비용을 절감하고 품질을 개선할 수 있었습니다. Saft는 이러한 결과를 바탕으로 모델 기반 설계 사용을 다른 두 사업부로도 확대했습니다.”
과제
차세대 배터리 관리 시스템 소프트웨어 개발 및 UL 1998 인증 획득
솔루션
모델 기반 설계를 사용하여 소프트웨어 및 플랜트 모델링, 데스크탑 시뮬레이션 및 HIL 테스트 실행, 생산 코드 및 인증 아티팩트 생성
결과
- 개발 및 인증 시간 50% 단축
- 소프트웨어 품질 개선
- UL 인증 간소화
데이터 센터 및 필수 응용 분야를 위한 Saft Flex’ion Gen2 배터리 시스템.
전력망 고장이 발생할 경우 병원, 데이터 센터, 산업 플랜트에는 무정전 전원 공급장치가 필요합니다. Saft Flex’ion Gen2 배터리 시스템은 임무 필수 응용 분야를 위해 최대 220kW의 전력을 지속적으로 제공합니다.
Saft는 Flex’ion Gen2 BMS 소프트웨어 개발 속도를 높이기 위해 MATLAB® 및 Simulink®를 사용한 모델 기반 설계를 도입했습니다. Saft의 엔지니어들은 이 접근법을 통해 설계를 하드웨어 테스트 전에 검증하고 UL 1998 및 기타 안전 및 신뢰성 관련 산업 표준을 충족할 수 있었습니다.
“BMS 응용 프로그램 소프트웨어와 플랜트를 모두 Simulink에서 모델링했기 때문에 요구사항을 정의한 직후 소프트웨어 검증을 곧바로 시작할 수 있었습니다.” Saft의 배터리 시스템 엔지니어인 Do Hieu Trinh의 말입니다. “이 검증 작업은 UL 인증만 아니라 제품의 품질을 보장하는 데에도 꼭 필요했습니다.”
과제
예전에 Saft는 C 언어로 직접 소프트웨어를 코딩해서 컴파일한 다음 임베디드 하드웨어에서 직접 테스트를 실행하는 전통적인 개발 접근법을 사용했습니다. 이러한 테스트 중에 식별된 오류는 디버그하기 어려웠는데 오류가 소프트웨어에 있는지 이전에 테스트되지 않은 하드웨어에 있는지 불확실했기 때문입니다.
하드웨어가 준비될 때까지는 테스트가 시작되지 않았으므로 엔지니어들은 프로젝트 기한이 임박해서 요구사항 관련 문제를 발견하는 경우가 많았습니다. 이렇게 늦게 발견된 문제는 프로젝트 비용을 가중시켰고, 수정도 더 어려웠으며, 제품 인도가 지연될 위험도 커졌습니다. Flex’ion Gen2의 BMS 소프트웨어의 개발 속도를 높이기 위해 Saft는 모델링과 시뮬레이션을 통한 설계의 조기 검증을 원했습니다.
솔루션
Saft의 엔지니어들은 MathWorks 컨설턴트와 협력하여 UL 1998 표준 인증에 대한 요구사항을 충족한 모델 기반 설계와 IEC Certification Kit를 기반으로 개발 공정을 정의했습니다.
Saft 엔지니어들은 Simulink에서 작업하면서 DC-DC 컨버터, 회로 차단기, 인버터, 센서, 수백 개의 리튬이온 배터리 셀을 포함하는 Flex’ion Gen2 하드웨어의 플랜트 모델을 개발했습니다. 이들은 배터리 셀 모델을 만들고 배터리 시스템 내 224개 셀 각각에 대해 이 모델을 복제했습니다. 그런 다음 다양한 충실도 수준에서 모델의 여러 variant를 만들었습니다.
이 팀은 Simulink 및 Stateflow®를 사용하여 관리, 안전, 진단 기능에 대한 개별 구성요소가 있는 BMS의 응용 프로그램 소프트웨어를 모델링했습니다.
이들은 Requirements Toolbox™를 사용하여 Flex’ion Gen2 기술 사양의 요구사항과 각 요구사항을 구현한 Simulink 모델 요소 간의 양방향 추적성을 설정했습니다.
응용 프로그램 소프트웨어 모델의 검증을 위해 이 팀은 데스크탑 시뮬레이션을 실행했습니다. 이러한 시뮬레이션 중에 그들은 Simulink Coverage™로 모델 커버리지를 측정하고 테스트되지 않은 모델 요소를 식별했습니다.
또한 MATLAB 스크립트를 사용하여 데스크탑 시뮬레이션을 자동화하고 1,500개 이상의 테스트 케이스가 포함된 테스트 스위트를 개발했습니다. 또 Simulink의 액셀러레이터 모드를 사용해 이 테스트 스위트의 시뮬레이션 시간을 단축했습니다.
팀원들은 시뮬레이션을 통해 응용 프로그램 소프트웨어를 검증하고 나면 모델을 파트너와 공유했고, 파트너는 모델로부터 MISRA® 준용 C 코드를 생성했습니다. 그런 다음 파트너는 코드를 컴파일해서 생산 BMS 하드웨어에 배포했습니다.
Saft의 엔지니어들은 HIL(Hardware-in-the-Loop) 테스트를 준비하기 위해 Simulink Coder™를 사용하여 Simulink 플랜트 모델로부터 C 코드를 생성했습니다. 그런 다음 Flex’ion Gen2 배터리 시스템에서 BMS 소프트웨어를 테스트하기에 앞서 데스크탑 시뮬레이션을 위해 개발한 것과 동일한 테스트 케이스를 HIL 테스트벤치에서 실행했습니다.
Saft는 Flex’ion Gen2의 UL 1998 인증을 획득했으며, 이 시스템은 현재 양산 단계에 있습니다.
결과
- 개발 및 인증 시간 50% 단축. Trinh은 이렇게 말합니다. “모델 기반 설계 덕분에 BMS 소프트웨어의 개발과 인증에 필요한 시간이 50% 이상 줄었습니다. "이 정도의 단축이 가능했던 것은 시뮬레이션과 테스트, 인증을 위해 개발 전반에서 Simulink 모델을 실행 가능한 사양으로 사용했기 때문입니다.”
- 소프트웨어 품질 개선. “과거에는 모든 소프트웨어 테스트를 보드에서 직접 진행했고, 그 때문에 제한된 수의 테스트 케이스만 실행할 수 있었습니다.” Trinh의 말입니다. “우리는 모델 기반 설계를 통해 수백 번의 데스크탑 시뮬레이션과 HIL 테스트 케이스를 반복해서 실행했습니다. 그에 따라 이전의 접근법으로는 찾기 어려웠을 문제를 더 일찍 감지하고 식별할 수 있었습니다.”
- UL 인증 간소화. “IEC Certification Kit와 모델 기반 설계를 함께 사용했을 때의 이점은 정말 컸습니다. 덕분에 프로젝트의 모든 시점에서 무엇을 언제 어떻게 해야 할지 알 수 있었습니다.” Trinh의 말입니다. “이번이 UL 1998 인증을 요하는 첫 프로젝트였음에도 불구하고 첫 시도만에 인수 테스트를 통과했습니다.”
