RFMPT와 FDS(Rapid Failure Mode Precipitation Testing, Fatigue Damage Spectrum, 배터리팩 진동시험, Battery Pack Vibration Testing)

 

목차

 

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RFMPT (Rapid Failure Mode Precipitation Testing)로 제품 개발 효율성 높이기

 

RFMPT setup for a power inverter

 

 

제품 개발 과정에서 RFMPT(Rapid Failure Mode Precipitation Testing)는 중요한 테스트 방법입니다. 제품이 실제 사용 환경에서 얼마나 견딜 수 있는지 확인하며, 개발 초기부터 양산 이후까지 모든 단계에서 활용할 수 있습니다. RFMPT는 제품의 내구성을 입증하고, 신뢰성 성장을 추적하는 비용 효율적인 방법입니다.

 

 

RFMPT의 활용 시기

• 개념 검증 단계: 초기 설계의 결함을 발견하고, 설계 한계를 확인합니다.
• 프로토타입 테스트: 초기 프로토타입 테스트 및 디지털 트윈 분석에 사용됩니다.
• A/B 비교 테스트: 설계 수정안이나 비용 절감 아이디어가 문제를 유발하지 않는지 확인합니다.
• 신뢰성 성장 추적: 생산 과정에서의 변경 사항이나 새로운 공급업체 도입 시 신뢰성을 확인합니다.
• 제조 공정 변경: 제조 공정 변경 후 제품의 내구성을 확인합니다.
• 디지털 트윈 경계 조건 확인: 디지털 트윈의 조건을 현실적으로 설정합니다.

 

 

RFMPT의 주요 목표

RFMPT의 주요 목표는 제품이 실제 환경에서 겪게 될 스트레스 요인들에 대한 설계 여유를 확보하는 것입니다. 이를 통해 설계 결함을 조기에 발견하고 개선할 수 있습니다.

 

RFMPT Test Sequence

 

 

RFMPT 프로세스

• 테스트 목표 설정: 테스트의 목적과 목표를 명확히 합니다.
• 디자인 단계와 일치: 테스트를 제품의 디자인 단계와 일치시킵니다.
• 기준 환경 및 사용 조건 설정: 기준 환경 및 사용 조건을 설정합니다.
• 스트레스 수준 정의: 실제 사용 환경과 연관된 스트레스 수준을 정의합니다.
• 운영 모드 적용: 적절한 운영 모드를 테스트에 적용합니다.
• 수리 및 최종 고장: 테스트 중 발생하는 결함을 수리하며 최종 고장까지 테스트를 계속합니다.
• 결과 분석 및 개선: 테스트 결과를 분석하고 설계를 개선합니다.
• 신뢰성 성장 추적: 테스트 결과를 통해 신뢰성 성장을 추적합니다.

 

Triaxial vibration profiles with different amplitudes by axis

 

 

 

RFMPT 테스트 환경

RFMPT는 제품이 겪게 될 다양한 환경 변수를 시뮬레이션합니다. 대표적인 테스트 환경 변수는 다음과 같습니다.

 

• 열 순환: Coffin-Manson 모델을 사용
• 열 노화: Arrhenius 모델을 사용
• 습도: Peck 모델을 사용
• 진동: 피로 손상 스펙트럼(FDS) 사용
• 기계적 충격: 충격 응답 스펙트럼(SRS) 사용
• 기계적 및 전기적 사이클링
• RFMPT 테스트 시퀀스
• 초기 단계: 테스트 제품의 적합성을 확인합니다.
• 사전 노화: 고온 노출 등으로 재료의 내구성을 확인합니다.
• 결합 환경 테스트: 진동과 열 순환을 결합하여 테스트합니다.
• 최종 기능 확인: 초기와 동일한 조건에서 최종 기능을 확인합니다.

 

 

RFMPT는 신속하고 효과적인 방법으로 제품의 내구성을 검증하고, 신뢰성 성장을 추적할 수 있습니다. 또한, 다양한 환경 변수와 스트레스 요인을 고려한 테스트를 통해 제품이 실제 환경에서 겪게 될 문제를 사전에 발견하고 개선할 수 있습니다.

 

RFMPT는 제품 개발 초기 단계부터 양산 이후까지 모든 단계에서 유용하게 활용될 수 있으며, 이를 통해 제품의 품질과 신뢰성을 높일 수 있습니다.

 

 

 

 

 

FDS(Fatigue Damage Spectrum)와 진동 시험

 

FDS(Fatigue Damage Spectrum)란?

FDS(Fatigue Damage Spectrum)는 진동 시험에서 피로 손상을 평가하는 데 사용되는 중요한 방법론입니다. FDS는 제품이 실제 사용 환경에서 겪는 다양한 진동 조건을 분석하여, 그 조건들이 제품에 미치는 피로 손상을 평가합니다. 이를 통해 제품이 일정 기간 동안 어떤 수준의 진동 스트레스를 견딜 수 있는지 예측할 수 있습니다.

 

 

진동 시험의 중요성

진동 시험은 제품이 실제 사용 환경에서 겪게 될 진동 스트레스를 재현하여 제품의 내구성을 평가하는 과정입니다. 이를 통해 제품의 구조적 결함, 부품 간의 결합 상태, 내구성 등을 검증할 수 있습니다. 특히, RFMPT(Rapid Failure Mode Precipitation Testing)에서는 진동 시험이 매우 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

 

진동 시험의 단계

 

1. 진동 프로파일 설정

진동 시험은 다양한 진동 프로파일을 설정하는 것으로 시작합니다. 제품이 실제로 겪을 진동 조건을 기반으로 프로파일을 설정합니다. 일반적으로 10Hz에서 2000Hz까지의 주파수 대역에서 시험을 진행합니다. 각 축에 대한 프로파일을 별도로 설정하는 것이 이상적이며, 멀티 축 진동 시스템을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 단일 축 진동 시스템을 사용하는 경우에는 프로파일을 포괄적으로 설정하거나 각 축별로 별도로 테스트할 수 있습니다.

 

SAE J2380 vibration profile in VibrationVIEW

 

 

2. 진동 수준 설정

시험의 첫 번째 단계에서는 제품의 수명 주기를 나타내는 진동 수준을 설정합니다. 이는 FDS 소프트웨어를 사용하여 측정 데이터를 처리하고, 시험 시간을 가속화하여 설정합니다. 초기 진동 시험에서는 제품이 수명 종료 시점에서 요구되는 성능, 신뢰성, 안전 요건을 충족할 수 있는지를 확인합니다.

 

 

 

 

3. 진동 수준 증가

RFMPT는 Test-to-Failure 방식을 채택합니다. 즉, 제품이 초기 진동 수준을 견뎌내면, 진동 수준을 1.5dB씩 증가시켜가며 다시 테스트를 진행합니다. 이 과정은 제품이 고장에 이를 때까지 반복됩니다. 각 단계에서 진동 수준을 1.5dB씩 증가시키고, 시험 시간을 줄여가며 진행합니다. 이렇게 해서 각 단계가 제품의 수명 주기를 하나씩 나타내도록 합니다.

 

 

4. 결과 분석 및 신뢰성 성장 추적

최종 진동 시험 단계에서는 제품의 성능을 다시 평가하여 잠재적인 결함을 식별하고, 제품의 성능 저하를 정량화합니다.
시험 데이터를 기반으로 A/B 비교 및 신뢰성 성장을 추적합니다.

 

 

 

진동 시험 예시

다음은 전기차 배터리에 대한 진동 시험 예시입니다.

• 프로파일 설정: 10Hz에서 2000Hz의 대역에서 각 축에 대해 다른 진폭으로 설정합니다.
• 진동 수준 증가: 초기 시험에서는 1.8gRMS 수준에서 19.8시간 동안 테스트를 진행합니다. 이후 1.5dB씩 증가시켜 최종적으로 4.3gRMS 수준에서 15.9시간 동안 테스트를 진행합니다.
• 결과 분석: 각 단계의 결과를 분석하여 제품의 신뢰성을 평가합니다.

 

 

FDS 소프트웨어의 활용

FDS 소프트웨어는 진동 시험에서 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 실제 사용 환경에서 발생할 수 있는 다양한 진동 조건을 결합하여 제품의 목표 수명에 맞춘 진동 시험 프로파일을 생성할 수 있습니다. 또한, 소프트웨어의 Kurtosion 기능을 활용하여 실제 환경에서 발생하는 피크 분포를 더 정확하게 재현할 수 있습니다.

 

진동 시험은 제품의 내구성을 평가하고 개선하는 데 필수적인 과정이며, RFMPT는 이를 통해 제품 개발의 효율성과 신뢰성을 크게 높일 수 있습니다.

 

 

 

 

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