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친환경 건설장비의 BMS 설계, 장비의 ‘안전한 제어’

안녕하세요. 저는 법학을 전공한 후 기업지원 수행기관에서 정부지원사업, 기업 컨설팅 및 기술지원 업무를 경험했고, 현재는 SKALA 4기에서 AI/Data와 SW 서비스 기획·개발을 공부하고 있습니다. 최근 제조업과 모빌리티 산업을 공부하면서 친환경 전환이 단순히 내연기관을 배터리로 바꾸는 문제가 아니라, 배터리 상태를 지속적으로 판단하고 장비를 안전하게 제어하는 시스템 전체의 문제라는 점에 관심이 생겼습니다. 특히 저는 탄소중립 관련 아이디어 공모전에 참여하고 수상한 경험도 있어 친환경 산업 전환에 지속적으로 관심을 가지고 있습니다. 멘토님께서는 HD건설기계에서 친환경 건설장비 시스템 사양 설계뿐 아니라 BMS 제어 알고리즘, 통신 프로토콜, 기능안전 대응 및 단품 검증까지 담당하고 계셔서 다음과 같은 부분을 여쭙고 싶습니다. 친환경 건설장비에서 BMS가 실제로 어떤 의사결정을 담당하는지 궁금합니다. 단순히 배터리 잔량이나 온도를 확인하는 것을 넘어 충전·방전, 출력 제한, 이상상태 판단, 장비 보호 등 어떤 기능까지 연결되는지 알고 싶습니다. 멘토님의 업무 중 ‘시스템 사양 설계 → 제어 알고리즘 개발 → 통신 → 검증’이 실제로 어떤 순서로 연결되는지 궁금합니다. 예를 들어 새로운 기능 요구사항 하나가 들어오면 그것이 어떻게 SW 요구사항과 제어 로직으로 바뀌고, 최종적으로 실제 장비에서 검증되는지도 알고 싶습니다. BMS의 기능안전 대응이 특히 궁금합니다. 배터리는 오류가 단순한 기능 불편이 아니라 안전 문제로 연결될 수 있는데, 실제 개발에서는 “절대로 발생해서는 안 되는 상황”을 어떻게 정의하고 이를 설계·SW·시험 항목으로 변환하나요? 저는 현재 데이터 분석과 AI를 배우고 있습니다. BMS에서도 전압·전류·온도·충방전 이력 등 많은 데이터가 발생할 것 같은데, 실제 현업에서는 이러한 데이터를 활용해 SOC/SOH 추정, 이상탐지, 고장예측, 배터리 수명 예측 등의 문제를 해결하는지 궁금합니다. 또 AI 모델의 정확도가 높더라도 기능안전이 중요한 시스템에서는 바로 적용하기 어려운 부분이 있는지도 알고 싶습니다. 건설장비는 승용차와 달리 작업환경이나 부하가 훨씬 다양할 것 같습니다. 자동차용 BMS와 건설장비용 BMS가 특히 다른 점이 있다면 무엇인가요? 먼지·진동·온도, 장시간 고부하 작업, 사용자 운용패턴 등의 차이가 시스템 설계에 어떻게 반영되는지도 궁금합니다. 저는 기계·전기 전공자는 아니지만 앞으로 제조기업에서 AI/Data, 기획, PM 등의 역할로 기술조직과 협업하는 것도 목표로 하고 있습니다. 그렇다면 BMS와 같은 복합 시스템을 다루는 엔지니어와 제대로 협업하기 위해 비전공자가 전기·제어·통신·SW 가운데 어느 정도까지 이해해야 하는지, 공부 우선순위를 조언받고 싶습니다. 마지막으로 법학을 전공한 입장에서 기능안전이나 제품 안전 관련 규격에도 관심이 있습니다. 실제 개발 현장에서는 법규·안전규격의 요구사항을 엔지니어링 요구사항으로 바꾸는 과정이 어떻게 이루어지는지도 궁금합니다. 기술팀과 인증·품질·법무 등의 조직이 협업하는 부분이 있다면 함께 알고 싶습니다. 저는 AI를 적용하는 것 자체보다, 실제 제품에서는 어떤 데이터를 왜 수집하고, 어떤 판단을 내려야 하며, 잘못 판단했을 때 어떤 위험이 발생하는지까지 이해한 뒤 기술을 적용해야 한다고 생각하고 있습니다. 멘토님의 BMS 설계 및 기능안전 경험을 바탕으로 조언해주시면 제조업과 친환경 모빌리티 분야를 공부하는 데 큰 도움이 될 것 같습니다. 감사합니다.

강도희 · 2026. 08. 22. 12:21

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멘토 답변 1

김
김*욱 멘토
HD건설기계 BMS설계팀 · 연구원
안녕하세요. 질문 순서대로 답변드리겠습니다. 개별 제품 사양보다는 일반적인 설계 관점에서 적겠습니다. **1. BMS가 담당하는 의사결정** BMS의 출력은 크게 세 가지로 볼 수 있습니다. - 충/방전 허용 파워 리밋: "지금 이 배터리를 어느 정도까지 써도 되는가"를 주기적으로 계산해 상위 제어기에 전달하고, 상위 제어기는 그 범위 안에서 구동계를 운용합니다. 셀 전압·온도·SOC를 입력으로 하는 형태가 일반적입니다. - 고전압 회로 개폐: 프리차지 시퀀스, 메인 컨택터 투입과 개방. - 상태 추정과 보호: SOC/SOH 추정, 셀 밸런싱, 절연저항 감시, 열관리 요구, 고장 진단. 이상상태 판단은 단일 스위치가 아니라 등급으로 설계하는 것이 보통입니다. 경고, 출력 디레이팅, 정지 요청, 즉시 차단 식으로 나뉜니다. 건설장비에서는 마지막 단계가 조심스러운 편입니다. 작업장치가 들려 있거나 경사에서 작업 중일 때 전원을 즉시 끊는 것이 더 위험할 수 있어서, 안전한 정지 상태를 BMS 단독이 아니라 상위 제어·구동계와 함께 정의하게 됩니다. **2. 사양 → 알고리즘 → 통신 → 검증의 연결** 기본 골격은 V모델이지만 선형으로 흐르지는 않습니다. "저온에서 충전을 제한하라"는 요구를 예로 들면, 1. 어느 제어기가 이 제한을 책임할지 배분합니다. 여기가 애매하면 중복 제한이나 누락이 생기기 쉬운 부분입니다. 2. 정량화합니다. 셀 스펙과 저온 특성에서 기준을 뽑고, "어느 온도"인지도 정해야 합니다. 팩 평균인지 셀 최저값인지, 센서 위치가 어디인지에 따라 거동이 달라집니다. 3. 검증 가능한 SW 요구사항으로 씁니다. 진입 조건과 해제 조건(히스테리시스 포함)이 같이 있어야 합니다. 4. 인터페이스(CAN 신호 정의)를 갱신합니다. 실질적으로 팀 간 계약서 역할을 해서, 상세 로직보다 먼저 확정해야 병행 개발이 가능해집니다. 5. 구현 → 단위/통합 시험 → HIL → 단품 시험(챔버 조건 재현) → 실장비 검증. **3. 기능안전** 출발점은 위험원 분석입니다. 과충전에 의한 열폭주, 절연 파괴에 의한 감전, 의도치 않은 출력이나 급정지 같은 위해 사건을 장비 레벨에서 먼저 나열합니다. 각 위해에 대해 안전목표를 세우고, 여기에 두 가지를 붙입니다. 고장 시 어떤 상태로 가야 하는가(안전상태), 그리고 그까지 얼마 안에 도달해야 하는가(고장 허용 시간)입니다. 이 두 가지가 정해져야 안전목표가 구현 가능한 요구사항으로 내려옵니다. 예를 들어 과충전 방지라는 목표는 측정 경로의 다중화, 측정값 타당성 검사, 임계 초과 시 정해진 시간 내 차단, 통신 신호의 무결성 보호, 프로그램 흐름 감시 같은 항목으로 분해됩니다. 시험은 요구사항에서 파생되는데, 정상 조건보다 고장 주입 시험의 비중이 큽니다. 센서 이상, 통신 두절, 전원 순간 강하 같은 조건을 의도적으로 만들어 정해진 시간 안에 안전상태로 가는지 확인합니다. 요구사항이 없으면 시험 항목을 도출할 근거가 없기 때문에, 요구와 설계와 시험을 이어주는 추적성 문서가 중요한 산출물이 됩니다. **4. 데이터와 AI** 상태 추정은 현재 OCV 기반 보정과 전류 적산, 칼만필터 계열을 조합하는 방식이 널리 쓰입니다. 데이터 기반 방법은 연구에서는 성과가 많지만, 실시간 안전 판단 경로에 들어가기는 쉬운 편이 아닙니다. 정확도보다는 다른 제약 때문입니다. - 검증 가능성: 모든 입력 조건에서의 거동을 보증해야 하는데, 학습 분포 밖 입력은 그게 어렵습니다. - 추적성: 각 판단이 어느 요구사항에서 나왔는지 문서로 이어야 합니다. - 자원 제약과 데이터 불균형: 정작 예측하고 싶은 심각한 고장은 사례 데이터가 거의 없습니다. 반면 오프보드 분석 영역은 여지가 넓습니다. 셀 편차 추세를 통한 이상 징후 탐지, 수명 예측, 운용 패턴 분석을 통한 사양 검토 같은 것들입니다. 온보드에 넣는 경우에도 모델 출력을 규칙 기반 리밋이 감싸고 최종 차단 판단은 결정론적 로직이 갖는 구조가 현실적입니다. 하나 미리 고려하실 점은, 어떤 데이터를 어떤 주기로 수집할지도 설계 대상이라는 점입니다. 통신 대역폭과 로깅 비용 때문에 신호별 주기가 다르고, 그에 따라 풀 수 있는 문제가 달라집니다. **5. 자동차용과 건설장비용의 차이** - 듀티 사이클: 승용차는 대부분 시간이 주차 상태지만, 작업 장비는 부하가 짧은 주기로 급변하며 고부하 운전이 길게 이어집니다. 안정 구간이 적어서 OCV로 SOC를 보정할 기회도 줄어듭니다. - 환경: 분진과 진동 수준이 달라 방진방수 등급, 커넥터와 하네스 내구가 초기 제약으로 들어옵니다. 경사 작업도 고려 조건입니다. - 안전상태의 정의: 앞서 말씀드린 부분입니다. 차량은 감속 후 정지를 안전으로 볼 수 있지만, 작업 장비는 상황에 따라 그렇지 않을 수 있습니다. - 운용 조건: 현장 충전 인프라가 제한적이고 장비 종류나 작업 유형에 따라 패턴 편차가 커서, 수명과 사양 가정을 잡기가 상대적으로 까다로운 편입니다. **6. 비전공자의 학습 우선순위** PM·기획·데이터 역할을 생각하고 계시다면 제가 권하고 싶은 순서는 이렇습니다. 1. 인터페이스와 신호 체계. CAN 신호 정의를 읽을 수 있는 수준이면 충분합니다. 주기, 단위, 스케일, 유효범위를 이해하는 것이 데이터 분석의 출발점이 됩니다. 2. 요구사항 체계와 검증. V모델, 요구사항 작성법, 추적성, 시험 케이스 도출. 3. 배터리 물리 기초. 전압·전류·온도·SOC·내부저항의 관계와 C-rate 개념 정도면 대화에 지장이 없습니다. 4. 기능안전 개념. 위험원 분석, 안전목표, 안전상태, 무결성 수준. 회로 설계나 제어이론 수식, 임베디드 구현 상세는 뒤로 미뤄도 될 것 같습니다. 협업 과정에서는 "이건 어느 제어기가 판단하는 건가요", "이 요구가 만족됐다는 건 어떻게 확인하나요", "이 판단이 틀렸을 때 어떤 영향이 생기나요" 같은 질문이 논의를 구체화하는 데 도움이 되는 편이었습니다. **7. 규격 요구의 엔지니어링 요구사항 변환** 규격은 대체로 무엇을 달성할 것인가까지만 기술하고 구체적 방법은 설계자에게 남겨둡니다. 예를 들어 감전 보호라는 요구는 감시 항목과 임계값, 주기, 임계 미달 시의 동작과 시간 제약, 운전자 알림 방식으로 분해되어야 설계와 시험 항목이 됩니다. 실무적으로는 규격 조항을 요구사항 항목으로 등록하고, 항목마다 검증 방법(시험·해석·검사·문서 리뷰)과 증빙을 연결합니다. 인증 대응은 결국 이 연결을 보여주는 일이 많습니다. 협업은 개발팀만으로 끝나지 않고 인증·신뢰성, 품질, 법무, 구매까지 연결됩니다. 특히 운송 규정이나 국가별 인증 요구는 개발 초기에 반영하지 않으면 후반 설계 변경으로 이어질 수 있습니다. 규격의 적용범위 판단이나 문언 해석은 엔지니어링 지식만으로 정리되지 않는 영역이기도 합니다.
2026. 08. 31. 10:37