견고한 차량용 컴퓨터: 1년의 운행 손실을 초래한 두 가지 고장

택시 단말기가 공급업체로 반송되는 이유는 두 가지입니다. 첫째는 배터리가 1년 안에 부풀어 오르는 경우이고, 둘째는 디스플레이가 날씨에 노출될 수 없어 기기를 세워두어야 하는 경우입니다.

두 경우 모두 "장치 고장"으로 분류되지만, 동일한 고장은 아닙니다. 하나는 예측 가능한 시간 경과에 따른 화학적 과정이고, 다른 하나는 단말기가 실제로 설치된 위치에 대해 명시되지 않은 보호 수준의 문제입니다. 작업 환경에 맞춰 설계된 견고한 차량용 컴퓨터는 이러한 두 가지 문제를 별개의 엔지니어링 문제로 취급합니다. 왜냐하면 각각 다른 해결책이 필요하기 때문입니다. 이는 정밀 농업용 차량 컴퓨터 에 대한 이 가이드에서 작업 환경에 맞춰 접근하는 방식과 동일한 맥락입니다.

두 가지 실패 유형을 정확히 구분하면 두 가지 실패 유형 모두 예측 가능해집니다. 첫 번째 실패 유형은 설계에서 완전히 제거할 수 있습니다.

택시는 온실과 같고, 그 안에 있는 리튬 전지는 소모품입니다.

밀폐된 기계 운전실은 온실처럼 작용합니다. 트랙터 운전실에 대한 연구 결과에 따르면 냉방을 하지 않은 상태의 실내 건구 온도는 약 34°C이며, 냉방 장치가 작동하면 약 29°C까지 떨어집니다. 이는 맑은 날 정차 상태의 온도입니다. 리튬 이온 배터리의 열화는 일반적으로 약 35°C 이상에서 가속화되는 것으로 알려져 있는데, 유럽의 여름철에 주차된 운전실은 이 온도를 일상적으로 넘어섭니다.

열 자체는 감당할 수 있는 수준입니다. 하지만 영구 설치된 태양열 발전소는 열이 단독으로 발생하는 법이 없다는 점에서 다릅니다.

높은 충전 상태를 지속적으로 유지합니다. 운전실에 고정된 단자는 기계가 작동하는 매일 전원에 연결됩니다. 플러그가 꽂힌 채로 두면 배터리 셀은 몇 달 동안 거의 완전 충전 상태를 유지합니다. 리튬 이온 배터리는 최고 충전 상태를 유지하는 것보다는 충전과 방전을 반복하도록 설계되었습니다 . 레딩 대학교에서 발표한 리튬 이온 배터리 팽창 관련 지침에서도 이 점을 명확히 지적하며, 충전 사이클이 완료된 후에도 기기를 계속 충전 상태로 두지 말라고 경고합니다.

진동. 기계는 작동 중에 전자 장치에 지속적으로 부하를 줍니다. Wiley의 Engineering Reports 에 실린 "리튬 이온 배터리에 대한 진동의 영향 개요" 라는 보고서에 따르면, 장시간 진동에 노출되면 전극 박리, 분리막 변형 및 전해액 누출이 발생하며, 이는 전기적으로 내부 저항 증가 및 용량 감소로 나타납니다. 즉, 고장은 전기적 고장 이전에 기계적 고장이 발생합니다.

이 세 가지를 종합해 보면, 결과는 더 이상 품질 문제가 아닙니다. 팽창은 밀봉된 파우치 내부에서 전해액이 분해되면서 발생하는 가스로, 내부 구조가 이미 손상되었음을 나타내는 가시적인 증상이지 단순한 외관상의 결함이 아닙니다. 고온의 차량 환경에 노출되는 소비자용 리튬 배터리 팩은 일반적으로 12개월에서 18개월 사이에 실질적인 수명이 다하는 것으로 알려져 있습니다. 이는 현장에서 보고된 약 1년 정도의 수명 패턴과 일치하며, 수명 결정 요인이 공급업체가 아닌 배터리의 작동 메커니즘이라면 예상되는 결과입니다.

핵심 요점 : 영구 설치형 단말기 내부에서 배터리 셀은 기능이 아니라, 기계에서 가장 뜨겁고 진동에 가장 많이 노출되는 위치에 장착된, 수명이 한정된 소모성 부품입니다.

실질적인 결과는 재고 문제입니다. 10년 보증 프로그램이 적용된 기계에서 14개월 만에 고장난 셀은 보증 수리 대상이 아니라 반복적인 고장으로 간주됩니다. 게다가 고장은 부품까지 함께 발생합니다. 부풀어 오른 파우치가 주변 부품을 밀어내고, 수리하려면 해당 부품을 기계에서 분리하여 반품해야 합니다. 고장이 발생한 바로 그날, 기계는 작동을 멈춥니다.

두 번째 고장은 전기적인 문제이며, 배터리와는 전혀 관련이 없습니다.

바로 이 부분에서 사양 검토가 가장 흔히 잘못됩니다. 배터리를 제거하더라도 견고한 차량용 컴퓨터는 여전히 차량 전원에 연결되어 있으며, 차량 전원은 실험실 전원과는 다릅니다. 엔진 시동, 발전기 작동, 릴레이 스위칭 및 유도 부하는 모두 단자에 전원을 공급하는 바로 그 라인에 전도성 과도 전류를 발생시킵니다.

ISO 7637-2는 도로 차량의 과도 현상을 정의합니다. 각 펄스가 무엇을 나타내는지 아는 것은 중요합니다. 왜냐하면 "ISO 7637에 따라 테스트했습니다"라는 말은 어떤 테스트를 했는지 모르면 아무 의미가 없기 때문입니다.

로드 덤프는 별도의 주의를 요하는데, 그 기준이 바뀌었기 때문입니다. 자동차 전원 보호 관련 반도체 응용 문헌에 따르면, 로드 덤프 요구사항이 ISO 7637-2에서 ISO 16750-2로 옮겨지면서 최소 시험 요구사항도 동시에 강화되었습니다. 즉, 단일 펄스가 아닌 1분 간격으로 여러 개의 펄스를 사용하는 방식으로 변경되었습니다. ISO 16750-2:2023 에서는 로드 덤프를 별도의 하위 조항으로 다루고 있으며, 차량 전기 시스템에서 펄스가 어디에서 발생하는지 설명하는 부록을 포함하고 있습니다. 따라서 2004년판 ISO 7637-2를 인용하는 공급업체와 최신 ISO 16750-2를 인용하는 공급업체가 설명하는 시험은 서로 다릅니다.

동일한 표준에서 장비가 견뎌야 하는 공급 전압 범위를 정의합니다. 2023년판에서는 12V 공칭 시스템의 최대 공급 전압을 16V, 24V 공칭 시스템의 최대 공급 전압을 32V로 설정했으며, 최소값은 고객과 공급업체가 합의한 규정에 따라 설정됩니다. 12V 시스템의 경우 최소값은 6V에서 10.5V 사이입니다. 또한, 모든 관련 입력에 대해 12V 시스템에서는 18V에서 60분, 24V 시스템에서는 36V에서 60분 동안 교류 발전기 조정기 고장에 대한 장기 과전압 테스트를 별도로 규정하고 있습니다. 이러한 사항은 24V 시스템이 일반적이고 공급 품질이 기계의 전기 구조에 따라 달라지는 농업 기계에 특히 유의해야 합니다.

전문가 팁 : 표준 번호가 아닌 펄스 목록을 요청하세요. 어떤 펄스 유형이 어떤 강도 수준으로 적용되었는지, 그리고 테스트 구성에 포함된 하네스와 커넥터까지 명시할 수 있는 공급업체는 엔지니어링 작업을 제대로 수행한 것입니다. 표준 번호만 나열할 수 있는 공급업체는 표준을 읽어본 정도에 불과합니다.

바로 이 부분이 직관적인 결론을 뒤집는 지점입니다. 내부 배터리가 없는 단말기는 팽창 방지 메커니즘을 완전히 제거했지만, 기계의 다른 장치와 마찬가지로 펄스 2a 또는 부하 덤프 이벤트에 그대로 노출됩니다. 두 가지 해결책은 서로 독립적입니다. 하나를 지정한다고 해서 다른 하나가 자동으로 적용되는 것은 아닙니다.

차량 전원 공급식 단말기는 고장 원인 중 하나를 완전히 제거합니다.

첫 번째 문제에 대한 설계상의 해결책은 더 나은 세포를 만드는 것이 아닙니다. 그럴 필요가 없습니다.

차량에서 전원을 공급받고 아무것도 저장하지 않는 견고한 차량용 컴퓨터는 분해될 전해액이 없고, 충전 상태를 관리할 필요도 없으며, 팽창할 파우치도 없고, 14개월마다 교체해야 할 배터리 셀도 없습니다. 또한 예비 부품 계획에서 항목을 하나 줄이고 서비스 프로세스에서 반품 유형을 하나 없애줍니다. 이는 단가 비교에서는 드러나지 않는 총비용의 일부입니다. PDS 단말기는 이러한 방식으로 설계되었습니다. 차량에서 전원을 공급받고 내부 배터리가 없으며, 교대 근무 사이에 분리하여 휴대하는 대신 차량에 영구적으로 설치됩니다. 입력 전압 범위는 ISO 7637-II 차량 전원 표준을 참조하며, 작동 온도 범위는 -20°C ~ +70°C입니다.

세 가지 결과가 따르는데, 이 세 가지 모두 기술적인 논의보다는 조달 관련 논의에 속합니다.

첫째, 시스템 종료 문제가 달라집니다. 시스템을 유지하는 전원 셀이 없으므로, 단말기는 전원 공급이 중단되기 전에 데이터를 저장하기 위해 정해진 점화 순서와 제어된 종료 시간 범위에 의존합니다. 이는 소프트웨어 및 배선과 관련된 결정 사항이므로, 당연하게 여기기보다는 문서화해야 합니다.

둘째, 대기 전류는 실수 값이 됩니다. 항상 연결된 장치는 기기 배터리에서 24시간 내내 전력을 소모하고, 3주 동안 사용하지 않고 방치된 기기는 해당 단자가 배터리에 연결된 채로 있는 상태입니다.

셋째, 배터리가 없다고 해서 방수/방진 기능, 과도 전압 허용 오차 또는 작동 온도 범위와는 아무런 관련이 없습니다. 이러한 사항들은 각각 별도의 사양이며 개별적으로 검증됩니다. 배터리 없는 설계는 고장 원인 하나를 제거한 것일 뿐, 전반적인 품질 보증을 의미하는 것은 아닙니다.

IP66, IP67, IP69K는 방수 등급이 세 가지가 아니라 서로 다른 세 가지 테스트입니다.

이제 비가 오는 날에도 차량을 운행할 수 있는지 여부를 결정하는 부분으로 넘어가겠습니다. 그리고 이 부분에서 방수 차량용 컴퓨터에 대한 대부분의 검색 결과가 여러분을 오도할 수 있습니다.

IP 등급의 두 번째 숫자는 등급을 나타내는 사다리형 숫자가 아니며, 이를 사다리형 숫자로 취급하는 것이 이 범주에서 가장 흔한 사양 오류입니다. IEC 60529는 각 숫자에 해당하는 특정 테스트를 정의하고 있으며, 이러한 테스트는 서로 다른 항목을 측정합니다.

두 제품 모두 첫 번째 숫자는 동일합니다. 6은 방진을 의미합니다.

IP66 등급의 인클로저는 먼지가 전혀 들어가지 않고 강력한 물줄기에도 견딜 수 있습니다. 하지만 침수 테스트(IP67 등급)를 거치지 않았 으며, 80°C 및 100bar의 고온 고압 세척기 테스트(IP69K 등급)도 거치지 않았습니다 . IP69K의 "K"는 도로 차량 부품에 대한 ISO 20653 표준에서 유래한 것입니다. 이 분야의 여러 가이드에서는 IP66을 일시적인 침수로부터 보호하는 것으로 설명하고 있는데, 이는 잘못된 정보이며, 기기를 세척하거나 단말기가 고인 물에 잠기게 되는 경우 현장에서 고장으로 이어질 수 있는 오류입니다.

등급 평가에서 다루지 않는 사항은 햇빛 아래에서의 가독성, 작동 온도, 진동, 그리고 연결된 케이블과 커넥터의 상태입니다. 밀폐되지 않은 커넥터가 있는 IP66 등급의 인클로저는 등급이 부여되지 않은 조립체 내부에 등급이 부여된 하우징이며, 인증서에는 테스트된 구성만 명시되어 있습니다.

밀폐된 운전실 내부에 설치되어 우기에도 사용되는 단말기의 경우, 실질적으로 중요한 것은 가장 높은 등급이 아니라 설치하려는 구성(배선, 커넥터 캡, 장착 구멍 포함)에서 해당 등급을 받았는지 여부입니다. PDS 단말기는 IP66 등급을 표기하고 있습니다. 하지만 설치 장소가 고압 세척기에 직접 노출되는 곳이라면 요구 사항이 달라지므로 별도로 명시해야 합니다. 운전실에 설치된 서라운드 뷰 디스플레이에 대한 DLG 테스트 보고서를 보면 건조한 운전실 내부의 기본 등급에서 노출이 증가함에 따라 요구되는 등급이 얼마나 달라지는지 알 수 있습니다.

강우량 제한 규정이 한 시즌에 실제로 발생하는 비용

이것이 중요한 이유는 단말기 때문이 아니라 달력 때문입니다.

비 예보가 있을 때마다 디스플레이를 기계에서 분리해야 한다면 세 가지 문제가 동시에 발생합니다. 첫째, 재설치하는 장치에 브래킷, 커넥터, 그리고 위치를 다시 설정해야 하므로 매일 작업 시간 동안 다시 설치 시간이 소요됩니다. 둘째, 기계를 덮개 아래에 두어야 하는데, 비가 오는 동안 주차된 장비의 경우 덮개를 마련하기 어려운 경우가 많습니다. 셋째, 작업자는 밭이 젖는 것이 일반적인 시기에, 즉 가장 필요한 순간에 안내 인터페이스를 사용할 수 없게 됩니다.

마지막 지점에서 운영 비용이 집중됩니다. 비가 오거나 물에 잠긴 땅에서도 계속 작동하는 터미널은 단순히 매일 볼트를 풀 필요가 없도록 해주는 것 이상의 의미를 지닙니다. 작업 과정의 반복성이 가장 중요한 날, 특히 젖은 밭을 두 번 지나갈 경우 작업에 상당한 손상을 줄 수 있는 상황에서 자동 조향 워크플로우를 원활하게 사용할 수 있도록 해줍니다. 터미널은 이러한 작업 과정의 핵심 구성 요소이며, 농업용 자동 조향 솔루션은 작업이 실제로 수행되는 날에 인터페이스가 제대로 표시되고 읽기 쉬워야만 효과적인 안내를 제공할 수 있습니다.

⚠️ 경고 : 공급업체가 테스트된 구성 방식을 명시하지 않고 방수 성능을 주장하는 경우, 해당 주장은 검증되지 않은 것으로 간주하십시오. 외함 자체는 방수 등급을 받았을 수 있지만 설치 자체는 그렇지 않을 수 있습니다.

"차량용 태블릿 거치대"를 검색하셨다면

어휘 선택에 대한 참고 사항입니다. 잘못된 어휘 선택은 구매자를 잘못된 제품군으로 유도할 수 있습니다.

차량용 태블릿 거치대를 검색하면 대부분 일반 소비자용 태블릿 거치대 및 브래킷(대시보드 마운트, 시트 레일 브래킷, 컵홀더 암, 헤드레스트 홀더 등)만 나옵니다. 이러한 제품들은 단순히 거치 문제를 해결해 줄 뿐입니다. 태블릿은 애초에 기계 사용을 위해 설계된 것이 아니기 때문에, 이러한 제품들은 전원 구조, 과도 전압 내성, 방수/방진, 열 범위 또는 점화 특성과 같은 환경적 요소를 고려하지 않습니다.

차량 내 단말기를 지정하는 시스템 통합업체는 단순히 거치대를 구매하는 것이 아닙니다. 견고한 차량용 컴퓨터와 산업용 차량용 컴퓨터 의 구분은 장착 하드웨어보다는 설계 우선순위를 구분하는 데 더 유용하며, 바로 이 구분이 해당 장치가 기계 프로그램 전체를 견뎌낼지 아니면 한 시즌만 버틸지를 결정합니다.

고장 모드 표와 각 행에 대해 요청해야 할 사항

이 문서는 공급업체 검토 시 지참해야 하는 자료입니다. 각 행에는 증상과 그 근본 원인, 관련 표준, 그리고 문제를 해결하는 데 도움이 되는 증거가 함께 제시되어 있습니다.

하루 안에 확인해 보세요.

메커니즘은 설계가 작동할 수 있는지 여부를 결정합니다. 구성은 설치가 제대로 작동하는지 여부를 결정합니다. 문서 검토보다 직접 컴퓨터에서 하루를 보내는 것이 훨씬 더 많은 것을 결정할 수 있습니다.

단말기를 설치한 상태로 장비를 평소처럼 가동하십시오. 점화 스위치를 반복적으로 껐다 켜면서 종료 시퀀스가 ​​현재 작업을 저장하는지 확인하십시오. 단말기를 설치한 상태로 장비를 비가 오는 야외에 하룻밤 동안 주차해 둔 다음, 다음 날 마운팅이나 커넥터를 건드리지 않고 작업을 시작하십시오. 세척 작업이 작업에 포함되는 경우, 작업자가 실제로 세척하는 방식대로 세척한 다음, 스크린이 아닌 커넥터 씰과 케이블 입구를 점검하십시오. 하루 일과가 끝나면 단말기 기록의 타임스탬프와 현장 기록을 비교하십시오. 기록된 트랙에 공백이 있다면 어떤 데이터시트보다도 전원 아키텍처에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다.

그런 다음 아직 확정되지 않은 두 가지 수치를 요청하십시오. 하나는 전원 입력에 대한 테스트된 펄스 목록이고, 다른 하나는 밀폐된 인클로저 내부에 있는 장치의 인증된 온도 범위입니다.

자주 묻는 질문

차량용 고성능 컴퓨터에는 내장 배터리가 있나요?

일부 제품은 내부 셀을 탑재하고, 일부 제품은 그렇지 않은데, 그 이유는 외관상의 차이보다는 구조적인 차이 때문입니다. 내부 셀이 있는 단말기는 밀폐된 케이스 안에 소모품을 넣어 기기에서 가장 온도가 높은 위치에 장착합니다. 반면, 차량 전원 공급식 단말기는 내부 셀이 없어 이러한 고장 원인과 그로 인한 반복적인 가동 중단 시간을 방지합니다. 견적을 받을 때 어떤 설계 방식을 사용하는지 확인하십시오. 두 방식은 약 12개월 시점에서 작동 방식이 다를 수 있습니다.

IP66 방수 등급이면 비가 오는 야외 작업에 충분할까요?

IP66 등급은 방진 기능을 제공하며, 12.5mm 노즐에서 분당 약 100리터, 압력 약 100kPa의 강력한 물줄기를 모든 방향에서 견딜 수 있습니다. 비나 젖은 지면은 이 등급에 해당합니다. 하지만 IP66은 침수(IP67 등급)나 80°C 고온 고압 세척(IP69K 등급)에는 적용되지 않습니다. IP66 등급의 적합 여부는 등급 자체보다는 단말기의 설치 위치와 세척 방식에 따라 달라집니다.

기관차 운전실에서 배터리가 부풀어 오르는 실제 원인은 무엇일까요?

밀폐된 운전실 내부의 지속적인 열, 매일 단자가 연결되어 거의 항상 완전 충전 상태를 유지하는 전해액, 그리고 기계의 지속적인 진동, 이 세 가지 요인이 복합적으로 작용합니다. 열은 전해액 분해와 가스 발생을 촉진하고, 항상 높은 충전 상태는 전해액의 본래 목적인 충방전 사이클을 방해하며, 진동은 내부 기계적 손상을 일으킵니다. 전해액의 팽창은 이러한 과정의 가시적인 결과일 뿐이며, 그 과정은 더 일찍부터 시작됩니다.

단말기에 배터리가 없다면 전기적 손상으로부터 안전한가요?

아니요. 배터리를 제거하면 배터리 셀 팽창이라는 한 가지 고장 원인은 해결되지만, 차량 전원 라인의 전도성 과도 전류 노출은 줄어들지 않습니다. 이는 별도의 표준이 적용되는 별개의 위험 요소입니다. 전원 아키텍처와 관계없이 과도 전류 보호는 별도의 기준으로 명시하고 검증해야 합니다.

IP 등급은 단말기가 습한 환경에서도 작동한다는 것을 의미하나요?

이는 테스트를 거친 인클로저 구성이 정해진 먼지 및 물 침투 방지 수준을 충족했음을 알려줍니다. 햇빛 아래에서의 가독성, 작동 온도, 진동 허용 오차 또는 연결된 커넥터와 케이블의 상태에 대해서는 아무런 정보도 제공하지 않습니다. 이러한 사항들은 별도의 사양이며 별도의 증거가 필요합니다.

차량용 고성능 컴퓨터를 선정하기 전에 공급업체에 어떤 질문을 해야 할까요?

다음 네 가지 사항을 확인해야 합니다. 전원 입력에 대해 테스트된 펄스 유형 및 강도 수준과 하네스 포함 여부, 장치에 내부 셀이 포함되어 있는지 여부 및 포함되어 있다면 해당 셀의 인증 온도 범위, 설치된 구성에서 획득했음을 확인하는 IP 등급, 그리고 전체 장치의 인증 작동 온도 범위.

여기서 다음 목적지는 어디인가요?

이 문서에서 언급된 두 가지 실패 사례는 서로 다른 문서에서 해결되므로, 여러분의 사양서 템플릿에서 별도로 분리하여 관리하는 것이 좋습니다. 전력 아키텍처 관련 질문(밀폐된 상자 내부의 구성 요소가 일정 기간 동안 성능 저하를 겪는지 여부)을 과도 현상 관련 질문 및 유입 관련 질문과 함께 정리하고, 각 질문에 대한 근거를 요구하십시오.

자세한 예시를 원하시면, T12 12인치 차량 장착형 컴퓨터 의 공개된 사양을 참조하십시오. 사양에는 ISO 7637-II를 참조하는 9~36V DC 입력, IP66 방수/방진 등급, -20°C ~ +70°C의 작동 범위, MIL-STD-810 진동 및 충격 시험, 그리고 내장 배터리가 없다는 내용이 명시되어 있습니다. 이 사양을 하나의 구성으로 삼아 귀사의 요구 사항을 평가해 보십시오.

그다음에는 하루 동안 점검을 실행하세요. 터미널을 설치한 상태에서 비 오는 날 하루를 보내면 일주일 동안 데이터시트를 살펴보는 것보다 사양에 대해 더 많은 것을 알 수 있습니다.

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PDS 테크놀로지 소개

PDS Technology는 2011년부터 농업, 건설, 광업, 택시 및 물류 산업에 고정밀 RTK GNSS 단말기 및 차량용 컴퓨터를 공급하는 선도적인 OEM/ODM 제조업체입니다.

15년 이상의 자동차 등급 연구 개발 경험을 바탕으로, 당사는 RTK 센티미터급 정밀 위치 측정, IP66 방수/방진, AI 지원 성능을 갖춘 견고한 멀티 OS(안드로이드/리눅스/오픈하모니) 기기를 제공합니다. IATF16949 인증을 획득한 당사의 공장에서는 전 세계적으로 10만 대 이상의 제품을 생산하여 중국 농업용 자동 조향 단말기 시장의 30% 이상을 점유하고 있습니다. 일본, 미국, 영국, 터키, 러시아 등 다양한 국가에 제품을 수출하고 있습니다.