전고체 배터리(Solid-State Battery) 가넷형 LLZO 리튬 덴드라이트 억제 & 1,000Hz 0-Alloc C# 계면 압력 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Energy.SolidStateBattery
{
    /// 

    /// 전고체 배터리 센서 계측 텔레메트리 (0-Alloc Stack Only)
    /// 
    public readonly ref struct SsbTelemetry
    {
        public readonly float CurrentDensityMaCm2; // [mA/cm^2] 충방전 전류 밀도 (+: 충전, -: 방전)
        public readonly float MeasuredPressureMpa; // [MPa] 로드셀 측정 계면 구속 압력
        public readonly float InterfaceResistanceOhm;// [Ohm] 계면 임피던스
        public readonly float CellVoltageVolts;    // [V] 단자 전압
        public readonly float CellTemperatureC;    // [C] 셀 작동 온도

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SsbTelemetry(
            float currentDensityMaCm2,
            float measuredPressureMpa,
            float interfaceResistanceOhm,
            float cellVoltageVolts,
            float cellTemperatureC)
        {
            CurrentDensityMaCm2 = currentDensityMaCm2;
            MeasuredPressureMpa = measuredPressureMpa;
            InterfaceResistanceOhm = interfaceResistanceOhm;
            CellVoltageVolts = cellVoltageVolts;
            CellTemperatureC = cellTemperatureC;
        }
    }

    /// 

    /// 전고체 배터리 계면 서보 제어 연산 결과
    /// 
    public readonly ref struct SsbControlResult
    {
        public readonly float CommandedPiezoVolts;     // [V] 피에조 액추에이터 제어 전압 (0~150V)
        public readonly float CriticalCurrentLimitMa;  // [mA/cm^2] 계산된 안전 임계 전류 밀도
        public readonly float TargetInterfacePressure; // [MPa] 현재 요구 최적 압력
        public readonly bool IsDendriteRiskDetected;   // 덴드라이트 단락 위험 감지 플래그
        public readonly bool IsInterfaceOptimal;       // 계면 밀착성 최적 유지 플래그

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SsbControlResult(
            float commandedPiezoVolts,
            float criticalCurrentLimitMa,
            float targetInterfacePressure,
            bool isDendriteRiskDetected,
            bool isInterfaceOptimal)
        {
            CommandedPiezoVolts = commandedPiezoVolts;
            CriticalCurrentLimitMa = criticalCurrentLimitMa;
            TargetInterfacePressure = targetInterfacePressure;
            IsDendriteRiskDetected = isDendriteRiskDetected;
            IsInterfaceOptimal = isInterfaceOptimal;
        }
    }

    /// 

    /// 1,000Hz 실시간 LLZO 전고체 배터리 계면 압력 서보 엔진
    /// 
    public ref struct LlzoSolidStateBatteryEngine
    {
        private const float BaseTargetPressureMpa = 5.0f; // [MPa] 표준 작동 기준 압력
        private const float PiezoSensitivity = 15.0f;     // [V/MPa] 압력 제어 게인

        private float integratedPressureError;

        /// 

        /// 1ms 주기 계면 압력 오차 적분 및 피에조 전압 제어 루프
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SsbControlResult Update(in SsbTelemetry telemetry)
        {
            // 1. C-Rate에 따른 동적 목표 압력 산출
            // 고속 충전(J > 0)일수록 덴드라이트 억제를 위해 더 강한 구속 압력 요구
            float absCurrent = MathF.Abs(telemetry.CurrentDensityMaCm2);
            float targetPressure = BaseTargetPressureMpa + (absCurrent * 0.35f);
            targetPressure = Math.Clamp(targetPressure, 3.0f, 9.5f);

            // 2. 압력 오차 PI 서보 연산
            float pressError = targetPressure - telemetry.MeasuredPressureMpa;
            integratedPressureError += pressError * 0.001f;
            integratedPressureError = Math.Clamp(integratedPressureError, -1.0f, 1.0f);

            // 피에조 구동 전압 (0 ~ 120V)
            float piezoVoltage = 50.0f + (pressError * PiezoSensitivity) + (integratedPressureError * 8.0f);
            piezoVoltage = Math.Clamp(piezoVoltage, 0.0f, 120.0f);

            // 3. 현재 압력 기반 임계 전류 밀도(CCD) 추정
            // J_crit = J0 * exp(P / P0)
            float ccdLimit = 2.5f * MathF.Exp((telemetry.MeasuredPressureMpa - 2.0f) * 0.28f);

            // 4. 덴드라이트 단락 조기 경보: 전류가 CCD를 넘거나 계면 저항이 급락할 때
            bool dendriteRisk = (telemetry.CurrentDensityMaCm2 > ccdLimit * 0.9f) ||
                                (telemetry.InterfaceResistanceOhm < 0.02f && absCurrent > 1.0f);

            bool isOptimal = (MathF.Abs(pressError) < 0.3f) && !dendriteRisk;

            return new SsbControlResult(
                commandedPiezoVolts: piezoVoltage,
                criticalCurrentLimitMa: ccdLimit,
                targetInterfacePressure: targetPressure,
                isDendriteRiskDetected: dendriteRisk,
                isInterfaceOptimal: isOptimal
            );
        }
    }
}