BMS, 전기차 수명을 쥐다
BMS, 전기차 수명을 쥐다
  • 김주연 기자
  • 승인 2020.06.26 18:27
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배터리 효율성 높이고 셀 밸런싱 기술로 노후 균형 맞춰
자동차 속에는 인피니언의 다양한 반도체 솔루션이 들어간다./인피니언

앞으로 10년 내 대부분의 차량이 완전히, 혹은 부분적으로 전동화된다. 각국의 환경 규제가 심화되고 있기 때문이다. 유럽연합(EU)은 최근 이산화탄소(CO2) 배출량을 오는 2030년까지 km당 59g으로 줄이기로 발표했다. 2025년을 기준으로 미국 대비 감축량이 15%나 더 많다. 

전기차 부품비용(BoM)에서 가장 많은 비중을 차지하는 게 배터리다. 이 배터리를 최대한 효율적으로 활용하도록 도와주는 게 배터리관리시스템(BMS)이다. BMS는 배터리를 최적으로 활용해 전기차의 주행거리를 늘리고 배터리가 빨리 노후화되지 않도록 하고, 배터리 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)를 검사해 사용 가능한 범위와 남은 수명을 예측한다.

인피니언테크놀로지스(지사장 이승수)는 배터리 관리 시스템을 위한 센싱 및 밸런싱 집적회로(IC) 'TLE9012AQU'를 출시했다고 26일 밝혔다. 

인피니언은 전기차용 솔루션으로 다채널 배터리 모니터링 및 밸런싱 IC와 멀티 코어 마이크로제어장치(MCU), 내장형 모터(Embedded motor), 보안 부품, 트랜시버 등을 공급한다.

이 제품은 하이브리드 및 전기차 배터리에 적합하도록 설계됐다. 전체적인 온도, 전압 범위, 동작 수명에 걸쳐서 ±5.8mV의 정확도로 최대 12개 배터리 셀의 전압을 측정한다. 최대 5개의 외부 온도 센서를 지원하고, 셀 밸런싱 기능을 내장했으며 iso-UART 통신 인터페이스를 사용한다.

전기차 배터리는 여러 개의 셀로 구성돼있다. 이 중 특정 셀이 노후화되면, 이 셀을 기준으로 배터리의 가용 용량이 결정되는데다 개별 셀을 교체할 수도 없어 셀 간 균형이 배터리 수명 연장의 핵심이다. TLE9012AQU는 셀 밸런싱을 통해 셀들의 충전 상태를 밸런싱하기 때문에 가장 노후화 된 셀이 배터리의 총 가용 용량을 결정하는 것을 방지할 수 있다.

인피니언의 센싱 및 밸런싱 IC는 측정 결과에 다른 신호들의 간섭을 최소화하기 위해 프로그래머블 노이즈 필터를 포함한다. 모든 셀들을 동시에 측정하기 때문에 일시적인 간섭 요인이 존재해도 결과값들을 안정적으로 감지(Sensing)할 수 있다. 내장된 스트레스 센서와 확장된 온도 보정을 갖춘 보정 알고리즘은 장기적인 측정 안정성을 보장한다.

셀 밸런싱은 온칩으로 통합한 밸런싱 스위치로 구현된다. 밸런싱 스위치는 채널 당 1개씩 12개가 내장됐다. 최대 150㎃의 전류를 흘려보낼 수 있고 더 높은 밸런싱 전류를 위해 외부 스위치를 사용할 수도 있다. 또 MCU로부터 신호 없이 최대 32시간까지 지정된 시간이 경과한 후에 또는 셀이 지정된 전압에 도달했을 때 셀 밸런싱을 멈추고 슬립 모드로 전환돼 에너지를 줄이도록 프로그래밍할 수 있다.

TLE9012AQU는 12개 채널을 지원하기 때문에 모듈당 12개 셀로 분할된 배터리에 특히 적합하다. 그러면 모듈당 디바이스가 하나씩 필요한데, 모듈들 사이에 그리고 MCU와 데이터 교환을 위한 iso-UART 인터페이스는 손쉽게 전압 절연을 하고 데이터 무결성을 보장한다. 이 통신은 20개 이상의 직렬 연결 디바이스와 링 토폴로지를 지원한다. 때문에 한 디바이스가 고장나더라도 통신 체인이 끊어지지 않고 나머지 시스템은 계속 동작한다.

배터리는 20℃~40℃ 사이에서 동작하는 게 가장 효율적이다. 온도 범위가 좁기 때문에 이를 세밀하게 컨트롤할 수 있어야 한다. 인피니언은 히트 펌프를 적용해 열을 제어한다. 


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