고전압 시스템의 배터리 결함 진단 시간을 절반으로 줄이고 ASIL-D 표준 준수

텍사스 인스트루먼트(TI)는 최대 800V에 이르는 고전압 시스템에서도 정확도가 높은 전압 측정 성능을 보유한 새로운 차량용 배터리 모니터링 및 밸런싱 IC 제품을 출시한다고 밝혔다. BQ79616-Q1로 하이브리드차(HEV) 및 전기차(EV)는 ASIL-D[1]표준을 수월하게 충족할 수 있다.

배터리 모니터링 및 밸런싱 IC

시스템 차원의 잡음을 필터링해서 배터리 셀 전압과 온도를 정확하게 측정하고 이 정보를 안정적으로 마이크로컨트롤러(MCU)에 전달하는 것은 자동차 제조사들에게 매우 중요한 설계 과제이다. BQ79616-Q1은 이러한 과제를 해결함으로써 엔지니어들이 배터리 안전성 목표를 달성하고 일회 충전 주행거리를 극대화할 수 있도록 지원한다.

BQ79616-Q1 배터리 모니터링 및 밸런싱 IC는 업계 최초로 TI 고유의 특허기술인 “결함 발생 시 기동(wake-up-at-fault)” 기능을 탑재했다. BQ79600-Q1 SPI/UART 통신 인터페이스[2]와 함께 페어링하면 차량이 주/정차 상태이거나 시동이 꺼졌을 때, 완벽한 시스템 셧다운이 가능하다. 이로써 설계 엔지니어는 배터리 전력은 절약하면서도 셀 밸런싱 기능을 향상시키고, 안전성 요건을 수월하게 충족시킬 수 있다. TI의 “결함 발생 시 기동” 기능에 관해서는 기술 원고 “자동 호스트 역 기동 기능으로 HEV/EV 배터리 전력 절약”에서 자세히 설명하고 있다.

정확한 배터리 모니터링 및 밸런싱으로 주행 거리 극대화

BQ79616-Q1은 TI의 차세대 배터리 모니터링 및 밸런싱 제품군의 첫 번째 제품으로서, 리튬 인산철(LiFePO4) 같은 다양한 배터리 소재에 대한 고도의 정확한 모니터링을 지원한다. 따라서, 자동차 제조업체는 배터리 충전 상태(SOC, state-of-charge)와 건강 상태(SOH, state-of-health)를 정밀하게 알 수 있어 비용을 절약할 수 있다. 또한, BQ79515-Q1에는 디지털 저역 통과 필터[3](low-pass filter)와 고정밀 아날로그-디지털 컨버터[4]가 통합되어 신호 측정의 정확도를 극대화하고 2mV 이내의 오차로 정확한 셀 전압 측정이 가능하다.

업계에서 가장 빠른 진단 시간으로 수월하게 ASIL-D 표준 준수

TI의 새로운 모니터링 및 밸런싱 디바이스는 부품 차원의 ISO 26262[5] 표준을 충족하고, 전압 측정, 온도 측정, 통신에 관한 ASIL-D 표준도 수월하게 충족할 수 있다. 또한, BOM[6]과 소프트웨어 오버헤드[7]도 크게 줄일 수 있다. 400V 시스템에서 업계에서 가장 빠른 100ms의 배터리 결함 진단 속도와 15mV 미만의 우수한 ASIL-D 전압 측정 정확도를 제공하므로 시스템 신뢰성과 배터리 안전성을 향상시킨다.

견고한 통신과 향상된 열 관리로 시스템 신뢰성 향상

BQ79616-Q1은 견고한 전자파 적합성(EMC)[8] 성능으로 데이지 체인[9] 통신의 신뢰성을 낮추지 않으면서 잡음이 심한 가혹한 HEV/EV 환경에서 견딜 수 있다. 또한 이 디바이스의 핀 정격은 높은 전압에서의 과도 현상[10]이나 핫 플러그 [11]상황을 견딜 수 있도록 하며, 자동 셀 밸런싱 기능은 열 관리를 간소화한다. 기술 원고 “자동 셀 밸런싱 기능을 통해 전기차의 열 관리 향상”에서는 첨단 열 관리 기술을 통한 시스템 신뢰성 향상에 대해서 자세히 설명하고 있다.

배터리 설계 확장을 통해 비용 절감 및 개발 시간 단축

동일한 패키지로 출시되는 TI의 새로운 모니터링 및 밸런싱 디바이스 제품군은 다양한 채널 옵션을 제공해 핀-대-핀 호환이 가능하고 기존에 개발된 소프트웨어를 100퍼센트 재사용할 수 있다. 또한, BQ79616-Q1에는 버스-바(bus-bar) [12]측정 기능이 통합되어 다양한 크기의 배터리 모듈 조합에 걸친 채널 활용을 극대화할 수 있다. BQ79616-Q1과 BQ79600-Q1을 결합하면 하나의 통신 인터페이스만으로 배터리 관리 시스템을 폐쇄 루프[13] 구성으로 설계할 수 있어 부품 개수를 추가적으로 줄일 수 있다.

패키지, 공급, 가격

BQ79616-Q1은 16채널 10mm x 10mm 64핀 HTQFP(thermally enhanced thin quad flat package)로 제공된다. 요청 시 실리콘 시제품으로 현재 TI.com에서 구매 가능하며, 대량 구매는 12월 중순부터 가능하다. 가격은 1,000개 단위로 6.90달러부터 시작한다. BQ79616-Q1EVM 평가 모듈은 TI.com에서 399달러 가격에 구매할 수 있다. BQ79600-Q1은 16핀 TSSOP(thin shrink small-outline package)로 제공되며, TI.com에서 대량 구매가 가능하다. 가격은 1,000개 단위로 4달러부터 시작한다. TI.com에서는 다양한 결제 및 운송 옵션을 사용할 수 있다. 2021년 1분기에 새로운 12채널 및 14채널 배터리 모니터링 및 밸런싱 제품을 공급할 예정이다.

이 제품에 관한 추가 정보는 www.ti.com/BQ79616-Q1-pr-kr에서 확인할 수 있다.

[참조]

모빌리티(Mobility)의 미래 비즈니스 전략을 찾다
- 모빌리티타임즈 (mobilitytimes.net)

[1] ASIL-D (Automotive Safety Integrity Level–D): ISO 26262의 자동차 안전 무결성 등급 중 가장 높은 등급

[2] 인터페이스: 사물과 사물 사이 또는 사물과 인간 사이의 경계에서, 상호 간의 소통을 위해 만들어진 물리적 매개체나 프로토콜

[3] 저역 통과 필터: 고주파 성분 또는 잡음을 제거하기 위해 디지털 영상 처리에서 사용되며, 부드러워진 영상의 결과로 나타남

[4] 아날로그-디지털 컨버터: 아날로그 전기 신호를 디지털 전기 신호로 변환하는 전자 회로

[5] ISO 26262 (자동차 기능 안전성 국제 표준): 자동차에 탑재되는 E/E (Electrical and/or Electronic) 시스템의 오류로 인한 사고방지를 위해 ISO에서 제정한 자동차 기능 안전 국제 규격. ISO 26262는 프로세스 모델과 함께 요구되는 활동, 유무형의 증거물, 그리고 개발과 생산에 사용되는 방식을 정의함

[6] BOM (Bill of material): 모든 품목에 대해 상위 품목과 부품의 관계와 사용량, 단위 등을 표시한 list, 도표, 또는 그림

[7] 오버헤드: 특정한 목표를 달성하기 위해 간접적 혹은 추가적으로 요구되는 시간, 메모리, 대역폭 혹은 다른 컴퓨터 자원

[8] 전자파 적합성: 전기 · 전자기기 또는 시스템이 다른 시스템의 비의도성 전도와 복사에 의한 전자파에 장해를 받지 않도록 설계된 성능을 유지하고 아울러 다른 전기 · 전자기기 또는 시스템에 장해가 될 에너지를 방출하지 않는 성능

[9] 데이지 체인(daisy chain): 데이지 체인이란 연속적으로 연결되어 있는 하드웨어 장치들의 구성을 지칭. 컴퓨터 주변 장치의 인터럽트 요구선(interrupt request line)을 덩굴같이 접속해가는 것

[10] 과도 현상: 일반적으로 하나의 정상상태로부터 다른 정상상태로 옮아가는 현상

[11] 핫 플러그: 컴퓨터의 전원을 넣은 채로 주변 장치나 코드를 꽂고(plug-in) 빼기(plug-out) 하는 것

[12] 버스-바 (bus-bar): 믹싱 콘솔의 모든 신호를 그라운드하는데 사용하는 금속 막대

[13] 폐쇄루프: 컴퓨터가 사람의 개입 없이 외계의 프로세스를 직접 제어하는 상태. 자동 제어에서는 출력을 입력측으로 되돌려 피드백에 의해 가능한 루프를 폐쇄 루프라고 함