탄소 중립 실현을 위해 전기차 시장이 가파르게 성장하고 있는 가운데 자동차업계는 리튬 이온 배터리 팩의 안전성 향상과 팩 용량 및 통합성 향상을 통해 전기차 주행 거리 연장에 대한 요구를 총족해야 한다는 압박을 받고 있다.
 
29일 누보톤은 자동차 배터리 컨트롤을 위해 배터리 셀의 전압과 온도, 배터리팩의 전류를 측정하는 4세대 배터리 모니터링 칩셋을 출시한다고 발표했다.
 
배터리 수명을 연장하기 위해서는 배터리 온도와 충방전 전류 등 다양한 배터리 파라미터를 수집하는 기술이 함께 요구된다.
 
누보톤의 새로운 솔루션은 IC 1개가 최대 25개의 직렬 배터리 셀 관리가 가능한데, 일반적으로 100~200개 직렬 배터리 셀로 구성된 자동차 배터리 시스템을 단순화할 수 있다. 누보톤이 현재 개발한 배터리 모니터링 IC는 기존 제품 대비 25% 늘어난 최대 25개 직렬 배터리 셀을 측정한다.
 
또한 자동차 안전 무결성 레벨D(ASIL-D)를 준수하는 배터리 관리 시스템(BMS) 이중 측정 시스템 및 양방향 링 통신 안전성을 지원한다.
 
이중 측정 시스템(Redundancy measurement system) 및 데이지 체인 통신(Daisy-chain Communication)을 통해 ISO26262의 ASIL-D에 준한 BMS를 보다 쉽게 개발·설계할 수 있다. 통신과 연결되는 커넥티트카 추세는 장애 발생 시 통신 중단 억제에 안정성을 갖춰야 하는데 이중화 시스템 및 데이지 체인 통신이 그러한 역할을 담당하는 것이다.
 
누보톤은 안전성을 높이기 위해 배터리 모니터링 IC와 팩 모니터링 IC 회로에 이중 측정 시스템을 도입해 배터리 매개변수를 측정한다. 칩셋 IC 간 데이지 체인 통신은 양방향 링 통신을 채택해 이상이 감지된 경우에도 지속적인 통신을 보장한다.
 
전기차가 운행 중일 때는 문제가 없지만 전원이 꺼진 주차 상태에선 배터리가 비교적 무방비한 상태에 놓일 수 있다. 이렇듯 주차 중 배터리에 이상 현상이 발생했을 때 이를 감지하고 BMS를 활성화해 이상 상태에 대응하는 안전 기능이 필요하다.
 
누보톤 칩셋은 전기차 주차 중 MCU가 절전상태이더라도 지속적인 배터리 모니터링을 통해 이상 감지 시스템 운용이 가능하다. 4세대 칩셋은 MCU가 절전모드일 때 배터리 상태에 대한 독립형 모니터링을 정기적으로 허용하는 저전력 소비 모드로 전환된다.
 
만약 배터리 셀 온도나 전압에 이상이 감지되면 칩셋은 데이지 체인 통신을 활용해 MCU를 활성화해 BMS가 가동되도록 만든다.  
이러한 모니터링 솔루션은 고정밀 추정을 통해 안전성을 향상시킨다. 배터리 충전 상태 및 건강 상태를 보다 정확하게 추정하는데 이는 10us 내에서 동기화된 전류 및 전압 측정을 통해 보장된다.
 
10us 이내 동기화된 전류 및 전압 측정으로 배터리 셀 내부 임피던스 계산 정확도가 향상돼 충전 및 건강 상태의 고정밀 추정이 가능하다. 새로운 칩셋은 10us내 배터리 셀 전압과 배터리 팩 전류를 자동으로 동기화해 배터리 전력과 내부 임피던스를 보다 정확히 계산해 BMS가 배터리 상태를 정밀하게 추정하도록 지원한다.
 
누보톤은 “대량생산된 배터리를 폐기하지 않고 재사용하는 ‘지속 가능한 사회’를 실현하기 위해서는 배터리를 장기간 사용하는 것이 바람직하다”며 “4세대 배터리 모니터링 칩셋의 출시는 IC-MCU 간 인터페이스 역할을 해 다양한 파라미터를 수집하고 모니터링하며 안전성을 지원한다”고 했다.