쿨롱 카운팅 배터리 게이지에 흔히 발생하는
SOC의 갑작스런 변화를 제거하여 정확도를
향상시키는 모델게이지 m3 알고리즘


2011년 10월 12일 -- 맥심 인터그레이티드 프로덕트는 1셀 Li+ 배터리 팩을 위한 MAX17047 배터리 게이지를 출시했다. MAX17047은 Maxim의 새로운 ModelGauge™ m3 알고리즘을 사용하여 기존 쿨롱 카운터 알고리즘에 보이는 갑작스런 교정이 발생하지 않는 업계에서 유일한 쿨롱 카운팅 배터리 게이지이다.

이 ModelGauge m3 IC는 다른 쿨롱 카운터에 비해 더 작은 전류 감지 저항과 더 적은 외부 부품을 사용하므로 공간과 비용을 절감한다. 이 IC는 무선 핸드셋, 스마트폰, 태블릿, e북 리더, 휴대용 게임 플레이어, 디지털 카메라, 금융 단말기, 휴대용 내비게이션 장치, 휴대용 의료 장치를 포함하여 다양한 휴대용 애플리케이션에서 휴대형 1셀 및 멀티셀 Li+ 배터리 게이지에 이상적이다.

과제: 배터리 잔량 정확도를 향상시키면서 비용 및 공간은 최소화

기존의 Li+ 배터리 게이지는 배터리 팩 내부에 탑재하므로 이를 지원하는 여러 개의 개별 부품들을 필요로 한다. 배터리 잔량을 추정하기 위해 배터리 게이지는 쿨롱 카운터에 의존한다. 이들 쿨롱 카운터는 작은 ADC 오프셋 오차가 무한히 누적되는 문제를 갖고 있다. 이러한 오프셋 누적 드리프트를 교정하려면 크고 비싼 감지 저항이 필요할 뿐 아니라 배터리를 정기적으로 완전 충전, 완전 방전 또는 대기 상태로 만들어야 한다.

최근의 일부 설계 향상은 배터리 팩 내부가 아닌 시스템 측에 배터리 게이지 기능을 구현한다. 이러한 방식은 애플리케이션 비용을 줄여주지만 여전히 큰 감지 저항이 필요하므로 보드 공간에 거의 영향을 미치지 않는다.

마지막으로 현재 이러한 드리프트를 교정하는 이용 가능한 알고리즘은 충전 상태(SOC)가 갑작스럽게 뛰는 바람직하지 않은 부정적 효과를 발생시킨다. 이러한 현상은 알고리즘이 대기 상태에서 배터리 전압을 측정한 다음 배터리의 OCV(open-cell voltage)와 배터리 SOC 관계를 기준으로 교정을 수행하기 때문에 일어난다.

modelGauge m3 기술: 정확하고 경제적인 Li+ 배터리 게이지

ModelGauge m3 기술은 현재 이용 가능한 배터리 게이지 기법의 한계를 극복한다. 이 기술은 쿨롱 카운터의 뛰어난 단기 정확도 및 선형성과 전압 기반 배터리 게이지의 뛰어난 장기 안정성을 결합하고 있다. ModelGauge m3은 쿨롱 카운터의 오프셋 누적 오차를 제거하고, 전압 기반에만 의존하는 배터리 게이지보다 더 우수한 단기 정확도를 제공한다. 이 알고리즘은 시간이 지남에 따라 지속적으로 조금씩 교정하기 때문에 쿨롱 카운터 알고리즘에 흔히 보이는 갑작스런 교정이 발생하지 않는다.

ModelGauge m3 알고리즘은 전류 측정 ADC 오프셋 오차에 대한 민감도를 줄여주므로 MAX17047은 배터리 SOC 예측의 정확도를 저하시키지 않으면서 더 작은 전류 감지 저항을 사용할 수 있다.

MAX17047은 에이징, 온도 및 방전율을 자동으로 보상한다. 또한 넓은 범위의 동작 조건에서 남은 시간과 mAh 또는 SOC %의 정확한 잔량을 제공하다. 이 소자는 경쟁 제품보다 75% 더 적은 전력을 사용하고 사용과 시간이 지남에 따라 배터리 변화에 맞추어 조정되며 비정상 배터리 조건에 대한 경보를 제공한다. 소자는 용량 감소와 사이클 기록계의 두 가지 방법으로 배터리 수명 또는 현재 상태를 보고한다.

이 IC는 전류, 전압, 온도에 대한 정밀한 측정을 제공한다. 배터리 팩의 온도는 보조 입력의 비율 계량 측정에 의해 지원되는 외부 서미스터를 사용하여 측정된다. 다른 방법을 통해 온도 정보를 사용할 수 있는 경우 시스템 마이크로컨트롤러는 IC에 해당 온도를 직접 쓴다. 이러한 방법은 외부 서미스터 네트워크와 관련된 서미스터뿐 아니라 저항과 커패시터를 없애준다.

MAX17047은 공장에서 보정 과정을 거쳐 출하된다. 이는 최종 장치의 생산 라인에서 보정을 없애주어 생산 복잡성과 비용을 줄여준다.

마지막으로 ModelGauge m3 IC는 배터리 팩 대신 시스템 측에 탑재할 수 있어 시스템 제조업체는 모든 비용을 제어하고 공급망 제약의 복잡성을 최소화할 수 있다. 이는 최종적으로 배터리 팩의 비용을 크게 줄여준다.

휴대용, 배터리 전원 장치를 위한 다양한 장점

MAX17047는 경쟁 제품보다 75% 더 적은 업계 최저 소비전류(25μA, 일반)를 사용하여 사용 시간 및 대기 시간을 극대화하는 데 도움을 준다. 작은 전류 감지 저항 외에도 이 1셀 배터리 게이지는 단 하나의 다른 저항과 3개의 커패시터를 필요로 하므로 매우 작은 PCB 공간을 사용한다.

MAX17047의 측정 및 전원 입력은 배터리 팩에 직접 연결하기 때문에 별도의 레귤레이터가 필요 없다. 이 IC는 또한 MAX9910과 같은 외부 버퍼를 사용하면 멀티셀 직렬 구성, 배터리 팩 애플리케이션에도 사용할 수 있다.

다양한 모니터링 및 경보 기능은 최종 장치의 신뢰할 수 있는 동작을 보장한다. 다양한 프로그램 가능한 경보 표시기는 시스템 마이크로컨트롤러에 중요한 배터리 전압, SOC, 온도 조건에 대한 경보를 제공한다. 예를 들어 로우 배터리 조건을 사용할 경우 배터리가 거의 방전되면 적절한 전력 관리 조치를 취할 수 있게 한다.

이 기능은 배터리 상태에 대해 배터리 게이지를 폴링할 필요가 없어 마이크로컨트롤러를 슬립 모드에 더 오래 유지하므로 배터리 수명을 추가로 연장한다. IC는 비정상적 배터리 온도가 발생하면 이를 시스템에 알려 시스템 안전과 긴 수명을 유지하는 데 도움을 준다. 마지막으로 MAX17047은 배터리 삽입 또는 제거 시 시스템에 이를 통보하여 파워 업/다운 시퀀스를 매끄럽게 관리할 수 있게 한다.

MAX17047 ModelGauge m3 배터리 게이지는 lead-free, 10핀, 3mm x 3mm TDFN 패키지로 제공되며 산업 표준 2-wire 인터페이스를 통해 시스템 마이크로프로세서와 통신한다. 자세한 정보는 http://www.maxim-ic.com/ModelGauge에서 확인할 수 있다.