TI(Texas Instruments Incorporated) 코리아는 5월 9일 서울 강남구 TI 코리아 사무실에서, 배터리 관리 및 트랙션 인버터 시스템 용의 새로운 레퍼런스 디자인과, 첨단 모니터링 및 보호 기능을 통합한 새로운 아날로그 IC를 소개하는 미디어 브리핑을 진행했다. 이 자리에서 소개된 레퍼런스 디자인과 IC 제품은, 차량의 에너지 효율을 높여 이산화탄소 배출을 절감하고, 하이브리드, 전기차의 주행 거리를 더 늘릴 수 있게 한다.
6개~96개 직렬 셀 감시 회로로 확장 가능한 TI의 새로운 배터리 관리 시스템(BMS) 레퍼런스 디자인은 최신 BQ79606A-Q1 정밀 배터리 모니터와 밸런서를 기반으로 하고 있다. 이 디자인은 데이지 체인 구성의 배터리 모니터링을 구현함으로써 3개~378개 직렬 셀로 이루어진 12V~1.5kV 리튬이온 배터리 팩 용으로 정확도와 신뢰성이 우수한 시스템 디자인을 달성할 수 있다. 이 레퍼런스 디자인에 사용된 BQ79606A-Q1는 온도, 전류, 전압을 더욱 정확하게 모니터링해 배터리 수명과 주행 거리를 극대화하고, ASIL D 요건을 수월하게 충족할 수 있게 한다.
TI의 정밀 아날로그 출력 온도 센서 신제품인 TMP235-Q1은 전기차의 파워트레인 시스템을 과열로부터 보호해 준다. 이 센서는 저전력이면서 대기정지 전류소모도 낮고, 넓은 온도 범위에서 높은 정확도를 제공해 트랙션 인버터 시스템이 온도 급등에 대응하거나 적절한 온도 관리 테크닉을 적용할 수 있게 한다. 또한 이 제품은 최근 새롭게 출시된 게이트 드라이버와 결합해서 더 작고 더 효율적인 트랙션 인버터 디자인을 설계할 수 있다. 이외에도, TI는 IGBT/SiC 게이트 드라이버 용으로 전원 스테이지를 통합하여 곧바로 자동차 12V 배터리로 구동할 수 있도록 컴팩트한 바이어스 전원 레퍼런스 디자인을 제공한다.
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| ▲칼 하인츠 스타인메츠 TI 오토모티브 시스템 비즈니스 부문 매니저 |
칼 하인츠 스타인메츠(Karl-Heinz Steinmetz) TI 오토모티브 시스템 비즈니스 부문 매니저는 이 자리에서, 오토모티브 분야에서 TI는 ADAS에서부터 수동형 안전장치, 전장과 라이팅, 인포테인먼트와 클러스터, 하이브리드와 전기차 영역에 이르기까지 폭넓은 영역에서 솔루션을 제공하고 있다고 강조했다. 그리고 최근 자동차 업계의 중요한 화두로는 ‘전기화(electrification)’로의 여정을 꼽으며, 전통적인 내연 기관을 중심으로 하던 자동차는 배출가스를 없애기 위해, 제한적인 하이브리드 구동계의 적용을 거쳐 전기차로의 변화가 진행되고 있다고 밝혔다.
기초 수준의 전동화인 ‘마이크로 하이브리드’는 주로 제동 에너지 회수 정도로 약간의 절감 효과를 달성하지만, ‘마일드 하이브리드’는 48V 시스템과 함께 제한적으로나마 전기 추진과 구동 보조가 가능해 내연 기관의 역할을 줄이고 좀 더 큰 절감 효과를 얻을 수 있다. 그리고 ‘풀 하이브리드’와 ‘플러그인 하이브리드’는 본격적으로 충전 가능한 배터리가 탑재되는데, 플러그인 하이브리드는 이를 외부에서 충전할 수 있는 시스템이 추가되고, 전기를 사용한 주행거리가 좀 더 늘어난다. 이를 지나 배터리 기반의 ‘전기차’는 내연기관을 완전히 제거하며, 전기차 이후에는 솔라 루프나 서스펜션의 진동 에너지를 회수하는 등으로 에너지 종속성을 줄여 나갈 것으로 기대된다.
현재는 이 전동화에서 내연기관 기반, 하이브리드, 전기차가 함께 존재하는 상황인데, 향후에는 전기차의 영역에 속하는 플러그인 하이브리드 및 완전 전기차의 비중이 전 세계 주요 자동차 업체들의 판매량에서 30% 정도의 비중까지 올라올 것으로 예상되고 있다. 그리고 하이브리드 및 전기차의 파워트레인 시스템에서, EV 및 파워트레인 전기화가 가속화되면서 배출가스가 감소되고, 기계식 부품을 줄임으로써 무게 감소 및 주행 효율 향상 등의 효과를 얻을 수 있을 것으로도 기대되고 있다.
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| ▲새로운 배터리 관리 시스템 레퍼런스 디자인은 유연한 확장성이 돋보인다 |
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| ▲BQ79606A-Q1은 전기차의 효율 극대화를 위한 높은 정밀도의 모니터링을 제공한다 |
TI는 새로운 배터리 관리 시스템(BMS) 레퍼런스 디자인이 6~96개 직렬 셀 감시 회로로 확장 가능하며, 데이지 체인 구성의 배터리 모니터링을 구현함으로써 3~378개 직렬 셀로 이루어진 12V~1.5kV 리튬이온 배터리 팩 용으로 정확도와 신뢰성이 우수한 시스템 디자인을 달성할 수 있게 한다고 소개했다. 또한 이 디자인은 12~400V 범위에서 배터리의 모니터링과 보호를 제공하며, 정확도 측면에서는 1% 이하의 에러로 높은 정밀도를 제공한다고 소개되었다. 이 외에도, 작은 면적에서도 구현 가능하며, ASIL D 요건을 수월하게 충족시킬 수 있고, 개발에 활용할 수 있는 다양한 리소스를 제공함으로써 빠른 개발과 상품화가 가능하다는 점도 장점으로 꼽혔다.
이 새로운 배터리 관리 시스템 레퍼런스 디자인은 BQ79606A-Q1 정밀 배터리 모니터와 밸런서를 기반으로 한다. 이 제품은 전기차 구동계를 위한 대규모 배터리 스택 구성에서 온도, 전류, 전압 등을 더욱 정확하게 모니터링함으로써 높은 정확도의 배터리 운영으로 배터리 수명과 주행 거리를 극대화할 수 있게 한다. 한편 BQ79606A-Q1의 평가 보드는 보호 기능을 통합한 6채널 정밀 모니터링 평가 모듈로, 데이지 체인 통신 포트를 갖추고 있고, 최대 64개까지 모듈을 적층해서 대규모 배터리 팩의 지원을 구현할 수 있다고 소개되었다.
TI의 정밀 아날로그 출력 온도 센서 제품 TMP235-Q1은 트랙션 인버터와 배터리를 통해 수kW 대의 전력을 취급할 때 발생할 수 있는 과열로부터 파워트레인 시스템을 보호할 수 있게 하며, 저전력이면서 대기정지 전류 소모도 낮고, -40℃~150℃에 걸쳐서 정격 ±0.5℃부터 최대 ±2.5℃의 높은 정확도를 제공한다. 그리고 이 제품은 지난 3월에 선보였던 UCC21710-Q1 게이트 드라이버와 결합하면, 향상된 모니터링과 보호 기능을 갖춘, 더 작고 효율적인 트랙션 인버터 디자인을 설계할 수 있다고 덧붙였다.
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| ▲UCC21710-Q1 게이트 드라이버는 더 작고 효율적인 트랙션 인버터 디자인 구현을 지원한다 |
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| ▲HEV/EV 트랙션 인버터 파워 스테이지를 위한 새로운 레퍼런스 디자인이 소개되었다 |
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| ▲DC 고속충전을 위한 3상 SiC 레퍼런스 디자인은 최대 98% 효율이 특징이다 |
UCC21710-Q1 게이트 드라이버는 IGBT 및 SiC FET 용으로 센싱 기능을 통합한 절연형 게이트 드라이브 제품으로, 최대 1.5kVRMS로 동작하는 애플리케이션이다. 이를 통해, 우수한 시스템 신뢰성을 제공하며 5.7kV 정격 절연 전압으로 12.8kV를 넘는 우수한 절연 서지 보호가 가능하다. 또한 ±10A의 높은 피크 구동 전류로 스위칭 동작 극대화 및 손실을 줄이고, 200ns 정도의 신속한 과전류 감지로 시스템을 보호할 수 있는 기능을 제공한다. 이 외에도 버퍼와 센서의 통합을 통한 외부 부품 감소로 전반적인 시스템 구현에 필요한 면적을 줄일 수 있다고 소개했다.
또한, TI는 IGBT/SiC 게이트 드라이버 용으로 전원 스테이지를 통합하여 곧바로 자동차 12V 배터리로 구동할 수 있도록 컴팩트한 바이어스 전원 레퍼런스 디자인을 제공한다고 밝혔다. 이 레퍼런스 디자인은 역 극성 보호(reverse-polarity protection), 전기 트랜션트 클램핑, 과전압 및 저전압 보호 회로를 포함한다. 이 레퍼런스 디자인은 100V 1.5A 내압의 통합 금속산화물 반도체전계 트랜지스터 (MOSFET)를 내장한 65-VIN PSR 플라이백 컨버터인 LM5180-Q1을 기반으로 하며 LM5180-Q1은 옵토커플러 및 트랜스포머 보조 권선을 필요로 하지 않고, 12V 자동차 배터리로 직접 구동 가능한 특징을 제공한다.
전기차의 실제 활용에서 중요하게 다루어지는 ‘충전’ 부분에서, DC 급속 충전은 EVSE와 AC/DC 컨버터 모듈을 여러 개 연결해 활용함으로써, 15~30분 정도에 배터리의 80%를 충전하는 고속 충전을 구현할 수 있다고 소개되었다. 그리고 이 고속 충전의 구현에 있어 과제로는, 모듈러 컨버터를 사용한 40~350kW 전력대의 달성, 더 빠른 스위칭 속도를 사용해 에너지 밀도를 높이고 시스템 비용 최적화, 정확한 배터리 상태 모니터링을 통한 배터리 손상 최소화, 최신 전력 토폴로지를 사용한 양방향 V2G 동작 등이 꼽혔다. 그리고 TI의 DC 급속 충전 용 3위상 SiC 레퍼런스 디자인은 EV 충전용의 SiC 기반 디자인으로, 800V DC 출력으로 최대 10kW에 이르기까지 98% 전력 변환 효율을 달성하고, 양방향 V2X를 위한 모듈을 제공한다고 소개했다.
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