[기고] 자동 호스트 역기동 기능으로 HEV/EV의 배터리 전원 보존하기
  • 2021-02-03
  • 글/ 디팩 어팰(Deepak Uppal), TI, 차량용 배터리 모니터링 및 밸런싱 분야 시스템 엔지니어


MCU 끄고, 공급 PMIC에 의존하는 새로운 자동 호스트 역기동 기능 고려

배터리 모니터리 및 밸런서 제품군은 자동 호스트 역기동 기능을 지원하고, 기동 기능은 적재된 배터리 모니터링 디바이스에서 비롯된 고장을 모니터링하는 동안 호스트 MCU를 끄고 전원 공급 장치를 저전력 모드로 전환한다. 그러면 12V 배터리 전원을 보존할 수 있다.



전기차 보급이 확대됨에 따라 정확도가 높은 배터리 모니터링을 통해 최고 수준의 기능 안전을 달성해야 할 필요성이 다른 무엇보다 중요해졌다. 하지만 배터리 모니터링 정확도를 개선하기 위해서는 차량의 배터리 관리 시스템이 실시간으로 효율적으로 작동하여 그 안에 있는 개별 배터리 셀의 성능을 모니터링해야 한다.

일반적인 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV) 구성에서 배터리 관리 유닛(BMU)은 12V 배터리로 구동된다. 차량이 주차되어 있거나 꺼져 있더라도 원격 키 입력, 보안, 배터리 모니터링과 같은 기능을 지원하기 위해 이 배터리는 계속 켜져 있다. 차량이 주차된 경우 배터리가 올바른 상태를 유지할 수 있도록 마이크로 컨트롤러(MCU)에서 주기적인 기동으로 고전압 배터리 팩에 결함이 있는지 살펴봐야 한다. 이와 같은 주기적인 기동은 전류를 끌어가므로 12V 배터리를 조기에 방전시킬 수 있다.

하지만 이제는 저전력 모드를 유지하고, 12V 배터리 전원을 보존하기 위해 설계 엔지니어와 자동차 제조업체은 MCU를 끄고, 그 대신 공급 PMIC(전력관리용 집적회로)에 의존하게 만드는 새로운 자동 호스트 역기동 기능을 고려할 수 있게 되었다.

‘결함 발생 시 기동’ 배터리 설계 검토

그림 1과 같이, 전기차 배터리 팩은 AC 모터의 힘든 부하를 지원하기 위해 최대 800V까지 전압을 높일 수 있다. 이 배터리 팩은 연속해서 겹겹이 쌓인 수백 개의 셀로 구성된다. 분산형 배터리 팩 시스템은 셀 감지 장치라고 하는 별도의 인쇄 회로 기판에 여러 개의 고정밀 배터리 모니터를 연결하여 셀 수가 많은 팩을 지원한다.



BMU 보드에는 호스트 MCU, 공급 장치(PMIC 또는 시스템 기반 칩[SBC]), 통신 인터페이스가 포함된다. 통신 인터페이스는 MCU와 셀 모니터링 유닛의 배터리 모니터링 장치를 연결한 후 실제 배터리 셀을 연결한다.

케이블 결함 시 데이지 체인 통신 연결을 뒤바꾸기 위해 링 연결을 지원한다. 호스트 MCU는 CAN 버스를 통해 차량의 제어 유닛과 연결된다. 전기차의 MCU는 각 배터리 셀을 효과적으로 모니터링함으로써 모든 배터리 셀의 올바른 작동을 보장할 수 있다.



TI의 배터리 모니터와 밸런서를 통해 정확도 개선


TI의 BQ79616-Q1 배터리 모니터 및 밸런서는 절전 모드일 때도 고전압 배터리를 계속해서 모니터링할 수 있다. 그래서 BQ79616-Q1 자동 호스트 역기동 기능과 더불어 BQ79600-Q1을 사용하면 MCU를 끄고 PMIC를 저전력 모드로 작동하여 12V 배터리의 전류 유입을 최소화하고 배터리 전원을 보존할 수 있다.

그림 2와 같이, BQ79616-Q1 이 절전 모드일 때 ▲저전력 작동 모드, ▲셀 과열과 저온 감지 기능, ▲셀 과전압과 저전압 감지 기능, ▲서미스터 과열과 저온 고장 감지 기능 등은 여전히 작동한다. 절전모드에서는 통신을 사용할 수 없기 때문에 디바이스가 심장박동(디바이스가 무고장 상태)과 고장 신호음(디바이스가 고장 상태)을 통해 고장 상태를 송신할 선택지를 제공한다.



이 신호음은 통신 명령 프레임과 동일한 방향으로 송신된다. 통신 신호음과 달리 심장박동과 고장 신호음은 절전 모드일 때 항상 켜져 있다. 신호음을 베이스 디바이스로 되돌리기 위해서는(즉, NFAULT를 작동하기 위해서는) 절전모드에서 고장 상태 송신을 지원해줄 링 아키텍처가 필요하다.

BQ79600-Q1 스니퍼가 고장 신호음을 감지하면 진짜 고장이 존재하는지 여부를 확인하기 위해 검증 모드로 전환된다. 진짜 고장이 존재하면, BQ79600-Q1은 PMIC를 사용할 수 있도록 전압을 제공하는 고전압 출력 핀인 INH 핀을 작동시킨다.

결론

배터리 모니터리 및 밸런서 제품군은 자동 호스트 역기동 기능을 지원하고, 기동 기능은 적재된 배터리 모니터링 디바이스에서 비롯된 고장을 모니터링하는 동안 호스트 MCU를 끄고 전원 공급 장치를 저전력 모드로 전환한다.

BQ79600-Q1은 INH 핀을 통해 SBC를 시동하고, 그런 다음 BQ79600-Q1 또는 적재된 BQ79616-Q1이 드러난 고장을 감지하면 MCU를 시동한다. 그러면 12V 배터리 전원을 보존할 수 있으며 전기차가 주차되어 있거나 꺼져 있을 때도 과전압, 저전압, 과열, 저온, 서미스터 과열과 저온에 대한 셀 모니터링 등의 기능 안전 요구 사항을 지원할 수 있다.


 기타 리소스 

• “BQ79616-Q1, BQ75614-Q1 및 BQ79656-Q1 평가 모듈 사용 설명서”를 살펴보기
• 다음 기술백서를 읽어보기
- “전기차 배터리 관리에서 유선 통신과 무선 통신 비교
- “차량 전기화에 대한 배터리 관리의 기능 안전 고려 사항

 

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