단일 고전압 배터리 팩 전체 측정값에 정밀 하드웨어 기반 동기화 활용하여 배터리 건강 모니터링 강화

NXP 반도체가 업계 최초로 모든 장치에 하드웨어 기반 나노초 수준의 동기화를 적용한 전기화학 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy, EIS) 배터리 관리 칩셋을 발표했다고 업체 측은 밝혔다.

새로운 시스템 솔루션은 전기차와 에너지 저장 시스템의 안전성, 수명, 성능을 향상시키기 위해 설계됐다. 이 솔루션은 EIS 측정을 세 개의 배터리 관리 시스템(BMS) 칩셋 유닛에 직접 통합한다. 이를 통해 자동차 제조사가 배터리 상태와 동작에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있도록 지원한다.



오늘날 OEM 업체들은 안전하고 빠른 충전, 긴 배터리 수명, 안전한 배터리 에너지 저장 시스템을 제공해야 하는 압박에 직면해 있다. 이들은 이러한 압박에 대응하는 동시에 비용과 설계 복잡성을 통제해야 한다. 기존의 소프트웨어 기반 배터리 모니터링 방식은 고장의 초기 징후가 되는 동적 밀리초 단위 이벤트를 정확히 감지하는 데 종종 어려움을 겪는다. 안전하고 빠른 충전을 보장하기 위해, 이러한 시스템은 추가 센서와 소프트웨어가 필요한 경우가 많다.

NXP의 새로운 칩셋은 EIS를 하드웨어에 직접 내장함으로써 이러한 과제를 해결한다. 칩셋은 세 가지 BMS 유닛으로 구성된다. 바로 BMA7418 셀 감지 장치, BMA6402 게이트웨이, BMA8420 배터리 정션 박스 컨트롤러다. 이러한 구성은 추가 부품이나 비용이 많이 드는 재설계 없이 실시간 고주파 모니터링을 가능하게 한다. 이 하드웨어 기반 솔루션은 직접 칩 내부에 통합된 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transformation, DFT)을 통해 매우 정밀한 동기화 상태로 작동해 높은 정확도의 임피던스 측정을 제공한다. 이를 통해 OEM 업체들은 안전하고 빠른 충전을 더 효과적으로 관리하고, 배터리 고장의 초기 징후를 감지하며, 시스템 복잡성을 줄일 수 있다.

NXP 드라이버와 에너지 시스템 부문 총괄 매니저 겸 부사장인 나오미 스미트(Naomi Smit)는 “EIS 솔루션은 차량에 강력한 실험실 등급 진단 도구를 제공한다. 추가 온도 센서의 필요성을 줄여 시스템 설계를 단순화하며, 배터리 건강을 해치지 않으면서 더 빠르고 안전하며 신뢰할 수 있는 충전으로의 전환을 지원한다. 또한 이 칩셋은 셀 모듈과 배터리 정션 박스 제어 유닛으로 직접 업그레이드할 수 있는 핀투핀(pin-to-pin) 호환 패키지를 제공해, 손쉽게 업그레이드할 수 있는 경로를 지원한다”고 말했다.

EIS 기술은 제어된 전기적 여기 신호(excitation signal)를 배터리 전체에 전달하는 원리에 기반한다. NXP의 시스템 솔루션에는 고전압 회로를 사전 충전하고 여기 신호를 생성하는 전기적 여기 신호 발생기가 포함된다. 이러한 구성으로 DC 링크 커패시터(capacitors)가 배터리와 함께 보조 에너지 저장 장치로 기능해 여기 과정의 에너지 효율을 높인다.

전류 자극에 대한 셀의 다양한 주파수 대역별 반응을 측정하면, 반응을 통해 온도 기울기, 노화 효과, 미세 단락 등 셀 내부 상태의 미세한 변화를 확인할 수 있다. 기존 시간 기반 측정과 달리, EIS는 각 셀의 임피던스(impedance)를 평가하고 용량 감퇴와 구별한다. 이를 통해 충전이나 부하 이동과 같은 동적 조건에서도 배터리 상태를 추정할 수 있는 빠르고 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.

이 솔루션은 2026년 상반기에 출시될 계획이며, NXP의 S32K358 자동차용 MCU에서 실행되는 지원 소프트웨어가 함께 제공될 예정이다.