아날로그 IC 및 센서 전문기업인 ams AG(지사장 이종덕)는 배터리 관리 시스템(BMS)에서 마이크로컨트롤러를 사용하지 않고도 정확한 셀 모니터링과 밸런싱 기능을 실현시킨 전기자전거(pedelec/e-bike)용 리튬이온 배터리를 겨냥한 레퍼런스 디자인을 발표했다.

이번에 발표된 디자인을 사용하면 배터리 팩 및 전기자전거 제조업체들은 현재 상용화된 배터리와 비교해 더욱 부가가치 있는 BoM(valuable bill-of-materials)을 실현할 수 있어 비용절감과 함께 더 간단하게 회로를 설계할 수 있다고 회사측은 설명했다.

ams의 이번 레퍼런스 디자인은 최고 14개까지 리튬이온 셀을 구성할 수 있는 48V 전기자전거 배터리에 적합하다. 이 레퍼런스 디자인은 소량의 지원부품과 함께 2개의 AS8506 스마트 셀 모니터링 IC를 사용하면서, IC 한 개당 최고 7개 셀들의 온도와 전압을 각각 모니터하고 충전시 셀의 패시브 밸런싱(passive balancing )을 구현한다.

이와 대조적으로 전기자전거에서 사용된 기존의 BMS 디자인은 셀의 전압과 온도를 측정하기 위해 덤(dumb) 전압 모니터링 IC를 사용하고, 직렬 통신 링크를 통해 전용 배터리 관리 마이크로컨트롤러(MCU)에 값을 보고한다. 이 때 사용되는 MCU는 과전압, 저전압 및 과열 셧다운에 대한 안전 및 보호 기능을 관리하고 셀 벨런싱을 제어하기 위해 필요하다.

그러나 ams의 AS8506은 셀의 안전, 보호, 밸런싱 과정을 제어하기 위한 로직 기능이 내장되었다. 이러한 기능들은 온보드 OTP 메모리에 저장된 환경 설정이 제공되어 사용자가 쉽게 구성할 수 있다. 이 디바이스는 패시브 셀 밸런싱 동작에서 사용할 수 있도록 고집적 MOSFET을 통합했다. 충전이 되는 동안 각 셀의 전압은 사용자가 프로그램할 수 있는 기준 전압 임계값과 비교된다. 모든 셀이 임계값을 달성하고 배터리 모듈이 완전히 충전될 때까지, 임계값을 초과하는 각각의 셀에서 MOSFET을 통해 최대 100mA까지 방전될 수 있다.

배터리 모니터링과 셀 밸런싱을 작동하는 이러한 아키텍처는 AS8506 전압 모니터링 디바이스 내부에 구현되어 있고 기존의 전기자전거 배터리 설계에서 요구되는 전용 MCU를 필요로 하지 않는다. AS8506이 과전압 또는 저전압이나 과열 조건을 감지하는 순간, 요구되는 안전작동정지가 완료될수 있도록 모터 컨트롤러 IC에게 인터럽트 신호를 전송한다.

▲ AS8506 블록다이어그램 (자료제공 : ams)

ams의 번드 게스너 (Bernd Gessner) 부사장 겸 자동차 사업부 총괄 매니저는 "배터리 수명, 안전, 동작 시간은 소비자가 전기자전거를 선택할 때 엄청난 영향을 미친다"면서, "ams의 컨트롤러가 필요 없는 레퍼런스 디자인을 통해, 전기자전거 제조업체들은 뛰어난 안전성과 배터리 성능을 제공함으로써 소비자의 요구를 충족시킬 수 있으며, 기존에 상용화된 제품들과 비교해 보다 더 간단하고 비용 효율적인 아키텍처를 활용할 수 있다"라고 말했다.

레퍼런스 디자인은 최대 14개까지 리튬이온 셀을 사용하는 모든 전기자전거 배터리에서 사용될 수 있다. 이 디자인은 요구에 따라 추가적으로 AS8506 IC를 데이지 체이닝(daisy-chaining) 연결함으로써 셀을 14개 이상으로 확장하여 감독할 수 있다.

레퍼런스 디자인 파일은 요청에 따라 ams를 통해 이용할 수 있다.

AS8506 셀 모니터링 IC는 현재 대량 생산 중이며 가격은 1,000개 수량 기준으로 개당 9.10 달러로 책정되었다.

AS8506의 데모 킷트는 ams에서 온라인으로 이용할 수 있다. AS8506 데모 킷트에 대한 상세 정보나 샘플 요청에 따라 www.ams.com/battery-stack-monitor/AS8506-demokit 에서 확인할 수 있다.

김원영 기자 goora@noteforum.co.kr

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