기능상 안전, 안정성 및 경제성을 지원하는 프리스케일의 고집적 배터리 셀 컨트롤러

프리스케일 반도체(NYSE: FSL, www.freescale.com 한국 지사장 황연호)는 오늘 ASIL-C 기능상 안전에 대한 엄격한 조건을 비용 효율적으로 충족시키도록 설계된 산업 및 자동차 분야를 위한 고집적 14셀 리튬이온 배터리 셀 컨트롤러를 발표했다.

14개의 셀 밸런싱 트랜지스터, 밀리암페어에서 킬로암페어까지 ±0.5%의 정확도를 지닌 전류 센서, 단일 64핀 QFP 패키지에 통합된 2Mbps 통신 트랜시버가 탑재된 프리스케일 MC33771 배터리 셀 컨트롤러 및 자매품 MC33664 절연 통신 인터페이스는 48V 배터리 시스템에 대한 견고하고 안정적인 성능을 제공하여 1000V 이상의 경제적인 확장이 가능하다. 이 솔루션의 내장 진단 기능은 자동차 및 산업용 배터리 팩을 치명적인 오류 상태로부터 보호하며, 트랜스포머 기반의 절연 고속 트랜시버를 사용하므로 ASIL-C 요구사항을 충족시키기 위해 비용이 많이 드는 절연 CAN 버스를 사용할 필요가 없다. 또한 이러한 기능 덕분에 이 솔루션은 48V 배터리 팩, 하이브리드 및 전기 자동차, 전기 자전거 및 에너지 저장 시스템을 포함한 광범위한 자동차 및 산업 분야에 적합하다.

자동차 및 산업용 배터리는 새로운 핵심 애플리케이션으로 인해 부담이 증가하는 상황에 놓여 있으므로, 안전한 작동 환경을 보장하기 위해서는 과충전, 과열 및 내부 단락 또는 과부하 등의 문제를 처리해야 한다. 따라서 배터리 셀 컨트롤러에서 차동 셀 전압, 온도 및 전류를 정확하게 측정하여 정밀하고 신뢰성 높은 배터리 진단 결과를 제공하는 것이 중요하다. 또한 시스템 전반의 배터리 제어 및 안전성을 위해 이 정보를 신속 정확하게 배터리 셀 컨트롤러에서 팩 컨트롤러로 전달하여 배터리의 전체 에너지량을 이용할 수 있도록 하는 것 역시 중요하다.

프리스케일 아날로그 및 센서 그룹의 총 책임자인 제임스 베이츠 전무는 “새로운 배터리 셀 컨트롤러의 견고한 설계와 포괄적인 통합 기능은 오류와 위험한 상황을 방지하면서 배터리 충전을 비용 효율적으로 관리하는 프리스케일의 시스템 수준 접근 방식을 잘 반영하고 있다”면서, “이 새로운 배터리 셀 컨트롤러는 프리스케일의 자동차 기술과 신뢰할 수 있는 고집적 고성능 솔루션을 활용하기 때문에 엄격한 안전 요구사항을 충족시키는 데 드는 비용이 절감된다”고 말한다.

MC33771에는 65us 내에서 전류와 전압을 동시에 2mV 간격으로 정확하게 측정하는 기능을 포함하여, 단일 48V 배터리 팩을 제어하는 데 필요한 많은 핵심 기능이 통합되어 있으므로 ISO 26262 ASIL-C 요구사항을 쉽게 충족시킬 수 있다. 또한 임베디드 기능 검증 및 오류 진단을 통해 추가적인 외부 회로 없이 ISO 26262 ASIL-C 기능상 안전 표준의 준수가 가능하다. 고전압 시스템의 경우, 통합 데이지 체인 차동 트랜시버가 비용이 높은 절연 CAN 버스 대신 견고한 트랜스포머의 절연 특성을 사용하여 최대 3750V까지 2Mbps로 통신하는 반면 MC33664는 동일한 변압기 결합 절연 기능을 사용하여 배터리 팩을 시스템 MCU의 듀얼 SPI 인터페이스에 직접 연결한다. 프리스케일 배터리 셀 컨트롤러 솔루션은 낮은 시스템 BOM(자재 명세서)과 ASIL-C 정격 배터리 팩에 대해 견고한 시스템 절연을 통해 뛰어난 성능을 제공한다.

프리스케일의 MC33664 절연 통신 디바이스와 결합된 MC33771은 중앙 집중식 분산형 CAN 및 분산형 데이지 체인 토폴로지를 포함하여 다양한 배터리 구조에 대해 최적 수명 주기를 지원한다. 배터리 셀 컨트롤러는 견고하고 안전한 고속 데이지 체인 통신 설계 방식을 갖추고 비용이 높은 절연 CAN 버스를 대신하여 서비스를 제공한다. CAN 기반 솔루션을 대신하여 서비스를 제공하는 이 디바이스의 기능을 사용하면 배터리 내의 로컬 마이크로 컨트롤러, 전압 조정기 및 절연 CAN 계층에 대한 필요성을 없어져 비용 및 설계 복잡성이 줄어든다.

세이프어슈어(SafeAssure) 기능상 안전 솔루션인 MC33771은 고객이 ESD, EMC, 낮은 소비 전류 및 AEC-Q100 자동차 적합성 설계에 대한 엄격한 표준과 더불어 엄격한 ISO 26262 ASIL-C 요구사항을 쉽게 충족시킬 수 있도록 개발되었다. 프리스케일 MC33771은 현존하는 다양한 배터리 토폴로지에서 사용할 수 있으며, 14개의 차동 전압 측정, 14개의 임베디드 셀 밸런싱 트랜지스터, 온도 측정을 위한 7개의 아날로그 입력, 셀 전압 측정과 동기화되어 개별 셀 임피던스를 측정할 수 있게 해주는 1개의 임베디드 전류 센서, 향상된 SOC(충전 상태) 측정을 위한 쿨롱 카운터가 포함된 하나의 디바이스로 일반적인 48V LFP 배터리에 대응할 수 있는 특정 기능 세트가 탑재되어 있다.