하이브리드 및 전기 자동차에서 BMS 비용을 80% 줄여주는 배터리 보호 IC
SUNNYVALE, CA—2009년 7월 22일—Maxim Integrated Products (NASDAQ: MXIM) (맥심인터그레이티드프로덕트)는 높은 셀 카운트의 리튬 이온 (Li+) 배터리 스택을 위한 고전압, 12채널 배터리 보호 IC MAX11080을 출시했다. 이 소자는 업계 최초의 적층 오류 모니터 기능을 가지며, Li+ 배터리 폭발(열 발산)을 방지하기 위해 보조적으로 셀을 모니터링한다. 최대 31개의 MAX11080을 데이지 체인 방식으로 연결하여 372개나 되는 많은 셀을 모니터링할 수 있다. 이러한 기능으로 연속적인 전기 고장을 방지할 수 있어 개별 솔루션에 들어가는 고가의 절연 부품이 필요하지 않다. Maxim의 솔루션은 일반적인 하이브리드 자동차에서 배터리 관리 시스템 (BMS) 비용을 최대 80%까지 줄여준다.
업계 최고의 정확도, 초저전력 소비, 안전기능 내장 및 자체 진단 기능, 유연한 구성을 제공하는 MAX11080은 대형 배터리 스택을 안전하게 모니터링하는 문제를 해결한다. 이 소자는 자동차, 산업, 전력선 및 배터리 백업을 포함하여 다양한 배터리 애플리케이션에 적합하다.
클린 에너지 전환으로 에너지 저장 시장 급성장
운송수단에서부터 스마트 그리드에 이르기까지 에너지 저장 기술은 화석 연료에서 클린 에너지로 전환하는 데 핵심적이다. 친환경 운동이 전세계 소비자와 정부의 관심을 끌기 시작하면서 에너지 저장 시장은 놀라운 속도로 성장하고 있다. Lux Research는 전체 에너지 저장 시장이 2012년에 640억 달러로 55% 성장할 것으로 내다보고 있다. 한편 운송수단 에너지 저장 시장은 하이브리드 전기 자동차(HEV) 수요 증대에 힘입어 2007년 129억 달러에서 2012년에는 199억 달러로 성장할 것으로 예상된다.*
전력 리튬 이온 기술—폭발하는 시장
미래의 연료 탱크인 HEV 배터리 팩은 차세대 운송수단 시스템의 자동차 구동력의 핵심 부품이다.
니켈 금속 수소화물(NiMH)이 최초 HEV에서 선택된 배터리 화학 전지였지만 Li+ 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 충전 당 구동 범위를 제공하므로 2015년에는 Li+ 배터리가 시장을 주도할 것으로 예상된다. Lux Research는 Li+ 배터리 판매가 2007년 68억 달러에서 2012년에는 169억 달러로 급증할 것으로 전망하고 있다.
그러나 Li+ 배터리는 특히 휘발성이 높아 안전한 동작을 보장할 수 있도록 신중한 설계와 정교한 모니터링 구조가 요구된다. 셀 과전압은 셀 온도를 빠르게 증가시켜 가스가 새어나오는 열 폭주 조건을 발생시킬 수 있다. HEV는 종종 직렬로 연결된 수백 개의 셀을 필요로 하기 때문에 하나의 고장이 심각한 결과를 초래할 수 있다. 1개 셀에서 발생된 고장이 전체 배터리 팩의 화재나 폭발을 일으킬 수 있기 때문이다.
과제: 안전 비용 낮추기
오늘날 배터리 팩 설계자는 배터리 스택의 절대적 안전을 보장하기 위해 엄청난 시간과 자원을 투자한다. 일반적인 보호 회로는 다중 3채널 또는 4채널 오류 모니터를 사용하며 이와 함께 모니터와 다양한 아날로그 및 수동 부품 (저항, 멀티플렉서 등) 간에 고가의 갈바닉 절연을 제공한다. 이들 회로는 많은 시간이 드는 것은 물론 부피가 크고 비싸다.
MAX11080은 많은 셀을 사용한 배터리 팩의 설계를 크게 간소화한다. 12채널 오류 모니터인 이 소자는 고유의 커패시터 절연 데이지 체인 인터페이스를 사용하여 부품 수와 비용을 최소화한다. 이 고유의 구조는 최대 31개 소자를 직렬의 스택으로 연결하여 372개나 되는 많은 셀을 모니터링할 수 있게 해준다. 한편 커패시터 기반 인터페이스는 배터리에서 하나의 뱅크와 다음 뱅크 사이에 매우 저렴한 절연을 제공하므로 연속적인 전기 고장을 방지한다.
고가의 절연 부품이 필요 없는 Maxim의 솔루션은 개별 설계보다 75% 더 적은 공간을 사용한다. 또한 전체적으로 일반적인 배터리 관리 시스템 비용을 250 달러에서 단 50 달러로 줄일 수 있다.
새로운 성능 기준을 세운 MAX11080
비용 절감 외에도 Maxim의 솔루션은 전례없는 성능을 제공한다.
솔루션은 Maxim의 고전압, 소형 지오메트리 BiCMOS 공정을 사용하여 넓은 온도 범위에서 업계 최고 전압 허용오차(80V), 우수한 ESD 성능(±2kV, Human Body Model), 핫스왑 기능 및 신뢰할 수 있는 성능을 제공한다. 배터리 열 폭주로부터 보호하기 위해 MAX11080의 높은 정확도의 과전압 검출 기능이 전체 AEC-Q100 Type 2 온도 범위(-40°C ~ +105°C)에서 ±25mV 미만의 오차를 보장한다.
이 밖에도 MAX11080은 전력 소비가 10배 적어 (동작 모드에서 80µA) 배터리 수명을 보존한다. 내장된 고유의 셧다운 기능은 전력 소비를 2µA의 매우 낮은 누설까지 줄여주므로 배터리 드레인이 거의 없이 수년 동안 배터리 팩을 저장할 수 있다.
유연한 기능
MAX11080은 16개의 선택 가능한 과전압 임계값 및 8개의 선택 가능한 저전압 임계값을 갖는다. 저전압 검출 기능은 원할 경우 디스에이블할 수 있다. 이 소자에는 프로그래밍 가능한 검출 지연 기능이 내장되어 있어 사용자는 배터리 팩에서 과도 특성을 여과하여 과전압 또는 저전압 알람이 잘못 발생하는 것을 막을 수 있다. 알람 라인은 4kHz 심장 박동 신호를 사용하여 동작하는데, 이러한 신호가 없을 경우 이는 유효한 과전압 또는 저전압 이벤트를 나타낸다. 이러한 기능은 실제 알람과 잘못된 알람을 구별하여 애플리케이션이 불필요하게 셧다운되는 것을 방지하는 데 핵심적이다.
자동차용 설계
MAX11080은 내장형 자체 구성 및 자체 진단 모드를 제공한다. 파워 업 시 소자는 자동으로 배터리 존재를 검출하며 2 ~ 12개 셀을 어떤 연결 순서나 설치 패턴으로도 구성할 수 있다. 이 소자는 또한 파워 업 시 적절한 동작을 보장하기 위해 내부 비교기 회로를 자체 테스트한다. 또한 패키지의 모든 핀에 대한 개방 또는 단락을 검출할 수 있으며 이러한 오류에 대해 핀을 지속적으로 모니터링한다. 설계 및 패키지 I/O에 대한 요청이 있을 경우 즉시 FMEA 보고가 제공된다.
MAX11080 주요 기능
- 2셀 ~ 12셀 Li+ 배터리 오류 검출
- 커패시터 절연 데이지 체인 인터페이스
- 고가의 절연 부품 불필요
- 372개 셀을 위한 최대 31개 MAX11080 직렬 연결
- 핀으로 선택 가능한 과전압 임계값: 3.3V ~ 4.8V (100mV씩 증가)
- 핀으로 선택 가능한 저전압 임계값: 1.6V ~ 2.8V (200mV씩 증가)
- 초저전력 소비
- 동작 모드 시 80µA
- 셧다운 모드 시 2µA
- 6V ~ 72V에서 동작, 최대 80V 스파이크 견딤
MAX11080은 38핀 TSSOP 패키지로 제공되며 -40°C ~ +105°C 온도 범위에서 동작한다. 보다 자세한 내용은 korea.maxim-ic.com/MAX11080-Battery에서 확인할 수 있다.
Maxim Integrated Products는 고성능 반도체 제품을 설계, 생산하는 상장 회사로 2008회계년도 매출액으로 20억 달러 이상을 기록했다. Maxim은 창립 이래 25년이 넘도록 고객의 제품에 부가 가치를 창출하는 혁신적인 아날로그 및 혼합 신호 엔지니어링 솔루션을 공급하는 것을 기업의 사명으로 추구하고 있다. 현재 Maxim은 산업, 통신, 가전 및 컴퓨팅 시장을 대상으로 6000개 이상의 제품을 개발하고 있다. 보다 자세한 내용은 korea.maxim-ic.com에서 확인할 수 있다.
*Lux Research, “Alternative Power and Energy Storage State of the Market Q2 2008: Making Sense of the Next Big Thing” (May 2008).
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