분리형 배터리 관리 시스템(BMS)

고전압 배터리 스택

현실적인 이유로, 셀 수가 각각 6개~24개인 여러 개의 개별 배터리 팩에 전기차용 배터리를 배치하는 것이 좋습니다. 소형 팩을 사용하면 일반적인 전기차에 장착할 수 있는 크기가 불규칙한 전기차 배터리 인클로저의 가용 공간을 최대한 활용할 수 있습니다. 또한, 배터리 팩을 사용하면 병렬/직렬 조합을 더욱 자유롭게 선택할 수 있어 다양한 구동 모터 드라이버에 대해 서로 다른 전압/전류 프로파일을 생성할 수도 있습니다. 그리고 셀 하나에 장애가 발생하는 경우 여러 배터리 팩 중 1개의 배터리 팩만 영향을 받으며 전기차 배터리는 계속해서 작동할 수 있습니다.

셀 밸런싱

셀 전압과 에너지 용량은 셀마다 조금씩 다르기 때문에 전기차 용 배터리를 충전할 때 모든 셀을 데이지 체인 방식으로 연결하면 일부 셀은 완전히 충전되지만, 다른 셀은 완전히 충전되지 않는 불균형이 발생할 수 있습니다. 셀이 과충전되면 과열이 발생하여 셀과 배터리 팩이 손상될 수 있습니다. 최악의 경우 배터리 팩에서 화재가 발생할 수도 있습니다. 이를 방지하기 위해 셀 모니터링 IC를 사용하여 충전(및 방전) 프로파일의 개별적인 모니터링 및 제어를 통해 모든 셀이 저전압, 과전압 또는 과열로 인해 손상되지 않고 최대 용량까지 사용되도록 합니다. 충전 과정 중에 완충된 개별 셀을 우회하여 스택 내의 다른 셀이 계속 충전되도록 할 수 있습니다. 모든 셀이 균등하게 완충될 때까지 이 밸런싱 과정이 계속됩니다. 방전 중에도 동일한 밸런싱 회로를 통해 모든 셀이 균등하게 방전되도록 할 수 있습니다.

배터리 관리 시스템

필요한 전기차 배터리 전압은 전기차 배터리 팩을 쌓아 생성되며 전기차 배터리 팩은 통신 버스(일반적으로 자동차 제조업계에서 널리 사용되는 CAN 버스)를 통해 중앙 배터리 관리 시스템(BMS)과 통신합니다. BMS는 전체 충전 및 방전 프로파일을 모니터링하고 HV 스택의 충전 상태(SoC) 및 성능 상태(SoH)를 계산합니다. 또한, BMS는 각 팩의 전류, 전압, 온도를 모니터링하여 안전한 작동을 보장하는 기능도 수행합니다. HV 배터리의 셀 수가 증가함에 따라 수집 및 처리해야 하는 데이터의 양도 증가하고 있지만, 시스템 루프 시간 요구 사항은 고정적입니다. CAN 버스는 고속 데이터 속도(최대 25Mbps)와 짧은 전파 지연(100~50ns)으로 작동해야 합니다.

안전 절연

모든 전기차에는 비상 상황 발생 시 HV 배터리를 분리할 수 있는 기계식 안전 스위치 또는 접촉기가 있어야 합니다. 스위치가 배터리의 고전압 출력과 직렬로 배치되는 경우, 고장 조건에서도 스택의 배터리 팩 사이에서 화재를 유발하기에 충분한 전류가 흐를 수 있으므로 스위치는 일반적으로 스택의 중앙에 배치됩니다. 이러한 예외적인 배열(그림 1)은 전반적인 안전성을 극대화하지만, 데이터 버스 연결을 통해 전류가 안전 스위치를 우회할 수 없도록 통신 라인이 분리되어야 합니다.

절연형 DC/DC 변환기를 통한 내결함성 향상

대부분의 셀 밸런싱 IC에는 내부 전압 레귤레이터가 내장되어 배터리 전압을 사용하여 IC 및 데이터 통신 포트의 분리 측 모두에 전원을 공급하며, BMS 컨트롤러는 비절연 측에 전원을 공급합니다(그림 1의 빨간색 선).

그러나 병렬/직렬 구성으로 배열된 여러 배터리 팩으로 구성된 고전압 배터리 스택에서 절연형 CAN 버스 트랜시버를 사용하여 각 배터리 스트링 통신 버스를 개별적으로 분리하면 시스템의 안정성을 향상할 수 있습니다. 이 경우 절연형 CAN 버스 측에도 절연형 전원이 필요합니다(그림 2).


RECOM은 절연형 버스 트랜시버 응용 분야용으로 특별하게 설계된 R05CTE05S 절연형 5V-5V 모듈을 공급합니다. 이 모듈은 -40°C~+125°C의 온도 범위에서 컴팩트형 16 SOIC SMD 패키지로 1W의 전력을 공급하므로 배터리함의 내부에 설치하기에 매우 적합합니다. 절연 등급은 1분당 3kVDC로 800V 이상의 배터리 스택 전압에서도 편리하게 사용이 가능해 전기차 배터리 제조사가 지속적인 제품 개선을 모색하고 있는 상황에서 미래의 새로운 전기차 배터리 기술 개발에 대응할 수 있습니다. 시스템 내결함성을 향상하기 위해 출력이 연속 단락, 과전류 및 과온으로부터 보호됩니다. UVLO(Under Voltage LockOut) 기능은 공급 전압이 3.3V를 초과하는 경우에만 변환기가 기능하여 BMS 시스템의 전원 켜기 시퀀스 중에 발생할 수 있는 데이터 손상 문제를 방지합니다.

절연형 DC/DC 변환기를 통한 내결함성 향상

DC/DC 변환기가 내장된 절연형 CAN 버스 트랜시버를 사용할 수 있지만, 비절연형모델에 비해 가격이 비싸고 공급업체 선택이 제한적입니다. 더욱 유연하고 전반적으로 더 저렴한 대안은 디지털 아이솔레이터와 DC/DC 변환기 모듈이 장착된 비절연형 트랜시버를 사용하여 절연형 CAN 버스 인터페이스를 구성하는 것입니다(그림 3). 이 솔루션의 경우 더 많은 부품이 사용되지만, 공급업체 선택의 폭이 넓고 총소유비용(TCO)을 절감할 수 있습니다.

전기차 소유자는 "전기차차 배터리의 수명은 얼마나 됩니까?"라는 질문을 자주 합니다. 전기차 배터리 관리 시스템의 중요한 기능 중 하나는 개별 셀을 통해 충전 및 방전 전류의 균형을 달성하고, 결함이 있는 셀을 우회하며, 플러그인 전기 자동차의 배터리 팩이 우발적으로 과충전되거나 치명적인 심방전이 발생하지 않도록 하여 배터리 팩의 수명을 연장하는 것입니다. 또한, 과열 및 낮은 온도는 배터리 수명에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 적절한 배터리 열 관리를 위해 각 전기차 배터리 팩에는 서미스터가 장착되어 있습니다. 그러나 전기차 배터리와 배터리 관리 시스템이 지속해서 안정적으로 통신할 수 없다면 보호가 보장되지 않으므로, RECOM의 RxxCTxx 절연형 제품은 산화막시변파괴(TDDB) 시험을 거쳐 600년 이상의 예상 절연 수명을 제공합니다.