리튬 배터리 셀 가격이 점점 더 낮아지고 에너지 밀도가 높아지면서 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV)는 더 멀리, 더 오래 달릴 수 있게 됐다. 이러한 향상으로 이제 자동차 설계 엔지니어는 배터리 관리 시스템(BMS)의 크기와 무게를 줄여 효율을 더욱 높이는 것에 관심을 돌리고 있다.
배터리 관리 시스템의 배경에 대해서는 “간단히 살펴보는 HEV/EV 배터리 관리 시스템”을 참조한다.
전통적인 유선 BMS 아키텍처는 유선 하네스를 데이지 체인 구성으로 사용하여 배터리 팩을 연결한다. 이는 생산하기가 번거롭고 종종 유지보수가 필요하며 서비스가 어렵다.
이러한 문제를 극복하기 위해 등장한 무선 BMS로의 진화는 새로운 가능성을 보여준다. 무선 칩셋이 배터리 모니터와 함께 동작하면서 각 셀의 전압과 온도를 시스템의 주 마이크로컨트롤러에 통신하고 전달한다. 이 경우 필요한 케이블 수와 하네스가 본질적으로 감소돼 자동차 무게를 줄이고 비용을 절감할 수 있다.
그림 1은 무선 BMS 아키텍처의 예이다.
그림 1: TI의 무선 BMS 아키텍처
무선 BMS 아키텍처로 전환하는 것을 염두에 두고 있다면, 여기 고려해야 할 세 가지 주요 질문이 있다.
1. 신뢰할 수 있는가?
무선 통신이 이미 다양한 애플리케이션에서 케이블을 대체하고 있지만, 고려해야 할 한 가지 중요한 사항은 무선 링크와 네트워크의 신뢰성이다. 패킷 오류율 및 송신기와 수신기 사이에 메시지를 성공적으로 전송하는 확률을 사용하여 신뢰도를 정량화할 수 있다. 이 확률은 99.999%이어야 하고, 10-6의 패킷 오류율을 만족해야 한다.
2. 무선 BMS는 탑승자와 기계 장치, 재산에 안전한가?
무선 BMS는 상황을 정확히 모니터링하고, 위험한 상황이 탐지되면 위험이나 파괴를 완화하기 위해 신속하고 신뢰성 있게, 안전하게 반응해야 한다. 이상적으로 시스템은 최대 자동차 안전 무결성 등급 D 요구사항을 만족해야 한다. 이는 국제표준화기구 26262 도로 차량 표준에 의해 정의된 최고 기능 안전 목표이다.
3. 보안이 되는가?
누군가 차량의 배터리 시스템을 조작하려고 시도한다면 무선 BMS가 작동하는가? 키 교환 및 리프레시 메커니즘이 있는 암호화 가속기, 메시지 무결성 검사, 디버깅 보안과 같은 보안 구현 기술을 사용하여 암호화된 메시지를 제공하는 시스템을 찾는다.
보너스 질문! 유선 또는 무선 BMS 중에 무엇이 최선일까?
이것은 교묘한 질문이다. 설계에 유선 또는 무선 BMS이 적합할지는 자신의 자동차 아키텍처와 설계 목표에 따라 달라지기 때문이다. 표 1은 유선 시스템과 무선 시스템의 주요 차이점을 비교한 것이다.
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고려사항 |
유선 BMS |
무선 BMS |
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무게 |
배선은 전체 차량 무게를 증가시킨다. |
무선 시스템은 차량 무게를 감소시킨다. |
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설계 유연성과 서비스 가능성 |
더 큰 전체 풋프린트로 유연성이 낮고 서비스하기가 어렵다. |
더 작은 풋프린트로 유연성이 크고 차량 내 설계와 배치가 간단하다. 서비스하기가 쉽다. |
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측정 |
전압과 전류의 시간 동기화 측정은 까다로운 설계 과제가 될 수 있다. |
무선 시스템은 자연적으로 시간 동기화 측정이 가능하고 더 많은 동기화된 감지 기능을 추가할 수 있다. |
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신뢰성 |
배선 하네스는 시간이 지남에 따라 고장나는 경향이 있으며, 수리하기 어렵고 배터리 팩의 재배선이 필요하다. |
유지보수할 배선이 없다. 설계는 혹독한 자동차 무선 주파수 환경과 비가시적 과제를 극복해야 한다. |
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보안 |
완전하게 보안된 시스템 통신을 포함한다. |
보안 프로토콜이 없는 불충분하게 설계된 시스템은 침투당할 수 있다. |
표 1: 유선 및 무선 BMS의 특성 비교
유선 배터리 관리 시스템은 유효성이 증명되었으며 조만간 사라지지는 않을 것이다. 그러나 무선 BMS는 다음의 진화이다. 실제로 스트래티치 어낼리틱스(Strategy Analytics)의 예측에 의하면 2026년에 도로 위를 달리는 전기차가 3600만 대에 이를 것으로 전망되는 가운데 무선 BMS는 자동차를 더 효율적이고 신뢰할 수 있게 만들어 주는 유망한 방법을 제공하며, 이는 OEM과 소비자에게 모두 매력적이 될 수 있다.
보다 자세한 무선 BMS에 대해서는 이 비디오와 데모를 시청한다.
