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2019년에 전기차(EV) 판매가 2백만 대를 돌파했으며, 앞으로 몇 년 안에 전기차 판매가 연간 8백만 대에 이를 것으로 전망된다. 이 판매량에서 가장 큰 비중을 차지하는 나라는 중국이다.

배터리 관리 시스템(BMS)은 효율, 수명, 성능과 함께 전기차의 필수 구성 요소로, 중요한 역할을 수행한다. 이러한 요구를 충족하기 위해서 절연형 CAN 버스, 차동 데이지 체인 통신, 여타 솔루션을 통해 배터리 팩 내의 각기 셀들을 모니터링하고 온도, 전압, 전류에 대한 데이터를 전달할 수 있다.

그림 1은 마이크로컨트롤러(MCU)와 지원 회로, 저전압 측과 고전압 측 사이의 절연, 배터리 셀, 배터리 모니터링 모듈, 전류 센서 등으로 이루어진 일반적인 BMS를 보여준다. 그림 1에서 M은 전기차의 엔진이다. 유선 인터페이스를 통해 배터리 셀 정보, 온도 및 전압이 보고되며, 그림에 배터리 모듈 사이의 빨강색과 파랑색의 꼬인 빨강색과 파랑색이 꼬인 형태로 표시되어 있다.

 

그림 1: 일반적인 유선 BMS

유선 솔루션은 셀들을 연결하고 절연하는 것이 어렵고 비용이 많이 든다. 사고가 발생했을 때 와이어가 끊어짐으로써 전체 배터리 팩을 교체해야 할 수도 있다. 이 때문에 자동차 제조사들과 BMS 솔루션 회사들이 무선 통신 솔루션으로 눈을 돌리고 있다.

무선 솔루션은 배터리 모듈이 배터리 셀 정보를 곧바로 BMS MCU로 전송할 수 있으므로 유선 통신의 문제점들을 극복할 수 있다. 하지만 무선 솔루션을 도입하기 위해서는 유선 시스템에 필적할 만한 성능을 갖추고 있어야 한다. 이러한 성능을 나타내는 중요한 지표 중 하나는 네트워크 가용성이다. 무선 BMS로는 이것을 무선 BMS 가용성이라고 한다.

무선 BMS의 커넥티비티의 중요한 과제는 2.4GHz 무선 네트워크를 사용할 수 있어야 하는 것이다. 이 네트워크를 즉시 사용할 수 있어야 운전자가 EV를 시동을 켜고 배터리를 실시간으로 관리할 수 있다. 바로 이 점에서 진가를 발휘하는 것이 TI의 고유 무선 프로토콜의 신뢰성과 성능이다.

무선 BMS 가용성은 특정 시간에 무선 커넥티비티 디바이스와 무선 메인 노드로부터 데이터를 이용할 수 있느냐를 나타낸다. 다시 말해서 무선 BMS 가용성은 무선 BMS 네트워크가 데이터를 수집하거나 배터리 상태 모니터링 디바이스를 제어하는 평균적인 시간의 비율이다. 그림 2의 무선 BMS 네트워크는 이 개념을 잘 보여준다.

이 네트워크는 배터리 팩 MCU로 연결된 하나의 메인 컨트롤러와 8개 무선 디바이스로 구성된다. SimpleLink™ 2.4GHz CC2662R-Q1 무선 MCU 평가 모듈은 메인 노드의 무선 부분과 무선 디바이스들로 이루어져 있다. 각각의 무선 디바이스로 배터리 모니터링 겸 밸런서 BQ79616-Q1을 함께 사용한다. BQ79616-Q1이 BMS의 배터리 셀들의 전압과 온도를 측정하고 메인 노드 컨트롤러를 통해서 BMS CPU로 충전상태와 건강상태 데이터를 전송한다.

그림 2: 무선 BMS 시스템으로 무선 디바이스 8 연결

패킷 전송에 오류가 있으면, 즉 디바이스가 어떤 시간 간격에 어떤 무선 노드나 무선 메인 노드의 정보를 제대로 해석할 수 없는 경우, 이 시간 간격 동안 네트워크를 이용할 수 없는 것으로 간주된다.

데이터를 정확하고도 신속하게 처리해야 한다. 정확한 정보가 주어지지 않으면 배터리의 오작동을 일으키고 위험한 상황을 초래할 수 있기 때문이다. 그러므로 무선 BMS는 안전성과 신뢰성이 중요하게 요구된다.

10노드 네트워크로 TI의 무선 BMS 프로토콜은 10-7 이상의 패킷 오류율을 달성한다. 다시 말해, 무선 BMS가 작동하는 52.222시간 중에 어떤 노드 데이터도 사용할 수 없는 시간이 100ms라는 것을 의미하며 무선 디바이스 가동률 99.9999% 이상으로 환산된다. 각기 무선 디바이스가 독립적이므로 무선 BMS 네트워크 가용성 역시 99.999% 이상이다.

TI의 고유 무선 프로토콜과 CC2662R-Q1 MCU를 사용한 TI 무선 BMS 솔루션은 99.999% 이상의 탁월한 가용성으로 안전한 데이터 통신을 지원하고, 내부의 까다로운 배터리 인클로저 환경에서 무선 BMS를 사용을 가능하게 한다. 이러한 환경은 제한된 공간 내에 위치하기 때문에 까다로울 수 있다. 신호가 목적지에 도달하기 전에 금속 보드에서 튕겨 나오는 신호의 상당한 감쇠와 반사가 일어나기 때문이다.

TI의 무선 BMS 솔루션은 향상된 무선 프로토콜과 업계에서 가장 우수한 네트워크 가용성을 결합함으로써 자동차 디자이너들이 무겁고 비싸고 유지보수를 필요로 하는 케이블을 제거하고 전기차의의 신뢰성과 효율성을 향상시킬 수 있다. SimpleLink 무선 BMS 소프트웨어 개발 키트SimplLink 무선 BMS 평가 모듈을 사용해서 빠르게 개발 작업을 할 수 있다.

 아리톤 샤파(Ariton Xhafa), TI 선임 기술 연구원

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