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배터리 결함의 조기 진단

배터리로 구동되는 시스템이 점차 보편화되면서 조기에 배터리 결함을 파악하고 교체하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 휴대전화에 사용되는 개별 배터리는 물론 신재생 에너지를 저장하기 위한 배터리 뱅크까지 어떠한 배터리든 배터리 결함은 시스템 가동 중단으로 이어질 수 있다. 바로 이럴 때 배터리의 건전 상태를 확인할 수 있는 배터리 분석 시스템에는 정밀 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 핵심 부품으로 사용된다.

ADC의 속도, 분해능, 지연시간과 같은 주요 사양에 따라 배터리 건전 상태를 보다 정확하게 분석할 수 있으며, 배터리 분석에 있어서 ADC의 성능이 얼마나 중요한지 그림 1의 랜들(Randles)의 납축전지 모델에서 확인할 수 있다.

배터리 테스트 기법에는 방전/충전 사이클, DC 부하, AC 테스트 같은 기법이 있지만 배터리 건전성 관련 연구원들에게 가장 정확도가 우수한 것으로 알려진 것은 전기화학 임피던스 분광기(EIS)이다. EIS를 다른 기법보다 선호하는 이유는 CCA, SOC 및 배터리 용량을 빠르게 측정할 수 있기 때문이다. 그 과정을 살펴보면, 배터리로부터 일련의 작은 저주파 신호들을 인출하고 션트 저항 상에서 그에 상응하는 전류와 배터리 DC 전압을 측정한다. 이 측정으로 R1, R2, C를 계산할 수 있으며, 이것을 기대 값과 비교해서 배터리 건전성을 계산한다.





 

  ADS890xB ADS891xB ADS892xB
분해능 20bit 18bit 16bit
속도 최대 1MSPS 최대 1MSPS 최대 1MSPS
입력범위 ± 5V ± 5V ± 5V
INL (Integral Nonlinearity) ± 1.1 LSB ± 0.5 LSB ± 0.3 LSB
신호대 잡음비 104.5dB 102.5dB 96.8dB
총 고조파 왜곡 -125dB -125dB -125dB
게인 ± 0.005%FSR ± 0.005%FSR ± 0.005%FSR
오프셋 (-40℃~ -125℃) ± 10.5 LSB ± 3 LSB ± 3 LSB
패키지 4mm x 4mm QFN 4mm x 4mm QFN 4mm x 4mm QFN
표 1: ADS8900B 제품군의 주요 사양


이들 제품은 또한 내부 레퍼런스 버퍼를 채택함으로써 시스템 정확도를 더욱 향상시키며 크기를 줄여준다. 이러한 특징은 특히 휴대형 배터리 분석 시스템을 위해 중요하다. 그림 3은 데이터 수집 시스템에서 외부 및 내부 레퍼런스 버퍼를 비교한다.

정밀 데이터 수집 시스템에서는 레퍼런스 전압 회로가 중요하다. 데이터 컨버터가 입력 신호를 비교할 수 있는 기준점을 제공하기 때문이다. 레퍼런스 전압에 오차가 있으면 입력 신호를 부정확하게 측정하게 된다. 매 변환 사이클마다 ADC는 컨버터의 내부 스위치드 커패시터 아키텍처로 인해서 레퍼런스로부터 상당한 전류를 인출한다. 레퍼런스 버퍼는 변환 시에 발생되는 전압 드룹(voltage droop)을 최소화한다. ADS8900B 제품군은 내부 레퍼런스 버퍼가 ADC의 레퍼런스 핀을 구동하도록 최적화됨으로써 AC 및 DC 성능을 극대화하고 외부 레퍼런스 버퍼를 사용하는 것보다 더 정밀도가 우수한 시스템을 제공한다.

앞서 ADS8900B를 사용함으로써 배터리 분석 시스템이 배터리 건전성을 보다 정확하게 측정할 수 있다는 것을 확인하였다. 하지만 배터리 분석 시스템 외에도 작은 또는 동적인 신호를 정밀하게 측정하고자 하는 어떤 시스템이든 이들 제품이 제공하는 이점을 활용할 수 있다.

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