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하이브리드 및 전기차의 모니터링과 보호에 관한 8가지 질문


사회 전반에 걸쳐 자동차를 재정의하고 배기가스를 저감하기 위한 전세계적인 노력이 진행되고 있다. 이러한 노력은 자동차 제조업체들이 내연기관의 부하를 덜거나 완전한 전기차로 이행하는 데 도움을 주게 될 것이다. 전기화는 배기가스를 줄이는 가장 적용 가능한 도구임이 입증되었지만, 그림 1에서 보듯이 자동차 내부의 전압이 증가함에 따라 모니터링과 보호 서브시스템의 중요성이 높아지고 있다.


그림 1: 하이브리드에서 순수 전기차까지

최근 모니터링 및 보호 서브시스템의 많은 발전으로 하이브리드 전기차/전기차(HEV/EV)는 주행 시간을 극대화하고 탑승자를 안전하게 보호하면서 제품 출시를 가속화하고 있다. 다음에서는 배터리 관리 시스템트랙션 인버터 시스템의 모니터링과 보호에 관한 8가지 일반적인 질문에 대해 알아보기로 한다.

1. HEV/EV가 더 멀리 더 오래 주행하려면 에너지 밀도와 시스템 효율을 어떻게 증가시켜야 하는가?

동일한 크기에 전력 출력을 두 배로 증가시키면 상당한 비용 절감뿐 아니라 보다 빠른 충전이 가능하다. 이는 전력 컨버터(OBC의 PFC 단 및 DCDC 또는 고속 DC 충전기)를 높은 스위칭 주파수에서 작동시킴으로써 달성할 수 있는데, 이렇게 하면 자기 부품의 크기를 줄여 높은 전력 밀도를 달성하는 데 도움을 준다. 보다 높은 시스템 효율은 특정 애플리케이션에서 더 낮은 손실과 더 적은 히트 싱크 솔루션을 의미한다. 또한 디바이스에 미치는 열 응력을 낮추고 수명을 연장시키는 데 기여한다.

2. HEV/EV는 어떻게 운전자에게 내연 기관차와 같은 사용자 경험을 제공할 수 있을까?

1회 충전 주행거리를 증가시키고 동시에 충전 시간을 단축하면 주행 경험을 향상시킬 수 있다. 이러한 목표를 달성하려면 자동차와 그리드 인프라(충전 파일) 측면에 모두 첨단 배터리 관리 시스템과 고효율 전력 전자장치가 필요하다.

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3. HEV/EV 배터리 관리 시스템의 신뢰성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?

BQ79606A-Q1은 다음과 같은 특징으로 신뢰성을 높이도록 설계되었다.

  • 최고 수준의 자동차 안전 무결성 등급(ASIL)-D에 따른 전압 모니터, 온도 모니터 및 통신 기능
  • 통신 케이블에 문제가 생겨도 스택 통신을 보장하는 데이지 체인 링 아키텍처 옵션(림프 홈 모드)
  • 견고한 핫플러그 성능을 제공하는 설계로 외부 제너 다이오드 불필요

4. 자동차 설계자는 저온 환경에서 리튬이온 배터리 팩을 사용할 때 방전 성능 저하 문제를 어떻게 해결할 수 있는가?

하이브리드 및 전기차의 배터리 팩은 저온에서 충전/방전 성능을 최적화하고 고온에서 배터리가 안전한 동작 범위 내에 있도록 보장하기 위해 제어되는 온도 범위에서 동작한다. 따라서 적절한 열 관리 전략을 적용하기 위해서는 BQ79606A-Q1과 같이 셀/팩 레벨에 대한 정확한 전압 및 온도 감지를 필요로 한다. 여기에는 콜드 스타트 조건에서의 예열과 고온에서의 냉각이 포함될 수 있다.

5. BMS 시스템을 모니터링하는 한 가지 방법은 무엇인가? 

데이지 체인 구성으로 확장 가능한 자동차 HEV/EV 6개~96개 리튬이온 셀 감시 데모 레퍼런스 디자인BQ79606A-Q1을 구현하여 3개에서 300개까지 직렬 연결 가능한 12V~1.2kV 리튬 이온 배터리 팩을 위한 고도로 정확하고 신뢰할 수 있는 시스템 설계를 제공한다. 설계는 6개~96개 직렬 셀 감시 회로로 확장 가능하며, 배터리의 전압과 온도 통신 기능을 포함함으로써 ASIL-D 요구사항을 쉽게 만족한다.

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6. 트랙션 인버터에 SiC 또는 GaN 차량 내 디바이스를 사용하는 이점은 무엇인가?

SiC 전력 회로의 새로운 개발은 설계자가 트랙션 인버터, 온보드 충전기 및 고속 DC-충전 스테이션과 같은 더 효율적이고 더 가볍고, 더 지능적인 EV 파워트레인 시스템을 개발할 수 있게 한다. 새로운 UCC21710-Q1 및 UCC21732-Q1과 같은 디바이스는 IGBT와 SiC FET를 위한 감지 기능을 통합한 업계 최초 절연 게이트 드라이버로서 시스템 신뢰성을 높여주고 빠른 검출 시간을 제공하여 과전류 이벤트에 대해 보호하고 안전한 시스템 셧다운을 보장한다.

7. 트랙션 인버터에서 과열을 방지할 수 있는가?

TMP235-Q1은 저전력, 소형 풋프린트, 높은 정확도로 트랙션 인버터 시스템이 온도 서지에 반응하고 적절한 열 관리 기법을 적용할 수 있게 한다. 트랙션 인버터를 설계할 경우 온도 모니터링에 대해서는 e-북 “온도 모니터링과 보호”를 참조한다.

8. 왜 HEV/EV 차량에 트랙션 인버터 시스템 신뢰성을 위한 온도 센서가 필요한가?

열 관리는 EV 성능은 물론 탑승자의 안전을 보장하기 위한 매우 중요한 파라미터이다. 열 관리는 소비자에게 이러한 새로운 운송 방식이 기존 내연기관 방식과 비교했을 때 얼마나 안전한지 확신시키기 위해 자동차 OEM의 우선순위에서 높은 순위를 차지한다. 정확도가 높을수록 시스템이 적절한 열 관리 기법을 적용하여 온도 서지에 빠르게 반응할 수 있는 가능성이 더 높아진다.

더 빠르게, 더 스마트하게 설계하기
국제에너지기구(IEA)에 따르면 2021년에는 도로 위를 달리는 전기차가 3배로 늘어날 것으로 전망되고 있으며, 이에 따라 첨단 모니터링과 보호에 대한 필요도 높아질 것이다. 그럼 이제 다시 작업으로 돌아갈 시간이다. 설계해야 할 많은 자동차와 부응해야 할 큰 기대가 우리를 기다리고 있다.

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