“보호용 MOSFET, 충·방전 이상동작시 배터리 보호”

전류 따른 손실 발생시 온도 상승, 낮은 온저항값 MOSFET 사용해야
보호용 MOSFET, 병렬 사용시 전류 밸런싱 유지 가능한 파라미터 必
 

[편집자주] 휴대폰, 무선 이어폰 및 노트북과 같은 전자기기를 비롯해 전동 공구, 서비스 로봇, 경량 전기자동차(LEV)와 같은 배터리 구동 애플리케이션의 시장도 빠르게 성장하고 있다. 이에 배터리의 충전 및 방전을 모니터링하고 조절하는 전자 제어 회로인 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)의 중요성이 강조되고 있다. E4ds는 이러한 동향에 맞춰 BMS에서의 기본 구성 요소에 대한 설명 및 동작, 보호 스위치로 사용되는 MOSFET의 성능을 보장하기 위한 주요 고려사항인 낮은 전력 소모, 우수한 열 인터페이스, 아발란치 동작 및 병렬 MOSFET간 전류 공유 등에 대해서 소개하는 웨비나를 준비했다. 5월 9일 웨비나에 앞서 진행자로 나서는 김용진 인피니언 이사와의 인터뷰를 통해 BMS와 인피니언의 솔루션에 대해 들어보았다.
 

▲김용진 인피니언 이사
 

■ BMS가 필수인 이유와 어떻게 동작하는지 설명 부탁드린다

BMS는 배터리의 충전 및 방전을 모니터링하고 조절하는 전자 제어 회로다. 모니터링할 배터리 특성에는 배터리 유형, 전압, 온도, 용량, 충전 상태, 전력 소비량, 남은 작동 시간, 충전 사이클 및 기타 특성이 포함된다.

BMS의 임무는 배터리에 존재하는 잔류 에너지를 최적으로 사용하는 것이다. BMS는 배터리 부하를 방지하기 위해 고속 충전 및 방전 전류가 극도로 높아서 생기는 딥 방전 및 과전압으로부터 배터리를 보호한다. 또한, 멀티셀 배터리의 경우 셀 밸런싱 기능도 제공하여 서로 다른 배터리 셀이 동일한 충전 및 방전 요구 사항을 갖도록 관리한다.

■ BMS의 구성요소와 인피니언은 어떠한 제품들을 공급하는지 궁금하다

BMS는 배터리 셀의 전압을 모니터링 하고 각 셀의 충전, 방전 특성을 동일하게 밸런싱 하는 모니터링 IC와, 충전 및 방전 시 이상동작에 대해 배터리를 보호하기 위한 보호용 MOSFET인 OptiMOS™와 StrongIRFET™, 그리고 배터리의 상태를 확인하고 상위 시스템에 이 내용을 전달하는 PSoC™ 마이크로컨트롤러로 구성되어 있다.

또한, 배터리로 흐르는 전류를 센싱하는 XENSIV™ 전류센서 및 메모리, 그리고 정품 배터리인지를 확인할 수 있는 인증칩 OPTIGA™ 제품을 제공하고 있다. 

■ 보호용 MOSFET을 선정할 때 염두에 두어야 할 사항은 무엇이 있나

보호용 MOSFET에 흐르는 전류는 애플리케이션에 따라 수십에서 수백 암페어의 전류가 흐른다. 전류에 따른 손실이 발생하고 그 손실에 따른 MOSFET의 온도가 상승하게 되기 때문에 되도록 낮은 온저항값을 가지는 MOSFET을 사용해야 한다.

또한, 보호용 MOSFET은 주로 병렬로 사용되기 때문에 병렬 사용시 MOSFET에 흐르는 전류의 밸런싱을 잘 유지할 수 있는 파라미터를 가지는 MOSFET을 사용해야 한다.

■ 인피니언의 보호용 MOSFET의 특장점에 대해 소개 부탁드린다

인피니언의 보호용 MOSFET은 VGS(th) 범위가 일반적으로 제공되는 범위보다 적게 분포되고, 그 분포 정도가 작게 관리되고 있기 때문에 MOSFET을 병렬로 사용하는데 있어 다양한 장점을 제공해 드리고 있습니다.

또한, 넓은 안전 동작 영역(SOA)와 함께 낮은 온저항의 MOSFET을 제공합니다. 이런 특장점을 가지면서 패키지 사이즈가 작은 제품을 제공하여 시스템 솔루션 사이즈를 줄일 수 있는 이점을 제공합니다. 

■ 전기차에 탑재되는 배터리는 리튬이온배터리와 인산철배터리가 대표적인데, 양극재에 따른 BMS의 차이점이 있나

리튬이온 배터리와 리튬인산철 배터리는 그 정격 전압이 각각 3.6V, 3.2V이고, 완충 전압은 4.2V, 3.6V 정도다.

따라서, BMS의 관점에서 본다면 그 차이는 크지 않고, 어떤 형태의 배터리가 사용되더라도 그에 맞는 정확한 동작을 해야 할 필요가 있다. 

■ 다가오는 5월 9일 e4ds 웨비나에서 발표하는 내용에 대한 간단한 소개와 e4ds 독자분들께 한 마디 부탁드린다

이번 웨비나에서는 인피니언의 BMS 솔루션과 제품 선정 시 고려해야 할 사항 및 대처방안에 대해서 확인하실 수 있습니다. 이 부분을 통해서 시스템의 높은 신뢰성 및 긴 수명을 확보하실 수 있습니다. 많은 참석 부탁드립니다.