ST BMS Solution for xEV and Mild Hybrid Vehicle
L9963E, 800V 시스템서 31개 절연 직렬통신
ST, BMS 핵심 프로덕트 솔루션 대공개
2022년 09월호 지면기사  /  글 | 윤범진 기자_bjyun@autoelectronics.co.kr



STMicroelectronics                                     ST마이크로일렉트로닉스 김 진 우 과장

ST는 그동안 축적된 기술을 바탕으로 ASSP(Application Specific Standard Product) 제품인 L9963을 2020년 상반기에 출시하고 이와 함께 시스템 솔루션을 제안하면서 적극적으로 시장의 성장과 발맞춰 나가고 있다. BMS 핵심 부품으로 Battery cell monitoring IC인 L9963 외에 Relay driver, Power management IC, MCU 등 BMS에 적용 가능한 ST Product solution을 소개한다.
 
글 | 윤범진 기자_bjyun@autoelectronics.co.kr


본지가 개최한, 올해 11회를 맞은 “오토모티브 이노베이션 데이(AID, Automotive Innovation Day)” 컨퍼런스에서 ST마이크로일렉트로닉스는 전기-자율주행을 지원하는 그들의 프로덕트 솔루션을 대거 공개했다.  CASE 트렌드와 소프트웨어 정의 자동차로 요약되는 미래차를 위한 전기, 전자, 소프트웨어, 인프라 기술 관련 주요 도전과제 및 해결에 초점을 맞춘 올 컨퍼런스는 특히, 머신러닝 등 AI를 통한 반도체, 기능 및 소프트웨어 정의 자동차, 제어의 중앙집중화, 내외부 네트워크 강화를 통한 전기-자율주행의 미래에 포커스했다. 총 4개 세션(ADAS & Autonomous, Cloud & Connected Vehicle, Electrification & e-Mobility, Digital Cockpit & IVI)에서 36명의 연사가 31개 강연을 제공했는데, ST마이크로일렉트로닉스는 세션을 망라하며 그들의 8가지 주요 솔루션을 공개했다. 사전 인터뷰를 통해 ST를 하이라이트한다.   



Q. 이번 Automotive Innovation Day(AID)에 어떤 내용을 소개하는지 간단한 설명 부탁드립니다. 
A. 이번 AID 행사에서는 ST의 BMS total solution을 소개해 드리며 핵심 부품으로 Battery Cell Monitoring IC인 L9963 외 Relay Driver, Power Management IC, MCU 등 BMS에 적용 가능한 제품도 같이 소개해 드리려고 합니다.



Q. 이 제품을 AID에서 소개하게 된 배경은 무엇인가요? 업계의 요구사항은 무엇이고, 그에 대한 반영의 결과로 이전 제품과 현재 제품의 차이는 무엇인가요? 
A. 최근 전기차 수요가 높아지면서 관련된 성능과 안전에 큰 관심이 모아지고 있습니다. 따라서 이에 대한 개발 및 연구가 매우 활성화되고 있으며 특히 안전에 대한 요구사항이 높아지고 있습니다. 국제표준 인증기관인 ISO의 차량용 기능안전성 규격인 ISO 26262의 요구조건에 따라 배터리 관리 시스템(BMS)의 안전 규격은 최대 안전 등급인 ASIL-D를 요구하고 있습니다.
차량용 BMS는 전압, 온도, 전류의 모니터링을 통한 배터리의 충전상태(SOC, state of charge)와 수명상태(SOH, State of Health)를 관리하고 셀 밸런싱(cell balancing)과 같은 주요한 기능들을 구현할 수 있어야 합니다. 

EV에서 BMS의 주요 기능은 ▶전기차의 안전 구동 영역을 벗어났을 때 배터리 보호 ▶배터리 팩 충전상태(SOC)와 수명상태(SOH)를 추산하는 배터리 모니터링 ▶셀 밸런스 기술을 통한 배터리 수명 및 용량 향상과 주행거리를 최대화하는 배터리 사용 최적화 등입니다. 





ST의 BMS 솔루션은 이러한 요구조건을 만족시키는데 적합한 성능을 가지고 있습니다. 

ST는 2008년부터 전기차 배터리 관리 기술 분야의 주요 파트너들과 ASIC 솔루션 개발 및 기술을 선도해왔으며 그동안 축적된 기술을 바탕으로 ASIL-D 대응이 가능한 ASSP 제품인 L9963을 출시했습니다. 또한 컴패니언 트랜시버 IC인 L9963T를 같이 출시해 Dual ring architecture를 구현함으로써 더욱 높은 안전성을 구현할 수 있도록 했습니다. L9963은 절연 직렬 통신으로 최대 15개의 디바이스를 지원하는데 이는 400V 배터리 시스템에 적합합니다. 하지만, 최근 고용량 트렌드에 따라 800V급 배터리 시스템에 대응하기 위해 최대 31개의 절연 직렬 통신이 가능한 L9963E를 출시했습니다.





BMS 블록다이어그램 



Q. 경쟁사 제품과는 어떤 차별점이 있을까요? 
A. ST의 BMIC인 L9963은 Cell Measurement channel마다 16bit Sigma-Delta ADC를 채용하고 있으며 Current sensing용으로 18bit Sigma-Delta ADC를 사용하고 있습니다. 특히, L9963은 개별 ADC를 사용해 모든 Cell channel과 Current sensing까지 같은 시점에서 ADC conversion이 진행됩니다. 따라서 모든 ADC 결과가 싱크돼 있어, 더욱 정확한 SOC와 SOH의 계산이 가능합니다. 통신의 경우 2.66 Mbps의 빠른 절연 수직 통신 속도를 지원합니다. 이는 4 ms 이내에 96개의 Cell 전압을, 10 ms 이내에 210개의 Cell 전압을 변환 및 판독하며 MCU가 해당 데이터를 읽을 수 있습니다. 이는 시장 평균과 비교하면 매우 빠른 속도를 자랑합니다.

또한 컴패니언 IC인 L9963T를 사용해 Dual ring architecture를 구성함으로써 Safety level을 향상시킬 수 있습니다. 물론 L9963T도 ASIL-D 대응이 가능한 제품입니다.Cell balancing의 경우에는 passive balancing을 지원합니다. 내부 balancing의 경우 각 Cell channel 별로 MOSFET이 내장돼 있으며 이를 통해 채널당 최대 200 mA의 balancing이 가능합니다. 이 용량이 모자를 경우 외부 MOSFET을 사용해 balancing을 해야 하며 L9963은 외부 MOSFET driver를 포함하고 있어 사용이 가능합니다. 그 외에 Hot-plug protection, Redundant Fault output, Temperature monitoring 등 BMS에 필요한 모든 것을 갖추고 있습니다.



Q. 이 제품과 관련 ST는 어떻게 고객을 지원합니까? 
A. ST는 고객에 친화적인 기술지원을 위해 각국별로 Field Application Engineer가 배치되어 있습니다. 이 엔지니어들이 본사의 애플리케이션 엔지니어 및 설계자와 협업해 최대한 신속하고 정확하게 고객께 기술지원을 제공하고 있습니다.또한, 시스템 친화적으로 설계된 L9963의 평가보드는 메인 MCU 보드와 NDS 보드로 구성되어 있어 이를 조합함으로써 시스템 검증에 용이합니다. 그 외에 NDA가 체결된 고객 대상으로 Datasheet, Application note, FMEDA, Safety Manual 등이 제공 가능합니다.



Q. 이런 차별화, 진보가 가능했던 ST의 원동력, 시장경쟁력은 무엇입니까?
A. ST는 종합 반도체 기업으로 MCU, Smart Power IC, Discrete 등 다양한 제품과 솔루션을 바탕으로 오토모티브 시장의 다양한 분야를 리드하고 있으며, 이를 통해 오토모티브 시장에서 고객들의 신뢰를 쌓아오고 있습니다. 특히, 기존 내연기관 자동차의 파워트레인과 안전 시스템 등 다양한 분야에서 기술 우위를 선점한 ST의 경험과 노하우가 EV 기술 시장에서도 큰 강점이 될 것으로 기대합니다. 배터리 관리 시스템에 적합한 최적의 솔루션을 모두 ST의 제품으로 구현하고 검증할 수 있습니다. ST의 경쟁력 있는 기술 적용과 함께 이렇듯 비용 최적화된 시스템 디자인을 구현할 수 있다는 점에서 고객들에게 더욱 큰 혜택을 제공하게 될 것입니다.



             
 



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