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스마트시티/빌딩

[칼럼] 스마트 홈에서 배터리 건강 상태(SOH)가 중요한 이유

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사물인터넷(IoT)은 한 동안 갈길을 찾지 못하고 주춤했던 스마트 홈 기술의 확산에 큰 역할을 담당하고 있다. 이제 스마트 홈이라 함은 IoT를 기반으로 여러 형태의 자동화 서비스를 제공하는 새로운 주거형태를 말하고 있다. 가스 원격제어, 냉난방 제어, 조명 제어 등이 가능하며, 사용자와 집 안의 여러 가정용 제품들과의 소통이 가능해졌다. 이제 과제는 오래가는 배터리를 어떻게 마련하고, 이를 체계적으로 모니터링하고 배터리 잔량을 정확히 측정하느냐에 있다. [편집자 주]

스마트홈 이미지

(이미지. 텍사스인스트루먼트)

지난 몇 년 사이에 스마트홈 기술이 놀라운 성장을 기록하며 빠르게 도입되고 있다. 수백만 가정에서 비디오 초인종, 원격 카메라 모니터 및 보안 제어 패널 같은 시스템을 설치하고 있으며, 이 수치는 앞으로 더 빠르게 증가할 것이다.

예전의 보안 시스템은 침입이 발생했을 때 단순히 소리로 경보를 울렸다면 오늘날의 이러한 시스템들은 사용자가 스마트폰으로 집안의 여러 곳을 원격적으로 모니터링 할 수 있어 편의성과 유용성이 높다. 여기서 ‘스마트’는 결국 ‘연결성’을 의미한다. 원격 카메라의 비디오 콘텐츠를 스마트폰으로 전달하기 위해서는 일정한 형태의 통신이 필요하다.

이러한 애플리케이션은 안전과 보안을 특징으로 하기 때문에 시스템은 되도록 신뢰성이 높아야 하며, 그러기 위해서는 모든 시스템 구성 요소들이 항상 작동되도록 하기 위한 예측 가능한 전력이 필요하다.

가정용 전원을 쓸 것인가? 배터리로 구동할 것인가?

스마트 홈 시스템에 사용되는 많은 디바이스는 가정용 AC 전원에 연결하는데, 옥외를 포함한 다양한 장소에서 원격 카메라나 여타 장비를 사용하기 위해서는 완제품을 배터리로 구동하는 것이 보다 적합할 수 있다. 이처럼 “상시접속(always-on)” 시스템을 신뢰하고 계속적인 통신을 달성하기 위해서는 배터리 및 전력 시스템을 모니터링하고 유지 관리를 위한 지능을 추가해야 한다. 최소한 어떤 문제가 발생했을 때 사용자는 문제에 대한 경보나 알림을 받을 수있어야 한다. 더 나아가서 시스템이 전원의 충전 상태와 건강 상태를 계속해서 모니터링할 수 있어야 한다.

배터리 충전 상태(state of charge)와 그리고 더 중요하게는 배터리 건강 상태(state of health)를 확인하고 보고하는 일은 어떻게 할 것인가? 이 작업은전용 배터리 잔량 측정 디바이스를 사용하는 것이 가장 적합하다.

먼저, 충전 상태(SOC, 충전 잔량)와 건강 상태(SOH, 노화도)의 차이점을 알아보려고 한다. 우리는 늘 배터리가 가득 찼는지, 비었는지, 아니면 얼마나 남았는지 확인하며 충전상태에 대해 신경 쓴다. 스마트폰(배터리 잔량 측정 디바이스내장)의 경우에는 하루에 한 번 이상은 배터리를 충전하고 방전할 것이다. 하지만 스마트 홈 애플리케이션의 경우, 특히 AC 전원으로 연결한 경우에는 충전 상태가 거의 항상 100% 가까이 될 것이다. 배터리는 AC 전원이 중단되었을때를 대비한 백업 전원으로 사용된다. 따라서 이러한 애플리케이션에서는 충전 상태가 항상 추적을 위해 가장 유용한 매개 변수는 아니다.

그림 1. 사이클링이 배터리 성능에 미치는 영향

그림 1. 사이클링이 배터리 성능에 미치는 영향 (이미지. 텍사스인스트루먼트)

건강 상태(SOH)는 새 배터리였을 때와 비교해서 애플리케이션의 작업을 수행하기에 얼마나 적합한지를 나타낸다. 예를 들어서 어떤 애플리케이션이 1000mAH 셀로 시작했다고 가정해 보자. 동작 조건이나 환경 조건에 따라 1~2년후에는 이 셀의 유효 용량이 850mAH로 저하될 수 있다. 그러면 건강 상태는 85%가 된다. 새 셀일 때와 비교해서 85%만큼 우수하다는 뜻이다. 배터리마다 차이는 있겠지만, 대개는 일단 건강 상태가 70~75% 아래로 떨어지면 배터리용량이 급격하게 저하된다. 결과적으로 안전이나 보안 관련 애플리케이션일 경우에는 배터리 건강 상태가 80%가 되면 배터리를 교체할 때가 된 것이다.

예를 들어서 최저 3.4V의 배터리 전압으로 동작 할 수 있는 시스템이라고 하자. 이러한 조건이라고 할 때 노후화된 배터리는 약 한 시간 동안밖에 에너지를 제공하지 못한다. 반면에 새 배터리는 약 1.7시간 동안 지속될 수 있다.

배터리 상태 모니터링과 잔량 측정 디바이스 제공

충전 관리를 잘 함으로써 재충전가능 배터리를 완전 고갈된 상태에서 가득 찬 상태로 여러 번 복구할 수 있으나, 이 과정에서 다양한 이유로 감손이 일어난다. 가장 주된 이유는 충전과 방전 사이클을 여러 번 반복하는 것이지만, 또 다른이유는 열에 노출되는 것이다.

배터리를 내장하고 실외에서 작동되는 카메라는 장시간 고온에 노출될 수 있다. 일부 카메라는 태양광 패널을 사용해서 배터리를 재충전하기도 한다. 이 방법은 무선 커넥티비티를 제공하는 오프 그리드(off-grid) 애플리케이션을구현하기에는 유용하지만, 햇빛이 쨍쨍 내리쬐는 장소에 설치해야 하므로 장시간 열에 노출됨으로써 배터리 셀 성능 저하를 가속화할 수 있다.

바로 이러한 시스템을 설계하는 개발자들을 위해서 배터리 상태를 모니터링 할 수 있는 전용 배터리 잔량 측정 디바이스를 제공한다.

글_ 우팔 세굽타(Upal Sengupta) / 텍사스인스트루먼트

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산업용사물인터넷

온세미컨덕터 시그폭스 RF SiP 솔루션, CE 인증 획득

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Onsemi Sigfox SiP

추가 부품이나 추가인증 필요없는 LPWAN IoT 애플리케이션에 최적화된 올인원 Sigfox SiP

에너지 효율 혁신을 주도하는 온세미컨덕터는 자사 AX-SIP-SFEU 시스템-인-패키지(SiP) 솔루션이 업계 최초로 CE 인증을 획득했다고 밝혔다. CE 인증은 유럽연합(EU) 경제권 내에서 판매되는 제품이 보건, 안전 및 환경 보호 기준을 준수한다는 것을 의미하는 것으로 실질적인 EU권역에서의 디팩토 표준역할을 담당한다.

Onsemi Sigfox SiP

Onsemi Sigfox SiP

AX-SIP-SFEU는 건물 및 가정 자동화를 비롯해 센서와 자산 추적 등 산업용사물인터넷(IIoT) 애플리케이션에서 즉시 사용할 수 있는 시그폭스(Sigfox) 연결(업링크 및 다운링크)을 제공한다. SiP은 통합된 구성으로 공급망을 크게 간소화하고 전체 디바이스 품질을 개선하며, Sigfox 무선 IC, RF 매칭회로, 모든 필수 패시브 구성요소와 펌웨어를 하나의 소형 솔루션에 포함한다. RF 트랜시버는 RC1 영역 네트워크용으로 시그폭스(Sigfox) 인증을 받았다.

AX-SIP-SFEU는 매우 작은 7mm x 9mm x 1mm 규격 패키지로 제공돼 PCB 모듈 기반 솔루션 대비 10%의 공간만을 차지한다. 이에, 공간 제약이 따르는 원격 IoT 애플리케이션에 적합하다. 또한, 초저전력 설계로 0.55mA(밀리암페어), 1.2μA(마이크로암페어), 180nA(나노암페어)의 대기·슬립·딥슬립 모드 전류를 제공해 IoT 애플리케이션에 주로 사용되는 소형 배터리로도 전력을 공급받을 수 있다.

AX-SIP-SFEU는 범용 비동기 송수신기(UART) 인터페이스를 통해 장치에 연결한다. AT 명령은 프레임을 전송하고 무선관련 동작을 구성하기 위해 사용되며, 진정한 단일 칩 솔루션을 구현하고 자체 소프트웨어를 사용하는 고객을 위하여는 API 버전을 제공한다.

라이언 캐머런(Ryan Cameron) 온세미컨덕터 산업용 및 오프라인 전력 사업부 부사장 겸 총괄은 AX-SIP-SFEU는 CE 인증을 통해 장거리 무선 애플리케이션을 위한 획기적 진일보를 이룩했다고 밝히고, “설계자들은 이 제품이 출시된 이래로 초소형, 초저전력 Sigfox 기반 IoT 솔루션을 성공적으로 시장에 선보일 수 있었다.”고 말했다.

또한, 이 RF SiP는 외부 부품이 필요하지 않는 동시에 모든 관련된 승인과 Sigfox 검증을 이미 받았으며, 설계 위험을 현저히 낮추고 출시시간을 단축하며 공급망을 간소화한다고 밝혔다. 현재 온세미컨덕터의 SigFox 개발 키트 (링크)가 구매 가능하다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트시티/빌딩

키사이트, 한국 최초 5G NR 시험 인증 시스템 구축 지원

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키사이트 5G NR 네트워크 에뮬레이션 솔루션으로 초기 및 통합OTA 테스트 지원

키사이트코리아(대표이사 최준호)가 국내 최초로 5G NR 시험 인증 시스템 구축을 위해 디티앤씨(대표이사 박채규)의 5G NR 테스트 솔루션 파트너로 선정됐다.

디티앤씨는 키사이트의 검증된 5G 테스트 솔루션의 조기 사용을 통해 국내 모바일 디바이스 에코시스템에 5G 테스트 및 검증 서비스를 제공할 수 있다. 키사이트는 네트워크 에뮬레이션 솔루션과 방사 테스트용 맞춤형 챔버를 결합한 엔드 투 엔드 OTA(Over-the-air) 테스트 기능을 제공한다. 이 솔루션을 통해 디티앤씨는 전도 및 방사 테스트 환경 모두에서 sub-6GHz(6GHz 이하 대역) 및 mmWave 주파수(6GHz 이상 대역)의 5G 모바일 디바이스에 대한 규제 무선 주파수(RF) 테스트를 처리할 수 있다.

키사이트 5G NR 네트워크 에뮬레이션 솔루션으로 초기 및 통합OTA 테스트 지원

왼쪽부터 키사이트코리아 영업부 이선우 상무, 디티앤씨 성호섭 전무, 디티앤씨 박채규 대표, 키사이트테크놀로지스 부사장 사티시 다나세카란, 키사이트코리아 최준호 대표, 디티앤씨 손근기 이사 (사진. 키사이트)

디티앤씨의 박채규 대표이사는 “디티앤씨는 키사이트와의 협력을 통해, 5G 테스트 솔루션 서비스가 실질적으로 고객들과 만나는 작업을 하게 될 것이다”고 말했다.

키사이트는 업계를 선도하는 칩셋 및 디바이스 제조업체와의 제휴를 통해 5G NR 지원 엔드 투 엔드 테스트 및 측정 솔루션을 출시했다. 이 솔루션으로 글로벌 모바일 에코시스템은 초기 설계부터 테스트 및 제조에 이르기까지 전체 워크플로우에서 5G 제품 설계, 개발 및 검증을 가속화할 수 있다. 또한 키사이트는 sub-6GHz 및 mmWave 주파수에서 빔포밍 및 빔 관리를 포함한 최신 3GPP 5G NR Release 15 사양을 지원하는 5G 무선 주파수(RF) 설계 검증 테스트 솔루션인 5G RF DVT 툴세트도 출시했다.

키사이트의 무선 테스트 비즈니스 부문 부사장 및 제너럴 매니저인 카일라쉬 나라야난은 “키사이트가 한국 디바이스 에코시스템의 새로운 5G 설계 개발을 가속화 할 수 있는 엔드 투 엔드 5G 테스트 솔루션의 조기 사용을 통해 디티앤씨를 지원하게 된것을 기쁘게 생각한다”고 말했다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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