‘실험실 등급’ 진단 기능 하드웨어에 내장
나노초 동기화로 EV 안전성 및 고속 충전 혁신
전기차(EV)와 에너지 저장 시스템(ESS)의 배터리 관리는 ‘안전성’과 ‘성능’이라는 두 가지 목표 사이의 끊임없는 줄다리기다. OEM 업체들은 더 빠른 충전과 긴 수명을 원하지만, 배터리 고장의 초기 징후를 감지하기는 어렵다. 기존의 소프트웨어 기반 배터리 모니터링 방식은 고속으로 일어나는 동적 밀리초 단위의 이벤트를 정확히 감지하는 데 한계가 있기 때문이다.
NXP 반도체가 이 난제를 해결하기 위해 업계 최초로 하드웨어 기반의 나노초(nanosecond) 수준 동기화를 적용한 ‘전기화학 임피던스 분광법(EIS)’ 배터리 관리 칩셋을 발표했다. 이 솔루션은 정밀한 실험실 등급의 진단 기능을 차량에 직접 도입해, 배터리 상태(SoH)에 대한 근본적인 통찰력을 제공한다.
하드웨어 내장 EIS… ‘나노초 동기화’가 핵심
NXP의 새로운 칩셋은 EIS 기능을 하드웨어에 직접 내장함으로써 기존의 한계를 극복했다. 이 솔루션은 BMA7418 셀 감지 장치, BMA6402 게이트웨이, BMA8420 배터리 정션 박스 컨트롤러 등 세 가지 BMS 유닛으로 구성된다.
핵심 기술은 칩 내부에 이산 푸리에 변환(DFT)을 직접 통합하고, 단일 고전압 배터리 팩 전체의 모든 셀 측정값에 정밀한 하드웨어 기반 동기화를 활용한다는 점이다. 이 접근은 추가 부품이나 비용이 많이 드는 재설계 없이 실시간 고주파 모니터링을 가능하게 한다. 그 결과, OEM은 높은 정확도의 임피던스 측정을 통해 배터리 고장의 초기 징후를 감지하고, 시스템 복잡성을 줄이며, 더 안전하고 빠른 충전을 효과적으로 관리할 수 있다.
‘실험실 등급’ 진단으로 배터리 내부를 투시하다
EIS 기술은 제어된 전기적 여기 신호(excitation signal)를 배터리에 전달하고, 전류 자극에 대한 셀의 주파수 대역별 반응을 측정하는 원리에 기반한다.
기존의 시간 기반 측정(전압, 온도)과 달리, EIS는 각 셀의 임피던스(impedance)를 평가해 용량 감퇴와 구별한다. 이 반응을 분석하면 온도 기울기, 노화 효과, 미세 단락 등 셀 내부 상태의 미세한 변화를 조기에 확인할 수 있다. 이는 충전이나 부하 이동과 같은 동적인 조건에서도 배터리 상태를 추정할 수 있는 빠르고 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.
나오미 스미트(Naomi Smit) NXP 드라이버와 에너지 시스템 부문 총괄 매니저는 “EIS 솔루션은 차량에 강력한 실험실 등급 진단 도구를 제공한다”며, “추가 온도 센서의 필요성을 줄여 시스템 설계를 단순화하고, 배터리 건강을 해치지 않으면서 더 빠르고 안전하며 신뢰할 수 있는 충전으로의 전환을 지원한다”고 강조했다. 이 칩셋은 또한 핀투핀(pin-to-pin) 호환 패키지를 제공해 기존 시스템의 손쉬운 업그레이드 경로를 지원한다.
