BLDC Motor 제어 전문 딥네트워크 사업화 내용 소개
딥네트워크는 PMSM Motor 를 3 상 인버터로 Motor 의 속도 및 토크 제어 펌웨어 개발이 가능 합니다 ... 귀사의 개발 사양에 따라 개발기간이나 비용이 조정될수 있고 확실히 결과 내드리는것이 가능 합니다 ... TI 사 TMS320F28377 로 PMSM Motor 의 FOC 알고리즘을 적용한 펌웨어 개발이 확실히 가능 합니다 ... TI 사 BMS 칩셋인 EMB1428Q 바테리 BMS 칩셋으로 SPI 버스 인터페이스를 통해 충전/방전 명령을 수신하는 동작 구조와 에너지 이동을 위한 12개의 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버를 제어하는 바테리 충전 BMS 제어도 인증절차 기간을 제외하면 빠르게 귀사의 요구에 맞춰 펌웨어 개발이 가능 합니다 ... 저희 딥네트워크가 바테리 BMS 설계도 깊이있게 검토 분석을 하다 보니 깨닭은게 BMS 설계에 최적화된 바테리 HW 스택을 설계하는것을 빈틈없이 HW 설계를 하면 아무래도 BMS 펌웨어의 성능은 BMS HW 설계 범주내에서 펌웨어 성능이 나올수 있는것 같읍니다 ... 맡겨 주시면 확실하게 결과내드리는것이 가능 합니다 ... 참고로 저는 지역이 수원 입니다 ...
딥네트워크는 PMSM 모터를 제어하는 획기적인 솔루션을 제공하는 일인기업입니다. 딥네트워크는 TI의 모터제어 개발 보드를 사용하여 FOC 알고리즘과 TI의 FOC 소프트웨어 라이브러리를 기반으로 한 펌웨어 설계 세부 검토 분석을 수행하였습니다.
PMSM Motor의 FOC 제어 세부 구현 노하우 제공
딥네트워크는 PMSM Motor의 FOC (Field-Oriented Control) 제어에 대한 깊은 이해와 세부 구현 노하우를 보유하고 있습니다. 저희는 다음과 같은 기술을 통해 고객님의 요구사항을 충족시킬 수 있습니다:
1. 최대 토크 구현
- d 축 전류와 q 축 전류의 지령값 설정 노하우
- Motor 제어 루프에서 최대 토크를 내기 위한 최적의 전류 지령값 설정
- 전류 리플 안정화
2. Motor의 전기적 상수값의 영향을 고려한 전류 리플 정도의 안정화
- 로봇 축 관절 제어에 적용 시 전류 리플을 최소화하는 기술
- PI 루프 제어 튜닝
3. P 이득과 I 이득의 최적 튜닝을 통한 전류 리플 안정화
- 최종적으로 안정적인 Motor 동작을 보장하는 세부 튜닝 작업
- 알고리즘 계산 수식
4. 약 20개의 세부 알고리즘 계산 수식을 확보하여 정확한 구현 가능
- 위의 작업을 확실하게 수행할 수 있는 기술적 기반 제공
5. RDC : AD2S1210WDSTZRL7 와
레졸버 : TAMAGAWA 사 TS2620N21E11 로
회전자 위치 검출 노하우도 보유함
연락처
자세한 기술 자료 제공 및 문의는 아래 연락처로 부탁드립니다:
- 담당자: 장석원
- 전화번호: 010-3350-6509
- 이메일: sayhi7@daum.net
딥네트워크는 귀사의 요구에 맞춘 최적의 솔루션을 제공하기 위해 항상 준비되어 있습니다. 많은 관심과 문의 부탁드립니다.
영구자석 동기 모터(PMSM)의 d 축과 q 축 전류를 PI 제어 루프로 제어하는 과정은 로봇 축 관절 제어에서 중요한 역할을 합니다. 이 과정에서 MTPA(Maximum Torque Per Ampere)와 PWM(Pulse Width Modulation)을 사용한 FOC(Field Oriented Control)을 활용하여 모터의 효율성을 극대화하고 성능을 최적화합니다. 다음은 이 과정을 자세히 설명하고, 토크와 위치 제어를 어떻게 처리하며 PI 제어 이득을 어떻게 튜닝해야 하는지 설명하겠습니다.
1. FOC(자장 지향 제어) 개요
FOC는 모터의 자속(Flux)과 토크를 독립적으로 제어하기 위해 사용됩니다. 이는 모터의 자속과 토크를 수평 및 수직 축으로 변환하여 제어할 수 있게 합니다. 일반적으로 d 축(직류 축)과 q 축(직교 축)으로 변환하여:
- d 축: 자속 방향
- q 축: 토크 방향
FOC를 사용하여 모터의 전류를 d 축과 q 축으로 분리하고, 이를 각각 제어함으로써 모터의 자속과 토크를 독립적으로 조절할 수 있습니다.
2. PI 제어 루프와 MTPA
PI(비례-적분) 제어는 d 축과 q 축 전류를 제어하는 데 사용됩니다. PI 제어는 각각의 축에서 전류를 원하는 값으로 유지하고자 하는 제어 방식입니다. MTPA는 주어진 전류에서 최대의 토크를 생성하기 위한 원리를 따릅니다.
- d 축 전류(Id): 자속 제어에 영향을 미칩니다. 일반적으로 PMSM에서는 자속 제어를 위해 d 축 전류가 필요하며, Id는 주로 0에 가까운 값으로 유지되도록 설계됩니다.
- q 축 전류(Iq): 토크 제어에 영향을 미칩니다. Iq는 실제로 모터의 토크를 생성하는 전류로, 토크를 원하는 값으로 제어하기 위해 조절됩니다.
3. 로봇 축 관절 제어
로봇의 축 관절 제어에서, 토크 제어와 위치 제어는 서로 다른 목적을 가지고 있습니다:
(1) 토크 제어
- PI 제어 루프: q 축 전류(Iq)를 제어하여 모터의 토크를 제어합니다.
- PI 제어 이득 튜닝:
- 비례 이득(Kp): 반응 속도를 조절합니다. 너무 높으면 시스템이 불안정해질 수 있고, 너무 낮으면 응답 속도가 느려질 수 있습니다.
- 적분 이득(Ki): 정밀도를 조절합니다. 적분 이득이 너무 높으면 시스템이 과도하게 응답하거나 진동할 수 있고, 너무 낮으면 정밀도가 떨어질 수 있습니다.
- 튜닝 방법: 일반적으로 Ziegler-Nichols 방법이나 다른 자동 튜닝 방법을 사용하여 이득을 조절합니다. 실험을 통해 최적의 이득을 찾는 것도 중요합니다.
(2) 위치 제어
- 위치 제어 루프: 위치를 제어하기 위해 속도 제어 루프와 토크 제어 루프를 결합합니다. 속도 제어는 보통 q 축 전류를 통해 이루어지며, 최종적으로 위치 제어를 위해 사용됩니다.
- PI 제어 이득 튜닝:
- 위치 제어의 비례 이득(Kp): 위치의 정확성을 조절합니다. 너무 높으면 진동이 발생할 수 있고, 너무 낮으면 응답이 느려질 수 있습니다.
- 위치 제어의 적분 이득(Ki): 위치의 오차를 보상하는 데 사용됩니다. 적분 이득이 너무 높으면 시스템이 진동하거나 과도한 반응을 보일 수 있습니다.
- 튜닝 방법: PID 튜닝 방법과 유사한 방식으로 조정합니다. 위치 제어의 경우, 시스템의 역동적인 특성과 모터의 특성에 따라 조정이 필요합니다.
4. PWM 제어
PWM(Pulse Width Modulation)은 전류를 제어하기 위한 방법으로, 모터의 전압을 조절하여 원하는 전류를 생성합니다. FOC와 함께 사용하여 d 축과 q 축의 전류를 정확하게 제어할 수 있습니다.
5. 요약
- FOC를 통해 d 축과 q 축 전류를 독립적으로 제어하며, MTPA를 만족하여 최대 토크를 생성합니다.
- PI 제어 루프를 사용하여 d 축 전류(Id)와 q 축 전류(Iq)를 각각 제어합니다.
- 토크 제어와 위치 제어를 통해 로봇 축 관절의 성능을 최적화합니다.
- PI 제어 이득은 Ziegler-Nichols 방법이나 실험적인 조정을 통해 튜닝합니다.
이러한 제어 방식과 튜닝 방법을 통해 로봇 축 관절의 성능을 극대화하고, 원하는 제어 목표를 달성할 수 있습니다.
토크 제어시 대표적인 제어 이득 값
- 토크 제어에서의 일반적인 Kp값: 1~10 범위 (모터와 응용에 따라 다를 수 있음)
- 토크 제어에서의 일반적인 Ki 값: 0.01~1 범위 (모터와 응용에 따라 다를 수 있음)
위치제어시 대표적인 제어이득 값
- 위치 제어에서의 일반적인 Kp 값: 10~100 범위 (모터와 응용에 따라 다를 수 있음)
- 위치 제어에서의 일반적인 Ki 값: 0.1~10 범위 (모터와 응용에 따라 다를 수 있음)
1. d/q 축 변환의 원리와 중요성
- 설명: d/q 축 변환은 3상 교류 전류를 2상 직류 전류로 변환하여 모터의 전류를 효율적으로 제어하는 기법입니다. 클라크 변환과 파크 변환을 통해 이루어지며, 이를 통해 모터의 자속과 토크를 독립적으로 제어할 수 있습니다.
- 중요성: 정확한 d/q 축 변환은 모터의 안정적이고 효율적인 동작을 위해 필수적입니다.
2. d/q 축 틀어짐의 원인
- 센서 오류: 리졸버, 엔코더, 홀센서 등의 위치 센서가 오작동하거나 고장 나면 d/q 축 변환이 부정확해질 수 있습니다.
- 전기적 노이즈: 노이즈는 센서 신호에 영향을 미쳐 변환 행렬의 정확성을 저하시킬 수 있습니다.
- 제어기 설정 오류: PI 제어기의 Kp와 Ki 설정이 부적절하면 d/q 축 변환의 정확성이 떨어질 수 있습니다.
3. PI 제어기의 Kp와 Ki 설정
- Kp 설정: Kp가 너무 크면 오버슈팅과 진동이 발생하고, 너무 작으면 응답이 느려집니다. 적절한 Kp 설정이 필요합니다.
- Ki 설정: Ki가 너무 크면 오차가 누적되어 불안정해지고, 너무 작으면 잔류 오차가 충분히 보상되지 않습니다. 적절한 Ki 설정이 필요합니다.
- 튜닝 방법: Ziegler-Nichols 방법이나 실험적 튜닝을 통해 Kp와 Ki를 적절히 설정합니다.
4. 리졸버를 통한 회전자 위치와 제어기 동기화
- 리졸버의 역할: 리졸버는 모터의 회전 각도를 아날로그 신호로 변환하여 제공합니다. R/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환되어 제어기에 전달됩니다.
- 실시간 위치 정보 업데이트: 고속 샘플링과 DSP를 사용하여 실시간으로 위치 정보를 업데이트합니다.
- 지연 최소화: 고속 통신 인터페이스와 최적화된 알고리즘을 사용하여 지연을 최소화합니다.
5. 좌표계 불일치 최소화 및 검출 방법
- 센서 정확성 향상: 고해상도 센서와 노이즈 필터링을 통해 변환 행렬의 정확성을 높입니다.
- 고속 연산 장치 사용: DSP나 FPGA와 같은 고속 연산 장치를 사용하여 실시간 연산 지연을 최소화합니다.
- 실시간 모니터링 및 피드백 제어: d/q 축 변환 후의 신호를 실시간으로 모니터링하고, 피드백 제어를 통해 불일치를 검출하고 수정합니다.
이와 같은 방법들을 통해 d/q 축 변환의 정확성을 높이고, 모터 제어의 안정성과 성능을 최적화할 수 있습니다.
저의 경우 로봇 축 관절제어를 위한 BLDC Motor 의 토크/위치/속도 제어를 위한 모터 제어 펌웨어가 어떤 설계 구조로 구현하는지를 파악하는데 성공했읍니다 ... 전기차 모터제어도 모터 전기 상수인자들 로 전달함수를 설계하면 2 차 라플라스 방정식이 되고 이것으로 제어응답 특성 파악이 가능은 한데 여기에 PI 제어 루프 도 전달함수에 포함되면 3 차 라플라스 방정식이 되는데 이것의 제어응답 특성을 파악하려면 MATLAB SIMULINK TOOL 이 반드시 필요합니다
저는 현재 2 차 라플라스 방정식의 응답특성 분석은 가능한 상태 입니다 로봇 축 관절제어를 위한 모터제어 프로토타입 펌웨어 구현 정도의 노하우를 확보했구요 ... 저도 구글링 2000 번 넘는 시행착오(국내외 논문분석)를 거쳐 3 년여만에 제가 원하는 돈이 되는 세부 정보를 얻는데 성공했읍니다 .... 제가 확보한 BLDC 모터 정밀제어 노하우는 위치제어 / 속도제어 / 토크제어를 Closed Loop PI 제어를 하는데 필요한 제어 알고리즘 수식을 확보해서 이해하는데 성공했읍니다 ... BLDC Motor 로 위치제어 / 속도제어 / 토크제어를 Closed Loop PI 제어를 하려면 BLDC Motor 는 어떤 규격의 것을 선택해야 하는지와 이는 또 어느 업체에서 이를 취급하는지 등등도 파악하고 있읍니다 ... 4 Pole - BLDC Motor 제어를 PWM 구동 방식으로 6 - STEP Sequence 로 제어하려면 세부적으로 어떻게 제어해야 하는지 등등도 파악에 성공했읍니다 ...
제가 운영하는 딥네트워크가 그동안 검토분석한 CAN 통신 펌웨어 설계 기술로 CANopen 기술로 PDO (Process Data Object) 와 SDO (Service Data Object)를 사용하여 다양한 데이터를 전송합니다. PDO는 고속 데이터 전송을 위한 프로토콜으로, 일반적으로 하나의 CAN 프레임에 대한 하나의 데이터를 포함합니다. 반면에 SDO는 OD Entry에 대한 접근제어 방식으로, 추가적인 정보와 인자를 포함하여 더 구체적인 데이터를 전송할 수 있습니다.
CANopen 네트워크에서 PDO (Process Data Object)와 SDO (Service Data Object)는 데이터를 전송하는 두 가지 주요 메커니즘입니다. 각각의 프로토콜은 특정한 목적과 사용 사례에 맞게 설계되었습니다.
PDO (Process Data Object)
PDO는 실시간 데이터 전송에 최적화되어 있습니다. 이 프로토콜은 다음과 같은 특징을 가집니다:
- 고속 전송: PDO는 주로 실시간 제어 작업에 사용되며, 낮은 지연 시간과 빠른 데이터 전송이 필요한 경우에 적합합니다.
- 단일 프레임: 일반적으로 PDO는 하나의 CAN 프레임에 최대 8바이트의 데이터를 담아 전송합니다.
- 브로드캐스트 가능: PDO는 네트워크 상의 여러 노드에게 동시에 데이터를 전송할 수 있어, 여러 장치가 동일한 데이터를 거의 동시에 받을 수 있습니다.
- 사이클링 전송: PDO는 주기적으로 또는 특정 이벤트가 발생했을 때 자동으로 전송될 수 있습니다.
SDO (Service Data Object)
SDO는 더 복잡한 데이터 전송과 디바이스 구성에 사용됩니다. SDO의 특징은 다음과 같습니다
- 상세한 데이터 전송: SDO는 오브젝트 딕셔너리 내의 특정 항목에 대한 접근을 제공하며, 복잡한 데이터 구조나 대량의 데이터를 전송할 때 사용됩니다.
- 요청/응답 메커니즘: SDO 통신은 요청과 응답의 형태로 이루어집니다. 한 노드가 데이터를 요청하면, 다른 노드가 해당 데이터를 응답으로 보냅니다.
- 블록 전송: SDO는 블록 전송 모드를 지원하여, 한 번에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있습니다.
- 비동기 통신: SDO는 주기적인 데이터 전송보다는 필요할 때마다 데이터를 전송하는 비동기 통신에 적합합니다.
예시
예를 들어, 모터 제어 시스템에서 토크 제어와 위치 제어를 위한 데이터를 전송해야 한다고 가정해 보겠습니다.
- 토크 제어: 실시간으로 모터의 토크를 조절해야 하므로, PDO를 사용하여 모터 드라이버에게 토크 값을 빠르게 전송할 수 있습니다.
- 위치 제어: 모터의 위치 설정 값이나 구성 파라미터와 같은 상세한 정보가 필요할 때는 SDO를 사용하여 필요한 데이터를 전송합니다.
이러한 방식으로, CANopen 네트워크는 다양한 제어 요구 사항과 데이터 전송 요구 사항을 효율적으로 처리할 수 있습니다.
CANopen에서의 NTM (Network Management) 동작원리와 설계 구조는 다음과 같습니다:
- NTM의 역할: CANopen에서 NTM은 장치들이 상태를 조절하고 관리하는 데 사용됩니다. 각 장치는 NTM 상태에서 자동으로 실행될 수 있으며, CANopen 장치 초기화와 같은 과정을 통해 NTM 상태를 변경할 수 있습니다.
- NTM 메시지 명령: NTM는 다음과 같은 메시지 명령을 사용하여 장치 상태를 관리합니다:
- Start remote node: 려모 노드를 시작합니다.
- Enter pre-operational: 장치가 전역적인 상태로 변경됩니다.
- Stop remote node: 려모 노드를 중지합니다.
- Reset node: 노드를 초기화합니다.
- Reset communication: 커뮤니케이션을 초기화합니다.
- SYNC 메시지: SYNC 메시지는 상위제어기에서 제공하여 연결된 노드에게 메시지를 전송합니다. 이는 시스템의 시간을 정확하게 관리하는 데 사용됩니다.
- OD Entry와 SDO: NTM는 OD Entry에 대한 접근제어 방식으로, 추가적인 정보와 인자를 포함하여 더 구체적인 데이터를 전송할 수 있습니다. SDO는 CANopen에서 사용되는 서버와 클라이언트 관계로 통신하며, 요청하는 명령의 ID와 예를 들어 Read/Write 등의 고유 ID가 있습니다.
- NTM의 구조: NTM의 구조는 다음과 같습니다:
- NTM master 메시지 명령: Master 노드가 명령을 발행합니다.
- NTM slave 메시지 명령: Slave 노드가 master 로부터 명령을 받아서 상태를 변화시킨다.
TI 사 BMS 칩셋인 EMB1428Q는 SPI 버스 인터페이스를 통해 충전/방전 명령을 수신하는 동작 구조와 에너지 이동을 위한 12개의 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버를 제어하는 설계 원리에 대해 다음과 같이 설명할 수 있습니다:
- SPI 버스 인터페이스를 통한 명령 수신:
- 에너지 이동을 위한 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버 제어:
- EMB1428Q는 최대 7개의 직렬로 연결된 배터리 셀 간에 에너지를 이동시키기 위해 필요한 12개의 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버를 제공합니다.
- 이 드라이버들은 EMB1499 DC/DC 컨트롤러 IC와 함께 작동하여, 충전 및 방전 모드를 제어하고 활성화합니다.
- 각 게이트 드라이버는 특정 배터리 셀에 연결된 MOSFET을 개별적으로 제어하여, 에너지를 필요한 셀로 이동시키거나, 과충전된 셀에서 에너지를 빼내어 다른 셀로 분배하는 역할을 합니다.
TI 사 EMB1428Q BMS 칩셋은 배터리 셀 간의 전압을 균등하게 유지하기 위해 액티브 셀 밸런싱을 수행하는 스위치 매트릭스 게이트 드라이버입니다. 이 칩셋의 주요 작동 원리는 다음과 같습니다:
- 전압 모니터링: EMB1428Q는 연결된 배터리 셀들의 전압을 지속적으로 모니터링합니다. 이 데이터는 셀 간의 전압 차이를 파악하는 데 사용됩니다.
- 에너지 전송 제어: 전압 차이가 감지되면, EMB1428Q는 스위치 매트릭스를 통해 높은 전압의 셀에서 낮은 전압의 셀로 에너지를 전송하도록 MOSFET 게이트를 제어합니다.
- 스위치 매트릭스: 칩셋은 12개의 부유 MOSFET 게이트 드라이버를 제공하여 최대 7개의 직렬로 연결된 배터리 셀을 밸런싱할 수 있습니다. 이 드라이버들은 각 셀에 연결된 MOSFET을 제어하여 에너지 이동 경로를 설정합니다1.
- 밸런싱 실행: EMB1428Q는 EMB1499 DC/DC 컨트롤러 IC와 함께 작동하여, 필요한 시점에 적절한 셀 간 연결을 활성화시키고 에너지를 효율적으로 전송합니다.
리튬 배터리 열폭주의 동작 원리
리튬 배터리에서 열폭주가 발생하는 주된 이유는 자가증폭 루프입니다. 열폭주가 시작되면 배터리의 온도가 급격히 상승하며, 이 과정에서 발생한 에틸렌과 같은 가스는 추가적인 열폭주를 유발할 수 있습니다. 이를 이해하기 위해 다음 단계를 살펴보겠습니다.
1. 열폭주의 초기 단계
- 과충전 또는 단락: 리튬 배터리에 과충전, 단락, 또는 기타 전기적 스트레스가 가해지면 내부 온도가 상승합니다. 이러한 열은 내부의 전기화학적 반응을 유도합니다.
- 전해질 분해: 배터리의 온도가 특정 임계점을 초과하면 전해질이 분해되기 시작합니다. 전해질 분해 과정에서 에틸렌, 메탄, 그리고 기타 가스가 방출됩니다.
- 온도 상승: 전해질 분해와 전극의 반응은 추가적인 열을 발생시킵니다. 이 열은 배터리의 온도를 더욱 상승시킵니다.
2. 자가증폭 루프의 작동
- 가스 생성: 전해질 분해는 에틸렌과 같은 가스를 생성합니다. 이 가스는 배터리 내부의 압력을 증가시키며, 압력 상승은 배터리 케이싱의 파손을 초래할 수 있습니다.
- 산소 발생: 전해질의 분해와 전극 물질의 반응은 산소를 생성합니다. 이 산소는 가연성 가스와 혼합되어 화학적 연소 반응을 촉진합니다. 에틸렌과 같은 가스는 산소와 결합하여 열을 방출하며, 이로 인해 온도가 더욱 상승합니다.
- 열의 자가 증폭: 생성된 열은 추가적인 전해질 분해와 전극 반응을 유도하여 열 발생을 가속화합니다. 이 과정이 계속 반복되면서 열폭주가 더욱 심각해집니다.
- 최종 단계: 열폭주가 진행되면 배터리 내부 온도가 극단적으로 상승하여 화재나 폭발을 초래할 수 있습니다.
해결 방안 및 동작 원리
리튬 배터리의 열폭주를 예방하고 제어하기 위해서는 다음과 같은 해결 방안을 고려할 수 있습니다.
1. 전해질 개선
- 안정적인 전해질 사용: 열적 안정성이 높은 전해질을 사용하여 전해질 분해를 방지합니다. 이로 인해 가스 발생을 줄이고, 열폭주를 예방할 수 있습니다.
- 고온 안전 전해질: 고온에서도 안정적인 전해질을 사용하여 배터리의 안전성을 높입니다.
2. 열 관리 시스템
- 냉각 시스템: 배터리의 온도를 효과적으로 제어하기 위해 냉각 시스템을 설계합니다. 팬, 히트 싱크, 액체 냉각 시스템 등을 활용하여 배터리의 열을 방출합니다.
- 열 전도성 재료: 열을 효과적으로 분산시키기 위해 열 전도성 재료를 사용하여 배터리의 온도를 관리합니다.
3. 배터리 보호 회로
- 과충전 보호 회로: 배터리가 과충전되지 않도록 보호하는 회로를 설계합니다. 과충전이 감지되면 전원을 차단하여 열폭주를 방지합니다.
- 단락 보호 회로: 단락 상황에서 배터리를 보호하기 위한 회로를 설계하여 내부 단락을 방지합니다.
4. 기계적 설계 개선
- 강화된 케이싱: 배터리의 외부 케이싱을 강화하여 압력 상승에 따른 파손을 방지합니다. 고온에도 견딜 수 있는 재료를 사용합니다.
- 가스 배출 시스템: 내부 압력이 과도하게 상승할 경우, 가스를 안전하게 배출할 수 있는 시스템을 설계합니다.
5. 모니터링 및 제어 시스템
- 온도 센서: 배터리의 온도를 지속적으로 모니터링하여 과도한 온도 상승을 조기에 감지합니다.
- 자동 차단: 이상 상태가 감지되면 자동으로 배터리 전원을 차단하거나 냉각 시스템을 활성화하여 배터리의 안전성을 유지합니다.
리튬 배터리의 열폭주를 방지하고 해결하기 위한 핵심적인 해결 방안을 다음과 같이 제시할 수 있습니다. 각 해결 방안은 배터리 내부의 온도 상승, 전해질 분해, 그리고 열폭주 현상을 효과적으로 제어하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
1. 안정적인 전해질 개발
문제: 전해질이 열에 의해 분해되면서 에틸렌, 메탄 등의 가스가 방출되고, 이는 열폭주를 유발합니다.
해결 방안:
- 고온 안정성 전해질: 고온에서도 안정적인 전해질을 사용하여 전해질 분해를 지연시키거나 방지합니다. 예를 들어, 고온 내성 전해질 또는 세라믹 기반 전해질을 사용하여 높은 온도에서도 화학적 안정성을 유지하도록 설계합니다.
- 세라믹 전해질: 세라믹 전해질은 높은 온도에서도 안정적인 성질을 가지고 있으며, 열폭주를 방지하는 데 효과적입니다. 리튬 이온 세라믹 전해질(LiPON 등)은 높은 온도 안정성을 제공하며, 전해질의 열 분해를 최소화합니다.
- 첨가제 사용: 전해질에 특수 첨가제를 추가하여 열적 안정성을 높이고, 분해 시 발생하는 가스를 억제합니다.
구현 예:
2. 효과적인 열 관리 시스템
문제: 배터리의 온도가 상승하면 전해질 분해가 촉진되고, 가스 발생이 가속화됩니다.
해결 방안:
- 액체 냉각 시스템: 액체 냉각 시스템을 사용하여 배터리의 온도를 효과적으로 제어합니다. 냉각 액체가 배터리의 열을 흡수하고, 이를 외부로 방출하여 온도를 낮춥니다.
- 열 전도성 재료: 배터리의 열을 효율적으로 분산시키기 위해 열 전도성이 높은 재료를 사용합니다. 예를 들어, 열 전도성 패드를 배터리와 냉각 핀 사이에 삽입하여 열을 효과적으로 전달합니다.
- 온도 센서 및 제어 시스템: 배터리 내부에 온도 센서를 배치하여 실시간으로 온도를 모니터링하고, 과열 시 자동으로 냉각 시스템을 활성화합니다.
구현 예:
3. 배터리 보호 회로와 안전 장치
문제: 배터리의 열폭주를 예방하기 위해서는 배터리 내부의 이상 상태를 조기에 감지하고 대응하는 것이 필요합니다.
해결 방안:
- 과충전 및 과방전 보호: 배터리의 충전 상태를 모니터링하고, 과충전이나 과방전 상황이 발생할 경우 자동으로 충전 전원을 차단하거나 전류를 조절합니다.
- 단락 및 과열 보호 회로: 배터리의 전류를 모니터링하여 단락 상태를 감지하고, 과열 감지 시 배터리를 자동으로 차단합니다.
- 가스 배출 시스템: 배터리 내부에 가스 배출 시스템을 설계하여 내부 압력이 과도하게 상승할 경우 가스를 안전하게 배출합니다. 이를 통해 배터리의 폭발 위험을 줄입니다.
구현 예:
이러한 해결 방안을 통해 리튬 배터리의 열폭주를 효과적으로 방지하고, 배터리의 안전성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 각 해결 방안은 배터리의 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 하며, 이를 통해 안전하고 신뢰성 높은 배터리 시스템을 구축할 수 있습니다.
저의 전기차 바테리 BMS 개발 보드의 펌웨어 설계 커스토마이징 노하우 소개
이러한 과정을 통해 EMB1428Q는 배터리 팩의 전체 성능을 최적화하고, 각 셀의 수명을 균일하게 유지하며, 전체 시스템의 안정성과 효율성을 높이는 데 기여합니다. 저희 딥네트워크가 바테리 BMS 설계도 깊이있게 검토 분석을 하다 보니 깨닭은게 BMS 설계에 최적화된 바테리 HW 스택을 설계하는것을 빈틈없이 HW 설계를 하면 아무래도 BMS 펌웨어의 성능은 BMS HW 설계 범주내에서 펌웨어 성능이 나올수 있는것 같읍니다 ... TI 의 EMB1428Q 칩셋이 SPI 버스 인터페이스를 통해 충전/방전 명령을 수신하는 동작 구조와 에너지 이동을 위한 12개의 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버를 제어하는 펌웨어 설계 원리를 파악에 성공했읍니다 저는 이를 위해 MOSFET 스위칭 제어를 위한 설계 방법 파악을 통해 에너지 이동을 위한 플로팅 MOSFET 게이트 드라이버 제어를 TI 사 EMB1428Q 칩셋을 적용해 펌웨어로 BMS 펌웨어 구현 노하우도 확보 성공했읍니다 ... 제가 파악한바로는 BMS HW 설계의 핵심은 셀 충방전 회로 설계시 스위치 캐패시티드 네트워크로 설게하는데 이때 MOSFET 스위칭 소자의 게이트 구동회로 설계시 MOSFET 회로가 플로팅됬을때 게이트 구동회로에 인가전압을 어떻게 인가하도록 설계하는냐가 핵심인데 이것도 파악에 성공했읍니다 ...