Honeywell 센서를 통해 EV 및 배터리 스토리지에 대해 안전 우선적으로 접근

전화(electrified) 응용 제품을 개발하려면 신뢰할 수 있고 사용자 친화적인 경험을 보장하기 위해 안전 표준을 엄격하게 준수해야 합니다. 전기 차량(EV)을 운전하거나 30,000피트 상공에서 제트기를 타고 비행하면서 모바일 장치를 작동할 때 연기 또는 심지어 화재를 일으킬 수 있는 열 폭주를 경험하려는 사람은 아무도 없습니다. 이것이 바로 EV 배터리 및 에너지 스토리지 시스템 제품 설계자가 성능을 방해하지 않으면서 안전한 작동을 보장할 수 있는 특별히 정확하고 신뢰할 수 있는 센서를 필요로 하는 이유입니다.

리튬 이온(Li-ion) 배터리는 EV 및 기타 다양한 전자 응용 제품에 필수적인 높은 에너지 밀도와 효율성으로 주목받고 있습니다. 그러나 미국 화재 예방 협회(NFPA)가 지적한 것처럼 '손상되거나 잘못 사용, 충전 또는 저장될 경우 과열이 발생하거나, 불이 붙거나, 폭발이 증가할 가능성'이 있습니다.

수백만 대의 EV가 전 세계 도로 위를 주행하고 있고 수십억 개의 Li-ion 구동식 모바일 장치가 사용되고 있다는 것을 고려할 때 열폭주 발생의 가능성은 상대적으로 희박하지만 적지는 않습니다. FAA 데이터에 따르면 미국 항공편의 경우 일주일에 약 두 건이 발생하고 있습니다. 더 많은 전화 응용 제품이 개발됨에 따라 이러한 열폭주 발생 횟수가 분명히 증가할 것이며 이는 벤더의 매출에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

또한 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 2010년 이후 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 수명, 획기적인 비용 절감으로 Li-ion 배터리 수요의 90% 이상이 에너지 부문에서 발생하여 전력 저장 응용 제품의 대체품을 앞질렀습니다. 여러 국가와 비즈니스가 넷제로(Net-Zero) 방출 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라 유틸리티 규모의 배터리 에너지 스토리지 시스템(BESS)이 빠른 속도로 채택되고 있습니다.

안전 우선 전화 응용 제품의 설계

산업 전반에서 Li-ion 배터리에 대한 수요가 증가하면서 제품 설계자는 자신의 응용 제품에 이 배터리를 사용하기 위해 안전 우선 접근 방식을 택하는 것이 필수적입니다.

열폭주 현상은 배터리의 온도가 상승함으로써 화재 또는 심지어 폭발을 일으킬 수 있는 열이 발생할 때 나타납니다. 이러한 현상은 과도한 충전, 내부 구조를 손상시키는 물리적 손상, 제조상의 결함으로 나타나는 단락으로 인해 발생할 수 있습니다.

Li-ion 배터리는 과도한 방전, 외부 단락, 매우 강한 환경 열기 및 기타 요인으로 인해 성능이 저하될 수 있습니다.

Honeywell Sensing and Productivity Solutions는 응용 설계자가 안전, 효율성, 성능을 향상시키기 위해 활용할 수 있는 전류 및 배터리 안전 센서를 제공합니다. 이러한 센서는 전류 및 배터리 상태를 모니터링하고 관리합니다. 또한 EV 및 BESS를 위한 배터리 관리 시스템에 활용되어 조기에 문제를 감지하고 정확한 측정을 지원하며 기타 다양한 응용 제품에 통합하기 위한 맞춤식 기능을 제공할 수 있습니다.

이 회사의 CSHV 계열 개방 루프 전류 센서(그림 1)는 전류 감지 응용 제품에서 성능 및 신뢰성을 위해 홀 효과 및 독점적인 Honeywell 기술을 사용하여 ±100ADC ~ ±1500ADC 범위의 직류(DC)를 측정합니다. 이 전류 센서는 전류에 비례하는 아날로그 전압 출력을 제공하여, 배터리 관리 시스템(BMS), 배터리 차단 장치(BDU), 전력 분배 장치(PDU)의 전류 감지와, 결함 감지 및 격리와 같은 다양한 전기 자동차 응용 분야로의 통합을 지원합니다.

그림 1: Honeywell의 CSHC 계열 센서는 개방 루프 홀 효과 기술을 사용합니다(이미지 출처: Honeywell).

Honeywell의 CSNV 계열 전류 센서는 폐쇄 루프 홀 효과 기술을 사용하여 넓은 온도 범위에서 높은 정확도와 안전성을 제공합니다. 이 센서는 배터리 관리 시스템, 전기 차량, 에너지 스토리지 시스템 및 높은 정확도와 신뢰성을 요구하는 다른 응용 제품에서 전류를 측정하도록 설계되었습니다. 센서 및 호스트 시스템의 결함 뿐만 아니라 범위를 초과하거나 범위에 미치지 못하는 공급 전압을 감지하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 센서는 다음과 같은 세 가지 모델로 제공됩니다.

• CSNV500 장치는 ±0.5% 미만의 총 정확도로 최대 ±500A를 측정할 수 있습니다.
• CSNV700 장치(그림 2)는 ±0.5% 미만의 총 정확도로 최대 ±700A를 측정할 수 있습니다.
• CSNV1500 장치는 ±1% 미만의 총 정확도로 최대 ±1500A를 측정할 수 있습니다.

그림 2: Honeywell CSNV700 계열 전류 센서(이미지 출처: Honeywell)

CSSV 계열 고급 플럭스게이트 전류 센서(그림 3)는 플럭스게이트와 개방 루프 홀 효과 기술을 결합합니다. 안전이 중요시되는 응용 분야를 위해 설계된 이러한 센서는 감지 및 진단 기능을 위한 두 개의 독립적인 감지 및 데이터 처리 회로를 통합하여 정밀한 전류 측정을 제공합니다. 이 계열은 EV 구동 제어 시스템 내 전류 누설, 결함 감지, 격리를 감지하도록 설계되었습니다.

그림 3: CSSV 계열 고급 플럭스게이트 전류 세너(이미지 출처: Honeywell)

BAS 계열 배터리 안전 센서(그림 4)는 연기, 액체, 잔해와 같은 에어로졸의 유무 및 농도를 측정하여 밀폐된 Li-ion 배터리 팩에서 열폭주 현상을 감지 및 보고하도록 설계되었습니다. 이 계열은 컨트롤러 영역 네트워크(CAN) 통신 프로토콜을 사용하여 200µg/m³ ~ 10000µg/m³의 에어로졸 농도를 측정하고 보고합니다. 공장에서 프로그래밍된 열폭주 경고 임계값은 5000µg/m³이며 전기 차량 및 에너지 스토리지 시스템에 통합할 수 있습니다.

그림 4: Honeywell BAS 계열 센서는 Li-ion 배터리 팩의 연기, 액체 및 기타 에어로졸 농도를 측정합니다(이미지 출처: Honeywell).

BPS 계열 배터리 안전 압력 센서(그림 5)는 EV 배터리 팩 및 에너지 스토리지 시스템의 압력 변화를 모니터링함으로써 Li-ion 배터리 팩에서 열폭주 발생의 조기 조짐을 감지하고 보고하도록 설계되었습니다. 이 계열은 50kPa ~ 300kPa 절대 압력에 걸친 배터리 압력 변화를 감지하고 절대 압력 및 압력 변화율 모두에 대한 경고 임계값을 구성할 수 있습니다.

그림 5: Honeywell의 BPS 계열 배터리 안전 센서는 Li-ion 열폭주 발생의 조기 감지를 제공합니다(이미지 출처: Honeywell).

결론

전화 응용 제품에 대한 수요가 확장되면서 Li-ion 배터리의 채택이 이미 광범위하게 증가하고 있습니다. 그러나, 제품 설계자는 EV 배터리 팩 및 에너지 스토리지 시스템의 안전, 신뢰성, 효율성을 개선할 수 있는 센서를 통합하여 지정된 파라미터 내에서 작동하고 불규칙성에 신속하게 대응할 수 있어야 합니다. Honeywell 센서는 함께 작동하여 충전 및 방전 프로세스 관리, 열 관리 시스템 제어, 필요 시 안전 프로토콜 실행에 대한 정보를 제공함으로써 최적의 성능과 안전성을 보장합니다.