Wednesday, July 25, 2012

스마트키 시장 조사



스마트키

http://www.smart-on.com/ :
aftermarket도 있네 이런게 근데 나중에 규제 같은 게 생기는 게 아닐까? 38~ 58만원인데.. 컥

http://www.smart-on.com/product/smartsystem/l7.html
아. 이게 보조키는 NFC이구나.

http://www.carstart.co.kr/bemarket/shop/page_cate_main.php?list_mode=L&&uid=31834&part_code=101001017
음 엄청 싼 건 NFC만 쓴 듯 Keynokey 자동차 키노키 시스템 스탠다드 (장착비별도)
10만원이네.


제조 업체들은 다른 이름 밑에 열쇠가없는 인증 시스템을 사용 :

[ edit ]How it works


  • The smart key allows the driver to keep the key fob in their pocket when unlocking, locking and starting the vehicle. The key is identified via one of several antennas in the car's bodywork and a radio pulse generator in the key housing. Depending on the system, the vehicle is automatically unlocked when the door handle, trunk release, or an exterior button is pressed. Vehicles with a smart key system fitted are required to have a mechanical backup [ citation needed ] , usually in the form of a spare key blade supplied with the vehicle. Some manufacturers hide the backup lock behind a cover for styling.
  • A push-button ignition switch in place of the immobiliser on aMitsubishi Outlander Sport SEequipped with the Smart key.
  • Vehicles with a smart key system can disengage the immobiliser and activate the ignitionwithout inserting a key in the ignition, provided the driver has the key inside the car. On most vehicles this is done by pressing a starter button or twisting an ignition switch.
  • When leaving a vehicle equipped with a smart key system, the vehicle is locked by either pressing a button on one of the door handles, touching a capacitive area on a door handle, or by simply walking away from the vehicle. The method of locking varies between models.
  • Some vehicles automatically adjust settings based on the smart key used to unlock the car: user preferences such as seat positions, steering wheel position, exterior mirror settings, climate control temperature settings, and stereo presets are popular adjustments, and some models such as the Ford Escape even have settings which can prevent the vehicle from exceeding a maximum speed when a certain key is used to start it.

  • [ edit ]Nomenclature

  • Nissan Intelligent Key
  • Manufacturers use keyless authorization systems under different names:






http://polinlove.tistory.com/2344


                    <본 이미지는 해당글과 아무런 관계가 없음을 알려드립니다.>

최근 신규차량에 순정 또는 옵션으로 많은 사람들이 이용하는 “스마트키”는

그동안 운전자들이 차량을 이용할 때 불편했던 점들을

개선한 ‘고정관념을 깬 획기적 제품’으로 인기가 높습니다.

요즘 개선된 스마트키는 ‘스마트폰’과 연동되어

차량의 상태를 한눈으로 확인할수 있는 지경으로 까지 개선되었습니다.

그러나, 이렇게 편리한 '스마트키(smart key)'가

의외로 기존 이용하던 열쇠 Key보다 더 보안이 취약한 것으로 나타났습니다

스위스 연방공대(ETH) 컴퓨터공학과 연구진은 최근 조사 결과,

스마트키가 없어도 간단한 장비로 자동차 문을 열거나 시동을 걸어

차를 훔칠 수 있는 것으로 나타났다고 밝혔습니다.

연구진은 간단한 안테나 장비를 이용,
자동차와 스마트키가 주고받는 신호를 증폭시키는 방법으로

모든 차종의 문을 열고 시동을 걸어 차를 몰고 갈 수 있었습니다.




쉽게 이야기해서,

스마트키는 차에서 흘러나오는 일종의 '라디오 주파수'와 같은

저(低)전력 신호를 감지해 차를 조작하는 구조로 돼 있는데,

이러한 스마트 키를 인식하는 유효거리를 5-6배정도 증폭시켜

차문을 열 수 있는 원리인거죠.

연구진은 8개 업체에서 생산한 10개 차종을 대상으로 이번 조사를 실시했니다.
실험 대상 차종은 밝히지 않았습니다.

이번 실험 결과, 한 사람이 안테나(증폭 수신기)를 들고

스마트키의 반경 8m 이내로 다가가고,

다른 한 사람은 또 하나의 안테나(증폭기)를 들고 차로 다가가자

자동차와 스마트키 사이에 주고받는 신호가 안테나를 통해 이어지면서
차 문이 열리고 심지어 시동까지 걸리는 것으로 나타났습니다.

두 안테나 사이의 최장 거리는 50m까지 가능했습니다.
따라서, 차량과 스마트키의 거리가 50M이내이면

무조건 차문을 열수 있는 것입니다.

이 같은 문제는 '열림' 버튼을 누르지 않고도

차에 다가가서 문을 잡아당기면 자동으로 열리는
'패시브' 방식의 스마트키는 물론 버턴식 자동문 열림’기능이 있는

모든 차량에 해당됩니다.

현재 이 방식이 모든 스마트키 차량의 대부분입니다.

연구진은 "이번 실험결과 동일 방식의 스마트키는

차량 도난 위험이 클 것으로 나타났다"며 "



운전자의 주의 및 업체들의 보완책이 필요하다"고 지적했습니다.

차량내에 보관하는 귀중품과 차량 자체도 언제든지 범죄의 대상이 될 수 있습니다.

시중에서 20만원대에 모든차량에 장착가능한 ‘스마트키’의 편리함 보다

먼저 보안을 생각한다면, 옵션 선택시 한번쯤을 꼭 고려해야 할 부분인 것 같습니다.




무선리모컨은 가라 '스마트키가 뜬다'


등록일 2010.03.04 17:12:22 | 조회수 35038 | 추천수 38     


어른들이 종종 하는 말씀 중에 ‘손 안대고 코 푼다’란 말이 있다. 본인은 아무것도 하지 않고 어부지리로 이득을 취한다는 뜻이다. 나날이 발전하는 자동차 기술을 보면 그 말이 새삼 떠오른다. 요즘은 그 흔한 무선리모컨 ‘삑삑이’ 조차도 필요 없는 시대가 되지 않았는가. 문을 여닫을 필요도 없이 자동차 근처에 가면 도어록이 해제되고 자동으로 시동이 걸리며 문을 닫고 차를 떠나면 잠금 상태가 되는 편리한 세상이다.
리뷰를 위해 사용한 2008년식 현대 i30 모델은 무선리모컨 만을 지원하는 모델이다. 스마트온에서 개발/제조한 럭셔리 플러스(ST231K) 패키지를 통해 스마트키와 엔진 스타트 버튼이 달린 신형 모델로 탈바꿈 시켜봤다.
일단 장착에 소요되는 시간은 차종에 따라 다르지만 보통 3~4시간이 소요된다. 일단 전원과 각종 케이블을 연결하기 위해 배선 작업이 필요하고 스마트키 사용을 위해 근거리 센서 2개와 장거리용 원격센서를 차량 앞유리 상단에 부착하는 작업이 필요하다.
외형상 바뀌는 것은 기존 키박스와 이모빌 시스템을 그대로 보존하고 키박스 위에 엔진 스타트 버튼을 붙이는게 전부다. 원형에 손상을 주지 않아 나중에 원상복구를 하거나 다른 차량에 이식할 때 문제가 없다.
스마트키는 운전자가 본인의 자동차에 근접하면 자동으로 도어록이 해제되는 것이 기본 기능이다.반대로 멀리 떨어지면 차문이 자동으로 잠겨야 한다. 이런 기능을 총괄하는 근접센서모듈은 스마트키에서 가장 중요한 기술이다.
일정한 거리를 유지하면서 동작해야 하는 기능인 만큼 거리가 수시로 바뀌면서 동작하는 스마트키는 신뢰도가 떨어진다는 것을 명심하자. 너무 멀리서 동작해도 문제지만 차에 도착했는데도 안 열리는 것도 문제다.
보통 리모컨 인식률이 떨어지는 스마트키 제품의 경우 전력 소모가 비효율적이라 자동차 배터리가 쉽게 방전될 수 있다.
원가 절감을 위해 근접센서모듈을 아낀 제조사의 제품의 경우 자동차 문은 열려도 트렁크가 안 열리는 낭패를 볼 수도 있다. 소형차는 신호가 도달하지만 중형 이상의 모델은 거리 제한을 받기 때문이다.
스마트키는 열쇠가 없이 차량의 보호장치를 해제하는 장치이므로 높은 보안성을 요구한다. 암호화 기술이 필수 조건인 셈이다.
보안 장치는 2중으로 되어 있다. 일단 리모컨이 인식이 안된 상태에서 강제적으로 문이 열리면 시동 버튼을 눌러도 시동이 걸리지 않는다. 도난으로 인한 차량 분실 사고를 막기 위해서다.
스마트키를 통해 정상적으로 경보장치가 해제되면 설정을 통해 ‘자동 시동’ 기능을 활성화시킬 수 있다. 기존 차량 리모컨처럼 원격 시동도 가능하며 터보차저가 달린 차량을 위한 후열 기능도 갖추고 있다.
스마트키의 원격 시동 유효거리는 대략 아파트 10층 높이에서 지하 주차장 입구에 주차된 차량이면 원활하게 걸리는 수준이다. 차량 한대를 여러명이 사용할 때를 대비해 스마트키는 3대까지 추가 등록이 가능하다.
스마트키는 별도의 배터리로 구동되는 만큼 배터리 사용 시간도 중요하다. 경보기를 작동하고 36시간이 지나면 자동으로 슬립(Sleep)모드로 들어가 전력 소모를 줄인다. 이때는 스마트키가 작동하지 않기 때문에 도어 해제 버튼으로 문을 열어야 한다. 스마트키 근접센서의 전류 소모를 막아 배터리 방전을 막기 위한 보호 장치인 셈. 스마트키에 들어가는 전원는 AAA사이즈 배터리 1개다.
애프터마켓용 스마트키 시스템의 장점은 스마트키가 장착되지 않는 어떤 구형 모델이라도 편리함을 만끽할 수 있다는 점이다. 이모빌라이저가 장착된 모델도 스페어키에서 이모빌칩을 추출해 장착 가능하다.
미디어잇 김재희 기자 wasabi@it.co.kr
상품전문 뉴스채널 <미디어잇(www.it.co.kr)>




차 스마트 키 '골치 아파' 작동 어렵고 응급상황서 엔진 멈추지 않아

[LA중앙일보]
기사입력: 01.24.10 21:13




자동차 스마트키의 안전 문제가 수면 위로 떠오르고 있다.

24일 LA타임스는 최근 5년 동안 스마트키 시스템을 기본 사양으로 채택하거나 옵션으로 포함시킨 차량이 증가하는 가운데 운전자가 새로운 시스템에 대해 이해하기 어렵고 프리웨이 주행 중 응급 상황에서 엔진이 멈추지 않아 소비자의 불만이 고조되고 있다고 보도했다.

스마트키 시스템은 운전자가 차에 접근했을 때 자동으로 문이 열리고 파워 버튼을 누르면 시동을 걸거나 끌 수 있는 첨단 시스템이다.

하지만 자동차 메이커마다 스마트키 시스템 조작법이 각기 달라 소비자들이 혼동을 겪고 있어 새로운 규제안이 필요하다는 지적이다.

보통 스마트키 시스템을 적용한 차량은 주행 중 위급상황이 발생하면 버튼을 1~3초 정도 누르고 있어야 엔진이 멈춘다.

하지만 머세이디즈 벤츠의 경우 주행중 엔진을 멈추려면 변속기를 중립에 놨을 경우에만 가능하다. 또 다른 차종은 차량이 시간당 5마일 이하로 주행할 때만 강제로 엔진을 멈출 수 있다.

자동차 안전 전문가들은 "소비자의 혼동을 막기 위해 자동차 메이커들이 스마트키 시스템을 사용 기준을 통일해야 한다"며 "또한 강제로 엔진을 멈추는 방법에 대한 안내문을 차량에 부착하는 것도 방법이 될 수 있다"고 말했다.

이에 대해 자동차 제작사들은 차량 내부에 안내문을 부착하는 것에 대해 부정적인 입장을 보이고 있다. 응급 상황에서 자동차 엔진을 강제로 멈추는 것이 최선의 방법은 아니기 때문이라는 것이다.

한편 스마트키의 안전 문제가 제기되면서 고속도로안전국은 스마트키 조작법의 기준안 마련을 위한 조사에 나섰으며 스마트키 기술에 대한 안전성 시험에 들어갈 예정이다.

그러나 새로운 연방 안정 규정이나 시스템 사용 기준을 통일하는데 1년 이상의 시간이 소요돼 스마트키 안전 문제에 대한 우려의 목소리는 더욱 커질 전망이다.




[지디넷코리아]주로 자동차 시동을 거는 용도로 사용됐던 스마트키가 앞으로 더욱 똑똑해진다. 근거리무선통신(NFC)칩이 내장된 스마트폰(안드로이드폰)위에서 스마트키를 흔들면 자동차 연료량·서비스 이력 등을 바로 확인할 수 있게 됐기 때문이다.

유럽 반도체 업체인 NXP는 이러한 기능을 구현하는 스마트키용 칩 솔루션인 '키링크 라이트(KEyLink Lite)'를 출시했다고 27일 발표했다.

NXP에 따르면 이 솔루션의 또다른 기능은 주차위치를 확인할 수 있다는 것이다. 운전자가 마지막으로 주차한 곳의 위성항법장치(GPS) 좌표가 스마트키에 자동으로 기록돼 스마트폰으로 이 정보를 읽으면 구글맵과 같은 모바일 지도서비스에 주차위치가 표시된다.
*
▲ NXP가 출시한 자동차 스마트키 솔루션 `키링크 라이트`. NFC가 탑재된 스마트폰과 연동해 자동차와 관련한 다양한 편의기능을 제공한다.


또한 집에 있는 컴퓨터에 목적지를 입력하고, 스마트키를 이용해 이를 인식하면 목적지 정보가 자동차 내비게이션 시스템에 자동으로 업로드 돼 바로 경로를 알려준다.

NXP는 자사의 NFC기능과 이른바 '리모트키리스엔트리(Remote Keyless Entry, RKE)''패시브키리스엔트리(Passice KEyless Entry, PKE)' 기술을 조합해 이 같은 솔루션을 개발했다고 밝혔다.

드루 프리만 NXP 반도체 글로벌 오토모티브 영업 및 마케팅 총괄 부사장은 자사 솔루션을 통해 “운전자들은 스마트키를 살짝 흔들어 주기만 하면 그들의 자동차를 통해 자동차와 관련된 다양한 편리, 편안함 및 유지보수 관련 서비스를 제공받을 것이며 완전히 새로운 경험을 하게 될 것”이라고 말했다.





프리미엄 양방향 스마트키+엔진스타트버튼 패키지 ‘스마트온 럭셔리 플러스’ 국내 정식 출시
(서울=뉴스와이어) 2010년 02월 01일 -- 스마트온커뮤니케이션(www.smart-on.com)은 양방향 스마트키와 엔진스타트버튼 패키지인 ‘스마트온 럭셔리 플러스(ST231K)’를 2월 1일 국내 정식 출시한다.

‘ST231K’는 양방향 스마트키 본연의 기능인 차에 가까이 가면 차문이 자동으로 열리고, 차에서 멀어지면 자동으로 문이 닫히는 스마트 도어 기능을 순정 스마트키 수준으로 구현했다는 평가를 소비자들부터 받았다. 양방향 원격시동경보기 기능을 기본으로 제공하며 700m가 넘는 원격시동 거리는 ‘ST231’은 이 제품의 특징이다.

스타트버튼부는 순정 스타일의 디자인과 부드러운 터치감을 잘 살렸으며, 듀얼 세이프티 케어(Dual Safety Care) 시스템을 탑재하여, 전원 부하가 많이 걸리는 버튼시동부를 프로세스와 전원부를 2중화 설계하여, 주행중 한쪽 프로세스가 문제가 생기더라도 다른 한쪽 프로세스 전원을 유지시켜 주어 주행중 시동이 꺼지지 않도록 설계하여 스타트버튼의 안정성을 크게 향상시켰다.

또한 ‘ST231K’의 스타트버튼 기존 키홀더 부분을 제거할 필요 없이 키 홀더 위에 간단하게 시공할 수 있는 슬림 디자인으로 자동차에 손상없이 장착할 수 있다.

기존에 스마트 시스템이 장착되어 있지 않은 자동차라도 ‘ST231K’를 장착하면 스마트키를 주머니에서 꺼낼 필요 없이 차에 가까이 가면 자동으로 차문이 열리고, 차문을 열면 시동까지 자동으로 걸어준다. 주행이 끝나면 시동버튼으로 간단하게 시동을 끈 후 차문을 열고 걸어가면 자동으로 차문을 잠가주고, 도난 경보모드로 전환하므로써, 자동차키에 전혀 신경을 쓸 필요 없는 진정한 스마트 라이프를 제공한다.

스마트온커뮤니케이션의 오세훈 이사는 “스마트온커뮤니케이션의 모든 제품은 무선 이중 암호화 통신을 기반으로 하기 때문에 요즘 문제가 되고 있는 자동차 무선 해킹에 대해 안전하고, 제품의 부품들 또한 오토모티브 스팩의 부품을 선별하여 사용하기 때문에 제품의 품질에 자신이 있다.” 라고 말했다.

‘스마트온 럭셔리 플러스(ST231K)’는 스마트온커뮤니케이션(www.smart-on.com)의 전국 취급점/장착점에서 구입할 수 있다.
출처: 스마트온커뮤니케이션
홈페이지: http://www.smart-on.com
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Friday, July 20, 2012

배터리 충전 알고리즘


[Contributed Article]

멀티케미스트리 배터리 충전IC의 설계
Keith Keller 
아날로그 부문 애플리케이션/전원 관리
텍사스 인스트루먼트 (Texas Instruments)
과제
니켈, 리튬이온, 납축전지 셀을 위한 배터리 충전IC를 설계하기 위해서는 적절한 충전과 안전성에 대해 고려해야 한다. 포괄적인 충전 알고리즘을 개발해야 하며 이는 지원해야 하는 케미스트리에 따라 다르다. 이러한 유형의 설계를 달성하기 위한 가장 편리한 방법은 마이크로프로세서와 함께 통합적이며 유연한 멀티케미스트리 배터리 충전IC를 이용하는 것이다. 마이크로프로세서를 이용해서 배터리 케미스트리를 식별하고 종료 기준을 비롯한 적절한 충전 조건으로 조절한다. 마이크로프로세서는 또한 안전성을 위해 작동 조건을 모니터한다.
각기 다른 배터리 케미스트리의 충전 기법
각기 다른 케미스트리의 셀은 충전되는 방식에 근본적인 차이가 있다. NiMH(nickel-metal-hydride) 셀은 충전 사이클 전반에 걸쳐서 정전류를 필요로 한다. 리튬이온 셀은 정전류 다음에 최대 정격 개별 전압에 따른 정전압을 필요로 한다. 납축전지 셀 역시 정전류 다음에 정전압 스테이지를 필요로 하는데 다만 최종적인 부동 충전 스테이지를 추가해야 한다. 다음은 이들 각각에 대한 설명이다.
NiMH 셀
정전류로 충전하고 있을 때 NiMH 셀의 최대 충전을 판단하기 위해 널리 이용되는 기법은 대략 8~16mV의 전압 저하나 10?C의 급격한 온도 상승이 일어나는지 모니터링하는 것이다. 어느 경우든 이러한 조건이 발생하기 위해서는 0.5C 이상의 충전 레이트가 필요하다(1C가 적합). ("C 레이트"는 배터리 용량에 따라 정의된다. 셀의 정격이 1,500mAh라면 1C 충전 레이트는 1.5A가 된다.) 전압 저하 기법을 이용하는 독립형 충전IC의 경우에는 배터리 검출 라인의 잡음을 최소화하기 위해서 레이아웃에 주의를 기울여야 한다. 이러한 잡음은 오류의 최대 충전 표시를 제공할 수 있다. 멀티케미스트리 충전IC를 이용해서 정전류 충전을 구현하기 위해서는 충전 조절 전압이 셀이 도달할 수 있는 것보다 높도록 피드백 레지스터를 설정해야 한다.
리튬이온 셀
lithium-manganese-oxide(LiMn2O4) 및 lithium-cobalt-oxide(LiCoO2) 셀의 최대 정격 개별 전압은 통상적으로 4.2V이며, 최근의 lithium-iron-phosphate(LiFePO4) 셀은 3.7V이다. 최대 정격 전압에 도달하면 이 전압이 일정하게 유지되다가 전류가 점차 감소해서 적당한 "테이퍼" 지점에 도달하면 최대 충전 셀인 것으로 표시한다. 독립형 충전IC의 테이퍼 지점은 일반적으로 고속 충전 레이트의 1/10이다. 하지만 유연한 마이크로컨트롤러 기반 아키텍처를 이용하면 설계자가 충전 사이클의 어느 지점에서나 충전을 종료하도록 선택할 수 있다. "바이패스" 셀 밸런싱 회로를 이용해 스마트 배터리를 충전하는 경우에는 충전 종료 시에 전압이 비교적 일정하고 전류가 점차 감소할 때만 셀 밸런싱이 일어나므로 더 긴 충전 시간이 필요하다.
납축전지 셀
리튬이온 셀과 마찬가지로 납축전지 셀은 정전류 충전 다음에 정전압 스테이지를 필요로 하는데 다만 이들 셀은 최종적인 부동 충전 스테이지를 필요로 한다. 납축전지 셀이 충전하는 속도는 니켈이나 리튬이온 셀보다 훨씬 느리다. 충전 시간이 배터리 용량에 따라서 12시간에서 36시간에 달할 수 있다. 몇몇 주요 절충 요인에 따라서 개별 셀의 적합한 충전 전압은 2.3V~2.45V 사이다. 셀을 이보다 낮은 전압으로 충전하면 서비스 수명을 극대화할 수 있으나 음극 플레이트의 황산화를 일으킬 수 있다. 이보다 높은 전압으로 충전하면 충전 시간을 단축할 수 있으나 온도가 높아지면 셀이 과열될 수 있다. 최종적인 부동 충전 스테이지는 전압을 셀당 약 2.25V로 감소시켜야 한다. 이 사양은 업체에 따라서 몇몇 예외가 있으므로 적절한 충전 및 안전성 조건에 대해서 셀 데이터시트 및 사양을 세심하게 확인해야 한다.
솔루션
다행히도 유연한 멀티케미스트리 배터리 충전IC와 마이크로프로세서를 이용하여 어떠한 배터리 케미스트리를 위한 충전 알고리즘의 모든 측면을 구현할 수 있다. 리튬이온이나 니켈 팩을 모두 이용할 수 있는 휴대형 애플리케이션의 경우에는, 설계 시에 적절한 케미스트리 식별(ID), 팩 삽입/제거 인식, 충전 온도 범위, 충전 쓰레스홀드, 시스템 모니터링 및 결함 보고, 입력 전력 손실 등을 고려해야 한다.
팩 케미스트리를 판단해야 하는 경우에 손쉬운 솔루션은 추가 핀 상에 ID 레지스터를 이용하는 것으로 이를 마이크로컨트롤러가 아날로그-디지털 컨버터의 입력을 통해 읽을 수 있다. 이 구성은 ID 레지스터를 모니터할 수 있을 뿐만 아니라 충전 크레이들로 배터리 팩이 삽입되었을 때 이를 판단할 수 있다. 또한 이중 용량 팩 등과 같은 다른 크기의 배터리를 구분할 수도 있다.
셀은 통상적으로 0~50?C의 온도 범위 안에서 충전되나 셀이 낮은 속도로 낮은 전압으로 충전된다면 이 범위가 넓어질 수 있다. 주위 온도가 극단적으로 높은 경우에는 셀당 3.7V~3.9V로 리튬이온 셀의 능동 방전을 고려할 수 있다. 모든 경우에 높은 온도는 배터리 수명을 단축한다.
케미스트리ID와 허용 가능한 온도 범위를 판단한 후에, 충전IC는 셀이 저전압이라면(심하게 고갈된 상태임을 나타냄) 통상적으로 고속 충전 속도의 1/10로서 느리게 충전해야 하는지 판단해야 한다. 니켈 셀의 경우, 저전압 안전성 쓰레스홀드는 셀당 0.9V 이하인 것으로 알려지고 있으며, 표준 리튬 셀은 셀당 3.0V 이하이고, 최근의 LiFePO4 셀은 최저 1.5V이다. 세류 충전 시에 셀 전압이 30분 안에 이러한 안전성 쓰레스홀드 이상으로 높아지지 않으면 셀이 손상된 것으로 간주하고 충전이 중단된다.
이러한 모든 안전성 검사가 완료되면 배터리가 양호한 것으로 간주하고 고속 충전 모드가 시작된다. 충전 동안에는 온도, 충전 전류, 배터리 전압을 지속적으로 모니터해야 한다. 이러한 각각의 측정에 3개 값을 저장해야 한다. 대략 매 100ms마다 각각의 데이터 포인트를 취하고 계산을 위해 이들 값의 평균을 이용할 수 있다. 와치독 안전 타이머는 예기치 않은 코딩 오류로 인해서 마이크로프로세서가 알 수 없는 상태가 되는 것을 방지하기 위한 좋은 방법이다. 특정한 결함 조건을 결함 레지스터에 고유 비트로 저장하고 시스템이 마이크로프로세서를 질의해서 이를 읽거나 또는 LED나 디스플레이를 통해서 사용자에게 표시할 수 있다. 마지막으로는, 입력 전력이 중단되거나 배터리 팩을 제거하고 삽입했을 때 전체적인 식별 및 충전 프로세스가 다시 시작되도록 충전 알고리즘을 설계해야 한다.
TI는 충전IC 설계에 대한 각기 다른 요구를 충족하도록 다수의 멀티케미스트리 배터리 IC를 제공한다. 예를 들면, PMP3914 평가 모듈에 사용된 bq24703 멀티케미스트리 충전IC와 MSP430F2012 초저전력 마이크로컨트롤러를 NiMH 또는 리튬이온 배터리 팩을 인식하고 충전한다. 또한 이 설계는 입력 전압이 108~132V이고 출력 전압이 25V인 75W 오프라인 컨버터를 포함하는데 이는 TI의 UCC28600 그린 모드 quasiresonant 플라이백 PWM 컨트롤러를 이용한다.
bq24703은 하이 사이드 pFET 컨트롤을 이용한 비동기식 충전IC로서 고전압(21V) 5s2p 리튬이온 배터리 팩이나 25V 15s1p NiMH 배터리 팩을 충전하기에 적합하다. "s"는 원하는 팩 전압을 달성하기 위해 직렬 스트링에 얼마나 많은 셀이 연결되는지를 나타내는 것이고, "p"는 원하는 팩 커패시티를 달성하기 위해 병렬로 얼마나 많은 수의 셀 스트링이 연결되는지를 나타내는 것이다. 비동기식 충전IC를 이용하면 충전 전류가 약 3A로 제한된다. bq24704나 bq24750A 등과 같은 TI의 다른 멀티케미스트리 충전IC는 동기 벅 컨버터로서 10A 이상의 연속 충전 전류를 제공할 수 있다.
결론
멀티케미스트리 배터리 충전IC를 설계하기 위해서는 개별 셀의 특성을 알아야 할 뿐만 아니라 전체적인 안전성을 고려해야 한다. 본고에서는 리튬이온, 니켈, 납축전지 배터리를 충전할 때의 차이점과 멀티케미스트리 충전IC와 마이크로컨트롤러를 이용해서 충전 알고리즘을 어떻게 구현할 수 있는지 살펴보았다. 또한 저전압 및 과전압 조건, 과충전, 극단적인 온도에 대한 시스템 모니터링을 포함해서 안전성을 위한 고려사항에 대해 살펴보았다.
관련 웹 사이트 
Power.ti.com
PMP3914 평가 모듈 사용사 가이드
www-s.ti.com/sc/techlit/sluu369
www.ti.com/sc.device/partnumber
bq24703, bq24704, bq24750A, MSP430F2012 또는 UCC28600 




Jinrong QianApplications Engineering Manager, Portable Power Battery Management
Texas Instruments


개요
리튬이온 배터리 충전 및 시스템 제어 아키텍처는 배터리 용량을 최대화하고 배터리 충전 시간을 최소화하는데 있어 중요한 부분이다. 본 원고에서는 우선 리튬이온 (Li-Ion) 배터리의 충전 알고리즘, 배터리 충전 전압, 배터리 용량, 배터리 수명 사이의 트레이드 오프에 관해 논의할 것이다. 또한, 배터리 충전 오류 타이머 종료 등 배터리 충전 시스템과 충전기의 상호 작용에 대해 논의하고, 동적 전력 경로 관리 (DPPM) 기술을 설명할 것이다. DPPM 배터리 충전기는 시스템과 충전기에 독립적인 전력 경로를 제공하여, 어댑터로부터의 전력을 완전히 사용하면서도 배터리 충전 시간을 최소화할 수 있다. 또 시스템 충돌을 방지할 수 있으며, 시스템에 전력을 공급하면서 방전된 배터리도 충전할 수 있다.
리튬이온 배터리의 적절한 충전 방법
그림 1 은 리튬이온 배터리에 널리 쓰이는 충전 프로파일이다. 대부분의 전용 리튬이온 배터리 충전 집적 회로 (IC) 는 이러한 방식으로 배터리를 충전하도록 설계되었다. 리튬이온 배터리의 충전은 예비 충전, 고속 충전 정전류 (CC), 정전압 (CV) 의 3 단계로 이루어진다. 예비 충전 단계에서 배터리 셀 전압이 3.0V 이하일 때, 배터리는 저속 ( 고속 충전 속도의 1/10) 으로 충전된다. 이로써 장기 보관에 따라 완전히 방전될 수 있는 부동화층이 복구된다. 또한 과방전으로 단락된 셀 양극에 부분적인 동 (Copper) 분해가 일어날 때, 1C 충전 속도 (1C 속도는 1 시간 내, 배터리를 완전히 방전시킬 수 있는 전류 ) 에서의 과열을 방지한다. 배터리 셀 전압이 3.0V 정형에 이르면 충전기는 CC 단계로 진입한다. 고속 충전 전류는 과열과 그에 따른 열화가 증가하는 것을 방지하기 위해, 대체로 0.5C ~ 1C 속도로 제한되어 있다. 배터리 온도가 45 ℃ 를 초과하지 않도록 속도를 맞추어야 한다. 배터리가 전압 규제 한계 (LiCoO 2 기반의 음극 배터리의 경우 4.2V/ 셀, Li-Ni-Mn-Co 화합물과 LiCoO 2 기반의 음극 결합형 배터리의 경우 4.4V) 에 이를 때까지 배터리는 고속으로 충전된다. 배터리 충전이 완료되면 충전기는 배터리 전압을 제어하기 시작하고, CV 단계로 진입하면서 충전 전류는 미리 설정된 종료 레벨로 급격히 강하한다. 폐배터리를 장시간 충전하는 것을 방지하려면, 대개는 고속 충전 안전 타이머를 필요로 한다. 배터리가 종료 전류에 이르지 못했더라도 안전 시간이 경과하고 나면, 배터리 충전기를 종료시켜야 한다.
배터리 용량은 배터리 전압의 함수이다. 그림 2 에는 LiCoO 2 음극이 있는 리튬이온 배터리의 다른 여러 가지 배터리 충전 전압 하에서의 배터리 수명이 나와 있다. 대체로 배터리 전압이 높을수록, 배터리 용량은 크다. 그러나 배터리 충전 전압이 높을수록 배터리 수명은 짧다. 배터리 전압이 높을 경우, 배터리 음극 물질은 전해액과 보다 빨리 반응하며 화학 반응 중에 코발트 물질이 영구히 손실된다. 따라서, 사용할 수 있는 에너지 저장 물질이 줄어들어 배터리의 화학적인 용량의 손실이 발생한다. 4.3V 로 충전하면 초기에는 약 10% 의 추가 용량을 확보할 수 있지만, 배터리 수명은 절반으로 감소된다. 반면, 배터리를 완전히 충전하지 않으면, 배터리 용량은 감소된다. 배터리를 40mV 낮게 충전할 경우, 전체 용량의 약 8% 가 감소된다. 따라서 배터리 충전 전압의 정확도는 매우 중요하다.
배터리 충전 시간은 또 다른 주된 요소이다. 정전류 상태일 때, 배터리 전체 용량의 70% 를 충전하기에는 충전 시간의 약 30% 가 소요되는 반면, 정전압 상태일 때는 전체 용량의 30% 만을 충전하기에도 충전 시간의 약 70% 가 소요된다. 이는 배터리에 내부 저항이 있기 때문이다. 배터리의 내부 저항이 낮을수록 배터리 충전 시간은 짧다. 배터리 충전 전류율을 높이는 것은 배터리 충전 시간을 단축하는 효과적인 방법이 아니다. 정전류 상태에서는 충전 시간을 단축할 수 있으나, 정전압 상태에서는 충전 시간이 증가한다. 따라서 전체 충전 시간이 단축되는 것은 극히 미미한 수준이다. 한편 배터리 전류율이 1C 이상일 경우, 배터리 수명은 영향을 받는다. 그림 3 에는 LiCoO 2 음극이 있는 리튬이온 배터리의 배터리 수명과 배터리 충전 속도 간의 상관 관계가 나와있다. 배터리 충전 속도가 빠를수록 배터리 수명은 짧아진다. 이는 충전 속도가 1C 이상일 때 여분의 리튬이온이 양극에서 금속 리튬으로 변하기 때문이다. 금속 리튬은 활성 물질이므로, 전해액과 쉽게 반응을 일으켜 리튬이 영구적으로 손실된다. 따라서 배터리 충전 속도는 1C 미만이 적당하다.
그림 1 . 리튬이온 배터리 충전 프로파일

그림 2 . LiCoO 2 음극이 있는 리튬이온 배터리의 배터리 충전 전압과 수명의 관계
그림 3 . LiCoO 2 음극이 있는 리튬이온 배터리의 배터리 충전 전류와 수명의 관계
배터리 충전기와 시스템 사이의 상호 작용
그림 4 는 일반적으로 쓰이는 배터리에 시스템이 바로 연결된 배터리 충전 및 시스템 전원 아키텍처이다. 충전기의 출력은 먼저 배터리를 충전한다. 또한 배터리 충전 출력은 시스템에 전원을 공급하므로, 이 아키텍처는 간단하면서 낮은 비용의 구조를 이룬다. 그러나 시스템 부하가 배터리에 연결되면 배터리 충전 시간의 지연, 충전 종료, 오류 안전 타이머 경고 등과 같은 여러 가지 문제를 불러온다.
이 구성에서 충전기의 출력 전류 I CHG 는 배터리만 충전하는 것이 아니라, 시스템과 충전기 사이에 공유되어 있다. I CHG 는 충전기가 제어할 수 있는 전류이며, 충전기는 이 전류에 따라 충전 여부를 결정한다. 따라서 충전기는 유효 배터리 충전 전류 I BAT 를 직접 감시하고 제어할 수 없다.
그림 4 . 배터리 충전 및 시스템 전원 아키텍처 블록 다이어그램
예비 충전 단계에서 예비 충전 전류는 배터리 셀 전압이 3.0V 미만일 경우, 보통 고속 충전 전류의 10% 이다. 시스템 부하 I SYS 가 이 전류의 일부를 가로채 유효 충전 전류는 더욱 작아진다. 이로써 배터리 충전 시간이 증가할 뿐만 아니라, 예비 충전 타이머 기간 내에 배터리 전압이 3V 까지 상승하지 않을 경우, 예비 충전 타이머 오류가 종료될 수도 있다. 이는 오류 예비 충전 안전 타이머 경고를 유발할 수 있으며, 이는 배터리의 결함 때문이 아니라 예비 충전 전류가 충분치 않았기 때문이다. 시스템 전류가 예비 충전 전류보다 클 수도 있어, 배터리는 충전되는 것이 아니라 오히려 방전될 것이다. 이 문제를 해결하려면, 예비 충전 전류가 예비 충전 안전 타이머 기간 내에 3.0V 이상으로 충전되도록 시스템이 셧다운 모드이거나 낮은 무부하 전류 대기 모드여야 한다. 이와 유사하게 배터리가 고속 충전 단계에 진입하고 나면, 시스템 부하는 충전 출력으로부터 일부 충전 전류를 지속적으로 가로채, 배터리 충전 시간을 늘여 고속 안전 시간 오류를 종료 시킨다.
동적 전력 경로 관리 (DPPM) 배터리 충전기
배터리 충전 시간을 단축하고 시스템과 배터리 충전기 사이의 상호 작용을 해결하려면, 배터리 충전기 출력을 배터리 충전에만 할당해야 한다. 그림 5 는 단순화된 전력 경로 관리 배터리 충전기 블록 다이어그램이다. 시스템 버스 전압 V OUT 을 미리 조절하기 위해, MOSFET Q1 을 채택하거나 스위치로 이용하고 있다. 이로써 시스템에 대한 입력으로부터 직접적인 경로가 구축된다. MOSFET Q2 는 전적으로 배터리 충전기를 제어하도록 되어 있다. 따라서 배터리와 시스템 사이에는 더 이상의 간섭이 없다. 이 전원 아키텍처는 시스템 전원과 배터리 충전에 대해 전력 경로 관리 (PPM) 로 불리는 2 가지의 별도 경로를 구축한다. 전용 배터리 충전 경로는 배터리 충전 시간을 최소화 할 수 있으며, 오류 안전 타이머 종료를 완전히 제거할 수 있다. 예를 들어, 배터리 여부에 관계없이 MOSFET Q1 을 통해 시스템 버스 전압이 4.4V 와 같은 설정 값으로 조절되므로, 완전히 방전된 배터리를 충전하면서도 시스템을 작동시킬 수 있다. 스마트 폰, PDA, MP3 플레이어 등의 애플리케이션은 배터리 여부에 관계없이 입력 소스로부터 사용자가 장치를 작동할 수 있어야 하며, 이는 전력 경로 관리를 필요로 한다.
동적 전력 경로 관리 (DPPM) 는 전류 제한이나 입력 전원 제거에 따른 입력 전력 손실에 대한 시스템 버스 전압 V OUT 을 모니터링 한다. 시스템과 배터리 충전기에 필요한 전류가 AC 어댑터나 USB 의 가용 입력 전류량보다 클 때, 시스템 버스에 연결되어 있는 커패시터 C o 는 방전을 시작하고 시스템 버스 전압이 떨어진다. 시스템 버스 전압이 미리 설정된 DPPM 임계치까지 떨어지면, 배터리 충전 제어 시스템은 배터리 충전 전류를 줄여 시스템 버스 전압을 조절하게 된다. 이는 시스템과 배터리 충전기에 필요한 총 전류를 어댑터의 최대 가용 전류와 일치시켜 버스 전압 강하를 방지하기 위해서이다. 시스템이 필요한 전류를 확보하고 배터리가 잔여 전류로 충전되면, DPPM 제어는 정상적인 상태 조건에 이른다. 이로써 어댑터의 가용 전력 사용이 극대화되고 배터리 충전 시간이 최소화된다. 대부분의 시스템 부하는 고맥동 전류가 있어 매우 동적이다. 시스템의 평균 전력은 최대 피크 전력보다 훨씬 적기 때문에, 전원 정격을 시스템과 배터리 충전기의 최대 피크 전력에 따라 어댑터를 설계한다면 과도한 설계가 될 것이다. DPPM 제어 기술로 사용자는 보다 저렴하고 적은 전원 정격의 AC 어댑터로 시스템 전력을 공급하고, 동시에 배터리를 충전할 수도 있다.
그림 5 . 전력 경로 관리 배터리 충전기 블록 다이어그램
그림 6 은 DPPM 기술로 개발된 리튬이온 배터리 충전기의 예다. 시스템과 배터리 충전기의 총 전류가 AC 어댑터 전류 한계나 USB 전류 한계를 초과하면, 시스템 버스에 연결되어 있는 커패시터 C 0 는 방전을 시작하고 시스템 버스 전압이 강하하기 시작한다. 시스템 버스 전압이 DPPM 핀으로 설정한 기정 임계치까지 떨어지면, 시스템 버스 전압을 유지하도록 충전 전류가 감소되어 AC 어댑터의 과부하로 인한 시스템 충돌을 방지한다. 충전 전류를 0A 까지 낮추어도 시스템 버스 전압이 유지되지 않으면, 배터리가 일시적으로 방전되기 시작하고 시스템에 전력을 공급하여 시스템 충돌을 피한다.
DPPM 전압 임계치는 일반적으로 OUT 핀의 규정 전압 이하로 설계되어 안전하게 시스템을 작동시킨다. 충전 종료가 적절하게 이루어지기 위해서는 OUT 핀의 시스템 전압과 DPPM 임계치 간의 충분한 전압 차를 요한다. 크기를 최소화하려면, 전력 MOSFET 을 배터리 충전기에 통합시켜야 한다. 충전 전류를 줄여 실리콘 온도가 125 ℃ 이상이 되는 것을 방지하기 위해 열 제어 루프를 이용한다. 활성 열 규제나 활성 DPPM 으로 인하여 충전 전류가 감소할 때마다, 안전 타이머는 타이머의 값이 증가하도록 자동으로 조절하여, 예기치 않게 오류 안전 타이머가 종료되는 것을 방지한다. 이 외에도 DPPM 이나 열 규제 루프가 활성화되어 있을 때, 충전 종료 기능을 억제시켜 오류 충전 종료를 방지한다.
그림 6 . 동적 전력 경로 관리 배터리 충전기의 애플리케이션 회로
결론
1C 보다 높게 충전 전류를 증가시키는 것은 배터리 충전 시간을 단축하기 위한 효과적인 방법이 아니며, 오히려 배터리 수명을 단축시키게 된다. 시스템이 배터리에 직접 연결되어 있으면, 시스템이 배터리 충전기 출력으로부터 충전 전류의 일부를 가로채, 유효 배터리 충전 전류가 낮아지기 때문에, 대개 배터리의 충전 시간은 길어진다. DPPM 은 배터리 충전기 출력을 전적으로 배터리 충전에만 사용하게 하여 배터리 충전 시간을 단축하고, 입력 전원에서 시스템과 배터리로의 전력 경로를 별도로 제공함으로써 충전기와 시스템 사이의 상호 작용을 없앤다. 또한, 완전히 방전되었거나 불량인 배터리를 충전시키면서 동시에 시스템을 작동시킬 수 있다.
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