T 기술기고문

에너지 저장 시스템을 활용하는 전기차 고속 충전기 인프라 구축

글: 스테파노 갈리나로(Stefano Gallinaro) 전략 마케팅 매니저 / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)

요약
전기 자동차(EV)는 점점 더 시장 점유율을 늘려가다 결국 내연기관 자동차를 대신하게 될 것이다. 직류(DC) 고속 충전소가 주유소를 대체하거나 통합하고, 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지가 이러한 충전소에 전력을 공급하는 데 사용될 것이다. 사람들은 15분 내에 자신들의 전기차를 충전하기를 바라지, 기둥처럼 생긴 충전 설비 앞에서 줄 서서 기다리고 싶어하지는 않을 것이다.
여러 대의 충전 설비를 고려하면, 그리드가 로컬에 공급해야 하는 충전 피크 전력은 1MW가 넘는다. 그리드가 여러 지점에서 붕괴현상이 발생할 수 있기 때문에 이를 피하려면 송전선을 개선하기 위한 대규모 투자와 함께 훨씬 높은 기본 부하를 공급할 수 있는 중앙 발전소가 필요하다. 그러나 이러한 부하는 불규칙적인 대량 부하이므로 태양광이나 풍력과 같은 재생 가능 에너지원에서 간헐적으로 생산되는 에너지와 결합할 필요가 있다.
에너지 저장 시스템(ESS)은 이러한 문제를 간단하면서도 깔끔하게 해결할 수 있다. 우리는 휘발유 같은 액체나 가스를 사용하여 에너지를 저장하고, 필요할 때(가령 차에 연료를 공급할 때) 이를 재사용한다. 동일한 원리로 전자와 화합물을 사용하는 배터리에 전기 에너지를 저장할 수 있다. 그런 다음 이 에너지를 활용하여 전기차를 충전함으로써 피크 전력을 낮춰 그리드를 안정적으로 유지하거나 정전 시 전력을 공급할 수 있다.
모빌리티 시장은 변화하고 있다. 2020년에는 총 8천만 대가 넘는 차량 중 3백만 대에 육박하는 전기차가 판매될 것이다. 이 시장이 틈새 시장처럼 보일 수 있지만, 전기차는 높은 성장세를 이어나가 2025년에는 최대 1천만 대, 2040년에는 총 1억 대 차량 중 5천만 대 이상이 판매될 것으로 전망된다. 이는 2040년에 판매되는 전체 차량의 50%가 순수 전기차라는 것을 의미한다. 모든 전기 차량은 충전이 필요하다. 가정용 전원을 이용하거나 저장 배터리와 함께 태양광 발전 시스템을 갖춘 수 킬로와트급 가정용 DC 충전기를 사용하여 밤새 완속 충전을 하거나, 도로에 있는 충전 설비에서 급속 충전을 하거나, 혹은 미래의 전기차 충전소에서 초고속 충전을 해야 한다.
전기차 시장의 성장과 더불어 최근 태양광 발전(PV) 시스템의 호황을 경험하고 있는 재생 에너지 발전 시장은 지난 10년 간 약 80%의 가격 하락과 대대적인 탈탄소화 추진에 힘입어 여전히 높은 성장세를 보여준다. 지금은 전 세계 발전량의 5%를 넘지 않는 태양광은 2050년에는 33%을 넘어설 전망이다.
순간적인 대량 부하가 생겨나는 미래에는 그리드 중심의 에너지 생태계에 충전이 필요한 전기차나, 또는 태양광 발전 및 풍력 발전 같은 간헐적인 에너지원들을 어떻게 결합할 것인가 같은 과제들을 해결해야 한다. 전기차 같은 순간적인 부하로 인한 높은 전력 피크 수요를 감당하려면 송전선 규모를 추가로 확장할 필요가 있다.
태양광 발전은 그리드가 과충전되지 않도록 중앙 발전소의 가동 방식을 변화시킬 것이고, 사람들은 전기를 보다 쉽게 활용할 수 있기를 원할 것이며, 주택용 태양광 시스템을 통해 가정에서 생산하는 전기는 점점 더 가정 내에서 자가 소비될 것이다. 
이 모든 요소들이 원활하게 작동하도록 하고, 재생 가능한 에너지와 청정 전기차의 이점을 온전히 누릴 수 있으려면, 예컨대 정오에 생산한 태양 에너지를 저녁에 사용하는 것처럼, 전력 수요가 낮을 때 발전한 전기 에너지를 저장했다가 전력 수요가 많은 시간대에 재사용할 수 있도록 하고, 남는 에너지를 사용하여 그리드의 균형을 맞출 수 있게 하는 ESS를 이 생태계 안으로 끌어 들여야 한다.
ESS는 마치 연료 탱크나 석탄 저장 창고 같은 전기 저장 장치이다. ESS는 주택과 산업 모두에 다양하게 적용하여 사용할 수 있다. 주택용인 경우, 간단히 PV 인버터를 저장 배터리에 연결하면 가정에서 에너지를 저장하여 사용하거나, 낮 동안 태양을 이용해 생산한 에너지로 밤새 자동차를 충전할 수 있다. 산업용 또는 그리드에 연결된 서비스 같은 유틸리티급 ESS 설비는 태양광(PV) 및 풍력 에너지 제어에서부터 에너지 차익거래까지, 백업 지원에서 블랙 스타트(디젤 발전기 불필요)까지, 그리고 전체 비용 관점에서 가장 중요한 투자 유예(investment deferral)에 이르기까지 다양한 목적으로 사용할 수 있다. 마지막 사례의 경우, ESS를 그리드 노드에서 전력 피크에 대응하는 데 사용할 수 있으므로, 굳이 비용이 많이 드는 송전선 업그레이드를 할 필요가 없다. 또 다른 적절한 사용 사례는 ESS를 이용해 자급자족이 가능한 마이크로그리드(섬처럼 작은 구역을 담당하는)를 구현할 수 있다.
이 모든 애플리케이션을 고려할 때 ESS 시장은 현재의 10GW 파워/20GWh에서 가파르게 성장해 2045년이 되기 전에 1000GW 파워/2000GWh 용량 임계값을 넘어설 것으로 보인다. 
이 글에서는 전기차 충전 인프라를 위한 ESS 설비에 초점을 맞추기로 한다.


그림 1. 재생 에너지, 에너지 저장 및 EV 충전 인프라의 통합

AC 충전 인프라는 개인 설비용과 공공 설비용 모두 단순하지만 전력이 제한된다. 레벨 1 AC 충전기는 120V AC에서 동작하고 최대 2kW로 공급한다. 레벨 2는 240V AC 및 20kW 공급이 가능한데, 두 경우 모두 차량의 내장형 충전기에는 AC에서 DC로 전력 변환이 필요하다. AC 월 박스(wall box)는 충전기라기보다는 계량기이자 보호 장치이다. 자동차를 위한 차량용 내장형 충전기는 비용, 크기, 무게 제한 때문에 정격 전력이 항상 20kW 미만으로 지정된다.
DC 충전은 이보다 훨씬 높은 전력으로 전기차를 충전할 수 있다. 레벨 3 충전기는 최대 450V DC 및 150kW로 정격 지정되며, 최신 슈퍼 충전기(레벨 4에 해당)는 350kW 및 800V DC 이상까지 가능하다. 상한 전압은 출력 커넥터가 자동차에 연결되어 있을 때에는 안전 상의 이유로 1000V DC로 설정된다. DC 충전기는 사용하는 동안 충전 설비에서 전력 변환이 이루어지며, DC 전력 출력은 충전 설비와 자동차 배터리 사이에 직접 연결된다. 따라서 내장 충전기를 사용할 필요가 없어 차지하는 공간과 무게가 줄어드는 장점이 있다. 그럼에도 지금과 같은 전환기에는 전기차 충전 인프라가 여전히 단편화되고 국가와 지역마다 다르기 때문에, 사용자가 필요할 때 여전히 AC 콘센트를 통해 충전할 수 있도록 대부분의 전기차에 소형 11kW 내장 충전기가 들어 있다.
충전 전력이 커짐에 따라 동작 전압을 높일 필요가 있다. 전류는 케이블의 크기와 비용에 맞춰 합리적 제한 범위 내로 유지해야 한다. 또한 이는 충전소를 설치하는 마이크로그리드나 서브그리드를 적절히 설계하고 크기를 지정해야 한다는 것을 의미한다.
미래의 충전소(약 2030년)를 상상해 보자. 미래의 충전소에서는 연료가 전자로 구성되고, 이 연료는 트랜스포머를 통해 중전압(MV) 그리드에 연결된 송전선(transmission line)이라고 하는 파이프를 통해 사용하게 될 것이다. 오늘날에는 연료를 대형 지하 탱크에 저장해 두었다가 탱크로리를 이용해 주유소로 정기적으로 운반한다. 새로운 연료, 즉 전자를 그리드에서 항상 사용할 수 있게 하는 것은 간단하고 별 문제가 없을 것 같지만, 운전자가 15분 이내에 자신의 전기차를 충전할 수 있게 하려면 이러한 단순한 방법은 지속 가능하지 않다는 것을 알 수 있다. 
예컨대, 충전소에 각각 최대 500kW 피크 전력 출력을 공급할 수 있는 5개의 DC 충전 설비가 있다고 가정해 보자. 최악의 시나리오로(이를 대비해 충전소의 크기를 지정해야 한다), 배터리가 완전히 고갈된 5대의 전기차가 동시에 충전하려는 상황이 연출됐다. 계산을 단순화하기 위해 이제 전력 변환 단계와 배터리 충전 경로에서는 손실이 발생하지 않는다고 간주한다. 이 글의 뒷부분에서 보겠지만, 전력 체인에서 발생하는 작은 전력 손실조차 설계에는 상당한 영향을 미칠 수 있다.
각각 75kWh의 배터리(오늘날 시판 중인 완전한 전기 파워트레인을 갖춘 전기차는 30kWh ~ 120kWh 배터리를 장착하고 있다)를 탑재한 5대의 전기차가 10%의 충전 상태(SOC)에서 80%까지 충전해야 한다고 가정한다.


이는 262.5kWh의 에너지를 15분만에 그리드에서 전기차로 전달해야 한다는 것을 의미한다.

그리드에서는 1MW가 조금 넘는 전력을 15분 동안 전기차에 공급해야 한다. 리튬 배터리의 충전 과정은 정전류, 정전압 충전 프로파일을 필요로 한다. 여기서 배터리의 최대 80%를 충전하는 데 필요한 전력은 마지막 20%보다 크다. 앞의 예시에서는 80%로 가정한 최대 전력에서 충전을 멈춘다.
그리드 또는 보다 나은 형태로, 충전소가 있는 서브그리드는 1MW 이상의 피크 전력을 단속적으로 유지해야 한다. 주파수에 영향을 주지 않고 불안정성을 초래하지 않으면서 그리드를 효율적으로 유지하려면 매우 효율적이고 복잡한 능동 역률 보정(PFC) 단을 구현해야 한다. 이는 또한 저전압 충전소를 중전압 그리드에 연결하는 매우 비싼 트랜스포머를 설치해야 할 뿐 아니라, 발전소에서 충전소로 전력을 운반하는 송전선을 피크 전력에 대처할 수 있게 적절한 크기로 지정해야 한다는 것을 의미한다. 충전소가 일반 승용차는 물론 트럭이나 버스까지 모두 충전해야 하는 경우, 요구되는 전력은 더 높다.
새로운 송전선이나 대형 트랜스포머를 설치하는 대신 가장 단순하고 가장 경제적인 해결책은 태양광이나 풍력과 같은 재생 가능한 에너지에서 국지적으로 발생하는 전력을 사용하는 것이다. 이 방법은 사용자가 여분의 전력을 갖는 충전소에 직접 연결이 가능해 그리드에만 의존하지 않아도 된다. 실제적으로 100kW ~ 500kW 범위의 태양광 발전(PV) 설비를 충전소나 또는 충전소에 연결된 서브그리드 근처에 설치할 수 있다.
현재 그리드로부터 요구되는 전력을 500kW로 제한하고 있으므로 PV 소스는 500kW를 공급할 수 있지만, PV 소스는 단속적이며 항상 이용할 수 있지는 않다. 이러한 특성은 그리드에 불안정성을 가져오고 전기차 운전자가 일조량이 가장 큰 한낮에만 최고 속도로 자동차를 충전할 수 있다는 것을 의미한다. 이는 사용자가 원하는 상황이 아니며, 지속 가능하지도 않다.
이러한 전력 공급망에서 빠져 있는 조각 한 개가 에너지 저장 장치(ESS)이다. 오늘날 주유소에서 사용되는 지하 연료 탱크 같은 역할을 하는 ESS는 재생 가능한 소스에서 생산된 에너지를 저장했다가 그리드나 충전 설비로 공급하거나, 또는 그리드로 다시 보낼 수 있는 대형 배터리라고 할 수 있다. 에너지 저장 장치의 첫 번째 주요 특징은 양방향이며, 그리드의 저전압 단에서 동작한다는 것이다. 새로운 설비는 재생 에너지, EV 충전 설비, ESS 배터리를 연결하는 1500V DC의 DC 버스 전압을 목표로 한다. 또한 ESS의 적절한 크기는 피크 전력과 에너지 용량 사이의 균형이 특정 설비에 최적화되도록 결정해야 한다. 이 비율은 태양광, 풍력 또는 기타 에너지원에서 나오는 로컬 전력 발전의 크기, 충전 설비의 수, 서브그리드에 연결된 다른 부하, 그리고 전력 변환 시스템의 효율에 따라 크게 달라진다.


그림 2. 미래의 전기차 충전소에서 이루어지는 전력 변환

이 계산에서 에너지 저장 시스템은 500kWh ~ 2.5MWh 사이의 용량과 최대 2MW의 피크 전력 성능을 가져야 한다.
충전소의 핵심 구성요소(소스, 부하, 에너지 버퍼)를 정의했으므로, 다음으로는 충전소에서 에너지 경로를 생성하는 4가지 전력 변환 시스템에 대해 분석해 보자.
이들 4가지 전력 변환 시스템은 모두 1000V DC ~ 1500V DC 정격의 주 DC 버스에 있다. 필요한 전력이 높을수록 DC 버스 전압도 높다. 1500V DC는 현재와 향후 20년 간 유효할 산업 표준을 나타낸다. 더 높은 전압으로 갈 수도 있지만, 이 경우 안전 규정과 전력 부품, 시스템 설계가 복잡해지기 때문에 사용 가능한 기술로는 효율성이 떨어진다. 그렇다고 10년 안에 전력 스위치, 보호 시스템과 같은 새로운 기술로 2000V DC 이상으로 옮겨가는 것이 가능하지 않을 것이라는 말은 아니다.
PV 인버터를 살펴보면, 이 인버터는 PV 패널에서 DC 버스로 가는 전력 경로를 위한 DC-DC 컨버터 기능과, PV 패널에서 AC 버스로 간 다음 그리드로 들어가는 전력 경로를 위한 DC-AC 인버터, 총 두 가지 기능을 갖는 것을 알 수 있다. DC-DC 변환 단은 여기에서 가장 중요한데, AC-DC 단을 DC 버스에서 AC 그리드로 가는 주 양방향 PFC 인버터로 통합할 수 있기 때문이다. 첨단 전력 전자장치 설계를 고려하면 실리콘 카바이드(SiC) 전력 MOSFET을 중심으로 설계된 컨버터로 최고 효율에 도달할 수 있다. 실리콘 IGBT와 비교했을 때 5%(최대 부하)에서 20%(부분 부하)의 범위로 효율이 증가하는 것을 볼 수 있다. 앞의 사례에서 500kW 정격의 PV 인버터의 경우, 효율이 5% 더 높으면 25kW 손실 감소 또는 증가된 전력 출력을 의미하며, 이는 5가구의 소비 또는 온수를 생산하거나 여름철 충전소 건물을 냉각하는 대형 히트펌프 한 대에 해당한다.
DC 충전 설비와 ESS 충전기에 대해서도 이와 비슷한 방식으로 계산을 할 수 있다. 두 경우 모두 2가지 설계 방법이 가능하다. 즉, 100kW 이상의 정격을 갖는 대형 모놀리식 전력 컨버터를 사용하거나, 25kW ~ 50kW 정격의 소형 컨버터 여러 개를 병렬로 사용하는 것이다. 두 솔루션 모두 저마다의 장단점이 있다. 최근에는 소형 컨버터를 다중으로 연결하는 방법이 시장을 주도하고 있는데, 이는 규모의 경제 효과와 설계의 단순화로 인해 비용이 적게 들기 때문이다. 물론 이 경우, 스마트 에너지 관리 시스템을 채택해야 한다.
이러한 DC-DC 컨버터의 경우에서도 실리콘 IGBT에서 SiC MOSFET으로 전환할 경우 약간의 비용이 증가하지만(현재는 가격이 25% 더 높지만, 향후 5년 사이에 5%까지 떨어질 것으로 예측), 공간 및 무게 절감 효과와 함께 상당한 효율성 개선 효과를 얻을 수 있다. 효율성 이득만으로 최대 부하에서 동일한 5%를 적용한다면 절감을 통해 이러한 약간의 비용을 상쇄할 수 있다.


마지막으로, PFC 인버터에서 1MW의 5%는 50kW이므로 IGBT 대비 SiC의 더 높은 효율만으로 전체 전력을 250kW까지 절감할 수 있다. 이는 추가적인 충전 설비를 갖거나, 혹은 에너지 소비 초과 산정과 실제 부하 수요 간의 균형을 보다 잘 맞추는 것과 같은 효과를 나타낸다.
앞서 언급했듯이 이러한 결과를 달성하려면 SiC MOSFET이 필요하지만, 이것만으로 문제를 해결하지는 못한다. SiC MOSFET이 어떻게 구동되는지가 시스템 설계 비용(MOSFET, 코일, 인덕터)과 효율을 최적으로 절충하는 데 필요한 스위칭 주파수에 도달하기 위한 핵심이다. 설계자는 50kHz ~ 250kHz 범위의 스위칭 주파수를 목표로 한다. 게이트 드라이버의 요구사항은 주로 더 짧은 전파 지연과 강화된 단락 회로 보호와 관련하여 더욱 까다로워지고 있다.
아나로그디바이스(ADI)의 ADuM4136은 첨단 iCoupler® 기술을 적용한 절연 게이트 드라이버이다. 이 절연 기술은 150kV/μs의 공통 모드 과도응답 내성(CMTI, Common Mode Transient Immunity)을 제공하므로 수백 kHz의 스위칭 주파수 범위에서 SiC MOSFET을 구동할 수 있다. 이러한 특성은 불포화 보호와 같은 신속한 결함 관리와 결합해 설계자가 최대 1200V까지 단일 또는 병렬 SiC MOSFET을 적절히 구동할 수 있게 한다.
절연 게이트 드라이버는 전력을 공급받아야 한다. ADI 애플리케이션 노트 AN-2016에서는 ADuM4136 게이트 드라이버와 LT3999 푸시-풀(push-pull) 컨트롤러를 결합하여 SiC MOSFET을 적절히 관리할 수 있는 저잡음/고효율 빌딩 블록을 구성하는 방법을 보여준다. LT3999는 ADuM4136을 위한 양방향 절연 전원(bipolar isolated power)을 제어하는 데 사용된다. LT3999 절연 전원은 초저 EMI 잡음 설계와 함께 최대 1MHz에서 스위칭이 가능하므로 초소형의 비용 효율적인 솔루션을 구현할 수 있다.
데드 타임과 지연 시간을 포함한 전체 지연 시간은 턴온 시 226ns, 턴오프 시 90ns이다. 드라이버 지연 시간은 턴온 시 66ns, 턴오프 시 68ns인 반면, 데드 타임은 턴온 시 160ns, 턴오프 시 22ns이다. 
이 전력 컨버터의 목표인 매우 높은 전력 밀도는 효율 저하 없이 달성된다.


그림 3. ADuM4136 및 LT3999 게이트 드라이버 유닛

전력 컨버터가 전력 변환 경로에서 기본이라면, ESS에서 최적의 총소유비용을 보장하는 핵심 요소는 배터리 관리/모니터링 시스템(BMS)이다. 가격 분석에 의하면, 메가와트 규모의 ESS에서는 총 비용의 절반 이상을 배터리 랙이 차지하는 것으로 나타나며, 현재 kWh당 200달러 정도인 이 비용은 2025년에는 kWh당 100달러로 떨어질 것으로 예측된다. 신뢰성 높고 정밀한 BMS 솔루션을 사용한다면 배터리 수명을 30% 연장할 수 있고, 그 결과 충전소는 전반적으로 엄청난 비용 절감과 운영 간소화를 달성할 수 있다. 유지보수가 줄어든다는 것은 사용자로서는 가동 시간이 아무 문제없이 더 길어진다는 것을 의미하며, 따라서 관련된 수리 부담과 위험 요소가 줄어들어 안전 수준을 더 높일 수 있다.
이러한 결과를 달성하려면 충전소를 중심으로 에너지 흐름을 제어하는 에너지 관리 시스템이 에너지 저장 배터리의 SOC 및 SOH (state of health)를 매우 정확히 파악해야 한다. 정밀하고 신뢰할 수 있는 SOC 및 SOH 계산은 배터리 수명을 최대 10년에서 20년까지 연장할 수 있게 하고, 통상적으로 BMS 관련 전자장치 비용을 더 지출하지 않고도 수명을 30% 향상할 수 있다. 이는 배터리 수명 연장으로 인해 최소 30%의 운용 및 소유 비용 절감으로 이어진다. 여기에 높은 정확도의 SOC 정보까지 더하면 배터리에 저장된 모든 에너지를 사용할 수 있을 뿐 아니라 가능한 최선의 방법으로 충전할 수 있어 과충전이나 과방전을 피할 수 있다. 과충전이나 과방전은 배터리를 매우 짧은 시간에 소진시키고 회로의 단락이나 화재 등 위험한 상황을 초래할 수 있다. 예측적인 유지보수와 에너지 및 전력 흐름을 적절히 관리하기 위해 배터리 SOC 및 SOH를 안다는 것은 그리드 안정화, 전기차 충전 과정, 그리고 차량을 저장 장치로도 볼 수 있는 V2G(vehicle-to-grid) 연결에 포함된 알고리즘을 예측하고 조정할 수 있다는 것을 뜻한다.
정확한 모니터링을 구현하는 솔루션은 전체 측정 오차가 2.2mV 미만인 멀티 셀(최대 18개 셀) 배터리 모니터 IC를 사용하는 것이다. 최대 18개에 달하는 모든 셀을 290μs 내에 측정할 수 있으며, 노이즈를 더욱 줄이고 싶다면 더 낮은 데이터 레이트(date rate)를 선택할 수도 있다. 여러 개의 스택 모니터 디바이스를 직렬 구조로 연결하여 고전압 배터리 팩 안의 모든 셀을 동시에 모니터링 할 수 있다. 각 스택 모니터는 절연 SPI(isoSPI)를 탑재해 고속, RF 내성, 장거리 통신을 제공한다. 여러 개의 디바이스들이 데이지 체인 방식으로 연결되고 모든 디바이스들이 1개의 호스트 프로세서에 연결된다. 데이지 체인은 양방향으로 동작할 수 있기 때문에 통신 경로에 오류가 발생하는 경우에도 통신 무결성을 보장한다. IC는 배터리 스택이나 절연 전원에서 직접 전력을 공급받을 수 있다. IC는 각 셀에 대한 수동 밸런싱을 포함하며, 각 셀마다 개별 PWM 듀티 사이클 제어가 적용된다. 그 밖에 내장형 5V 레귤레이터, 9개의 범용 I/O 라인, 슬립 모드에에서 6μA의 낮은 전류 소모 등 다양한 기능들도 포함한다.
BMS 애플리케이션의 단기적 및 장기적 정확도 요구로 인해 IC는 밴드갭 레퍼런스 대신 버리드 제너(buried-Zener) 방식의 레퍼런스를 사용한다. 이 레퍼런스는 장기적 안정성이 매우 뛰어나며, 이와 함께 안정적인 낮은 드리프트(20ppm/√kh), 낮은 온도 계수(3ppm/°C), 낮은 히스테리시스(20ppm)의 특성을 제공한다. 정확도와 안정성은 이후의 모든 배터리 셀 측정에 기초가 되며, 이러한 오차는 수집된 데이터 신뢰성, 알고리즘 일관성, 시스템 성능에 계속 영향을 미치기 때문에 매우 중요하다.
정확도가 뛰어난 레퍼런스가 탁월한 성능을 보장하는 데 필수이긴 하지만, 그것만으로는 충분하지 않다. AC-DC 컨버터 아키텍처와 동작은 시스템의 고전류/전압 인버터의 펄스 폭 변조(PWM) 과도 현상으로 인해 전기적 잡음이 존재하는 환경에서 요구되는 규격을 만족해야 한다. 배터리의 SOC 및 SOH의 정확한 추정 역시 관련된 전압, 전류, 온도 측정을 필요로 한다.
시스템에서 발생하는 노이즈를 차단하기 위해서, 시그마-델타 방식의 ADC를 사용하며, 여기에 더해 잡음이 많은 환경에 대처하기 위한 사용자 선택이 가능한 6개의 필터 옵션을 제공한다. 시그마-델타 방식은 애버리징, 필터링 기능과 함께 변환당 많은 샘플을 사용하는 특성 상 EMI 및 그 밖에 다른 과도 현상 잡음의 영향을 감소시킨다.
ADI 포트폴리오에서 LTC681x 및 LTC680x 제품군은 배터리 스택 모니터를 위한 대표적인 첨단 기술이다. 18채널 버전으로 LTC6813도 제공한다.
요약하면 미래의 DC 고속 충전 인프라의 과제를 해결하기 위한 핵심적인 측면은 전력 변환 시스템과 에너지 저장 시스템, 즉 ESS에 있다. 이 글에서는 두 가지 사례를 소개했다. SiC MOSFET으로 설계된 전력 변환 단을 위해 ADuM4136 절연 게이트 드라이버와 LT3999 전원 컨트롤러를 결합하는 것과 에너지 저장 배터리를 위해 LTC6813 배터리 모니터링 디바이스를 사용하는 것이다. 이들 시스템은 전류 측정에서부터 결함 방지 디바이스까지, 가스 감지에서부터 기능 안전까지, 보다 자세히 다루어야 할 분야들이 많이 있다. 이러한 시스템은 모두 대단히 중요하며 막대한 이득을 가져다준다. ADI는 신뢰할 수 있는 확고한 데이터를 생성하는 모든 물리적 현상을 감지, 측정, 연결 및 해석하고 안전하게 지키며 구동하기 위해 이러한 모든 서브시스템에 적극적으로 참여하고 있다. 이들 데이터는 하이엔드 알고리즘에 사용되어 대부분의 에너지가 재생 가능한 에너지 소스에서 부하로, 이 경우 전기차로 변환되도록 보장할 것이다.

저자 소개
스테파노 갈리나로(Stefano Gallinaro)는 2016년에 아나로그디바이스 재생 에너지 사업부에 입사했다. 태양광 에너지, 전기차 충전 및 에너지 저장과 관련된 전략적 마케팅 활동을 관리하며, 특히 전력 변환에 중점을 두고 있다. 뮌헨에서 근무하며 전 세계 사업을 총괄하고 있다. 이탈리아 토리노 폴리테크니코에서 전자학 학사학위를 받았으며, 이탈리아 아오스타에 있는 ST마이크로일렉트로닉스-DORA에서 애플리케이션 엔지니어로 경력을 시작했다. 2016년 ADI에 입사하기 전 독일 운터하힝에 있는 빈코테크에서 제품 마케팅 매니저로 근무했다. 문의: stefano.gallinaro@analog.com.