호스트 장치가 꺼진 상태에서도 배터리 전자 장치는 계속해서 에너지를 소모할 수 있습니다. BMS, 게이지, 웨이크업 회로 및 호스트 역전원 경로는 보관 및 운송 중에 사용 가능한 용량을 감소시킬 수 있습니다. 전체 팩에 IC 대기 전류 값을 적용하는 대신, 각 작동 모드에서 전체 어셈블리의 사양을 명시하고 측정해야 합니다.
세 가지 전략이 필요합니다. 첫째, 작동 모드를 정의하고 모드 기반 전력 예산을 수립해야 합니다. 둘째, 전자 소모량을 셀 자체 방전과 별도로 계산해야 합니다. 셋째, 시스템 수준에서 전체 전력 아키텍처를 점검해야 합니다.
빠른 답변: 배터리 대기 전류가 낮은 이유는 명확한 모드 정의, 테스트된 절전 및 운항 모드 동작, 전체 어셈블리의 측정된 전력 소모량, 그리고 여유를 두고 설계된 백업 에너지 용량 덕분이며, 단 하나의 저전력 부품 때문이 아닙니다.
이 가이드는 OEM/ODM 엔지니어뿐만 아니라 맞춤형 패키지를 지정하는 구매 및 품질 관리 팀을 위한 것입니다.
주요 요점
작동 모드와 허용 한계를 정의합니다.
주기적인 웨이크 에너지를 포함하여 전체 팩 전류를 측정합니다.
필수 보호 기능을 비활성화하지 않고 균형 조정 정책을 검증합니다.
실제 세포 및 운송 요구 사항에 맞는 보관 및 배송 조건을 선택하십시오.
지정된 저장 기간 이후 남은 사용 가능 용량을 확인하십시오.
파트 1: 모드 기반 배터리 대기 전류 예산
1.1 작동 상태 및 정지 전류 목표
부품이 아닌 정의부터 시작하세요. 팩이 들어갈 수 있는 모든 상태(활동, 대기, 수면, 배송, 보관)를 나열하세요. 그런 다음 각 상태에 대한 설명을 추가하세요. 정지 전류 목표이러한 목표는 특정 프로그램에 대한 요구 사항으로 간주하십시오. 호스트, 배포 기간 및 활성화 요구 사항에 따라 달라지므로 모든 경우에 적용되는 단일 제한은 없습니다.
아래 표는 가상의 목표치만을 나타냅니다. 실제 적용 가능한 한계치는 전체 포장 설계 및 합의된 보관 요건을 고려하여 확인하십시오. 이 값들은 업계 표준이 아닙니다.
작동 모드 | 예시로 제시된 정지 전류 목표 |
|---|---|
정상/활성 작동 | ≤ 2mA (2mA 예시) |
대기/유휴 | 200µA 이하 |
깊은 수면 / 수면 | 20µA 이하 |
배송 모드 | ≤ 10 µA (5 µA 예시) |
UVP 이후/저장 관련 | 정의 및 검증 완료 (고정된 수치 목표값 없음) |
일반적인 슬립 전류 범위를 통과 한계값으로 사용하지 마십시오. 각 모드에 대해 팩 전압, 온도, 통신, FET 상태 및 측정 시간을 정의하십시오. 주기적인 웨이크업 이벤트를 포함하고 측정 장비가 작동 상태를 변경하지 않는지 확인하십시오.
1.2 전자 소모량 대 셀 자체 방전량
전자 방전과 셀 자체 방전을 분리합니다. 전자 방전에는 다음이 포함됩니다. BMS 및 보호 회로게이지 및 호스트 연결 경로. 자가 방전은 선택된 셀, 온도, SOC 및 노화에 따라 달라집니다. 셀 품질 평가 및 보관 조건은 두 번째 기여도에 영향을 미치므로 둘 다 설계 검토에 포함되어야 합니다.
각 모드에서 활성화 상태로 유지할 게이지 기능을 결정하십시오. 지속적인 모니터링, 주기적인 샘플링 및 게이지 기능의 완전 비활성화는 에너지 소비 및 복구 측면에서 각기 다른 영향을 미칩니다. 실제 하드웨어에 대해 데이터 보존, 웨이크업 동작 및 보호 기능 가용성을 검증하십시오. 대기 모드 목표를 달성하기 위해 필요한 보호 기능을 비활성화하지 마십시오.
두 라인의 예산을 서로 다른 방식으로 책정하세요. 벤치에서 전자 장치의 대기 전력 소모를 측정합니다. 테스트 조건을 고려하여 셀 수준 데이터에서 셀 자체 방전을 추정합니다. 이들을 합산하여 순 소모량을 구합니다. 이 분할을 통해 용량 부족이 설계 문제인지 셀 문제인지 파악할 수 있으며, 예산을 효율적으로 관리할 수 있습니다. 배터리 대기 전류 공급업체 검토 과정에서 솔직하게 이야기합니다.
파트 2: 절전 및 선박 모드 대기 전력 소모 감소
2.1 절전 모드 및 운항 모드 진입 및 종료 확인
모드는 팩이 명령에 따라 해당 모드에 진입하고 이탈할 수 있음을 증명할 수 있을 때만 유효합니다. 각 상태에서 진입 조건, 웨이크 소스, 전원이 유지되는 항목을 기록하십시오. 그런 다음 모든 경로를 테스트하십시오.
다음 컨트롤러 레벨 예시는 배터리 팩 사양이 아닙니다. 해당 예시의 전류 및 지연 시간 수치는 팩 크기 산정에 사용해서는 안 됩니다. 공개된 요구사항에서는 해당 수치를 선택한 컨트롤러와 전체 어셈블리를 문서화된 조건 하에서 측정한 값으로 대체하십시오.
수면 상태 | 입장 조건 | 종료/웨이크 소스 | RAM 유지됨 | Current | 깨어남 지연 시간 |
|---|---|---|---|---|---|
런타임 유휴 | 유휴 스레드가 실행되고, 다음 이벤트가 임박하면 정책이 가장 가벼운 상태를 선택합니다. | 모든 인터럽트(타이머, GPIO) | 가능 | ~3mA | < 1µs |
유휴 상태로 전환 | 정책상 거주 요건이 충족되었음을 확인합니다. | GPIO 인터럽트(버튼), RTC 만료 | 가능 | 약 1.5 µA | ~5마이크로초 |
대기 | 전원 관리자를 통해 강제로 실행됨; GPIO 감지를 구성해야 함 | GPIO 감지; main() 함수에서 전체 재부팅 | 아니 | 약 0.3 µA | 전체 재부팅 |
핵심 규칙은 간단합니다. 더 깊은 수면 상태는 배낭이 진입 및 이탈 비용을 정당화할 만큼 충분히 오랫동안 수면 상태를 유지할 수 있을 때만 효과적입니다. 배낭 관리에도 같은 원리를 적용하세요.
선택한 아키텍처에 구현된 웨이크업 소스(예: 승인된 충전기 감지 회로, 버튼, 타이머 또는 통신 웨이크업 입력)만 문서화하십시오. 트리거 레벨, 디바운스, 타임아웃 및 절전 모드 복귀 시퀀스를 지정하십시오. 전원 공급 웨이크업 기능이 없는 송수신기는 메시지로 깨울 수 없습니다.
저장 및 배송에 대한 검증된 밸런싱 정책을 정의하십시오. 밸런싱은 에너지를 소모하며 그룹 간 불균형 방전을 초래할 수 있습니다. 셀 모니터링 및 보호 전략과 일치하는 경우에만 밸런싱을 비활성화하거나 제한하고, 모든 직렬 그룹에서 잔류 탭 전류를 측정하십시오.
2.2 전체 어셈블리 대기 전력 소모 측정
배터리 대기 전류에 대한 부품 데이터시트를 맹신하지 마십시오. BMS, 게이지, 보호 FET, 밸런싱 회로 및 상시 전원 레일을 포함한 전체 어셈블리를 측정하십시오. 데이터시트의 수치는 이상적인 조건을 가정한 것이며, 보드에는 누설 전류 경로가 추가됩니다.
실제 측정 환경을 조성하십시오. 배터리 팩을 선박 모드로 설정하고, 일정한 온도를 유지하며, 미터 또는 션트 기반 로거를 사용하여 장기간에 걸쳐 전류를 기록하십시오. 발생시킨 웨이크 이벤트도 기록해야 합니다. 로봇 도크나 인프라 백업 장치는 몇 주 동안 그대로 두는 경우가 많으므로, 짧은 시간 동안의 벤치 측정만으로는 정확한 결과를 얻기 어렵습니다.
프로그램별 합격 기준을 정의하십시오. 허용되는 사항을 명시하십시오. 대기 전력 각 모드에 대해 테스트 기간과 합격/불합격 범위를 설정합니다. 그런 다음 각 웨이크 사이클 후 절전 모드 및 출하 모드 기능이 지정된 대로 작동하는지 확인합니다. 하드웨어 연결 해제가 제대로 되지 않으면 연결이 전혀 되지 않는 것보다 더 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.
출력 경로를 차단한다고 해서 내부 소모가 완전히 사라지는 것은 아닙니다. BMS 전원 공급 장치, 셀 탭, 보호 회로 및 호스트 인터페이스에는 여전히 전원이 공급될 수 있습니다. 호스트가 연결된 상태와 연결 해제된 상태 모두에서 잔류 소모량과 역류를 측정하십시오.
파트 3: 최대 부하, 토폴로지 및 대기 전력 소모 간의 절충점
3.1 부하 전류 특성 및 팩 토폴로지
대기 전력 소모, 최대 부하 용량, 그리고 사용 가능한 백업 에너지를 각각 별개의 예산으로 생각하십시오. 배터리 셀, BMS(배터리 관리 시스템), 그리고 호스트 전원 아키텍처는 이 세 가지 예산을 동시에 충족해야 합니다. 먼저 모든 모드(출하, 보관, 절전, 테스트 준비)에서 배터리 측 전류를 측정하십시오. 최악의 경우 펄스 진폭, 지속 시간, 반복률, 그리고 돌입 전류를 기록하십시오. 또한, 전압이 낮아질수록 정전력 부하에서 더 많은 전류가 흐르므로, 지원되는 최저 배터리 팩 전압도 포함하십시오.
필요한 전압 범위, 에너지 및 전류를 이용하여 직렬 및 병렬 연결 수를 계산하십시오. 5S2P 팩각각 두 개의 병렬 셀로 구성된 5개의 직렬 그룹은 3.6~3.7V 셀을 사용할 경우 공칭 전압 약 18.0~18.5V, 최대 전압 21.0V를 제공합니다. 이는 가능한 구성 중 하나일 뿐, 보편적인 표준은 아닙니다. 적절한 C-rate를 확인하고 저항 및 상호 연결 대칭성에 따라 달라지는 실제 전류 분배를 고려해야 합니다. 병렬 셀은 용량을 증가시키고 등가 그룹 저항을 낮추지만, 독립적인 백업 팩을 생성하지는 않습니다. 셀 그룹, 배선, 퓨즈, FET 및 커넥터 전체에 걸쳐 전압 강하를 예측해야 합니다. 그런 다음 병렬 셀 개수가 에너지 및 열 요구 사항을 모두 충족하는지 확인해야 합니다.
3.2 예산이 필요할 때만 완충 장치를 사용
배터리 셀이 감당할 수 없는 전압 강하 또는 최대 전류가 발생할 경우에만 커패시터 또는 슈퍼커패시터를 추가하십시오. 버퍼링에는 설계된 충전 경로, 전압 호환성 및 돌입 전류 제어가 필요합니다. 커패시터 전류가 거의 일정하다고 가정할 때, 용량은 전류 × 펄스 지속 시간 / 허용 전압 강하로 계산됩니다. 허용 전압 강하가 1V인 5A, 0.5초 펄스의 경우, 이상적으로는 ESR, 허용 오차, 노화 및 온도 여유를 고려하기 전에 최소 2.5F의 용량이 필요합니다. 초기 ESR 감소는 추가적인 용량입니다.
측정된 펄스 수요를 사용하여 버퍼를 보다 적합한 셀 또는 병렬 구성과 비교하십시오. 버퍼 누설 전류, 충전 손실, 전압 제한, ESR 및 돌입 전류 제어를 고려해야 합니다. 버퍼는 과도 응답을 개선할 수 있지만 검증된 에너지 및 열 예산을 대체할 수는 없습니다.
파트 4: 보관 중 배터리 방전 및 백업 에너지 용량 산정
4.1 저장 기간, 여유 용량 및 잔여 사용 가능 용량
크기 백업 에너지 데이터시트가 아닌 명확하고 구체적인 워크플로를 위해 데이터를 작성하세요. 제품 보관 기간, 배송 기간, 예상되는 작동 시점 등을 기록하고 각 항목에 충분한 여유 시간을 두세요. 의료 기기 포장이 창고에 몇 달 동안 보관되는 경우와 매일 작동하는 로봇 포장에는 각각 다른 예산이 필요합니다.
아래의 허용치는 가상적인 논의 값이며, 권장 설계 한계치가 아닙니다. 효율, 노화 및 SOC 예비량은 실제 작동 주기에서 도출하고 동일한 손실을 두 번 계산하지 않도록 하십시오.
수당 | 예시 값 | 크기 조정의 목적 |
|---|---|---|
전환 손실 | 약 15% 손실 (85% 효율) | 변환 손실 및 보조 손실을 포함합니다. |
수명 종료 시 용량 예비 | 15 % –25 % | 보증 기간 만료 직전에 제 기능을 다합니다. |
백업 충전 상태 예비 | 20 % –50 % | 약속된 정전 시 에너지 공급을 보호합니다. |
충전 여유분 | 사이트 별 | 다음 이벤트 전에 충전이 완료되었음을 확인합니다. |
온도 및 보조 부하 여유 | 사이트 별 | 냉방 및 저온 부하를 포함합니다. |
일정한 전자 방전량의 경우, 용량 손실(Ah)은 전류(A)에 저장 시간(시간)을 곱한 값과 같습니다. 예를 들어, 90일 동안 100마이크로암페어의 전류가 방전될 경우, 셀 자체 방전 및 웨이크업 현상을 제외하고 0.216Ah의 용량이 소모됩니다. 시간에 따라 변하는 전류를 별도로 적분하여 전체 팩 용량뿐 아니라 그룹 수준의 불균형도 확인해야 합니다.
4.2 부분 충전 상태 및 저전압 차단
세포 및 포장 제조업체의 지침에 따라 보관 SOC와 온도를 선택하십시오. 운송 SOC 제한은 분류, 포장 지침, 운송 방식 및 현재 요구 사항에 따라 달라지며, 보편적인 20/80 규칙이 아닙니다. 정해진 보관 기간과 승인된 시동 프로세스를 위해 충분한 잔여 용량을 확보하십시오.
적합한 셀 한계 및 부하 동작을 사용하여 저전압 보호 설정을 하십시오. 출력 차단 시 내부 전자 장치에 전원이 공급된 상태로 남아 있을 수 있으므로, 차단 후 방전량을 측정하고 서비스 전에 허용 보관 기간을 정의하십시오. 출하 시 차단 장치가 작동했다고 해서 누설 전류가 전혀 없거나 보관 수명이 무한정이라는 것을 보장하는 것은 아닙니다.
파트 5: 저전력 대기 아키텍처 검증
5.1 시스템 레벨 드레인 및 웨이크업 수용 테스트
전체 어셈블리에서 설계를 테스트하고, 부품만으로 구성된 벤치에서는 테스트하지 마십시오. 각 모드를 반복적인 진입 및 종료 사이클을 거쳐 실행하십시오. 제어된 온도에서 장시간 동안 출하 모드와 절전 모드에서 전류를 기록하십시오. 모든 웨이크업 소스를 주입하고 팩이 올바른 상태로 복귀하는지 확인하십시오.
결과를 OEM 승인 체크리스트로 변환하세요. 아래 표는 출시 전에 프로그램에서 승인해야 하는 항목을 보여줍니다.
체크리스트 항목 | 확인하는 사항 |
|---|---|
모드 정의 | 각 상태에는 진입 조건, 웨이크업 소스 및 전원 공급 블록 목록이 있습니다. |
측정된 배수 | 전체 어셈블리의 모드별 전류를 시간에 따라 기록함 |
여백 | 백업 에너지는 예비 전력을 통해 정의된 워크플로우를 지원합니다. |
남은 사용 가능 용량 | 기상 시 용량은 명시된 요구 사항을 충족합니다. |
로봇 도킹 스테이션이나 보안 패널은 몇 주 동안 사용되지 않고 방치될 수 있습니다. 짧은 시간 동안 측정하면 미세한 누설 전류를 숨길 수 있으므로 실제 사용 기간을 고려하여 테스트 시간을 설정하십시오.
5.2 운송 시 적재 상태 및 운송 가정
실제 UN 분류, 포장 지침, 운송 경로 및 운송업체에 대한 선적 요건은 위험물 담당 전문가에게 확인하십시오. 최신 규정을 준수하십시오. PHMSA 리튬 배터리 지침 모든 화물에 하나의 SOC 제한이 적용된다고 가정하는 대신, 적용 가능한 항공 운송 규정을 따라야 합니다.
해당 UN 38.3 시험 증빙 자료와 시험 요약서를 출하된 설계도와 함께 보관하십시오. 운송 적격성 평가는 허용 가능한 보관 기간을 규정하지 않습니다. 지정된 출하 상태가 규정에 맞는 취급을 허용하고, 수령 검사 및 시운전 워크플로우를 위한 충분한 공간을 확보하는지 확인하십시오.
이 세 가지 전략은 하나의 시스템으로 함께 작동합니다. 모드 정의는 전력 예산을 설정하는 데 활용됩니다. 이 예산은 절전 모드 및 운항 모드 목표를 설정합니다. 시스템 수준 검증을 통해 설계가 명시된 대로 작동하는지 확인합니다.
전자 방전량을 셀 자체 방전량과 별도로 추적합니다. 패시브 밸런싱 게이지 모니터링은 제어 가능한 실제 대기 전력 소모원입니다. 정의된 저장 및 배송 워크플로에 맞춰 명확한 여유를 두고 백업 에너지 용량을 조정하십시오.
이 개요를 맞춤형 포장 프로그램에 필요한 요구사항 표와 OEM 체크리스트로 변환하십시오. 부품 데이터시트에만 의존하지 말고 전체 조립품을 검증하십시오. 포장재가 장기간 보관 시에도 사용 가능한 용량을 유지할 수 있는지 여부는 종이 사양서가 아닌 측정 결과에 따라 결정됩니다.
FAQ
BMS의 현실적인 정지 전류 목표치는 얼마입니까?
필요한 저장 간격과 허용 가능한 용량 손실을 사용하여 각 모드에 대한 프로그램별 제한을 설정합니다. 구성 요소 데이터시트는 예산 설정에 도움이 되지만, 최종 승인을 위해서는 측정된 조립 전류, 주기적인 웨이크 에너지 및 잔류 그룹 레벨 드레인이 필요합니다.
호스트 전원이 꺼지면 왜 내 배터리 팩의 배터리 잔량이 줄어드는 걸까요?
호스트 스위치는 일반적으로 BMS 하류에 위치합니다. 보호 FET, 게이지, 밸런싱 회로 및 상시 전원 레일은 지속적으로 전류를 소모합니다. 여기에 셀 자체 방전까지 더해집니다. 전체 어셈블리를 출하 모드에서 측정하여 실제 전류 소모량을 확인하십시오.
장기간 보관 시 배수 상태를 어떻게 테스트하나요?
제어된 온도에서 미터 또는 션트 기반 로거를 사용하여 전류를 기록하십시오. 실제 저장 기간과 동일한 시간 동안 테스트를 실행하십시오. 로봇 도크 또는 보안 패널은 몇 주 동안 사용되지 않을 수 있으므로 짧은 벤치 측정으로는 느린 누설 전류를 감지할 수 없습니다.
부분 충전 상태가 배송 중에 도움이 되나요?
제조업체에서 승인한 부분 보관 상태(SOC)는 보관 스트레스를 줄일 수 있지만, 허용되는 운송 SOC는 적용되는 운송 규정에 따라 달라집니다. 일반적인 보관 권장 사항을 운송 분류 및 운송업체 검토를 대신하여 사용하지 마십시오.
팩에 버퍼링을 언제 추가해야 할까요?
전력 예산에서 배터리 셀이 감당할 수 없는 전압 강하 또는 최대 전류가 발생할 경우에만 커패시터 또는 보조 회로를 추가하십시오. 버퍼링은 누설 전류, 비용 및 돌입 전류 설계 작업을 증가시킵니다. 병렬 연결 수를 늘리면 대기 전력 손실을 줄이면서 동일한 문제를 해결할 수 있는 경우가 많습니다.
