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자동차 시장을 위한 F-RAM

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글/James Tomasetta, Cypress Semiconductor

전자 부품이 자동차에 미치는 영향력은 해가 갈수록 커지고 있다. 과거에는 기계로 작동했던 시스템이 전자 제어 장치(ECU)로 전환되고 있다. 자동차 안전 및 사용자 엔터테인먼트를 위한 새로운 시스템으로 인해 복잡성과 리소스에 대한 필요성이 증가한다.

자동차 전자 장치 서브 시스템 개요

자동차 전자 장치는 독립적이면서도 서로 연결된 서브 시스템으로 나눠진다. 각 서브 시스템은 특정 작업을 담당하며, 단순한 무선 통신 제어 인터페이스부터 복잡한 충돌 방지 시스템에 이르기까지 그 범위와 복잡도가 다양하다. 그럼에도 불구하고 이러한 서브 시스템은 어느 정도 기본적인 구조를 공유한다. 그 예로 마이크로 컨트롤러 장치(MCU), 시스템 버스 인터페이스(CAN/OBD2 형식, 최근의 이더넷), 입력 센서, 출력 제어 논리를 들 수 있다. 또한, 여러 서브 시스템에서 데이터를 연속적으로 즉시 저장해야 하며 이는 성능 및 내구성 설계 요구 사항으로 이어진다. 이런 경우 Cypress의 강유전체 램(F램, F-RAM)이 유용할 수 있다.
F-RAM을 사용하면 시스템에서 추가적인 메모리와 메모리 내구성 관리를 위한 오버헤드 없이 최대 버스 속도로 계속해서 데이터를 저장할 수 있다. F-RAM은 즉각적 비휘발성이므로 정보 저장을 위한 추가적인 안정화 시간이 필요 없으며, 쓰기 내구성이 1014회이다(대부분의 EEPROM과 FLASH의 경우 106회 미만임).
대부분의 시스템에서 데이터 저장을 필요로 하지만, 이 기사에서는 F-RAM의 이점을 활용할 수 있는 경우에 대해 중점적으로 알아본다. 예를 들어, 간단한 무선 통신 ECU는 사용자 사전 설정 데이터와 현재 상태를 저장해야 한다. 사용자 사전 설정은 자주 변경될 가능성이 없으며, 실제로 한 번 설정되면 거의 ROM과 같이 취급된다. 반면, 현재 상태는 자주 변경되지만 복원이 그다지 중요하지 않기 때문에 간단한 무선 통신 시스템에 비휘발성 메모리를 추가하는 것은 아무런 가치가 없다. 그러나, 더 진보된 엔터테인먼트 및 네비게이션 시스템에서는 용도에 따라 F-RAM의 기능을 잘 활용할 수 있다.
이 기사에서는 배터리 관리, 타이어 압력 모니터링, 잠김 방지 브레이크, 에어백 배치, 이벤트 데이터 레코더의 다섯 가지 자동차 서브 시스템을 검토하며 각각에서 Cypress의 F-RAM 제품을 활용할 수 있는 주요 기능을 알아본다.

배터리 관리

배터리 관리 시스템(BMS)은 전기 및 하이브리드 차량에서 배터리 시스템을 모니터링하고 제어하는 전자 제어 시스템이다. 이 장치의 주요 기능은 각 배터리 전지가 손상되지 않도록 보호하고, 각 전지의 수명을 연장하며, 차량에 실시간으로 에너지를 분배하는 것이다.
BMS에서는 각 배터리 전지의 작동 파라미터를 독립적으로 모니터링한다. 이러한 파라미터에는 전지 전압, 전지 전류(충전 및 소모), 전지 온도가 포함된다. 최신 리튬 이온 배터리는 충전 밀도(에너지 저장 용량)가 매우 높고 전류 소모가 높지만(내부 저항 낮음) 매우 엄격한 작동 제어가 필요하다. 리튬 이온 전지에서 문제가 발생하는 주된 원인은 과충전 또는 충전 부족이다. 따라서 리튬 이온 전지를 사용하는 모든 시스템에서 BMS가 중요할 수 있다.
최신 전기 및 하이브리드 차량에서는, 동력 전달을 제어하는 엔진 관리 시스템, 재생식 브레이크를 위한 브레이크 서브 시스템, 동력 차단을 위한 안전 서브 시스템, 통신 및 인포테인먼트를 위한 객실 서브 시스템과 같은 여러 차량 서브 시스템과 BMS가 연결된다.
그림 2에서는 BMS 및 연결된 서브 시스템의 레이아웃을 보여 준다. 기본 시스템에는 각 전지에서 적절한 충전 상태를 유지하는 데 사용되는 이퀄라이저와 전지를 모니터링하는 ECU가 포함되어 있다. ECU는 각 전지의 온도 및 전압 정보와 다른 서브 시스템의 전기 요청을 수집한 후 이퀄라이저에 전지의 충전 균형을 유지하도록 지시한다. 약한 전지는 더 자주 충전되고, 강한 전지는 에너지 요청에 더 많이 사용된다. 이는 배터리 팩의 전체 수명을 연장하는 데 도움이 된다.
ECU는 다양한 배터리 기술에 따라 프로그래밍할 수 있는 기능이 필요하며 주로 사용되는 기술은 리튬 이온과 니켈 수소이다. 이 시스템은 또한 단기적(최근 몇 회의 충전 주기) 및 장기적(수명 전체) 전지 성능을 모니터링할 수도 있어야 한다. 이 기능은 배터리 수명을 최대화하는 데 매우 중요하며, 초당 최대 60회의 단기적 모니터링은 Cypress F-RAM의 높은 내구성을 이 응용 분야에 이상적인 메모리 기술이 되게 하는 고유한 요구사항이다...(중략)