배터리 관리 시스템 (BMS) 핵심 기술 및부품과 관련 국내외 기업

목차

 

A.  배터리 관리 시스템(BMS,  Battery Management System)

A1.  개 요

    배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 전기차(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS)에서 배터리의 성능과 수명을 최적화하고 안전성을 보장하는 핵심 전자 제어 시스템입니다.

BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 실시간으로 모니터링하고, 이를 바탕으로 최적의 충전·방전 전략을 결정하여 배터리를 보호합니다.

A2.  BMS의 주요 역할

1) 배터리 상태 모니터링 (Battery Monitoring)

• 개별 셀 및 모듈의 전압, 전류, 온도 감지
• 배터리 사용 패턴을 분석하여 SOC(State of Charge, 충전 상태) 및 SOH(State of Health, 배터리 건강 상태) 계산

2) 배터리 보호 (Battery Protection)

• 과충전(Overcharge), 과방전(Overdischarge) 방지
• 과열(Overheat), 단락(Short Circuit) 보호

3) 배터리 셀 밸런싱 (Cell Balancing)

• 배터리 셀 간의 불균형을 조정하여 전체 배터리 팩의 효율 향상
• 패시브 밸런싱: 초과 에너지를 저항에서 열로 소모
• 액티브 밸런싱: 초과 에너지를 부족한 셀로 이동 (효율적)

4) 충전 및 방전 관리 (Charge & Discharge Control)

• 충전 프로토콜 및 방전 속도 최적화
• 충전 중 배터리 발열 최소화

5) 데이터 로깅 및 원격 모니터링

• 배터리 사용 이력 데이터 저장 및 분석
• 클라우드 및 IoT 기반 원격 모니터링 지원

A2.  BMS의 핵심 기술

    BMS의 성능을 결정하는 핵심 기술은 정확한 배터리 상태 측정, 효율적인 셀 밸런싱, 강력한 보호 기능, 고속 데이터 처리 등이 있습니다.

1)  배터리 상태 추정 기술

• SOC (State of Charge) 추정 기술
  • 배터리의 충전 상태(SOC)를 계산하는 알고리즘
  • 오차율이 낮을수록 전기차의 주행 가능 거리가 정확하게 예측됨.
  • 대표적인 방법: 전류 적산법(Coulomb Counting), 개방 전압 측정(Open Circuit Voltage, OCV), Kalman 필터 알고리즘
• SOH (State of Health) 추정 기술
  • 배터리의 노화 정도와 남은 수명을 예측하는 기술
  • 대표적인 방법: 임피던스 분석법, 전압 변화율 측정, 머신러닝 기반 분석

2)  셀 밸런싱(Cell Balancing) 기술

    배터리 셀 간 전압 차이가 크면 특정 셀의 과충전·과방전이 발생하여 배터리 수명이 짧아질 수 있음. 이를 해결하기 위한 셀 밸런싱 기술이 중요함.

• 패시브 밸런싱 (Passive Balancing): 전압이 높은 셀의 초과 에너지를 저항에서 열로 소모 (저렴하지만 비효율적)
• 액티브 밸런싱 (Active Balancing): 전압이 높은 셀의 에너지를 낮은 셀로 이동 (고효율, 비용 상승)

3)  배터리 보호 및 안전 기술

• 과충전/과방전 방지 (Overcharge/Overdischarge Protection)
  • 특정 임계값 초과 시 충전·방전을 차단하는 보호 회로.
• 과열 감지 및 열 관리 (Thermal Management System)
  • BMS가 배터리 온도를 실시간 감지하여 냉각 시스템 작동을 제어.
  • 고급 모델에서는 AI 기반 예측 모델을 적용하여 과열을 사전에 방지.

4)  통신 및 데이터 처리 기술

• CAN (Controller Area Network) 통신
  • 전기차 내에서 배터리, 모터, 인버터 등이 데이터를 교환하는 네트워크 프로토콜.
• 무선 BMS (Wireless BMS)
  • 기존 유선 BMS의 무거운 케이블을 제거하여 경량화 및 유지보수 편리성을 높임.
  • 대표적 적용 사례: GM(General Motors)의 Ultium 플랫폼
• 클라우드 기반 배터리 모니터링
  • IoT 및 클라우드 연동을 통해 배터리 상태를 원격 분석 및 최적화.

A3. BMS 핵심 부품

    BMS는 다양한 반도체 칩과 전자부품으로 구성됩니다.

1) 배터리 관리 칩셋 (BMS IC)

• 주요 기능: 배터리 상태 모니터링, 셀 밸런싱, 보호 기능
• 대표 기업: TI(Texas Instruments), 온세미(onsemi), NXP, 인피니언(Infineon)

2) 전력 반도체 (Power Semiconductor)

• 배터리 충·방전 제어 및 효율적인 에너지 전환.
• 대표 기업: STMicroelectronics, Infineon, ROHM, 미쓰비시

3) MCU (Microcontroller Unit, 마이크로컨트롤러)

• BMS의 데이터를 처리하고 제어하는 핵심 프로세서.
• 대표 기업: NXP, Renesas, STMicroelectronics

4) 온도 및 전압 센서

• 배터리 팩의 개별 셀을 모니터링.
• 대표 기업: TDK, Bosch, Honeywell

 

B. BMS 관련 국내외 기업

B1.  BMS 핵심 기술 보유 기업

1) LG에너지솔루션 (대한민국)

• BMS 소프트웨어 개발 및 배터리 팩 자체 생산.
• GM, 현대차, 테슬라 등에 공급.

2) 삼성SDI (대한민국)

• 전기차 배터리와 함께 BMS 기술 연구.
• BMW, Rivian, 스텔란티스와 협력.

3) SK온 (대한민국)

• 자체 BMS 개발 및 배터리팩과 통합 설계.

4) Tesla (미국)

• 독자적인 배터리 팩 기술과 BMS 소프트웨어 개발.
• 무선 BMS(Wireless BMS) 적용.

5) Bosch (독일)

• 자동차 전자제어 및 배터리 관리 기술 보유.

6) Panasonic (일본)

• Tesla 배터리 공급사로, 자체 BMS 솔루션도 제공.

B2.  BMS 핵심 부품 생산 기업

1) Texas Instruments (TI, 미국)

• 배터리 관리 칩(BMS IC) 및 전력 반도체 제조.

2) onsemi (미국)

• 전력반도체(SiC MOSFET) 및 BMS 반도체 개발.

3) NXP Semiconductors (네덜란드)

• MCU 및 전력관리 칩 생산.

4) Infineon (독일)

• 배터리 보호용 전력 반도체 공급.

5) STMicroelectronics (스위스)

• 전기차용 MCU, 센서 및 전력 반도체 제조.

 

C. 정  리

    BMS는 전기차의 안전성과 성능을 좌우하는 핵심 시스템으로, 배터리 상태 모니터링, 보호, 셀 밸런싱, 데이터 처리 등의 기능을 수행합니다.

• LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온, 테슬라 등은 BMS 핵심 기술을 개발 중이고,
• TI, NXP, Infineon, STMicroelectronics 등은 BMS 핵심 부품을 공급합니다.

향후 무선 BMS, AI 기반 배터리 예측 관리, 초고속 충전 지원 등의 기술이 발전할 것으로 예상됩니다.