스마트 셀 : 확장 가능하고 안전한 배터리 아키텍처의 잠재력

스마트 셀 : 확장 가능하고 안전한 배터리 아키텍처의 잠재력

Joel Sylvester , October 1, 2025

두코시는 스마트 셀이 고급 셀 수준 인텔리전스를 통해 확장 가능하고 안전하며 고성능 배터리 아키텍처를 구현하는 방법에 대한 통찰력을 공유합니다.

 

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[ 한 작업자가 배터리 장치를 조립하고 있다. INA FASSBENDER / 기고자/AFP ]

 

스마트 셀 : 확장 가능하고 안전한 배터리 아키텍처의 잠재력

Joel Sylvester , October 1, 2025

두코시는 스마트 셀이 고급 셀 수준 인텔리전스를 통해 확장 가능하고 안전하며 고성능 배터리 아키텍처를 구현하는 방법에 대한 통찰력을 공유합니다.

 

전기 자동차(EV), 그리드 규모 저장 장치, 산업용 차량 전기화 분야에서 더 높은 성능, 더 안전하며 더 비용 효율적인 배터리 시스템에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 그러나 대부분의 배터리 관리 시스템(BMS)은 여전히 ​​모듈로 배열된 셀 그룹을 모니터링하는 유선 아키텍처에 의존하고 있으며, 셀을 개별적으로 관리하는 것은 어렵습니다. 이러한 접근 방식은 유연성을 제한하고 확장성을 복잡하게 만듭니다. 

 

각 셀에 모니터링과 인텔리전스를 직접 통합하여 "스마트 셀"을 구축하는 것은 공급망 전체에서 배터리 성능, 안전성 및 추적성을 향상시킬 수 있는 강력한 대안을 제공하며, 이는 배터리 설계의 근본적인 발전을 의미합니다.

 

왜 스마트 셀인가

 

EV 및 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)과 같은 애플리케이션의 배터리 시스템은 전통적으로 셀을 모듈로 그룹화하고, 각 모듈은 다중 셀 컨트롤러에 의해 모니터링되며, 이 컨트롤러는 집계된 측정값을 배터리 관리 시스템(BMS)으로 전달합니다. 이러한 아키텍처는 실용적이지만, BMS의 직접적인 가시성을 제한하고 설계 유연성을 제한하며, 광범위한 배선과 다양한 통신 경로 길이로 인해 지연 시간과 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

반면, 스마트 셀은 각 셀에 감지 기능을 내장하여 전압, 전류, 온도, 심지어 압력이나 가스 모니터링과 같은 중요한 매개변수를 직접 측정할 수 있습니다. 모든 셀에 동일한 설계를 적용하여 짧고 일관된 감지 리드 길이를 구현함으로써 신호 충실도에 영향을 줄 수 있는 기생 효과와 전기 노이즈를 최소화하여 측정 정확도와 일관성을 향상시킵니다.

안전은 또 다른 핵심 요소입니다. 일관된 전체 셀 수준의 가시성을 통해 시스템은 이상을 조기에 감지하여 연쇄 오류 또는 열 폭주 위험을 줄일 수 있습니다 . 스마트 셀은 또한 평형 전류가 측정과 동일한 연결을 통해 흐를 필요가 없으므로 수동 밸런싱 기능을 통합할 수 있습니다. 이를 통해 측정 오류로 이어지는 전압 강하를 방지합니다. 밸런싱 열은 전체 팩에서 소산되므로 동시에 밸런싱할 수 있는 셀 수에 대한 제한이 사라집니다. 이러한 세밀한 통찰력을 통해 더 빠른 보호 조치, 더 정확한 BMS 알고리즘, 그리고 더 효과적인 밸런싱이 가능해져 더욱 안전하고 복원력 있는 배터리 작동을 지원합니다.

스마트 셀은 아키텍처 유연성도 향상시킵니다. 모듈 기반 시스템과 달리, 셀 기반 아키텍처는 고정된 셀 그룹에 국한되지 않아 설계 반복 작업을 간소화하고 애플리케이션에 더욱 특화된 레이아웃을 구현할 수 있습니다. 이는 맞춤형 차량 설계에 맞춤형 배터리 솔루션이 필요한 산업용 차량 플랫폼에서 특히 유용합니다.

 

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[ 스마트 셀은 자세한 운영 데이터를 저장할 수 있습니다. Dukosi 제공. ]

 

셀 단위에서 측정 전처리를 활성화하고 중앙 BMS의 부하를 분산함으로써 시스템 성능이 더욱 향상됩니다. 셀 단위에서 처리 및 메모리가 내장된 Smart Cells는 상세한 운영 데이터를 저장하여 고급 진단, 성능 추적, 상태 모니터링, 보안 및 국제 규정 준수를 지원합니다. Smart Cells는 상태, 생산, 사용 이력, 구성 요소와 같은 핵심 정보를 저장함으로써 재사용을 통한 순환성을 실현하고 최종 재활용까지 이어지는 더욱 지능적이고 적응력 있는 배터리 생태계를 구축하는 데 기여합니다.

이러한 셀 단위 지능은 에너지 활용도를 향상시킵니다. 정확하고 동기화된 실시간 데이터는 충전 상태(SoC) 및 건강 상태(SoH) 예측을 개선하여 과도한 설계 마진을 줄일 수 있는 확신을 제공함으로써 더 많은 가용 에너지를 확보합니다. 작은 개선이라도 대용량 팩으로 확장하여 성능 향상 또는 배터리 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다.

간단히 말해, 스마트 셀은 새로운 설계 패러다임을 제시합니다. 배터리 시스템이 확장되고 다양화됨에 따라 기존 아키텍처의 한계가 더욱 심화되고 있으며, 이로 인해 스마트 셀은 차세대 설계를 위한 매력적인 기반이 되고 있습니다.

 

'스마트 셀' 아키텍처 제공의 과제 극복

 

스마트 셀의 이점은 매력적이지만, 이 비전을 대규모로 실현하는 것은 결코 간단하지 않습니다. 모든 셀에 지능을 분산시키는 행위 자체가 본질적으로 시스템 복잡성을 증가시킬 수 있습니다. 신중한 엔지니어링 없이 셀 수준에서 전자 장치를 통합하면 비용이 증가하고, 고장 지점이 발생하며, 열 및 기계 설계가 복잡해져 스마트 셀이 제공하고자 하는 이점을 저해할 수 있습니다.

주요 기술적, 실질적 과제는 다음과 같습니다.

대규모 안정적인 통신 : 수백 개의 셀에서 초당 여러 번, 그리고 알려진 지연 시간으로 데이터를 동기적으로 수집하는 것은 매우 어렵습니다. 특히 EV 및 BESS와 같이 고전압 및 전자기적으로 잡음이 많은 환경에서는 더욱 그렇습니다. 기존 시스템은 복잡한 유선 네트워크를 통해 연결된 다중 셀 모듈에 의존하며, 각 매개변수에 대해 별도의 배선이 필요하고 고정된 모듈 크기로 제한되는 아날로그 프런트 엔드(AFE)를 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 방식은 지연 시간을 발생시키고, 배터리 레이아웃의 유연성을 제한하며, 구성 요소를 고전압 과도 현상에 노출시킵니다.

제조의 복잡성 : 적절한 시스템 통합이 없다면 스마트 셀은 제조 단계를 늘리거나 의도한 단순성을 상쇄하는 새로운 조립/테스트 과제를 도입할 위험이 있습니다.

패키징 과제 : 유선 아키텍처를 사용하여 셀 수준의 통찰력을 제공하면 시스템 패키징에 문제가 발생할 수 있으며 BOM(부품 목록) 구성 요소 수가 크게 늘어날 수 있습니다.

수명주기 데이터 처리 : 운영 및 추적 데이터의 셀 수준 저장에는 통합 메모리, 펌웨어 보안, 장기 데이터 보존이 필요하며, 이는 셀의 전체 수명(2차 사용 또는 재활용 포함) 동안 안정적으로 유지되어야 합니다.

에너지 및 전력 제약 : 전자 장치는 배터리 수명을 단축시키거나 전반적인 배터리 성능에 영향을 미치지 않으면서 셀 자체에서 끌어오는 최소한의 전력으로 작동해야 합니다.

 

타협 없는 스마트 셀 제공

 

따라서 스마트 셀을 구현하는 것은 단순히 유선 설계를 셀 수준 아키텍처로 확장하는 문제가 아닙니다. 배터리 네트워크 설계에 대한 완전히 새로운 접근 방식이 필요합니다. 셀 간의 통신, 저장 및 정보 처리 방식을 재고함으로써 차세대 아키텍처는 이러한 장벽을 극복할 수 있습니다.

그러한 예 중 하나가 Dukosi 셀 모니터링 시스템(DKCMS)입니다. DKCMS는 기존의 유선 또는 원거리 무선 방식에 의존하는 대신, 단일의 간단한 비접촉식 근거리 무선 안테나를 사용하여 강력한 배터리 내부 통신을 구현합니다. 각 셀에는 고정밀 아날로그 프런트 엔드(AFE), 디지털 신호 처리, 마이크로컨트롤러, 메모리, 온도 센서, 근거리 무선 트랜시버를 통합한 전용 모니터링 IC인 Dukosi DK8102 셀 모니터가 장착되어 있습니다.

 

[ 두코시 셀 모니터링 시스템(DKCMS). 두코시 제공.]

 

이 장치는 셀에서 직접 전압과 온도를 측정하고, 데이터를 로컬에서 처리한 후, 독점 통신 프로토콜인 C-SynQ를 통해 DK8202 시스템 허브로 전송합니다. DKCMS를 기반으로 제작된 스마트 셀은 배터리 수명 주기 전반에 걸쳐 이점을 제공합니다. 각 셀 모니터는 수명 주기 동안 자체적인 작동 이력을 유지하여 추적성, 보증 검증, 중고 제품 배치 및 순환 경제를 지원합니다.

 

전기화의 미래를 실현하다

 

자동차, 그리드, 산업용 차량 분야에서 전기화 수요가 급증함에 따라, 배터리 아키텍처는 안전성, 성능, 유연성, 확장성 및 수명 주기 관리에 대한 새로운 기대를 충족하도록 진화해야 합니다. 기존의 모듈 기반 설계는 성숙하고 널리 구축되었지만, 차세대 플랫폼의 다양하고 역동적인 요구를 충족하는 데 있어 점점 더 제약을 받고 있습니다.

 

스마트 셀은 셀 수준에서 지능을 내장하여 가시성, 제어 및 적응성에 있어 획기적인 변화를 가능하게 하는 혁신적인 대안을 제시합니다. 그러나 스마트 셀의 성공적인 구현은 여전히 ​​해결되지 않고 있는 중요한 엔지니어링 과제를 해결하는 데 달려 있습니다.

규제 압력이 강화되고 시장 요구 사항이 지속적으로 변화함에 따라, 배터리 개발자는 기술적 정교함과 실질적인 확장성을 모두 제공하는 아키텍처가 필요합니다. Dukosi의 DKCMS 아키텍처는 안정적인 비접촉식 근거리 무선 통신(NFC), 결정론적 데이터 전송, 그리고 고도로 통합된 모니터링 실리콘을 결합하여 기존 배선이나 모듈식 복잡성의 단점 없이 스마트 셀의 모든 이점을 실현하는 포괄적인 솔루션입니다.

 

선진상사는
사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서
ESS 배터리 매입, ESS 배터리 수거, ESS 배터리 장비를 철거합니다.

​또한 리튬 이온 배터리 (Lithium-ion Battery), 전기차 배터리 및 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카 배터리, 전동공구 배터리, 전동보드 배터리, 전기자전거 배터리, 인산철 배터리 등 배터리 수거전문 업체입니다.

​​대학교, 관공서, 기업, 병원, 호텔, 군부대, 항공사,국내 외 전기차 관련기업, 발전소 등의 ESS 배터리, 리튬 이온 배터리, 전기차(EV) 배터리와 2차 폐축전지, ESS, UPS 배터리 매입, LFP  배터리 수거및 폐기까지 숙련된 기술과 합리적 가격, 정직함으로 진행합니다.

관련하여 상담을 원하시는 분은
ds2puw@hanmail.net
010 3018 0141입니다. 

​* ESS 배터리 ( Energy Storage System , 에너지 저장장치 )
* UPS 배터리 ( Uninterruptible Power Supply , 무정전 전원 공급 장치 )
* LFP 배터리  ( Lithium Iron Phosphate ,  리튬인산철 )
* EV   배터리  ( Electric Vehicle , 전기차 )

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[선진상사의 미8군과 리튬이온 배터리 관련 계약,하청업체 자료입니다.]