아이티엠반도체 전기차 배터리 보호회로 POC(Protection One Chip)란? 구조 및 장점

아이티엠반도체 소개

아이티엠반도체는 배터리 보호회로를 생산하는 기업입니다. 그중 아이티엠 반도체의 POC(Protection One Chip) 배터리 보호회로를 생산하고 있습니다. 

배터리 보호회로란?

배터리는 수많은 전기가 오고 가고 하면서 전류를 분출하거나 흡수하거나 합니다.  이때 전류가 오고 가면서 전기가 발생하는 원리가 유기 전해액을 사용하는 것인데, 이 유기 전해액은 과충전, 단락 등 문제가 생기면 발열 현상이 발생해 발화 및 폭발로 이어지기 때문에 보호회로의 MOSFET과 IC칩을 사용하고 있습니다. 

 

이론적으로 좀 더 접근해보자면 리튬이온전지는 LiCoO2 물질로 이루어진 양극재 흑연 등의 탄소 재질의 음극, 전해질, 양극재로 이루어져 있습니다. 

 

LiCoO2의 내부에 리튬이 빠져나와 전해질을 따라 이동해, 탄소 내부로 들어가는 현상이 충전상태이며, 나가는 것이 방전 상태입니다. 

 

그러나 리튬이온전지의 충전 상태에서 충전 시 과충전, 전기를 사용하다가 과방전 등등의 문제가 발생하면, 발화가 발생합니다. 이를 보호하기 위한 회로가 보호회로입니다. 

배터리 보호회로 PCM이란?

그중 PCM(Protection Circuit Module) 구조가 예전에 많이 사용되었습니다. 이 PCM구조는 핸드폰의 리튬이차전지 배터리에 많이 사용되는 보호회로로써 보호 IC, 과충전, 과방전, 과전류 등등으로부터 보호하기 위한 FET로 구성됩니다. 여기서 MOSFET을 IC가 전류를 ON과 OFF로 지속적으로 바꿔줌으로써 배터리가 과방전, 과충전, 과전류 상태로 나아가지 않도록 합니다. 

아이티엠반도체 POC(Protection One Chip)의 경쟁력 및 PCM의 문제점

그중 아이티엠반도체가 만든 POC(Protection One Chip)가 경쟁력을 가지는 이유에 대해서 설명하겠습니다. 최근 전자기기를 보시면 아시겠지만 굉장히 내부가 뺵빽합니다. 

휴대폰 내부 사진

이 사진을 보시면 아시겠지만 핸드폰에는 전자 부품이 수도 없이 많이 들어가 있습니다. 최근 핸드폰에 사용되는 수동소자만 해도 2000개이며, 그밖에 5G 통신칩, APU, 메인보드, 구동칩, IC칩 등등 글로 설명할 수도 없을 만큼 많은 부품들이 장착되어있습니다. 

 

이러한 현상이 전기차에서도 발견되었습니다. 전기차의 2차전지에서도 이러한 문제가 발견되었으며, 이러한 문제를 제외하더라도, 현재 2차전지는 굉장히 무겁습니다. 무거우면 전기차의 연비가 떨어질 수밖에 없습니다. 또한 전자기기는 부피가 줄면 줄수록, 더 높은 효율을 보이고 있습니다. 이런 2차전지의 부피를 줄이기 위해서는 하나의 부품도 더 작고 효율이 좋게 사용할 수밖에 없습니다. 

아이티엠반도체 POC(Protection One Chip) 구조 및 장점

아이티엠반도체의 POC(Protection One Chip)는 이러한 한계를 극복하기 위해서 리드프레임에 POC IC와 N-ch MOSFET을 넣고 각각 부품은 와이어 본딩으로 연결하여 하나의 패키징 형태를 가진 IC를 개발했습니다. 이게 바로 POC입니다. 

아이티엠반도체 보호회로 POC 이론

좀 더 자세히 설명한다면, PCM에서는 IC 따로 MOSFET을 따로 넣음으로써 효율 대비 부피가 컸습니다. 그러나 와이어 본딩 및 다른 부품을 통해 이를 일체화시켰습니다. 이에 따라 전류가 흐르는 공간이 더 줄어들고 전류가 더 빠르게 흐름으로써 높은 효율을 보이고 있습니다. 

 

아이티엠반도체 홈페이지에 있는 사진을 참고하여 설명하자면, 

아이티엠반도체 POC 사진

사진을 보시면 아시겠지만, 원래 위에 사진에서는 MOSFET과 Protection IC이 따로 들어갑니다. 그러나 밑에 사진에는 하나로 되어있습니다. 이 처럼 MOSFET과 Protection IC 하나의 패키지로 이어져 있는 것을 뜻합니다. 

 

이는 공정화가 가능하여 제조비용도 절감 가능하고, 소형 PCB 설계에도 유리하며 PCM자체의 단가도 기존 대비 높은 효율 높은 공간성을 확보 가능하기 때문에 단가가 높아, 수익성이 좋습니다.