TI, '산업용 드론' 배터리 수명 연장 기술 발표

텍사스인스트루먼트(이하, TI)는 물품 배송, 감시 또는 장거리 통신 및 지원 등에 활용되고 있는 쿼드콥터와 소비자/산업용 드론의 비행 시간을 늘리고 배터리 수명을 연장하는 2개의 회로 기반의 서브시스템 레퍼런스 디자인을 출시한다.

IHS 마킷(IHS Markit)의 데이터 전송 및 관리 서비스 부문 수석 분석가 스텔리오스 코타키스(Stelios Kotakis)는 “비행 시간은 드론의 최우선적인 설계 과제다. 취미용 쿼드콥터와 전문가용 드론뿐 아니라, 특히 눈에 보이는 가시선 밖의 운행을 위해 기업에서 사용되는 드론의 경우 비행시간은 더욱 중요하다”며 “택배 회사는 배터리 수명이 향상된 드론을 원하며, 드론이 얼마나 먼 거리를 비행할 수 있는지 알아보기 위해 드론을 이용한 물품 배송을 시험적으로 운영하고 있다”고 말했다.

IHS 마킷의 최근 조사*에 따르면, 시중에 나와 있는 드론의 약 50%는 배터리 수명이 30분 미만이며, 35%는 31~60분 간 비행할 수 있고, 나머지 15% 이하만 1시간 이상 비행할 수 있는 것으로 나타났다. (추가 적재 없이 이상적인 비행 조건 기준)

◇ 혁신적 배터리 관리 설계

TI의 2S1P 배터리 관리 시스템(BMS) 레퍼런스 디자인은 드론의 배터리팩을 첨단의 진단 블랙박스 레코더로 변형시켜, 리튬이온(Li-Ion) 배터리 잔량을 정확히 모니터링하고 배터리를 보호한다. 드론 BMS 레퍼런스 디자인을 이용하면 개발자는 기존의 모든 드론 설계에 게이징, 보호, 밸런싱, 충전 기능을 추가하고 비행시간을 늘릴 수 있다.

이 레퍼런스 디자인은 bq4050 멀티셀 리튬이온 연료 게이지를 이용해 배터리 잔량을 정확히 측정한다. 또 bq24500 배터리 충전 컨트롤러 및 고효율 DC/DC 컨버터가 탑재되어 높은 전력 변환 효율을 제공한다.

◇ 고속 성능으로 효율적 모터 구현

비행 시간을 늘리는 데 또 하나의 걸림돌은 드론에 사용되는 프로펠러의 비효율적인 회전에 있었다. 드론 전자변속기(ESC)를 위한 TI의 새로운 레퍼런스 디자인은 제조업체가 더 오래 비행하면서 매끄럽고 안정적으로 동작할 수 있는 드론을 제작할 수 있도록 한다.

드론 전자 변속기를 위한 센서리스 고속 FOC(Field Oriented Control) 레퍼런스 디자인은 전자 변속기에서 12,000rpm 이상(전기적 1.2kHz 이상)의 속도를 제공해 최고 효율을 구현할 수 있다. 또한 고속으로 역회전이 가능해 보다 안정적인 회전 운동을 제공한다. 

이 레퍼런스 디자인은 정밀한 모터 제어를 위한 F28027F 마이크로컨트롤러 및 회전자 자속, 각도, 속도, 토크를 측정하는 FAST 필드 옵저버 소프트웨어 알고리듬을 포함한 InstaSPIN-FOC C2000 솔루션을 제공한다. 또한 모터의 파라미터 정보를 이용해 전류 제어 대역폭을 튜닝할 수 있다.

다른 기법과 달리 FAST 센서리스 옵저버 알고리듬은 완벽한 셀프 튜닝을 수행하므로 적절한 동작과 프로펠러 제어를 위해 추가적인 조정이 필요없다. 또한 드론의 리튬 폴리머(LiPo) 배터리를 효율적으로 관리하기 위해 설계됐고, 매우 낮은 대기 전류를 갖는 60V LMR16006 SIMPLE SWITCHER® DC/DC 컨버터를 포함하고 있다.