서미스터는 신에너지 차량 및 에너지 저장 응용 분야의 발전을 촉진합니다

써미스터는 중요한 온도 감지 장치로서, 신재생 에너지 차량과 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 신재생 에너지 기술의 급속한 발전과 함께, 배터리 시스템의 안전성, 안정성, 그리고 효율적인 작동에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 써미스터는 높은 정밀도와 빠른 반응 특성을 통해 시스템 내 온도 변화를 효과적으로 모니터링하고 제어하여 배터리 팩이 최적의 작동 범위 내에서 작동하도록 보장하며, 결과적으로 배터리 수명을 연장하고 시스템의 전체적인 신뢰성을 향상시킵니다. 이 글에서는 신재생 에너지 차량 및 에너지 저장 응용 분야에서 써미스터의 중요성과 Murata에서 도입한 써미스터 제품 특성을 탐구합니다.

신에너지 자동차(NEV)는 현재 자동차 산업에서 주도적인 역할을 하며 전 세계적으로 생산과 판매의 모멘텀을 이끌고 있습니다. 예를 들어, 중국에서는 녹색 및 저탄소 전환이 꾸준히 진행되고 있으며, 에너지 생산 및 소비 구조가 지속적으로 최적화되고 있습니다. 중국의 신에너지 산업의 급속한 성장은 지속적인 기술 혁신과 잘 구축된 산업 체계로 인해 이루어지고 있습니다. 이 가운데, NEV 생산은 연간 대비 빠른 성장을 보이고 있으며, 충전소 및 자동차용 리튬이온 파워 배터리와 같은 관련 제품들 또한 빠르게 성장하고 있습니다. 한편, 태양광 산업 체인은 강한 성장세를 보이고 있으며, 폴리실리콘, 단결정 실리콘, 초투명 유리와 같은 태양광 응용을 위한 주요 자재 생산도 현저히 증가하고 있습니다.   통계에 따르면, 전기차용 리튬이온 배터리 팩에 대한 연간 총 수요는 2023년 약 600GWh에서 2025년 약 1,000GWh, 2029년에는 약 1,600GWh로 증가할 것으로 예상됩니다. 시장을 선도하는 중국은 배터리 생산 능력을 빠르게 증대시키고 있습니다. 2023년 중국의 배터리 생산 능력은 약 1,200GWh였으며, 발표에 따르면 이 용량은 2025년까지 3,000GWh를 초과하고, 2030년까지 4,500GWh를 넘을 것으로 예상됩니다.   이러한 상황은 배터리 용량 증가로 인해 제조업체의 가격이 낮아질 가능성을 포함하여 몇 가지 중요한 영향을 끼치고 있습니다. 2023년까지 배터리 팩의 평균 가격은 이미 10~15% 하락했으며, CATL은 올해 배터리를 kWh당 $60 미만에 판매할 계획이며, 배터리 가격이 계속해서 하락할 것으로 기대되고 있습니다. 또한, BYD와 CATL과 같은 중국 기업들은 연구 및 개발에 많은 투자를 하고 있으며, 새로운 향상된 제품을 출시하여 배터리 산업에 새로운 진출자가 도전하기 어려운 상황을 만들고 있습니다.

태양광 및 에너지 저장 시스템에서 서미스터에 대한 수요는 상당히 높습니다. 서미스터는 배터리 관리 시스템(BMS), 전력 변환 시스템, 태양광 최적화기 및 태양광 인버터에서 온도 감지 및 제어를 위해 필수적입니다. 전체 에너지 저장 시스템에 필요한 서미스터 수량은 장비의 규모에 따라 달라지며, 5MWh 캐빈당 최대 5,000개가 필요할 수 있습니다. 한편, 새로운 에너지 차량(NEV)에서도 서미스터에 대한 수요가 중요합니다. NEV 한 대는 약 150개의 서미스터가 필요하며, 주로 배터리팩이 서미스터의 주요 적용 지점입니다. AFE(Analog Front End) 측은 보통 배터리 셀의 온도 측정을 위해 NTC(부저항 온도 계수) 서미스터 인터페이스를 예약합니다.   자동차 BMS 보드 IC 보호를 위한 온도 감지 요구 사항을 예로 들어 보면, 서미스터는 션트 저항기의 온도를 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 배터리 모듈에서 전류 검출이 션트 저항기 방식을 채택할 경우, 서미스터는 션트 저항기 온도를 모니터링하여 주변 온도가 전류 검출에 미치는 영향을 보정하는 데 필요합니다. 또한, 서미스터는 밸런싱 저항기의 온도를 모니터링하는 데 사용됩니다. 수동 밸런싱에서는 밸런싱 저항기가 배터리의 과잉 에너지를 소모하여 배터리 모듈 또는 셀 간의 충전 및 전압을 균형화합니다. 더불어, 서미스터는 자동차 배터리 셀의 온도를 감지하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 서미스터의 목적은 셀의 온도 변화를 모니터링하여 열 폭주 현상의 발생을 감지하는 것입니다. 또한, 이는 배터리의 SOH(상태) 및 SOC(상태 지표) 데이터를 계산하는 데 사용할 수 있습니다.   에너지 저장 시스템(ESS) 응용 분야, 특히 ESS 배터리팩에서 주류 시장은 유연성 인쇄 회로(FPC) 또는 유연성 다이컷 회로(FDC)와 SMD(표면 실장 장치) NTC 서미스터 결합을 활용하여 온도를 측정합니다. NTC 서미스터의 역할은 온도 모니터링 및 보상입니다. BMS 보드에서는 서미스터가 ECU, MOSFET, 전기 연결 및 주변 환경 온도를 모니터링할 수 있습니다. 배터리 셀에서는 NTC 서미스터가 셀의 온도를 모니터링하여 과열을 방지하거나 효율성을 조정하는 온도 보상을 제공합니다. 일반적으로 BMS 보드에는 여러 개의 NTC 서미스터가 사용되며, NTC 서미스터와 배터리 셀의 비율은 1:1에서 1:4로 범위가 존재하며, 1:2 비율이 가장 일반적입니다. ESS BMS 배터리팩은 보통 약 100개의 배터리 셀을 통합하며, 따라서 ESS BMS 배터리팩에는 약 50개의 NTC 서미스터가 사용됩니다.   ESS BMS 배터리팩에서 리드형 서미스터를 사용하면 높은 방수성과 진동 저항성을 제공하는 추가적인 구조적 지원(케이블 타입)을 제공할 수 있습니다. 그러나 오랜 기간 사용 시 케이블의 플라스틱 부품이 열화되어 부식 지점이 될 수 있으며, 단위 비용과 조립 노동 비용이 상대적으로 높습니다. FPC와 SMD형 서미스터를 결합하여 사용하면 리드형에 비해 높은 통합성, 낮은 비용(조립 노동 및 NTC 단가 측면에서), 더 쉬운 유지 관리를 제공하는 설계를 할 수 있습니다. 그러나 이는 추가적인 FPC 라미네이팅 공정 및 품질 관리가 필요합니다.   태양광 및 ESS 제품 응용 분야에서 장비는 종종 가혹한 야외 환경에 배치되며, 주야간 온도 변화 충격과 높은 농도의 황화수소(H2S) 및 해안 염분 침투에 노출됩니다. 유지 관리나 점검 중 캐빈 문을 여닫으면서 외부 가스가 캐빈으로 들어와 전자 장치를 부식시키거나 온도 변화로 인해 응결이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 제품 보증은 5~10년이며 설계 수명은 15~25년이기 때문에 장기적인 신뢰성이 필수적입니다. NTC 서미스터는 핵심 온도 감지 장치로서 높은 신뢰성을 요구합니다. 그중 Murata의 NTC 서미스터는 적합하며 시장에서 신뢰할 수 있는 솔루션으로 널리 인정받고 있습니다.

무라타의 NCU 시리즈 NTC 서미스터는 SMD 타입으로, 온도 감지에 적합하며 높은 신뢰성을 제공합니다. NCU 시리즈는 무라타 서미스터 라인업의 주요 제품으로, 넓은 온도 범위에서 온도 감지 및 온도 보상 기능을 수행할 수 있어 자동차 시장과 같은 높은 신뢰성 요구 사항이 있는 응용 분야에 적합합니다.   NCG 시리즈 NTC 서미스터 SMD 타입은 온도 감지(도전성 접착제와 호환 가능)에 사용됩니다. NCG 시리즈는 다양한 온도 감지 및 보상 응용 분야에 적합한 SMD 타입 온도 센서입니다. 또한 높은 신뢰성을 요구하는 자동차 응용 분야에도 적합합니다. NCG 시리즈는 도전성 접착제 장착만 가능하며, 납땜 장착과는 호환되지 않습니다.

Murata의 PTC 서미스터(POSISTOR)는 온도가 상승함에 따라 저항이 증가하며, 온도 센싱 및 회로 전류 제한과 같은 애플리케이션에 사용될 수 있는 소자입니다. Murata의 POSISTOR PTC 서미스터는 우수한 신뢰성과 성능을 가진 세라믹 소재로 제작되었으며, 과전류 보호 및 과열 보호와 같은 다양한 애플리케이션에 적합한 제품을 포함하고 있습니다.   PRF 시리즈 PTC 서미스터(SMD 타입)는 과열 감지에 사용될 수 있습니다. 온도 센싱용 이 SMD 타입 PTC 서미스터는 특정 온도에서 저항이 급격히 증가하는 특성을 활용하며, FET, 전력 IC 및 기타 발열 부품에서의 과열 감지에 적합합니다. PRF 시리즈는 저항의 급격한 변화로 인해 전기 임피던스가 급격히 변하는 특성을 활용하며, PTC가 직렬로 연결된 다중 발열 포인트가 있는 단순한 회로에서도 정확한 과열 감지가 가능합니다. 따라서 PRF 시리즈는 IC 포트 수를 줄이고 장치 소형화에 기여할 수 있습니다.   PRG 시리즈 PTC 서미스터(SMD 타입)는 과부하 전류 보호에 적합합니다. 과전류 보호용 이 SMD 타입 PTC 서미스터는 단락과 같은 과전류 조건에 신속히 반응하며, 과부하 상태를 제거하고 반복해서 장치를 초기 상태로 자동 복원합니다. 세라믹 소재를 사용하여 이러한 서미스터는 단락 고장이 발생한 시점부터 보호 동작까지의 응답 시간이 짧고 높은 신뢰성을 제공하며, 기계적 유지 보수가 필요 없는 작동 및 안전성을 향상합니다. 또한, 유기 PTC 및 유사한 특성을 가진 칩 저항기와 비교할 때, 높은 전압 내성과 큰 전력 용량을 제공하여 제품 소형화를 가능하게 하고 기계의 소형화에 기여합니다.   PRG 시리즈는 비정상 상태가 해소된 후 리셋 가능한 퓨즈로도 사용할 수 있습니다. 컴팩트한 설계로 PCB의 설치 공간을 절약하며, PCB에 설치 및 전원을 공급한 후에도 안정적인 특성을 유지합니다. 높은 전력 용량으로 인해 소형 전류 제한 저항기로 사용할 수 있으며 UL: E137188, VDE, TUV와 같은 안전 기준을 준수합니다.

서미스터는 신에너지 차량과 에너지 저장 응용 분야에서 필수적인 역할을 합니다. 이들은 배터리 관리 시스템에 중요한 온도 모니터링 및 보호 기능을 제공할 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성과 효율성을 향상시키는 데 기여합니다. 기술이 지속적으로 발전함에 따라 서미스터의 정확성과 신뢰성이 더욱 향상되어 신에너지 기술의 지속적인 발전을 강력히 지원할 것입니다. Murata는 신에너지 차량과 에너지 저장 응용 분야의 다양한 안전 요구를 충족시킬 포괄적인 서미스터 제품 라인을 도입했습니다.