ST마이크로일렉트로닉스와 마이크로펠트, ‘무한 재생 에너지’ 기술인 열수확 전력공급기 개발
ST와 마이크로펠트가 공동 개발한 열수확 전력 공급기
에너지 수확 (Energy Harvesting) 기술은 진동, 열, 빛 등과 같이 무료로 이용할 수 있는 자원으로부터 유용한 전기 에너지를 얻는 기술로서, 배터리가 필요 없는 자체-전력의 무선 센서를 구축하는 데 있어서 필수적이다. 현재 공정 자동화, 상태 모니터링 (condition monitoring), 스마트 빌딩 등의 분야에서 무선 센서 네트워크의 사용이 증가되고 있다.
이러한 무선 센서 네트워크는 높은 비용의 센서 배선이 필요없고, 이전에는 사용이 불가능한 위치에서도 쉽게 사용할 수 있는 즉각적인 이점을 제공한다. 동시에 진정한 ‘인텔리전트 환경’ 방식으로서, 다수의 센서가 모든 측정 지점에 장착될 것으로 예상된다. 센서는 온도, 압력, 진동 등의 변수를 측정하여 제어 또는 모니터링 시스템에 무선으로 전송한다. 이후 전송된 정보는 공정 제어 및 에너지 관리 성능 향상, 유지보수 비용 절감, 빌딩 효율성 향상 등을 위해 사용된다.
TE-Power NODE의 중심에는 TEG라는 열전기 발전기 (Thermoelectric Generator)가 있다. TEG는 열전기 미세구조층의 온도차로 발생되는 열 유량 (heat flux)으로부터 전기 에너지를 생성하는 제벡 효과 (Seebeck Effect)라는 물리적 현상을 활용한다.
TEG는 유효 온도 변화가 10°C일때부터 1.4V의 전압을 생성한다. 마이크로펠트의 맞춤형 전력 조정 기능은 온도 변화로 생성된 전압을 무선 센서 노드를 구동하기에 충분한 전력으로 변환하고, 초과 열 에너지를 이용하여 배터리를 충전한다. TE-Power NODE에서, 마이크로펠트의 TEG는 고체 알루미늄 기판과 핀 방열판 (finned heatsink) 사이에 집적되어 있다. 이 기판은 적합한 열원에 부착되며, 방열판의 냉각 효과가 내장된 TEG에서 온도차를 만들어낼 수 있다.
마이크로펠트의 CEO인 프리츠 폴케르트 (Fritz Volkert)는 “열 에너지 수확 기술은 사용하지 않고 버려질 수도 있는 잔여 열 (surplus heat)을 무료로 활용하기 때문에 사실상 무한한 자급자족 에너지원으로서 엄청난 잠재력을 보유하고 있다.”면서 “마이크로펠트의 첨단 열 수확 기술의 성능을 최적화하기 위한 협력업체로서 전력관리 분야의 세계적인 선도업체인 ST는 당연한 선택이었다”라고 말했다.
향상된 TE-Power NODE 키트에는 ST의 EFL700A39 EnFilm™ 박막 고체 배터리가 사용되었다. 이는 네트워크와 통신하는 동안 무선 센서 노드에 전력을 공급하기 위해 고펄스 피크 전류 (최대 10mA)를 제공할 수 있는 UL1642 인증의 재충전 가능한 700µAh (마이크로암페어시) 배터리이다. 평카 키트의 기판이 열원과 접촉하면, 마이크로펠트의 TEG가 시스템에 전력을 공급하여 ST의 EnFilm 배터리를 충전한다. 열원이 제거되면 TEG는 동작을 중단하고, ST의 EnFilm 배터리만이 무선 센서에 전력을 공급한다. 마이크로펠트의 TEG와 ST의 EnFilm 배터리가 결합됨으로써, 열 공급 격차에 대한 균형을 이루고, 연결된 무선 시스템에 영구적으로 재생 가능한 에너지를 공급해 준다.
ST가 설계한 배터리 보드는 EnFilm 배터리와 배터리 충전 레벨 및 에너지 균형 모두를 제어 및 모니터링할 수 있는 전자 회로로 구성되어 있다. 이 보드는 특히 저전력소모 성능이 제약되는 환경에서 동작하도록 설계된 BiCMOS 리니어 레귤레이터 (STLQ50)뿐만 아니라 배터리 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하는 배터리 관리칩 (STC3100)을 내장하고 있다. 또한 쿨롬 카운터 (Coulomb counter)를 통합하고 있어 충/방전 상태를 지속적으로 추적할 수 있다.
ST마이크로일렉트로닉스의 그룹 부사장 겸 ASD & IPAD 사업부 본부장인 리카르도 드 사 어프 (Ricardo de Sa Earp)는 “유비쿼터스 모니터링과 보다 지능화된 제어 기능을 추구하는 움직임으로, 이용 가능한 주변 에너지를 가장 효율적으로 활용하는 재생 가능한 전력원에 대한 필요성이 대두되고 있다.”면서 “ST는 전력 관리 분야의 세계 선도적 기술력을 바탕으로, 마이크로펠트와 같은 혁신 기업들이 최소 비용으로 신개념 에너지 수확 기술에 대한 최적의 성능 및 높은 신뢰성을 구현할 수 있도록 협력할 만반의 준비가 되어 있다.”고 말했다.
TE-Power NODE 평가 킷에 내장된 무선 센서 모듈은 마이크로펠트가 설계하였으며, TE-Power SCOPE라는 마이크로펠트의 GUI (graphical user interface)와 연결되는 다목적 초저전력 링크를 제공한다. 소프트웨어는 연속으로 측정한 TEG와 EnFilm 배터리 사이의 전력 균형 값 등과 같이 반드시 필요한 열 및 전기 시스템 변수들을 디스플레이 및 기록한다. 사용자에게 이러한 설정은 목표 애플리케이션에서 EnFilm-버퍼 열수확기 (thermoharvester)의 성능을 평가할 수 있는 방법을 제공하여 시스템 설계를 지원하는 동시에 타임-투-마켓을 가속화시킨다.
마이크로펠트 (Micropelt) 소개
마이크로펠트는 인피니언 테크놀로지스와 프라운호퍼 IPM 연구소 (Fraunhofer IPM Research Institute)에서 분사하여 2006년 설립된 벤처기업으로 독일 프라이부르크에 소재하고 있다. 마이크로펠트는 약 20명의 직원들과 함께 청정기술 에너지 수확, 열 감지, 순환, 냉각 등을 위한 세계 최고의 전력밀도 열전 소자들을 개발 및 영업하고 있다. 핵심 기술은 완벽한 애플리케이션 전문기술에 의해 지원되는 열전 박막 증착 및 MEMS 미세구조 통합 기술에 기반하고 있다. 마이크로펠트의 독일 소재 양산 시설은 2010년 3분기부터 가동될 예정이다.
[참고자료] EnFilm은 새로운 세대의 고에너지-집적도 첨단 박막 배터리 기술로서, 매우 많은 충전/방전 사이클을 제공하는 재충전 가능한 배터리이다 (50% 정도의 방전 상태에서 1000회 이상). EFL700A39는 단 200 µm에 불과한 두께와 25.4 mm x 25.4mm의 풋프린트를 제공하기 때문에 두께 문제가 중요한 요소인 시스템에 적용될 수 있다. 배터리는 4.2Vdc의 정전압을 인가함으로써 20분 내에 초기 성능의 80%까지 재충전될 수 있으며, 충전-전류를 제한할 필요가 없다. EnFilm는 솔벤트를 포함하고 있지 않으며, 단락회로 또는 과충전 발생 시에 화재의 위험이 없어 매우 안전하다.
ST마이크로일렉트로닉스 개요
ST마이크로일렉트로닉스는 혁신적인 반도체 솔루션을 다양한 전자 애플리케이션 분야의 고객들에게 제공하고 있는 세계적인 선도업체이다. ST는 자사의 방대한 기술, 설계 전문기술 및 IP 포트폴리오 통합, 전략적 협력업체와 강력한 제조시설 등을 활용하여 멀티미디어 컨버전스 및 전력 애플리케이션 분야에서 명실상부한 선도업체가 되는 것을 목표로 하고 있다. ST의 2010년도 매출은 103억 5,000만 달러이다. ST에 대한 보다 상세한 정보는 www.st.com를 참조하라.
영문보도자료: http://www.st.com/stonline/stappl/cms/press/news/y...
웹사이트: http://www.st.com
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ST마이크로일렉트로닉스
이정호차장
02-3489-0145
이 보도자료는 ST마이크로일렉트로닉스가(이) 작성해 뉴스와이어 서비스를 통해 배포한 뉴스입니다.
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2012년 1월 26일 13:19