초록 ▼

연구개발 목표
o 스마트 웨어러블 디바이스용 차세대 전원모듈 신 구조 및 상위수준 설계
- 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 및 제어 알고리즘 연구 (한국전자통신연구원)
- 스마트 웨어러블 디바이스용 전원모듈 상위수준 설계 및 Form factor-free 습식박막 이차전지 싱글 셀 제작 및 평가 (한국전자통신연구원)
- SI-SMPS (Single Inductor-Switching Mode Power Supply) 다중입출력 전원제어IC 규격/구조 연구 ((주) 실리콘마이터스)
- Form factor-f

연구개발 목표
o 스마트 웨어러블 디바이스용 차세대 전원모듈 신 구조 및 상위수준 설계
- 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 및 제어 알고리즘 연구 (한국전자통신연구원)
- 스마트 웨어러블 디바이스용 전원모듈 상위수준 설계 및 Form factor-free 습식박막 이차전지 싱글 셀 제작 및 평가 (한국전자통신연구원)
- SI-SMPS (Single Inductor-Switching Mode Power Supply) 다중입출력 전원제어IC 규격/구조 연구 ((주) 실리콘마이터스)
- Form factor-free 습식박막 이차전지 규격/구조 연구 ((주) LG화학)
- 연성 하이브리드 고체전해질 소재 공정 규격/구조 연구 ((주) 엔켐)

연구개발 내용
o 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 및 제어 알고리즘 연구 (한국전자통신연구원) (에너지 : 1,900mWh/3,800mWh, 입출력 전압범위 : 1 ~ 5V, 입출력 전류범위 : 0.2A, 동작주파수 : 2MHz, 변환효율 : 85%)
- 진단/보호기능 내장 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 및 제어 알고리즘 연구
ㆍ멀티 PCM 통합 보호 및 적층 이차전지 용량 이상 유무 진단회로 규격 및 구조
ㆍ진단/보호 기능 내장 SI-SMPS 전원제어IC 제어 알고리즘 규격 및 구조
ㆍ진단/보호 기능 내장 SI-SMPS 전원제어IC 회로 규격 및 구조
ㆍ통합 일체형 전원모듈 열 분산 규격 및 구조
ㆍ통합 일체형 전원모듈 규격/구조
ㆍ통합 일체형 전원모듈 검증보드 규격 및 구조
o 통합 일체형 전원모듈 상위수준 설계 및 Form factor-free 습식박막 이차전지 싱글 셀 설계/제작 및 검증 (한국전자통신연구원)
- 대전류구동 단일 인덕터 다중입출력 전원제어IC와 대용량 Form factor-free 고에너지밀도 습식박막 이차전지로 구성된 통합 일체형 전원모듈 상위수준 설계
ㆍ대전류구동 고속 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 상위수준 설계
ㆍ대용량 Form factor-free 고에너지밀도 습식박막 이차전지 상위수준 설계
ㆍ진단/보호기능 내장 대전류구동 대용량 통합 일체형 전원모듈 상위수준 설계 및 검증
- 대용량 Form factor-free 고에너지밀도 습식박막 이차전지 싱글 셀 설계/제작 및 검증
ㆍ3차원 구조용 산화물계 전극 고밀도 이차전지 셀 설계
ㆍIn-situ 인쇄기반 습식박막 이차전지 공정 설계
ㆍForm factor-free 4V-10mAh급 습식박막 이차전지 싱글 셀 설계
o SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 규격/구조 연구 ((주) 실리콘마이터스) (입출력 전압범위 : 1 ~ 5V, 입출력 전류범위 : 0.2A, 동작주파수 : 2MHz, 변환효율 : 85%)
- 대전류구동 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 규격 및 구조
ㆍ대전류구동 단일 인덕터 고속 시분할 제어 알고리즘 규격 및 구조
ㆍ가변 가중치 알고리즘 기반 다중 출력간 저간섭 제어회로 규격 및 구조
ㆍUSB Charger 회로 규격 및 구조
ㆍ전원적응기반 다중입출력 재구성형 SI-SMPS 회로 규격 및 구조
ㆍ대전류구동 고속 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 규격 및 구조
o Form factor-free 습식박막 이차전지 규격/구조 연구 ((주) LG화학)
- 대용량 Form factor-free 고에너지밀도 습식박막 이차전지 규격 및 구조 (싱글 셀 수명 : 75%@(R30, 1000회), 멀티 셀 용량 : 4V-500mAh@(2.2×2.4×0.5cm³)
ㆍForm factor-free 습식 박막 이차전지용 전극소재 및 조성 연구
o 연성 고체전해질 소재 공정 규격/구조 연구 ((주) 엔켐) (고체전해질 이온전도도 : 5 mS/cm@RT)
- 연성 고체전해질 소재 공정 규격 및 구조
ㆍ연성 고체전해질 혼성화용 전해액 및 첨가제 조성 개발

연구개발성과
o 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 결정 및 제어 알고리즘 확립
- 서비스 및 디자인에 따른 1 x N 확장형 대용량/저비용 통합 일체형 전원모듈 규격/구조 결정 (에너지 : 1,900mWh/3,800mWh, 이차전지 두께 : < 0.3cm)
- 이차전지와 USB 다중 입력 전원에 대해 다중입력 전원적응 기반 이차전지 충전 및 출력 부하 제어를 수행할 수 있는 통합 일체형 전원모듈 다중입력 전원적응 멀티모드 제어 알고리즘 확립 (다중 전원에 따른 5가지 멀티모드 제어 알고리즘)
o 통합 일체형 전원모듈 상위수준 설계 완료
- 상위수준 툴 PSIM을 이용하여 진단/보호기능 내장 통합 일체형 전원모듈 구조검증 모델링 완료
- 상위수준 툴 PSIM을 이용한 진단/보호기능 내장 통합 일체형 전원모듈 상위수준 설계와 Energy Sharing 알고리즘 및 전원모듈 동작 검증 완료
o 대전류 구동 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 규격/구조 결정
- 고속 시분할 제어 알고리즘 기반 대전류 구동 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC, 다중 출력간 저 간섭 SI-SMPS 전원제어IC 및 전원적응 기반 DIMO 재구성형 SI-SMPS 전원제어IC 구조 결정
ㆍ Topology : Buck-Boost SI-SMPS
ㆍ 제어 알고리즘 : Energy Sharing 알고리즘
ㆍ 동작주파수 : 5MHz, ㆍ 입출력 전류 : 1A
ㆍ 변환 효율 : 85%, ㆍ 입력 전압 : 1V ~ 5V
ㆍ ESD : HBM 4kV, ㆍ 출력 전압 : 1.8V/3.3V/5V
- 입출력전류 1A, 동작주파수 5MHz 인 Buck-Boost type SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 상위수준 설계와 동작 검증 완료
- 면적 대비 고 전류 구동, 높은 트리거 및 낮은 홀딩 전압 특성을 가지는 SCR기반 5V급 HBM 4kV ESD 보호회로 구조 설계 완료
o 대전류 구동 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 동작 검증 칩 설계 완료 (입출력 전압범위 : 1 ~ 5V, 입출력 전류 : 0.2A, 동작주파수 : 2MHz, 변환효율 : 85%)
- 클럭기반 PFM (Pulse Frequency Modulation) Energy Sharing 제어 알고리즘 적용 대전류 구동 고속 저 간섭 저 전력 SI-SMPS 다중입출력 전원제어IC 설계 및 시뮬레이션 동작 검증 완료
ㆍ동작주파수 : 5MHz, ㆍ입출력 전류 : 1.2A
ㆍ입력 전압 : 1V ~ 5V, ㆍ 출력 전압 : 5V/3.3V/1.8V
ㆍ인덕터 크기 : 1uH, ㆍ부하 커패시터 크기 : 10uF
ㆍ변환효율 : 85.4% @[VIN=4.4V],
ㆍ Load Regulation : < 4% [5V@50mA --> 500mA]
o 가교형 및 비가교형 연성 고체전해질 소재 공정 규격/구조 결정 (고체전해질 이온전도도 : 5 mS/cm@RT)
- 습식박막 이차전지 3차원 구조용 산화물계 전극 형성용 폴리실록산 기반 가교형/비가교형 연성 고체전해질 규격/구조 결정
- 가교형 및 비가교형 연성 고체전해질 혼성화용 전해액 및 첨가제 조성 확립
- 가교형 및 비가교형 연성 고체전해질 소재 설계/제조 및 특성 평가 완료
o 곡율 특성이 강화된 대용량 Form factor-free 고에너지밀도 습식박막 이차전지 규격 및 구조 결정 (싱글 셀 수명 : 75%@(R30, 1000회), 멀티 셀 용량 : 4V-500mAh@(2.2×2.4×0.5cm³)
- 연성 고체전해질을 전극상에 직접인쇄로 기존 LIB 대비 70% 수준으로 공정비용을 절감할 수 있는 In-situ 인쇄기반 습식공정 박막전지 규격 및 구조 결정
- Form factor-free 습식 박막 이차전지용 전극에 적합한 슬러리 및 전극 조성 확립
- 습식박막 이차전지 3차원 구조용 산화물계 전극 형성용 폴리실록산 기반 비가교형 연성 고체전해질 소재 규격 및 구조 결정
- 곡율 반경 30mm 인 R30 특성을 가지는 3차원 기둥 구조의 산화물계 전극 소재 규격 및 구조 결정
- Form factor free 습식박막 이차전지 규격 및 구조 결정
ㆍ부피당 단전지용량 :12mAh/cm³ ㆍ 싱글 셀 수명 : 75%@ [R30, 1,000회]
ㆍ 멀티셀 용량 : 4V급-300mAh [@2.2×2.4×0.5cm³]
o Form factor-free 습식박막 이차전지 싱글 셀 설계 및 특성 평가 (부피당 단전지용량 :12mAh/cm3, 싱글 셀 수명 : 75@ [R30, 1,000회])
- Form factor-free 4V-10mAh급 습식박막 이차전지 싱글 셀 설계 완료
ㆍ 싱글 셀 크기 : 3.3cm x 3.5cm x 0.05cm ㆍ 용량 :４V-10mAh (N/P= 1.1)
ㆍ 부피당 단전지용량 : > 13.1 mAh/cm³@0.2C
- Form factor-free 4V-10mAh급 습식박막 이차전지 싱글 셀 R30 곡율조건에서 수명 특성 평가
ㆍ 초기용량의 75% 유지@[R30, 0.2C, 1000회, Cut-off 3.8~ 4.2V]

활용계획 및 기대효과
o 활용 계획
- 선 핵심기술 개발 후 국내·외 수요자 기반 상용화 기술개발을 통한 웨어러블 디바이스의 전원모듈, 전원제어IC 및 이차전지 제품의 조기상품화 전략과 새로운 서비스모델 개발로 사업 활성화 및 국내·외 시장을 선점
- 스마트 웨어러블 디바이스용 전원모듈, IoT용 전원모듈과 전기자동차 및 에너지저장시스템용 중대형 고체전해질 이차전지 시장 선점
- 웨어러블 Watch, 웨어러블 Glass, 웨어러블 피트니스 Band 등 다양한 웨어러블 디바이스에 활용 가능
- 고성능화로 발전하여 피트니스 및 웨니스, 헬스케어 및 의료, 제조업 및 군수와 인포테인먼트 서비스용 스마트 웨어러블 디바이스에 활용 가능
o 기대효과
- 아직 시장 초보단계이나 시장 성장률이 매우 큰 차세대 성장 동력원으로 부각되어 전 세계에서 주목받고 있는 웨어러블 디바이스 시장 선점과 현재기술 대비 장시간 사용 가능하고 서비스 고도화 및 개인 맞춤형 신 서비스를 충족하는 스마트 웨어러블 디바이스 및 스마트 웨어러블 디바이스용 전원모듈 신 시장 선점
- 스마트 웨어러블 디바이스용 차세대 전원모듈 기술선점 및 핵심부품 자체확보를 통한 스마트 웨어러블 디바이스의 기술경쟁력 향상과 관련 전후방 산업 활성화 유도
- 통합 일체형 차세대 전원모듈은 스마트 Watch, 스마트 Glass, 피트니스 Band, Wearable Clothes, 스마트 패치 등의 다양한 형태의 웨어러블 디바이스에 응용할 수 있음은 물론, 피트니스 및 웨니스 산업, 헬스케어 및 의료 산업, 제조업 및 군수 산업, 인포테인먼트 산업 등 다양한 산업분야로 확대 활용할 수 있음
- 대 전류구동 전원제어IC 및 Form factor-free 대용량 이차전지로 구성된 통합 일체형 차세대 전원모듈 핵심원천 및 제품기술 개발로 현재 거의 수입에 의존하고 있는 국내 웨어러블 디바이스용 전원모듈에 대한 수입대체 효과 유발, 국내 업체들의 시장 진입기회 제공 및 관련 산업분야의 국가 경쟁력 향상