최근 전기차시장 확대로 배터리 모듈과 팩 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 지금까지는 배터리 셀 성능에만 집중했다면, 앞으로는 배터리 모듈과 팩을 얼마나 더 효율적으로 설계·구성하느냐가 주행성능을 연장할 핵심 기술로 주목된다.
삼성SDI는 지난 1월 미국 디트로이트에서 열린 '2018 디트로이트 모터쇼'에서 전기자동차 대중화를 선도할 고용량의 급속충전을 구현할 20분 급속충전 기술을 접목한 '고에너지 밀도의 장거리 주행용 배터리 셀'과 고용량이면서 무게·부품 수를 10% 이상 대폭 줄인 '확장형 배터리 모듈'을 공개했다.
고에너지밀도 배터리 셀은 한번 충전으로 최장 600㎞ 주행이 가능하고 초급속충전 기술까지 접목돼 향후 시장성이 기대된다. 삼성SDI가 개발한 배터리 급속충전기술은 배터리 셀 내부의 저항을 대폭 줄인 양·음극 소재와 설계·공정 기술 고도화로 개발됐다. 이 때문에 지금보다 많은 전기에너지를 보다 빠른 속도로 배터리에 충전하거나 출력이 높은 전기모터의 가속력에도 견딜 수 있다. 종전보다 크고 빠른 충전과 방전이 가능하도록 배터리 성능을 향상시킨 형태다.
이 배터리 셀은 20분 급속충전에 따른 80% 충전용량인 500㎞ 주행거리를 확보할 수 있다. 20분이면 고속도로 휴게소에서 머무르는 시간만으로 충분한 충전이 가능하며 전기차 주행거리 한계와 운전자의 불안감을 크게 덜 수 있을 것으로 기대된다.
삼성SDI는 새로운 전기차 배터리 모듈 플랫폼인 '확장형 모듈'은 기존 전기차용 배터리 모듈과 비교해 두 배가량의 더 많은 에너지를 담을 수 있다. 보통 1개 모듈에는 12개 내외의 배터리 셀이 들어가고 용량도 2~3㎾h 수준이다. 하지만 확장형 모듈은 모듈 1개당 24개 이상의 배터리 셀을 담을 수 있다. 이는 종전 대비 두 배가 넘는 6~8㎾h의 에너지 용량을 담을 수 있다. 이 모듈 20개로 구성된 팩을 장착하면 한 번 충전으로 600~700㎞ 주행이 가능하다.
게다가 이 모듈은 발열이 현저히 줄어든 고에너지밀도 배터리 셀과 함께 고효율 방열 구조 등 차별화 된 컴팩트 설계기술이 적용됐다. 자동차에 장착할 경우, 기존 모듈에 비해 부품 수를 절감할 수 있고 무게와 부피도 줄일 수 있다. 그 동안은 전기차 업계의 수요가 고성능 셀 위주였다면, 이제 모듈로서의 성능을 따지는 단계가 된 셈이다.
삼성SDI는 전기차 배터리 안전성 확보를 위해 제조과정에서 엄격한 관리 체계를 갖춰 실시간으로 제품 품질을 관리하고 있다. 안전퓨즈, 과충전 안전장치, 안전 기능막(SFL, Safety Functional Layer) 등 다중안전장치 등을 품질관리에 적용했다. 또 배터리 생산라인은 고정밀 반도체 생산라인에 버금가는 청정도를 관리하고 있고, 항온·항습을 유지하고 있다. 더불어 실시간 품질 관리시스템으로 배터리 생산 모든 과정을 모니터링 해 품질을 체크한다.
박태준 자동차 전문기자 gaius@etnews.com