'수요기반 양자기술 실증사업'에서 개발하는 '양자 자기장 센서 기반 배터리 검수 시스템'은 정확도 향상 외에도 비접촉 방식으로 빠르고 편리하게 배터리 불량 여부를 판단할 수 있다는 것이 차별점이다. 시스템 개발·실증은 부산정보산업진흥원이 주관하고 부산대, 네오텍, 동일고무벨트, 코뱃이 참여한 컨소시엄이 수행하고 있다.
배터리 제조사 품질검사(QA) 공정은 배터리를 정해진 시간 동안 방치해 전압을 안정화한 후 전극을 연결하고 단자 간 전압을 측정하는 과정이 핵심이다.
부산대는 양자센서에 해당하는 고감도 루비듐(Rb) 원자 자력계를 이용해 이차전지 배터리 불량 여부를 판별하는 시스템을 설계했다. 유도자기장에 있는 이차전지의 자기장 상태를 측정하는 방식으로 물리적 전극 연결 없이 이차전지의 불량 여부를 판별할 수 있다.
시스템 상에서 배터리는 운반용 벨트를 타고 자기장 생성 코일을 탑재한 차폐 챔버를 통과한다. 대량 생산 라인에 적합한 플랫폼으로 검수 효율을 극대화해 배터리 불량 판별에 대한 새로운 기준을 정립할 수 있다.
실증용 배터리는 코뱃이 제공하는 전압 3.7V, 용량 2000mAh의 파우치형 배터리 셀을 이용한다. 부산대는 배터리 규격에 맞는 유도 자기장 세기 및 공간 분포를 설계하고 시뮬레이션을 거쳐 자기장 생성 솔레노이드 코일을 제작했다.
향후 실제 차폐 챔버 내에서 유도 자기장 코일의 자기장 분포와 자기 차폐장치 내부 자기장 변화를 측정해 시스템 공간 설계 시뮬레이션 지표를 마련할 예정이다.
비차폐 환경에서도 안정적으로 동작하는 자기장 자동 보정 장치(PCB)도 원통형 챔버 디자인을 고려해 플렉서블 PCB(FPCB)로 제작했다. 컨소시엄에는 참여하지 않았지만 해당 FPCB 제작에 지역 기업의 기술력이 집약됐다.
동일고무벨트는 배터리를 운반하는 고기능 타이밍 벨트를 새로 설계했다. 벨트에 약간의 자성이라도 있으면 자기장에 간섭을 일으킬 수 있어 비자성 소재 후보 4종 중 가장 적합한 1종을 선정하고 전자파간섭(EMI) 차폐 기능을 가진 컴파운드를 개발했다. 측정 정확도를 높이기 위해 진동 저감형 설계도 적용했다.
네오텍은 다채널 양자 센서 데이터를 실시간으로 수집하고 보정하는 모니터링 모듈을 개발했다. 멀티 양자 센서 모니터링을 위한 사용자 인터페이스(UI) 구성으로 시각화 환경을 구축하고 웹 연동 환경을 구현했다.
내년 실증용 시제품을 완성하면 수요기업 코뱃은 충·방전 시스템을 갖춘 실제 배터리 검수 시험 환경에서 사이클별 열화 배터리 셀을 만들고 이에 따른 기준 데이터를 확보하는 실증을 수행한다.
코뱃은 실증 과정에서 기존 검사 방식 대비 양자기술 도입에 따른 명확한 차이점과 개선점을 도출할 계획이다. 이어 부산대에서 관련 기술을 이전받아 상용화 방안을 마련한다.
코뱃은 시스템 상용화 결과로 보다 효과적인 불량 셀 선별로 배터리 모듈 및 팩 수율을 높이고 검수 시간을 단축해 기업 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대한다.
부산=노동균 기자 defrost@etnews.com