벌집 구조라 안전하다고..테슬라 셀보디 특징은
벌집 구조라 안전하다고..테슬라 셀보디 특징은
  • 김현지 에디터
  • 승인 2021.02.28 09:00
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테슬라 배터리 팩

테슬라는 지난 10월 ‘배터리 데이’에서 4680 배터리셀과 구조용 배터리(Structural Battery)를 공개하며 깜짝 놀라게 했다. 구조용 배터리 도입은 배터리 기능 이외의 두 가지 용도로 활용된다는 점에서 상당한 의미가 있다. 기존 스케이트 플랫폼 (Cell to pack) 형식에서 벗어나 Cell to body, 즉 배터리 팩 자체가 동력원이면서 동시에 차량 강성을 유지하는 구조로도 사용된다는 것이다. 이러한 배터리 아키텍처는 배터리 자체 강성은 물론 차량 강성에도 큰 도움이 된다. 이런 모든 것은 허니콤(Honeycomb:벌집) 구조 덕분이다.

허니콤은 자연 속 꿀벌이 꽃과 꽃가루를 애벌레를 번식하기 위해 사용하는 육면체 반복 패턴을 말한다. 실제 허니콤 구조의 벌집은 자체 무게보다 40배의 꿀을 지탱할 수 있을 정도로 효율적이다. 허니콤 구조의 안정성, 최소한의 재료로 수납 공간을 극대화 하는 효율성에서 세계 최고 권위 학술지 Science지에 여러 논문에 인용된다.

BMW의 i3 배터리팩, 건축, 항공기, 우주, 위성, F1 자동차 등 경량화된 상태에서 강성을 가져야 하는 다양한 분야에서 이미 활용되고 있다. 

 

 

허니콤 구조를 사용하면 배터리 용량과 사이즈를 유연하게 조절할 수 있다. 스케이트 플랫폼에서 배터리 용량을 늘리기 위해서는 추가된 팩의 사이즈만큼 하부 공간을 조절해야 하는데 그러다 보니 배터리 팩은 두개 단위로 늘어날 수 밖에 없으며, 이마저도 차의 폭방향에서는 한계를 가진다. 반면 허니콤 구조는 배터리 셀의 행과 열을 한 줄 씩 조절할 수 있으므로 차량의 앞뒤는 물론 차의 좌우 넓이도 커버할 수 있다. Cell to pack 구조보다 더 많은 양의 배터리를 탑재하는 동시에 더 탄탄한 하부 구조를 갖게 되는 것이다.

배터리의 용량 뿐 아니라 안정성에서도 허니콤은 우수한 기능을 갖고 있다. 배터리 셀과 셀 사이를 격리해 열관리를 비롯, 화재 시에도 더 안전하다. 테슬라 배터리 팩 사진을 살펴보면 팩 주변에 냉각수 루프를 구축했음을 확인할 수 있다. 이 방식은 배터리 팩을 완성하기 위해 구조적으로 묶은 공간 사이에 냉각 효과를 낼 수 있다.

기능적 측면 뿐 아니라 비용에서도 허니콤 구조는 경제적이다. Cell to pack 설계에 비해 부품 수가 약 370개 가량 적게 든다. 조립 공정 자동화로 비용도 절감할 수 있다. 기존 Cell to pack 공정은 셀을 만들고, 다시 셀을 이용해 팩을 만들고, 팩을 조립해서 어셈블리를 만든다. 이 과정에서 팩의 연결된 케이블은 사람이 직접 조립한다. 허니콤 구조의 경우 로봇으로 전 과정을 생산할 수 있다. 조립 공정이 줄어드는 동시에 조립 자동화를 통한 인건비까지 절감이 가능하다.

배터리팩이 차체 구조로 사용되면 사고 발생 시에 정비가 복잡하고 수리비가 높아지는 것이 아니냐는 지적이 나올 수 있다. 이는 사실이 아니다. 오히려 비용을 더 아낄 수 있다. 허니콤은 셀을 쉽게 분리할 수 있기 때문에 괜찮은 부분만 잘라서 재사용이 가능하다. 분리된 허니콤 구조는 녹여서 다시 찍어내는 재료로 재사용이 가능하다.

테슬라의 이번 배터리 팩은 독일 베를린 기가팩토리에서 생산하는 모델 Y, 모델 S 페이드에 사용된다. 테슬라의 진화가 눈부신 이유다.

김현지 에디터 carguy@carguy.kr



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