전기차 배터리, 최종 탑재 '팩' 형태 따라 車 성능·디자인 결정

전기차 배터리, 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성
셀 성능뿐 아니라 모듈·팩의 효율적 설계·구성에도 고민

【서울=뉴시스】 김종민 기자 = 전기차를 움직이려면 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전기가 필요하다. 이 때문에 배터리가 수십 개에서 많게는 수천 개까지 필요하다.

전기차 종류에 따라 구성이 조금씩 차이가 나지만 일반적으로 전기차 배터리는 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성된다. 배터리라고 하면 보통 배터리 단품 ‘셀’을 얘기한다. 많은 배터리 '셀'을 안전하게 그리고 효율적으로 관리하기 위해 '모듈' 단위로 모으고, 또 이 모듈들을 모아 하나의 '팩'이라는 형태를 거쳐 전기차에 탑재한다.

대표적으로 전기차 BMW i3에는 배터리 셀이 총 96개 탑재된다. 셀 12개를 하나의 모듈로 묶고, 8개의 모듈을 또다시 묶어 하나의 팩 형태로 들어간다.

배터리의 기본이 되는 셀은 자동차 내 제한된 공간에서 최대한의 성능을 발현할 수 있도록 단위 부피당(또는 무게당) 높은 용량을 지녀야 하고, 일반 모바일 기기용 배터리에 비해 훨씬 긴 수명이 필요하다. 또 주행 중에 전달되는 충격을 견디고, 저온·고온에서도 끄덕 없을 만큼 높은 신뢰성과 안정성을 지녀야 한다.

여러 개의 셀은 열과 진동 등 외부 충격에서 좀 더 보호될 수 있도록 하나로 묶어 프레임에 넣게 되는데, 이 상태를 모듈이라고 부릅니다. 그리고 모듈 여러 개를 모아 배터리의 온도나 전압 등을 관리해 주는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System)과 냉각장치 등을 추가한 것이 배터리 팩이다.

디트로이트 모터쇼에서 선보인 삼성SDI의 전기차 배터리 셀. (사진=삼성SDI)

많은 소비자들이 전기차 구매를 고려할 때 가장 큰 고려 요인을 1회 충전 시 '주행거리'로 꼽는다. 이를 위해 배터리 제조사들은 같은 부피나 무게에 더 많은 에너지를 넣을 수 있도록 '고에너지밀도' 배터리 셀을 개발하는 데 박차를 가하고 있다. 업계에서는 보편적으로 셀 개발 방향이 에너지 밀도를 더욱 높이면서 안전성도 확보하는 쪽으로 가는 양상이다.

배터리 셀의 지속적인 발전과 더불어 모듈과 팩 기술도 함께 향상되고 있다. 그 동안에는 배터리 셀 성능에 대해 좀 더 집중했다면, 이제는 모듈과 팩을 얼마나 더 효율적으로 설계하고 구성하느냐 까지도 고민을 하고 있는 상황이다. 전기차에 최종적으로 탑재되는 형태는 팩 형태이기 때문에, 팩의 스펙이 전기차의 전반적인 성능 및 디자인을 결정 짓는다.

삼성SDI는 연초 미국 디트로이트 모터쇼에서 혁신 소재를 적용하고 차별화된 디자인을 적용한 차세대 배터리 셀을 선보였다. 삼성SDI 'Auto 2.0 시대를 위한 충전 완료'라는 슬로건을 통해 전기차 시장을 주도할 배터리 기술을 공개했는데요. Auto 2.0은 자율주행, 전동화, 초연결성, 차량 공유화로 대변되는 시대로 2017년 골드만삭스가 첫 도입한 용어다.

삼성SDI는 600km까지 주행 가능 셀, 새로운 디자인 적용 셀, 소비자의 니즈를 반영한 전기차 배터리 모듈, 팩 제품까지 관련 제품 풀라인업을 선보이기도 했다. 특히 에너지밀도를 향상시킨 셀을 통해 보다 적은 수의 셀로도 모듈과 팩을 만들 수 있는 솔루션을 고객들에게 제안하기도 했다. 이 새로운 셀을 이용한 팩을 자동차에 장착할 경우, 기존과 비교해 무게와 부피를 줄일 수 있어 자동차 제조사들이 많은 관심을 보이고 있다.

jmkim@newsis.com