[공학저널 전찬민 기자] 전 세계적으로 탄소 배출 저감을 위한 노력으로 내연기관차가 전기차로 급속히 전환되고 있다. 이와 더불어 전기차의 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩의 중요성 또한 높아지고 있다.
전기차는 내연기관차와 달리 배터리를 동력으로 사용하기 때문에 배터리 팩의 성능에 따라 차량 성능이 좌우될 정도로 배터리 팩이 전기차에서 가장 중요한 핵심 부품이라고 할 수 있다.
기존 전기차 확산이 더뎠던 원인은 배터리 때문으로 볼 수 있으며, 1회 충전 시 짧은 주행거리와 긴 충전시간, 비싼 가격, 안전성 등이 가장 큰 한계점으로 알려져 있다. 하지만 최근 지속적인 배터리 팩에 대한 연구가 진행되면서 고출력, 고용량 배터리 팩 개발을 통해 기존 배터리의 한계점에 대한 극복이 이뤄지고 있다.
전기차 1회 충전 주행거리는 1세대 전기차의 150km 수준에서 2세대 전기차 출시와 함께 380km 수준까지 끌어올렸으며 이후 출시되는 차량들은 400km 이상의 성능을 보이고 있다. 충전 시간 또한 20분 안팎까지 감소하고 있지만 내연기관차와 비교해 여전히 긴 충전시간으로 인해 이를 극복하기 위한 기술 개발이 필요한 상황이다.
전기차의 긴 충전시간을 줄이기 위해서는 충전량 증대가 불가피하며 결과적으로 높은 충전율로 배터리 팩을 충전해야 한다. 대용량 배터리 팩을 탑재한 전기차의 고율 충전은 큰 열에너지가 발생하게 돼 배터리 팩 시스템이 고온에 장기간 노출될 수 있는 것뿐만 아니라 온도 편차 또한 크게 발생시킨다. 또한 배터리 셀 간의 전압 편차가 보다 빠르고 큰 폭으로 발생하게 되어 배터리 팩 전체의 성능, 수명, 안전성 등의 저하를 유발할 수 있어 효율적인 열관리 기술 적용이 필요하다.
내연기관차에서 전기차로의 전환에 필수요건 중 하나가 바로 배터리의 안전성이다. 최근 전기차의 잇단 화재 사고로 전기차의 안전성이 도마 위에 오르고 있는 상황에서 이와 같은 안전사고 방지를 위해 배터리 소재에서부터 냉각 시스템 더 나아가 전고체 배터리에 대한 연구개발도 지속적으로 진행되고 있다.
기존 전기차에 장착된 배터리 팩 또한 열관리를 위해 공랭식 또는 수냉식 냉각시스템을 적용하고 있으나 고율 충전 시 발생하는 열에너지에 대응하기에는 충분하지 않다. 이에 따라 기존 수냉식 냉각시스템에 냉매를 통해 셀을 직접적으로 냉각시키는 냉각플레이트를 접목시킨 하이브리드형 냉각시스템으로 보다 빠르고 효과적으로 열관리를 수행할 수 있는 ‘배터리 팩 열관리 시스템’이 개발돼 화제가 되고 있다.
냉매식 냉각플레이트는 내부에 냉매가 들어있는 금속플레이트로 배터리 팩을 구성하고 있는 셀에 부착돼 있으며 배터리 모듈 또는 팩 하단에 장착된 수냉식 냉각유로와의 열교환을 통해 배터리 팩의 열관리를 수행한다. 냉각플레이트 내부에 있는 냉매는 셀과 하단 냉각유로에 의해 상변화를 진행하며 셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시키는 역할을 한다. 또한 수냉식 냉각유로는 냉각수가 흐르면서 냉각플레이트 내부 냉매의 상변화를 돕고 지속적으로 배터리 팩의 온도를 낮추는 역할을 수행하게 된다.
특히 하이브리드형 냉각시스템을 배터리 팩 시스템에 적용하게 되면 고율 충전으로 인한 모듈 또는 팩 내 온도 편차를 크게 줄여 배터리 팩의 성능과 수명을 효과적으로 유지할 수 있다. 또한 배터리 팩의 효과적인 열관리를 통해 폭발 위험을 현저히 낮추고 탑승자의 안전까지도 확보할 수 있다는 점에서 기대를 모으고 있다.
이러한 배터리 팩 열관리 시스템을 개발한 ㈜씨오알엔은 이차전지 기술을 바탕으로 리튬이온배터리 셀과 팩 시스템, 리튬이온배터리 기술이전, 제조와 평가장비 비즈니스를 수행하고 있는 이차전지 전문기업이다. 리튬이온배터리 셀, 팩 시스템은 응용처에 따라 산업용, 국방, 스포츠, 레져, EV&ESS 등 다양한 산업에 적용될 수 있도록 고객 맞춤형으로 고객에게 제공하고 있다.
또한 리튬이온배터리 기술이전, 제조와 평가 장비 관련해서는 리튬이온배터리의 적용 용도에 따라 핵심 소재를 조합한 전지제조기술과 다양한 형태의 배터리 제조·평가 설비를 고객사에 통합적으로 제공하고 있다. 고객사는 이차전지의 분산된 비즈니스를 한 번에 제공 받을 수 있어 보다 효율적인 비즈니스 수행이 가능하도록 하고 있다.
특히 지난 2020년에는 차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체 배터리(All-solid-state battery) 제조라인을 수주하고 공급해 씨오알엔의 기술경쟁력을 높였다. 이러한 기술력을 기반으로 전기차 시대에 필수요소인 배터리의 안전성과 성능 향상을 위한 배터리 팩 기술 개발해 나가며 사업영역을 점차 확장해 나가고 있다.
씨오알엔 서명수 대표이사(사진)는 “전기에너지가 주요 동력이 되는 전기차의 경우 열관리 시스템이 핵심기술로 전기차 대중화를 위해서는 배터리 가격 하락 외에 배터리 에너지 효율성 확보가 필수 요건으로 배터리 효율성을 위해서는 주변의 온도 관리를 하는 것이 핵심”이라며 “이에 배터리 열관리 시스템은 전기차의 고율충전에 대응해 배터리의 출력으로 인한 발열을 저감 시킴과 동시에 배터리 팩 성능유지와 안전성 확보가 가능하다”고 말했다.
그는 이어 “이를 통해 앞으로 전기차 이용자가 보다 안전하고 편리하게 전기차를 이용할 수 있을 것”이라며 “또한 충전 시간 단축과 열관리의 기술 개발을 통해 전기차 보급과 시장 확대에 기여할 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
씨오알엔은 현재 개발 진행 중인 전기차 급속충전용 배터리팩 시스템을 통한 기술 확보와 확보된 기술을 통해 UAM(Urban Air Mobility), 초소형 전기차등 다양한 분야에 있어서 확장을 목표로 하고 있다. 전고체 배터리 기술 확보를 통해 전고체 배터리 종합연구 센터 건립과 전고체 배터리에 특화된 장비 개발과 양산을 목표로 하고 있다.
또한 국내 영업뿐만 아니라 유럽진출을 통해 씨오알엔(CORN)의 글로벌화를 준비하고 있다. 전 세계적으로 그린에너지에 대한 관심이 늘어나고 있는 현재, 친환경적이고 지속 가능한 에너지 기술개발을 통해 차세대 에너지 전문기업으로 발돋움 해 나가고 있기에 앞으로의 행보가 더욱 기대가 되고 있다.
이에 더해 돌발정보, 교통안전데이터, 기상정보, 도로파손정보 등을 실시간으로 수집·통합·가공·분석 결과를 활용한 상황별 예보정보를 생성해 민간기관, 유관기관에 데이터를 제공함으로써 교통상황 대비에 즉각적으로 대응할 수 있는 시스템을 마련할 것으로 예상되고 있다.
‘자율주행 혼재 시 도로교통 통합관제시스템 및 운영기술 개발’ 연구과제의 결과물인 교통 통합관제 플랫폼과 유티정보가 보유하고 있는 ITS 기술력을 융합해 최적의 통합 ITS 솔루션이 구축되면 도로교통체계 패러다임 변화가 예상되는 ITS 시장에 선제적 대응을 할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 이에 따라 유티정보는 교통 인프라 수집·제어·관리 기술과 안전과 관련된 참신한 아이디어를 도출해 교통안전 관련 솔루션을 확보하기 위해 유티정보는 오늘도 최선의 노력을 다하고 있다.
