셀투팩

CATL, 첫 CTP 출시 기념식

셀투팩(CTP; Cell To Pack)은 배터리모듈을 생략해 배터리셀에서 바로 배터리팩으로 이어지는 설계 기술이다. 영어 약자로 CTP(씨티피)라고 한다. 배터리모듈을 없애 공간을 더 확보하면 에너지밀도를 높이고 부품 개수는 줄여 비용을 절감할 수 있기 때문에 파우치형 배터리와의 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 된다. 중국 CATL이 배터리 공간 활용률을 약 20% 높인 '셀투팩 기술'을 개발했다.

CATL은 미국 테슬라 모델3, 폭스바겐 아이디3(ID.3) 등의 모델에 셀투팩 배터리를 납품하고 있다.

개요

CATL은 CTP(Cell to Pack), BYD는 블레이드 배터리, LG는 얼티엄 배터리(Ultium Battery)라는 이름으로 플랫폼들을 내놓고 있다. 이건 모두 동일한 기술인데 회사마다 각자의 이름을 붙인 것이다. 근본적으로는 CATL이 사용하는 명칭이 해당 기술을 가장 직관적으로 표현하고 있다. CTP는 말그대로 Cell로 바로 Pack을 만들어 버리는 것을 의미한다.

CATL 기술력

CATL은 배터리 엔지니어 출신 청위췬(曾毓群, céng yù qún) 회장이 2011년 배터리 회사 ATL에서 전기차용 배터리 사업을 따로 떼어 독립한 회사이다. 몇년 전만 해도 CATL의 기술력은 업계의 관심 밖이었다. 그러나 해마다 매출의 78%를 연구⋅개발에 쏟아붓고 중국 정부가 전기차 배터리 보조금을 중국 업체에 밀어주면서 무서운 속도로 성장했다. 최근엔 한국 업계도 시도하지 못한 기술 개발에 성공했다. 그 중 하나가 셀투팩 기술이다. 전기차 배터리는 셀이 모인 모듈, 모듈이 모인 팩으로 구성된다. 예를 들어 전기차에는 100여 개의 셀이 들어가는데 10여 개의 셀을 하나의 모듈로 묶는다. 이렇게 만들어진 여러 개의 모듈을 하나의 팩으로 조립한 뒤 전기차에 넣는다. 셀투팩(cell to pack) 방식은 셀에서 바로 팩으로 이어지는 설계 기술이다. 이렇게 모듈을 없애면 공간을 더 확보해 에너지밀도는 높아지고 부품 수도 줄어들어 비용 절감 효과도 커진다.

셀투팩 기술

셀투팩 기술

셀투팩 기술을 조금 더 자세히 알아보면 셀투팩이란 용어는 중국 CATL이 자사 개발한 배터리 팩을 부를 때 쓰는 용어이다. 각각의 배터리 회사들은 비슷한 형태로 배터리를 만들지만 부르는 용어가 다르다.

기존의 배터리 시스템을 만들 때는 "셀 -> 모듈 -> 팩"의 형태로 중간에 모듈 단계를 거치게 된다. 배터리모듈을 사용하면 배터리의 안정성이 올라가고 제어가 용이한 장점이 있지만 공간을 많이 차지하게 되는 비효율성의 문제가 발생하게 된다. 이러한 단점을 해결하고 CATL은 셀투팩 기술을 제안하였으며 안정도 문제와 제어의 복잡성(complexity) 문제를 해결함으로써 모듈 단계를 없애고 셀을 바로 팩으로 만들어 버리게 되었다. 무선 배터리관리시스템(BMS)으로 와이어하네스 공간을 줄이고 Cell to Pack으로 모듈이 들어가야 할 패키징 부분을 줄인다면 남는 공간에 배터리셀을 더 넣어 주행거리를 늘릴 수 있게 된다. Cell to Pack 기술을 통해 CATL은 약 18%까지 BYD는 40%까지 이 비중을 줄일 수 있다고 발표한 바 있다.

따라서 기존 60%의 타 공간을 40%까지 줄이고, 그 공간에 배터리셀을 다 넣을 수 있을 것으로 보고 BYD는 이것을 50% 가량의 에너지밀도 증가라고 발표했는데 이렇게 드라마틱하게 변화하긴 힘들지만, 분명 유의미한 주행가능거리(AER) 증가는 있을 것이다.

테슬라가 배터리데이에서 발표한 price parity도 결국은 kWh당 가격이 100달러 이하로 떨어지는 것을 의미하는데 이런 Cell to Pack 기술들도, price parity 충족을 위한 일환 중 하나이다.

유사기술

셀투섀시(CTC; Cell to Chassis)

고에너지밀도-CTC는 시스템 집적기술의 돌파이다.

셀투섀시(Cell to Chassis)

중국 CATL은 2020년 1월 27일 "제10회 글로벌 신에너지자동차 콘퍼런스"에서 중장기 전략을 발표했다. CATL 승용차 솔루션 사업부의 샹얜훠(项延火, xiàng yán huǒ) 총책은 "CATL은 2025년 전후로 정식으로 고도로 직접화된 셀투섀시(CTC; Cell to Chassis）배터리 기술을 내놓을 것이라고 하며 "장기적으로 2028년에 업그레이드 된 5세대 스마트화 CTC 배터리 시스템을 내놓을 예정이다"라고 덧붙였다. CTC 배터리는 배터리셀을 자동차 섀시에 바로 통합하는 기술로, 차량의 무게를 줄이고 공간 효율성을 높여 주행거리를 최소 800km까지 늘릴 수 있는 것으로 알려졌다. 이 기술은 미국 테슬라가 2020년 배터리데이에서 공개한 CTB(Cell to Body) 기술과 유사하다. 이 방식은 업체에 따라 MTB(Module to Body), CTB(Cell to Body), CTV(Cell to Vehicle) 등으로 부른다.

LG화학 MPI

한국 엘지에너지솔루션(구 엘지화학)의 MPI(Module Pack Integrated)는 업계에서 모듈리스(Module-less)로 부르는 방식이다. MPI는 배터리모듈을 최소화한 플랫폼이다. '셀→모듈→팩' 단위로 묶어 사용하던 전통적인 방식을 간소화했다. 한문 '토(土)' 모양의 전통적인 플랫폼과 비교해 배터리셀을 두 배 이상 더 많이 넣을 수 있다. 에너지밀도는 10% 높이고, 원가는 30% 이상 줄이는 것이 가능하다. MPI 플랫폼은 중국 CATL이 테슬라 모델3에 적용한 셀투팩(CTP)과 비슷한 구조이다.

참고자료

• 이재은 기자, 〈폭스바겐은 '각형' 테슬라는 '원통형'… 전기차 '배터리 표준' 경쟁〉, 《조선비즈》, 2021-03-18
• 류정 윤형준 기자, 〈현대차 물량 휩쓴 中 배터리업체, 머스크도 놀란 기술 갖고 있었다〉, 《조선일보》, 2021-02-22
• 이수환 기자, 〈테슬라 닮아가는 LG화학…'제로모듈' 배터리 팩 만든다〉, 《디일렉》, 2020-11-27
• 钟琳, 〈宁德时代中长期战略规划曝光：CTC技术将于2025年推出〉, 《盖世汽》, 2021-01-28

같이 보기

• 배터리셀
• 배터리모듈
• 배터리팩
• 셀투섀시
• CATL
• BYD
• 테슬라
• 엘지에너지솔루션
• 에너지밀도
• 배터리관리시스템

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