배터리모듈

배터리모듈(Module)은 배터리셀을 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣인 배터리 조립체(Assembly)이다. 모듈은 서로 직렬 및/혹은 병렬로 연결된 다수의 셀들로 이루어져 있으며, 기계적 구조물 안에 매입된다.

흔히 '배터리'라고 통칭해서 부르지만, 이를 들여다보면 '셀(Cell)'과 '모듈(Module)', '팩(Pack)'으로 구성돼있다. 배터리 셀은 각각이 에너지를 저장했다 내보내는 역할을 한다. 이 자체만으로는 용량이 작기 때문에 이를 한데 묶은 모듈을 만들고, 이를 다시 크게 합쳐 팩을 만든다. 배터리의 원천은 셀에 있고, 이를 묶는 단위가 모듈-팩 순이라고 보면 된다.

전기차용 배터리 셀, 모듈, 팩

 

개요

BMW i3 하부에 탑재된 배터리 팩(모듈 8개, 셀 96개로 구성)

전기차를 움직이려면 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전기가 필요하다. 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. 이 수 많은 배터리 셀을 안전하게 그리고 효율적으로 관리하기 위해 모듈 단위로 모으고, 또 이 모듈들을 모아 하나의 팩이라는 형태를 거쳐 전기차에 탑재한다.

셀, 모듈, 팩은 쉽게 배터리를 모으는 단위로 생각하면 된다. 배터리 셀을 여러 개 묶어 모듈을 만들고, 모듈을 여러 개 묶어 팩을 만드는 것이다. 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 된다.

삼성SDI의 배터리가 들어간 전기차 BMW I3의 배터리를 예를 들면 i3에는 배터리 셀이 총 96개 탑재된다. 셀 12개로 이뤄진 모듈, 이런 모듈 8개가 묶여 1개의 팩으로 되는 것이다. 재규어 랜드로버의 전기차 아이페이스(I-PACE)에는 LG화학의 배터리가 장착돼 있는데, 12개의 셀로 이루어진 36개의 모듈이 1개의 배터리팩을 만든다.

확장형 모듈

기존 모듈(좌측)과 확장형 모듈(우측)

기존 전기차용 배터리 모듈 한 개엔 통상 12개 내외의 셀이 들어가고 용량이 2~3kWh 수준이었다. 삼성SDI가 새로 내놓은 '확장형 모듈'은 모듈 1개당 24개 이상의 셀을 넣을 수 있도록 첨단 기구설계 공법을 적용했고, 기존 대비 2배가 넘는 6~8kWh의 에너지 용량을 구현했다. 그림으로 보시다시피 모듈 하나에 더 많은 셀을 담을 수 있도록 개선하면서, 하나의 팩에 들어가는 모듈 수가 줄어 여러 연결 부품을 줄이고 공간을 아낄 수 있게 되었다.

제로모듈

업계에선 '모듈리스(Module-less)'로 부르는 방식이다. 이 기술은 모듈을 최대한 줄이거나 아예 없애 공간을 확보하는 것이 핵심이다. 더 많은 배터리 셀을 집어넣어 에너지 밀도를 높이고 원가를 낮출 수 있다. 모듈이 줄어든 만큼 새로운 배터리 셀‧팩 설계가 필요하다. 외부 충격에 버틸 수 있는 새로운 소재 개발이 활발해질 것으로 보인다.

LG화학은 배터리 모듈을 최소화한 'MPI(Module Pack integrated)' 플랫폼 개발을 완료했다. '셀→모듈→팩' 단위로 묶어 사용하던 전통적인 방식을 간소화했다. 한문 '토(土)' 모양의 전통적인 플랫폼과 비교해 배터리 셀을 두 배 이상 더 많이 넣을 수 있다. 에너지 밀도는 10% 높이고, 원가는 30% 이상 줄이는 것이 가능하다.

MPI 플랫폼은 중국 CATL이 테슬라 모델3에 적용한 셀투팩(CTP:Cell To Pack)과 비슷한 구조다. 향후엔 모듈을 빼고 전기차 섀시(Chassis)에 직접 배터리를 넣는 방식이 쓰일 계획이다. 이 방식은 업체에 따라 MTB(Module to Body), CTB(Cell to Body), CTV(Cell to Vehicle) 등으로 부른다.

참고자료

• 이재운 기자, 〈전기차 배터리가 궁금해①배터리의 구성 '셀→모듈→팩'〉, 《이데일리》, 2017-10-03
• 〈"셀, 모듈, 팩…전기차 배터리 그 속이 궁금하다"〉, 《헤럴드경제》, 2019-06-08
• 〈전기차 배터리 구성, 셀? 모듈? 팩? 바로 알자!〉, 《삼성SDI》
• 이수환 기자, 〈테슬라 닮아가는 LG화학…'제로모듈' 배터리 팩 만든다〉, 《디일렉》, 2020-11-27

같이 보기

• 배터리셀
• 배터리팩

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