배터리 인클로저는 고전압 배터리와 전기 부품, 센서, 커넥터 등을 외부 충격과 열, 습기로부터 보호하는 구조물이다. 현재 대부분의 전기차 배터리 인클로저는 알루미늄 합금과 같은 금속으로 제작되고 있으나 지속가능성 향상, 생산단가 및 무게 절감, 기능통합 등에 대한 요구가 커지면서 플라스틱 소재로 대체하기 위한 연구개발이 한창이다.

 

기계적, 열적 안전성 등 고전압 배터리 인클로저용 필수 요구조건 충족

랑세스의 폴리아미드(PA)6 기반 ‘듀레탄’ 소재는 고전압 배터리 인클로저에 필수적인 요구조건을 모두 충족하는 엔지니어링 플라스틱이다. 금속에 비해 취약할 수 있는 플라스틱의 기계적 강도 및 난연성을 충족시키는 것이 특징이다.

듀레탄의 기계적 물성 및 성능을 입증하기 위해 최근 자동차 부품제조사인 독일 카우텍스 텍스트론(Kautex Textron)과 함께 PA6기반의 배터리 인클로저 시제품(프로토타입)을 개발해 정밀하고 포괄적인 시험을 진행한 바 있다. 그 결과 시제품은 모든 기계적 · 열적 테스트를 통과한 것은 물론, 열관리 및 누출 방지 등 안전부품의 기술적 타당성을 입증했다. 현재 플라스틱 인클로저 시제품은 테스트 차량에 장착되어 적합성 확인을 위한 도로 테스트 중이다.

 

탄소발자국 감축으로 지속가능성 달성에 기여

연구 결과, 듀레탄 기반 전기차 배터리용 플라스틱 인클로저는 알루미늄 제품 대비 탄소발자국을 40% 이상 저감하며 지속가능성 향상에 기여할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 강철이 사용된 인클로저는 전착도장과 같은 부식방지 작업이 필수인데, 듀레탄 인클로저는 이를 생략할 수 있을 뿐만 아니라 생산에 필요한 에너지를 적게 사용하기 때문에 탄소발자국을 대폭 감축할 수 있다. 이와 함께 열가소성 소재의 특성상 열경화성 소재에 비해 재활용이 수월하다는 이점도 있다.

 

우수한 내구성 및 외부 열원 저항성 등 안전성 입증

랑세스는 듀레탄의 안전성을 입증하기 위해 길이와 폭이 각각 1,400mm에 이르는 대형 플라스틱 인클로저 시제품을 대상으로 국제적으로 인정된 유럽 배터리 안전성 표준 ‘ECE R100’ 및 중국 표준인 ‘GB 38031’ 시험에 따른 검증을 진행했다.

시험 결과 우수한 내구성과 열 저항성을 발휘하는 것은 물론, 심한 충격이 가해졌을 경우를 가정한 기계적 충격 시험, 그리고 점진적인 변형에 대한 저항성 모두 국제 표준을 충족했다. 차체 하부 외부 열원으로부터의 저항성을 확인하는 시험에서도 ECE R100이 요구하는 수준을 만족시켰다.

 

경량화 및 제조비용 절감에 기여

이번 듀레탄 인클로저 시제품은 ‘듀레탄 B24CMH2.0’ 소재를 기반으로 제작되었으며, 충돌 관련 영역은 연속섬유강화 복합소재 ‘테펙스 다이나라이트 102-RGUD600’로 강화해 경량화와 안전성을 동시에 확보했다. 무게는 알루미늄 인클로저 대비 10%가량 절감됐다. 더불어 여러 기능 부품을 한 번의 공정으로 통합 생산할 수 있어 생산속도 증가, 제조비용 절감 및 물류 단순화, 그리고 탄소발자국 감축 효과를 누릴 수 있다.

새로운 모빌리티와 배터리 혁신 분야를 위한 랑세스의 제품 및 기술은 랑세스 웹페이지에서 확인할 수 있다.

<저작권자ⓒ '플라스틱사이언스' 무단전재-재배포 금지.>