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생기원, 초경량 전기차 배터리 하우징, 알루미늄 합금으로 만든다

작성자 : 이용우 2019-04-22 | 조회 : 2877

- ㈜대주코레스에 마찰교반용접 기술 지원해 양산 성공

- 재규어 社의 전기차 ‘I-pace’ 16만 대에 탑재, 750억 원 수출 달성

전기차의 연비 향상을 위해 알루미늄 합금, 탄소섬유복합재 등의 경량소재 적용이 늘고 있다. 특히 알루미늄 합금은 강철의 3분의 1 수준으로 가볍고, 탄소섬유복합재보다 가공하기 쉬우며 가격도 저렴하다. 하지만 ARC용접*과 같은 일반적인 용접 방식을 쓸 경우, 용접부의 강도가 떨어지고 변형이 심해 대형 조립부품 제작에 적용하기 어렵다.

* 용접봉과 소재 사이에 순간적으로 전압을 걸어 발생되는 고열로 용접하는 방식

마찰교반용접으로 제작한 전기차용 배터리 하우징 제품

한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 알루미늄 부품제조 전문기업 ㈜대주코레스에 알루미늄 합금 용접에 적합한 마찰교반용접 기법을 적용해 ‘초경량 전기차용 배터리 하우징(Battery-housing)’ 제조에 성공했다.

배터리 하우징은 배터리 모듈을 상자 모양으로 감싸 외부 충격으로부터 보호하는 2m×2.3m 크기의 대형 조립부품으로, 알루미늄 합금 소재로 제작해낸 것은 이번이 세계 처음이다. 배터리 하우징에 기존의 철강 대신 알루미늄 합금 소재를 적용하면 무게를 300㎏에서 100㎏ 수준까지 줄일 수 있어 경량화에 유리하다.

생기원 탄소경량소재응용그룹 이광진 수석연구원 팀이 기술 지원한 ‘마찰교반용접’은 소재에 별도의 열을 가하지 않고 소재와 전용 툴(Tool)과의 마찰열만을 이용해 접촉 부위의 금속을 유동(流動)화시켜 접합하는 새로운 용접 기법이다.

작업 도중 금속가스와 같은 유해물질이 발생하지 않아 친환경적이며, 기존 용접 방식에서 생기기 쉬운 기공이나 균열 등의 문제도 없다. 또한, 非 용접부위 대비 접합강도가 90% 수준으로, 80% 정도인 기존 용접 기법보다 신뢰성도 높다.

이번 성과는 생기원과 기업 간 역할 분담과 협업을 통해 이뤄냈다.

㈜대주코레스는 배터리 하우징 생산공정을 구축하고 제품의 전반적인 설계와 알루미늄 압출재 공급 역할을 수행했다. 생기원은 ㈜대주코레스가 어려움을 겪었던 마찰교반용접 결과의 해석·평가를 지원하고, 전용 툴의 회전속도와 삽입 깊이, 이동속도 등을 최적화해 최종적으로 마찰교반용접 기법을 공정에 적용시켰다. 아울러 용접으로 인해 저하되었던 접합부의 기계적 특성을 회복하고 인장·충격·피로 강도를 동시에 만족시킬 수 있는 ‘후열처리’ 공정을 개선해 변형 발생 폭을 2㎜ 이내로 최소화했다.

㈜대주코레스가 구축한 전기차용 배터리 하우징 양산 설비

㈜대주코레스는 여러 개의 알루미늄 합금 판재를 맞대기 방식으로 접합하는 배터리 하우징 하단부에 마찰교반용접 공정을 적용, 대규모 양산에 성공했다. 양산된 제품은 LG화학의 폴란드 공장에 수출되어 영국 재규어(Jaguar) 社의 대표 전기차 ‘I-pace’에 탑재된다. 현재까지 차량 16만 대에 들어가는 제품생산 계약이 체결됐고, 관련 매출은 750억 원 규모이다.