현재 전세계 전기자동차 점유율 1위인 테슬라는 미래 산업에 있어서 가장 핫한 회사입니다. 전기자동차 핵심 부품인 배터리에 대해 먼저 간략하게 설명하고, 테슬라 배터리에 대해서 자세하게 설명하도록 하겠습니다.
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테슬라 배터리 알아보기
먼저 전기차 원가 구성에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 아래 자료를 보시면 배터리팩이 전기차 원가의 40~50%인 것을 알 수 있습니다. 배터리 가격을 다운 시킨다면 전기차 원가를 줄일 수 있습니다. 그렇기 때문에 배터리 기술이 전기차의 핵심입니다.
배터리 형태 및 특성
전기차 시장에서 배터리용 2차전지는 리튬이온 형태가 보편화 되었습니다. 리튬이온 배터리는 그 형상에 따라 원통형, 파우치형, 각형으로 구분됩니다. 회사별로 나누자면 테슬라(파나소닉)는 원통형을, 삼성SDI는 각형을, LG화학은 파우치형을 주력으로 생산하고 있습니다.
각형은 양극과 음극 소재를 말아 만드는 와인딩 방식을 적용해 대량생산에 유리하고 안정성이 뛰어난 장점이 있습니다. 하지만 다른 형태보다 상대적으로 무겁고 형태의 변환에 제약이 있습니다.
파우치형은 알루미늄 필름 형태의 파우치 안에 배터리 소재를 넣는 방식이어서 디자인과 경량화 측면에서 유리합니다. 하지만 외부 물리적 충격에 약하다는 단점을 가지고 있습니다.
원통형은 테슬라 전기차에 적용되고 있는 형태로 파나소닉이 주로 납품하고, 테슬라 기가 팩토리1에서는 모델3에 들어갈 배터리를 만들고 있습니다. 충전 횟수가 적다는 단점이 있었습니다. 하지만 테슬라는 배터리 관리 시스템(BMS)으로 훌륭하게 단점을 보완하였습니다. 원통형은 가장 오래된 방식으로 기술이 검증이 되어있고 가격이 싸고 수급이 안정화 되어 있습니다. 그리고 차량 하부 장착을 통한 차의 무게 배분 및 공간 활용도 증대 측면에서 유리한 장점도 가지고 있습니다.
테슬라 배터리
이제부터 본격적으로 테슬라 배터리를 하나 하나 뜯어보도록 하겠습니다. 자료는 LearnEngineering 유튜버의 자료를 사용하였습니다. 앞서 말씀드렸다시피 테슬라는 원통형 배터리의 단점인 충전 횟수를 BMS(배터리 관리 시스템)으로 극복한 회사입니다. 전기 자동차 배터리 표준을 만들고자 BMS 특허를 공개하기도 하였습니다.
일단 배터리들이 이러한 배터리팩 안에 들어있습니다. 배터리가 충격 때문에 터지지 않느냐? 라고 물어보는 분들이 많습니다. 테슬라는 가장 오래된 원통형 배터리를 사용하고 있습니다. 그만큼 검증이 되어있기 때문에 안심하고 타셔도 됩니다.
18650 배터리팩 가격은 $1,375 정도 합니다.
출처 -> 클릭
자세한 구조는 위의 그림과 같습니다.
이제 배터리팩 안을 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 팩 안에는 이러한 우리가 자주보던 원통형 배터리가 들어있습니다. 18650 배터리는 지름 18mm, 높이 65mm 입니다. 테슬라는 21700 배터리를 개발하였고, 모델3에 지름 21mm, 높이 70mm인 21700 배터리가 들어갑니다.
배터리 사이에는 배터리를 식혀주는 냉각 시스템이 있습니다. 특히 수퍼차저로 고속 충전 시에는 필히 작동되는 시스템입니다.
이렇게 배터리들은 2줄씩 묶여 있습니다.
이러한 팩들이 모여 총 7000개의 셀들이 들어있습니다.
배터리 팩은 차량의 하부에 위치하고 있습니다.
차량 하부 구조를 앞뒤로 자세히 살펴 보겠습니다.
먼저 앞쪽에는 냉각장치가 연결되어있습니다. 외기에 의해 열을 식혀주고 식혀진 냉각수가 배터리팩으로 가는 방식입니다.
뒷쪽에는 모터로 연결되어있습니다.
배터리의 파워가 모터로 전달되기 전에 인버터를 거치게 되는데, 인버터는 전기 자동차를 사람으로 치면 뇌에 해당할 만큼 중요한 부분입니다. 인버터가 모터의 회전속도, 회전방향을 조절하기 때문입니다. 이 부분은 다음에 자세히 다루도록 하겠습니다.
기가 팩토리
차량용 배터리 수요는 증가할 것입니다. 2014년 글로벌 자동차용 리튬이차전지 생산능력은 27.5GWh이었으며, 수요는 10GWh로 가동률은 34% 수준에 불과하였습니다. 향후 2020년 생산능력이 120GWh 수준으로 4배가량 증가할테지만 가동률은 80% 이상을 웃돌 것으로 추정하고 있습니다. 이에 맞춰 배터리 업체들은 적자에도 오히려 적극적인 증설로 대응하고 있습니다. 테슬라와 파나소닉은 기가팩토리 프로젝트를 통해 2020년 50GWh 수준의 배터리팩을 생산할 계획으로 가장 공격적인 투자를 보이고 있는 회사입니다.
테슬라는 모델3 라는 보급용 전기자동차를 내세우면서 미래 자동차 산업을 잘 이끌어가고 있습니다. 누군가는 공급도 안정적이고 값이 싼 배터리로 양산에 적극 돌입할 때, 누군가는 아직도 양산에 제대로 돌입하지 못하고 시장을 빼앗기고 있습니다. 전 앞선 기술을 사용하는 것도 좋지만 상황도 봐가면서 사업을 진행해야 한다고 봅니다. 분명 테슬라보다 더 앞선 배터리 기술을 가지고 있는 회사는 많다고 봅니다. 하지만 그들은 기술타령 하다가 소비자들을 다 놓치고 있습니다.
어느 회사든 시장에서 살아남으려면 그 시장을 계속해서 장악해야 한다고 생각합니다. 바로 점유율이 시장 장악 여부를 판별할 수 있는 가장 좋은 지표일 것입니다. 테슬라는 어렵게 버티면서 모델3 라는 보급형 자동차 판매까지 왔습니다. 그리고 수퍼차저라는 테슬라 전용 충전소를 전세계적으로 지으면서 에너지 사업까지 확장하고 있습니다.
앞으로 테슬라의 선전에 기대를 걸어봅니다.
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