배터리 셀 냉각용 ‘진동형 히트파이프(PHP)’ 개발 상품화 통해 실제 적용 및 양산 역량까지 확보 알루미늄 합금·냉매 활용해 고효율 열전달(방출) 구현 배터리 셀 과열 막아 전기차 화재 원천 차단 컴퓨터 CPU·스마트폰 부품 열 관리 반영
현대모비스가 전기차 배터리 과열 및 화재와 관련해 배터리 셀 온도를 낮추는 냉각용 소재 활용법을 제시했다. 컴퓨터 CPU나 스마트폰 내부 열 관리 시스템에서 착안한 기술로 배터리 내부 온도 상승을 억제해 배터리 과열을 원천적으로 막고 화재를 예방한다는 개념이다.
현대모비스는 초고속 충전 시 발생할 수 있는 배터리 과열을 방지해주는 신규 배터리 셀 냉각 소재 ‘진동형 히트파이프(PHP, Pulsating Heat Pipe)’를 개발했다고 17일 밝혔다.
진동형 히트파이프는 알루미늄 합금과 냉매로 구성된 소재로 배터리 셀과 셀 사이에 배치돼 급속 충전 시 치솟는 배터리 내부 온도를 낮추는 역할을 한다. 충전 시 배터리 발열량이 증가하더라도 이를 버틸 수 있는 안정적인 열 관리 시스템도 구현했다고 한다. 배터리 충전시간 단축까지 기대할 수 있다고 전했다. 특히 해당 소재 기술은 개발이 마무리 단계이고 연속생산 가능한 프레스 공법을 통해 대량 생산도 가능한 것으로 알려졌다.
현대모비스가 개발한 ‘배터리셀 냉각용 진동형 히트파이프(PHP, 오른쪽)’와 일반 알루미늄 쿨링 플레이트의 열 방출 성능 비교 실험. 20도 가까운 온도 차이를 보여준다.
히트파이프는 두 물체 간 열 전달 효율을 높이는 금속관 모양 열전도체로 컴퓨터 CPU와 스마트폰 등 전자기기 냉각에도 사용되는 고방열(열 방출) 소재다. 현대모비스 진동형 히트파이프의 경우 내부에서 냉매가 진동과 순환을 하면서 열을 고르게 전달해 고속으로 이동하는 차에 적용해도 성능저하를 최소화하는 것이 특징이다. 일반 알루미늄 대비 10배 이상 열전달 성능이 우수해 과열된 배터리 셀 열기를 빠르게 외부로 방출할 수 있다고 현대모비스는 설명했다. 그동안 컴퓨터나 스마트폰 등 소형 전자기기에만 적용돼 온 주요 장치 냉각 기술로 전기차 배터리에 적용 가능한 기술을 확보하고 양산 역량까지 갖춘 것은 현대모비스가 처음이다.
일반적으로 배터리시스템(BSA)은 다수 배터리 모듈(BMA)에 배터리 관리 시스템(BMS)과 냉각팬, 각종 전자장치 등이 더해져 완성된다. 이중 전기에너지를 직접 생성하는 BMA는 배터리 셀 여러 장을 겹겹이 쌓은 모듈 단위 부품이다. 배터리 셀의 과열을 막기 위해서는 냉각 구조를 최적화하는 것이 핵심이다. 현대모비스는 셀과 셀 사이에 PHP를 겹겹이 배치하고 이를 통해 각각의 셀에서 발생하는 열을 냉각블록으로 신속히 전달하도록 했고 모듈 단계에서 내부 온도를 안정적으로 제어하는데 성공했다고 한다.
현대모비스 BSA
해당 기술 생산의 경우 대량 연속생산이 가능한 프레스 공법을 적용하고 공정을 단순화해 제조 단가까지 낮췄다고 강조했다. 여기에 전기차 배터리에 탑재가 용이하도록 두께가 0.8mm에 불과한 냉각 소재를 구현했다. 일반적인 히트파이프 소재 두께는 약 6mm에 달한다.
현대모비스 관계자는 “초고속 충전 지원 여부가 중요한 하이엔드 전기차에 우선 채택될 가능성이 높다”며 “세계 최고 수준 배터리 냉각 기술을 확보하고 이를 상품화해 미래 모빌리티 시장 경쟁력을 극대화할 것”이라고 말했다. 특히 배터리 안전과 충전시간 단축 문제가 전기차 캐즘 극복을 위한 주요 선결과제로 떠오른 가운데 현대모비스는 글로벌 완성차를 대상으로 적극적으로 기술을 알리고 맞춤 영업 전략을 전개한다는 방침이다.
