전기차 배터리는 하나가 아니다?..'팩' 경쟁으로 넘어간 배터리업계

[아시아경제 황윤주 기자] 전기차 시장의 급성장과 함께 배터리에 대해서도 관심이 많아지고 있다. 전기차 배터리 기사를 보면 '셀(Cell)', '모듈(Module)', '팩(Pack)' 등의 용어를 볼 수 있다. 모두 배터리를 가리키는 말이지만, 각각의 역할이 다르다. 특히 지금까지 배터리 제조사들이 '셀'의 주행거리 확대에 집중했다면 최근 배터리 개발 트렌드가 '팩'으로 옮겨가는 추세다.

전기차의 심장인 '배터리는 크게 '셀(Cell)', '모듈(Module)', '팩(Pack)'으로 구분된다. 전기차를 해체한다면 가장 먼저 만나게 되는 하나의 커다란 배터리가 '팩(Pack)'이다. 팩을 열어보면 '모듈'이 있고, 그 속에 우리가 흔히 배터리라고 이야기하는 '셀'이 들어 있다.

배터리 제조사의 관점으로 봤을 때, 배터리 '셀'은 두 번의 변신을 거쳐 '팩'이 되고 이것이 자동차에 장착이 된다. 배터리라고 하면 보통 배터리 단품 '셀'을 말한다.

소비자들이 전기차 구매를 고려할 때 가장 큰 요인으로 삼는 '1회 충전 주행거리'는 '셀'과 관계가 깊다. 배터리의 기본이 되는 '셀'은 자동차 내 제한된 공간에서 최대한의 성능을 발현할 수 있도록 단위 부피당(또는 무게당) 높은 용량을 지녀야 한다. 이를 부피당(또는 무게당) ‘에너지밀도’라고 한다.

자연스레 배터리 제조사들은 같은 부피나 무게에 더 많은 에너지를 넣을 수 있도록 '고에너지밀도 셀'을 개발하는 데 집중했다. '셀'의 핵심 소재인 양극의 니켈 함량을 올리는 ‘하이니켈(High Ni)’ 양극을 개발하고 있고, 음극 소재도 기존 흑연에서 실리콘 추가하거나 함량을 높이고 있다.

이 수많은 배터리 '셀'을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해 적게는 12개에서 많게는 48개까지 '셀'을 모아 '모듈'로 만든다. 이 모듈들을 모은 것을 또한 '팩'이라고 하는데, '셀'과 '모듈'의 개수는 고객 사양에 따라 달라진다. 가령 BMW i3에는 '셀'이 총 96개 탑재된다. '셀' 12개를 하나의 '모듈'로 묶고, 8개 '모듈'을 모은 '팩'이 탑재되어 있다. 현대·기아차, 폭스바겐 등 각 완성차가 생산하는 전기차 모델마다 '셀'과 '모듈'의 수가 다르다.

지금까지 배터리 제조사들이 '셀' 성능에 대해 집중했다면, 이제는 '모듈'과 '팩'을 얼마나 더 효율적으로 설계하고 구성하느냐까지도 고민을 하고 있는 상황이다.

배터리 '모듈'은 배터리 '셀'이 열과 진동 등 외부 충격에서 좀 더 보호될 수 있도록 강건한 프레임으로 되어 있다. 여기에 '셀'의 상태를 모니터링하는 BMS(배터리관리시스템) 등을 붙여 만들어진다.

마지막 형태인 배터리 '팩'은 모듈 여러 개를 모아 '모듈'에서 보내온 배터리 '셀'의 온도나 전압 등을 관리해 주는 Master BMS가 있습니다. 여기에 냉각장치 및 각종 제어 시스템 등이 장착된다.

삼성SDI 측은 "전기차에 최종적으로 탑재되는' 팩'이 얼마나 효율성이 있는가에 따라 전기차의 성능 및 디자인이 바뀔 수 있기에 '셀'의 에너지 밀도를 높이는 것은 기본이고 이제 '모듈'과 '팩'의 개발에도 관심이 높아지고 있다"고 설명했다.

황윤주 기자 hyj@asiae.co.kr