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[TECH] 에너지를 e모션(eMotion)에 담아
김우겸 기자|kyeom@kidd.co.kr
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[TECH] 에너지를 e모션(eMotion)에 담아

드라이브와 품질의 조화

기사입력 2020-03-20 15:27:03
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[TECH] 에너지를 e모션(eMotion)에 담아

[산업일보]
전기 엔진과 내연기관 엔진은 확연히 다른 구조특성을 지니고 있다. 전기 자동차의 주요 구동 방식으로 전기 엔진과 배터리로 구성되며 통합 파워일렉트로닉스로부터 공급된다. 이러한 변화는 각 부품들의 제작 및 적용에 큰 영향을 미치고 있다. 이 변화는 시험과 측정 개념에서 어떠한 의미를 갖는가?


ZEISS(자이스) IQS(Industrial Quality Solutions) 사업부는 자동차 및 공급 업체와의 공동 프로젝트를 추진함으로써 전기 자동차 부품에 필요한 시험, 검사 및 계측 부분에 전문성을 나타낸다. 엔진을 예로 들면 내연기관 엔진에는 무려 1천400가지의 부품이 들어가는 반면, 전기엔진에는 불과 200개의 부품만 들어간다. 이러한 이유로 E-모빌리티에서는 정밀도에 대한 요구가 상당히 높아지고 있다.

얇은 엔진 케이스, 구리선(copper wire)을 스테이터 안에 결합을 위한 각각 다른 와인딩 및 커넥션, 또는 엄청난 길이-직경 비율(length-to-diameter ratio)의 구동 부품 등이생산 및 품질 보증 부분에 상당한 영향력을 미친다.

패트릭 스템플(Patrick Stempfle) 자이스 NEV(New Energy Vehicles) 자동화 프로젝트 총괄담당자는 "내연기관 엔진을 장착한 차량의 품질을 보증하는데 있어서 ZEISS는 이 분야의 선두 집단이다. 우리는 광학 분야 전문 지식을 점차적으로 전기 자동차 분야로 전환시키면서 자동차 산업에 큰 변화를 적극 선도하고 있다"고 말했다.

구동방식의 새로운 패러다임

전기 엔진 구동방식은 내연기관보다 단순한 구조로 보통 알고 있다. 하지만 자동차 및 공급업체에서는 품질 측면에서 창의적인 변화가 필요하다. 먼저 접촉식과 광학식 측정에서부터X-ray와 현미경까지 다양하고 많은 측정업무가 필요할 것이다.

예로 열에 노출됐을 때 휨이 없어야 하는 차체에 배터리 모듈의 프레임과 그것을 포함하는 차체는 대형 구조물에 해당하며 반면 배터리 안에 섞여있는 성분은 소형 구조물에 해당한다.

이는 곧 전기 자동차의 핵심 요소임과 동시에 품질면에서도 가장 중요한 부분이다. 전기차 배터리는 자동차의 주행거리에 영향을 미치나 사소한 결함에도 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 전자기기의 배터리 폭발 같은 문제에서 우리는 그 중요성을 알수있다. 따라서 높은 품질과 안전성을 위해선 여러가지 품질에 대한 검사 방식이 필요하다.

전기 엔진: 측정실 및 인라인에서의 검사

최근 전기 자동차 대량 생산이 본격적으로 착수되면서 기존 엔진부분 제작에 필요했던 가공작업 및 부품 검사 과정이 크게 축소됐다. 좌표 측정기계에 적용된 좌표 측정 기술과 거칠기 측정 역할이 더욱 중요해지고 있다.

다시 말해서 측정 기술도 변화하고 있다. 내연기관 엔진에서는 3차원 측정기가 크랭크 케이스나 실린더 헤드 등과 같은 엔진 구성품을 측정하는데 사용됐다면 전기엔진의 경우 광학센서를 사용해 스테이터 및 X-ray 시스템을 이용해 용접 홈검사의 과정을 거치게 된다

헤어핀(Haripin)을 장착한 고성능 전기 엔진의 출시는 측정 업계에 새로운 측정 과제를 만들었다. 이 새로운 엔진에 기존 와이어 와인딩은 굵은 구리 소재의 레일로 대체되면서 생산 시간이 단축되고 엔진 성능은 향상된다.

여기서는 측정 및 시험 작업이 다양해진다. 기하 형상은 인라인에 기록돼야 하는 유일한 부분이 아니고 헤어핀의 절연 두께와 조립 품질에 대해서도 수행돼야 한다. 측정 실험을 통해 데이터 일관성 유지는 매우 중요한 분야로 간주된다.

패트릭 스템플 담당자는 "현재 이런 흐름은 바로 생산 돌입과 동시에 직렬 측정을 중점적으로 나아갈 예정이다. 측정실과 인라인에 모두 다양한 광학 기술을 활용할 수 있다"고 강조했다. 자이스는 견고하며 자동화 시스템 적용 및 적절한 데이터 관리 소프트웨어와 측정실과 생산 현장에 완벽한 검사 및 설치를 할 수 있는 측면에서 잘 갖춰져 있다.

[TECH] 에너지를 e모션(eMotion)에 담아


배터리: 최소화 해상도까지 X-레이 가능

자이스 산업용 현미경 솔루션 책임자인 로버트 자네타(Robert Zarnetta) 박사는 "자이스는 배터리, 전기 및 엔진 등으로 구성된 전기 자동차 구동방식에 업계에서 유일하게 품질 보증을 제공하는 업체"라고 설명했다.

그는 팀의 도움을 받아 배터리와 같은 가장 작은 결함까지도 식별한다. 배터리 내부까지 직접적인 접촉 측정이 불가능하므로 자이스에서 제공되는 X- 레이 현미경과 같은 다른 대안이 필요하다. 최대 0.5 마이크로미터의 해상도로 전극, 폴리머 필름 및 전해물 등의 3D 이미지를 제공한다.

약간 더 큰 구조의 경우 컴퓨터 단층 촬영 장치(tomograph)를 활용함으로써 최대 20마이크로 미터의 해상도를 구현했다. 자동차 제조업체들은 이와 같은 방식을 통해 배터리 전극이 올바르게 정리됐는지 또는 배터리에 전해질이 채워져 있는지 확인한다.

하지만 때로는 배터리의 안전성과 성능을 보장하기 위해서 필수적으로 품질 특성을 확인하고 결함을 식별해 노쇠 현상을 파악하기 위해 배터리 자체를 검토할 필요가 있다. 이는 곧 검사에 광학 및 전자 현미경이 많이 사용되는 이유다. 그 외에도 분석 작업을 통해 배터리 공급 업체가 실제 승인된 소재를 사용했는지 여부를 확인할 수 있으며 배터리의 충전 / 방전, 배터리 수명 및 비용적인 측면으로 영향을 준다.

업계를 이끌다

electromobility(전기구동 모빌리티)의 진보적인 추세로 이 분야의 새로운 기술과 새로운 업체들이 계속 등장하고 있다.

자이스 IQS 팀의 계측 시스템 책임자 Andrzej Grzesiak는 "많은 사람들이 자이스라는 업체에 대해 이미 널리 알고 있지만 electromobility에 대해서는 특별히 큰 인지도가 없다. 자이스에서 NEV 사업의 신규 및 기존 업체들을 대상으로 전기구동 관련해 우수한 품질 보증 솔루션을 제공하는 최고의 원스톱 파트너가 되기 위해 노력하고 있다. 동시에, 우리는 기존 대중화 자동차 사업에서도 지속적으로 입지확보를 유지하기 위해 모든 노력을 기울이고 있다."고 말했다.

자료제공 : ZEISS(자이스)코리아
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국제산업부 김우겸 기자입니다. 산업인들을 위한 글로벌 산업 트렌드와 현안 이슈에 대해 정확하면서도 신속히 보도하겠습니다.


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