EV 산업의 돈벌이 기회: 혁신과 발전이 주는 전기차 배터리의 금전적 가치 CTP, CTC,CTB

EV 전기차 배터리 CTP, CTC, CTB 이것만은 알고 덤비자!

배터리의 역사와 발전

배터리의 역사는 1800년대 초, 이탈리아의 과학자 알레산드로 볼타가 '볼타 쌓기'를 발명한 것으로 시작합니다. 이후 배터리는 다양한 형태와 용도로 발전하였습니다. 특히, 1980년대에 등장한 리튬 이온 배터리는 그 용량, 에너지 밀도, 충전 효율 등의 우수한 성능으로 인해 현재 전기차의 주요 에너지 저장 장치로 사용되고 있습니다.

볼타.나무위키출처

EV 전기차 배터리의 장점은 다음과 같습니다:

• 에너지 저장: 배터리는 에너지를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있습니다. 이는 전기차가 주행 중에 에너지를 사용할 수 있게 해 줍니다.
• 휴대성: 배터리는 휴대 가능하므로, 차량이나 다른 전자 제품을 원하는 곳에서 사용할 수 있습니다.
• 환경 친화적: 배터리는 환경 친화적인 에너지 저장 방법입니다. 특히, 재생 가능한 에너지 원을 사용하는 전기차의 경우, 배터리는 환경오염을 줄이는 중요한 역할을 합니다.

그러나 배터리에는 다음과 같은 단점도 있습니다:

• 에너지 밀도: 현재의 배터리 기술은 가솔린이나 디젤 연료에 비해 에너지 밀도가 낮습니다. 이는 전기차의 주행 거리를 제한하는 요인입니다.
• 충전 시간: 배터리를 충전하는 데는 시간이 걸립니다. 이는 전기차의 편의성을 제한하는 요인입니다.
• 수명: 배터리는 충전과 방전을 반복하면 성능이 저하되는 문제가 있습니다. 이는 전기차의 수명을 제한하는 요인입니다.

배터리 기술: CTP, CTC, CTB 

요즘은 배터리의 에너지 밀도를 향상하고 제조 비용을 절감하는 새로운 기술이 개발되고 있습니다. CTP, CTC, CTB는 주요한 전기차 배터리 기술 중 일부입니다. 주요한 기술에 대한 기본적인 이해는 EV 배터리 시장을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

출처 : https://etekware.com/ko/ctp-ctc-battery-pack-technology/

1. Cell to Pack (CTP)

CTP는 배터리 모듈 단계를 생략하고, 바로 배터리 셀을 팩에 직접 결합하는 기술입니다. 이 기술은 배터리의 에너지 밀도를 향상하고, 제조 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감하는 장점이 있습니다.

2. Cell to Chassis (CTC)

CTC는 배터리 셀을 차량의 새시에 직접 결합하는 기술입니다. 이 기술은 배터리 팩을 차량의 구조적인 부분으로 사용하여, 차량의 무게를 줄이고 내부 공간을 확보하는 장점이 있습니다.

3. Cell to Body (CTB)

CTB는 배터리 셀을 차량의 차체에 직접 결합하는 기술입니다. 이 기술은 차량의 구조적인 강도를 확보하고, 차량의 무게를 줄이는 장점이 있습니다. 

얼마 전에 나온 뉴스에 KG 모빌리티에서 토레스에 장착하려고 하는 기사가 있네요.

KG모빌리티 "2025년까지 전기차 전용 플랫폼 구축해 신차 4종 출시"

EV 전기차와 배터리 시장의 현재와 미래 (2022-2030)

전기차 시장은 지속적으로 성장하고 있으며, 이에 따라 배터리 시장도 함께 성장하고 있습니다. 특히, 2022년부터 2030년까지의 시장 전망은 매우 밝습니다. 전기차의 수요 증가, 배터리 기술의 발전, 정부의 환경 정책 등이 이러한 성장을 주도하고 있습니다.

전기차 시장의 성장은 주요 배터리 기술인 리튬 이온 배터리의 발전과 밀접한 관련이 있습니다. 리튬 이온 배터리는 현재까지 가장 성능이 우수하며, 용량이 크고 충전 효율이 높은 편입니다. 그러나 기존 리튬 이온 배터리의 한계인 에너지 밀도와 충전 시간 등의 문제가 있어, 더 나은 배터리 기술이 필요하다는 요구가 제기되고 있습니다.

EV배터리 구성 요소와 소재

출처 : 산업자료,유진투자증권

배터리는 셀, 모듈, 팩 등의 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 각 구성 요소는 특정한 역할을 하며, 이들은 다양한 소재로 만들어집니다. 소재의 선택은 배터리의 성능과 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.

배터리 셀은 양극, 음극, 전해질 등으로 구성되며, 리튬 이온 배터리의 경우에는 리튬과 그래핀을 포함한 다양한 소재가 사용됩니다. 양극 소재로는 리튬 코발트 옥사이드 (LCO), 리튬 철 인산 염 (LFP), 리튬 망간 옥사이드 (LMO) 등이 사용되며, 음극 소재로는 그래픽, 실리콘, 탄소 등이 사용됩니다. 이외에도 전해질, 세퍼레이터, 커버 등의 소재가 사용됩니다.

EV 배터리 플랫폼의 동향

배터리 플랫폼은 배터리의 성능, 안전성, 비용 등을 결정하는 중요한 요소입니다. 최근에는 고에너지 밀도, 고충전 속도, 긴 수명, 높은 안전성 등을 가진 배터리를 개발하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있습니다.

한 예로는 고체 전해질 배터리(Solid-State Battery) 기술이 있습니다. 고체 전해질 배터리는 기존 리튬 이온 배터리의 전해질을 액체에서 고체로 바꾸어 안전성과 에너지 밀도를 개선하는 기술입니다. 또한, 실리콘, 그래핀 등을 이용한 양극 소재 개발, 배터리 내부 구조 개선 등도 연구되고 있습니다. 이러한 연구들은 배터리의 성능 향상과 안전성 강화를 통해 전기차의 주행 거리를 늘리고 충전 시간을 단축시키는 등의 혜택을 가져올 것으로 기대됩니다.

EV 전기자동차 배터리의 사양 분석

전기자동차의 배터리 사양은 그 성능과 운행 거리, 충전 시간 등에 큰 영향을 미칩니다. 따라서, 배터리의 에너지 밀도, 용량, 충전 속도 등의 사양을 정확히 이해하는 것이 중요합니다.

배터리의 에너지 밀도는 배터리가 담을 수 있는 에너지의 양을 의미하며, 이는 주행 거리에 직접적인 영향을 줍니다. 높은 에너지 밀도를 가진 배터리는 한 번의 충전으로 더 멀리 주행할 수 있습니다.

배터리의 용량은 에너지 밀도와 관련되며, 주로 킬로와트-시(KWh) 단위로 표시됩니다. 용량이 높을수록 배터리가 저장할 수 있는 전력의 양이 많아지므로, 주행 거리와 직결됩니다.

충전 속도는 배터리를 완전히 충전하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 빠른 충전 속도는 전기차의 이용 편의성을 증가시키고, 긴 충전 시간으로 인한 사용자의 부담을 줄여줍니다. 따라서, 전기차의 배터리 사양은 에너지 밀도, 용량, 충전 속도 등을 종합적으로 고려하여 선택해야 합니다.

EV 배터리 팩의 구성 요소

배터리 팩은 배터리 셀을 보호하고, 셀 간의 연결을 관리하는 등의 역할을 합니다. 따라서, 배터리 팩의 구성 요소와 그 역할을 이해하는 것이 중요합니다.

주요한 배터리 팩의 구성 요소는 다음과 같습니다:

1. 셀: 배터리 팩을 구성하는 기본 단위로, 에너지를 저장하고 전기를 생성하는 역할을 합니다.
2. 모듈: 여러 개의 셀을 하나로 묶은 단위로, 전류 밸런스를 조절하고 열 분산을 돕는 역할을 합니다.
3. BMS(Battery Management System): 배터리의 상태를 모니터링하고, 충전과 방전을 관리하는 시스템입니다. 온도, 전압, 전류 등을 감지하여 배터리의 안전성과 성능을 관리합니다.
4. 컨테이너 및 냉각 시스템: 배터리 팩을 보호하고, 열 분산을 도와 안정적인 온도를 유지하는 역할을 합니다.
5. 커넥터 및 와이어링: 배터리 팩 내부의 셀 및 모듈 간에 전기적인 연결을 제공합니다.

이러한 구성 요소들은 배터리 팩의 안전성, 성능, 수명 등에 직접적인 영향을 미치므로, 신중한 설계와 관리가 필요합니다.

EV 배터리 셀, 모듈, 팩의 주요 구성품 소재

배터리는 셀, 모듈, 팩으로 구성되며, 각각의 구성 요소는 다양한 소재로 제작됩니다.

  1. 셀 (Cell):

• 양극 소재: 리튬 코발트 옥사이드 (LCO), 리튬 철 인산 염 (LFP), 리튬 망간 옥사이드 (LMO) 등
• 음극 소재: 그래프라이트, 실리콘, 탄소 등
• 전해질: 리튬 솔트 (주로 리튬 하이드로염산, 리튬 전분 등)
• 세퍼레이터: 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE) 등의 다양한 포로스 막
• 커버: 알루미늄 호일, 포리머 박막 등

  2. 모듈 (Module):

• 셀: 다수의 셀이 연결되어 모듈을 형성합니다.
• 전극 연결자: 도체 소재로, 셀 간의 전류 흐름을 돕는 역할을 합니다.
• 열 분산재: 열을 효과적으로 분산시키기 위한 소재로, 주로 열 전도성이 높은 알루미늄, 구리 등이 사용됩니다.
• 셀 고정재: 셀을 고정하는 소재로, 주로 접착제가 사용됩니다.

  3, 팩 (Pack):

• 모듈: 다수의 모듈이 연결되어 팩을 형성합니다.
• BMS(Battery Management System): 배터리의 상태를 모니터링하고, 충전과 방전을 관리하는 시스템입니다. PCB(Printed Circuit Board)를 기반으로 구성되며, 마이크로프로세서, 센서, 보호 회로 등이 포함됩니다.
• 외부 커넥터: 배터리 팩과 전기차나 외부 충전기 등을 연결하는 커넥터입니다.
• 케이스 및 냉각 시스템: 배터리 팩을 보호하고, 열 분산을 돕는 역할을 합니다. 케이스는 알루미늄, 스틸, 엔지니어링 플라스틱 등으로 제작될 수 있으며, 냉각 시스템에는 냉각팬, 열 교환기 등이 사용됩니다.

EV 배터리 셀, 모듈, 팩 플랫폼 동향

배터리 셀, 모듈, 팩의 플랫폼은 배터리의 성능, 안전성, 비용 등을 결정하는 중요한 요소입니다. 최근에는 다음과 같은 플랫폼 동향이 관찰되고 있습니다:

1. 고체 전해질 배터리 (Solid-State Battery): 고체 전해질 배터리는 기존의 액체 전해질을 고체로 대체하여 안전성과 에너지 밀도를 향상시키는 기술입니다. 고체 전해질 배터리는 안정성이 높고 열 안정성이 우수하며, 긴 주행 거리와 빠른 충전 속도를 가능하게 합니다. 현재 이 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 상용화에 대한 기대가 큽니다.
2. 다층 구조 배터리 (Multilayer Battery): 다층 구조 배터리는 셀 내부에 여러 개의 양극과 음극 층을 구성하여 에너지 밀도를 높이는 기술입니다. 다층 구조 배터리는 기존의 단일 양극 및 음극 구조보다 용량을 증가시킬 수 있으며, 고충전 속도와 긴 수명을 동시에 갖출 수 있습니다.
3. 스트링 배터리 (String Battery): 스트링 배터리는 병렬로 연결된 셀 그룹을 직렬로 연결하여 전압과 용량을 조절하는 기술입니다. 이를 통해 배터리 팩의 구성이 유연하게 조절될 수 있어서 다양한 용량과 성능 요구에 대응할 수 있습니다.
4. 모듈화 및 표준화: 배터리 셀, 모듈, 팩의 플랫폼은 모듈화와 표준화가 진행되고 있습니다. 모듈화는 셀과 모듈의 구성 요소를 표준화된 형태로 분리하여 유연성과 생산성을 높입니다. 표준화는 배터리의 인터페이스와 규격을 통일하여 호환성과 시장 경쟁력을 향상시킵니다.

이러한 플랫폼 동향은 배터리의 성능 향상과 안전성 강화, 비용 절감 등을 위해 연구되고 있으며, 전기차 시장의 더 나은 전망과 함께 미래 배터리 기술의 진보를 예측하는 데 도움이 됩니다.

EV 전기자동차 배터리팩 사양 분석

전기자동차의 배터리팩 사양은 주행 거리, 충전 시간, 안전성 등에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 다음과 같은 사양을 분석하게 됩니다:

1. 에너지 밀도: 배터리가 담을 수 있는 에너지의 양을 나타냅니다. 높은 에너지 밀도는 한 번의 충전으로 더 멀리 주행할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.
2. 용량: 배터리의 저장 용량을 나타냅니다. 주로 킬로와트-시(KWh) 단위로 표시되며, 용량이 높을수록 주행 거리가 증가합니다.
3. 충전 속도: 배터리를 완전히 충전하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다. 빠른 충전 속도는 전기차의 이용 편의성을 증가시키고, 긴 충전 시간으로 인한 사용자의 부담을 줄여줍니다.
4. 수명: 배터리의 수명은 주로 충방전 사이클 횟수로 측정됩니다. 수명이 길수록 배터리의 지속적인 성능을 유지할 수 있습니다.
5. 안전성: 배터리의 안전성은 과충전, 과방전, 과열 등에 대한 내성을 의미합니다. 안전한 배터리 시스템은 전기차의 운전자와 승객의 안전을 보장합니다.

이러한 배터리팩 사양은 전기차의 성능과 사용자의 요구에 맞게 설정되어야 합니다. 각각의 사양 요소는 상호 간에 트레이드오프 관계를 가지고 있기 때문에, 최적의 사양을 찾는 것이 중요합니다.

EV 전기차 팩의 주요 구성 부품

배터리 팩은 배터리 셀을 보호하고, 셀 간의 연결을 관리하는 등의 역할을 수행하기 위해 다양한 구성 부품으로 구성됩니다. 주요 구성 부품은 다음과 같습니다:

1. 셀 (Cell): 배터리 팩의 기본 단위인 셀은 에너지를 저장하고 전기를 생성하는 역할을 합니다. 셀은 양극, 음극, 전해질, 세퍼레이터 등으로 구성됩니다.
2. 모듈 (Module): 여러 개의 셀을 하나로 묶은 단위로, 전류 밸런스를 조절하고 열 분산을 돕는 역할을 합니다. 모듈은 셀, 전극 연결자, 열 분산재, 셀 고정재 등으로 구성됩니다.
3. BMS(Battery Management System): 배터리의 상태를 모니터링하고, 충전과 방전을 관리하는 시스템입니다. BMS는 PCB(Printed Circuit Board)를 기반으로 구성되며, 마이크로프로세서, 센서, 보호 회로 등이 포함됩니다. BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여 안전한 운전과 배터리 수명을 지원합니다.
4. 외부 커넥터: 배터리 팩과 전기차나 외부 충전기 등을 연결하는 커넥터입니다. 외부 커넥터는 전력 및 데이터 전송을 담당하며, 정확하고 안전한 연결을 보장해야 합니다.
5. 케이스 및 냉각 시스템: 배터리 팩을 보호하고, 열 분산을 돕는 역할을 합니다. 케이스는 배터리 팩을 외부 충격으로부터 보호하고, 화재 등의 안전 문제를 방지합니다. 냉각 시스템은 배터리 팩 내부의 열을 효과적으로 분산시키는 역할을 합니다. 이를 위해 냉각팬, 열 교환기 등이 사용됩니다.

각 구성 부품은 배터리 팩의 안전성, 성능, 수명 등에 직접적인 영향을 미치므로, 신중한 설계와 관리가 필요합니다.

EV 전기차 주요 업체 현황

전기차 배터리 시장은 다양한 주요 기업들이 개발과 생산에 참여하고 있습니다. 각 기업의 배터리 개발 동향은 전기차 시장 성장과 배터리 기술 진보에 큰 영향을 미칩니다. 여기 몇 가지 주요 기업들의 현황입니다:

 

1. 테슬라 (Tesla): 테슬라는 자체적으로 배터리를 개발하고 있으며, 에너지 밀도와 주행 거리를 높이는 것을 목표로 하고 있습니다. 테슬라의 배터리는 고성능이며, 슈퍼차저 충전 시스템을 통해 빠른 충전이 가능합니다.

 

2. LG화학 (LG Chem): LG화학은 대형 배터리 제조업체로, 전기차 배터리 시장에서 선도적인 역할을 수행하고 있습니다. LG화학은 고성능 배터리를 개발하고 다양한 전기차 제조업체에 공급하고 있습니다.

 

3. 현대자동차 (Hyundai Motor Company): 현대자동차는 자체적으로 배터리를 개발하여 전기차에 적용하고 있습니다. 현대자동차는 안정성과 성능을 개선하며, 고체 전해질 배터리 기술에도 투자하고 있습니다.

 

4. CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited): CATL은 중국의 대표적인 배터리 제조업체로 다양한 고성능 배터리를 생산하고 있습니다. CATL은 에너지 밀도 향상과 충전 속도 단축을 위한 연구와 개발을 진행하며, 글로벌 전기차 시장에서 주요 업체로 인정받고 있습니다.

 

또한 CTC 기술은 배터리를 차체 구조의 일부로 사용하는 혁신적인 기술입니다. 이 기술은 테슬라가 배터리데이에서 처음 공개했으며 Model Y에 탑재될 예정입니다. 이 새로운 구조는 부품 수를 370개 줄이고, 중량을 10% 감소시키며, 주행거리를 14% 늘리고 연료비를 7% 줄일 수 있습니다. 하지만 섀시를 수리해야 하는 경우 비용이 크게 증가한다는 단점도 있습니다.

CTC 기술을 구현하기 위해서는 다양한 기술이 필요합니다. 구조용 접착제는 배터리 셀을 상하 커버 플레이트에 접착시키는 데 사용되며, 배터리의 안전성을 유지하기 위한 난연재로도 활용됩니다. 게다가 테슬라의 통합 기가캐스팅 기술은 전면 바디, 섀시 배터리 팩 및 후면 바디와 같은 여러 부품을 바디에 직접 다이캐스팅하여 생산 공정을 크게 단축시킵니다. 또한 4680 대용량 배터리는 BMS에 대한 요구를 낮추고 CTC를 실현 가능하게 하는 것으로써 필요한 셀 수를 줄입니다.

출처: Leapmotors,유진투자증권

출처: 폭스바겐,유진투자증권

뿐만 아니라, LG 에너지솔루션은 업계 최초로 Pouch에 CTP(Cell to Pack)를 도입하여 배터리 팩 수준에서 최적화된 솔루션을 제공합니다. 또한 BYD는 CTB(Cell to Body) 배터리-바디 통합 기술을 사용하여 바디 하단 플레이트를 배터리 팩의 상단 쉘로 대체하여 볼륨 활용률을 최대 66%까지 높였습니다.

 

CTC 기술은 배터리와 차량 전체를 통합하는 혁신적인 기술이므로 기존 차체와 섀시 구조의 재구성을 필요로 하며, 이에 따라 많은 시간과 노력이 필요합니다. 그러나 이러한 기술은 그 본질적인 장점과 함께 일정한 단점도 가지고 있습니다. 배터리 구성 요소에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해지며, 배터리의 온도 일관성 유지를 위해 더 고난도의 열 관리 기술과 정교한 지능형 제조 장비가 요구됩니다.

 

CTC 기술은 차량과 배터리의 완벽한 통합을 추구하는 혁신적인 기술이며, 자동차 산업의 미래를 예측하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 따라서 이 기술에 대한 지속적인 연구와 개발이 필요합니다.

 

과연 CTP에서부터 CTC까지 이어지는 EV 시장에서 배터리 패킹에 대한 전쟁의 최종 승자는 누가 되며? 어떤 방식이 채택되고 발전되는지 지켜보는 것도 아주 흥미로운 이야기가 될 것 같습니다.

 

긴 글 읽어 주셔서 감사합니다.