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HepcoMotion의 V 가이드 시스템을 이용한 최첨단 전기차 배터리 생산설비
  • 인더스트리뉴스 기자
  • 승인 2020.07.23 15:01
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전기차 생산시설의 핵심으로 떠오른 HepcoMotion의 기술력

[햅코모션 제공] 환경에 대한 세계적인 관심이 녹색기술의 발전을 앞당기고 있으며, 이는 전기 자동차에 대한 수요증가 현상에서 특히 주목할 만하다.

특히 전기 자동차(EV)에 대한 인기가 높아짐에 따라 EV 배터리 산업 또한 동시에 성장세를 보인다. HepcoMotion V 가이드 시스템의 특장점들이 이러한 산업이 요구하는 새로운 생산설비 및 생산공정 요구조건들을 충족시켜 주는 핵심 역할을 해주는 제품임이 판명됐다.

리니어 모션 전문가인 HepcoMotion은 현재 확장세를 보이고 있는 EV 분야의 여러 응용 사례들을 훌륭히 수행해오고 있다. 한국에 지사를 둔 영국회사인 HepcoMotion은 고품질의 선형 및 회전형 솔루션과 자동화 부품을 전문으로 취급하고 있다. 올해로 창립 50주년을 맞은 Hepco는 적은 유지보수로도 뛰어난 품질을 자랑하는 제품으로 명성을 얻고 있다.

한국의 배터리 시장을 선두하고 있는 SK 이노베이션과 LG 화학, 삼성 SDI가 현재 전 세계 EV 배터리 생산에 많은 투자를 하고 있으며, HepcoMotion은 이들 모두에게 자사 제품을 공급하고 있다.

병렬구조로 수직 정렬된 2개의 생산라인. 제품을 단일방향으로 유지한다. [사진=햅코]

수직 밀폐형 트랙 시스템

전기 자동차의 종류에 따라 다르지만, 일반적으로 EV 배터리는 개별 배터리 셀 및 함께 제공되는 모듈이 하나의 팩 형태로 구성된다. 예를 들어 BMW i3용 배터리는 총 96개의 배터리 셀로 이루어지는데, 12개의 셀묶음이 하나의 모듈이며 이러한 모듈 8개가 모여 하나의 팩을 이루는 형태이다. 따라서 긴 길이의 제조라인의 경우, 그만큼 다양한 요소들이 함께 결합되어야 한다.

하지만 콤팩트한 시스템을 만들어 공간효율성을 높이는 것 또한 언제나 매우 중요한 과제이다. 회사마다 생산방식은 서로 다르지만, 핵심 EV 배터리 제조업체들은 모두 수직 밀폐형 트랙을 사용하는데, 이는 공간 효율성을 최대화할 수 있기 때문이다. 설치공간은 동일하지만 2개의 생산라인을 평행한 수직구조로 배치하여 작동시키기 때문에 생산량이 2배가 된다. 여기에 액추에이터로 수직운동을 하는 짧은 트랙이 상부와 하부 트랙을 연결해준다. 이 시스템은 공간을 절약해줄 뿐만 아니라 제품을 단일방향으로 유지시켜주어 EV 배터리 생산에 유리하다.

수직 밀폐형 트랙을 조금 더 살펴보면, 상부와 하부트랙을 연결하기 위해 수직으로 운동하는 짧은 트랙과 주 생산라인 사이에 작은 틈새가 있다. 참고로 전통적인 컨베이어 시스템이나 볼 레일 시스템은 이러한 틈새에 대한 대응이 불가능하며, 기타 일반 리니어 가이드 시스템 또한 이러한 틈새를 처리하여 캐리지의 부드러운 횡단을 보장해주기란 실질적으로 매우 어렵다. 하지만 Hepco의 V 가이드 시스템은 틈새나 연결부분의 원활한 횡단을 보장해주기 때문에 EVB 어플리케이션에서 더 큰 인기를 얻고 있다.

국내 주요 대기업의 최첨단 생산방식

국내 굴지의 석유화학업체인 SK 이노베이션은 2012년부터 EV 배터리를 양산해 왔으며 향후 유럽과 미국 등지로 EV 배터리 생산케파를 늘려나갈 계획이다. 폭스바겐 등과 같은 고객을 위한 파우치형 EV 배터리를 생산하는 SK 이노베이션은 전기차용 배터리 최대 공급업체 중 하나다.

SK 이노베이션은 길이 50미터, 높이 2미터의 수직 밀폐형 트랙 구조로 배열된 총 104미터에 달하는 긴 트랙에 Hepco의 핵심제품인 GV3를 사용했다. 이처럼 매우 긴 길이로도 구축이 가능한 GV3는 서로 연결해서 사용할 경우 어떠한 길이로도 가능하다. GV3는 광범위한 자동화 및 리니어 어플리케이션을 충족시켜주기 위해 설계된 우수한 V 기반 리니어 모션 제품들로 구성되어 있다.

일반적으로 적재하중 20kg에 1m/s로 작동하는 무버는 인접한 트랙에 수직정렬 되어있는 구동 트랙을 통해 시스템을 따라 이동하면서 다양한 생산단계별 공정을 거치게 된다. SK 이노베이션은 Hepco의 베어링 6개가 장착된 캐리지를 사용했다. 이 중 4개의 베어링은 틈새를 횡단할 때 레일과 항상 맞물려 있다. 이는 캐리지와의 평행도를 유지하면서 틈새를 무리 없이 횡단하게 해준다. 중앙에 장착된 리니어 모터 유닛은 캐리지를 개별 작동시켜 줌으로써 각 캐리지별 복잡한 작동순서도 문제없이 실행시켜 준다.

해당 산업을 이끄는 또 다른 국내 유수의 화학회사인 LG 화학도 EV 배터리 필름을 생산하는 자동 시스템에 Hepco의 GV3 리니어 가이드를 사용하였다. 20m에 달하는 이 시스템에도 역시 수직 밀폐형 트랙과 GV3 리니어 가이드 제품들이 사용된다. 싱글에지 슬라이드와 베어링 6개 취부형 캐리지, 탑플레이트 추가형 조립 캐리지 등을 포함한 다양한 기능성 제품 및 폭넓은 시스템 배치옵션을 제공해주는 Hepco 제품은 EV 배터리 제조에 매우 이상적이라고 할 수 있다. 사실상 Hepco는 고객의 모든 요구사항을 충족시켜줄 수 있는 광범위한 솔루션을 제공하고 있다.

햅코의 제품들이 EV 배터리 설비 시장에서 많은 선택을 받고 있다. [사진=햅코]

적은 유지보수

EV 업계의 가장 큰 도전과제 중 하나는 수요량에 적합한 생산을 하는 것이다. 현재 이 시장은 기하급수적으로 성장 중이며 모든 어플리케이션들이 높은 처리량을 요구하고 있기 때문에 적은 유지보수가 생산공정 최적화에 있어 핵심과제다.

적은 유지보수란 인력 및 다운타임을 줄임으로써 그만큼 비용을 절감한다는 뜻이다. Hepco의 V 시스템은 마모의 징후가 보여도 생산시간에 큰 지장 없이 손쉽게 해결이 가능하여 다운타임을 줄여준다.

또한 유격 발생 시, 편심조정 기능을 사용하여 빠르고 간단하게 제거할 수 있다. V 베어링의 수명이 다한 경우에도 전체 세트가 아닌 개별 부품만 교체하면 되므로 시간과 비용절감 효과가 크다. 또 한 가지 더 주목할 것은 V 가이드 시스템은 치명적인 고장이 없어 과도한 다운타임이나 시스템 전체를 교체해야 하는 등의 극한 상황을 방지해 준다는 점이다

부식방지 기능

EV 배터리 제조와 관련된 화학물질을 위해 주로 내식성 재질이 요구된다. Hepco V 가이드 시스템의 주요 이점 중 하나는 스테인리스 스틸 재질이 표준 옵션이라는 점이다. Hepco의 SL2 스테인리스 스틸 재질의 리니어 가이드는 가격이 더 높다거나 납기가 더 길지 않다. 또한 다양한 스테인리스 스틸 및 부식방지형 부품들을 서로 함께 교차 사용할 수 있어 위생 및 마모, 성능 면에서 최적의 조합을 가능케 해준다.

세계 최대 리튬이온 배터리 공급사인 삼성 SDI는 그들의 시스템에 Hepco의 SL2를 핵심부품으로 사용했다. 2대의 SL2 시스템을 평행하게 배치, 연결하여 총 20m에 달하는 트랙을 구성했다. 특히 이 어플리케이션은 제품 이송용 SL2 캐리지를 각 생산장비 및 작업구간에 정밀하게 위치시키는 것이 주요 조건이었다. 또한 80N의 적재하중을 2m/s로 작동해야 하는 높은 사양의 어플리케이션이기도 했다.

유연성

각 차량 모델에 따라 배터리가 서로 다르므로 다양한 사이즈에 신속하고 효율적으로 적응할 수 있는 유연성은 EV 배터리 생산에 있어 또 다른 핵심 요구사항이다. 이러한 유연성은 리니어 모터 기술로 개별제어가 가능한 무버에 배터리별 다양한 요구조건을 입력해주면 손쉽게 실현 가능하다. 더욱이 이 모든 작업은 시스템을 전면 재구성하지 않고도 수행할 수 있어 생산시간 절약을 통해 궁극적으로 높은 제품 처리능력을 갖추게 된다.

햅코의 제품이 전기차 배터리 제조 관련 설비 시장에서 우수한 기술력을 인정받고 있다. [사진=햅코]

컴플라이언스 (높은 평탄도 허용공차)

이런 유형의 어플리케이션에서 Hepco 제품이 특히 인기가 있는 또 다른 이유는 바로 뛰어난 컴플라이언스 때문이다. 고르지 않은 표면에 시스템을 장착하려면 시간이나 비용이 많이 들 수 있다. 하지만 Hepco의 V 베어링은 비가공면이나 고르지 않은 면에도 기계를 쉽게 장착할 수 있다. 이는 GV3 트윈 베어링이 일체형이 아닌 2개의 피스로 이루어져 있어 장착면의 평탄도에 대한 약간의 허용치를 갖기 때문이다. 하지만 볼레일 시스템의 경우에는 장착면 평탄도의 편차가 허용되지 않아 설치 이전에 반드시 가공작업이 필요하다. 50m 가이드 2개를 사용하는 SK 이노베이션과 같은 고객이라면, 장착면을 가공하지 않아도 되어 작업 시간을 크게 줄일 수 있다.

많은 운전자들이 점점 전기차를 선택하는 추세 속에서 전기차 배터리 시장에 대한 장기적인 전망도 긍정적이다. SK 이노베이션이나 LG 화학, 삼성 SDI 등을 통해, 앞으로도 Hepco의 V 가이드 시스템은 EV 배터리 생산업체의 까다로운 요구를 충족시켜줄 뿐만 아니라, 더욱 깨끗하고 환경친화적인 미래에 기여하는 핵심 역할을 하게 될 것으로 기대하고 있다.

[인더스트리뉴스 기자 (webmaster@industrynews.co.kr)]

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