🚗 배터리 팩이란? 차세대 배터리 팩 설계: CTP, CTB 혁신 기술 분석

전기차(EV)의 핵심 부품 중 하나가 바로 배터리 팩입니다. 배터리 팩은 전기차의 주행 거리, 성능, 안전성 등 전반적인 품질에 중요한 영향을 미치는 요소로, EV 제조사들은 배터리 팩 설계에서 많은 혁신을 추구하고 있습니다. 이번 글에서는 배터리 팩의 정의, 설계 중요성, 그리고 차세대 설계 방식인 CTP, CTB 구조와 각 방식의 주요 장점에 대해 알아보겠습니다.

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🔋 배터리 팩이란?

배터리 팩은 여러 개의 배터리 셀을 모아 모듈화하고 이를 차량에 적합한 방식으로 패키징한 것을 말합니다. 배터리 셀(Cell)은 가장 작은 에너지 저장 단위이며, 이하한 셀들을 모아 모든(Module)으로 구성하고, 여러 모든을 모듈을 모아 다시 팩(Pack)으로 모여서 전기차에 장착합니다. 이는 전기차에 전력을 공급하는 핵심적인 역할을 하며, 배터리 관리 시스템(BMS)과 냉각 시스템을 포함해 셀들이 안전하게 작동하도록 설계된 복합 구조입니다.

배터리 셀, 모듈, 팩 모식도 / 출처: https://skill-lync.com/student-projects/project-1-mechanical-design-of-battery-pack-118

📐 배터리 팩 설계의 중요성

배터리 팩 설계는 전기차의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 설계의 효율성에 따라 차량의 주행 거리를 늘리거나, 배터리 팩의 무게를 줄여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 최근 EV 시장에서는 배터리 팩의 공간효율를 극대화 하여 용량을 늘리고 무게를 줄여 주행 성능뿐만 아니라 비용 절감을 목표로 하는 혁신적인 설계 방식들이 도입되고 있으며, 그 중심에 CTP, CTB와 같은 첨단 기술이 있습니다.

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🏗️ 배터리 팩의 구조 종류

배터리 팩 구조는 셀과 모듈을 어떻게 통합하느냐에 따라 여러 가지 방식으로 나뉩니다. 대표적인 구조에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

1. CTM (Cell To Module): 전통적인 배터리 팩 설계 방식으로, 여러 개의 셀을 모듈로 묶고 이를 다시 배터리 팩에 통합하는 구조입니다. 이러한 설계는 제조 유연성을 제공하지만, 무게와 부피 효율성이 낮다는 단점이 있습니다. 이 구조는 제조와 유지보수가 용이하고, 다양한 차량 모델에 맞춰 쉽게 조정할 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 셀과 모듈 사이의 구조적 중복으로 인해 부피 활용 효율성이 떨어지고, 차량의 주행 거리와 효율성에 불리할 수 있습니다.
2. CTP (Cell To Pack): 셀을 개별적으로 모듈화하지 않고 곧바로 배터리 팩으로 통합하는 방식입니다. 이러한 구조는 모듈이 없는 설계를 통해 부품 수를 줄이고 공간 효율성을 극대화하여 차량의 주행 거리를 늘리는 데 큰 기여를 합니다. CTP 설계는 셀과 셀 사이의 여유 공간을 최소화하여 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 결과적으로 더 긴 주행 거리를 제공합니다. 대표적으로 CATL은 CTP 기술의 선구자로, 이를 통해 배터리 팩의 에너지 밀도를 크게 높였습니다. CTP는 제조 비용 절감과 더불어 차량 설계의 단순화를 이끌어냈습니다.
   

   

   CTP 개념 모식도

3. CTB (Cell To Body): 배터리 셀을 차량의 차체(Body)와 통합하는 방식으로, 배터리 팩과 차체의 경계를 허물어 차량의 무게를 줄이고 강성을 높이는 혁신적인 설계입니다. 이 구조는 배터리가 차체의 일부분으로 기능하며, 주행 안전성과 충돌 시 에너지를 효과적으로 흡수하는 장점을 갖고 있습니다. CTB 설계를 통해 배터리와 차체를 동시에 최적화할 수 있으며, 차체 전체의 무게를 줄이는 동시에 강성을 강화하여 충돌 안전성을 크게 개선합니다. 또한, 배터리 팩을 더 넓은 면적으로 분산 배치함으로써 전체 차량의 무게 중심을 낮추어 주행 안정성도 높아집니다.
   

   

   CTB 개넘 모식도.

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🌟 CTB, CTC, CTP 구조의 주요 장점

• CTP (Cell To Pack): CTP 구조는 모듈 없이 셀을 직접 배터리 팩에 통합함으로써 제조 복잡성을 줄이고 에너지 밀도를 높여 더 긴 주행 거리를 제공하는 장점이 있습니다. 셀과 셀 사이의 불필요한 공간을 최소화하여 에너지 효율을 극대화하며, 모듈이 없는 설계 덕분에 부품 수를 줄이고, 차량의 무게도 줄일 수 있습니다. 이러한 설계는 제조 비용을 절감하고 생산 효율성을 높이는 데 크게 기여합니다. 또한, 에너지 밀도가 높아짐에 따라 전기차의 주행 거리도 늘어나, 사용자 만족도를 극대화할 수 있습니다.
• CTB (Cell To Body): CTB 구조는 배터리 팩을 차량 차체와 일체화함으로써, 배터리의 무게와 차체의 무게를 공유하여 전체적인 중량을 줄이는 데 큰 도움을 줍니다. 차체와 배터리의 통합을 통해 충돌 안전성이 크게 향상되며, 차체 강성이 증가하여 주행 중 안정성도 높아집니다. 배터리가 차량의 차체 일부로 설계되어 충돌 시 충격 에너지를 분산하고 흡수하는 효과가 뛰어나, 차량의 안전성을 극대화합니다. 이와 같은 설계는 또한 무게 중심을 낮추어 차량의 핸들링 성능을 향상시키고 주행 안정성을 높이는 데 기여합니다

 

📝 결론

전기차 배터리 팩의 설계는 전기차의 성능과 효율성에 직결되는 중요한 요소로, CTP, CTB와 같은 혁신적인 기술들이 지속적으로 도입되고 있습니다. 이러한 기술들은 차량의 무게를 줄이고 부피를 줄이며 주행 거리를 늘리는 데 기여하고 있으며, 전기차 산업의 경쟁력을 높이는 핵심 요소가 될 것입니다. 앞으로도 배터리 팩 설계의 혁신이 EV 시장의 변화를 어떻게 이끌어 갈지 주목할 필요가 있습니다.

 

▶ 참고사이트
-.https://www.asbeam.com/news/comparison_of_battery_pack-cn.html

-.https://ennovi.com/resource-articles/extensible-cell-contacting-system-enable-ev-battery-evolution-to-new-cell-to-pack-and-cell-to-chassis-designs/

-.https://www.emobility-engineering.com/cell-to-pack-batteries/