[김필수 칼럼] 셀투바디(Cell to Body) 배터리 기술...전기차 파운드리 가속화!

전기차의 비용 중 약 40%는 배터리 비용이다. 즉 배터리 가격이 전기차를 좌우한다는 뜻이다. 따라서 전기차의 미래는 배터리와 함께 한다는 의미이다. 전기차 시장은 최근 10년 동안 급성장을 하였고 이에 따른 배터리도 함께 성장하여 왔다. 물론 재작년 말부터 시작된 전기차 성장이 일시 지체되는 '전기차 캐즘'이 발생하면서 배터리 성장도 주춤하고 있는 상황이다.

아직은 전기차의 가성비가 내연기관차 대비 떨어지는 요소가 많은 만큼 해결과제가 그 만큼 많다는 뜻이다. 즉 전기차의 가격이 내연기관차 대비 약 2배이고 충전 인프라도 부족하며, 겨울철 온도가 낮아질수록 주행거리는 짧아지는 등 기술적 한계도 나타나고 있다. 우리나라는 작년 여름 전기차 대형화재로 인한 피해가 커지면서 전기차에 대한 부정적인 막연한 공포감을 뜻하는 '전기차 포비아'도 발생하고 있어서 더욱 우려가 되는 상황이다.

이 상황에서 최근의 노력은 낮은 가격의 전기차 출시이다. 중국 BYD를 비롯한 중국 제작사와 테슬라를 필두로 현대기아차도 합류하면서 저가 전기차 출시가 미래 전기차 시대를 앞당기는 요소가 되고 있는 실정이다. 이러한 노력의 일환으로 전기차용 배터리의 에너지밀도를 높이면서 가격을 낮추는 방법이 가장 중요한 요소가 되었다.

현재의 배터리 세계는 중국 기반의 리튬인산철 배터리인 LFP배터리와 한일 중심의 서방 공급용으로 주로 사용되는 리튬이온배터리인 삼원계 NCM배터리이다. 특히 LFP배터리는 저가형으로 인기를 끌지만 낮은 에너지 밀도를 높이는 방법으로 공간을 극대화하여 에너지 밀도를 높이는 기법을 개발하여 왔다.

이 중 하나가 최근 적용되는 셀투팩(Cell to Pack) 기법이다, 일반적으로 배터리는 셀이 모여서 모듈을 만들고 20~50개 정도의 모듈이 모여 전기차에 들어가는 팩이 구성된다. 그러나 셀투팩 기법은 중간 단계인 모듈을 없애고 그 공간을 활용하여 직접 모두 셀로 채우고 팩으로 구성하는 방법으로 약 10~20%의 에너지밀도를 높인다고 할 수 있다.

최근에는 셀에서 팩으로 진행되면서 이 과정도 생략하여 셀에서 직접 차체에다가 붙여서 모듈단계를 생략하는 셀투바디(Cell to Body) 방법이 개발되었다. 배터리와 차체가 한 덩어리로 되는 방법이다. 물론 에너지밀도는 더욱 높아지고 공간 활용도는 높아지며, 동시에 가격은 낮출 수 있는 방법으로 개선되고 있는 것이다. 물론 전기차 화재도 NCM배터리와 비교하여 열확산속도 및 열 폭주가 낮은 만큼 더욱 긍정적이어서 사용이 확산되고 있는 실정이다.

NCM배터리도 유사한 방법을 적용하면서 LFP배터리와 차별화에 노력하고 있다. 최근 글로벌 배터리 1위 기업인 중국의 CATL에서 자신이 개발한 셀투바디 기법을 적용하여 배터리가 장착된 차체를 개발하여 제작사에 공급하기 시작했다. 이른바 필자가 약 7~8년 전부터 강조하던 전기차 파운드리가 본격 시작되었다고 하겠다.

파운드리는 반도체 위탁생산을 뜻하듯이 전기차 파운드리는 바닥에 배터리와 모터 및 인버터 등 핵심적인 전기차의 구성원을 구축하여 필요한 기업에 공급하는 방법이다. 즉 이 기업은 공급받은 전기차 파운드리를 중심으로 새로운 덮개를 씌우고 최적의 알고리즘을 입력하면 새로운 전기차가 탄생하는 방법이다. 이러한 전기차 파운드리는 오픈 플랫폼이 보편화되면서 누구나 전기차는 제작할 수 있다는 것이다.

앞으로 더욱 전기차의 보편화되면서 예전의 자동차 전유물이었던 글로벌 제작사만의 것이 아닌 누구나 진입할 수 있는 영역으로 변모한다고 하겠다. 이번 CATL은 물론이고 현재 대만의 폭스콘, BYD는 물론이고 현대차그룹도 이에 대한 준비를 서두른다고 하겠다. 약 수개월 전 현대차가 자율주행 기술의 글로벌 선두그룹인 웨이모와 협정을 맺은 이유도 바로 자율주행 파운드리를 진행한다고 하겠다.

아이오닉5를 기반으로 각종 카메라와 라이더센서 등 하드웨어적인 기능으로 무장한 전체 전기차 파운드리를 맞춤전문으로 자율주행이 쉽게 적용할 수 있게 제공한다는 뜻이다. 전기차 파운드리는 다양한 레벨로 나누어져 있다. 배터리와 모터 등으로 구성된 1단계 파운드리도 있고 그 위에 기본적인 소프트웨어를 얹어서 가미하는 방법, 또 상단 개념으로 고정밀 알고리즘, 데이터를 가미하는 방법 등 다양한 레벨 중에서 파운드리를 선택할 수 있다고 할 수 있다.

머지 않은 미래에는 글로벌 자동차 제작사도 배터리 내재화를 통하여 자체적으로 배터리를 제작하여 공급하게 되겠지만 역시 배터리사도 같은 수준으로 전기차를 제작하여 공급하면서 영역이 없는 각자도생의 영역으로 진입한다고 하겠다. 앞서 언급한 CATL의 경우도 BYD와 함께 가장 앞선 전기차 파운드리가 본격 시작된다고 하겠다. 역시 수면 위로 보이지 않지만 미리부터 준비를 잘 하여 준비된 기업 중의 하나가 바로 대만의 폭스콘이라 하겠다.

물론 지난 세월 동안 애플의 아이폰을 위탁생산의 노하우를 기반으로 애플사가 애플카를 개발한다고 하면서 뒤이어 전기차 개발에 나서면서 현재 약 5기종의 전기차를 개발하여, 이미 약 2개 기종은 대만 내에서 판매 중이라 할 수 있다. 역시 가장 핵심적인 사업 테마는 전기차 파운드리라 하겠다. 애플카의 개발도 중단을 하였지만 실질적으로 연기개념이라 할 수 있는 만큼 언제든지 애플사는 물론이고 글로벌 기업에 전기차 파운드리를 준비하고 있다고 하겠다.

현대차 그룹도 이에 대한 준비가 많은 만큼 언제든지 자사 브랜드의 전기차는 물론이고 새로운 영역으로 떠오르고 있는 전기차 파운드리 시장은 앞으로 핵심적인 영역으로 주도권 싸움이 치열할 것으로 확신한다. 국내 현대차그룹은 물론 배터리 3사도 이에 대한 준비를 서둘러야 할 것으로 예상된다. 전기차는 자동차의 문턱이 없는 새로운 진입시장이기 때문이다.

하나하나 수면 위로 올라오고 있는 전기차 파운드리 시장을 확인하면서 UAM이나 휴머네이드 로봇 등 추가되는 모든 모빌리티 파운드리도 주목될 것으로 예상된다.