전지 셀의 "대형화"가 공감대를 형성할 때, 팩(Pack)의 "견고함"이 새로운 경쟁 장으로 부상합니다.

에너지 저장 산업은 전지 셀 용량이 도약하는 시대를 맞이하고 있으며, 280Ah에서 500Ah+로의 진전은 이미 진행 중인 현실입니다. 업계가 전지 셀의 "크기"에 집중하는 동안, 팩의 "견고함" — 즉 그 기계적 구조 지지 능력과 안전 방어 능력 — 은 새로운 경쟁 초점이 되고 있습니다. 전지 셀의 화학 시스템과 용량이 어떻게 진화하든, 그 팽창력, 열폭주 에너지, 그리고 기계적 하중은 궁극적으로 팩 하부 케이스라는 기계적 토대가 감당해야 합니다.

본고는 구조 설계의 관점에서, 전지 셀 기술 경로가 분화되는 배경 하에서 팩 하부 케이스가 어떻게 차별화된 기계적 및 열 관리 요구에 대응하고, 지속 가능하게 적응 가능한 엔지니어링 능력을 구축할지 탐구합니다.

1- 세 가지 기술 경로에 대한 기계적 해석: 하중, 열, 공간의 삼각 문제

전지 셀 용량의 증가는 팩 시스템 설계의 경계 조건을 직접적으로 변화시킵니다. 시스템의 "뼈대"이자 "피부"인 하부 케이스는 세 가지 근본적인 질문에 다시 답해야 합니다:

a. 587Ah(고집적화 경로)에 대한 역학적 해석

핵심 요구: 표준 20피트 컨테이너 내에서 ≥6MWh의 에너지 밀도를 실현하는 것으로, "총 4열 8클러스터"와 같은 극한의 컴팩트 레이아웃을 촉진합니다.

하부 케이스의 도전:

· 구체 지지 구조 최적화: 전체 질량이 증가하고 지지점이 줄어드는 상황에서, 케이스는 힘의 전달 경로를 최적화하여 전체 강성과 핵심 영역의 국부적 강도를 함께 고려하여 운송 및 운전 중 구조적 안정성을 보장해야 합니다.

· 열 관리 구조 통합: 액체 냉각 시스템이 케이스 바닥판 및 지지 구조와 깊이 통합되어, 열 관리의 핵심 역할을 함과 동시에 전체 하중 지지에 참여합니다. 설계는 장기적인 구조 하중과 열 사이클 하에서도 냉각 시스템의 밀봉이 지속적으로 신뢰할 수 있도록 해야 합니다.

그림 1: 에너지 저장 팩 하부 케이스 시뮬레이션

· 공간 정밀 조정: 케이스는 제한된 공간 내에서 전지 츘 팽창, 전기 연결부의 열 변위, 소화管路 등을 위한 합리적인 간극을 확보하여, 각 서브시스템이 컴팩트 레이아웃 하에서 신뢰성 있게 공존할 수 있도록 해야 합니다. 

b. 684Ah(초대용량 경로)에 대한 열역학적 및 구조적 대응 분석

핵심 요구: 단일 전지 셀 용량을 극대화하여 Wh당 비용을 낮추는 것이지만, 물리적 수준에서의 집중화 효과를 가져옵니다.

하부 케이스의 도전:

· 팽창력의 "초점" 효과: 단일 전지 셀의 팽창력은 용량과 선형 관계가 아닌, 지수 함수에 가깝게 증가합니다. 케이스 내부 프레임은 더 강력하고 균일한 "구속 시스템"으로 설계되어 집중된 팽창 응력을 케이스 전체로 분산시켜 국부적인 소성 변형을 방지해야 합니다.

· 열 관리의 "균일성" 딜레마: 더 큰 발열체는 더 효율적인 열 전도 경로를 필요로 합니다. 하부 케이스 바닥판의 재질, 두께, 전지 셀 하단과의 접촉 계면 설계(예: 열전도 패드의 압축률 설정)가 매우 중요해집니다. 열폭주 시, 더 큰 에너지 방출은 압력 배출 통로의 방향성 유도 능력과 내부 화재 차단벽의 난연 지속 시간에 대해 더 높은 요구사항을 제시합니다.

· 무게 집중에 대한 구조적 대응: 더 무거운 단일 전지 셀은 팩 전체의 진동 모드를 변화시키므로, 하부 케이스는 피로 시뮬레이션을 재수행하여 특정 주파수에서 공진으로 인한 연결부 풀림이나 구조 균열이 발생하지 않도록 해야 합니다.

c. 392Ah(견고한 전환 경로)에 대한 제조 적응성 설명

핵심 요구: 성능, 비용, 공급 효율성 사이의 균형에 중점을 두어, 시장에 충분히 검증된 솔루션을 제공하는 것에 있습니다.

하부 케이스의 도전:

· 성숙한 솔루션의 안정적 구현: 검증된 설계와 공정 시스템을 기반으로, 엄격한 공정 관리를 통해 제품 일관성을 보장하여 빠르고 안정적인 양산 속도를 지원해야 합니다.

· 공급망의 심층적 협력: 성숙된 공급 체계에 기반하여, 재료 선정, 공정 최적화 및 대규모 구매를 통해 제품의 종합적인 비용 경쟁력을 지속적으로 향상시켜야 합니다.

2- 분화된 기술에 대응하는 엔지니어링 접근법:

여러 기술 경로를 직면한 하부 케이스 공급업체는 각 경로마다 새로운 기술 체계를 재구축할 수 없습니다. 진정한 해결책은 플랫폼 기반의 정밀한 대응 — 즉, 확장 가능한 모듈러 설계로 다양한 요구를 효율적으로 수용하는 데 있습니다.

a. 공통된 물리적 원리와 협업 모델에 집중

전지 셀의 진화는 안정적인 물리 법칙을 따릅니다. 저희는 핵심 매개변수를 기반으로 협업 평가 프로세스를 수립하고, 재료 및 구조 데이터와 결합하여 신규 전지 셀의 도입 가능성을 신속하게 판단합니다. 이를 통해 초기 단계에서의 적합성 위험을 식별하고, 설계 방향을 조기에 수렴시켜 후반부의 반복 작업을 줄입니다.

그림 2: 587Ah 에너지 저장 팩 하부 케이스

b. "표준 인터페이스 + 구성 가능 모듈"의 유연한 시스템 구축

기술 경로 분화로 인한 맞춤형 수요에 대응하기 위해, 저희는 명확한 인터페이스 표준화와 내부 모듈 구성 가능 설계 체계를 구축했습니다:

· 통일된 외부 인터페이스: 케이스와 에너지 저장 컨테이너의 설치 및 위치 결정, 전기 관통 인터페이스, 냉각 시스템 연결점 등은 업계 일반 규격을 엄격히 준수하여, 시스템 수준의 호환성과 조립 일관성을 보장합니다.

· 구성 가능한 내부 구조: 저희는 시리즈화된 내부 지지 구성 요소와 열 관리 통합 솔루션을 제공하며, 전지 셀 크기 및 배열 방식에 따라 유연하게 조합할 수 있습니다.

· 열 관리 통합 모듈: 열 관리 모듈은 모듈러 설계를 채택하여, 온도 상승 제어와 전지 셀 온도 균일성 최적화를 핵심으로 하여 다양한 기술 경로의 열 관리 요구에 유연하게 적응할 수 있습니다.

c. "제조 즉 설계"의 유연한 생산 라인 도입

기술 경로의 다양성에 대응하기 위해, 저희의 제조 시스템은 확장 가능한 기본 플랫폼과 모듈식 조립을 중심으로 구성됩니다:

· 기본 케이스 플랫폼 제조: 주 구조의 정밀도와 일관성을 보장하여 다양한 구성에 대한 신뢰할 수 있는 토대를 제공합니다.

· 모듈식 조립 유닛: 전지 셀 크기 및 배열 방식에 따라 해당 내부 지지 및 열 관리 모듈을 유연하게 선택하여 조립할 수 있도록 지원합니다. 이러한 구성을 통해, 동일한 생산 라인에서 다른 기술 경로의 제품 생산 전환을 효율적으로 수행할 수 있어, 고객이 다중 경로 병렬 개발로 인한 공급망 및 납품 도전에 대응하도록 지원합니다.

3- 하부 케이스 가치의 재정의: 수동적 지지에서 능동적 역량 제공으로

하부 케이스는 수동적인 용기에서 시스템의 핵심 역량 제공 부품으로 전환되어, 안전, 에너지 밀도 및 전 수명 주기 비용에 직접적인 영향을 미칩니다:

a.안전 지지 구조: 시스템 수준의 압력 배출 및 화재 차단을 위한 신뢰할 수 있는 구조적 통로와 설치 기반을 제공함으로써, 열 확산 제어와 함께 다단계 안전 방어 체계를 구축합니다.

b.에너지 밀도 지원: 경량화 및 고강도 설계로 자체 중량과 공간 점유를 줄여, 전지 셀과 냉각 시스템을 위한 더 많은 성능 여유를 확보합니다.

c.장기 신뢰성 보장: 구조적 무결성 및 피로 내구성 설계는 시스템이 장기적인 사이클링, 운송 진동과 같은 지속적인 도전 과제에 대응하도록 지원합니다.

4- 결론: 분화되는 상류와 확정된 하류 사이에 가교를 구축하다

전지 셀 기술의 진화와 함께, 에너지 저장 시스템은 안전, 고밀도 및 저비용을 지속적으로 추구하고 있습니다. 하부 케이스는 신뢰할 수 있고 적응 가능한 지지 기반을 제공해야 하며, 모듈화 및 유연한 제조를 통해 다양한 기술 경로에 대응해야 합니다. 업계 경쟁은 시스템 수준의 엔지니어링으로 전환되고 있으며, 팩 케이스는 그 핵심 요소 중 하나입니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다.