고속 충전 EV 팩, 대형 ESS 컨테이너 및 고전력 모듈은 모두 더 엄격한 열 제어가 필요하지만 많은 팀이 여전히 검증하기 어렵고 확장하기 어려운 “일회성” 튜브 레이아웃과 씨름하고 있습니다. 이것이 바로 XD THERMAL가 사문석 튜브 생산을 산업화하기로 결정한 배경입니다.
이러한 움직임이 다음 배터리 팩 또는 ESS 프로젝트에 실제로 중요한지 묻는다면, 대부분의 고객이 이미 질문한 내용을 살펴보는 것이 가장 쉬운 답입니다.
뱀 모양 튜브는 겉으로 보기에는 원통형 셀을 따라 깔끔하게 구부러진 알루미늄처럼 보입니다. 하지만 내부를 들여다보면 고속 팩이 온도 창 안에 머물러 있는지, 아니면 고속 충전할 때마다 천천히 익어가는지를 결정하는 부품입니다.
C 비율이 높은 원통형 팩에서는 충전 및 방전 중에 셀 측벽에 열이 빠르게 축적됩니다. 측면 냉각 사문석 튜브는 냉각수를 이러한 측벽에 밀착시켜 바닥판만 사용할 때보다 효과적인 열 전달 면적을 늘립니다. 이를 통해 최고 온도와 셀 간 온도 확산을 줄여 수명을 연장하고 보다 안전한 고속 충전을 지원합니다.
원통형 셀-팩 설계가 더 높은 전류와 더 빠른 충전으로 바뀌면서 국부 열유속이 증가하고 기존의 공기 또는 바닥만 냉각하는 방식이 덜 효과적이라는 업계 추세는 간단합니다. 동시에 OEM은 사이클 수명과 보증 노출을 보호하기 위해 팩 전체의 ΔT에 대한 내부 제한을 강화하고 있습니다. 측면 냉각 사문석 튜브는 기계적 구조를 완전히 재설계하지 않고도 더 많은 냉각수 표면적을 셀의 가장 뜨거운 부분으로 더 가까이 이동시킬 수 있는 한 가지 방법입니다. XD THERMAL의 측면 냉각 개념은 이 논리를 따라 셀 측벽을 따라 튜브를 배치하고 튜브 피치를 셀 레이아웃과 일치시켜 다양한 모듈 및 팩 설계에서 냉각 성능을 예측하고 비교할 수 있도록 합니다.
많은 팀이 배터리 팩용 뱀 모양 튜브를 직접 설계하고 시뮬레이션까지 해보았지만, 프로토타입으로는 표준을 완벽하게 충족할 수 있지만 대량 생산에서는 안정적이고 일관되게 유지하는 것이 거의 불가능하다는 사실을 생산 단계에서 알게 되었습니다.
비교 결과 총 면적 대 부피 비율은 18650 셀의 경우 25.3 %에서 21700 셀의 경우 21.9 %로 떨어지고 4680 셀의 경우 11.2 %에 불과합니다. 방사형 열 방출을 좌우하는 측면 면적 대 부피 비율은 22.22 %(18650)에서 8.7 %(4680)로 떨어집니다. 즉, 4680 셀은 단위 부피당 표면적이 18650의 약 절반이므로 비슷한 C 속도로 충전 또는 방전할 때 셀이 클수록 단위 표면당 더 많은 열을 발생시킵니다.
이 단계에서 나타나는 일반적인 문제는 다음과 같습니다:
CAD에서 작동하지만 표준 기계가 안정적으로 반복할 수 없는 굽힘 반경 또는 각도가 필요한 튜브 경로;
하나의 “이상적인” 형상에 대해서는 시뮬레이션을 통과하지만 실제 공차와 스프링백이 포함되면 냉각 성능이 떨어지는 지오메트리;
● 실험실에서 용접 또는 납땜이 가능하지만 라인의 고정 장치, 청결도 또는 작업자 기술에 매우 민감한 디자인;
샘플에서 튜브와 세포 사이의 접촉은 양호하지만 수백, 수천 개의 부품이 생산되면 큰 변동이 발생합니다;
소량의 부품에 대해서는 명확하지만 대량 자동 테스트에는 실용적이지 않은 검사 및 누출 테스트 개념
전기차 및 ESS 프로그램이 확장됨에 따라 “시뮬레이션 설계'와 ”산업화된 제품“ 사이의 격차가 더욱 뚜렷해지고 있습니다. 배터리 열 관리는 안전 및 보증에 대한 기대치가 높아짐에 따라 2030년까지 시장 규모가 두 배 이상 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 OEM이 안전이 중요한 열 경로를 위해 수작업으로 구부리거나 일회성 튜브 설계에 의존하지 않겠다는 의미입니다. 대신 벤딩, 접합 및 테스트 프로세스와 함께 엔지니어링된 튜브 구조에 대한 요구가 점점 더 많아지고 있으며, CAE에서 작동하는 동일한 형상을 소량으로 전체 차량 또는 ESS 플랫폼에서 반복적으로 생산할 수 있습니다.
다양한 팩 크기, 다양한 전압, 여러 셀 형식 등 로드맵을 살펴보면 매번 냉각 레이아웃을 제로에서 시작해야 하는지에 대한 의문이 들 수 있습니다. 플랫폼 접근 방식은 동일한 문제를 다시 해결하지 않는 한 가지 방법입니다.
| 차원 | 일회성 뱀 모양 디자인 | XD THERMAL의 사문석 튜브 플랫폼 |
|---|---|---|
| 시작 지점 | 각 프로젝트에 대한 새로운 레이아웃 | 사이드 쿨 모듈 및 팩 제품군 |
| 지오메트리 | 사용자 지정 굽힘 패턴 및 피치 | 원통형 셀 간격과 일치하는 튜브 피치 |
| 성능 동작 | 프로젝트별로 확인된 프로젝트만 | 검증된 흐름 경로 및 내부 규칙을 기반으로 합니다. |
| 통합 | 매번 사용자 지정 매니폴드 및 브래킷 | 디자인 전반에 걸쳐 매니폴드 및 브래킷 개념 공유 |
| 확장성 | 임시 벤딩 설정에 따라 용량이 달라집니다. | 자동화된 고용량 튜브 제조 |
XD THERMAL의 최근 플랫폼 발표에서는 견고한 튜브 구조와 표준화된 QA 방법을 중심으로 구축된 측면 냉각 모듈 및 팩 제품군에 대해 설명합니다. 냉각 튜브는 원통형 셀 레이아웃에 맞게 피치되어 다양한 매니폴드 및 브래킷과 결합할 수 있으며 내부 설계 규칙에 따라 프로토타입부터 대량 생산까지 유량 분포 및 열 전달 성능을 예측 가능하게 유지합니다. 고객 입장에서는 새로운 프로젝트마다 기존 튜브 패턴을 재사용하거나 약간 변형하여 사용할 수 있으며, 열, 압력 강하 및 제조 가능성 동작의 대부분이 이미 알려져 있으므로 설계 반복, 테스트 루프 및 SOP 위험을 줄일 수 있습니다.
언뜻 보기에 사문석 튜브의 압출, 절곡, 납땜 및 테스트를 위한 완벽한 사내 역량을 구축하는 것은 큰 투자처럼 보일 수 있습니다. 하지만 XD THERMAL에게는 처음부터 형상, 공정 및 품질을 엄격하게 관리하면서 배터리 액체 냉각 부품을 설계하고 생산하는 핵심 비즈니스의 연장선상에 있는 일입니다.
실제로 뱀 모양의 튜브를 산업 규모로 자체 생산할 수 있습니다:
XD THERMAL는 총 100,000m² 이상의 공장에서 연간 1,489,200개 이상의 생산 능력을 갖추고 있으며, 자체 압출 라인, 머시닝 센터 및 코팅 라인을 갖추고 있습니다. 이러한 설비를 통해 이 회사는 원시 프로파일 압출부터 튜브 성형 및 접합, 마감 및 테스트에 이르는 모든 과정을 IATF 16949 인증을 받은 하나의 품질 시스템에서 관리할 수 있습니다. 이는 실제로 도면이 동결되기 전에 기계 성능, 용접 창 및 세척 한계에 대해 사문형 튜브 설계를 직접 확인할 수 있음을 의미합니다. 또한 OEM이 여러 지역에 걸쳐 플랫폼을 확장해야 할 때 소규모 작업장 네트워크 대신 XD THERMAL가 실제 감사를 거친 생산 능력으로 이를 뒷받침할 수 있다는 의미이기도 합니다.
좀 더 전략적인 질문을 할 수도 있습니다: “XD THERMAL가 자체 비용 구조를 최적화한 것일까요, 아니면 그 이면에 더 광범위한 열 하드웨어의 트렌드가 있을까요?”
전기차 열 시스템, 배터리 열 관리, 데이터센터 액체 냉각은 모두 호스트 시장보다 빠르게 성장하고 있습니다. 전기차 열 시스템만 2024년 약 56억 달러에서 2030년 약 144억 달러로 증가할 것으로 예상되며, 배터리 열 관리 시스템도 같은 기간 동안 두 배 이상 성장할 것으로 전망됩니다. 데이터센터 액체 냉각은 AI로 인해 랙 밀도가 높아지면서 2030년까지 150억~200억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.
이와 동시에 컴퓨팅 분야의 기술 리더들은 기존 냉각판에 비해 최고 온도 상승을 약 65%까지 줄일 수 있는 칩에 직접 에칭된 미세 유체 채널과 같은 냉각 하드웨어를 새로운 수준으로 끌어올리고 있습니다. 따라서 열유속 처리 능력 향상, 온도 구배의 엄격한 제어, 긴 서비스 수명 동안의 높은 신뢰성 등 모든 열 애플리케이션에 대한 기대치가 높아졌습니다. 이러한 배경에서 볼 때, 산업화된 사문석 튜브 생산은 틈새 아이디어가 아니라 중요한 열 부품이 “값싼 구부러진 금속'에서 전용 용량과 문서화된 성능을 갖춘 엔지니어링된 플랫폼급 하드웨어로 이동하는 광범위한 변화의 일부입니다. XD THERMAL의 투자는 원통형 셀 부문에서 이러한 변화의 한 예입니다.
하루가 끝나면 여전히 결과물과 마감일이 있습니다. 따라서 가장 실용적인 질문은 “XD THERMAL의 산업용 사문석 튜브를 사용하면 프로젝트 라이프에 어떤 변화가 있나요?”
OEM 및 티어 1 고객에게 미치는 일반적인 영향은 다음과 같습니다:
XD THERMAL는 열 설계 지원, 액체 냉각 레이아웃 공동 설계, 프로토타입 샘플, 검증 샘플, 대량 생산 등의 서비스를 제공하며 냉각수 온도 순환, 부식, 흐름 저항, 누출 및 파열 테스트와 같은 자체 테스트를 통해 부품 공급업체가 아닌 풀 서비스 공급업체로 자리매김하고 있습니다. 또한 전 세계 전기차 및 ESS 애플리케이션에서 300건 이상의 성공적인 배터리 냉각 사례를 보고하고 있으며, 이는 뱀 튜브가 데모 장비가 아닌 다양한 실제 프로젝트에 적용되고 있음을 나타냅니다. 프로젝트 팀의 입장에서는 사문석 튜브 구조를 정의하는 데 도움을 준 동일한 파트너가 알려진 공정 및 품질 체계에 따라 대규모로 제작할 책임이 있기 때문에 불확실성이 줄어듭니다.
XD THERMAL가 사문석 튜브 생산을 산업화하기로 한 것은 단순히 내부 제조 방식을 조정한 것이 아니라 더 엄격한 열 요구 사항, 플랫폼 중심 팩 로드맵, 빠르게 성장하는 시장에서 안정적인 용량에 대한 필요성에 대한 대응책입니다. 고객에게는 측면 냉각 하드웨어를 일련의 일회성 벤트 튜브가 아닌 하나의 일관된 시스템으로 설계, 검증 및 제조된 안정적인 플랫폼 자산으로 취급할 수 있는 방법을 제공합니다.
[1]: https://www.xdthermal.com/battery-cooling-tube.html
[2]: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/automotive-battery-thermal-management-system-market-184479896.html
[3]: https://www.strategicmarketresearch.com/market-report/electric-vehicle-thermal-system-market
[4]: https://www.livescience.com/technology/computing/microsoft-unveils-new-liquid-cooled-computer-chips-they-could-prevent-ai-data-centers-from-massively-overheating
