전기 이동수단(E-Mobility) 및 배터리 에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리를 제조할 때 청결을 유지하는 것은 안전하고 신뢰할 수 있으며 효율적인 고품질 제품을 생산하기 위해 필수적입니다. 또한 전 세계적으로 전기화가 가속화됨에 따라 원자재 부족 문제로 인해 높은 공정 수율 확보가 더욱 중요해졌습니다.
제조 공정 중 오염이 발생하면 모듈의 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 여기에는 충전 밀도 부족, 사용 수명 단축, 극단적인 경우 열폭주 등이 포함됩니다.
또한 배터리 모듈은 내구성이 뛰어나고 혹독한 기후 조건에서도 정상적으로 작동해야 합니다. 충돌 시 치명적인 고장을 방지하기 위해 구조적으로 견고해야 합니다. 오염 물질은 접착력 저하, 불량한 용접, 또는 완벽한 환경 밀봉 실패를 초래할 수 있습니다.
오염원의 종류는 다양하며, 이전 제조 공정에서 남은 오일 및 그리스, 공급업체로부터 개별 셀을 포장 및 운송하는 과정에서 발생한 오염, 또는 조립 공정 자체에서 발생하는 입자 등이 포함됩니다.
무엇을 청소해야 할까요?
배터리 모듈 제조 분야에서 일반적으로 사용되는 용도로는 다음과 같은 것들이 있습니다:
-
- 용접성과 전류 흐름을 개선하기 위해 배터리의 음극 및 양극과 버스바에서 산화물을 제거합니다.
- 밀봉 작업 전에 케이스와 외장부를 세척하여 기름과 잔여물을 제거함으로써 외부 유해 요인의 침투를 효과적으로 차단합니다.
- 전지 제조용 밀봉 못을 용접하기 전 세척.
- 프리즘형 셀의 경우, 전기 및 열 절연체의 접착력을 높이기 위해 셀 측면의 세척 및 활성화 작업을 수행합니다.
- 전기 전도성을 높이기 위한 접점 탭/전류 수집기의 세척.
- 배터리 모듈 내 열 모니터링 센서의 접합면 세척.
- 배터리 관리 시스템(BMS) 내 전기 부품에 장착된 열교환기의 표면 세척.
- 라벨 부착을 위한 표면 세정.
- 배터리 모듈의 냉각(또는 가열) 플레이트 장착을 위한 표면 세척.
- 적절한 열 방산을 위해 모듈과 배터리 팩 하우징 사이의 접촉면을 청소합니다.
얼마나 깨끗해야 할까요?
이러한 우려를 해소하기 위해 자동차 배터리 제조업체들은 청정도 평가를 위한 국제 표준으로 ISO 16232를 채택하고 있으며, 많은 제조업체들은 보다 상세한 표준인 독일 자동차 산업 협회(VDA)의 VDA 19.1 및 VDA 19.2를 채택하고 있습니다. VDA 19.1은 오염 물질의 시험 및 측정을 위한 표준 관행인 반면, VDA 19.2는 오염을 방지하기 위한 제조 및 조립 공정에 중점을 두고 있습니다.
청소의 기술적 목표는 필요한 만큼만 청소하고, 필요 이상으로 하지 않는 것; 가능한 한 깨끗하게 하는 것이 아니라, 필요한 만큼 깨끗하게 하는 것이다.
청결도 평가: 청소 관행 및 절차를 성공적으로 이행하기 위해제조업체는 제조 공정에서 다음과 같은 여러 요인을 평가하게 됩니다.
-
- 환경
- 물류 및 포장
- 인사
- 공정 및 조립 장비
환경 평가: 환경평가에는 제조 공간 전반에 미립자 포집 장치를 설치하여 환경 오염 물질을 수집 및 분석하고, 시정 조치가 필요한 국소적인 오염 집중 구역을 파악하는 작업이 포함될 수 있습니다.
물류 및 포장: 물류및 포장 과정에서도 골판지에서 조각이 떨어져 나오거나 운송 중에 먼지가 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 품질 관리나 세척 절차가 부실한 공급업체로부터 공급받은 부품 자체도 오염되어 있을 수 있습니다.
공정 장비: 공정장비 자체에서 진동이나 부품 마모로 인해 입자가 떨어져 나올 수 있습니다. 공작 기계에 사용된 잔류 윤활유, 그리스, 절삭유 등이 가공된 부품에 오염을 일으킬 수 있으며, 이형제와 같은 화학 물질이 존재할 수도 있습니다.
청결성을 고려한 설계:설계 과정 초기단계에서 청결성을 고려하여, 청결성 중심의 모듈 설계를 가능하게 해야 합니다. 예를 들어, 가공 과정에서 발생하는 칩이 일시적으로 끼일 수 있는 구석이나 틈새를 피하는 것과 같은 사항들은 설계 단계에서 쉽게 해결할 수 있습니다.
직원 교육:직원들에게 청결 관리에 대한 교육을 실시하면품질 향상에 크게 기여할 수 있습니다. 이 교육은 공급업체 기준뿐만 아니라 최종 고객 기준 및 VDA 19 / ISO 1632 기준에도 부합하도록 이루어져야 합니다.
교육은 자재를 취급하고 조립 작업을 수행하는 공장 근로자들에게 중점을 둘 것입니다. 직원들은 기술적 청결이라는 개념에 대해 충분히 이해하고 이에 대한 인식을 높여야 합니다.
제조업체들은 수작업 공정에 내재된 변동성을 제거하기 위해 종종 자동화를 도입합니다.
생산 공정 청결도 평가:
생산 설비의 점검 및 평가는 필수적입니다. 특히 공작물과 직접 접촉하는 부품에 대해서는 실질적인 평가를 실시하고, 잠재적인 취약점을 파악하며, 시정 조치를 취해야 합니다.
한 근로자가 샘플 트랩에 오염이 있는지 점검하고 있다
한도 결정 및 사양서 작성
오염원을 파악한 후에는 통계적 방법과 고객 지침을 활용하여 한계치를 산정함으로써, 기술적 청정도 수준, 적절한 검사 장비, 방법론 및 절차와 같은 사양을 수립할 수 있습니다.
-
- 고객별 표준 및 사양에 따른 필수 요건 파악
- 방법 및 매개변수 사양
- 공정 개발
깨끗한 부품 확보
청결도를 모니터링하고 측정하는 것은 가능할지 모르지만, 결국 미립자나 유기물이 생산 라인에 유입되기 마련이므로, 높은 품질 수준을 달성하기 위해서는 부품 세척이 필수적입니다. 연마재, 드라이아이스 블라스팅, 화학 공정 등의 기술이 있지만, 대량 인라인 생산 공정에는 특히 적합하지 않습니다.
바로 이곳에서 레이저 가공이 경제적이면서도 친환경적인 솔루션으로 두각을 나타낼 수 있습니다. 일반적인 레이저 세정 용도로는 다음과 같은 것들이 있습니다:
-
- 녹, 기름, 연소 침전물과 같은 오염 물질 클리닝하기
- 페인트, 전자 코팅, 세라믹 및 산화물과 같은 코팅 벗기기
- 용접, 접합, 도장 및 코팅을 위한 표면을 준비하여 결합력 향상
- 접착 전 표면 세정 또는 표면 거칠기 처리를 통해 접착력을 높입니다.
- 부품 코팅을 적용하기 전에 사전 클리닝을 통해 코팅 수명 연장
요약하자면, 안전하고 신뢰할 수 있으며 효율적인 고품질 제품을 제조하려면 깨끗한 원자재가 필요합니다. 오염원을 파악하고, 오염 허용 한도를 설정하며, ‘필요 이상으로 깨끗하게’가 아니라 ‘필요한 만큼 깨끗하게’라는 세척 목표에 집중함으로써, 불량품 발생이나 재가공을 줄이면서 더 높은 품질의 제품을 생산할 수 있습니다.
용접, 접합, 코팅 제거 등 어떤 작업이든 레이저 공정은 대량 생산 라인에 쉽게 통합할 수 있는 이상적인 솔루션입니다. 이 공정은 다음과 같은 장점을 제공합니다:
-
- 유연성과 선택성, 정밀도가 매우 뛰어난 비접촉 공정으로, 레이저가 원하는 영역만 세정할 수 있어 마스킹과 같은 공정을 생략할 수 있습니다.
- 고속 공정; 제거해야 할 오염 물질에 따라, 레이저는 초당 수백 제곱인치를 세정할 수 있습니다.
- 안전하고 지속 가능한 레이저 세정 방식은 연마재나 화학 용제를 사용할 필요가 없어, 사용 후 연마재나 화학 물질의 취급 및 폐기 과정을 없애줍니다.
- 자동화가 용이하며 생산 현장에 쉽게 통합할 수 있습니다.
그 결과, 제품 품질과 생산 수율을 향상시키면서도 환경 친화적인, 재현성이 매우 높은 제조 공정이 구현됩니다.
레이저 솔루션 시작하기
당사의 레이저 세정 전문가와 상담하여 배터리 품질, 신뢰성 및 생산 효율성을 높일 수 있는 최적의 시스템을 선정해 보시기 바랍니다.
