TL;DR

전기차용 구리 버스바를 스탬핑하는 것은 전기차의 배터리팩, 인버터 및 모터 드라이브에 필수적인 정밀한 전력 분배 부품을 제조하는 핵심 공정이다. 일반 배선과 달리 스탬핑된 버스바는 더 높은 전류 밀도, 낮은 인덕턴스, 진동 환경에서도 견고한 기계적 안정성을 제공한다. 엔지니어링 팀은 전기 전도도를 극대화하기 위해(최대 101% IACS) 일반적으로 C11000(ETP) 또는 C10100(무산소 구리) 합금을 선택하며, 대량 생산 시 정밀한 치수 공차와 비용 효율성을 보장하기 위해 프로그레시브 다이 스탬핑 공법을 활용한다. 올바르게 스탬핑되고 절연된 버스바는 현대 전기 동력장치에 내재된 고전압 열 부하(400V–800V)를 관리하는 데 매우 중요하다.

주요 요점:

• 소재: C11000이 표준이며, 브레이징/용접 응용 분야에서는 C10100을 선호한다.
• 프로세스: 프로그레시브 다이 스탬핑은 대량 생산에서 가장 높은 재현성을 제공한다.
• 단열: 에폭시 분말 코팅은 소형 배터리 모듈에 중요한 절연 강도를 제공합니다.

전기차 버스바 재료 선택: C11000 대 C10100

올바른 등급의 구리를 선택하는 것은 전기차용 버스바 설계에서 가장 기초적인 결정입니다. 알루미늄은 구조 부품에서 중량 감소를 위해 사용이 점점 증가하고 있지만, 구리는 뛰어난 전기 전도성과 열적 특성 덕분에 고전압 전력 분배를 위한 단연코 표준 재료로 자리 잡고 있습니다.

C11000 (전해 탘프 피치 - ETP) 대부분의 프레스 성형 버스바에 있어 산업 표준입니다. 국제 어닐링 구리 표준(IACS) 대비 전도율 100~101%를 제공하여 저항을 최소화하며 전류를 효율적으로 전달할 수 있습니다. 그러나 C11000은 소량의 산소를 포함하고 있어 수소 브레이징 또는 고온 용접 시 취성화를 유발할 수 있습니다.

C10100/C10200 (무산소 구리 - OFE/OF) 산소 함량을 거의 완전히 제거함으로써 가열 중 금속 구조 내에서 증기 형성을 방지하여 조인트의 구조적 무결성을 보장하기 때문에, 광범위한 용접 또는 브레이징이 필요한 복잡한 EV 배터리 인터커넥트에 널리 사용됩니다. 공간이 제한된 복잡한 배터리 모듈을 설계하는 엔지니어의 경우, 산소프리 구리의 약간 높은 비용에도 불구하고 우수한 성형성과 조인트 신뢰성 덕분에 그 비용이 정당화되는 경우가 많습니다.

스탬핑 공정: 프로그레시브 다이 방식 대 CNC 성형

전기차용 버스바를 제조할 때는 정밀도, 속도 및 양산 가능성을 균형 있게 확보해야 합니다. 프로그레시브 다이 스탬핑과 CNC 성형 중 어떤 방식을 선택할지는 주로 생산량과 설계 복잡성에 따라 결정됩니다.

프로그레시브 다이 스탬핑 대량 생산 전기차(EV) 제조(일반적으로 10,000대 이상)에서 가장 선호되는 방식입니다. 이 공정에서는 구리 스트립이 단일 다이(die) 내 일련의 공정 스테이션을 통과하며 각 스테이션에서 펀칭, 코인링, 벤딩 또는 쉐이빙 등의 특정 작업이 동시에 수행됩니다. 이를 통해 프레스의 매 스트로크마다 완성된 부품이 생성됩니다. 점진 성형(progressive stamping)은 뛰어난 치수 정밀도(보통 ±0.05mm)와 반복성을 달성하므로 자동화된 배터리 팩 조립 라인에 필수적입니다.

반대로, CNC 성형 시제품 제작 및 소량 생산에 이상적입니다. 프레스 브레이크를 사용하여 미리 절단된 스트립을 굽는 방식입니다. 유연성은 높지만 하드 툴링(hard tooling)만큼의 속도와 단가 효율성을 확보할 수 없습니다. 이상적으로는 제조업체가 전체 라이프사이클을 처리할 수 있는 파트너를 활용하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 소이 메탈 테크놀로지 신속한 프로토타이핑에서 대량 생산까지 원활하게 전환할 수 있는 종합적인 스탬핑 솔루션을 제공합니다. 최대 600톤의 프레스 성능과 IATF 16949 인증을 보유함으로써 자동차 OEM 업체들이 설계를 신속하게 검증한 후 정밀도를 희생하지 않고 수백만 개의 부품 생산으로 확장할 수 있도록 지원합니다.

기계 가공 대비 스탬핑의 주요 장점은 다음과 같습니다.

• 자재 효율성: 스탬핑은 구리와 같은 소재를 사용할 때 중요한 비용 요소인 스크랩을 최소화합니다.
• 가공 경화: 스탬핑의 물리적 충격은 구리에 가공 경화를 유도하여 최종 부품의 기계적 강도를 증가시킵니다.
• 속도: 진보형 다이(Progressive die)는 분당 수백 개의 부품을 생산할 수 있어 기가팩토리의 처리량 요구사항을 충족시킵니다.

절연 및 코팅: 파우더 코팅의 장점

고전압 EV 아키텍처(일반적으로 400V에서 800V 이상)에서, 스탬핑된 구리 배선바의 절연은 중요한 안전 기능입니다. 절연 처리되지 않은 배선바는 특히 배터리 팩의 좁은 공간 내에서 심각한 아크 발생 위험이 있습니다. 열수축 튜브 및 PVC 담금질이 전통적인 방법이긴 하지만, 에폭시 파우더 코팅 복잡한 스탬핑 형상에 대해 우수한 솔루션으로 부상하고 있습니다.

분체 코팅은 건조한 분말(일반적으로 에폭시 또는 폴리에스터)을 정전기 방식으로 도포한 후 가열하여 연속적이고 내구성 있는 피막을 형성하는 방식입니다. 날카로운 굽힘부에서 주름이나 공기층이 생길 수 있는 열수축 튜브와 달리, 분체 코팅은 금속 표면에 직접 밀착되어 접합됩니다. 이를 통해 부분 방전(코로나)이 발생할 수 있는 공기층을 제거할 수 있습니다. 또한 분체 코팅은 코팅 두께(일반적으로 0.1mm에서 0.5mm)를 정밀하게 조절할 수 있어 불필요한 볼륨 증가 없이 높은 절연 강도(보통 밀당 >800V 이상)를 제공합니다.

절연 방법 비교:

• 에폭시 분체 코팅: 복잡한 형상, 높은 내열성 및 일정한 절연 강도가 요구되는 경우에 가장 적합합니다.
• 열수축 튜브: 직선 배선에는 적합하지만 다중 축 굴곡부에는 적용이 어렵고 열 방산 성능이 낮습니다.
• PVC 코팅: 비용 대비 효율성이 높지만 에폭시(130°C 이상)에 비해 열 등급이 낮습니다(일반적으로 105°C 제한).

설계 과제: 열, 진동 및 인덕턴스

전기차용 스탬프 구리 버스바를 설계하는 것은 단순히 A지점과 B지점을 연결하는 것을 넘어서는 작업입니다. 엔지니어는 자동차 환경에서만 발생하는 복잡한 물리적 과제들을 해결해야 합니다.

열 관리 및 스카인 효과: 전류가 흐르면 열이 발생하며(I²R 손실), 인버터와 같은 고주파 스위칭 응용에서는 '스킨 효과'로 인해 전류가 도체의 표면에 집중되어 실질적인 저항이 증가합니다. 넓고 평평한 형태의 스탬프 버스바는 원형 케이블에 비해 더 큰 표면적을 제공하여 냉각 효과와 고주파 저항 감소 모두에 기여합니다.

진동 저항: 전기차는 부품에 지속적인 도로 진동을 가한다. 강성의 구리 버스바는 제대로 감쇠되지 않으면 연결 지점에서 피로가 누적되어 파손될 수 있다. 해결 방법으로는 확장 루프를 위한 유연한 설계(적층된 구리 포일 사용) 또는 응력을 흡수하는 탄성 핀 프레스 핏 연결 방식을 활용하는 것이 있다.

저유도 설계: 전기차의 전력 전자 장치 효율을 높이기 위해선 잔여 유도를 최소화하는 것이 중요하다. 얇은 절연층으로 양극 및 음극 버스바를 함께 적층하여 '적층 버스바'를 만들면 자기장을 상쇄시켜 유도를 크게 줄일 수 있으며, IGBT(절연게이트 양극성 트랜지스터)를 전압 스파이크로부터 보호할 수 있다.

품질 기준: IATF 16949 및 그 이상

자동차 공급망에서는 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 품질 기준을 엄격히 준수해야 한다. 버스바 제조업체의 경우, IATF 16949 인증은 기본 요건입니다. 이 표준은 일반적인 ISO 9001 품질 경영을 넘어서 결함 예방 및 공급망의 변동성 감소와 같은 자동차 산업의 특정 요구사항을 다룹니다.

프레스 가공된 버스바에 대한 중요한 품질 검사 항목은 다음과 같습니다:

• PPAP(양산 부품 승인 절차): 모든 설계 사양을 충족하는 부품을 제조 공정이 일관되게 생산하고 있는지 확인하는 엄격한 검증 절차입니다.
• 고전압 시험(Hi-Pot Testing): 고전압 시험은 작동 전압보다 훨씬 높은 전압을 가하여 절연체의 완전성을 검사함으로써, 절연 파괴가 발생하지 않는지 확인합니다.
• 버가 없는 마감(Burr-Free Finishes): 프레스 가공은 날카로운 가장자리(버)를 남길 수 있습니다. 고전압 응용 분야에서 버는 전기적 스트레스가 집중되는 지점이 되어 아크(arcing)를 유발할 수 있습니다. 따라서 자동 디버링 및 전해 연마는 프레스 가공 후 반드시 거쳐야 하는 필수 공정입니다.

EV 파워의 미래를 위한 엔지니어링

전기 모빌리티로의 전환은 전력 분배의 숨겨진 핵심 요소인 스탬프 가공된 구리 버스바에 크게 의존하고 있습니다. 단순한 금속 스트립을 넘어서 설계되고 절연되며 정밀 스탬핑된 부품으로 발전함으로써 제조업체는 전기차의 안전성, 주행 거리 및 수명을 보장합니다. 용접 팩에 C10100 구리를 사용하든, 유전체 안전성을 위한 고급 분말 코팅을 적용하든, 설계 및 스탬핑 단계에서 내려지는 결정들은 차량 전체 수명 주기에 영향을 미칩니다.

구매 담당자와 엔지니어에게 목표는 명확합니다. 성형 기하학뿐 아니라 전기화의 물리적 원리를 이해하는 제조업체와 협력하는 것입니다. IATF 16949 품질을 보장하고 프로토타입에서 양산까지 확장 가능한 공급망을 확보하는 것이 곧 고품질 전기차를 시장에 출시하는 마지막 단계입니다.

자주 묻는 질문

1. 전기차 버스바에 가장 적합한 구리 등급은 무엇인가요?

대부분의 응용 분야에서 C11000 (ETP) 우수한 전도성(101% IACS)과 비용 효율성 덕분에 최고의 선택입니다. 그러나 버스바 설계에 광범위한 용접 또는 브레이징이 필요한 경우, C10100 (산소프리) 수소 취성 방지 및 접합부의 완전성을 보장하기 위해 사용하는 것이 권장됩니다.

2. 버스바에서 에폭시 분체 코팅이 열수축 튜브보다 선호되는 이유는 무엇입니까?

에폭시 분체 코팅은 열수축 튜브가 주름지거나 찢어질 수 있는 복잡하고 성형된 형상에도 우수한 피복성을 제공합니다. 이는 구리에 직접 밀착되어 부분 방전의 원인이 될 수 있는 공기 갭을 제거하며, 얇은 두께에서도 뛰어난 열 분산성과 높은 절연 강도를 제공합니다.

3. 금속 스탬핑 공정은 버스바 생산 비용을 어떻게 절감합니까?

특히 연속 다이를 사용하는 금속 스탬핑은 여러 성형 공정을 단일 기계 가공으로 통합함으로써 대량 생산 시 비용을 크게 절감합니다. 이는 개별 바를 기계 가공하거나 절단하는 방식에 비해 인건비를 줄이고, 처리량(분당 수백 개 부품)을 증가시키며, 재료 낭비를 최소화합니다.