<h2>요약</h2><p>전기차 배터리 외함의 프레스 성형 기술은 단순한 금속 가공에서 벗어나 전기차 주행 거리와 안전성에 핵심적인 고정밀 과학으로 진화해 왔습니다. 2025년 현재, 업계는 누출 경로를 제거하고 중량을 줄이기 위해 <strong>일체형 심발형 디자인</strong>과 <strong>테일러 용접 블랭크(Tailor-Welded Blanks, TWB)</strong>로 전환하고 있습니다. 알루미늄이 가벼운 특성 덕분에 시장의 약 80%를 차지하고 있지만, 혁신적인 '해시태그' 블랭크 디자인을 갖춘 첨단 고강도 강판(AHSS)이 저렴한 비용으로 우수한 하부 충격 보호 성능을 제공하며 다시 부상하고 있습니다. 엔지니어들에게 핵심 과제는 IP67 방수 방진 등급 및 열폭주(thermal runaway) 억제를 보장하기 위해 엣지 평탄도 등 엄격한 공차 요구사항(보통 ±1.5mm)과 이러한 재료 특성을 균형 있게 조율하는 것입니다.</p><h2>EV 배터리 외함 프레스 성형의 기본 원리</h2><p>배터리 외함은 전기차의 구조적 중심으로, 도로 이물질이나 충돌 충격으로부터 위험한 화학 물질을 보호하면서 차량 가치의 최대 50%를 지탱해야 하는 역할을 합니다. 이러한 부품을 프레스 성형하려면 전통적인 판금 가공을 넘어선 고급 심발형 및 연속 다이(Progressive Die) 기술이 필요합니다.</p><h3>심발형 vs. 연속 다이 적용 분야</h3><p>주 배터리 트레이(‘욕조’ 형태)의 경우 <strong>심발형 프레스 가공</strong>이 선호되는 방법입니다. 이 공정은 금속 블랭크를 다이 캐비티 안으로 당겨 깊이 있는 밀폐된 상자 형태로 만드는 것으로, 모서리 부분에 용접 이음매가 없어 습기 침투의 주요 실패 요소를 제거할 수 있습니다. 허드슨 테크놀로지(Hudson Technologies)나 망나(Magna) 같은 제조업체들은 심발형 기술을 활용해 거의 직각에 가까운 모서리를 형성하고 배터리 셀을 위한 내부 공간을 극대화합니다. 예를 들어, 망나의 OptiForm 공법은 기존 다중 부품 조립 대비 사용 가능한 배터리 공간을 약 10% 증가시킨다고 알려져 있습니다.</p><p>반면, <strong>연속 다이 프레스 가공</strong>은 버스바, 커넥터, 구조용 리브 등 소형 정밀 내부 부품의 대량 생산에 사용됩니다. 이 공정에서는 금속 코일이 여러 공정 스테이션을 통해 순차적으로 절단, 굽힘, 성형되며, 매년 수백만 개 이상의 동일 부품을 높은 반복 정밀도로 생산할 수 있습니다.</p><h3>확장성 및 협력사 선정</h3><p>양산 개발 과정에서 프로토타입 단계에서 대량 생산으로의 전환은 매우 중요한 단계입니다. 완성차 업체(OEM)는 고비용의 양산용 다이 투자 전에 소프트 툴링을 통해 형상을 검증할 수 있는 파트너를 요구합니다. <a href="https://www.shao-yi.com/auto-stamping-parts/">샤오이 메탈 테크놀로지(Shaoyi Metal Technology)</a>와 같은 공급사는 IATF 16949 인증을 받은 정밀 프레스 성형 능력과 최대 600톤급 프레스 설비를 갖추고 있어 신속한 프로토타입 제작부터 고속 생산용 컨트롤 암 및 서브프레임까지 글로벌 엄격 기준을 충족하는 제품 생산이 가능하여 이러한 격차를 해소합니다.</p><h2>재료 전략: 알루미늄 vs. 첨단 고강도 강판(AHSS)</h2><p>배터리 외함 설계에서 알루미늄과 강판 중 어떤 것을 선택할지는 여전히 가장 중요한 결정이며, 각 재료는 중량, 비용, 열 성능 측면에서 명확한 장단점을 가지고 있습니다.</p><h3>알루미늄: 가벼움의 대표 재료</h3><p>현재 알루미늄은 EV 배터리 외함 시장의 약 80%를 차지하고 있습니다. 그 주요 장점은 밀도로서, 강철보다 무게가 약 1/3 수준에 불과해 직접적으로 차량 주행 거리 연장을 가져옵니다. 6000계열 합금은 뛰어난 강도 대비 중량 비율과 높은 열전도율을 제공하여 배터리 모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시키는 데 유리합니다. 그러나 알루미늄 외함은 강철과 동등한 충돌 보호 성능을 확보하기 위해 두꺼운 두께가 필요하며, kg당 가격이 훨씬 비쌉니다.</p><h3>강판: 비용 효율적인 도전자</h3><p>강판은 마르텐사이트 강(M1500/M1700)과 같은 첨단 고강도 강판(AHSS) 등급으로 반격에 나서고 있습니다. 이러한 재료는 초고인장 강도를 제공하여 알루미늄과 유사한 중량을 유지하면서도 하부 충격(예: 볼라드 또는 도로 이물질 충돌)에 대해 더 우수한 보호 성능을 발휘합니다. 또한 강판은 알루미늄(약 660°C) 대비 훨씬 높은 융점(약 1370°C)을 가지므로 열폭주 사고 시 자연스럽게 더 뛰어난 내화 성능을 제공합니다. 최근 업계 분석에 따르면 강판 외함의 제조 비용은 알루미늄 대비 최대 50% 저렴할 수 있습니다.</p><table><thead><tr><th>항목</th><th>알루미늄 (6000 계열)</th><th>AHSS (마르텐사이트)</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>시장 점유율</strong></td><td>~80%</td><td>~20% (성장 중)</td></tr><tr><td><strong>주요 장점</strong></td><td>경량화 (주행 거리 향상)</td><td>충격 강도 및 비용 효율성</td></tr><tr><td><strong>열전도율</strong></td><td>높음 (냉각에 유리)</td><td>낮음 (화재 절연에 유리)</td></tr><tr><td><strong>제조 공법</strong></td><td>압출, 주조, 프레스 성형</td><td>냉간/열간 프레스 성형, 롤 포밍</td></tr></tbody></table><h2>혁신 사례: '해시태그' 테일러 용접 블랭크</h2><p>2025년 가장 주목받는 기술 중 하나는 대형 강판 트레이 프레스 성형 시 발생하는 '스프링백(springback)' 문제를 해결하기 위한 테일러 용접 블랭크(TWB)의 적용입니다. 클리블랜드-클리프스(Cleveland-Cliffs)와 오토폼(AutoForm)이 진행한 사례 연구에서는 '해시태그(# 모양)' 블랭크 디자인을 이용해 일체형 배터리 트레이를 프레스 성형하는 새로운 접근법을 시연했습니다.</p><p>이 구성에서 초고강도 AHSS는 도로 위 위험 요소로부터 최대한의 보호를 보장하기 위해 트레이의 평평한 바닥에 사용됩니다. 이 중심 패널은 레이저 용접을 통해 주변부의 변형성이 뛰어난 연강(mild steel)과 연결됩니다. 연강은 심발 성형 과정에서 극심한 변형이 발생하는 측면과 모서리 부분을 형성합니다.</p><p>이 하이브리드 재료 접근법은 두 가지 핵심 문제를 해결합니다:</p><ul><li><strong>스프링백 제어:</strong> 전체를 AHSS로 프레스 성형하면 다이에서 탈형할 때 심한 휨 현상(스프링백)이 발생하여 밀봉에 필요한 평탄도를 달성하기 어렵습니다. 연강 외곽부가 성형 응력을 흡수해 부품을 안정화시킵니다.</li><li><strong>공정 효율성:</strong> 별도의 하부 보호 쉴드 없이 한 번의 성형 공정으로 제작이 가능해 부품 수와 조립 복잡성을 줄일 수 있습니다.</li></ul><h2>고장 대비 설계: 밀봉, 열 관리 및 안전성</h2><p>전기차 배터리 외함 프레스 성형은 단순히 금속을 성형하는 것이 아니라 엄격한 기능적 성능 기준을 충족하는 작업입니다. 외함은 배터리 모듈을 위한 생존 셀이 되어야 합니다.</p><h3>밀봉 및 플랜지 평탄도</h3><p>프레스 성형된 배터리 트레이에서 가장 중요한 품질 지표는 플랜지 평탄도입니다. IP67 또는 IP68 등급(침수 상태에서도 완전 방수)을 충족하기 위해 뚜껑이 트레이에 밀봉되는 접촉면은 완벽하게 평평해야 합니다. 업계 표준은 일반적으로 트레이 전체 길이에 걸쳐 평탄도 편차가 <strong>±1.5mm</strong>를 넘지 않도록 요구합니다. 이를 달성하기 위해서는 다이 설계 단계에서 금속의 스프링백을 예측하고 보정할 수 있는 고급 시뮬레이션 소프트웨어가 필요합니다.</p><h3>열폭주 억제</h3><p>안전 규제는 새로운 재료 요구사항을 이끌고 있습니다. UL 솔루션즈(UL Solutions)와 같은 기관은 <strong>UL 2596</strong>과 같은 시험을 도입하여 열폭주 조건 하에서 외함 재료의 성능을 평가합니다. 강판은 고온에 자연스럽게 견디지만, 알루미늄 외함은 종종 추가적인 열 차단재(예: 마이카 시트)를 필요로 합니다. 흥미롭게도 일부 열가소성 복합재는 화재 시 팽창하여 보호층(char layer)을 형성함으로써 열 차단 기능을 수행하며 새로운 경쟁자가 되고 있습니다.</p><h3>충돌 안전 통합</h3><p>마지막으로, 프레스 성형된 외함은 차량 전체의 충돌 안전성에도 기여합니다. 측면 폴 충돌 시험에서 배터리 트레이는 크로스멤버 및 리브를 통해 하중을 전달하여 셀 모듈 내부 침입을 방지해야 합니다. 심발 성형 공법을 통해 엔지니어는 이러한 보강 구조를 트레이 형상에 직접 통합할 수 있어 용접 보강재의 필요성을 줄이고 전체 중량을 낮출 수 있습니다.</p><h2>결론</h2><p>EV 배터리 외함의 프레스 성형은 금속학, 시뮬레이션, 정밀 제조 기술이 융합된 결과입니다. 최대 주행 거리를 위한 심발 성형 알루미늄을 사용하든, 비용 효율적인 안전성을 위한 테일러 용접 강판을 사용하든 목표는 동일합니다. 즉, 경량이며 누출이 없고 충돌에 강한 외함을 만드는 것입니다. 자동차 제조사들이 2025년에 더 높은 생산량과 낮은 비용을 추구함에 따라, 하이브리드 재료를 사용해 복잡한 일체형 트레이를 프레스 성형하는 능력이 다음 세대 전기차 아키텍처를 정의할 것입니다.</p><section><h2>자주 묻는 질문</h2><h3>1. 전기차 부품에서 심발형과 연속 프레스 성형의 차이점은 무엇인가요?</h3><p>심발형 프레스 성형은 주 배터리 트레이 또는 '욕조'처럼 깊이가 크고 용접 이음매가 없는 대형 부품에 사용되며, 모서리 용접으로 인한 누출 경로를 제거할 수 있습니다. 반면 연속 프레스 성형은 커넥터, 버스바, 브래킷과 같이 작은 복잡 부품의 대량 생산에 적합하며, 금속 스트립을 연속적인 공정 단계를 통해 빠르고 효율적으로 형성합니다.</p><h3>2. 배터리 외함에 더 적합한 재료는 알루미늄과 강판 중 어느 것인가요?</h3><p>차량의 우선 순위에 따라 다릅니다. 알루미늄은 중량이 크게 가볍기 때문에(최대 40% 경량화) 주행 거리 향상이 중요한 프리미엄 및 장거리 차량에 선호됩니다. 반면 강판(특히 AHSS)은 비용 절감과 우수한 하부 충격 보호가 핵심인 대중 시장 차량에 적합합니다. 또한 강판은 열폭주 시 화재 차단에 자연스럽게 더 강합니다.</p><h3>3. 프레스 성형 배터리 트레이에서 플랜지 평탄도가 왜 그렇게 중요한가요?</h3><p>플랜지 평탄도는 배터리 트레이와 커버 사이의 기밀 밀봉을 만들기 위해 필수적입니다. 플랜지의 평탄도가 허용 공차(일반적으로 ±1.5mm)를 초과하면 개스킷이 제대로 밀봉되지 않아 물이나 먼지 유입(IP67 기준 미달)이 발생할 수 있으며, 이는 치명적인 단락 회로나 배터리 고장을 유발할 수 있습니다.</p></section>