[2차전지] 전기차 배터리 셀, 모듈, 팩 이해하기 (ft. 삼성SDI, 현대차)

안녕하세요. 현미밸입니다.

 

제가 블로그에서 다루는 큰 테마 중에 하나가 바로 2차전지 관련 기업들에 관한 이야기입니다. 그리고 제 블로그에 가장 많이 검색되어 들어오는 주제 또한 2차전지 관련입니다.

 

2차전지는 한번 쓰고 버리는 게 아니라 충전을 통해 반영구적으로 사용하는 배터리를 의미합니다.

 

사실 우리는 늘 2차전지를 사용하고 있죠. 누구나 사용하는 스마트폰 안에 그리고 집에서 사용하는 무선청소기, 로봇청소기, 휴대용 스피커 등에는 모두 2차전지가 들어가 있습니다.

 

우리가 2차전지를 사용한지는 꽤 오랜 시간이 지났습니다. 그런데 왜 지금 와서 2차전지 테마, 2차전지 관련주, 2차전지 기업이란 표현을 쓸까요?

 

그것은 바로 그동안의 소형 배터리와는 차원이 다른 전기차를 위한 중대형 배터리가 생겨났기 때문입니다.

 

요즘 거리에선 테슬라뿐 아니라 다양한 전기차들이 눈에 띕니다. 현재 국내에서 판매되는 전기차만 해도 테슬라 모델S, 모델X, 모델3, 현대 아이오닉 EV, 코나EV, 기아 니로EV, 르노 Zoe, 쉐보레 볼트EV 등 20종이 넘습니다.

 

이렇게 전기차의 보급이 늘어날수록 전기차 혹은 2차전지 관련 뉴스나 리포트들을 보면 '배터리 셀', '배터리 모듈', '배터리 팩' 이란 표현을 듣게 됩니다.

 

몰라도 될 수 있지만 내가 삼성SDI, LG화학, 에코프로비엠 같은 기업이나 테슬라, 현대차 주식에 관심이 있다면 당연히 알아야 할 내용들입니다.

 

전기차 배터리는 '셀 → 모듈 → 팩' 순서로 구성

 

<VW MEB 플랫폼의 배터리 셀, 모듈, 팩 구성도>

 

전기차는 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 배터리 용량이 필요합니다. 

 

일례로 삼성 스마트폰 갤럭시 S20의 배터리 용량은 4,000mAh 이며 테슬라 모델 3 작은 배터리가 50kwh입니다. 단위를 동일하게 kWh로 환산 시 S20은 0.01 kwh로 테슬라 모델3의 용량이 갤럭시 S20의 5,000배입니다.

 

셀 메이커 마다 다르지만 전기차에 들어가는 배터리 셀은 수십 개에서 많게는 정말 수천 개에 이릅니다. 

 

많은 배터리 셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해서 모듈과 팩에 대한 개념이 등장했습니다. 

 

<닛산 리프의 배터리 셀, 모듈, 팩>

 

먼저 배터리의 기본이 되는 셀은 자동차의 한정된 공간에서 최대한의 성능을 발현할 수 있도록 단위 부피당 높은 용량을 지녀야 하고,  혹한/고온 등 열악한 상황에서도 잘 작동하고 안전해야 하며 수명 또한 모바일 기기 대비 훨씬 길어야 합니다.

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• 배터리 셀 : 전기에너지를 충방전해 사용할 수 있는 리튬이온 배터리의 기본단위. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등으로 구성됨
• 배터리 모듈 : 배터리 셀을 외부의 충격과 열, 진동으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체
• 배터리 팩 : 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태. 배터리 모듈에 BMS(Battery Management System) 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성됨 

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배터리 셀을 여러 개 묶어서 모듈을 만들고, 모듈을 여러 개 묶어서 팩을 만드는데 최종 전기차에 탑재되는 형태가 팩입니다. 

 

배터리 셀은 당연히 파나소닉, LG화학, 삼성SDI, CATL 같은 셀 메이커에서 만들지만 모듈이나 팩은 자동차 메이커별로 만드는 주체가 달라집니다. 어떤 자동차 회사는 배터리 제조사로부터 팩 형태로 납품받고 어떤 자동차 회사는 셀을 받아서 모듈과 팩은 직접 만듭니다. 

<다양한 형태의 배터리 셀>

 

자동차 모델별 배터리 셀, 모듈, 팩이 어떻게 들어가는지 살펴보겠습니다.

 

■ BMW i3 

 

BMW i3는 삼성SDI의 배터리가 들어가는데 셀 12개를 하나의 모듈로 묶고, 8개의 모듈을 묶어서 하나의 팩 형태로 들어갑니다. 총 셀수는 12*8=96개입니다.

 

■ 닛산 리프

 

Nissan Leaf는 셀 4개를 하나의 모듈로 묶고  48개의 모듈을 묶어서 하나의 팩 형태로 들어갑니다.

총 셀 수는 4*48= 192개입니다.

 

■ 폭스바겐 ID3

 

폭스바겐 ID.3는 셀 24개를 하나의 모듈로 묶고 모듈을 7개, 9개, 12개로 구분 지어 팩을 만듭니다. 그러므로 셀 수는 모듈 개수에 따라 달라지며 최소 168개에서 최대 288개가 들어갑니다.

 

■ 테슬라 모델 3

 

테슬라 모델 3는 최종 팩 형태가 하나만 있는 것이 아니지만 작은 원통형 배터리를 셀 단위로 하기 때문에 총 2,880개의 셀이 들어간다고 합니다. 참고로 모델S는 더 작은 원통형 배터리가 들어가서 셀이 무려 7천 개가 넘겨 들어갔다고 하네요.

 

 

<테슬라 모델3 배터리 시스템>

 

전기차에 들어가는 최종 형태가 팩일지라도 투자자 입장에서 가장 핵심이 되는 것은 배터리의 기본 단위인 셀입니다.

 

 

<자동차 회사별 전기차 구동시스템 내재화 수준>

 

앞에서 말씀드렸듯이 셀 메이커는 최종 단계인 팩으로 납품하는 것이 수익성에 유리하며 자동차 회사는 셀만 받아서 모듈, 팩, BMS를 직접 하는 기업이 더 경쟁력이 있다고 말할 수 있습니다. 

 

2차전지에 자동차 메이커 투자자들도 관심을 가져야 하는 이유입니다.

 

GM 쉐보레 볼트는 전동화 관련 모든 부품을 LG화학이 턴키로 하고 있습니다. 이는 분명 LG화학에 투자해야할 이유이며 반대로 GM에는 투자하지 말아야 할 이유가 됩니다.

 

쉐보레와 달리 현대차의 코나EV와 테슬라의 모델S는 배터리 셀을 제외한 배터리 팩, BMS, 모터 등을 자체적으로 조달하고 있습니다. 이는 현대차나 테슬라의 전동화 내재화 수준이 높은 것을 의미하며 이 기업들에 투자할 이유가 됩니다.

 

2차전지 관련 기업은 향후 최소 5년간 지속적으로 성장할 것으로 기대됩니다.

 

우리 또한 지속적으로 관심을 가지고 투자해서 성장하는 기업의 부를 나눠가져야 합니다.

 

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