배터리 셀 조립용 ‘XTS’ 리니어 이송 시스템, 공간 효율성과 생산성 동시 확보
전기차 배터리 생산 공정은 높은 생산성과 정밀도, 그리고 공간 효율까지 동시에 요구되는 대표적인 자동화 영역이다. 본 기사에서는 IMA EV-Tech가 Beckhoff의 XTS 리니어 이송 시스템을 기반으로 구현한 차세대 배터리 셀 조립 라인을 통해, 이송 중심의 생산 구조가 어떻게 라인 성능을 개선하는지 살펴본다.
▲ IMA EV-Tech의 배터리 셀 조립 라인에 적용된 5개 XTS 시스템 중 일부 구간 전경
전기차 배터리 셀 조립 공정의 구조와 과제
배터리 셀은 외형적으로는 단순한 원통형 구조를 갖지만, 실제 생산 공정은 매우 복잡하다. 양극과 음극을 분리막과 함께 말아 만든 ‘젤리 롤(jelly roll)’ 구조를 금속 케이스에 삽입하고, 전해액 주입 및 밀봉 공정을 거쳐 완성된다.
이처럼 다양한 공정이 결합된 배터리 셀 생산 라인은 높은 생산성과 정밀도를 동시에 요구하며, 공정 간 병목 없이 제품을 이송하 는 기술이 핵심 요소로 작용한다.
IMA Automation의 사업부인 IMA EV-Tech는 이러한 요구에 대응하기 위해 Beckhoff 자동화 기술을 기반으로 한 배터리 셀조립 라인을 개발했다. 이 시스템의 핵심은 XTS 리니어 이송 시스 템으로, 컴팩트한 설계와 높은 소프트웨어 유연성을 통해 생산성과 공간 효율을 동시에 확보한 것이 특징이다.
IMA EV-Tech의 세일즈 매니저 Fabio Tozzi(파비오 토찌)는 “이번 시스템은 Beckhoff 자동화 기술을 기반으로 구현된 고성능 배터리 셀 조립 솔루션”이라고 설명했다.
XTS 기반 고성능·컴팩트 설계 구현
Fabio Tozzi는 “현재 시장은 중국과 한국을 중심으로 한 아시아 제조업체들이 주도하고 있으며, 경쟁 부족으로 기존 솔루션의 기술 발전이 제한적이었다”고 설명했다. 이어 “당사의 조립 라인은 높은 생산성과 조립 품질, 컴팩트한 설치 공간, 그리고 경쟁력 있는 총소유비용(TCO)을 기반으로 차별화를 이뤘다”고 강조했다.
XTS는 각 무버를 개별적으로 제어함으로써 공정을 분리(decoupling)할 수 있도록 해, 기존 순차 생산 방식의 한계를 극복했다. 이를 통해 속도와 정밀도를 동시에 향상시키는 동시에 설비 공간도 줄일 수 있었다.
▲ XTS 무버에 장착된 배터리 셀이 조립 공정 간 이동하는 모습
모듈형 구조 기반 조립 라인 설계
각 시스템 구간에는 산업용 PC와 멀티터치 컨트롤 패널이 적용됐으며, 고성능 서보 드라이브 기술을 기반으로 전체 시스템을 구성해 높은 성능과 신뢰성을 확보했다. 특히 총 길이 약 43.5m에 달하는 5개의 폐쇄형 XTS 시스템이 적용돼 제품의 선형 이송을 담당한다.
해당 조립 라인은 모듈형 구조를 기반으로 설계돼 공정을 체계적 으로 구성하고, 필요에 따라 확장할 수 있도록 했다. 기능별로 구분된 라인 구조는 명확한 운영 로직을 제공하며, 높은 신뢰성과 모니터링 편의성을 동시에 확보한다.
▲ 조립이 완료된 배터리 셀이 테스트 스테이션으로 이송되는 모습
병목 없는 고속·고정밀 공정 구현
배터리 셀 조립 공정은 취급, 이송, 검사 등 모든 과정에서 높은 처리량과 최종 제품 품질을 동시에 요구하기 때문에 상당한 기술적 난이도를 갖는다. 이에 따라 시스템은 단순히 빠른 속도뿐 아니라 높은 정밀도까지 확보해야 하며, XTS 무버는 ±0.25mm 수준의 위치 정밀도를 통해 이를 구현한다.
조립 공정은 기능 검사와 비전 검사 공정이 결합된 형태로 구성되 며, 이미지 처리 시스템과 X-ray 검사 장비 등이 활용된다. 이러한 공정을 완전히 순차적으로 수행할 경우 검사 단계에서 처리 시간이 길어져 병목이 발생할 수 있다. XTS는 여러 개의 셀을 동시에 다양한 워크스테이션에 분산 배치할 수 있는 유연성을 제공함 으로써 이러한 문제를 해결하며, 전체 시스템의 처리량을 크게 향상시킨다.
또한 배터리 생산 라인은 클린룸 및 드라이룸 환경에서 운영되는 경우가 많아, 생산성과 함께 공간 효율이 중요한 요소로 작용한 다. XTS 기반 설계는 이러한 조건에서 공간 활용도를 높이는 데에도 기여한다. 이번 조립 라인은 Beckhoff 기반 통합 제어 시스템 으로 구성됐으며, PC 기반 제어의 개방성을 통해 다양한 외부 장비와의 통합도 용이하다.
▲ XTS 무버는 개별 제어뿐 아니라 다른 XTS 시스템과도 높은 정밀도로 동기화 제어가 가능하다.
높은 시스템 유연성 확보
배터리 셀의 형상과 크기는 표준화되어 있지만, 조립 라인은 다양한 제품 변형에도 대응할 수 있어야 한다. 이를 위해 플라스틱 부품 삽입과 같은 추가 공정이 요구되며, 이러한 생산 요구 변화에 신속히 대응하기 위해서는 시스템 전반의 높은 효율성이 필수적이다.
Fabio Tozzi는 이러한 측면에서 XTS 시스템과 TwinCAT이 프로젝트 성공의 핵심 요소였다고 강조했다.
IMA EV-Tech가 개발한 조립 라인은 필요에 따라 새로운 공정 스테이션이나 장비를 추가로 통합할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 향후 공정 추가는 물론, 특정 공정을 선택적으로 제외하는 것도 가능해져 시스템 유연성이 크게 향상된다. 결과적으로 다양한 제품 변형을 처리하면서도 전체 라인의 성능 저하 없이 운영이 가능하다.
Fabio Tozzi는 “원통형 배터리 셀 조립 라인과 더불어 각형 (prismatic) 셀을 위한 조립 솔루션도 개발했다”며 “각형 셀은 크기, 공정 순서, 조립 구성 요소가 크게 달라 추가적인 유연성이 요구된다”고 설명했다. 이어 “고객별 요구에 맞춰 모든 공정을 통합할 수 있는 모듈형 솔루션을 제공하는 것이 목표이며, 동시에 시스템 성능을 더욱 향상시키고 운영 인력도 줄이고자 한다”고 밝혔다.
이러한 접근은 향후 배터리 생산 라인의 고도화와 글로벌 생산 구조 변화에 대응하는 핵심 방향으로 평가된다.
자료제공: Beckhoff(www.beckhoff.com)
