막대한 ROI 잠재력 가진 전기차 무선 배터리 관리 혁명의 개화

설계, 제조에서부터 배터리 재사용 및 보안 강화에 이르기까지 상위 레벨의 비용 분석은 OEM이 무선 배터리 관리 시스템(wBMS)을 활용하는 차세대 전기 자동차(EV)에서 수익을 늘릴 수 있는 기회를 보여준다.

전기차 산업이 무선 BMS로 발전하는 것은 많은 점에서 필연적이다. 무선 BMS가 얼마나 유리한지는 어떠한 애플리케이션에서든 유선 BMS가 기본적으로 가질 수밖에 없는 복잡성, BOM 비용, 공간 및 인건비 부담 때문에 어려움을 겪는 모두가 분명하게 알 수 있다.

wBMS는 차세대 전기차용 배터리 팩의 배선을 최대 90%, 부피를 최대 15%까지 줄일 수 있는 가능성을 보여준다. 이는 통신 배선 하네스와 커넥터가 필요 없고, 전자 장치가 완전 통합된 지능형 배터리 모듈을 이용하기 때문이다. 노출되는 커넥터는 +ve 및 –ve 단자뿐이다.

그러나 wBMS 기술을 통해 달성할 수 있는 이점은 이러한 기술을 수용하는 데 필요한 설계, 검증 및 제조 인프라에 대한 막대한 투자를 통해서만 실현할 수 있다. 더욱이 무선 시스템 특유의 보안 및 안전 요구사항은 제조에서 재사용까지 배터리 팩 수명 주기의 모든 단계에서 전면적인 재평가를 요구한다.

언뜻 보면 이러한 규모의 노력은 OEM의 채택을 가로막는 높은 장벽처럼 보일 수 있지만, 아나로그디바이스와 GM은 wBMS에 대해 기술 초기 단계부터 투자를 부담하였으며, 향후 몇 년 내에 시장의 주류로 채택되어 상당한 비용 절감은 물론 제조 확장성과 효율성을 달성할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

분명한 것은 wBMS를 신속한 비용 절감 기회로 보는 OEM은 시작부터 기대를 재설정해야 한다는 점이다. wBMS의 비용 이점을 완전히 실현하려면 OEM은 가능한 최고의 투자 수익을 달성할 수 있도록 배터리 팩을 시간이 지남에 따라, 즉 차량에 탑재된 ‘1차 수명’에서부터 그 다음의 ‘2차 수명’까지 효율적으로 관리해야 하는 자산으로 간주해야 한다. 그래야 wBMS의 비용 절감 효과가 뚜렷하고 완전하게 나타날 수 있다.

아나로그디바이스는 wBMS에 놓인 수많은 설계 과제들에 대하여, 완벽하고 확장 가능한 wBMS 솔루션에 대한 노력과 투자를 통해 컨셉트 단계에서부터 제품의 출시 단계까지 OEM을 지원하는 데 필요한 요구사항을 성공적으로 충족시켰다. 이러한 과정에서 wBMS를 구축하고자 하는 OEM이 순조롭게 작업을 진행할 수 있도록 설계와 비용 효율을 높여주는 추가적인 기회들을 확인할 수 있었다. 초기 OEM 피드백에 따르면 wBMS는 장기적으로 EV 업계 전반에 걸쳐 구현하는 것이 훨씬 더 비용 효율적이고 유리할 것으로 예상된다.

wBMS 기술을 전격 도입한다는 것은 EV 공장 설계를 완전히 재고해야 한다는 것을 의미한다. 그럼에도 생산에서 제품까지 완전한 무선으로 전환했을 때 누릴 수 있는 장점은 모든 움직이는 부품(일부는 문자 그대로)을 고려할 때 결코 무시하기 어렵다.

로봇에 대부분 의존하는 생산과 로봇에 의한 완전한 자동 생산 사이에는 큰 차이가 있는 것으로 관찰됐다. 간단히 말해서 고속 로봇이 많이 배치된 생산 환경에 사람을 투입할 경우 사람을 보호하기 위해 상당한 안전 장치를 동시에 마련해야 하며, 이는 완전 자동화에 의해 달성할 수 있는 생산 효율을 떨어뜨릴 수밖에 없다.

wBMS 생산을 위해 공장의 작업 현장 전체에 무선 통신을 적용하는 것은 비접촉, 완전 로봇 EV 배터리 팩 생산의 문을 여는 것과 같다. 자동차에 wBMS의 이점을 실현하는 것 말고도 작업 인력이 하네스에 배터리 팩을 수동으로 배선하고 모듈과 연결을 테스트하는 데 시간을 들일 필요가 없으므로(게다가 이러한 활동은 지속적인 안전 교육을 수반한다), OEM은 CAPEX와 OPEX를 더욱 줄일 수 있다.

wBMS의 이러한 측면은 신생 OEM이나 기존 OEM 모두에게 똑같이 완전 무선, 완전 로봇 생산을 위해 기존의 유선 생산을 우회할 수 있는 기회를 제공한다. 이에 따라 OEM은 제한된 예산을 최대한 활용하는 생산 효율과 유연성을 실현할 수 있어, 자금이 풍부한 기존 경쟁사들을 상대로 민첩하게 경쟁력을 유지할 수 있다. 많은 시간과 비용이 드는 유선 배터리 팩 하네스 작업을 전담하는 로봇을 따로 둘 필요가 없으므로, OEM은 규모에 관계없이 고속, 고효율 로봇 생산의 모든 가능성을 실현할 수 있다. 아나로그디바이스는 생산의 각 단계에서 자동화를 지원할 수 있도록 wBMS를 개발하여 OEM이 wBMS 기술 적용 공장으로 쉽게 전환할 수 있도록 한다.

wBMS를 사용하면 OEM과 배터리 공급업체는 원하는 만큼 많은 배터리 팩 종류를 하네스 연결 없이 자유롭게 설계하고 생산할 수 있다. OEM은 총 개발 비용을 더 적게 들이고도 각 자동차 모델별로 소프트웨어 구성 가능한 공통 wBMS 플랫폼을 사용할 수 있다. 이것이 wBMS 가치 제안의 핵심이다. 높은 유연성을 확보함으로써, OEM은 진화하는 소비자 요구에 맞춰 다양한 차종의 전기 차량을 대량 생산으로 확장할 수 있다. GM은 획기적인 얼티엄(Ultium) 배터리 플랫폼을 지원하기 위해 wBMS를 채택하여 트럭에서부터 고성능 차량에 이르기까지 브랜드와 차량 부문에 걸쳐 플랫폼을 확장하고 있으며, 더 나아가 GM은 wBMS 기술을 적용해 차량의 보다 광범위한 전동화를 실현하고 있다. 뿐만 아니라 wBMS는 가용 수명 동안 배터리 팩의 탄소 배출을 줄이고 관련된 수익 잠재성을 확장하기 위해 훨씬 더 많은 일을 할 수 있다. "절감, 수리, 재사용" 전략을 통해 wBMS는 비용이 많이 드는 자동차 리콜을 줄이고, 수리를 간소화하며, 폐기 및 재활용보다 선호되는 대안으로 배터리 재사용을 촉진할 수 있다.

wBMS를 사용하면 훨씬 쉽게 예비 모듈 재고를 유지하고, 차량 서비스 중에 배터리 팩을 매우 쉽게 교체할 수 있다. 재고를 추적하고 찾거나 서비스 호출 중에 배터리 하네스를 절단하지 않고 제거하려고 할 때 수반하는 시간 손실이나 어려움도 없다. 모듈은 공급망을 통해 이동하면서 출고 및 입고 시 간단히 스캔되고 마지막으로 재고 선반에서 차량으로 이동하므로 기존 유선 BMS는 따라올 수 없을 정도로 손쉽게 설치가 가능하다. 이는 EV 개발 단계에서 단순한 서비스 이상의 영향을 미친다. 배터리 팩 설계자는 하네스를 제거하고 교체하는 방법을 조정하기 위해 더 이상 소중한 시간과 공간을 낭비할 필요가 없어 더 빠른 설계가 가능하며, 에너지 밀도가 높은 팩을 만들 수 있다.

또한 wBMS는 배터리 자체적으로 성능 측정 및 보고가 가능하기 때문에 조기 고장 감지를 향상하고, 비용이 많이 드는 차량 리콜을 방지하는 동시에, 최적화된 배터리 팩 조립을 가능하게 한다. 데이터는 배터리 조립에서부터 재고 및 운송, 설치 및 유지보수에 이르기까지 배터리 수명 주기 전체에 걸쳐 원격으로 모니터링할 수 있다.

배터리 팩의 가용 수명과 수익 잠재성을 최대화하고자 하는 OEM을 위해 wBMS는 2차 수명 배터리의 용도를 훨씬 더 효율적으로 변경할 수 있게 해준다. 하네스가 없으므로 훨씬 더 쉽게 배터리 팩을 수리 및 재사용할 수 있어 가능한 가장 긴 수명과 보다 친환경적인 탄소 발자국을 보장한다. OEM은 사용한 배터리가 정해진 노화 상태에 도달하면 태양광 또는 풍력 저장장치 등의 애플리케이션용으로 이들 배터리를 쉽게 재판매할 수 있다.

이러한 "절감, 수리, 재사용" 전략을 추구하는 OEM이 배터리 팩을 폐기 재활용하는 대신 수리할 경우, 배터리 팩당 7톤의 탄소 배출량을 줄일 수 있는 것으로 아나로그디바이스는 추정한다. 비용 절감 측면에서 OEM은 보통 개별 EV 배터리 팩을 재활용하는 데 약 1,000달러를 배정한다. 이는 OEM이 원래의 차량 판매에서 얻는 이익을 초과할 수 있으므로, 사용한 전기차 배터리로부터 가치를 최대한 끌어낼 수 있도록 가능한 빨리 재판매하는 방법을 찾는 것이 OEM으로서는 합리적인 선택일 수 있다.

EV 배터리 팩의 수명 주기가 더욱 연장됨에 따라 생산에서 사용 및 폐기에 이르기까지 모든 wBMS 모듈에서 엄격한 보안 프로토콜을 유지해야 할 필요성이 점점 더 커지고 있다. OEM은 항상 배터리 모듈의 무결성을 유지해야 하며, 만약 보안 상태를 독립적으로 검증할 수 없다면 2차 수명 애플리케이션에서 재사용할 수 있는 모듈의 가치는 사라질 수도 있다.

이는 자동차 서비스 가능성에도 중요한 영향을 미친다. wBMS 모듈은 기본적으로 자체 인증하도록 설계할 수 있으며, 배터리 팩은 ‘불량’ 모듈을 자동으로 거부하도록 설계할 수 있다. 이를 통해 보다 쉽게 정품 예비 부품만 배터리 팩에 포함하고, 보증된 공인 서비스 협력사가 설치하도록 보장할 수 있다.

여기에서도 이러한 조치를 구현하는 것은 wBMS의 모든 이점을 활용하려는 OEM에게 비용이 너무 높아 감당하기 어렵거나 커다란 장벽으로 인식될 수 있다. 배터리 또는 모듈의 전체 수명 주기에 걸쳐 확장되는 새로운 통신 플랫폼을 위해 전혀 새로운 보안 아키텍처를 설계해야 한다는 구상은 OEM에게 환영받기 힘들다.

ADI는 wBMS 및 보안 모듈 추적 기능에 대해 지속적으로 투자함으로써, OEM이 공개 키 기반 인증 방식의 편리함으로부터 혜택을 볼 수 없는 공급망 및/또는 시스템 전반에 걸쳐 보안을 유지하기 위해 들여야 하는 상당한 시간과 비용 부담을 덜어준다. 이러한 힘든 작업이 사전에 이미 완료되어 있으면, OEM은 최고의 사이버 보안 전문가로 구성된 (그리고 비용이 많이 드는!) 전담팀을 고용할 필요가 없다. 이처럼 ADI는 OEM이 CAPEX 지출을 최소화하면서 처음부터 이러한 엄격한 보안 요구사항을 충족하도록 지원한다.

이는 OEM이 한 번의 실수로 인해 예상되는 전체 비용 절감에 큰 타격을 입을 수 있다는 걱정 없이 wBMS 기술에 대한 투자의 전체 가치를 극대화하는 포괄적인 설계 전략이 필요하다는 것을 잘 보여준다. ADI의 첨단 배터리 팩 시뮬레이션 기술은 CAD 도면 단계가 시작되기 훨씬 전에 배터리 팩의 시뮬레이션된 ‘디지털 트윈’의 철저한 평가를 통해 wBMS 시스템 성능을 예측함으로써 OEM이 1차 통과(first pass) 설계를 성공적으로 달성하는 데 많은 도움을 줄 수 있다.

또한 이는 wBMS용으로 개발된 OEM 배터리 팩에 대한 적절한 설계 마진을 확보하는 동시에 주변 부품 생태계와의 wBMS 상호운용성을 확인하도록 도와준다. 이 점은 간과할 수 없는 중요한 사항으로, 개발 관점에서 진정으로 낮은 비용을 달성하려면 wBMS은 매우 견고하게 설계되어야 한다.

단지 ‘썩 괜찮은’ wBMS 설계는 여기저기에서 시스템 비용을 일부 절약할 수 있지만, 이 정도의 선행 지출 절감 효과는 이후의 설계 단계에서 시스템 결함이 드러나기 시작하면서 발생할 수 있는 추가 비용 때문에 완전히 사라질 수 있다. 잘 설계된 유연한 wBMS 설계는 개별 자동차 모델에 대한 개별 배터리 팩을 조정하는 것과 관련한 비용 초과와 부담을 방지할 수 있으므로 OEM의 배터리 팩 플랫폼에 대한 전반적인 확장성을 높일 수 있다.