[인더스트리뉴스 최인영 기자] “화재 위험은 낮추면서 냉각 효율은 높인 액침 냉각(Immersion Cooling) 기술 개발에 성공했다. 최근에는 AGV(물류용 무인운반 로봇), AMR(자율이동로봇), 지게차 등 배터리 분야 투자에 집중하고 있다”
창립 20주년을 맞은 인셀은 AGV·AMR용 배터리를 비롯한 ESS(에너지 저장 장치) 제조 전문 기업이다. 정창권 대표는 최근 배터리 전기차(EV) 화재로 인해 국민 불안감이 높아진 것을 우려하면서 기본의 중요성을 재차 강조했다.
“세계에서 가장 높은 수준의 안전성을 요구하는 UL의 인증을 다수 획득했다. 최근에는 액침 냉각 기술을 적용한 배터리 모듈을 선보이면서 화재 없는 ESS 실현에 기여하고 있다”
인셀은 안전성을 최우선 과제로 삼아 지난 10여년 이상 글로벌 기업과 국내 유관 기업에 ESS를 납품해 온 성과를 바탕으로 아시아 시장을 넘어 북미 시장 진출을 계획하고 있다.
화재 없는 에너지저장장치 ‘exCube’ 개발
“지난 3년간의 연구 성과를 담은 차세대 ESS 시스템 ‘exCube’를 출시했다. 배터리셀을 항상 소화액제에 잠겨 있도록 설계해 화재 위험과 확산을 막도록 했다”
정 대표는 지난해 7월부터 1년간 실증을 거쳐 특허 출원에도 성공했다고 강조했다. 핵심은 ‘냉각’과 ‘질식’이다. 즉 인접 셀로 불이 옮겨 붙는 것을 막을 수 있어 ‘화재 없는(Fire Free) ESS’를 실현하는 셈이다.
제품 exCube는 세계 최초로 배터리 모듈을 냉각유(Cooling Fluid)로 채워진 탱크에 액침시켜 운전하는 액침 탱크 방식(TICS)을 적용해 열폭주가 발생할 경우 즉각적인 냉각과 질식을 통해 화재 발생을 원천 차단할 수 있다. 전기차 배터리 화재 진압을 위해 전기차를 통째로 수조에 담가 소화하는 것과 같은 개념이다. 높은 에너지 밀도와 긴 수명은 물론 업계 최고 수준의 안전성을 확보했다는 것이 정 대표의 설명이다.
“대규모 산업용 ESS 시장을 겨냥한 제품이 곧 출시를 앞두고 있다. 공장 내에서 안전하게 사용할 수 있도록 액침 냉각 기술을 적용한 AGV·AMR 배터리도 개발 중이다”
ESS는 매일 충전과 방전을 거듭하면서 내·외적인 스트레스가 쌓일 수밖에 없다. 가혹한 환경에서 운전되기 때문에 사고를 예방하는 새로운 안전 대책 요구도 끊이지 않고 있다.
“현재 대부분의 소화방식은 열폭주를 감지한 후 컨트롤러를 통해 물이나 소화제를 분사해 화재를 진압하는 과정을 거치기 때문에 소화 실패 가능성이 높다. 반면 인셀의 TICS ESS는 배터리셀이 항상 소화액제에 잠겨 있어 화재 발생을 원천 차단할 수 있다”
인셀은 셀(Cell) 단계에서 모듈(Module), 랙(Rack)에 이르기까지 화재 예방과 확산 방지를 위한 강화된 안전 기술을 지속 제공하고 있다. ESS의 핵심인 리튬배터리를 비롯한 모든 구성요소를 직접 생산할 뿐 아니라 사업성 분석, 설계, 시공, 사후관리까지 수행함으로써 업계에서 요구하는 15년 이상의 경제성과 안정성을 보장하고 있다. 태양광 연계형, 풍력 연계형, 주파수 조정용, 건물·공장 수요조절용, 비상발전기 대체용 등 ESS 라인업을 갖추고 있다.
“기존 업체들은 배터리 충·방전 시 발생하는 열을 냉각플레이트를 통해 간접 냉각하는 반면 인셀은 냉각유에 담가 직접 냉각함으로써 균일하고 우수한 냉각 효과를 얻고 있다. 이는 배터리 수명과도 연계된 중요한 부분으로 국가공인 인증시험기관의 열폭주 실험을 거쳐 100% 소화 능력을 확인했을 뿐 아니라 미국의 화재전이시험(UL9540A) 기준도 충족했다”
정 대표는 올해 하반기 exCube를 동남아 국가에 설치해 고온다습한 지역에서의 추가 실증을 거칠 예정이라고 밝혔다. 현재 미국, 일본 ESS 관련 기업과도 협의 중에 있다고 덧붙였다.
“최근 리튬이온 배터리 화재가 증가하면서 배터리 사용은 차량뿐 아니라 공장, 건물, 송·배전 분야에서 아주 민감하고 중요한 사안으로 떠오르고 있다. 인셀은 ESS와 리튬배터리를 전문 제조하는 중소기업으로서 안전하고 효율적인 리튬배터리 운용을 목표로 다양한 기술을 끊임없이 연구하고 있다”
산업 현장에서 국민 일상까지 ‘배터리 안전’ 강화
“자체 개발한 BMS(배터리 관리 장치)와 배터리 패키징 기술을 앞세워 산업용, 상업용, 모빌리티용에 이르기까지 일상 생활 전반에 걸쳐 리튬배터리를 안전하게 공급하고 있다. 기술 특허는 물론 세계에서 가장 까다로운 수준으로 평가받는 UL인증도 다수 보유하고 있다”
BMS는 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정해 배터리를 효율적으로 사용할 수 있도록 전력변환장치와의 통신을 통해 충·방전 전류를 제어하며, 비정상적으로 작동할 경우 즉각 안전장치를 작동시키는 역할을 한다.
기업슬로건 ‘Leader of BoT’의 BoT(Battery of Things)는 모든 사물은 배터리로 작동된다는 의미를 담고 있다. 즉 배터리는 더이상 특정 분야에 적용되는 기술이 아니라 용도와 환경에 맞춰 다양하게 설계하고 접목할 수 있다는 뜻을 지닌 셈이다.
“ESS 기술력을 강점으로 산업, 통신, 모빌리티, 군사 위성, 의료용 분야에 패터리팩 제품을 공급하고 있다. 최근 공장자동화가 제조업의 혈류가 되면서 공장 내 배터리 사용도 민감한 사안으로 떠올랐다. 공장에서 발생하는 화재는 순식간에 수십억에서 수천억원에 이르는 재산 손해와 함께 인명 피해까지 초래할 수 있는 중대 재해이기 때문이다. 이같은 요구를 반영해 공장에서 안심하고 사용할 수 있는 안전한 배터리를 연구할 뿐 아니라 배터리 교환식 또는 무선충전시스템 을 적용한 AGV·AMR용 배터리팩을 개발하고 있다”
정 대표는 이미 지난 10여년 이상을 삼성, 한화, 두산(지게차)과 같은 세계적인 기업은 물론 국내 AGV·AMR 업체에도 제품을 지속 납품해오고 있다고 강조했다. 안전성을 차별화된 경쟁력으로 꼽았다.
“삼성SDI의 셀을 사용해 SDI 내부 검증 테스트인 CET를 통과하면서 제품 안전성을 입증했다. 특히 열폭주 전이 방지 설계를 통해 가장 안전한 배터리팩을 생산하고 있다. 안전성과 관련한 다양한 인증과 특허를 보유하고 있다. 화재 예방이 기술의 핵심이라고 판단했다”
인셀은 지난 2007년 국내 최초로 ESS를 개발하면서 꾸준하게 연구개발을 이어 왔다. 삼성 SDI의 소형 셀을 인셀만의 특화 기술로 패키징해 연쇄발화를 방지하는 등 품질과 안전성을 확보했다. 배터리팩과 ESS는 세계적 권위의 안전인증인 UL1973, UL9540A, IEC62619 등을 획득하면서 품질, 안전성, 기술력 등 삼박자를 고루 갖췄다. 배터리 화재 발생 단계 또한 3단계로 분류하고, 단계별 원인을 분석해 화재를 예방할 수 있는 종합 화재 예방 솔루션을 개발하는데 성공했다.
인셀의 리튬배터리시스템은 삼성 SDI의 리튬이온배터리 셀을 적용해 안전성, 에너지밀도, 장수명 등을 향상켰을 뿐 아니라 수십에서 수백 MWh에 이르는 용량 설계도 가능하다.
“인셀의 원통형 셀은 에너지밀도가 높은 이차전지로 작은 부피 대비 높은 에너지 밀도를 갖고 있어 설계의 유연성을 높일 수 있다. 대형 셀보다 용량이 적기 때문에 열폭주로 인한 화재를 막을 수 있다”
원통형 셀은 △ESS용 △통신용 △1시간 이하 백업(back-up)용 UPS △모빌리티용(의료기기, 드론, 전동 보트, 전동서핑보드 등) △특수 분야(군용, 로봇, 인공 위성 등)에 쓰일 수 있다.
“UL 시험 기준에 따르면 열폭주가 발생하더라도 주변 셀에 미치는 영향력을 최소화해야 화재 확산을 막을 수 있다. 제조원가도 대형 셀보다 저렴하다. 무엇보다 이상 발생 시 대형 셀과 달리 사후관리가 비교적 쉽다”
정 대표는 중대형 셀의 경우 단전지 불량 발생 시 배터리 전체에 미치는 영향이 크고, 수리 또한 어려워 전체를 교체할 수밖에 없다고 설명했다. 반면 소형 셀은 해당 셀만 교체할 수 있어 유지보수 비용과 고장으로 인한 파급을 줄일 수 있다고 강조했다.
작은 셀을 병렬 결합해 안전성뿐 아니라 장시간 구동으로 인한 용량 저하를 막을 수 있는 것도 소형 셀의 특징이라고 정 대표는 말했다. 회사에는 열폭주 전용 시험장을 설치해 제품 개발 과정부터 열폭주 시험을 반드시 거치도록 했다고 설명했다.
“각 모듈 BMS에 센서를 탑재해 화재 발생 시 경고와 함께 시스템에서 배터리를 분리하도록 했다. 배터리 구동에 가장 많은 영향을 미치는 스트레스는 충전율이라고 판단해 85% 이하 충전율을 지키도록 강제하는 등 배터리 운영 측면에도 주의를 기울이고 있다”
인셀은 고객사에 맞춤형 제품 제작은 물론 인증과 특허 취득까지 폭넓게 지원하고 있다. 최근에는 현재 파트너와의 협력과 AGV 시장에 주목하고 있다.
자체 기술력으로 ‘글로벌 강소기업’ 발돋움
“아시아 시장에서는 인셀의 기술력이 호평을 받고 있다. 향후 북미 시장으로 영역을 확장할 계획이다. 특히 AGV용 배터리팩과 ESS 솔루션을 중심으로 현지화 전략을 추진할 예정이다. 현지 파트너와 협력해 맞춤 솔루션을 제공하는 한편 각국 정책에 걸맞은 최적 솔루션을 공급하고자 한다”
인셀의 기술력은 일본, 대만, 중국, 태국 등 아시아 시장과 함께 독일을 비롯한 유럽 시장에서 이미 진가를 발휘하고 있다. 시장 다변화에 발 빠르게 대처하면서 정부와 공공기관의 해외 시장 개척 지원사업이나 KOTRA의 지사화 사업 등에 참여해 쌓은 네트워크도 중요한 자산이 됐다.
“삼성 SDI의 원통형 소형 셀을 사용해 ESS용 배터리 시스템을 제작하는 국내 유일한 기업으로서 전 세계 시장을 목표로 유통망 확대, 인적 교류, 해외 전시 참관 등을 통해 우수성을 널리 알릴 것이다. 가격 경쟁력과 유지보수 또한 인셀만의 특화된 전략이다”
소형 셀의 강점은 정부가 추진하는 분산에너지 확대에도 중요한 역할을 할 것으로 내다 봤다. 올해 6월 시행된 분산에너지특별법과 함께 장주기 ESS(LDES) 시장의 잠재가능성에 주목했다.
“장주기 ESS 시장은 아직 대기업 위주로 짜여져 있지만 배전용 ESS 사업은 중소기업에도 기회가 있을 것으로 판단한다. 배전용 ESS는 배전 설비를 추가하지 않고 ESS에 전력을 저장하는 새로운 개념의 시스템으로 분산형 전원 추가로 인한 선로 부담을 줄일 수 있다.”
정 대표는 부하 근처에 설치되는 배전용 ESS의 특성상 그 어느 때보다 안전을 강조할 것으로 판단했다. 또한 최근 출시한 exCube의 잠재력도 높이 평가했다.
“제조 공정에서 인클로저에 모듈을 장착해 현장에서 별도 설치 작업을 하지 않도록 해 설치 기간과 비용을 줄일 수 있다. 설치 후 유지보수 비용도 크게 낮출 수 있다. 이중 외함구조를 통해 고온 다습하거나 염해·혹한 지역 등의 기후환경에도 적절히 대응할 수 있다. 지속가능한 에너지전환에 기여하기 위해 앞으로도 안정적이고 친환경적인 에너지저장솔루션을 선도해 나갈 것이다”
