글로벌 에너지 대전환 시대, 각 국가와 기업이 탄소 감축을 위해 재생 에너지 사용을 강조하고 전기차 사용을 확대하고 있다. 이에 따라 전기를 효율적으로 사용할 수 있는 충전 인프라와 에너지저장시스템(ESS)에 대한 관심도 커지고 있다. 우리회사는 지난 9월 열린 ‘K-배터리 쇼 2023(이차전지 소재·부품 및 장비전)’을 통해 미래 신성장동력으로 집중 육성하고 있는 전기차 및 충전 인프라 솔루션을 선보였다. 가온전선, LSEVK, LS머트리얼즈, LS알스코 등 자회사 제품을 총망라해 소개했다. 특히 전기차 충전소용 Busduct EV-way^TM를 처음으로 공개해 이목을 끌었다. 굵기와 무게를 획기적으로 줄인 액랭식 초급속케이블을 비롯해 차세대 이차전지로 불리는 울트라커패시터(UC)와 각종 전기차 부품 등도 선보이며 전기차 충전 분야에서의 경쟁력을 드러냈다. 이 외에 차세대 에너지로 주목받고 있는 수소를 보다 안전하게 이송할 수 있는 TCP(플렉시블 열가소성 복합 재료 파이프)가 눈길을 끌었다.

우리회사의 새로운 성장 모멘텀이 될 주요 제품 및 기술을 각 연구 개발에 참여한 전선인들이 소개한다.

기존에 주로 사용해 온 EV 충전 인프라는 충전기와 케이블을 개별 연결하는 형태이다. 한 충전소에 여러 대의 충전기를 놓으려면 그만큼 케이블 비용이 늘어난다. 뿐만 아니라 충전기와 케이블을 1:1로 연결하는 형태는 추가 전력을 쉽게 늘릴 수 없다는 단점이 있다. 우리회사는 고전류 배전 시스템에 적합한 Busduct를 통해 기존 EV 충전 인프라가 지닌 문제들에 대한 해답을 찾았다. 

Busduct EV 솔루션 EV-way^TM는 기존 전력 케이블과 달리 가정용 멀티 탭처럼 하나의 전력 라인으로 다수의 충전기를 연결해 사용되는 형태이다. 이러한 특성은 여러 이점을 갖는다. 전기차 수요 증가로 충전소내 구간 확장이 필요할 경우 전보다 비용이 절감된다.  모듈 타입의 Busduct를 충전간선용으로 간단히 연결해 설치할 수 있기 때문이다. 설비 및 공사 비용이 약 20~30% 절감되는 효과가 있다. 또한 상부에 설치하는 구조 특성 상 바닥/벽면 공사가 필요 없어 공간 활용도를 높일 수 있다. 더불어 기존 Busduct 모니터링 및 관제 시스템 활용이 가능해 더욱 안전하다. 이번에 전시한 EV-way^TM는 상부형 충전 릴 모듈 형태로 공간활용성 및 사용 편의성까지 갖췄다.

“EV 충전 인프라에 대한 제조 경험이나 생산 기반이 없다 보니 모든 과정이 험난한 초행길이었습니다. 가 보지 않은 길을 가기 위해서는 더 많은 노력이 필요했습니다. 관련 업체에 대해 알아보고, 세미나와 전시회에 참여하는 등 매일 해당 분야를 학습했어요. 기반기술연구소의 각 분야 전문가들에게도 많은 조언과 도움을 받았습니다. 그 결과 여러 협력 업체를 발굴하고, 사업모델에 대한 컨셉을 도출해 8개월 만에 시제품을 제작할 수 있었습니다. 앞으로 EV-way^TM가 우리회사의 미래 성장 동력의 한 축을 담당할 수 있을 것이라 기대합니다.”

기존 급속 충전케이블은 공기로 열을 제거하는 공기냉각 방식(공랭식)을 적용하고 있다. 제품이 무겁고 외경이 커 사용하기 어렵다는 문제점을 갖고 있다. 우리회사는 이러한 문제점을 개선하기 위해 액체냉각 방식(액랭식)을 적용했다. 

액랭식 초급속 충전케이블은 케이블 내부에 냉각액을 흐르게 함으로써 충전 시 발생할 수 있는 열을 크게 낮춘 제품이다. 또한 공랭식과 비교해 도체 크기가 1/4에 불과하지만 충전 속도는 2배 이상 빨라 더 많은 전류를 보낼 수 있다. 이러한 특성을 기반으로 케이블의 굵기와 무게가 절반 가까이 줄었다. 

설계상 가장 큰 특징은 도체와 냉매 튜브를 분리했다는 점이다. 냉매 유출 시에도 절연체가 분리되어 있어 위험성이 크게 감소한다. 이와 더불어 온도 변화에 민감한 절연체의 전기적 기능도 높아졌다. 도체와 냉매튜브를 분리했을 때 열 전달 효율이 감소되는 현상을 보였지만 열전도성 컴파운드(혼합물)를 적용해 보완했다.

“액랭식 초급속 충전케이블은 우리회사와 LSEVK가 협력해 이룬 성과입니다. 우리회사가 케이블과 냉각기 및 냉매 개발을, LSEVK가 커넥터와 충전 건 개발을 각각 진행했죠. 규격이 정해지지 않은 상태에서 개발을 시작했기 때문에 초기에는 재료와 구조조차 가늠할 수 없었습니다. 또 액랭식 충전케이블 시장을 과점해온 유럽 업체들의 특허로 인해 구조 개발 시 많은 고민이 있었어요. 오랜 연구를 거듭하며 우리회사가 보유하고 있는 산업용 특수 케이블 제품 중 수밀 제품의 구조와 공정을 통해 아이디어를 찾을 수 있었습니다. 기반기술연구소에서는 CAE 해석을 진행해 우리회사만의 구조를 확정했습니다. 초반에는 재료 측면에서 규격에 미치지 못하는 특성을 보이기도 했는데요. 절연체의 특성을 개선해 안정적인 제품을 제작할 수 있었습니다.”

초급속 충전케이블과 결합한 커넥터 개발은 LSEVK가 진행했다. 지난해 12월 국내에 첫 선을 보였고, 올해 9월부터 양산 판매를 하기 시작했다. 해외영업팀 김소영 사원은 국내외 전시회를 통해 제품 경쟁력을 확인하며 빠른 시일 내 시장을 점유할 수 있을 것이라 내다봤다.

“전기차 충전기는 무겁기 때문에 사용자가 떨어뜨려 파손되는 경우가 많습니다. LSEVK에서 개발한 초급속 충전커넥터는 AS가 용이한 구조로 설계됐습니다. 또, 케이블 길이와 충전기 색상 등 고객의 요구에 맞춰 납품이 가능합니다.”

수소는 지구상에 가장 많고, 가장 가볍고, 가장 작은 원소이다. 화석 연료와 달리 물 이외의 부산물이 발생하지 않는다. 물에서 생산돼 다시 물만 배출되는 에너지 순환 구조를 갖고 있어 자원 고갈의 염려가 없어 차세대 미래 청정 에너지로 주목받고 있다. 에너지원을 넘어, 에너지 저장체로도 활용할 수 있어 탄소중립시대의 ‘에너지 화폐’ 역할을 수행할 것으로 기대된다.

우리회사는 다가올 수소 시대를 선도하기 위해 다양한 수소연료발전 부품과 전송 기술을 연구·개발하고 있다. 수소 이송용 플렉시블 TCP는 비금속 수소 배관으로 기존 금속 배관과 달리 부식 문제에서 자유롭고 수소 취성 위험이 없다. 가장 큰 장점은 500m에 이르는 배관을 연결부 없이 시공할 수 있다는 것이다. 1km 시공 시 금속 배관은 100회에 걸친 접속 작업이 필요하지만, 수소 이송용 플렉시블 TCP는 단 1회 접속만으로 설치를 완료할 수 있다. 연결부를 최소화함에 따라 공사 기간이 짧고, 비용도 절감된다.

“아직 시제품 단계에 머물러 있지만, 2025년에는 실증 및 규격화를 이룰 수 있을 것으로 보입니다. 시제품 제작을 완료하기까지 많은 분들의 도움을 받았습니다. 여러 층으로 구성된 배관을 제작하기 위해 다양한 설비가 필요했지만 설비를 모두 갖추고 있는 곳이 없었는데요, 외주 업체와 구미·동해사업장 등 여러 곳의 설비를 각각 활용해 작업을 진행했습니다. 구미 송전생산팀의 설비로 수소차단층을 구성하고, 동해사업장 설비로 압축된 층을 제작했습니다. 수소 배관은 전 세계적으로 관련 규격이 없어 제품의 기준을 세우기 어려웠는데요. 다른 유체용 배관의 규격을 참고해 여러 특성의 참고치를 만들어 평가 샘플을 제작했습니다. 설비 공수와 재료 소모가 매우 큰 작업이었어요. 제작할 때마다 마치 전시품을 만들 듯 한 땀 한 땀 수제작으로 대응할 수밖에 없었는데요. 배관 내부의 투과막도 기성품에서 찾을 수 없어 수도 배관을 이어 붙인 끝에 압출이 가능한 길이로 제작할 수 있었습니다.”

수소 이송용 플렉시블 TCP가 기술 안정화 및 표준화에 성공하면 우리회사는 기존의 전기 에너지 전송을 넘어 수소 에너지 이송으로 에너지 전송의 새로운 옵션을 확보하게 된다. 앞으로 점점 더 확대될 수소 산업 생태계의 큰 축이 되기를 기대한다.