[인더스트리뉴스 권선형 기자] 테슬라, 메르세데스-벤츠, 포드, 폭스바겐 등의 글로벌 완성차 기업들이 리튬인산철(LFP) 배터리를 적용하기 시작하며 LFP 배터리에 대한 관심이 높아지고있다. 가격과 수명, 그리고 화재 안전성 경쟁력 때문이다. 전기차 원가 중 가장 높은 비율을 차지하는 것은 배터리팩(약 40%)으로 LFP 배터리는 NCM(니켈·코발트·망간) 등 삼원계 리튬이온배터리보다 약 20% 싸다. 화재에도 LFP 배터리가 더 안전하다. 육면체 구조인 LFP 배터리는 층상 구조인 NCM 배터리보다 태생적으로 폭발 위험이 작다. 방전 시 리튬이온이 빠져나가도 결정 구조가 열화 돼 부푸는 현상도 거의 없어 국내 대기업들도 최근 LFP 배터리 기술개발에 나서고 있다. 11년 전부터 LFP 배터리 기술을 바탕으로 국내 LFP 배터리 시장을 이끌고 있는 기업, KPC(한국파워셀)가 돋보이는 이유다.

KPC 권진근 대표는 “배터리 화재가 나기 전에 이상 징후를 파악해 원천 예방하는 KPC 기술이 시장의 게임체인저가 될 수 있을 것”이라고 말했다. [사진=인더스트리뉴스]

KPC는 AI, ICT 기반의 고안전&장수명 리튬배터리 전문 기업으로, LFP 기준 국내 중소형 리튬배터리 업계 1위 기업이다. 골프카, 청소차, 배전지능화용, AGV, 지게차, ESS 등 다양한 산업분야에서 누적판매량 140MWh를 달성했다.

KPC 권진근 대표는 “구동용, 산업용 LFP 배터리 납품실적 국내 1위 기업으로, 한전과 현대건설기계 등에서 기술력을 인정받아 배전지능화용과 지게차용으로도 납품하고 있다”며, “앞으로 ESS, 선박, 자동차 등 더 다양한 산업에서 수요가 폭발적으로 늘 것으로 전망해 이에 관련한 기술개발과 인증을 준비하고 있다”고 말했다.

KPC의 리튬배터리 적용 분야 [자료=KPC]

고효율 장수명 LFP 배터리

권 대표가 일찍부터 기술개발에 나선 건 미래는 리튬이온배터리 시대가 될 것이라 판단해서다. 시장에서는 더 효율적이고 안전한 배터리를 원하고 있었다. 권 대표가 주목 한 건 수명이 길고 효율적이며 화재 가능성이 낮은 LFP 배터리.

가장 먼저 골프장 카트에 적용했다. 당시 카트에는 납축배터리가 사용돼 담당자들이 배터리 관리에 애를 먹고 있었다. 수시로 방전 되는가 하면 충전 시간도 오래 걸리고, 겨울철에는 큰 용량 저하로 운행거리가 짧았다. 특히 카트 당 6개 배터리에 증류수를 1~2개월 단위로 수십대를 보충해줘야 해 스트레스가 많았다. 업다운이 심한 골프장의 경우는 에너지 부하가 커 수명도 짧아 경제성도 떨어졌다.

권 대표는 “현장 애로사항을 직접 보면서 획기적인 게임 체인저가 필요하다고 생각해 증류수 보충 등의 관리가 불필요하고, 납축배터리 대비 고출력과 3~4배 이상의 수명이 나와 관리와 가성비 측면에서 유리한 LFP 배터리를 카트에 적용했다”고 말했다.

권 대표의 예상대로 현장 효율성은 크게 개선됐다. LFP 배터리는 납축배터리 대비 3~4배 높은 수명을 갖으면서도 크기와 무게는 30%에 불과했다. 반면 출력은 3배 이상 높고 충전 속도도 5배 이상 빨랐다. 충방전 효율마저 높아 전기료도 40% 절감됐다.

권 대표는 “시장의 니즈를 정확하게 분석해 성공한 사례로, 이후 이를 기반으로 더 다양한 분야에 적용하기 위해 기술개발에 들어갔다”며, “점점 더 많은 영역에서 LFP 배터리 수요가 생기기 시작했다”고 말했다.

리튬배터리 특장점(납축배터리 대비) [자료=KPC]

독보적인 BMS 기술력으로 구동용·산업용 1위

이후 더 다양한 분야에 LFP 배터리팩을 적용한 KPC는 현재 시동용, 구동용, 산업용, 에너지시스템용 LFP 배터리팩 시장을 주도하는 리튬배터리 국내 1위 기업으로 발돋움 했다. 골프장 카트 배터리는 LG나 삼성보다 더 많은 납품실적을 올리며 시잠점유율 1위를 기록하고 있다. 또 홈플러스나 이마트에서 운용되는 청소차용 배터리와 한국전력의 배전지능화용 배터리 납품실적도 1위다. 최근에는 현대건설기계에 지게차용 배터리, 포크레인용 리튬배터리를 공급하고 있다.

권 대표는 “KPC의 핵심 연구원들은 배터리 전문가와 BMS 전문가로 구성돼 국내 주요 전기차에 장착중인 리튬팩과 BMS, 각종 ESS를 개발했다”며, “BMS의 기능 안전 ASIL C Grade 수준의 개발능력을 갖췄다”고 말했다.

KPC는 LFP 배터리팩 BMS(Battery Management System, 배터리관리시스템)에서 독보적인 기술을 갖고 있다. 저발열, 원격모니터링, Cell Balancing, GUI Interface, 과전류 차단, 과방전 보호, 불량 원인 추적과 이력 등 배터리를 관리해주는 기술로, 현재 다수의 대기업에서 BMS 기술개발을 요청하고 있다.

권 대표는 “KPC는 현재 30여종이 넘는 BMS를 개발해 자체 개발제품 적용, 캠틱종합기술원, 대기업, 한전 KDN, 한국전력 등에 2만여 세트를 공급했다”며, “한 대기업에서 NCM 배터리 기반의 AGV(고정 노선 운송로봇)에서 불이 나, KPC 배터리로 바꾼 후 수명과 안전성에서 만족도가 높아 다른 대기업에도 배터리팩을 납품하고 있다”고 말했다.

KPC 권진근 대표가 통합원격관제센터에서 배터리 모니터링시스템을 설명하고 있다. [사진=인더스트리뉴스]

인공지능형 배터리 모니터링시스템으로 화재 ZERO 도전 

KPC는 카이스트와 공동으로 ‘인공지능형 배터리 모니터링시스템’을 개발하고 1단계 사업화 중에 있다. 배터리마다 무선통신모듈을 달아 초단위로 전압, 전류, 온도 등을 실시간 수집하고 인공지능 분석을 통해 잔존수명과 화재, 불량 등의 발생 시점을 사전에 예측할 수 있는 기술이다. 어플라이드 에너(Applied Energy) 저널에 게재된 혁신 기술로, 예측률이 90%를 넘는다.

KPC는 이 기술을 활용한 통합원격관제센터와 소프트웨어 개발도 완료했다. 이를 활용하면 배터리 상태를 실시간 알 수 있게 돼 사전에 이상 징후를 파악하고 화재를 원천적으로 막을 수 있다. KPC는 이 기술로 2020년 중소벤처기업부에서 실시한 ‘도전! K-스타트업2020’에서 7,112개 기업 중 최종 8위에 올랐다.

권 대표는 “지금 배터리 시장에서는 화재방지를 위해 열감지, Gas감지, 소리감지 등의 센싱 기술과 소화약제 등을 활용하고 있지만, 문제는 배터리는 불이 나기 시작하면 순식간에 번져 이 기술로는 한계가 있다”며, “화재가 나기 전에 이상 징후를 파악해 원천 예방하는 KPC 기술이 시장의 게임체인저가 될 수 있을 것”이라고 말했다.

원격 모니터링 관제시스템 + AI (인공지능) 불량 사전 예측 [자료=KPC]

사용후 배터리 시장 선점

KPC는 사용후 배터리도 지난 2015년부터 사업화했다. 최근에야 기업들이 관심을 보이는 분야임을 감안하면 시장을 바라보는 통찰력이 높은 대목이다.

권 대표는 “90% 이상 성능이 있는 사용후 배터리가 90%가 넘어 자원 재순환이 필요하다는 관점에서 사업을 시작했다”며, “사용후 배터리를 선별하고 재제조를 통해 매년 골프장 카트용 배터리 200개 이상을 판매하고 있다”고 말했다.

사용후 배터리 시장은 크게 재사용, 재제조, 재활용 분야로 나뉜다. 배터리는 사용후 잔존 용량에 따라 여러 방식으로 재활용할 수 있다. 재사용 방식은 사용후 배터리를 있는 형태 그대로 다른 용도로 다시 사용하는 것을 말한다. 보통 전기차 배터리는 초기 대비 70~80% 수준으로 용량이 떨어지면 교체하는데, 이를 ESS로 재사용할 수 있다. 재제조는 사용후 배터리의 사용처에 맞게 형태 변경을 통해 새 제품으로 되돌리는 방식이다. 재활용은 잔존용량이 없어 더 이상의 재사용 또는 재제조가 불가한 경우 사용후 배터리의 분쇄 후 핵심 원소들을 수거해 다시 사용하는 것을 말한다.

KPC는 사용후 배터리 시장이 2024년부터 활발해 질 것으로 전망하고 있다. 현재 정부는 사용후 배터리를 분류하고 성능을 진단하는 표준 기술과 매뉴얼 등을 2024년 도입할 계획이다.

권 대표는 “현재 사용후 배터리는 연구용으로 쓰고 있지만 2024년에는 국내 친환경차 사용후 배터리가 약 1만개가 나오고, 2030년에는 10만개, 2040년에는 사용후 배터리 총 누적 발생량이 약 45만 개까지 늘어날 것으로 전망된다”며, “KPC는 사용후 배터리 재제조 분야에 집중해 기술을 더 고도화 할 계획”이라고 말했다.

사용후 배터리는 2030년 국내 약 1조2,000억, 전 세계 20조 시장으로 커질 전망이다.

차별성 갖춘 KPC의 ESS

KPC는 확대되고 있는 ESS리튬팩 준비도 마쳤다. 특히 최근 깊은 충방전, 고출력, 내충격, 내부식, 내진동까지 요하는 다양한 사용 환경이 증가하고 있음에 따라 관련 기술을 고도화 했다.

권 대표는 “최근에는 진동, 충격, 해수, 해풍 등 척박한 환경으로 사용처가 확장되고 있어 갈수록 ESS에 대한 기술 요구사항이 늘고 있다”고 말했다.

KPC는 이러한 다양한 환경 속에서도 ESS의 안정적인 사용을 위해 장수명, 고성능 LFP 배터리를 적용하고 셀, 모듈, 랙 설계 시 내진동, 내충격, 내부식 특성을 강화했다.

아울러 화재예방, 감전방지, 단락방지, 실시간 인공지능 진단 등의 기술을 적용했다. 올레빈구조 LFP 배터리의 우수한 화학적 안정성으로 NCM 배터리 대비 수명이 1.2~2배 이상 길다. 또한 모듈단위가 아닌 개별 셀 단위의 온도 센싱 적용과 강제 냉각 시스템 적용으로 과열 시 ESS 시스템의 온도관리와 차단 등 안전성을 강화했다. 또 배터리 상태를 실시간으로 상태분석하고, 수집된 데이터를 인공지능 분석으로 잔존수명과 불량을 예측할 수 있다.

KPC의 ESS MAP [자료=KPC]

권 대표는 “KPC는 ESS를 주파수조정용, 신재생에너지발전소, 전기차충전소, AMP, 선박, 스마트공장, HESS, 긴급전원공급 및 세차장 등에 적용할 계획”이라며, “국가표준원 주도 화재 안전성이 강화된 ESS KC62619 인증이 나오는 1월부터 본격적으로 수요가 늘 것으로 보인다”고 말했다.

이어 권 대표는 “KPC는 2026년 매출 1,000억원 달성과 코스닥 진입, 리튬배터리팩 시장 1위를 목표로 하고 있다”며, “앞으로도 혁신기술 개발을 통해 리튬이온배터리 시장을 이끄는 기업으로 거듭날 것”이라고 말했다.

KPC : www.koreapowercell.co.kr

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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