체결 기술
볼트 하나도 놓치지 않고 가압!
전기차용 배터리 팩을 안정적이고 효율적으로 체결하는 방법
전기차와 하이브리드 자동차에 사용하는 배터리 팩은 전류가 통하는 상태에서 체결해야만 합니다. 조립에 오류가 발생하면 작업자의 건강은 물론 자동차와 안전 시스템의 올바른 기능 수행이 위험해지므로 모니터링 의무화와 엄격한 요건의 문서화가 적용됩니다. 생산 및 서비스 분야에서 기준을 준수하면서 경제적 요인에도 부합하는 방식으로 연결부를 체결하기 위하여 4차 산업에서는 어떤 솔루션을 제공할까요?
배터리 팩 하나에 수백 개의 볼트
느리지만 e모빌리티는 확실히 모멘텀을 가져가고 있습니다. 2025년에는 전기차와 하이브리드 자동차 생산량이 2천만 대에 육박할 것으로 추산됩니다. 그에 따라 생산과 서비스 매니저는 생산 라인과 작업장을 준비해야 합니다. 앞으로 모델에 따라 수많은 배터리 팩을 수백 개의 볼트로 조립해야 합니다. 볼트 조립은 동력과 주행 거리, 수명, 자동차 안전에 큰 영향을 미칩니다. 만약 주행 중에 개별 부품이 고장 난다면, 생명이 위험해지고 부상당할 수 있으며 환경에도 위험 요인이 됩니다. 따라서 공급자와 OEM은 VDI/VDE 표준 2862에 따라 안전에 필수적인 모든 연결부 체결을 정밀하게 모니터링하고 그 데이터를 문서로 기록하여 10년간 보관해야 합니다. 어떻게 하면 공정 품질을 보장하면서 생산과 서비스를 경제적으로 또 효율적으로 전환할 것인가, 많은 매니저들은 이 점을 알고 싶어 합니다.
복잡한 배터리 조립에서 안전에 필수적인 연결부 체결: Bosch 밤베르크 공장에는 통합 센서가 달린 지능형 무선 너트 러너가 있습니다. 이 너트 러너는 부상과 제조물 책임 위험은 물론 많은 비용이 들어가는 재작업을 방지합니다.
전류가 통하는 상태에서 조립하려면 안전에 관한 새로운 개념이 필요합니다.
배터리 팩은 제어장치와 하우징 부품, 리튬 이온 전지로 만든 무수히 많은 배터리 모듈로 구성된 하나의 완전한 시스템이며, 부분적으로 전기가 들어오는 공장에서 제조합니다. 모듈 교체 같은 수리 작업조차 전류가 들어오는 상태에서 작업하는 경우가 흔합니다. 400~600볼트에서 합선되면 치명적입니다. 휴대용 체결 공구를 전원선에 연결하여 이용하는 경우 너트에서 너트 러너로, 너트 러너에서 제어장치로 의도치 않게 전도성 금속 부품에 전기를 옮길 위험이 있습니다. 이렇게 되면 당연히 휴대용 너트 러너를 들고 작업하는 작업자에게 큰 위험이 됩니다. 수익성을 유지하면서 부상과 환경 피해, 제조물 책임 사태를 방지하려면 기록과 무선 데이터 전송이 가능하며 안정적이고 확장 가능한 지능형 체결 솔루션이 필요합니다.
완전한 시스템: 지능형, 무선, 안전
Bosch Rexroth 배터리 생산 현장에서는 작업자의 안전을 최대한 보장하는 한편 공급자와 OEM이 VDI/VDE 2862 요건을 쉽게 충족할 수 있는 올인원 솔루션을 몇 년 동안 테스트한 끝에 마침내 시장에 내놓았습니다. 완전히 절연되는 Nexo 무선 너트 러너와 배터리 조립용으로 설계한 보호 절연 NXAP030/ NXPP012를 결합했습니다. 따라서 전압이 전달되는 배터리 부품에 너트 러너를 실수로 올려놓는 경우는 물론 너트 러너에 전압을 전송하는 경우에도 보호됩니다. 전류 등급 최대 800볼트에서도 보호되는 절연 설계라는 사실은 Dekra에서 확인받았습니다. 보호 절연은 헐렁한 옷이 출력 드라이브에 걸리지 않도록 예방해 주기도 합니다.
출력 드라이브와 공구 마운트의 보호 절연이 위험 전압으로부터 작업자 보호: 전기차용 배터리를 조립할 때 400볼트 이상이 흐를 수 있으나, 이미 48볼트 수준에서 예방 조치를 취해 두었을 것입니다.
집약된 기술 전문성
Rexroth는 30년 이상 제어형 체결 기술에 쌓은 기술 전문성을 지능형 Nexo 무선 너트 러너에 쏟아부었습니다. 1982년에 세계 최초로 전자 드라이브 속도 차단 기능을 갖춘 전기 체결 시스템을 도입했습니다. 그리고 이후 10년 동안 유연한 단계별 프로그래밍을 갖춘 최초의 체결 시스템과 최초의 완전한 디지털 체결 시스템이 뒤를 이었습니다. Nexo가 탄생하기 정확히 20년 전에 세계 최초의 디지털 휴대용 너트 러너가 선을 보였습니다. 이 혁신적인 기술의 다채널 역량과 통합 논리는 오늘날까지 이어져 오고 있습니다. Bosch Rexroth와 Bosch Software Innovations의 협업 하에 가장 최근에 개발한 소프트웨어 솔루션인 Process Quality Manager는 빅 데이터 분석을 이용하여 생산 공정의 편차를 감지합니다.
트렌드 주도의 원동력: Bosch Rexroth는 35년간 제어형 체결 기술의 개발을 주도했습니다.
4차 산업에서 공정을 신뢰할 수 있는 체결
Rexroth 역시 핵심 사용자로서 자사 전문성을 4차 산업에 적용합니다. Nexo에 완전히 통합된 제어 장치가 있기 때문에 추가 하드웨어 없이 생산 현장의 네트워크에 온전하게 설치되며, 라인 제어 및 아카이브 서버와 직접 통신합니다. 이러한 웹 기반 소프트웨어는 PC 또는 스마트 기기에서 위치와 무관하게 데이터에 액세스합니다. 무선 너트 러너에 바코드 스캐너가 통합되어 있으므로 해당 부품을 식별하여 조립 공정 어디에서나 작업자를 정확하게 안내합니다. 무선 연결이 끊길 경우 장치에서 일시적으로 조임 결과 데이터를 데이터 버퍼에 저장하고, 연결이 복구되는 즉시 자동으로 전송합니다. 분산 지능과 연결성, 통합 데이터 수집, 배치 크기 1에 이르는 타깃형 공정 제어 등을 갖춘 Nexo 무선 너트 러너는 4차 산업의 모든 기준을 충족합니다.
VDI/VDE 2862와 효율성의 결합
안전에 필수적인 연결부 체결에 대한 의무적 모니터링과 문서화에 따라 회전 토크와 각도를 너트 러너에서 바로 측정해야 합니다. 예를 들면 회전각과 토크 센서를 통해 측정할 수 있습니다. 소비 전류를 통한 간접 측정으로는 충분하지 않습니다. 각 체결 공정에서 Nexo의 폭넓은 센서 시스템이 DIN A4 데이터를 최대 4페이지까지 생성하며, 이를 오픈소스 JSON 형식(JavaScript Object Notation)으로 이용할 수 있습니다. 공정 매니저는 정확한 그래프를 받아보고 각각의 체결의 경우를 신속하게 분석합니다. 이를 최적의 공정과 비교하여 법적 체계에 명시된 내용에서 크게 벗어난 조립 오류를 찾아낼 수 있습니다. 예를 들어 배터리 조립에서 케이블 클램프를 체결할 때, 체결 프로그램에서 사전에 지정해 둔 매개변수로 인해 부정확한 케이블을 감지할 수 있습니다. 정확하지 않은 볼트와 누락, 이중 와셔도 좋은 예입니다.
효율적인 도입과 전환: 통합 지능을 갖추고 확장 가능한 종합 솔루션으로서 Nexo 무선 너트 러너는 기존 IT 시스템에 설치 가능합니다.
비용이 소요되는 재작업 대신 정확한 작업자 안내
데이터베이스의 크기를 통해 결함 예방 전략의 실제 효과와 많은 비용이 드는 재작업 예방 효과를 판단할 수도 있습니다. 배터리 조립은 궁극적으로 정밀하게 정의된 순서를 따르므로 연결부 조립의 누락이나 결함은 절대 발생할 수 없습니다. 공정에서 연결부 조립의 수를 관리하고 불량 연결부를 즉시 파악하기 위하여 각 체결의 경우에 맞게 별도의 프로그램을 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 풀기와 재체결을 포함하여 최대 12단계로 구분됩니다. 작업자는 디스플레이 단말 및 국부화 솔루션과 함께 정확한 안내를 받게 됩니다. 예를 들어 모니터의 파란색 점은 다음 체결 위치입니다. 이 부분을 무사히 체결하면 녹색으로 변합니다. 체결 작업 중 중단도 가능합니다. 그러면 중단한 체결 위치를 저장하여 작업 재개 후 작업자에게 표시합니다. 너트 러너의 위치가 올바르지 않은 경우 승인이 떨어지지 않습니다. 카메라 기술과 초음파, 또는 이 둘을 결합한 방식으로 송신기와 수신기 사이의 삼각 측량을 이용하여 해당되는 너트 러너 국부화를 실행합니다. 고정 시스템을 이용하여 너트 러너의 위치를 10mm 이내로 정확하게 잡을 수 있습니다.
결론: 개조 시 '제로 결함'
믿을 수 있는 체결을 위한 완전한 지능형 시스템을 갖춘 자동차 제조사와 공급자, 서비스 제공사는 작업자의 건강을 효과적으로 보호하고 의무적인 모니터링과 문서화를 넘어서 생산성을 높이며, 장기간 공정 품질을 보장하고 최적화할 수 있습니다. 그뿐만 아니라 각종 기준을 준수함은 물론 효율적이고 결함 없는 방식으로 전기차용 배터리 팩의 복잡한 조립 순서를 설계할 수 있습니다.