자동차 제조 업체들이 새로운 전기자동차의 개발과 출시 시기를 앞당기고 있다. 전기 파워트레인은 구성 면에서 내연 기관과 크게 다르기 때문에 새로운 전기자동차 부품 생산과 조립에 잘 적응해야 한다. 자동차 산업 품질 보증의 주된 과제는 정밀도에 대한 요건을 충족해야 한다. 

경량화와 출력 그리고 주행 거리는 전기자동차의 설계와 구성에서 중요한 목표이다. 동시에 제조업체는 전기 파워트레인을 효율적으로 제조하는 방법에 대한 문제에 직면해 있다. 내연 기관 제조에는 선반과 밀링 그리고 연삭과 같은 기계적 공정이 널리 사용되고 있지만, 전기 모터 구성부품인 스테이터, 로터 제작에는 펀칭, 굽힘, 용접 함침 공법이 주로 사용되며, 이는 자동차 품질에 중요한 영향을 미친다.

전기수소차를 위한 ZEISS의 종합 품질 솔루션

 

전기 모터의 생산 요건은 기존 치수 측정에도 큰 변화를 가져오고 있다. 어떤 경우에는 허용 오차가 넓어지지만, 제한된 접근성과 많은 속성으로 인해 생산 과정이 매우 복잡해졌다. 무결함 용접 이음매 등 새로운 요건과 함침 코팅의 두께 특성도 전기 모터 제조의 어려움을 증폭시키고 있다. 

따라서 센서 뿐만 아니라 소프트웨어와 분석에도 훨씬 유연하고 다양한 품질 보증 솔루션이 필요하다. 먼저 용접 이음매를 검사하려면 접촉식 및 광학 센서가 있는 3차원 측정기와 컴퓨터 단층 촬영 스캔이 필요하다. 또한 이를 현미경으로 분석해야 한다. 

ZEISS는 배터리, 전력전자장치, 전기 엔진, 변속기 등 ZEISS의 다양한 제품군을 통해 최고의 신뢰성을 가진 종합 품질 검사를 제공한다. 
 

전기차 배터리를 위한 솔루션

특히, 그 중에서도 전기차 배터리 품질 보증 프로세스는 매우 복잡하고 다면적이다. R&D에서 시작해, 원재료 가공부터 배터리 모듈 조립까지 생산의 모든 단계를 거쳐야 한다. 또한 재질, 전극, 셀, 모듈 및 트레이 수준에 이르기까지 배터리의 특성을 파악하고 제어해야 한다. 

따라서 오래 지속되는 효율적이며 안정적인 배터리를 생산하기 위해서는 최고 품질의 소재와 정밀한 생산 기술이 필요하다. 

품질 기준은 가능한 한 최적의 재료를 선택하는 것 (리튬 화합물, 양극 및 음극 재료, 분리막 호일)에서부터 전극 제조 공정 중, 중요한 단계를 제어하는 것까지 다양한 범위를 포함하고 있다. 품질관리를 위해서는 미세 구조와 이물질에 대한 파악이 중요하며, 최종 조립 시 매우 엄격한 공차 범위 내에서 셀, 모듈 및 트레이를 제작하는 것도 필수적이다.

ZEISS는 배터리의 재료 분석 단계에서부터 모듈 어셈블리 단계까지 필요한 모든 종합 품질 솔루션을 제공하고 있다.
 

배터리를 구성하는 재료의 R&D 단계에서는 구성소재 분석을 위해 다양한 분석법들이 필요하며 자이스 광학 현미경, 전자 현미경은 이러한 연구 및 분석에 많은 통찰력을 제공한다. 

위 과정에서는 많은 화학적 특성 및 구조적 특성에 대한 관찰이 중요한데 재료에 대해 화학적 변형이 일어나지 않도록 공기 오염으로부터 보호하여 시료를 제작하고 전자현미경으로 운반할 수 있는 셔틀 시스템부터 FIB를 이용하여 전자 현미경 내부에서 레이저 밀링을 통해 촬영된 단면을 3D화시켜 Tomography로 보는 기술, 소재에 대해 파괴 없이 나노급으로 투과하여 볼 수 있는 XRM (X-ray Microscopy), 이 포트폴리오들을 연결하여 다양한 스케일에서 관심영역에 대해 쉽게 다가가 볼 수 있는 기술들을 자이스 현미경 솔루션은 제공하고 있다.
 

배터리 트레이의 챌린지 

 

파워트레인과 함께 배터리 트레이 제조 과정에서 볼 수 있듯이, 전기 자동차의 차제도 상당한 생산 변경을 겪고 있다. BEV(배터리 전기자동차)에서 배터리 트레이는 복잡한 용접 알루미늄 프로파일로 구성되며, 플러그 PHEV(하이브리드 전기 자동차)도 종종 더 작은 주조 구조를 사용한다.

이러한 다양한 시스템 요건은 위치와 형태 그리고 개별 구성 요소 속성과 같은 기하학적 속성을 띤 품질 요건이 된다. 특히 배터리 트레이의 크기와 포지티브 피팅과 같은 많은 속성은 측정 주기에 문제가 된다. 그리고 이것은 안전에 중요한 요소이기 때문에 대부분의 경우 100% 검사가 필요하다.

ZEISS는 배터리 트레이 검사에 대한 풍부한 경험을 가지고 있으며, 검사를 위해 ZEISS Eagle eye 레이저 스캐너가 장착된 ZEISS CALENO(외팔보 타입 CMM)가 자주 사용된다.  하나의 측정 프로그램에서 접촉식 센서와 광학 센서 사이를 자동으로 전환하는 기능을 통해 다양한 측정 지점에 접근하고 재현 가능한 측정을 수행할 수 있다. 

다양한 구성 요소의 특성이 측정되면 분석 결과를 응용 프로그램 소프트웨어와 ZEISS PiWeb에 시각적으로 표시할 수 있다. 그 외의 검사장비인 GOM ATOS ScanBox는 높은 수준의 자동화와 구조광 3D 스캐닝을 사용하기 때문에 배터리 트레이 측정에도 적합하다.
 

 

 

 

그 외에도 더 높은 신뢰성을 위해 또는 정확한 원인 분석을 위해 전통적으로 사용되는 브릿지 형태의 대형 정밀 3차원 측정기가 사용되며 ZEISS 3차원 측정기는 접촉식 프로브 시스템의 높은 신뢰성 뿐만 아니라 다양한 옵티컬 센서들을 호환하여 사용함으로써 배터리 트레이 측정에 높은 정밀도와 다양한 측정의 확장성을 제공한다.
 

 

 

 

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