한국훼스토 부스 전경

최근 한국훼스토의 행보가 자동화 업계의 주목을 끌고 있다.

지난 2월 열린 ‘SEMICON KOREA 2023’에서 다채로운 컨텐츠로 참관객을 성공적으로 끌어모으면서 좋은 평가를 받은 한국훼스토는, 이번 ‘2023 INTER BATTERY’에서도 고속 처리량, 정밀도, 신뢰성, 반복 정밀도, 그리고 경쟁력 있는 가격이라는 2차전지 시장의 요구에 맞는 다양하고 경쟁력 있는 솔루션을 선보여 잇달아 흥행(?)에 성공하고 있기 때문.

한국훼스토는 이번 전시회에서 배터리 원재료 생산 공정부터 Cell 생산, 팩 공정까지 전 공정에 걸친 제품과 솔루션을 소개했다. 배터리 생산에 관련된 수많은 단계마다 자사가 공압과 전동, 여러 기술의 조합 등 적합한 자동화 솔루션을 제공할 수 있는 기술력을 확보하고 있다는 점을 알리고자 한 것이 이번 ‘2023 INTER BATTERY’에서의 한국훼스토의 메시지다.

특히, 이번 전시회에서 한국훼스토가 홍보에 역량을 집중한 것은 디게싱·실링(Degasing· Sealing) 및 배터리 모듈 팩, 이 두 가지 배터리 관련 어플리케이션과, 지멘스와의 협업으로 제작 공급되는 지능형 이송 시스템 ‘MCS’다.

1. 디개싱 및 실링(Degasing & Sealing) 데모

이번 전시회에서 선보인 디개싱 및 실링(Degasing & Sealing) 데모는 안전하게 포밍가스를 추출하고 배터리 셀을 재실링하는 데모다. 전체 시스템이 훼스토 제품으로 꾸며졌다.

형성 과정에서 배터리 셀에 가스가 축적된다. 이 가스를 배출하기 위해 배터리 셀에 속이 빈 랜스를 끼워, 첫 번째 전해질이 흡입될 때까지 가스를 배출한다. 그다음, 시스템이 전환되어 전해질을 다시 배터리 셀로 펌핑한 후, 남은 양의 가스가 제거된다. 훼스토의 핸들링 시스템은 배터리 셀을 가공품 캐리어에 장착하여 프로세스 카메라에 삽입한 후 다시 탈착하는 데 도움을 준다.

디개싱과 실링은 배터리 제조에서 핵심 프로세스다. 이 두 프로세스는 포메이션 프로세스라고 불리며, 배터리 셀이 전업에 처음 접촉한 직후에 진행된다.

먼저, 접촉 시 생성된 포밍가스가 추출된다. 디개싱 챔버에서 중공 랜스를 사용해 쉘빙 시스템에 담긴 배터리 셀에 구멍을 낸다. 1차 전해액이 빠질 때까지 가스도 배출된다. 이후 시스템이 전환되어 나머지 가스를 완전히 제거하는 동안 빼낸 전해액을 배터리 셀로 다시 불어 넣는다. 모든 가스가 추출되면 셀을 다시 실링한다, 이 작업에는 주로 열 용접이나 초음파 용접이 사용된다. 훼스토의 핸들링 솔루션은 검사와 라벨링까지 안정적이고 다이나믹한 과정을 보장한다.

공압 및 전동 실린더는 프로세스 챔버에서 진행되는 배터리 셀 디개싱과 실링에 사용된다.

훼스토는 공압 실린더와 전동 실린더 모두를 생산 공급하는데, 공압 실린더는 전진과 후진 두 가지 기능밖에 못하는데 비해, 전동 실린더는 정밀제어와 힘 제어가 가능하다는 장점 때문에, 전동 실린더가 공압 실린더를 대체하는 추세에 있다. 훼스토 전동 실린더는 축과 모터, 드라이버 일체형이다.

리모트 I/O 시스템 CPX-AP-I는 센서와 밸브 터미널 같은 모든 I/O 및 IO-Link 스테이션을 시스템 통신 네트워크에 완벽하게 통신한다.

이 데모에서 또 한 가지 관전 포인트는 플렉시블 그리퍼다. 플렉시블 그리퍼 핑거 DHAS는 가공물에 맞게 조정된다. 따라서 파우치 셀과 같이 형태가 쉽게 구부러지는 가공물도 손상되지 않고 확실하게 잡을 수 있다.

디개싱 및 씰링 데모

2. MCS(Multi Carrier System)

멀티 캐리어 시스템은 선형 모터에 기반하는 유연한 이송 시스템으로서, 지멘스(Siemens)와의 협업으로 제작 공급된다. 훼스토가 기구부를, 지멘스가 제어부를 각각 담당한다.

모듈식 구조로 고객 요구에 맞게 자유롭게 구성할 수 있다.

MCS는 컨베이어와 같은 기존 운송 솔루션과 결합할 수 있어서 복합물류를 실현할 수 있으며, 캐리어는 내부 및 외부로 자유롭게 옮길 수 있다. 뛰어난 동적응답으로 공정 중에 전환시간을 최소화하는 동시에, 원활한 컨베이어 형태전환과 캐리어의 짧은 교체시간으로 생산성을 향상시킨다.

훼스토와 지멘스의 협업으로 공급되는 이송 시스템 MCS

한국훼스토 이동진 매니저는 “MCS는 표준화된 컨베이어 시스템에 맞게끔 제작된다. 가반중량이 5Kg에서 50Kg까지 가능하고, 특주형태로는 100Kg까지 가능하다.”라고 설명했다.

한국훼스토는 이 MCS로 작은 배터리 셀 핸들링 시스템부터 포커싱을 하고 있다.

데모는 보쉬렉스로스의 표준 컨베이어에 MCS를 적용한 케이스를 보여주고 있다.

이 매니저는 “MCS는 모듈식 디자인으로 고객이 사용하고 있는 표준화된 범용적인 컨베이어 시스템 안에서 곳곳의 설계개선이 필요한 공정에 적용할 수 있다. 즉, 컨베이어 중간중간에 끼워서 성능개선을 할 수 있다. 따라서 비용 측면에서도 이점이 있다”라고 강조했다.

최대4m/s의 속도로, 인크리멘탈 외부 센서가 장착되어 있고, 파란색 불로 캐리어의 현재 위치가 표시된다. 컨베이어의 구조에 따라서 동기부터 시작해서 수평에 대한 반복회전, 수직에 대한 반복회전 이런 위치제어가 필요한 구간에만 포커싱을 하기 때문에 유연성이 뛰어나다.

제어부는 지멘스 모션 컨트롤러 SIMOTION D와 S7-1500 PLC를 활용한다.

한국지멘스 가현석 부장은 “이 데모는 SIMOTION D도 되고, S7-1500T PLC도 준비되어 있다. 인버터가 4대인데, 더블 모터 모듈로, 한 대에서 두 대의 모터가 제어된다. 리니어 4축 데모다.

가 부장은 “4축 인버터로 모션 컨트롤이 되고, 동기제어나 CAM 제어 이런 것들을 모션에서 제어를 한다. 프로그램은 미리 준비가 되어 있어서 고객이 갖다 쓰기만 하면 된다. 이런 레일 시스템에 맞는 솔루션이 다 준비되어 있다.“라고 설명하고, ”고객이 알아서 개발하기는 힘들기 때문에, 지멘스의 통합 엔지니어링 툴인 TIA Portal에 통합이 되어 있어서 사이징뿐만 아니라 드라이브에서도 쉽게 할 수 있도록 준비가 되어있다. 고객은 거기에 맞춰서 시퀀스 제어만 하면 된다.“라고 덧붙였다.

특히, 디지털 트윈의 콘셉트로, 툴 안에서 시뮬레이션할 수 있는 기능도 제공을 하고 있다.

한편, 한국훼스토는 각 산업군별로 특화된 엔지니어가 별도로 있고, 동탄에 운영되고 있는 한국훼스토 Festo Experience Center에 올해 이 MCS를 설치해서 교육 및 홍보장소로 활용할 계획이다. 

한국훼스토 이동진 매니저(왼쪽)와 한국지멘스 가현석 부장(오른쪽)

3. 배터리 모듈 팩 핸들링

각형 배터리에 대한 배터리 모듈화 공정과 배터리 팩 공정을 축약해서 만들어 놓은 데모다.

배터리 모듈 팩 조립공정 내에서 훼스토가 기여하는 바를 보여주고 있다. 다양한 라인업을 갖추고 있어서 고객이 라인을 구성하는데 모든 부품을 훼스토를 통해서 구현이 가능하다는 메시지를 전달하고 있다.

한국훼스토 서정원 매니저는 “공정상에서 배터리 셀이 만들어지고 나서 자동차에 인티그레이션되기까지 3가지 공정이 있다. 셀을 모듈로 만들고, 모듈을 팩으로 만들고, 팩에 추가적으로 배터리 매니지먼트 시스템까지 조합해서 배터리 시스템이 꾸며져서 자동차에 인티그레이션 되면, 이것이 전체 배터리 시스템이 되는 것이다.“라고 설명했다.

또 ”전체 라인업 공정은 이것보다 좀 더 다양하긴 한데, 조립공정이 대부분이다. 공통적으로 들어가는 게 배터리를 들어서 나르는 핸들링 공정이다. 그 핸들링 공정에 훼스토가 어떻게 기여를 하고 있는지 보여주고 있다.“라고 말했다.

모터와 드라이버들을 컨트롤하는 모션 컨트롤러와 모터 드라이브 등, 전체가 모두 훼스토로 구성되어 있다. 토탈 솔루션 프로바이더로서의 훼스토의 역량을 보여주고 있다.

배터리모듈팩 데모