전기차 부품용 정밀 금속 스탬핑: 재료, 공차 및 품질 요구사항

전기 같은   차량은 전력 전달, 전자 연결, 그리고 수년간 극한의 온도와 기계적 스트레스를 견뎌내는 수백 개의 미세한 금속 부품으로 구성되어 있습니다. 이러한 부품의 대부분은 단자 및 충전 커넥터와 같은 정밀 금속 스탬핑 부품 으로, 연간 수백만 개씩 대량 생산됩니다. 작은 전력 전달 바나 접점의 허용 오차가 조금이라도 어긋나면 전압 강하, 국부적 또는 전체적인 열 방출, 또는 배터리 팩 내부 연결 불량으로 이어질 수 있습니다. 오늘날 자동차용 금속 스탬핑은 ISO/IATF 16949 요구 사항을 준수합니다.

많은 전기차 부품 공급업체들은 주요 접촉면에 대해 ±0.001인치만큼 엄격한 공차를 적용합니다. 이 글에서는 전기차 프로젝트에 사용되는 스탬핑 부품을 조달할 때 고려해야 할 적절한 재료 선정, 공차 목표 설정, 품질 검사 및 기타 핵심 요소들을 설명합니다.

배터리 구성 요소 및 전기 접점

전기차에서 배터리 팩은 아마도 가장 설계하기 어려운 부품 중 하나일 것입니다. 셀 커넥터, 단자 탭, 접촉 스프링 등 모든 부품이 밀폐된 배터리 케이스 내부에 있으며, 차량 수명 내내 온도와 기계적 스트레스가 지속적으로 상승합니다. 배터리 내부의 부품이 헐거워지거나 산화되면 국부적인 과열이나 차량 고장을 유발할 수 있으므로, 허용 오차와 재질 선택이 차량의 다른 어떤 부분보다 중요합니다.

구리 단자와 그 역할

구리 단자는 전지, 모듈, 심지어 차량 배선 하네스까지 한 구성 요소에서 다른 구성 요소로 전기를 전달하는 통로 역할을 합니다.

순수 구리 및 C110과 같은 구리 합금0,C5191,C7025,C18160,C18150 에너지 손실이 거의 없습니다. 전도율은 IACS 100%에 근접할 정도로 높아 고부하 조건에서도 발열이 적습니다. 단자의 두께는 보통 0.2mm에서 1.5mm 사이이며, 스탬핑 처리된 가장자리는 버(burr)가 없도록 매끄럽게 유지해야 합니다. 가장자리가 거칠면 전류 저항이 증가하여 재료와의 접촉면에서 온도가 상승하기 때문입니다.

도금은 보호 코팅을 형성합니다.

• 주석 도금은 일반적인 부식에 매우 효과적입니다. 도금층이 추가적인 부식을 방지할 뿐만 아니라 매우 매끄러운 납땜을 가능하게 하기 때문입니다.
• 은도금 표면은 매우 낮은 저항의 접촉을 가능하게 하며, 바로 이러한 이유로 이와 같은 고출력 단자에 사용됩니다.
• 니켈 도금 부품은 가방 내부의 비교적 온도가 높은 곳에서 부식에 강하기 때문에 장기간 야외에 노출되어도 적합합니다.

전기 접점 및 스프링 설계

스프링 접점으로 유지되는 전기적 연결은 성공적이고 내구성이 뛰어난 장치를 구현하는 데 중요한 요소입니다. 스탬핑 스프링 접점은 총알 파편과 유사한 모양 때문에 이러한 이름이 붙었는데, 총알은 수많은 삽입 및 제거 주기 후에도 형태를 유지하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 이유로 베릴륨 구리와 인청동은 지속적인 굽힘 작업 후에도 스프링 특성을 유지할 수 있어 이 용도에 가장 적합한 재료로 여겨집니다.

스프링 접점이 제 기능을 하지 못하면 간헐적인 연결이 발생합니다. 즉, 실제 상황에서는 계기판 표시등이 간헐적으로 켜졌다 꺼졌다 하거나, 제대로 충전이 되지 않아 나중에 문제가 발생하고 큰 불편을 초래할 수 있습니다.

버스바   및 충전 커넥터

배터리 팩, 인버터 및 모터 간에 대량의 전류를 전달하기 위해 버스바를 사용하는 것은 매우 일반적입니다. 와이어 하니스와 달리 스탬핑 방식으로 제작된 버스바는 훨씬 작은 면적에서 더 높은 전류를 전달할 수 있는 고정되고 저항이 매우 낮은 경로를 제공합니다.

대부분의 전기차 버스바는 두께 1mm에서 4mm의 구리 또는 알루미늄 판으로 만들어집니다. 스탬핑 공정을 거친 후, 배터리 팩의 배치에 완벽하게 맞도록 재성형됩니다.

충전 커넥터는 배선에 있어 서로 다른 요구 사항을 가지고 있습니다.

때때로 DC 고속 충전 커넥터는 연필심 크기의 핀을 통해 350kW 이상의 전력을 전송할 수 있습니다. 이러한 상황에서 충전 중 아크 발생이나 과열을 방지하기 위해서는 커넥터에 사용되는 단자가 표면 마감이 깔끔하고 내부가 매우 정밀하게 제작된 구리 또는 스탬핑 처리된 금속 재질이어야 한다는 것을 알 수 있습니다.

Fortuna Metals가 총기 충전용으로 생산하는 부품 중에는 신에너지 자동차 프로그램용으로 제작된 구리 단자가 있는데, 이는 플러그 앤 언플러그 사이클이 계속되는 동안 엄격한 허용 오차를 견뎌야 합니다 .

모선 점검 시 주요 사양

버스바 설계 승인을 진행하려면 공급업체에 다음 사양을 요청하는 것을 잊지 마십시오.

현재 용량이 평균 사용량에만 기반한 것이 아닌지 확인하십시오. 실제 운영 조건도 고려해야 합니다.

• 접촉면의 도금 두께는 일반적으로 마이크론 단위로 측정됩니다.
• 버스바의 길이 방향으로 휘어진 부분은 접촉 압력이 달라지게 되므로, 버스바 전체에 걸쳐 균일한 접촉면을 확보하는 것이 중요합니다.
• 버스바의 일부가 다른 전도성 부품에 가까워질 때 절연 코팅을 적용합니다.

전도성 및 내식성을 고려한 재료 선택

전기차 부품에 사용되는 소재들이 배터리 화학 물질, 도로 염분, 냉각수에 노출될 뿐만 아니라, 전기차 주행 시 발생하는 진동으로 인한 지속적인 움직임에도 노출된다는 이야기를 들어보셨을 겁니다.

따라서 소재를 선택할 때는 장기간에 걸쳐 강도와 내식성을 갖추는 것 외에도 전도성을 고려해야 합니다. 부품이 수명을 다하기 전에 고장 나면 보증 교체 비용으로 막대한 손실이 발생할 뿐만 아니라, 안전과 관련된 부품의 경우 생명을 위협하는 상황으로 이어질 수도 있습니다.

구리   도체는 전기 전도성이 가장 뛰어나지만, 배터리 팩 내부의 습기로부터 보호하기 위해 도금이나 코팅 처리가 필요합니다. 알루미늄은 전도성은 떨어지지만 훨씬 가볍습니다. 이는 배터리 무게가 주행 거리에 직접적인 영향을 미치는 전기 자동차에서 중요한 장점입니다. 배터리 모듈을 고정하는 구조용 브래킷은 스테인리스 스틸로 만들어지는 경우가 많은데, 이는 전기 전도성보다는 기계적 강도와 녹 방지 기능이 핵심 요소이기 때문입니다.

제조 과정에서의 치수 일관성

차량 공유 서비스는 상당히 오랜 시간 동안 사용되어야 하므로 배터리 생산 또한 동시에 진행되어야 합니다. 따라서 생산되는 부품의 일관성이 매우 중요합니다. 다시 말해, 공급업체는 첫 번째 부품과 백만 번째 부품의 허용 오차가 동일하도록 보장해야 합니다. 치수 일관성은 금형 마모 관리, 프레스 유지 보수, 그리고 공정 중 검사를 통해 확보됩니다. 공급업체를 검토할 때는 이러한 사항들을 반드시 고려해야 합니다.

• 중요 치수에 대해서만 공정 관리도를 사용하십시오.
• 각 생산 배치에 대해 좌표 측정기를 사용하여 품질 검사를 실시하십시오.
• 금형 유지보수는 육안 검사만으로는 부족하며, 스트로크 횟수를 기준으로 수행해야 합니다.
• 배터리 모듈 공급업체는 샘플링 단계를 거친 후 대량 생산 전에 새로 개발된 모든 툴에 대한 최초 제품 검사 보고서를 제공해야 합니다.

이러한 검사 절차가 없는 공급업체는 첫날에는 사양을 충족하는 부품을 공급할 수 있지만, 6개월이 지나면서 점차 사양에서 벗어나게 되어, 스탬핑 프레스와는 전혀 상관없는 조립 라인 문제로 이어질 수 있습니다.

브래킷 및 구조 지지 부품

전기차의 모든 스탬핑 부품이 전류를 흐르는 것은 아닙니다. 브래킷은 주로 차량 전체 수명 동안 배터리 모듈, 배선 하니스 및 냉각 라인을 차량 내부에서 지지하는 데 사용됩니다. 이러한 부품들은 도로 ​​진동과 배터리 팩 주변의 온도 변화에 지속적으로 노출됩니다. 따라서 재료의 피로 저항성은 강도만큼이나 중요합니다. 스테인리스강과 코팅된 탄소강은 브래킷에 자주 사용되며, 재질 선택은 일반적으로 무게 제한과 장착 위치의 부식 가능성을 고려하여 결정됩니다.

가장 중요한 품질 요구 사항

IATF 16949는 자동차 또는 부품 공급망의 공급업체가 사용하는 품질 표준 세트입니다. IATF 16949, ISO 9001 및 ISO 14001 환경 경영 시스템 인증을 받은 공급업체는 공정 관리, 추적성 및 지속적 개선을 포함한 여러 심사를 통과했습니다. Fortuna Metals는 IATF 16949: 2016, ISO 9001: 2015 및 ISO 14001: 2015 인증을 획득했습니다. 이 회사는 25톤에서 300톤에 이르는 스탬핑 작업을 위해 80대 이상의 스탬핑 프레스를 사용하고, 기타 작업을 위해 40대 이상의 CNC 기계를 사용하는 인증된 스탬핑 회사입니다.

인증 외에도 공급업체와 관련하여 알아두면 좋은 사항 목록은 다음과 같습니다.

• 각 릴 또는 코일에 대한 공장 인증서를 통한 재료 추적성 확보
• EU로 배송되는 부품에 대한 CBAM을 포함한 환경 규정 준수 및 보고
• 금형 조정이 필요한 경우 오래 기다릴 필요가 없을 수도 있으므로 현장에서 금형 설계 및 수리 작업을 수행할 수 있는 능력이 필수적일 수 있습니다.
• 전기차 부품이 여러 국가에서 수출된 후 최종 조립 과정에서 결합된다면, 국제 수출 경험이 있는 회사가 필요할 가능성이 높습니다.

마지막으로

부분품   전기차에 사용되는 민감한 부품들을 제조하기 위해서는 일반적으로 매우 정밀한 금속 스탬핑 공법이 필요합니다. 금속 스탬핑 공장에서 수많은 부품에 걸쳐 전도성, 내식성, 치수 특성의 일관성을 장기간 유지하는 것은 매우 어렵지만 필수적인 과제입니다. 관련 자동차 인증을 보유하고, 자체 금형 제작 능력을 갖추고 있으며, 구리 단자, 버스바, 충전 커넥터와 같은 제품 생산에 있어 탄탄한 실적을 보유한 공급업체와 협력한다면, 시제품 단계부터 대량 생산에 이르기까지 프로젝트 개발 프로그램에 더욱 견고한 기반을 제공할 수 있을 것입니다.

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자주 묻는 질문

1. 전기차용 스탬핑 부품은 일반적으로 어느 정도의 공차를 필요로 합니까?

접점과 같은 가장 중요한 부품은 ±0.001~±0.003인치의 훨씬 더 엄격한 공차를 준수해야 합니다. 일반적인 산업 부품은 보통 이 정도로 정밀하게 제작되지 않습니다!

2. 전기차 단자와 버스바에 구리가 사용되는 이유는 무엇입니까?

높은 전류 부하 시에도 매우 낮은 저항을 유지하려면 전도성이 100%인 구리를 사용하는 것이 가장 좋습니다.

3. 전기차 부품 공급업체는 어떤 인증을 보유해야 합니까?

IATF 16949:2016 인증뿐만 아니라 품질 경영 및 환경 경영 시스템에 대한 ISO 9001:2015 및 ISO 14001:2015 인증을 보유하고 있습니다.

4. 전기차 배터리 팩에 사용되는 일반적인 버스바의 두께는 얼마나 되나요?

대부분의 경우 두께는 1mm에서 4mm 사이이며, 설치 공간과 부품이 감당해야 할 전류량에 따라 달라집니다.

5. 전기차 생산에서 치수 일관성이 더욱 중요한 이유는 무엇인가요?

전기차 생산은 매우 오랜 시간이 걸리고 부품도 대량으로 필요하기 때문에, 시간이 지남에 따라 누적되는 사소한 차이조차도 장기적으로 조립 문제 및 심각한 안전 문제로 이어질 수 있습니다.