신에너지 자동차와 에너지 저장 산업의 급속한 발전에 따라 경량화, 고안전성, 그리고 효율적인 열 관리가 핵심 요구 사항으로 자리 잡았습니다. 당사는 알루미늄 합금 소재 가공 분야에 깊이 관여하고 있습니다. 첨단 소재 선정, 성형 공정, 그리고 용접 기술을 바탕으로 배터리 트레이, 액체 냉각판, 에너지 저장 팩 박스, 라디에이터의 연구 개발 및 제조에 집중하고 있습니다. 알루미늄 합금은 낮은 밀도(약 2.7g/cm³), 높은 강도, 내식성, 그리고 뛰어난 열전도도(열전도도 약 150~220 W/m·K)를 자랑하여 신에너지 장비의 경량화 및 열 관리에 이상적인 선택이 되었습니다.

1- 알루미늄 합금 소재 선정 및 주요 고려 사항

제품마다 알루미늄 합금에 대한 성능 요건이 상당히 다르므로, 강도, 내식성, 용접성 및 공정 적응성을 종합적으로 고려하여 소재를 선정해야 합니다.

a. 배터리 트레이

일반 등급: 6061-T6, 6005A-T6, 6063-T6

선정 기준:

·국가 표준 압출, 낙하 및 볼 충격 시험을 통과하려면 인장 강도 ≥ 240 MPa(예: 6061-T6)를 충족해야 합니다.

·높은 용접성 요건을 충족해야 하며, 열 균열을 방지해야 합니다(Mg/Si 강화 6xxx 시리즈가 권장됨).

·내식성은 양극 산화 처리 또는 알루미늄 클래딩을 통해 향상됩니다.

그림 1- 알루미늄 합금 배터리 트레이

b. 에너지 저장 팩 박스

일반 브랜드: 5083, 6061-T6(강도 및 내식성 모두 우수).

선정 기준:

·진동 및 충격 하중을 견뎌야 하며, 항복 강도는 ≥200 MPa여야 합니다.

·전기화학적 부식 방지를 위한 엄격한 표면 처리 요건.

c. 액체 냉각판

일반 브랜드: 3003, 6061/6063, 6082.

선정 기준:

·높은 열전도도 및 내식성

·액체 냉각 채널은 복잡한 성형이 필요하며, 압출 성능이 우수한 6xxx 시리즈가 선호됩니다.

2- 공정 성능 및 가공 난이도의 차이

알루미늄 합금 가공은 특히 절삭, CNC, 용접 및 표면 처리 분야에서 합금의 물리적 특성에 맞춰 조정해야 합니다.

a. 절삭 및 CNC 가공

난점:

· 고정밀 홀 가공은 소재의 연성으로 인해 버(burr) 또는 변형(예: 스텝 홀 가장자리의 돌출부)이 발생하기 쉽습니다.

· 얇은 벽 구조(예: 액체 냉각판 유동 채널)는 휨을 방지하기 위해 절삭력을 제어해야 합니다.

해결책:

· 다이아몬드 코팅 공구를 사용하여 날의 날카로움을 향상시키고 압출 변형을 줄입니다.

· 가공 매개변수(예: 고속 및 저이송)를 최적화하고 일반 CNC 장비와 협력하여 안정적인 가공을 달성합니다.

b. 용접 공정

핵심 과제:

· 산화막(Al₂O₃ 융점 2050℃)은 용융을 방해하고 기공 및 슬래그 개재물을 쉽게 발생시킵니다.

· 일부 합금은 고온 균열 발생 경향이 높으므로, 라인 에너지와 용접 와이어 조성을 제어해야 합니다.

선호되는 공정:

·TIG 용접(교류 전원 공급): 박판에 적합하며, "음극 세정"으로 산화막을 제거합니다.

·MIG 용접(고전류 + 헬륨 혼합 가스): 두꺼운 판에 대한 용접 효율이 높고, 입열 제어가 가능합니다.

그림 2- 배터리 트레이 용접

c. 표면 처리

·절연 내압 코팅: 배터리 트레이와 팩 박스 내부에 적용되며, 고전압 환경에서 절연 안전을 보장하기 위해 내압 테스트(≥3000V DC/1분)를 통과해야 합니다. 코팅 두께는 20~50μm입니다.

·절연 및 제습 코팅: 에너지 저장 팩 박스에는 소수성 소재(예: 불소 수지)를 사용하여 내부 결로 위험을 줄이고, 다인 값(dyne value)은 ≥34로 접착력을 보장합니다.

·충돌 방지 코팅: 배터리 트레이 외벽에 폴리우레탄 엘라스토머(경도 ≥80 Shore A)를 사용하여 내충격성을 30% 이상 향상시킵니다.

·아노다이징: 일반적인 방식 처리 방식으로, 필름 두께 오차는 ≤3μm이며 복잡한 구조에 적합합니다.

3- 검증 검사 및 장비 적응성

신에너지 산업 표준(GB/T31467.3, UL2580 등)을 충족하기 위해서는 다차원 검증 및 공정 적응이 필요합니다.

a. 검증 검사

· 구조 강도: 유한 요소 시뮬레이션(최대 응력 ≤ 재료 항복 강도)을 통해 트레이의 하중 지지, 압출 및 볼 충격 성능을 검증합니다.

· 밀봉 시험: 액체 냉각 시스템은 헬륨 누출 감지(누설률 ≤1×10⁻⁶ mbar·L/s) 및 주기적 압력 시험(0.5-1.5MPa/5000회)을 사용합니다.

· 코팅 성능 검증:

절연 코팅 내전압 시험(5000V DC/60초 동안 절연 파괴 없음)을 통과했습니다.

충돌 방지 코팅은 낙하 충격(1kg 강구, 1m 높이) 및 염수 분무 시험(1000시간 동안 박리 없음)을 통과했습니다.

b. 장비 적응성 최적화

· 일반 CNC 장비 변형: 고정밀 치구 설계 및 동적 보정 알고리즘을 통해 박판 부품의 가공 변형을 ≤0.1mm로 구현합니다.

· 용접 파라미터 라이브러리: 다양한 알루미늄 합금 등급에 대한 표준 용접 파라미터(예: 전류 및 와이어 공급 속도)를 구축하여 디버깅 주기를 단축합니다.

· 자동 코팅 분사: 다축 로봇 분사와 적외선 경화 기술을 결합하여 코팅 균일도 오차를 ≤5%로 구현합니다.

결론

신에너지 장비에서 알루미늄 합금의 광범위한 적용은 재료 과학의 승리일 뿐만 아니라 공정 혁신의 결과이기도 합니다. 당사는 고강도, 내식성, 가공 용이성을 갖춘 새로운 알루미늄 합금을 지속적으로 연구하고, 공정 혁신을 통해 배터리 트레이 및 액체 냉각판과 같은 제품의 성능 향상을 촉진하여 산업이 효율적이고 경량화된 미래로 나아가도록 지원할 것입니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다.