포스코, 기가스틸‧전기강판 개발 통해 전기차 시장 진출 가속화
[매일일보 박성수 기자] 전기자동차 업계에서 가장 중요하게 생각하는 것은 바로 주행거리다.
일반적으로 전기차는 배터리 무게 때문에 동급의 가솔린차나 디젤차보다 훨씬 무겁다. 배터리 용량이 늘어날수록 무게도 올라가기 때문에 연비효율을 높이기 위한 기술 개발에 한창이다.
자동차 제조업체는 전기차 주행거리를 늘리기 위해 무게는 그대로두고 배터리 용량을 늘리는 방안을 계속 검토하고 있으며 한편으로는 자동차 차체를 경량화해 무게를 줄여 연비를 높이는 데 초점을 맞추고 있다.
이에 발맞춰 철강업계는 전기차용 자동차 강판 개발에 열을 올리고 있다. 국내에서는 포스코가 한 발 앞서 나갔다. 포스코는 전기차 시대를 맞아 자동차의 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 기가스틸 및 마그네슘 강판, 전기강판 ‘Hyper NO.’를 개발해 미래소재로써 철강의 영향력을 더욱 강화하고 있다.
◇ 기가스틸, 10원짜리 동전 크기로 10톤 버텨
포스코가 개발한 ‘기가스틸’은 1㎟ 면적당 100㎏ 이상의 하중을 견딜 수 있는 차세대강판이다. 양쪽 끝에서 강판을 잡아당겨서 찢어지기까지의 인장강도가 980MPa(1기가파스칼) 이상이어서 ‘기가스틸’이라 불리고 있다.
기가스틸은 십원짜리 동전만한 크기에 10톤의 하중을 버틸 수 있다. 가로 10cm, 세로 15 cm 의 손바닥만한 크기의 기가스틸이면 1톤 준중형차 1500대를 견딜 수 있는 셈이다. 기가스틸을 자동차 소재로 적용하면 알루미늄 등 대체소재에 비해 경제성, 경량화는 물론 높은 강도로 안전성 측면에서 뛰어나다. 특히 가공성이 우수하기 때문에 알루미늄 부품보다 더 복잡한 형상의 제품도 만들 수 있다.
기가스틸은 동일조건의 알루미늄 소재보다 3배 정도 무겁지만 강도가 높기 때문에 알루미늄보다 얇은 소재로 자동차를 제조하더라도 동급의 안정성을 보장한다.
2012년 자체 개발한 차체에는 U-AHSS와 X-AHSS급 기가스틸과 초고강도강인 AHSS를 각각 45.4%, 65% 적용해 동일한 크기의 기존 차체 대비 중량을 26.4% 줄였다. 또한 이를 개량한 Extra Light 모델을 통해 총 30% 감량에 성공한 바 있다.
기가스틸을 채용한 PBC-EV는 국제자동차안전표준에 포함된 7가지 충격시험과 4가지 강성시험의 요구사항을 만족시킬 수 있도록 설계됐다. 이는 자동차의 충돌 안전성을 평가하는 미국신차평가프로그램(NCAP)의 안전등급 별 5개와 동등한 수준이다.
포스코는 기가스틸 판매량을 외부에 공개하지 않고 있다. 포스코는 지난 2015년 차강판 870만톤을 팔았고, 이 중 기가스틸 비중은 1.8%라고 밝힌 바 있다. 이를 계산해보면 포스코는 지난 2015년 기가스틸을 약 20만톤 판매한 셈이다. 아직까지 자동차 고객사의 기가스틸 채용률은 아직 미미한 상태지만 전기자동차 보급률 확대에 따라 기가스틸 수요도 폭발적으로 늘어날 전망이다.
◇ 최첨단 전기강판 ‘Hyper NO.’ 전기차 모터 에너지효율 극대화
포스코의 무방향성 전기강판 ‘Hyper NO.’는 주로 고효율 모터에 적용되며 전기차 연비를 향상 시킬 뿐만 아니라 자동차의 성능을 높여줄 수 있는 핵심 소재이다.
포스코는 Hyper NO 제품을 1990년 초부터 개발 및 생산했으며 최근 급속히 성장하는 친환경차 구동모터용 제품은 2010년부터 양산을 시작했다. 포스코는 지난해 2월 신규 설비 준공을 통해 Hyper NO. 생산능력을 연 16만톤까지 늘렸으며 이는 전기차 구동모터코어 기준 약 260만대에 공급할 수 있는 양이다.
무방향성 전기강판(NO)은 전기에너지를 회전에너지로 변환시키는 과정에서 필연적으로 에너지 손실, 즉 철손(core loss)이 발생하는데, 포스코의 Hyper NO는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼 기존의 전기강판 대비 철손이 30%이상 낮다.
또한 전기강판은 두께가 얇을수록 철손이 적어 모터의 효율성을 높일 수 있다. 일반적으로 전기강판은 두께가 0.50~65mm인데, 포스코의 Hyper NO는 두께 0.15mm까지 생산이 가능하다.
포스코는 최근 접착제와 같은 기능을 하는 코팅을 전기강판 표면에 적용하는 이른바 ‘셀프본딩’ 기술을 개발했다.
셀프본딩 기술을 적용하면 용접 등의 물리적인 방식과 달리 전기강판의 전자기적 특성을 저하시키지 않아 모터효율을 향상시킬 수 있으며, 기존의 용접 체결방식 대비 모터코어의 철손이 10%이상 줄어든다. 또한 용접된 일부분만 붙어있고 나머지는 서로 붙어있지 않아 고속의 회전시 소음이 많이 발생하는 기존의 용접 방식 대비 소음도 3db이상 개선시킬 수 있다.
포스코는 셀프본딩 기술의 원천특허를 보유하고 있으며 Hyper NO강판에 적용되어 고효율 미래 전기차 및 고효율 가전제품 시장의 성장과 함께 급속히 성장할 것으로 예상된다.
