PTC Creo와 PTC Windchill을 사용하여 전기 자동차 산업에서 성공을 거둔 엑시온(Axeon)

개발 주기의 초기에 제품 설계 최적화

엑시온 로고

스코틀랜드 던디 지역에 위치한 엑시온(Axeon)은 유럽 최대의 독립적인 리튬이온 배터리 시스템 공급업체로, 연간 7천만 개 이상의 전지 생산 능력을 갖추고 세계 시장에 배터리를 대량 공급하고 있습니다. 전기 및 하이브리드 전기 자동차에 장착되는 대형 자동차급 배터리 시스템을 설계하고 제조하는 엑시온은 시장을 선도하는 검증된 BMS(Battery Management System)을 개발하여 신뢰할 수 있고 안전한 성능을 보장합니다. 또한 엑시온은 보쉬(Bosch) 전동공구를 비롯한 다른 용도의 배터리 솔루션도 제공합니다.

과제: 전기 자동차 시장을 위한 강력하면서도 가벼운 배터리 설계

엑시온이 목표로 하는 전기 자동차 시장은 "친환경" 전기 자동차에 대한 대중의 관심이 높아지면서 지난 수년간 계속 확대되고 있습니다.이 회사의 경우 이러한 추세가 본격화되기 이전에는 전동 공구용 배터리 팩과 소형 AA 배터리 등 많은 이동성 제품에 초점을 맞추었습니다. 환경에 대한 관심이 고조되면서 지금은 규모가 큰 차량 MBS(Battery Management System)에 더욱 집중하고 있습니다. 그러나 이러한 대형 배터리는 중량이 무겁고 구조적 하중이 크기 때문에 더욱 심도 있는 엔지니어링 분석이 필요합니다.

엑시온은 증가하는 고객층을 위해 많은 배터리 설계를 제작하고 있지만, 신규 고객이 이 기술을 고유한 용도로 활용하는 방법을 이해하려면 시간이 필요한 것이 일반적입니다. 엑시온은 배터리를 구성하는 기본 단위인 전지에 현재 기술을 적용하기 때문에 이전까지만 해도 이 시스템에 충분한 에너지를 공급하려면 크고 무거운 전지를 사용해야 했습니다. 엑시온이 직면한 과제는 수요가 증가하고 있는 전기 자동차 시장을 위한 강력하면서도 가벼운 배터리를 설계하고 제품 생산에 앞서 설계를 테스트하는 것이었습니다.

PTC Creo를 사용하여 건축설계를 한 결과, ONL은 다리를 구성하는 구축물 컴포넌트를 맞춤 설계하고 자사의 F2F(File-to-Factory) CNC(컴퓨터수치제어) 제조 공정을 사용하여 마감 시한과 예산 범위 내에서 다리를 구축할 수 있었습니다.

엑시온 배터리 시스템

솔루션: PTC Elements/Direct를 사용한 최적의 강력한 시스템 설계와 PTC Windchill PDMLink를 사용한 문서 및 템플릿 관리 

엑시온은 다양한 배터리 부품을 개발하기 위해 PTC 3D 제품 설계 소프트웨어 솔루션인 PTC Creo를 선택했습니다. 좀 더 구체적으로 살펴보면 Routed Systems Designer를 사용하여 회로와 배선 도식을 설계하고, PTC Creo를 사용하여 기구 설계를 개발합니다. 또한 Cabling Extension을 사용하여 PTC Creo 모델에 직접 케이블을 라우팅하고 생산에 앞서 PTC Creo Simulate를 사용하여 제품을 시뮬레이션합니다. 엑시온은 PTC Creo로 시뮬레이션된 실제 환경(일반적으로 SAE J2380)에서 배터리 설계를 적용해볼 수 있었습니다. 또한 PTC Windchill PDMLink를 통합하여 전체 프로세스를 더욱 효과적으로 관리할 수 있었습니다.

결과: 개발 주기 단축과 설계 비용 절감

엑시온은 PTC Creo를 채택하여 가볍고 압축된 형태로 최적의 성능을 내는 배터리 시스템을 설계할 수 있었습니다. 그 결과 많은 재료를 사용해 크고 무거웠던 이전 배터리 설계에 비해 훨씬 향상된 제품이 탄생되었습니다. PTC Creo 덕분에 엑시온은 직접 설계한 구조를 살펴보고 초기 성능도 확인할 수 있었습니다. PTC Creo를 구축하기 전에는 엔지니어가 부품을 모델링하고 프로토타입을 만든 후에야 비로소 문제를 진단하고 해결할 수 있었지만, 이제 이들은 실제 환경 조건에서 배터리 시스템을 설계하고 검토하고 시뮬레이션할 수 있어 설계를 계속 진행할 것인지, 아니면 수정할 것인지를 조기에 결정하고 있습니다.


전기 배터리를 위한 전지 개발

엑시온은 모바일 기술과 전동 공구를 비롯해 전기 및 하이브리드 자동차를 위한 개별 솔루션을 제공하는 유럽 최대의 독립적인 리튬이온 배터리 시스템 공급업체입니다. 최근 이 회사는 주력 생산 품목을 전기 자동차에 사용되는 더욱 복잡한 대형 배터리 시스템으로 전환했습니다. 엑시온은 고객이 이 기술을 전기 자동차 용도로 가장 효과적으로 활용할 수 있도록 많은 "맞춤형(one-off)" 설계를 개발하고 있습니다.

시몬 도브슨(Simon Dobson) 엑시온 수석 기구 엔지니어는 "현재 당면한 최대 과제는 이 시스템을 통해 충분한 동력을 제공하는 것입니다. 현재 전지 기술로 필요한 동력 용량을 충족하려면 무겁고 부피가 큰 전지를 많이 활용해야 합니다."라고설명합니다.

일반적으로 차량 배터리에 제공되는 전압은 300볼트라는 점을 감안했을 때, 이 배터리 시스템을 제작하기 위해서는 약 90개의 전지가 필요합니다. 엑시온 엔지니어는 전지를 패키지화하는 방법에 모듈 방식을 채택하고, 공장에서 처리하는 재료와 부피가 더 큰 배터리 시스템에 적용되는 서브어셈블리 제작에도 일부 이 모듈 방식을 활용합니다. 엔지니어는 이러한 모듈을 오프라인에서 테스트하여 품질 표준의 준수 여부를 검사하고, 전자 부서와 협력해 모듈을 최종 배터리 시스템에 설치할 수 있습니다.


엑시온 배터리 팩 설계

모델링과 설계를 위해 PTC Elements/Direct를 선택

"모델링과 설계 작업에 PTC Creo를 사용하여 이 모든 배터리 동력을 지원하는 강력하면서도 가벼운 구조 제작이라는 과제를 해결함으로써 자동차의 최대 적재량(payload)을 최소화할 수 있었다"고 도브슨(Dobson)은 말합니다. "최적화된 설계가 없었다면 기존 차량의 무게가 크게 늘어났을 것입니다."

"PTC Creo를 사용하는 이유 중 하나는 시스템을 설계한 후 현실의 운영 조건을 그대로 시뮬레이션한 실제 환경에서 이 설계를 적용해 볼 수 있다는 점입니다. PTC Creo를 사용하면 Fatigue Advisor로 개별 부품에 가해지는 진동의 장기적인 파급 효과를 파악할 수 있습니다. 전체 개발 주기를 모두 진행하고 나서야 설계상의 오류를 발견하던 이전과 달리 초반에 실제 프로토타입을 제작하지 않고도 가상으로 설계를 시뮬레이션할 수 있습니다."

엑시온은 PTC Creo의 도움으로 여러 차례 반복을 통해 설계를 보완하고 개선할 수 있기 때문에 매번 설계를 제작하는 데 드는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

"시뮬레이션 기능이 없어 결국 최종 제품이 작동하지 않았다면 프로젝트 기간이 2개월 더 낭비되었을 것입니다. 이제 설계 프로세스에 PTC Creo를 통합하여 설계에 훨씬 더 많은 자신감을 갖게 되었습니다."라고 도브슨은 말을 맺습니다.

PTC Windchill로 문서 관리와 공유

엑시온은 CAD(computer aided design) 문서 작업에 PTC Windchill PDMLink를 사용하여 모든 사양과 설계 문서를 하나의 환경에서 집중 관리할 수 있습니다. 엑시온 엔지니어는 PTC Windchill 내에서 템플릿 모델을 만들어 새로운 제품 구조를 조직의 나머지 부문에서 파악할 수 있도록 합니다. 또한 엔지니어는 조달 팀과도 이 BOM 세부내용을 공유하므로, 조달 관계자들이 보고서를 검토하여 개발 중인 제품을 이해할 수 있습니다.

엑시온 엔지니어는 PTC Windchill의 통합 변경 관리 기능을 사용하여 변경된 모든 부품과 어셈블리에 대한 정확한 개정 정보를 알 수 있습니다.

도브슨은 계속해서 설명합니다. "설계에서 가장 어려운 부분 중 하나는 데이터 무결성입니다. 올바른 부품과 경로, 올바른 버전을 파악하는 것이 정말 중요한 과제입니다. 정보가 잘못되면 막대한 비용을 초래하는 실수가 발생할 수 있기 때문이지요. PTC Windchill PDMLink에서 가장 만족스러운 점은 'SSOT 즉, 단일 소스'를 사용한다는 것입니다. 그 결과 어셈블리가 올바른 부품으로 구성되었다는 확신을 가질 수 있어 업무 스트레스가 크게 줄었습니다."

전기 자동차 실현

차량에 전지 배터리 기술을 통합할 계획을 가진 기업들이 늘어나면서 이들 중 상당수는 특정한 요구에 맞는 가볍고 효율적인 맞춤형 배터리 개발을 위해 엑시온에 도움을 요청하고 있습니다. 엑시온은 PTC Creo 설계 도구를 사용하여 차량 시스템에 배터리를 설치하기 전에 테스트와 모델링 작업을 모두 완료할 수 있어 개발 시간과 비용을 절약하고 있습니다. 또한 PTC Windchill PDMLink는 엑시온이 회사 내 다양한 부서에서 진행하는 개발 프로세스에 대한 정보를 제어하고 공유하는 데 많은 도움이 됩니다.

도브슨은 다음과 같이 결론을 맺습니다. "PTC Creo는 배터리 시스템을 위한 '일종의 보증수표'라고 할 수 있습니다. 여러 차례의 반복을 통해 설계를 충분히 개선한 다음 고객에게 자신 있게 제품을 제공할 수 있기 때문입니다."

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