글로벌 고성능 엔지니어링 소재 기업 엔발리오가 전기차 부스바 오버몰딩용 신규 PPS 컴파운드를 개발했다.
엔발리오는 전기차 부스바 오버몰딩에 적용할 수 있는 신규 PPS 소재 ‘자이트론 M5080ET’를 개발했다고 밝혔다. 이번 신소재는 고온 환경과 급격한 온도 변화에 노출되는 전기차 전력 부품의 내구성과 안전성을 높이기 위해 설계됐다.
전기차 파워트레인은 고전압화와 고전류화, 부품 집적화가 동시에 진행되면서 내부 온도가 높아지는 추세다. 이에 따라 전력제어장치와 전기 구동 액슬 등에 적용되는 오버몰딩 부스바에는 높은 열충격 저항성과 장기 신뢰성이 요구되고 있다.
자이트론 M5080ET는 150℃ 이상의 고온 환경에서도 급격한 온도 변화로 발생할 수 있는 응력균열에 강한 내성을 갖춘 것이 특징이다. 엔발리오는 자체 시험 결과 영하 50℃에서 180℃ 구간의 열충격 시험에서 유사 PPS 컴파운드 대비 70% 이상 높은 응력균열 저항성을 확인했다고 설명했다.
아서 리브 엔발리오 사업개발 매니저는 “차량의 전 수명주기에 걸쳐 부스바가 응력균열로 기능이 저하되거나, 이로 인한 단락으로 어셈블리 전체가 고장 나는 상황을 방지하는 것이 개발 목표였다”고 말했다.
부스바는 전기차에서 고전압 배터리와 제어장치, 구동계, 충전 장치 사이의 전류를 전달하는 핵심 부품이다. 일반적으로 구리 소재로 제작된 뒤 전기적 절연을 위해 플라스틱으로 오버몰딩된다.
문제는 구리와 플라스틱의 열팽창률 차이다. 반복적인 온도 변화가 발생하면 플라스틱 오버몰딩 부위에 응력이 집중되고, 이로 인해 균열이 생길 수 있다.
자이트론 M5080ET는 용융 흐름 방향과 유리섬유 배향에 수직인 방향에서도 열팽창률이 구리에 근접하도록 설계됐다. 고온에서도 해당 특성을 유지해 응력균열 발생 위험을 낮춘다.
소재 구성도 부품 설계와 비용 효율성을 고려했다. 신규 컴파운드는 유리섬유와 미네랄 혼합물을 50중량% 함유한 내충격 개질 소재로, 강도와 내구성을 확보하면서도 소재 단가 경쟁력을 높였다.
웰드라인 강도도 개선됐다. 엔발리오는 용융 선단이 만나 형성되는 웰드라인 강도가 경쟁 소재보다 약 17% 우수해 부스바의 장기 수명과 안전성 확보에 기여한다고 설명했다.
난연성과 전기 절연 성능도 갖췄다. 자이트론 M5080ET는 미국 안전인증기관 UL의 UL 94 시험에서 두께 2mm 시편 기준 V-0 등급을 획득했다. 배터리와 전기 구동계용 플라스틱에 요구되는 높은 난연 기준을 충족한 것이다.
또한 소재 노화 전후 모두 높은 체적저항과 절연내력을 유지한다. 고온 환경에서도 성능 저하가 제한적이며, 우수한 크리프 저항성과 낮은 흡수율을 바탕으로 부품의 치수 안정성을 확보했다.
리브 매니저는 “이러한 특성이 부스바의 전 수명주기에 걸쳐 전기적 안전성과 기계적 기능성을 보장한다”며 “높은 치수 안정성은 매우 콤팩트한 어셈블리 설계를 가능하게 한다”고 말했다.
엔발리오에 따르면 자이트론 M5080ET는 이미 복수의 고객사 승인을 받았으며, 양산 적용을 위한 다수의 개발 프로젝트도 완료된 상태다.
엔발리오는 전기차 전력 부품의 고전압·고온 환경 대응 수요가 커지는 가운데, 이번 PPS 컴파운드를 통해 부스바 오버몰딩 소재 시장에서 안전성과 설계 효율성을 동시에 제공한다는 계획이다.
신규 PPS 부스바 솔루션에 대한 자세한 정보는 엔발리오의 ‘머티리얼 어드바이저’를 통해 확인할 수 있다.
