테슬라, 전기차 시대 ‘기준’ 제시…완성차 시장 강자 우뚝

[테크월드뉴스=노태민 기자] 완성차 시장이 내연기관에서 전기차로 옮겨가면서 시장의 지배구조 변화가 예상되고 있다. 전기차 시대가 열리면서 테슬라가 신흥강자로 주목받고 있다. 테슬라가 제안한 배터리 구조, 원가 절감 설계 등도 완성차 업계의 새로운 기준이 되고 있다.

일론 머스크 테슬라 CEO는 4일(현지시간)에 열린 주주총회에서 2030년까지 연간 2000만 대의 생산 능력(CAPA)을 갖추고 전기차 점유율 및 보급 확대 계획을 밝혔다. 현재 테슬라의 생산 능력은 연간 100만대 수준으로 목표 도달을 위해서는 10개 이상의 기가 팩토리가 필요하다.

테슬라의 생산 능력 확대는 밸류체인 전체의 수직계열화를 통해 해결한다. 기존의 완성차 업계와는 차별화되는 강점으로 업계에서는 ‘제조 혁신’으로 바라보고 있다. 

테슬라의 대표적인 제조업 혁신은 ‘기가 캐스팅’이다. 기가 캐스팅 기술은 가장 효과적인 자동차 대량 생산 방식으로 평가받던 금속판재 스탬핑-점용접 조합을 대체하는 시도다.

기존의 프론트, 리어 언더바디 생산 공정에는 각각 14개의 스테이션과 약 300대의 로봇이 필요했으나 하나의 대형 캐스팅 공정으로 단순화해 원가를 절감한다.

부품을 구성하는 알루미늄 합금 소재 가격이 기존 소재에 비해 고가임에도 불구하고 공정 단순화를 통해 생산단가는 오히려 40% 가까운 절감에 성공했다. 테슬라는 기가 캐스팅을 통해 비용절감, 경량화, 공정단축, 품질 향상 등을 이뤄낸 것이다.

테슬라가 기가 캐스팅을 통해 공정을 단순화하고 획기적인 비용절감에 성공하면서, 볼보, 폭스바겐도 ‘메가 캐스팅’을 도입할 계획을 밝혔다. 다른 완성차 업계도 같은 공정의 도입이 예상되고 있다.

다만 타 완성차 업체에서 같은 공정을 도입하기까지는 좀더 시간이 필요하다. 6000톤(t)급 이상의 대형 캐스팅 설비를 생산은 전 세계 단 두 곳으로 두 기업 모두 테슬라와 공급 계약을 마쳤기 때문이다.

테슬라가 도입한 원통형 배터리는 이미 전기차의 기준이 됐다. 테슬라는 지난 2020년 ‘배터리 데이’에서 차세대 배터리 표준인 4680 원통형 배터리 도입을 밝힌 바 있다.

테슬라의 4680 셀은 배터리의 화학적 조성에 의한 성능향상이 아닌 기계적 설계를 통한 성능향상을 이뤄냈다. 기존의 배터리 성능향상은 양극재의 니켈 함량을 높이거나, 음극재에 실리콘을 첨가하는 등의 방식이 주를 이뤘다.

4680 배터리셀은 전자가 더 넓은 면적에 걸쳐 짧은 경로를 통해 이동해 열 배출이 효과적으로 처리하고 출력도 향상시킬 수 있다.

원통형 배터리 셀의 단점도 배터리팩 레이아웃 개선을 통해 해결했다. 원통형 배터리 셀은 가장 효율적인 생산성을 갖지만 데드 스페이스가 많아 동일 부피의 각형, 파우치 형태에 비해 에너지 밀도 향상에 어려움이 있었다.

탭리스 디자인도 배터리 효율을 높였다. 전기와 열 저항을 크게 개선하고 탭 용정 공정을 삭제해 생산성을 향상했다. 기존 구조에서는 충‧방전 시 전극 포일 길이 방향의 긴 경로를 이동하는 과정에서 전기저항과 열 저항이 발생해 성능 저하를 유발했다.

업계에서는 국내 기업이 테슬라의 제조 혁신을 따라잡기가 쉽지 않다고 내다봤다. 

자동차 업계 관계자는 “테슬라의 공정 혁신은 획기적이지만 테슬라기 때문에 가능한 것”이라며 “국내 제조 기업의 경우 수직적 구조로 의사 결정을 내리는데 상당한 시간이 소모된다”고 말했다.

이어 “공정 혁신을 위해서는 조직 개선이 선행되어야 한다”고 밝혔다.