배터리 셀·모듈·팩 — 3~4V 셀 수백 개가 800V가 되기까지

전기차 배터리를 "커다란 배터리 한 덩어리"로 생각하기 쉽지만, 실제로는 작은 셀 수백 개가 층층이 묶인 구조입니다. 이 계층을 알아 두면 배터리 용량 표기, 수리 방식, 셀투팩 같은 기술 뉴스가 한꺼번에 이해됩니다.

이 글은 셀에서 팩까지의 3단 구조와, 각 단계에서 실제로 무슨 일이 일어나는지 정리합니다.

셀 → 모듈 → 팩

셀 하나의 전압은 3~4V 수준입니다. 차를 움직이려면 수백 볼트가 필요하니 셀을 직렬로 길게 이어 붙여야 합니다. 400V 시스템이라면 대략 100개 안팎, 800V라면 그 두 배가 직렬로 연결되는 셈입니다. 고전압 구조의 이점은 800V 아키텍처에서 다룹니다.

여기에 용량을 늘리기 위해 병렬 연결도 함께 씁니다. 그래서 실제 팩에는 셀이 수백 개 들어갑니다. 아이오닉9의 110.3kWh 팩도 이런 구조입니다.

모듈은 왜 있었나

셀을 바로 팩에 넣지 않고 모듈이라는 중간 단계를 둔 데는 이유가 있습니다.

• 관리 단위 — 문제가 생긴 모듈만 떼어내 교체할 수 있습니다.
• 구조 보호 — 케이스가 셀을 진동과 충격에서 지킵니다.
• 조립 편의 — 셀 수백 개를 하나씩 다루는 것보다 모듈 단위 조립이 수월합니다.

대신 모듈 케이스와 체결 부품, 배선이 부피와 무게를 차지합니다. 에너지를 담지 않는 무게라, 이를 없애려는 시도가 셀투팩(CTP)입니다. CATL 기준 공간 활용 효율이 50%대에서 72%까지 올라간 배경입니다.

셀의 세 가지 생김새

같은 셀이라도 형태가 다릅니다. 이 형태를 폼팩터라고 부르며, 팩 설계와 안전성에 직결됩니다.

원통형은 규격이 숫자로 표준화돼 있습니다. 18650은 지름 18mm·높이 65mm, 21700은 21mm·70mm를 뜻합니다. 최근 주목받는 46시리즈(4680 등)는 지름 46mm급으로 크기를 키운 것으로, 기존 21700 대비 에너지밀도와 충전 속도 개선이 강조됩니다 2차 자료.

국내 3사의 선택

한동안 국내 배터리 업체는 폼팩터별로 색깔이 뚜렷했지만, 최근에는 모두 원통형 양산을 준비하며 포트폴리오를 넓히고 있습니다 2차 자료.

• LG에너지솔루션 — GM과 각형 개발에 나서며 원통·파우치·각형 3대 폼팩터 포트폴리오 구축
• 삼성SDI — 각형이 주력이었고 최근 원통형 개발 완료
• SK온 — 파우치형에 더해 원통형·각형 개발 추진

고객사인 완성차 업체마다 요구하는 형태가 달라, 한 가지만 고집하기 어려워진 결과입니다.

구조가 바뀌면 무엇이 달라지나

마무리

전기차 배터리는 셀(3~4V) → 모듈 → 팩(400V·800V급)의 3단 구조이고, 셀의 형태는 원통형·각형·파우치형으로 나뉩니다. 최근에는 모듈을 없애 공간을 확보하는 셀투팩이 확산되면서 이 계층 자체가 단순해지는 중입니다.

용량이 같아도 구조에 따라 무게와 수리 방식이 달라진다는 점이 실사용에서 의미가 있습니다. 셀 안의 화학 조성 차이는 배터리 종류와 LFP와 삼원계에서 이어집니다.