전기차 화재, 중국산 한국산 리튬 배터리 셀 불량 요인들

중국산 리튬 배터리 셀뿐 아니라 한국산 배터리 셀이 장착된 전기차에도 화재가 났다. 리튬 배터리 셀 불량 요인으로는 과충전, 배터리 셀 자체의 불량, BMS 결함, 과속 방지턱을 험하게 지나가기와 침수도로 주행 등이 있다.

 

중국산 한국산 리튬 배터리 전기차 화재

전기차 배터리 셀의 불량 요인들이 누적되면 셀에 스트레스로 작용해 배터리가 불량해진다. 한국산 리튬배터리를 쓰는 전기차와 데이터센터에서도 화재가 발생했다. 한국산은 다 안전하고 중국산만 취약하다고 할 수 없다.

 

 중국산 배터리는 리튬인산철(LFP)인데 한국산 배터리 삼원계(NCM)보다 화재 발생 빈도가 4분의 1 또는 5분의 1 정도다. 2024년 8월 1일 막대한 피해를 입힌 인천 지하주차장에 발생한 벤츠 전기차는 중국 배터리였고 3일 후 금산에서 발생한 전가치 화재는 한국산이었다.

 

 국내 배터리 3사(LG에너지설루션, 삼성 SDI, SK온)는 셀이나 모듈을 생산하고 완성차 업체에 납품한다. 완성차 업체가 최종 배터리 형태인 팩을 조립한다. 배터리 제조사와 완성차 업체는 차량 사양에 따라 배터리 형태와 셀 ・ 모듈 개수 등을 협의한다.

 

 리튬 배터리는 셀- 모듈- 팩 순으로 조립된다. 수억 개의 셀을 만들 때 셀의 편차는 피할 수 없고 그 편차 중 가장 밑단에 있는 셀들에 결함이 누적될 수 있다. 여러 개의 셀을 직렬 병렬로 묶어 모듈을 구성하고 이 모듈들을 다시 여러 개 묶으면 배터리 팩이 된다.

 

전기차 배터리 셀, 모듈, 팩. mobility trend

 모듈은 배터리 셀이 열과 진동 등 외부 충격에서 좀 더 보호될 수 있도록 단단한 프레임으로 구성되어 있다. 팩에는 배터리 온도와 전압 등을 관리해 주는 배터리 관리시스템(BMS)과 냉각장치 등도 탑재된다. 

 

BMS 결함도 셀 불량 요인

배터리 관리시템(BMS)은 리튬배러리의 과충전 문제를 막는다. 그러나 배터리온도와 전압 등을 관리하는 BMS에 결함이 있을 때 화재원인이 된다.

 

 BMS는 배터리 셀마다 나타날 수 있는 결함(편차)을 관리한다. 문제는 BMS 자체의 결함으로 인해 전기차 화재 발생 시 초동 조치를 할 수  없는 상황이 발생한다. 전기차가 전소되어도 클라우드 등에 기록이 남아 있다. 

 

 2024년 8월 인천 청라 지하주차장 벤츠 자동차 화재 다음에 다른 지역에서 발생한 기아 EV6 화재 당시 BMS 정보가 기아 측에 전송됐다. 화재가 안 난다는 전고체 배터리가 상용화되기 전에는 리튬이온 배터리 BMS 안전성 향상이 관건이다.

 

 배터리 회사와 자동차 회사는 셀 불량요인을 더 잘 발견하고 제어할 수 있도록 모니터링하면서 기술을 강화해야 한다. 2024년 8월 배터리 제조사인 LG엔솔은 전기차 화재 방지를 위해 안전 소프트웨어 사업을 본격화 한다고 발표했다. 

 

 

배터리 셀 자체의 불량과 충격

배터리 셀 자체의 불량도 화재 요인이다. 리튬 이온 배터리를 제작하는 방식이 여러 종류가 있고 종류마다 장단점이 있다. 무엇보다 제작사가 잘못 만들 수가 있다. 그리고 전기차 운전자가 무리하게 차를 운영하는 경우도 배터리 셀이 불량해진다.

 

https://m.joseilbo.com/news/view.htm?newsid=523630

 

 예를 들면 과속 방지턱을 지나갈 때 미리 감속을 안 하고 바닥을 거칠게 치고 지나가면 충격이 누적되어 스트레스로 작용해 셀이 불량해진다. 전기차가 물이 있는 침수도로를 지나가면 이 또한 배터리 셀에 불량요인으로 작용한다. 

 

배터리 과충전

전기차 화재를 예방하려면 전기차 배터리 충전 용량을 90%로 낮추는 것이 효과적이다. 환경부 산하의 협의에서 여러 전문가들이 90%가 적정하다고 의견을 모았다. 현재 전기차 배터리는 97~ 98%를 충전하고 있어서 안전마진이 2~3%인 셈이다. 

 

 전기차 운전자가 배터리를 무리하게 사용하는 경우도 배터리 손상에 악영향을 끼친다. 과충전은 100%를 넘기는 게 아니라 100%를 가득 채우는 것이다. 충전기에 꽂혀 있는 상태에서 계속 두게 되면 배터리 셀이 스트레스를 받는다. 

 

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맺음말

2024년 중국산 전기차 리튬 배터리 셀뿐 아니라 한국산 배터리 셀에서도 화재가 났다. 한국산 리튬배터리를 쓰는 데이터센터에서 화재가 여러 건 발생했다. 

 

중국산 리튬 배터리 셀뿐 아니라 한국산 배터리 셀이 장착된 전기차에도 화재가 났다. 리튬 배터리 셀 불량 요인으로는 과충전, 배터리 셀 자체의 불량, BMS 결함, 과속 방지턱을 험하게 지나가기와 침수도로 주행 등이 있다.