[미디어펜=박규빈 기자]내연 기관 중심이던 자동차 시장이 빠른 속도로 전기차 위주로 재편되고 있는 가운데, 동력원인 배터리 안전성의 문제로 화재 사고가 잇따르고 있다. 전문가들은 배터리 시스템과 셀의 안정성을 높여 사고를 방지해야 한다고 입을 모은다.

한국미래기술교육연구원은 16일 '2023 전기차 배터리 산업 전망과 안정성 확보 기술'을 주제로 온라인 세미나를 열었다.

이날 현정은 한국자동차연구원 박사는 '안전성 확보를 위한 배터리 소재 및 시스템 개발'을 주제로 발표했다.

미래 모빌리티 분야 3대 이슈는 안전·환경·디지털 전환(DX)다. 하지만 향후 전기차가 대량으로 보급될 경우 화재 발생 건수 역시 폭발적으로 늘어날 가능성이 존재한다. 전기차·에너지 저장 장치(ESS) 화재 사고는 배터리 시스템·셀 공정 결함 등으로 발생한다. 배터리 장비 화재는 열 폭주가 원인이나, 사전 감지나 화재 사고 발생 이후 원인 파악은 어렵다는 게 업계 중론이다. 

때문에 제조사들은 고밀도 에너지·고 안전성에 방점을 두고 배터리 기술 개발에 임하고 있다.

현 박사는 "셀 내부 단락에 의한 발화·배터리 관리 시스템 작동 오류·심각한 차량 사고 등이 간헐적으로 배터리에서 불이 나는 이유"라며 "전고체 전지·LFP 등 안전한 셀을 개발하고, 시스템 레벨 안전성 강화·사전 감지 시스템 도입 등으로 사고를 막아야 한다"고 제언했다.

김종훈 충남대학교 전기공학과 교수는 '전기차 고 안전성을 위한 배터리 관리 시스템(BMS) 고도화·최적화 방안'에 대해 설명했다.

BMS는 배터리의 전압·전류·온도 등의 정보를 측정하고 수집하는 역할을 담당한다. 여기에는 잔존 용량·수명 저하 경고·충방전 제어 및 관리·배터리 밸런싱 제어·이상 셀 검출 기능이 들어있고, 이를 통해 추정한 상태 정보를 바탕으로 시스템 내의 제어 장치와 통신을 하는 것이 BMS의 기본 개념이다.

유럽을 포함한 선진국은 탄소 중립과 ESG, 전 생애 주기 평가(LCA)에 근거한 탄소 배출량 규제 강화를 이어가고 있다. 향후 7~8년의 수명을 다한 폐 배터리가 쏟아질 경우 환경에 악영향을 미칠 수 있어서다. 이는 자동차가 만들어져 운행되고 폐기되는 순간까지의 탄소 발자국을 모두 규제하겠다는 이야기다.

김 교수는 "사용자별 운행 패턴에 따라 배터리 내부 상태와 열화 상태가 모두 다르다"며 "이력 데이터를 확보함으로써 최적의 조건으로 관리하고 BMS를 고도화 할 필요성이 있다"고 주장했다.

배터리 교체 주기 파악과 폐 배터리 선발 과정 효율성을 높여야 한다는 업계 내 입장도 존재한다. 이 때문에 잔여 배터리 수명 예측도 가능해야 한다는 목소리도 커지고 있다. 이를 위해서는 인공 지능(AI)을 활용해 실패 모델에 따른 분류 메커니즘을 구축해야 한다는 것이다. 아울러 방대한 양의 배터리 이력 데이터 저장·수급·관리하는 데에는 어려움이 따르므로 디지털 트윈과 'AICBM'을 적극 활용해야 한다는 지적이다.

김 교수는 "전류 크기가 커짐에 따라 배터리 노화가 가속화되고, 수명과 가용 용량도 줄어드는데 발열 현상 심화로 이어진다"며 "급속 충전에 대응하기 위한 상태 기반한 충전 방안 연구가 이뤄지고 있다"고 최근 기술 동향을 소개했다.

실제 테슬라는 열 흡수와 방출을 통한 방식이며, 현대자동차는 전기차 전자 장비 부품의 폐열을 회수해 난방에 활용하는 등 히트 펌프 방식의 열 관리 기술을 보유하고 있다.