전기차 화재 지배적 원인과 배터리 관리 방법

과충전, 전기차 화재 지배적 원인 아냐. 배터리 관리강화 필요"

'배터리 전문가' 윤원섭 성균관대 교수,  벤츠 전기차 화재에 "셀 내부결함 추정"

"국내 배터리 3사 기술력 우위. 밀도·파워·비용·안전 골고루 갖춰"

"전기차는 지하주차장 안된다? 마녀사냥 느낌. 전문가 협의·대책 중요"

전기차 화재 예방하려면, “평소 완충 피하되 가끔 ‘셀 밸런싱’도 필요”

최근 인천 아파트 지하주차장에서 발생한 전기차 화재로 전기차에 대한 불안감이 커지고 있는 가운데 화재 원인에 대한 갑론을박이 한창이다.

이런 가운데 대표적인 국내 배터리 전문가인 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수는 과충전은 전기차 화재의 결정적 원인은 아니라고 밝혔다.

나아가 전기차 안전을 위해서는 배터리 모니터링 강화 등 보다 근본적인 대책이 필요하다고 강조했다.

윤 교수는 성균관대와 삼성SDI가 손잡고 설립한 배터리공학과의 대표 교수로, 성균에너지과학기술원 차세대배터리 연구소 소장도 맡고 있다.

윤 교수는 전기차 배터리 화재 원인을 과충전으로 단정 짓는 분위기에 대해서는 우려를 표했다.

그는 "충전 깊이(충전율)와 화재는 당연히 관련이 있지만, 지배적인 원인은 아니다"라며 "100% 충전이라는 게 굉장히 상대적인 개념이기 때문"이라고 말했다.

윤 교수는 "NCM(니켈·코발트·망간) 배터리 양극의 100% 용량은 (g당) 275mAh가량인데, 실제로 사용한 것은 200∼210mAh 정도이고 이를 100%라고 규정한다"며 "다시 말해 우리가 100%라고 말하는 것은 안전까지 고려한 배터리 수명"이라고 밝혔다.

이어 "물론 충전을 이보다 더하면 위험할 순 있다"며 "하지만 이러한 과충전은 배터리 셀 제조사나 자동차업체 차원에서 배터리관리시스템(BMS) 등으로 이미 차단된 상태"라고 강조했다.

그는 "지금까지 밝혀진 바에 따르면 충전 깊이보다는 셀 내부 결함이나 그 결함을 관리하는 BMS 문제로 화재가 나는 것으로 추정할 수 있다"고 덧붙였다.

윤 교수는 급속충전이나 높은 기온, 습도도 배터리 화재의 결정적 원인은 아니라고 했다.

그는 "완속보다 10∼100배 빠르게 충전하니 전압이 더 올라가 조금 위험한 면이 있겠지만, 이미 이러한 화재 가능성은 원천적으로 차단된 상태"라며 "또 온도나 습도를 고려해 배터리 셀은 안전하게 제조됐다"고 설명했다.

윤 교수는 '전기차 포비아(공포증)'를 불러일으킨 인천 메르세데스-벤츠 EQE 화재 사고 원인과 관련해선 "배터리 셀 내부 결함이 가장 합리적 이유로 추정된다"고 말했다. 해당 차량에는 중국산 파라시스 배터리가 탑재됐다.

그는 "결함이라고 하면 불량처럼 느껴질 수 있는데 그보다는 수억개의 셀을 만들면서 어쩔 수 없이 나오는 셀의 편차라는 말이 맞다"며 "그 편차 중 가장 밑단에 있는(성능이 떨어지는) 셀을 계속 사용하게 되면 불안정해질 수 있다. 이를 잘 관리했다면 초동 조치를 할 수 있었는데 아쉽다"고 했다.

이어 배터리 셀 내부 결함은 전조 증상이 반드시 있다며 "갑자기 '팍'하고 화재가 나는 것이 아니고 조금씩 누적되는 것인데 전압이나 온도를 체크하면 관리할 수 있다"고 밝혔다.

그는 이러한 면에서 배터리 제조사 공개는 안전이나 소비자 선택권에서 매우 중요하다고 강조했다.

윤 교수는 "전기차의 배터리는 자동차 엔진만큼 중요한 부품"이라며 "배터리 셀 제조업체에 더해 NCM 조성 비율, 양극 소재 등 기본적인 셀 케미스트리(화학요소)도 공개해야 한다고 본다"고 주장했다.

그러면서 "안전과 기술력은 회사에 따라 차이가 있으므로 회사가 공개되면 대처할 수 있는 면도 있다"고 전했다.

윤 교수는 BMS의 중요성도 거듭 강조했다.

그는 "배터리 이상은 분명히 온도나 전압 변화 등 시그널(징조)이 있다"며 "센서를 통해 이를 감지하고, 모니터링하는 시스템이 잘 돼 있느냐가 자동차회사가 안전과 관련해 강화해야 하는 부분"이라고 설명했다.

윤 교수는 NCM, 리튬인산철(LFP), 전고체 배터리 모두 화재 가능성은 상존한다며 현재로서는 리튬이온배터리(LiB) 성능을 향상하는 것이 안전 면에서 가장 합리적 개발 방향이라고 강조했다.

그는 이러한 면에서 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)는 타사 대비 높은 경쟁력을 갖고 있다고 봤다.

윤 교수는 "배터리 성능을 판단할 때 에너지 밀도, 파워, 비용, 제품 안전 등을 고려하는데, 이를 골고루 다 갖춘 것이 우리 배터리 3사"라며 "처음부터 잘한 것은 아니지만 현재는 소형부터 중대형까지 기술, 노하우 등 많은 경험이 축적돼 경쟁 회사들과 비교하면 우위를 점하고 있다"고 말했다.

마지막으로 윤 교수는 배터리, 자동차 전문가와의 깊이 있는 협의를 통해 근본적인 전기차 화재 예방 대책이 마련돼야 한다고 제언했다.

그는 "충전 깊이와 화재 간의 인과관계가 밝혀지지 않은 상황에서 지하 주차장에 들어가면 안 된다는 것은 마녀사냥의 느낌이 좀 있다"며 "전문가들이 심도 있게 토의해 검증 후 대책을 세우는 것이 중요하다"고 밝혔다.

이어 "자동차 화재는 언제든 날 수 있고, 그 화재를 어떻게 끄느냐가 중요"라며 "전기차는 전 세계적으로 가는 방향이고, 우리 산업 경쟁력과 연관됐는데 (이번 화재가) 크게 영향을 미치지 않았으면 한다"고 덧붙였다.

[ 운전자 입장에서 현실적으로 실천 가능한 예방법 ]

'과충전' 가능성을 줄이는 등 배터리 안전성을 유지하는 충전 습관과 전기차 특성을 감안한 주행 습관을 들이는 것이다.

과충전이 열폭주로 이어지는 직접적 원인인지에 대해서는 의견이 분분하다. 충전율 100%, 이른바 완충 상태에 이르더라도 실제 전기차 배터리는 95~97% 충전 상태다. 전기차 제조사가 안전 조치 차원에서 자동차 소프트웨어에 일종의 마진을 뒀기 때문이다. 다만 충전 안전마진이 배터리 내구성 유지에 도움이 될 수 있기에 그 비율을 현재 3~5%에서 10%까지 늘려야 한다는 주장이 나온다. 한국전기자동차협회장을 맡고 있는 김필수 대림대 미래자동차학부 교수는 "전기차 최대 충전율을 낮추는 게 좋은데 충전기의 경우 최대 90%까지만 충전이 가능하도록 설정하고, 전기차 완충 기준도 90% 정도로 하는 등 조치가 필요하다"고 지적했다. 김 교수는 "충전율 상한이 90% 정도로 낮아지면 주행거리가 기존보다 짧아지기 때문에 안전성과 형평성 확보 차원에서 국내외 메이커를 막론하고 같은 규제를 적용할 필요가 있다"고 덧붙였다.

배터리 유지·관리 차원에서 주기적인 '셀 밸런싱(Cell Balancing)'이 필요하다는 조언도 나온다. 셀 밸런싱은 전기차 배터리를 완충함으로써 BMS가 모든 셀의 전압 차이를 확인하고 바로잡을 수 있게 하는 것이다. 전기차 배터리팩은 여러 셀로 구성된다. 이 중 일부 셀의 전압·온도에 큰 편차가 생기면 배터리 전체 안전성이 깨질 수 있다. 이를 막고자 국내 전기차 메이커들은 충전율이 20% 이하일 때 100%까지 충전하는 셀 밸런싱을 한 달에 1회 이상 실시할 것을 권고한다. 평소에는 완충을 지양하되 이따금 셀 밸런싱을 하는 게 배터리 성능을 관리하는 데 도움이 된다는 것이다.
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전문가들은 전기차 특성을 감안해 평소 주행·주차 습관 측면에서도 주의를 당부했다. 김필수 교수는 "전기차의 경우 특히나 안전을 위해 침수도로 주행을 피해야 한다"며 "전기차는 차체 하부가 파손되면 화재 위험성이 있는 만큼 과속방지턱을 넘을 때 바닥을 긁지 않는 등 차량 파손을 피해야 한다"고 조언했다. 외부 충격에 따른 배터리 손상 가능성을 피하고, 만약 훼손이 의심된다면 즉시 점검이 필요하다는 것이다. 김성태 한국전기차사용자협회장은 "전기차에 충전기를 꽂아놓고 계속 방치할 게 아니라, 충전이 끝나면 바로 차를 다른 곳으로 이동시키는 게 주차 매너를 지키는 동시에 만에 하나 있을지 모르는 화재 위험을 줄이는 방법"이라고 말했다.