"배터리 화재 최소화 위해 BMS기술 고도화 절실"

[미디어펜=김태우 기자]전기차의 확산과 함께 최근 문제가 되고 있는 전기차 배터리 화재 피해를 최소화 하기 위해서는 BMS 기술의 고도화가 필요하다는 지적이 나왔다. 

한국자동차기자협회(KAJA)는 21일 광주광역시 김대중컨벤션센터 컨벤션홀 3홀에서 '전기차, 왜 자꾸 불이 날까?'를 주제로 '2022 한국자동차기자협회 심포지엄'을 개최했다고 밝혔다.

이날 심포지엄은 21일부터 23일까지 광주 김대중컨벤션센터에서 열리는 '2022 국제그린카전시회' 개막식에 앞서 열렸으며, 주제 발표와 패널 토론, 질의/응답 등의 순으로 진행됐다.

심포지엄은 △이광범 법무법인 세종 고문의 전기차 화재 사고 사례 및 대응 방안 △박균성 국토교통부 자동차정책과 자동차안전팀장의 전기차 등 미래차 안전 관리 강화 방안에 대한 주제 발표가 있었고, 이어 패널 토론이 이어졌다.

패널 토론에서는 김철수 호남대학교 미래자동차공학부 교수를 좌장으로, 두 명의 주제 발표자와 송지현 한국교통안전공단 자동차안전연구원 중대사고조사처장, 김용원 한국자동차산업협회 상무, 이호근 대덕대학교 자동차학과 교수, 최영석 한라대학교 미래모빌리티공학과 겸임 교수가 참석한 가운데, 전기차 화재의 원인과 대응책에 대해 살펴보는 시간을 가졌다.

이날 이승용 한국자동차기자협회장은 "기후 위기에 대응하기 위해 탄소 중립은 이제 선택이 아닌 필수의 시대가 됐다. 내연기관 차량의 대안으로 떠오른 전기차가 국내는 물론, 글로벌 시장에서 급속히 확대 보급됨에 따라 전기차 시대의 명과 암이 더욱 명확히 갈리고 있다"고 밝혔다.

이어 "특히, 전기차 화재 사고가 언론과 SNS(사회관계망 서비스)를 타고 급속히 전파되면서 전기차 안전에 대한 불안과 의구심이 더욱 높아짐에 따라 전기차 화재 사고의 원인을 짚어보고, 대응 방안을 모색해 보는 시간은 그 자체로 큰 의미를 갖는다"며 심포지엄의 기획 취지를 설명했다.

심포지엄의 좌장을 맡은 김철수 호남대학교 미래자동차공학부 교수는 "최근 전기차 화재 사고로 일반 고객들의 염려가 크고, 언론에서도 이를 비중 있게 다루고 있다"며 "전기차는 전기를 이용해 구동되는 자동차인데, 무거운 차량을 움직이게 하기 위해서는 매우 높은 전압의 전기가 사용되고 많은 전기를 저장하기 위해 높은 에너지 밀도를 지닌 배터리가 필요하다. 따라서 전기차는 근본적으로 전기로 인한 화재의 위험이 존재한다"고 밝혔다.

또 "최근 전기차에 주로 탑재되고 있는 리튬이온 배터리는 과거 납산 배터리에 비해 위험도가 높아 사실상 안전성 문제로 자동차에 탑재하는 것을 꺼리는 시절도 있었으나 엔지니어들의 노력으로 안전성이 비약적으로 발전해 적용까지 하게 됐다"고 말했다.

이어 "현재 화재 사고들은 엔지니어들이 놓친 부분들이 있었고 품질관리가 안된 점 등의 원인으로 발생하고 있지만 향후 전고체 배터리를 비롯, 좀더 안전한 배터리가 개발되고 경험이 쌓이면 충분히 극복할 수 있다고 생각한다. 그렇지만 근본적으로 위험요소를 갖고 있는 만큼 엔지니어들은 더욱 세심한 노력을 기울이지 않으면 안된다"고 강조했다.

이광범 법무법인 세종 고문은 "전기차 배터리는 제조뿐만 아니라 정비, 사고, 폐차 등 다양한 분야에서 취급되는데, 현장에서는 납 배터리처럼 취급하는 경향이 있다. 국내외 사례를 살펴보면, 화재 진압 후나 충돌 후 폐차장 재발화 등의 화재 문제가 계속 발생되고 있다. 현장에서 실제 리튬이온 배터리를 다룰 수 있는 정비사, 견인 기사, 폐차장 종업원 등에 대한 소양 교육이 필요한 시점이다. 리튬이온 배터리의 정상 사용 조건이 아닌 비정상 사용 조건에서의 취급 요령 매뉴얼도 필요하며, 이를 교육할 프로그램을 만들어야 한다"고 밝혔다.

이어 "전기차 배터리의 안정성 확보를 위해 국제 기준이 제정되고 업데이트 되고 있으나 이는 정상 조건에서의 시험평가이다. 교통사고 등과 같은 비정상 조건에서의 평가는 현재 없다. 최소한의 인명 구조를 위한 골든 타임을 확보하고 피해를 최소화하기 위해 비정상 조건(열폭주, 열전이 상태)에서의 시험 평가가 필요하다. 현재 기술로 열폭주를 근본적으로 해결하기는 어려운 상황이므로 피해를 최소화할 수 있도록 열폭주를 제어하는 노력(기술 개발)이 필요하다"고 피력했다.

박균성 국토교통부 자동차정책과 자동차안전팀장은 "그동안 국내 자동차의 안전성은 세계적 수준으로 성장했으며, 친환경 정책 등에 따라 전기차가 증가(2016년 1.1만대→2022년 25.8만대)하고 전동화 기술 개발에 따른 커텍티드카도 급격히 증가(2015년 75.9만대→2021년 424.6만대)하고 있다. 다양한 차종이 보급되면서 차량의 결함이나 화재에 대한 소비자의 인식도 함께 바뀌고 있다"고 밝혔다.

또한 "미래차의 안전성 향상과 결함 발생 시 신속한 시정(리콜)이 요구된다. 정부는 이러한 자동차 산업의 변화와 소비자 요구에 맞춰 전기차 등 미래차의 안전 확보 및 사전 대응을 위해 안전관리 체계를 고도화하면서 전기차의 배터리 재사용, 재활용 등의 신산업 지원 기반도 마련할 계획"이라고 말했다.

박 팀장은 이를 위해 전기차 배터리 등 핵심 장치에 대한 안전기준을 보강하고 화재에 대응할 수 있는 배터리 관리 시스템과 화재 확산방지 기술 개발(R&D, 2023～2026) 등 안전에 대한 투자도 확대에 대한 계획을 밝혔다. 

이어 배터리 핵심 장치에 한해서 정부가 사전에 안전성을 인증하는 체계로 개편하고 인증 사항 준수 여부를 지속 관리할 전망이다. 더불어 제작결함 조사 방식과 절차를 합리화·효율화해 신속한 조사를 통해 제작 결함을 시정토록 할 계획이다. 

끝으로 전기차 검사 역량 강화를 위해 배터리 검사 기술과 장비 개발·보급을 추진하고, 배터리 안전·성능 검사 이력을 데이터 베이스(DB)화해 사용 후 배터리 산업을 지원할 계획이라며 향후 기술 고도화에 대한 전망을 설명했다. 

송지현 한국교통안전공단 자동차안전연구원 중대사고조사처장은 "전기차 화재를 예방하기 위한 가장 기본은 우선 고전원 배터리 자체 품질을 높여 화재 발화 요인을 줄이는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나 품질 불량을 제로(0)로 하여 단 한 건도 불량이 나오지 않게 하는 것은 현실적으로 매우 어려운 부분"이라고 말했다.

이어 "전기차 화재로 인한 피해를 최소화해 안전을 확보하기 위해서는 BMS(Battery Management System) 기능을 지금보다 훨씬 더 강화하고 의무화해 안전을 확보해야 한다"며 "본래 목적인 배터리 관리 기능 이외에도 배터리 이상 감지 범위 및 경고 기능 확대, 화재 발생시 경보(대피·신고) 기능을 추가하고, 열폭주 전이 지연 성능(최소 시간) 등을 갖추도록 하는 한편, 이러한 안전과 관련된 기능은 꼭 의무화(법규화)가 필요하다"고 전했다. 

그는 "더 나아가 배터리 화재(고장)시 분석에 필요한 데이터 항목을 추가하고, 저장·동기화 기능, 화재시 배터리 냉각, 비상 호출, 열폭주 전이 지연 성능에 대해서도 지속적인 평가가 필요하다"고 강조했다.

김용원 한국자동차산업협회(KAMA) 상무는 "전기차를 포함한 모든 자동차는 기본적으로 충돌시험 등 안전에 대한 확인 절차가 있고, 특히, 전기차 배터리는 단품으로도 낙하 시험 등을 실시하고 있어 안전성은 담보되어 있다고 보아야 할 것이다. 

그는 "전기차 배터리 관련 화재는 배터리 내부의 음극과 양극을 분리하는 분리막이 손상되면서 순식간에 800∼1000℃ 이상 올라가는 엄청난 온도에 배터리 내부가 팽창하면서 폭발하는 것이 대부분의 사례이다"며 "이러한 배터리 관련 화재의 원인은 배터리 제조과정의 불량, 사용하는 과정에서의 과충전, 교통사고 등 강력한 외부 충격 등이 발생되면 화재로 이어질 수 있다"고 밝혔다.

이어 "전기차에 탑재된 리튬이온 팩은 여러 개의 셀로 이루어져 있어 충전/사용하는 과정에서 계속 급속 충전만 하거나 방전을 많이 시키면 각 셀 별로 불균형이 발생되어 성능이 떨어질 수 있다"며 "따라서 전기차를 안전하고 오래 사용하기 위해서는 배터리 충전량은 20%∼80% 사이를 유지해주고, 밸런스 있게 충전하기 위해서 한 달에 한번 정도는 완속 충전해 주는 것이 중요하다"고 설명했다.

이호근 대덕대학교 자동차학과 교수는 "전기차가 미래형 친환경차로 부각되고 있는데, 본격적으로 시장에 선보인 지는 얼마 되지 않는다"며 "최근 발생한 전기차 관련 충전중 화재 및 리콜 사태는 배터리 제조 과정에서의 문제로 지적되고 있고, 많은 부분이 수정되면서 현재 추가 리콜이나 화재가 발생하지 않는다는 것은 전기차 보급 입장에서는 다행이라고 할 수 있다"고 전했다.

이 교수는 "내연기관에서 전동화로 패러다임이 바뀌는 시대에 살고 있는데, 기술 개발 및 보급 초기에 발생하는 안정화 단계라고 본다. 다만, 한 건의 사고도 치명적인 피해를 유발할 수 있을 정도로 진화 및 제어가 불가능하다는 것이 큰 우려로 꼽히고 있다"고 밝혔다.

이 교수에 따르면 1년에 자동차 화재는 5000건 정도 발생한다. 또한 대부분의 화재는 발생 후 5~6분 이내에 전소될 정도로 차량에는 원래 가연성 물질이 많이 있다. 그는 그럼에도 불구하고 전기차 화재가 주목받는 이유를 두 가지로 꼽았다. 

첫째, 대부분의 차량 화재는 운행중 발생하는데, 전기차 화재는 충/방전 중에 발생한다는 것이다. 운전자의 과실이나 잘못이 하나도 없다는 것은 다행스럽고, 충/방전 중이라서 인명 피해가 없었다는 것은 다행이지만 지하주차장에서 발생 시 피해가 상상을 초월할 수 있다는 것이 큰 걱정이다. 

둘째, 내연기관 차량은 소방서에서 출동하게 되면 바로 진압이 가능하고, 일반 운전자들도 소화기나 주변의 시설을 이용해 화재가 급격히 번지는 것을 어느 정도 늦출 수 있다. 하지만 전기차는 리튬이온 배터리가 공기중에 노출되는 순간 급격히 온도가 상승하게 되고, 열전도를 막기 위해 물을 쏟아 붓게 되면 열폭주가 뒤따르는 어려움이 있다. 

현존하는 기술로는 수조에 넣고 열전도를 막고 반응이 끝나기를 기다리는 소극적인 방법 밖에 없다는 것이 걱정을 배가시키는 원인이다. 

이에 이호근 교수는 "전기차의 안전도 검사는 일반적인 자동차 기준을 따를 수밖에 없고, 최근 부산 고속도로 사고와 같이 고속 주행 중에 발생하는 사고까지 예방하려면 안전도 기준을 몇 배 강화해야 하고 이는 차량가격 상승을 유발할 수 밖에 없다"고 전했다.  

이 교수는 "결국 보급화에 걸림돌이 되는 것으로, 이러지도 저러지도 못하는 상황이다. 전문가 입장에서는 안전성을 무작정 높이는 방법은 한계가 있다고 판단된다"며 "사고 발생시 상대 차량의 파손 및 운전자 부상을 가중시킬 우려도 있다고 말했다. 

그는 "결국 현존하는 시스템 상에서 1회 충전 주행거리에 다소 손해를 보더라도 완충 비율을 85% 내외로 낮추고, 완속 충전을 습관화하는 노력이 필요하다"며 "충전 인프라 보급이 보다 폭넓게 이뤄진다면 크게 불편하지 않을 수도 있다"고 덧붙였다.

결국 정부는 충전 인프라 구축에 힘쓰고, 화재 발생시 대처할 수 있도록 전문가 집단을 구성해 선진적인 방안 연구에 노력해야 한다는 게 이 교수의 입장이다. 

제작사는 충전 방식의 전환에 따른 위험률 감소 홍보에 노력해야 하고, 소비자는 다소의 불편함을 감수하더라도 공익과 환경을 위한 노력을 게을리하지 않는 것이 중요하다는 것이다. 

최영석 한라대학교 미래모빌리티공학과 겸임 교수는 "차량 결함 및 전기차 전문가로서 조사 업무를 지원하면서 정확한 조사와 함께 명확한 정보 공개가 중요하다고 생각한다. 전기차 화재 건은 국민적 관심이 높은 사항이지만 그 원인과 체계, 그리고 조사 경험이 많지 않기 때문에 어려움이 있다"고 말했다.

이어 "향후 이러한 문제를 해결하기 위해서 현재 발생한 사고들에 대한 사례를 공유하고, 해결해야 할 과제도 함께 고민해야 할 것이다"며 "특히, 사고 조사와 결함 조사는 다른 영역으로 구분돼야 하는데 이를 혼재하거나 부정확한 정보로 인해 '전기차는 작은 충격에도 배터리가 폭발한다'고 각인되는 부작용이 발생하고 있다. 전기차 안전을 강화하고 관리하는 것만큼 정보의 공개와 전달도 관리되어야 할 것"이라고 피력했다.

한편, 한국자동차기자협회는 국내 유수의 55개 매체를 회원사로 두고 있으며, 200여 명의 자동차 담당 기자가 활동하고 있다. 자동차 산업 발전에 기여하는 언론의 창달, 올바른 자동차 문화 정착 유도, 기자들의 자질 향상과 교류 증진을 목적으로, 2010년 8월에 설립됐다. 한국자동차기자협회는 매년 대한민국 최고의 자동차를 뽑는 '올해의 차(Car of the year)'를 선정, 발표하고 있다.