현대차∙기아, 배터리 안전 핵심 기술 'BMS' 공개

[미디어펜=김연지 기자]현대차∙기아가 전기차 안전을 책임지는 핵심 기술 '배터리 관리 시스템'(Battery Management System∙BMS)'를 15일 공개했다. 이는 최근 소비자들이 전기차에 대해 필요 이상의 불안감을 느끼고 있는 상황을 극복하기 위한 차원으로 해석된다.

현대차∙기아는 안전성, 주행거리, 충전 시간 등 소비자가 중시하는 전기차의 기본기를 끌어올리기 위해 하드웨어부터 소프트웨어에 이르기까지 방대한 노력을 펼치고 있다. 그 중에서도 현대차∙기아의 연구개발(R&D) 역량을 가장 잘 보여주는 사례가 바로 15년 이상의 자체 개발 노하우를 축적·고도화시킨 BMS 기술이다.

BMS는 '배터리 관리 시스템(Battery Management System)'의 약자로 배터리를 전체적으로 관리하고 보호하는 '두뇌'인 동시에 자동차가 배터리를 사용하는 데 필요한 제어 정보를 제공하는 역할을 담당한다.

BMS는 높은 에너지를 저장하고 있는 배터리를 총감독하는 역할을 하는 만큼, 현대차∙기아는 고객이 안심하고 전기차를 운행할 수 있도록 관련 기술 개발에 모든 역량을 집중하고 있다.

오래전부터 하이브리드 차량을 개발하며 BMS 제어 기술의 기반을 쌓았으며, 다양한 기술적 난제 극복을 통해 지금의 BMS 핵심 기술을 확보할 수 있었다는 것이 회사 현대차·기아의 설명이다. 

현대차∙기아 BMS의 역할 중 하나가 바로 배터리가 안정적으로 작동할 수 있게 만들어 주는 정밀 '배터리 시스템 모니터링'이다. 배터리의 이상 징후를 신속하게 탐지하는 동시에 위험도를 판정, 차량 안전제어를 수행하고 필요 시 고객에게 통지함으로써 더 큰 문제가 발생하는 것을 미리 방지할 수 있게 해주는 기술이다.

EV 배터리 화재는 다양한 원인으로 발생할 수 있으나 대부분의 발생 유형으로는 셀 자체의 불량 또는 충격에 의한 셀 단락이다. 현대차∙기아 BMS는 주행 및 충전 중 상시 진단 뿐만 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 정기적으로 깨어나 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링한다.

BMS가 모니터링하는 항목으로는 △전압편차 △절연저항 △전류 및 전압 변화 △온도 △과전압 및 저전압 등 다양하며, 최근 출시되고 있는 차량은 이에 더해 수 일 또는 수 주 이전 잠재적인 불량을 검출할 수 있는 △순간 단락 △미세 단락을 감지하는 기능도 추가돼 한 차원 높은 안정성을 제공하고 있다.

현대차∙기아는 최근에 개발된 순간 및 미세 단락을 감지하는 기술이 배터리 화재 사전 감지에 큰 효과가 있다고 판단, 신규 판매 차량에 적용하하고 있다. 또 기 판매된 전기차에도 연말까지 업데이트 툴 개발을 완료해 순차적으로 확대 적용할 계획이다.

배터리 이상 징후가 발견되면 BMS는 필요한 안전 제어를 수행하고, 위험 정도에 따라 고객에게 즉시 통보가 이뤄진다. BMS가 진단한 이상 징후 데이터는 즉시 원격지원센터로 전송되고, 이어 고객에게 입고 점검 및 긴급출동을 안내하는 문자메시지가 자동으로 발송된다.

특히 심각한 문제가 발생한 것으로 판단될 때에는 즉시 관계기관에 자동 통보되는 시스템도 개발을 추진할 예정이다.

현대차∙기아는 BMS 기술을 선도하며 안전진단 기술 강화를 위해 지속적인 연구개발을 이어 나갈 계획이다. 특히 첨단 진단 기술과 클라우드 서버 기반의 원격 정밀 진단(물리모델, 머신러닝 모델 활용)을 통합한 '온보드-클라우드 통합 안전관리 시스템'도 개발 중이다.

BMS는 충전 과정에서도 중요한 역할을 한다. 일각에서는 전기차 화재 원인으로 과충전을 꼽고 있는데  현대차∙기아는 이는 사실과 다르다고 강조했다. 현대차∙기아에 따르면 자사 전기차 가운데 과충전에 의한 화재는 한 건도 없었다. BMS가 충전상태를 집중적으로 모니터링 하고, 충전 제어기의 긴밀한 협조제어를 통해 과충전을 원천 차단해 과충전에 의한 문제 가능성은 0%에 가깝다는 설명이다.

현대차∙기아의 과충전 방지 기술의 가장 큰 특징은 바로 충분한 다중안전 체계를 갖추고 있다는 점이다. 즉, 감지 자체에 오류가 발생했다 하더라도 이를 대체할 수 있는 총 3단계의 과충전 방지 기술을 중복되게 적용 중이다.

1단계로 BMS와 충전 제어기가 최적의 충전 전류 제어를 통해 고전압 배터리의 충전량 범위 내에서 안전하게 충전될 수 있도록 상시 관리한다. 2단계에서는 BMS가 배터리의 충전 상태를 실시간 모니터링해 정상범위에서 벗어날 경우 즉시 충전 종료를 명령하는 시스템이 작동된다.

만에 하나 차량 제어기와 배터리 제어기가 모두 고장난 상황에서는 3단계 시스템이 가동된다. 이 단계에서는 물리적인 안전 회로가 작동, 전류 통로인 스위치를 강제로 차단한다.

현대차∙기아의 BMS 기술은 모니터링이나 과충전 방지에만 국한되지 않는다. 배터리 내부의 셀을 종합적으로 관리해 배터리의 내구성과 성능을 최적으로 유지하는 셀 밸런싱기술도 핵심 기술로 꼽힌다.

현대차∙기아는 배터리 팩 안의 많은 셀 중에서 하나만 성능이 저하돼도 전체 배터리 성능은 떨어지기 때문에 배터리 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 게 매우 중요하다고 강조했다. 가령 배터리 셀들의 전압에 편차가 생길 경우, BMS는 이를 미리 인지해 셀 사이의 전압 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 제어를 수행한다. 또 현재 배터리의 온도와 상태를 종합해서 배터리가 제공할 수 있는 최대 출력을 수시로 연산해 제어하고 있다고 현대차∙기아는 전했다.

현대차∙기아는 경쟁사 대비 탁월한 배터리 화재 지연 시스템도 갖추고 있다. 

현대차∙기아 관계자는 "현대차그룹 전기차에는 연구개발 인력들이 그동안 쌓아온 기술력과 노하우를 기반으로 개발한 각종 안전 기술들이 총망라돼 적용돼 있다"며 "전세계 고객분들이 안심하고 우리 전기차를 타실 수 있도록 현재 기술 수준에 만족하지 않고 지속적인 안전 신기술 개발을 위해 매진해 나갈 것"이라고 말했다.

한편, 현대차∙기아는 최근 전기차 화재 발생에 대한 고객 우려가 높아진 상황에서 전기차에 대한 불안감을 해소하고 고객의 안전 주행을 돕기 위해 이번 안심 점검 서비스를 마련했다. 점검 대상은 현대차·기아·제네시스 승용 및 소형 상용 전기차 전 차종이며 △절연저항 △전압편차 △냉각시스템 △연결 케이블 및 커넥터 손상여부 △하체 충격·손상여부 △고장코드 발생유무 등 전기차의 안전과 관련된 총 9개 항목을 검사한다.