[Q&A]전기차 배터리 화재, 과충전 방지로 예방할 수 있을까?

배터리 화재 주요 요인과 배터리 안전 설계[사진=현대차]

최근 전기차 배터리 화재 예방을 위해 '과충전 방지'가 대안으로 등장하고 있는 가운데 배터리 충전량(SoC, State of Charge)과 화재는 직접적인 상관 관계가 없다는 주장이 나왔다.

20일 현대차∙기아는 "배터리 충전량과 화재 발생 간에는 관계가 없다"며 "100% 완충해도 안전하게 운행할 수 있다"고 강조했다. 현대차 관계자는 "다른 가전제품의 배터리와 마찬가지로 전기차용 배터리는 100% 충전해도 충분한 안전범위 내에서 관리되도록 설계됐다"면서 "만에 하나 문제가 발생하더라도 '배터리 두뇌' 역할을 담당하는 첨단 BMS(배터리관리시스템)가 이를 차단하고 제어한다"고 설명했다.

전기차 배터리 화재에 대한 오해와 궁금증을 정리했다.

◆모니터에 100% 완충 표기 떠도 '찐' 완충은 아냐...3중 관리로 제어 

현대차∙기아에 따르면 배터리 충전 용량은 안전성이 검증된 범위 내에서 산정된다. 충전량 100%를 기준으로 안전성을 검증하고 관리한다는 의미다.

실제 소비자가 완충을 하더라도 전기차 배터리에는 추가 충전 가능 용량이 존재하며, 운전자가 수치상으로 볼 수 있는 충전량은 총 3개의 마진이 반영된 결과라는 게 업체 측 설명이다. 3가지 마진을 적용하는 가장 중요한 이유는 화재 발생 가능성이 아닌 배터리의 내구 수명을 확보하기 위함이다.

예를 들어, NCM 배터리의 경우 g당 최대 275mAh 정도의 에너지를 담을 수 있지만 배터리 제조사는 이보다 낮은 g당 200~210mAh 수준만 실제 사용될 수 있도록 설계한다. 여기에 자동차 제조사도 일부 사용 가능 용량을 마진으로 남겨둔다. 소비자가 내비게이션 화면 등을 통해 볼 수 있는 충전량 수치는 배터리 셀 제조사와 자동차 제조사가 각각 설정한 마진을 제외한 상태로 안내된다.

BMS가 사용 가능 용량을 재산정하는 리밸런싱(Rebalancing) 과정에서도 일부 제외되는 용량이 있다. 배터리 팩 안의 많은 셀 중에서 하나만 성능이 저하돼도 전체 배터리 성능이 떨어지기 때문에 배터리 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 것은 매우 중요하다.

가령 배터리 셀들의 전압에 편차가 생길 경우, BMS는 이를 미리 인지해 셀 사이의 전압 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 제어를 수행한다. 이 과정에서 가장 적은 용량이 남은 셀을 기준으로 전체 충전 가능 용량을 재산정해 안전한 사용 용량 이상의 활용을 방지하고, 동시에 추가적인 용량 마진을 확보하고 있다.

이렇게 산정돼 소비자에게 안내되는 100% 충전량은 배터리 제조사와 자동차 제조사가 안전성 검증을 충분히 완료한 구간이라는 것이다. 만약 100% 충전을 넘어 과충전이 발생할 경우 전해액 분해 반응, 양극 구조 변경 등에 의한 안전 문제가 발생할 수 있지만 BMS가 이를 사전 차단하기 때문에 과충전 가능성이 없다는 것이 현대차∙기아의 설명이다.

회사 관계자는 "현대차∙기아가 15년 이상 노하우를 바탕으로 개발한 BMS는 다중안전 체계를 바탕으로 총 3단계의 과충전 방지 기술이 적용됐다"면서 "현재까지 과충전 사고가 발생한 적은 단 한 번도 없다"고 강조했다.

◆과충전 방지로는 화재 100% 못막아...예방, 대응 메뉴얼에 초점 맞춰야

때문에 충전량을 제한하는 것은 근본적인 대책이 될 수 없다. 배터리 제조 결함이 없도록 배터리 셀 제조사와 함께 철저하게 품질관리를 하고 BMS를 통해 사전 오류를 진단해 사고를 예방하는 정책에 초점이 맞춰져야 한다는 설명이다.

현대차∙기아의 경우 BMS가 주행 및 충전 중 상시 진단 뿐만 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 배터리 셀의 이상 징후를 모니터링한다. BMS가 모니터링하는 항목으로는 △전압편차 △절연저항 △전류 및 전압 변화 △온도 △과전압 및 저전압 등이다. 최근 신차는 선제적으로 잠재적인 불량을 검출할 수 있는 △순간 단락 △미세 단락을 감지하는 기능도 추가돼 안전성이 강화됐다.

현대차∙기아 관계자는 "고객에게 보여지는 완충(100%) 상태는 안전성이 철저히 검증된 구간 내에서의 충전량을 의미하기 때문에 완충에 따른 불안감을 갖지 않으셔도 된다"며 "앞으로도 배터리 사전 진단 및 화재 전이 방지 기술을 보다 고도화해 고객 여러분들이 안심하고 전기차를 운행할 수 있도록 하겠다"고 밝혔다.

◆커넥티드카 서비스 통해 고객 사각지대 최소화

현재 현대차∙기아는 BMS가 감지한 셀 이상 징후를 고객에게 문자메시지를 통해 통보하는 시스템을 갖추고 있다. 하지만 고객 통보시스템의 사각지대를 최소화하기 위한 조치를 강화할 계획이다.

대표적인 사각지대는 리스 차량 또는 렌터카 등 회사명의로 등록한 법인차다. 회사명의로 등록됐기 때문에 BMS가 셀 이상을 진단했다 하더라도 문자로 통보가 불가능하기 때문이다

이에 현대차∙기아는 대형 법인사 및 기업을 대상으로 법인차를 사용하는 실 운행자 명의로 등록하도록 설득하고 홍보할 예정이다. 실 운행자 명의 등록은 해당 법인에 소속된 고객이 커넥티드 서비스 어플리케이션을 내려 받은 뒤 간단하게 진행할 수 있다.

한편, 현대차∙기아는 최근 전기차 화재 발생에 대한 고객 우려가 높아진 상황에서 전기차에 대한 불안감을 해소하고 고객의 안전 주행을 돕기 위해 전국 서비스 거점에서 안심 점검 서비스를 진행한다.