지난 청라에서 발생한 전기차 화재로 인해 전기차에 대한 공포심이 높아지고 있는 가운데 지하 주차장 출입금지 등 감정적인 대응보다는 BMS(Battery Management System) 등 기술적 해결 방법을 통해 화재 예방에 주력해야 한다는 목소리가 높다.

전기차 업계에 따르면 최근 청라에서 발생한 전기차 화재로 인해 전기차에 대한 무분별한 공포심이 높아지고 있다며 전기차를 무조건 외부에 주차해야 한다던가 아니면 전기차를 출입금지 시켜야 한다는 의견은 올바른 해결 방안이 아니라는 주장이다.

업계에 따르면 전기차 배터리를 연구한지가 벌써 30여년이 지났고, 이에 따라 화재에 대한 많은 연구가 진행됐다고 전했다.

그런데도 강한 충격이나 소재의 결함 등으로 일부 불량품에서 사고가 발생할 수 있다.

최근 알려진 바에 따르면 청라에서 화재가 난 벤츠 EQE 차량이 중국 패러시스 NCM(니켈·코발트·망간) 811 배터리를 사용했는데, 이에 대해 니켈이 많이 포함된 NCM 배터리의 경우 LFP(리튬·철·인산) 보다 열폭주가 전이되는 속도가 5배 빠르다며 전기차의 배터리를 NCM 배터리에서 LFP로 교체해야 한다는 목소리가 높다.

반면에 전문가들은 LFP 배터리의 경우 모듈을 생략한 배터리 셀만 끼우는 CTP 방식으로 패키징 되는 만큼 물리적 충격이 발생하면 NCM 배터리 못지않게 열폭주가 빠르게 일어날 수도 있어 NCM 배터리를 LFP 배터리로 대체하는 방법은 옳지 못하다고 조언하고 있다.

또한 이번 문제가 된 중국 패러시스 NCM 배터리가 파우치형 셀을 사용하는데 파우치형의 경우 셀 간 밀도가 높아 원통형에 비해 열에 취약하다는 단점이 있다.

이에 원통형으로 교체해야 한다는 의견이 있지만 일부에서는 원통형이 셀 간 공간이 있어 열전도에 있어 파우치형보다 우수한 것은 사실이지만 파우치형의 경우 물리적 충격 때 옆면이 찢어지면서 자연스럽게 가스 배출이 되는 구조라 무조건 위험하다고 단정짓는 것은 옳지 않다고 전했다.

특히 배터리 팩을 아주 잘 만들었다고 하더라도 차량 하부에 주로 배터리가 위치하는 만큼 물리적 충격이 수시로 가해진다면 분리막 손상으로 인한 쇼트를 유발할 수 있는 만큼 전기차의 경우 충격을 최소화한 방법으로 운행해야 한다고 전했다.
 

■ 최적의 BMS 솔루션으로 전기차 화재 일차 방어

전기화 화재를 예방하기 위한 가장 일차적인 방법으로 최적의 BMS 솔루션을 탑재하는 것이 요구된다.

BMS의 경우 배터리 팩 제조사와 자동차 메이커 간의 기술이 달라서 각 차량 특성에 맞는 최적의 솔루션을 탑재하는 것이 중요하다.

전기차 배터리는 셀, 모듈, 팩으로 구성되는데 BMS(Battery Management System)는 배터리 셀, 모듈, 팩의 상태를 모니터링해 배터리를 최적의 상태로 유지하고 관리하는 시스템이다.

BMS는 배터리 셀의 충·방전 및 셀 간 정확한 전압을 유지해 주는 장치이기 때문에 전기차 안전의 핵심이다.

예를 들어 보통 전기차의 경우 배터리 셀의 하나의 전압은 3.7V∼4.2V 사이인데 이를 직렬연결 해서 800V 이상으로 끌어올려 사용한다.

이 경우 배터리 셀은 동일 전압을 유지해야 하며, 이 중 하나의 셀이 전압이 떨어지게 되면 저항으로 작동해 높은 열이 발생하게 된다.

이를 조절하는 것이 BMS로 수백개의 셀이 0.01V 단위에서 수백회의 충·방전이 이뤄진 후에도 정확히 같은 전압을 유지하게 조절한다.

특정 셀이 전압이 높다면 그 특정 셀만 방전시켜 나머지 셀과 동일한 전압으로 맞춰주는 형식이다.

또한 전압과 온도를 지속해서 측정해 이상 발생 때 경고 신호를 보내 위험을 알리기도 한다.

이에 BMS를 구성하는 시스템은 정확한 작동과 함께 20년 이상의 강력한 내구성을 요하게 된다.

보통 BMS는 차량의 배터리 용량 및 배터리 종류 등 차량 설계와 밀접하게 연관돼 있어 차량마다 다른 솔루션이 탑재되기 마련이다.

또한 BMS 솔루션 제공자에 따라 BMS 솔루션 구성 요소들이 패키지로 공급되는 경우가 많다.

BMS를 공급하는 주요 공급업체로는 인피니언(Infineon), ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, ST), 텍사스 인스트루먼트(TI) 등 글로벌 반도체 기업들이 다수 포진하고 있다.

인피니언은 TLE9012DQU와 TLE9015DQU 배터리 관리 IC를 공급하고 있다. 이 IC들은 셀 전압 측정, 온도 측정, 셀 밸런싱 및 메인 배터리 컨트롤러와의 절연 통신 등 주요 기능을 수행한다.

ST는 L9963E IC를 공급하고 있다. 이 IC는 최대 14개의 적층형 배터리 셀을 모니터링해 48V 이상의 전압 시스템의 요구 사항을 충족할 수 있고, 최대 7개의 NTC를 모니터링할 수 있다.

TI는 BQ79718-Q1 배터리 셀 모니터 디바이스와 BQ79731-Q1 배터리 팩 모니터 디바이스 등을 공급한다. BQ79718-Q1은 1mV까지 정확하게 배터리 셀 전압을 측정할 수 있고, ASIL 표준을 충족한다.