최근 잇따른 전기차 및 배터리 제조공장의 대형 화재 사고로 인해 2차전지 배터리에 대한 소비자들의 불안감이 커지고 있다. 이로 인해 배터리의 안전성 확보가 업계의 주요 과제로 떠오르며, 특히 다수의 인명사고가 발생할 가능성이 있는 전기차 및 전기 선박에서 발생하는 배터리 화재 및 폭발 위험을 줄이기 위한 기술 개발이 중요해졌다.
배터리 셀 제조사들도 안전 기술 확보에 총력을 기울이고 있다. 국내 L사는 'B-Lifecare' 서비스를 통해 사용자가 배터리 상태를 실시간으로 확인하고 관리할 수 있도록 지원하며, 배터리 내부 폭발 에너지를 빠르게 배출해 연쇄 발화를 방지하는 '디렉셔널 벤팅' 기술을 개발하고 있다. 국내 S사는 배터리의 열 전파를 예측하고 차단하는 소프트웨어를 고도화 중이며 또 다른 S사는 Z폴딩 기법을 통해 셀 내부의 스트레스를 줄여 화재 위험을 낮추고 있다.
다만, 화학적 구조의 배터리셀은 필연적으로 화재 발생 가능성이 존재하기 때문에 배터리 셀의 안전성에 더해 배터리 셀을 기반으로 배터리팩을 제조하는 배터리 팩커(Packer)의 역할도 중요하다. 배터리팩이 안전하게 설계되고 제조되어야 셀의 안전성을 극대화할 수 있기 때문이다.
배터리 팩은 수십에서 수천 개의 배터리의 셀이 직렬 및 병력구조로 연결된다. 셀의 기초적인 안전성 확보를 위해 온도, 전류, 전압, 오프가스 등을 검출하는 센서를 기반으로 한 배터리관리시스템(BMS: Battery Management System)이 포함된다.
배터리관리시스템은 팩에 대한 센싱과 모니터링 역할을 하는 하위 배터리관리시스템(Slave BMS), 팩에 대한 제어 역할을 하는 상위 배터리관리시스템(Master BMS)으로 나뉜다. 과충전, 과방전 및 절연저항과 전자기 적합성 등에 대한 전기·전자 요소에 대한 기능이 적용된다. 또한 고저온, 온습도 등의 환경적 요소에 대한 부분과 난연, 염수분무, 방수, 진동, 낙하, 충돌 등에 대한 40여 개의 기술적 요소들이 갖춰져야 한다.
이처럼 배터리 팩은 각 패커들의 셀에 대한 화학적인 이해도를 기반으로 전기·전자적인 하드웨어 요소, 소프트웨어 개발 능력, 물리적인 기구적 요소들이 포함된 기술의 결정체다.
배터리 화재에 대한 우려는 전기차뿐만 아니라 전기선박 분야에도 확산되고 있다. 해양 환경에서의 안전 요구가 더욱 높은 상황에서 친환경 전기 선박 시스템 전문기업인 일렉트린의 배터리 팩 기술력이 주목받고 있다.
일렉트린은 선박용 전기 추진기 및 배터리팩 전문 제조 기업으로서 일찍이 30여 건의 특허를 확보해 14년간 자체 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 안전성을 높였다.
아울러 2015년 최경량 1세대 배터리팩을 개발해 국내 최초로 해수면 어선 및 내수면 어선에 적용했다. 2020년 자체 개발한 2세대 배터리팩에 특수 제조한 나노 실리콘을 도포해 방수·방진 기능 및 열폭주 방지 기술을 적용했다. 안전성을 강화한 배터리팩을 상용화하여 국내 최초로 해양수산부 인증을 획득한 바 있다.
또한 일본 해양레저관련 인증기관인 제이씨아이(JCI: Japan Craft Inspection)로부터 일본 인증을 최초 획득했다. 오사카, 도쿄, 도쿠시마 등의 수상 택시에 배터리팩을 적용했으며 홍콩, 싱가폴, 스페인, 네덜란드, 미국, 중국 등 다수 국가에서도 사용되고 있다.
2023년 개발된 3세대 배터리팩은 이와 같은 과거와 미래 기술에 대한 총 집합체다. 1899년 설립된 국제적인 냉각 전문기업 C사와 함께 완성된 3중 멀티써멀관리시스템은 공기와 물, e-Thermal Fluid의 복합적인 열관리·열폭주·화재 방지 시스템을 적용했다.
더불어 영하 45℃부터 80℃까지의 극저온 및 초고온에서 정상적으로 작동하며 열폭주 및 화재를 100% 방지하는 화재 안전성을 확보하고 125% 이상의 제품 수명을 갖췄다. 해양 및 수상 환경에 적용되는 배터리팩은 육상 환경보다 더 높은 수준의 안전성이 요구된다.
일렉트린 관계자는 “창업 이래 현재까지 그리고 앞으로도 안전을 최우선 가치로 삼으며 안전 사고율 제로에 도전하고 있다”며 “중소형 선박 전기추진시스템을 풀 패키지로 제공하고 선박 분야에 탑재된 배터리팩 중 선박 전용으로 개발된 배터리팩을 보유한 제조사는 일렉트린이 유일할 것”이라고 전했다.
구교현 기자 [email protected]