연일 전기차 배터리 화재가 이슈가 되면서 전기차 충전 방식 중 저속 충전과 고속 충전에 따라 위험성이 증가 되는 것으로 나타났습니다. 전기차 고속 충전시 화재 위험 증가 리튬 배터리 안전하게 사용하는 방법에 대해 알아보고 어떻게 하면 안전하게 전기차를 이용할 수 있는지 몇 가지 안전 수칙에 대해서도 알아보겠습니다. 무엇보다 전기차 배터리가 무조건 화재에 노출되어 있는 것은 아니라는 점 입니다.
전기차 배터리 화재 vs 일반 차량 화재
일전에 저는 제조사별 급발진 차량 통계에 대하여 포스팅을 한 적이 있습니다. 이때 전기차는 아직 보급이 낮음을 감안하여도 급발진에 대해서는 비교적 안정적인 통계를 보여주었습니다.
전기차 화재가 두려운 이유는 진화가 잘 되지 않는 부분에 있는 것 같습니다. 그렇다면 과연 실제 일반 엔진차량과 비교하여 전기차 화재가 현저히 높은 수준일까요?
보험개발원에 따르면 2019년부터 최근 5년간 전기차 1만대당 화재·폭발에 의한 전기차 자기차량손해담보 사고 건수 53건으로, 전기차 1만대당 0.93대로 나타났습니다. 같은 기간 내연 기관 차량의 경우 6256대 사고건수로, 1만대당 0.90대입니다.
위 집계로 보면, 단순 사고건수 수치로만 봤을 때는 내연기관 차량이 더 많지만, 1만대당 사고건수로 환산하면 전기차 화재·폭발사고가 더 많은 것을 알 수 있습니다.
흥미로운 것은, 화재·폭발사고 건당 손해액도 전기차가 두배 가량 높았습니다. 전기차는 평균 1314만원, 비전기차 693만원으로 집계되었다고 발표하였습니다.
잔기차 우리나라 60만대 정도 보급인데 이 수가 늘 수록 사고율이 계속 늘어 난다는 사실입니다.
전기차 배터리 화재 원인
최근 5년간 전기차 화재를 분석한 결과 다음의 상태에서 화재가 발생한 것으로 기록되었습니다.
▣ 화재시 배터리 상태
화재 시 배터리 상태로는 절반 이상인 312건(51%)이 과충전(100%) 상태인 것으로 집계되었습니다. 이 보다 low charge 상태가 60건(9.8%)이었습니다.
단순 주차 중 49건(8%), 수리 중 45건(7.4%), 사용 중 44건(7.2%), 충격 후 17건(2.8%) 등이 뒤를 이었습니다.
▣ 화재가 발생한 장소
장소별로는 공동주택(아파트등) 299건(48.9%), 거리·공터 117건(19.1%), 건물·수리점 116건(19%), 단독주택 65건(10.6%), 주차장 15건(2.5%) 순으로 화재가 많이 발생했습니다.
리튬이온이란?
배터리는 용량을 크게 하기 위해서는 배터리 크기도 계속 커져야 합니다. 리튬이온은 동일 크기의 니켈 카드뮴 배터리보다 용량이 약 3배 높고, 메모리 현상이 없어서 배터리의 용량이 줄어들지 않아 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 개발 기술 가격이 비싸고 높은 온도에서 폭발할 수 있는 치명적인 단점을 갖고 있고, 지금 전기차 화재가 바로 이 원인에서 시작되는 것 입니다.
전기차에 적용하고 있는 배터리 방식은 크게 LFP 배터리 vs NCM 배터리 로 현재까지는 말하고 있습니다.
전기차 저속 충전 vs 고속 충전 화재 발생 확률
전기차 오너들이 충전 방식에 대하여 본래 가장 궁금했던 내용은 전기차는 고속 충전과 저속 충전 중 어느 것이 주행거리를 늘리는데 더 좋을것인가가 관심 포인트였다면, 지금은 충전 방식에 따른 화재 위험성도 연관이 있는지 궁금해 하고 있습니다. – 전기차 배터리 수명을 늘기기 위한 관리 방법 –
자동차를 분석해 보고서를 제공하는 미국 중고차 업체 리커런트 오토(Recurrent Auto)는 전기차의 고속 충전과 저속 충전 시 전기차 주행거리에 차이가 있는지 알아보기 위해 미국 내 1만 2500대 이상의 테슬라 전기차 데이터를 분석했습니다.
전기차 오너라면 보통 DC 고속 충전을 자주하면 장기적으로 차량의 고전압 배터리에 영향을 미칠 것이라고 생각하는 경향이 많습니다. 즉, 급속 충전을 주로 사용하면 시간이 지남에 따라 배터리에 무리를 주어, 성능이 빠르게 저하될 것이라는 막연한 생각을 하게 됩니다.
그러나 리커런트 오토의 조사에 따르면 DC 고속 충전은 AC 충전과 비교할 때 주행거리 저하율이 통계적으로 큰 차이가 없는 것으로 조사되었습니다.
연구를 위해 최소 90%의 시간 동안 급속 충전하는 자동차와 10% 미만의 시간 동안 급속 충전하는 자동차를 비교한 결과, 두 충전 방식 간에 차이는 거의 없는 것으로 나타났습니다.
아래 그래프는 테슬라 모델 Y 4,400대와 테슬라 모델 3 6,300대를 대상으로 1,000일간 시간이 흐름에 따라 자동차 대시보드에 표시된 원래 주행거리의 퍼센트가 감소하는 수치를 나타낸 것 입니다. 이를 통해 자주 고속 충전을 이용하는 차량 군과 거의 고속 충전을 이용하지 않은 차량 군의 주행 거리 감소율이 크게 차이 나지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
그러나, 이번 전기차 화재 대책 포럼에서 정훈기 카이스트 에너지저장연구센터장은 고속충전을 빈번하게 사용하면 배터리가 스트레스 받고 화재 위험성이 증가한다고 발표하기도 하였다.
전기차 화재 대비책
각 분야 전문가들의 여러 의견을 들어보고 향후 전기차 사업의 성공을 위한 개선안이 나왔으면 합니다. 지금 현재까지 전문가들의 공통된 의견은 소비자들에게 인증된 배터리 제품을 사용할 것을 강조했습니다.
도칠훈 한국과학기술연합대학원대학교 교수
‘불연성 리튬이온전지’ 개발 필요성을 언급했다. 현재 유통되는 리튬이온전지에 포함된 전해액은 가연성이다. 화재 발생 시 배터리 내 전해액이 열폭주의 원인이 된다. 이 전해액을 불연성으로 바꾸면 화재 발생을 위한 ‘원료’가 없기 때문에 열폭주 방지가 가능하다고 도교수는 설명했다. 도 교수는 “기존 공정을 수정해 개발해야하기 때문에 제조 원가가 다소 상승할 수는 있지만, 열폭주를 방지할 수 있다는 점에서 생각해볼 만 하다”고 말했다.
오기용 한양대 기계공학부 교수
“열폭주가 일어나기 전에는 온도 상승·가스 발생 등의 징조가 있다”며 “이를 지속적으로 모니터링하는 기술이 필요하다”고 말했다. 특히 오 교수는 양극재가 녹기 전에 화재를 진압할 수 있는 관리 시스템이 필요하다고 강조했다. 양극재는 특성상 녹으면서 산소가 발생하는데, 가연성 물질이 산소를 만나면 더 거세게 타오르기 때문이다. 오 교수는 “포비아(공포)는 시스템에 대해 잘 알지 못할 때 가장 많이 생긴다”며 “전기차 배터리에 대한 이해도가 높아지면 배터리 사고 위험 또한 낮아질 것”이라고 말했다.
나용운 국립소방연구원 연구사
전기차 화재의 특성인 ‘수평화염’에 대해 설명했다. 전기차 화재는 보통 배터리 팩에서 시작된다. 배터리 팩은 차량 상부 커버가 닫고 있기 때문에 열폭주가 발생하면 불은 차량의 창문 쪽인 좌우로 퍼진다. 나 연구사는 “문제는 화재를 감지하는 장치들은 모두 천장에 있기 때문에 불이 수평으로 나면 감지하기 어렵다는 것”이라며 “현재 국립소방연구원은 인공지능(AI)를 통한 화재 영상 인식 방법을 고안 중”이라고 설명했다.
정훈기 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터장
“한국에서 출시되는 제품의 경우 1500회 이상의 안전 테스트를 거친 뒤 시중에 나오므로 정상적으로 사용한다면 화재 위험은 낮다”며 “고속 충전을 빈번하게 계속 사용하는 등 배터리가 스트레스 받을 수 있는 활동을 지양하면 안전하게 사용할 수 있다”고 설명했다.
