전기차 화재 원인, 진압 방법

전기차 화재 원인, 진압 방법

 

 

안녕하세요 하루한시입니다.

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오늘은 전기차 화재 원인과 진압 방법에 대해 알아보겠습니다.

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전기차 화재 하면 이어서 따라오는 말이 바로

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진압이 힘들다입니다.

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그렇다면 전기차 화재는 왜 진압이 힘든 걸까요?

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바로 배터리 때문입니다.

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그럼 배터리에 대해 먼저 알아볼까요?

 

배터리

 

배터리는 크게 1차 전지와 2차 전지로 나뉘어요

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• 1차 전지는 흔히 사용하는 건전지에요. 한번 쓰고 다 쓰면 버리는 배터리인 거죠

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• 2차 전지는 대부분의 가전제품이나 전자기기에 내장되어 있는 배터리에요, 충천을 하면서 쓸 수 있는 배터리죠

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그렇다면 자동차도 충전을 하니깐 네 2차 전지입니다.

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2차 전지도 사실 종류가 엄청 여러 개가 있어요

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니켈카드뮴,니켈수소,리튬이온 등등..

그런데 현존하는 대부분의 배터리는 리튬이온배터리에요

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리튬이온배터리의 특성

 

질량 대비 에너지 밀도가 높고, 고속 충방전에 유리합니다.

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또한 충전 주기가 길어 오랫동안 사용할 수 있고

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자연 방전율이 낮습니다. 또한 메모리 효과가 없어

충전 시에 배터리를 0%까지 사용할 필요가 없습니다.

(*메모리 효과: 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전을 반복하면 최대용량이 줄어듦)

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하지만 온도에 민감하고(영하권의 저온이나 높은 고온에서는 충천 효율이 떨어지고 방전도 빠름)

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일정 온도 이상일 때 폭발할 위험이 있습니다.

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실제로 스마트폰 폭발, 자동차 화재 등 대부분이 리튬이온배터리입니다.

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하지만 단점보다는 장점이 더 명확하기 때문에 대중적으로 사용하는 전지가 되었습니다.

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자동차에 들어가는 리튬이온배터리

 

이러한 리튬이온배터리가 자동차에 들어갈 때는 크게 3가지 형태로 나뉩니다.

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• 원통형 배터리(Cylindrical Cell)

출처 : 게티이미지코리아

 

표준화가 잘 되어있으며 외부 압력에 잘 견디고 원가 부담이 낮다는 장점이 있습니다

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원통 모양의 형상으로 공간 활용이 어려우며 수명이 짧다는 단점이 있습니다.

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파나소닉과 LG에너지솔루션이 주로 생산하며

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대표적으로 테슬라가 사용하는 배터리입니다.

 

• 각형 배터리(Prismatic Cell)

출처 : 게티이미지코리아

 

이름처럼 사각형 모양의 배터리로 적층이 용이해 공간 활용에 좋습니다.

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알루미늄 케이스로 내구성이 좋고 충격에 강하고, 수명이 긴 편입니다.

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표준화가 용이하며 제조기술이 어렵지 않습니다. 다만

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무게가 많이 나가고 대형화가 어려우며, 열 방출이 잘되지 않는다는 단점이 있습니다.

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삼성SDI, 도시바가 주로 생산하며

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대표적으로 BMW,아우디,폭스바겐,포르쉐등에 사용됩니다.

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• 파우치형 배터리(Pouch Cell)

출처 : 게티이미지코리아

 

배터리 소재를 쌓은 후 필름으로 패키징 한 형태입니다.

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각형보다 에너지밀도가 높으며 다양한 모양으로 제작이 가능합니다.

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제조기술이 어려워 생산 원가가 높고 안정성이 떨어지며, 열관리가 어렵습니다.

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LG에너지솔루션,SK이노베이션이 주로 제조하며

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대표적으로 현대기아차,GM,포드,르노 등에 사용됩니다.

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실제로 들어가는 자동차 배터리

 

그렇다면 실제 자동차에 들어가는 배터리는 어떻게 생겼을까요

출처 현대자동차

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바로 이렇게 생겼습니다!.

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뭐야! 완전히 다르게 생겼잖아라고 생각할 수도 있는데요 그건 바로

 

출처 삼성sdi

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이렇게 하나의 셀을 여러 개 합쳐서 만든 모듈의 형태이기 때문입니다.

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저러한 모듈을 여러 개 모으면 자동차에 들어가는 배터리팩이 되는 것이죠

출처 현대자동차

 

사실 핸드폰에 들어간 배터리와 자동차에 들어가는 배터리는 크게 다르지 않아요

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그저 핸드폰에 들어가는 배터리를 수백 개(거의 300개)를 합쳐서 만든 게 자동차에 들어가는 배터리 팩이에요

 

 

자동차 배터리 냉각수의 위험성

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리튬이온배터리는 앞서 말한 것처럼 온도에 엄청나게 민감해요

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저렇게 수백 개의 배터리가 붙어있는데 냉각을 제대로 안 해주면 배터리가 정말로 터져버릴 수도 있습니다.

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그래서 자동차에서는 냉각수를 순환시키며 열을 식히는 수랭식 방법을 채택하고 있어요

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그런데 이 냉각수에 들어가는 부동액이 절연성이 없는 부동액이었어요

심지어 물과 섞어서 썼고요

한마디로 전기와 열이 잘 통하는 부동액인 거죠​

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물과 접촉한 리튬 배터리는 급속한 화학반응을 일으키며 고열을 발생시켜요

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잘못하면 화재의 강도를 키우고 폭발로 이어질 수 있어요

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실제로 2019년 이후에 출시되는 전기차는 모두

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절연성이 있는 부동액을 사용하고 있습니다.

물도 섞지 않구요

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혹시 2019년 이전에 전기차를 사신 분이라면

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냉각수의 부동액이 어떤 종류로 사용되고 있는지 확인해 보셔야 될 거 같아요

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**전기차 화재 시에 불을 끄겠다고 소량의 물을 뿌릴 시 급속한 화학반응으로 폭발할 수도 있습니다.**

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이처럼 배터리는 열과 물에 민감하기 때문에

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부동액의 문제로 화제가 생겼을 수도 있습니다.

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또한 파우치형 리튬이온배터리는 충격에 약하기 때문에 자동차 사고 시에 배터리가 손상돼

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화재로 이어질 수 있습니다.

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배터리 관리시스템​

 

그리고 앞에서 말한 것 중에 중요하게 봐야 하는 점이 하나 있습니다.

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바로 배터리 제조사와

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전기자동차 제조 회사가 다른 점입니다.

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당연한 거 아니야?라고 생각할 수도 있지만

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기존 내연기관에서는 모든 부품을 자동차 제조회사가 전담해서 만들었습니다.

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그런데 전기차에 들어가는 배터리는 그렇지가 않아요

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이게 왜 문제가 될까요?

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자동차 배터리 시스템에는

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BMS라는 게 있어요

(battery manegement system)

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쉽게 말하면 배터리를 관리해 주는 총괄 역할을 하는 거예요

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배터리에는 안전 마진이라는 게 있어요

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배터리의 수명과 안전성을 위해

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급속충전 80%, 일반 충전 90% 이상 충전하지 않게 하는 거예요

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그런데 이러한 안전마진 설정은 BMS 즉 자동차 회사에서 하는 거예요

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배터리는 다른 회사에서 만들었는데 안전에 관한 부분 설정을 자동차 회사에서 하는 거죠

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전기차의 최대 단점이 주행거리인데 이 안전마진을 낮게 설정하면(기존의 10% 이하로)

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배터리를 더 충전시켜 용량을 늘릴 수 있으니깐 주행거리가 늘어나는 거예요

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실제 코나 전기차에서 안전마진을 3.2%로 잡았다고 합니다

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주행거리는 길어졌지만 안전성은 낮아진 거죠

​

폭발 위험성이 생기는 거죠

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아직까지 명확한 화재 원인은 나오지 않았지만 이러한 점들을 조심해야 할 거 같아요

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이상 하루한시였습니다.