보배드림

안녕하십니까. 중국전기차 전문 Shuri입니다.

짱개 아님.

제가 쓴 글 보기를 하시면, 전기차에 중요한 배터리와 BMS의 개념과

생산 공정에 대해서 기록해 두었으니, 참조해 주십시오.

사전에 정보를 드리면, 배터리의 경우 그냥 쉽게 말씀드리면, 에너지양을 고려하면

10kWh당 1~2시간정도 타들어갑니다.(평균 온도 500도씨)

아이오닉이 77.4kWh정도이니, 7~15시간 정도라고 볼 수 있겠네요.

Tesla의 경우 88.8kWh의 Model Y 퍼포 도 있으니, 최대 20시간 정도까지 타들어 갈 수 있겠네요.

(물론 공시가 아니라 추정인 Model Y)

그리고 화재 지연기술은 보통 배터리팩에 문제가 발생한 후  배터리의 열폭주에 의한 화재를 대부분 5~15분까지 막아줍니다.

성수동 Tesla 사건을 보시면 부글부글 끓는소리가 난지 약 15분후 화재가 발생한것으로 알고 있습니다. 

물론 BMS는 한 4시간 전부터 경고를 보냈구요.

(물론 이게 당장의 최선인건 좀 아쉬움, 이러면 차에 문제가 생긴 후 최소 4~5시간을 둬야지 알수 있는거니깐...)

내연차의 경우 50L 기준 1.5시간에서 2시간을 탑니다. 다만 이때의 온도는 1200~2천도씨 까지 올라갑니다.

그리고 연료통이나 엔진에 충격이 가해지면, 폭팔의 가능성이 있습니다.

즉, 내연차는 특정상황에는 더 위험한것도 맞습니다.

그런데... 저렇게 열심히 관리를 하는데도 왜 전기차의 화재가 날까?

크게 전기차의 화재는 3종류 입니다.

1. 충전중

2. 충격

3. 냉각 부족

1. 충전중 화재의 경우, 대부분 BMS의 오류라고 보시면 됩니다.

BMS가 균일한 수준으로 Cell들의 충전을 해야 하는데, Cell 하나만 특정하게 전기를 밀어넣으면

전하가 한쪽에 몰려서 +극과 -극의 특성에 의해... 

배터리 팩 내에서 전하들이 미쳐날뛰는 현상이 발생합니다.

이럴경우, 이들의 제어에 실패하면 화재가 날수 있습니다.

대부분 20년 이후 개발/생산된 전기차는 차단기능이 있어서 이런현상이 발생시 즉시 충전이 차단됩니다.

보통의 경우 20년 이후 개발된 전기차는 400v 시스템을 지원하기 때문에 그냥 쉽게 400v지원=충전중 열폭주 방지

라고 생각하셔도 큰 문제는 없을 것입니다.

(유럽쪽은 22년 이전까지 400v는 아니지만, 안전에는 그나마 신경을 써서 온도 감지 센서에 의해 차단은 됩니다.)

역시, 생산 중 불량은 PPM 단위로 관리되기 때문에 일반적으로는 문제는 없다고 보시면 됩니다.

이론상 25만대당 1대정도의 불량입니다.

2. 충격은 너무 다양하고, 배터리 뿐만아니라 각종 윤활유, 냉각유 등등이 화재가 날수 있습니다.

이번 아이오닉 연석타고 상가돌진 화재가 비슷한 건이라고 할 수 있겠습니다.

차량의 공간은 한정되어 있고, 공조기, 모터, 배터리, 인버터, 등등등 수많은 물건이 한정된 공간에 들어가야합니다.

아이오닉의 경우 제 예상으로는 공조시스템이 가장 바닥에 깔린것으로 보이며,

연석을 타고가다 이 공조시스템의 파이프가 파손되고, 흘러나온 냉각유에서 파이프 마찰불꽃에 의해 불이 붙은것으로 추정됩니다.

기름에 의한 화재는 위에서 말씀드린대로 빠르고 고온으로 타기에, 순식간에 번지는 특성이 있지요.

그래서 더 위험해 보였을것으로 보이나, 이 역시도 2시간 안에 진화된 것으로 알고 있습니다.

현기 등 대부분 전기차들은 현재 모듈과 팩의 커버로 보호되고 있습니다.

이에 따라, 화재가 나더라도 전이가 쉽지않은 구조이기도 합니다.

대부분의 이 커버들은 난연소재로, 1200도씨를 2시간~4시간 까지 견디는 것으로 알고 있습니다.

보통의 전기차 화재들은 2~4시간내 진화되는걸 보면, 배터리가 생각보다 팡팡 터지지 않는것을 알 수 있습니다.

성수동 Tesla 화재의 경우, 소방관 출동후 2시간 만에 진압이라고 하니, 모듈1개수준이거나 그보다 적을 것으로 추정됩니다.

(실제 진압시간은 20분내외였다고 하니, 1개도 안탄거긴 하지만요.)

물론, 배터리 팩이 자동차에 적용되면서 특정부위가 약할 가능성을 배제할 순 없습니다.

제가 설계 전문이 아닌지라..... 이러한 특정부위 충돌 약점 부분은 업체별로 다를 수 있긴 합니다.

그리고 내연차도 배터리 팩에 가해지는 충격량을 고려하여 비슷하게 충돌하면,

엔진이나 연료통에 그 충격량이 가해지면 화재가 발생할 것으로 예상됩니다.

다만, 배터리 팩은 그 면적이 넓다는 점이 약점이라고 할 수는 있겠습니다.

3. 냉각 부족

최근 유럽 전기차, 특히 독일쪽에서 리콜을 보면, 냉각시스템 오류가 많음을 알 수 있습니다.

물론 여기도 바보가 아닌지라 냉각시스템 오류로 인해 온도가 올라가면 BMS가 주행을 차단하긴 합니다.

다만 이런 냉각 시스템 오류로 인하여 온도 제어, 특히 냉각 능력을 잃으면, 화재가 발생할 겁니다.

원래 에너지라는것이 변환시에는 열이 발생합니다.

석탄 > 불로 변환하면, 빛 에너지와 열에너지가 발생합니다.

수력의 낙차로 터빈을 돌림 > 중력에너지가 터빈에 마찰열을 발생시킵니다. 다만 물 자체가 열을 어느정도 흡수하기에 증기가 발생하기도 합니다.

전기 역시도 에너지가 변환되어 바퀴로 운동에너지로 바뀌면서, 열이 발생합니다. 이때의 열제어가 안되면 불이 나는거죠.

이렇게, 전기차 화재의 가장 큰 3가지를 알아보았습니다.

예외 및 주의 사항

1. 다만, Cell의 세월성 불량은 현재 기술로 잡아 낼 수가 없습니다.

통상적인 세월성 불량은 제작후 2~3년 이후 발생하는 편인데, 이것 때문에 코나라던가 볼트의 화재가 발생한겁니다.

이 부분은 모든 전기차 제조사 및 배터리 Cell 제조사들의 초미의 관심사 입니다.

이건 그레이딩에서 발견하기 힘든건 맞습니다.

하지만 이것도 최근 Big Data화 된 Data에서 전압이 너무 높거나 낮은 부분을 발견해 내면서 많이 줄어들고 있는것으로 알고 있습니다.

2. 내연차의 경우 화재원이 엔진이더라도 보통 그 사이에 공조 장치등 다른 장치를 넣어서 엔진 폭팔을 어느정도 지연시키는 설계가 많습니다. 하지만 전기차의 경우 충격량이 보통 배터리를 때릴수 밖에 없는 구조로 인하여, 시속 80이상일 경우에는 내연차 보다 조금은 더 위험한건 맞습니다.

다만 이부분은 전기차 역시도 설계를 통하여 역시 충격 상쇄용 구조물들을 넣어 어느정도 해결하고 있습니다. 예를들어 옆면이 경우 문짝을 최대한 낮추거나 문짝과 아예 파트를 분리하고 좀더 강성이 좋은 금속을 사용하거나 등등의 방법으로요.

어떻게 보면 전면의 프렁크도 충격량 상쇄의 한 방법이기도 합니다. 

이래서, 충격에 의한 화재 자체도 어떻게 보면 전기차가 설계로 커버하여 내연차 보다 방지or확산이 좋아지는 부분도 있습니다. 이 역시 20년 이후 설계된 400v 이상의 플랫폼 전기차라면 충분히 수준에 도달해 있다고 봐도 된다고 판단합니다.

3. 자동차라는 한계 때문에... 사실 공조기 등 오일을 쓰는걸 최대한 줄여야 하는건 맞습니다. 그래야 화재에서 점점 멀어지는게 맞으니까요.

4. 열폭주가 원인을 알수없다는 소리를 많이 하지만, 실제로 근본원인은 전하의 이동입니다. 

전하의 이동이 열을 만들고, 위에서 말씀드린대로 폭주할정도로 전하가 이동하면 열폭주인겁니다. 이 전하의 이동을 만들어내는걸 원인 불명이라고 하는데...

현재까지 제가 아는 경우는 셀 전압차를 못 맞춘경우라고 봐도 될 정도입니다.

이런건 보통 BMS 설계문제거나, 불량 Cell 두가지일 확률이 제일 높은것으로 알고 있습니다.

(물론 제가 품질은 아니지만, 근무하면서 화재 분석에서는 대부분 BMS 오류라서 펌웨어 업데이트로 해결하는걸 본 경험이 있습니다.)

5. 그러나, 모듈의 화재가 만약 사람의 탑승공간 밑에서 발생한다면 위험한 것은 맞습니다.

이부분은 모든 전기차 업체가 해결해야할 문제인것도 맞습니다.

다만 아무리 높게잡아도 25만대당 1대가 날까 말까입니다.

실제로 원인 불명 화재(열폭주) 에 대해 통계를 찾아보면

중국업체인 BYD도 BEV에서는 100만대당 2~3대수준입니다.

Xpeng도 100만대당 4~5대 수준이고요.

현기는 제가 안구해봐서 모르겠는데... 더 낮을걸요?

(코나는 배터리 Cell 불량이니 뺴고...봐야 할겁니다.)

결론

제가 전기차를 사세요 말씀드리는게 아닙니다.

현재 엔지니어들과 설계자, 디자이너들이 자신을 갈아넣으며 전기차를 설계하고 있고...

아직 위험한 부분도 있지만, 지금 시중에 풀리는 3초만에 800도 이런건 개소리라는걸 말씀드리고 싶었습니다.

(사실 3초만에 800도씨 달성하면 노벨상 감일걸요...?)

(그리고 3초만에 800도씨면 포스코에서 용광로에 리튬 배터리를 던져 넣을것 같은데요? 용광로 멈췃다 다시 돌리려면 4개월간 열을 가해야 한다고 합니다. 뭐 좀 극단적으로 예를 든거긴 합니다. ㅎㅎ)

그리고 열폭주, 너무 걱정 안하셔도 됩니다. 제가 아는 한 이론상 ppb(10억개당) 수준입니다.