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전기차 배터리 열폭주 발생 시 15초 안에 1000도를 넘는 고온이 형성되는 상황에서 생명을 구하는 기술이 주목받고 있습니다.
전기차에서 발생하는 화재의 가장 큰 원인은 리튬이온 배터리의 열폭주입니다. 2018년부터 2024년 6월까지 187건의 전기차 화재가 발생했으며, 일반 차량 화재와 달리 배터리 내부의 화학적 변화를 초기 단계에서 포착해야 합니다.
열폭주란 배터리 셀의 온도가 상승하면서 시스템 내 전압은 낮아지고 전류는 증가해 온도가 더욱 높아지는 악순환을 말합니다. 네이처 논문에 따르면 전기차에서 화재가 나면 배터리 양극재의 열분해가 이뤄지며 내부 온도가 급격히 올라 15초 안에 1000도가 넘는 열 폭주가 발생할 수 있습니다.
더욱 위험한 점은 치명적인 불화수소가 발생한다는 것입니다. 불화수소는 한두 모금만 마셔도 치명적인 독성물질로 작용합니다.
아파트 주차장의 화재 감지 시스템은 내연기관차 화재에만 최적화되어 있습니다. 연기 감지기, 열 감지기, 불꽃 감지기로 구성된 전통적 3종 세트는 일반 차량 화재에는 효과적이었지만 전기차 배터리 화재 앞에서는 한계를 드러내고 있습니다.
연기 감지기의 경우 공기 중 연기 입자를 포착해 초기 단계에서 경보를 울리지만, 전기차 배터리 화재는 연기 발생 전에 독성 가스가 먼저 방출됩니다. 불꽃 감지기는 특정 파장의 적외선을 감지해 화재를 인지하지만 전기차 배터리 폭발 시 발생하는 강렬한 빛과 일반 화재의 불꽃 패턴이 달라 오감지 가능성이 높습니다.
최신 전기차 폭발 위험 감지 센서 시스템은 여러 감지 방식을 동시에 활용합니다. 열화상 영상, 실시간 영상, 불꽃 감지기를 결합한 화재 감지 카메라를 통해 설정 이상의 온도가 발생할 경우 열화상 영상 분석을 통해 방재실 또는 관리자에게 사전 알림을 보내고 추후 화재가 발생할 경우 불꽃 감지기를 통해 화재 신호를 소방 수신기를 통해 감지하는 2중 감시 솔루션입니다.
에바(EVAR)는 지난 15일 세계 최초로 전기차의 화재 발생을 감지하는 충전기를 출시했습니다. 화재 감지 센서가 탑재된 충전기로 실내 공간에서 화재와 같은 위험한 상황을 감지하면 즉시 충전을 중단하고 서버를 통해 관제 센터에 전달합니다.
리튬이온배터리에서는 벤트 및 열폭주 발생 시 다양한 가스가 발생되므로 이에 대한 분석이 기본적으로 이루어져야 합니다. 배터리의 음극 및 양극재료는 열폭주 시 전해액과 반응하며, 전해액은 열폭주 동안 분해될 수 있습니다. 전해액 중의 LiPF6 염은 분해반응으로 HF 등을 포함한 물질을 생성합니다.
전기차 배터리 열폭주 조기 감지 시스템은 배터리 온도 변화와 가스 성분을 동시에 모니터링합니다. 리튬이온 배터리에서 분출되는 불화수소, 일산화탄소 등 특정 가스 패턴을 감지해 열폭주 전 단계부터 경보를 울립니다.
인공지능 기술이 접목된 감지 시스템도 주목받고 있습니다. 인공지능 기반 시스템은 10만 장 이상의 이미지와 실제 화재 사고 데이터를 통해 학습되어 배터리의 정상 상태와 비정상 상태를 정확히 구분할 수 있습니다. 차량 내부에서 직접 데이터를 처리함으로써 지연 시간을 최소화할 수 있으며 위험 상황 발생부터 경고까지의 시간이 기존 대비 65% 단축되었습니다.
스타코프는 배터리 상태 진단 기능을 탑재해 화재를 예측하는 전기차 충전기를 개발했습니다. 배터리 데이터를 분석해 덴드라이트 등의 위험 요소를 감지하고, 분석 결과 배터리가 위험 상태에 있다면 소유자에게 알려 화재를 미연에 방지할 수 있습니다.
국내 최초로 전기차 화재 대응 시스템을 도입한 신반포 21차 아파트는 새로운 가능성을 제시했습니다. 이들이 선택한 해법은 기존 3종 세트에 전기차 특화 감지 기술을 추가하는 통합 접근이었습니다.
국내에서 주목받는 대표적 사례는 슈퍼브에이아이와의 협력을 통해 구축된 인공지능 기반 화재감지 시스템입니다. 해당 프로젝트는 기존 CCTV 인프라를 활용하면서도 전기차 특성에 맞는 특화된 감지 알고리즘을 적용한 것이 특징입니다.
여러 대의 전기차가 동시에 충전되는 급속충전소에서는 각 충전 포트별로 실시간 모니터링이 이뤄지며 이상 징후 발견 시 해당 포트의 충전을 즉시 중단하고 인근 차량들에게 경고를 발송하는 시스템이 구축되었습니다.
장화철 지앤톡 창업자는 "열감지센서 카메라로 24시간 감시해 화재 발생 시 바로 골든타임 내 문자·전화 등으로 알리고 있다"고 설명했습니다.
전기차 화재감지 기술은 이제 국제적 표준화 단계에 접어들고 있습니다. 유럽연합은 2025년부터 신규 전기차에 대해 배터리 열 모니터링 시스템 설치를 의무화하는 법안을 추진 중이며 미국도 NHTSA를 통해 유사한 규정을 검토하고 있습니다. 한국도 국토교통부와 산업통상자원부가 공동으로 전기차 안전 기준 강화 방안을 마련하고 있습니다.
법제화가 진행되면서 관련 업계의 기술 개발 경쟁도 치열해지고 있습니다. 보통 전기차 충전기는 발열과 화재를 방지하기 위해 온도 감지센서 2개가 들어가지만 에바는 적외선으로 불꽃을 감지하는 센서와 온도 감지센서 4개 등을 탑재해 차별화를 꾀했습니다.
현재 연구 개발 중인 차세대 기술들은 나노 센서를 활용해 배터리 셀 내부의 화학적 변화를 분자 단위에서 감지하는 수준까지 발전하고 있습니다.
FLIR A-시리즈 첨단 스마트 센서 카메라를 설치하면, 배터리 제조 공정의 모든 배기 포트를 철저히 모니터링할 수 있습니다. 또한, 각 ROI에 설정해둔 최대 온도 경보 임계 값과 함께 온라인 카메라 제어 인터페이스를 사용하여 여러 관심 영역을 생성하는 것도 가능합니다. 수천 개의 서로 다른 지점에서 온도를 측정하는 열화상 카메라의 기능은 중대한 문제가 발생했을 가능성이 있는 핫스팟을 놓치지 않고 찾아내는데 큰 도움이 됩니다.
엠텍정보기술이 특허 기술로 개발한 'BEE SCAN'은 배터리의 내부저항 및 충·방전 전력데이터를 기반으로 하는 임피던스 트래킹 기술 알고리즘을 이용해 대용량 전기차 배터리 상태 진단 및 수명 예측, 안전을 위한 AI 진단 솔루션입니다. 배터리 결과 분석으로 충전상태(SOC), 용량수명(SOH), 출력수명(SOP), 균형상태(SOB), 안전상태(SOS) 등을 실시간으로 진단·분석할 수 있어 종합적인 배터리 건강 상태 모니터링이 가능합니다.
전기차 폭발 위험 감지 센서 시스템 도입에는 초기 투자비가 소요되지만, 장기적으로는 경제적 효과가 크다는 분석이 나오고 있습니다. 전기차 특화 화재 감지 시스템 도입 비용은 기존 시스템 대비 상당한 투자가 필요합니다. 하지만 한 번의 대형 화재로 발생할 수 있는 피해를 고려하면 경제성이 있는 투자입니다.
1단계로 전기차 충전 구역에만 전용 감지기를 추가 설치하고, 2단계에서 전체 주차장으로 확대하는 방식입니다. 단계적 도입이 현실적 대안입니다. 초기 투자 부담을 줄이면서도 핵심 위험 구역은 즉시 보호할 수 있습니다.
실제로 신반포 21차 아파트는 안전 시설 투자 이후 분양가 상승 효과를 경험하여 부동산 가치 상승 효과도 입증되었습니다.
전기차 보급 확산과 함께 폭발 위험 감지 센서 시스템의 중요성은 더욱 커질 것으로 전망됩니다. 한국과 미국 연구팀이 공동으로 최근 사회적 이슈로 부각한 전기자동차 화재 사고의 주요 원인인 배터리 과열에 따른 폭발과 열폭주를 예방할 수 있는 인공지능 AI 배터리 열관리 시스템을 개발했습니다.
엑스지부스트 알고리즘을 적용해 다양한 실험 데이터를 기반으로 최초 드라이아웃 발생 건도를 예측하는 데 성공하는 등 기술적 진보가 지속되고 있습니다.
향후 과제로는 센서의 정확도 향상, 비용 절감, 표준화된 설치 가이드라인 마련 등이 남아 있습니다. 특히 지하공간의 특성상 먼지와 습기가 많아 센서 성능이 빠르게 저하되지만, 정작 점검은 뒤처지는 경우가 많습니다라는 점에서 유지보수 시스템 구축도 중요한 과제입니다.
그럼에도 전기차 폭발 위험 감지 센서 시스템은 전기차 시대의 안전망 역할을 담당하며 더욱 정교하고 지능적으로 발전해 나갈 것으로 기대됩니다. 15초라는 짧은 골든타임 안에 생명을 구하는 기술로서, 앞으로 전기차 관련 시설에서 표준 안전 장비로 자리잡을 전망입니다.
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