전기차 화재 사건의 유력한 용의자 - BMS

1. 늘어나는 전기차 화재, 원인은 오리무중

 

• 18년 이후 주행거리가 긴 보급형 전기차 등장하였다. 그러나 대량생산 이후부터 내부 요인에 의한 화재 사례 발생 시작 하였다.

• 판매량 급증으로 인한 품질관리 문제 제기되고 있고, 대부분 배터리 팩의 문제를 지적하고 있으나 사실 명확한 원인은 불분명한 상태이다.

 

2. 화재 원인의 4가지의 가능성

1) 배터리 셀 제조의 문제

리튬이온 배터리는 태생적으로 양극인 리튬의 반응성이 매우 높아 분리막 훼손 시 폭발 가능성 높다. 게다가 팩 내부의 수많은 배터리셀 중 하나에만 이러한 문제가 발생해도 이론적으로는 폭발할 수 있다. 

 

하지만, 분리막 훼손은 분리막을 부실하게 제조하지 않는 한 현실적으로 확률이 낮다. 물론 중국 배터리 제조 업체 중에 부실하게 제조된 분리막을 사용해 화재가 난 사례가 있지만, 국내 배터리 셀 제조사는 그런 수준의 제품을 만들지는 않는다.

 

2) 배터리 팩 내부 배선 or 커넥터 문제

배터리 팩 제조시에 팩 내부에 배터리셀 주변을 둘러싼 배선이나 커넥터 등은 전류로 인한 발열이 심한 상태가 될 수 있다.  따라서, BMS가 온도 관리를 정확하게 해도 화재는 발생할 수 있다.

 

또한, 대량생산 과정에서 품질관리 불량으로 커넥터가 정상 체결되지 않으면 접촉 불량으로 문제 발생할 수 있다.

 

그러나, 일일이 확인은 어렵다.

 

3) 급속충전 문제

중국 과학원에서는 “테슬라 포함 국내외 주요 자동차회사의 전기차 배터리는 300~500번 가량의 고속충전 후 열화된다.” 고 발표한 사례가 있다.

 

그러나 2015년 등장한 모델S는 300회 이상의 급속충전 받았을 가능성 크지만, 사고 사례 희소하다. 따라서, 중국 과학원의 주장은 그 기반 데이터 자체에 대한 의심이 있다.

 

4) 배터리 관리 시스템(BMS) 문제

리튬이온 배터리는 고온에 매우 취약하다. 그런데, BMS는 배터리 팩 내부 온도를 포함, 배터리의 성능과 수명에 영향을 미치는 모든 것을 관리하는 역할을 한다.

 

따라서 만약 BMS에 문제가 발생하거나 BMS가 부실하게 만들어지면, 배터리 팩 내부의 온도 관리 실패로 인해 화재 발생이 가능하다.  현실적으로는 이러한 이유가 화재 발생 원인일 가능성이 높다.

 

BMS = CMC(전압, 온도 측정) + BMC(기타 정보 수집 + 정보 요약 및 전달) + ECU(정보 취합 및 명령 하달)로 구성된다.

CMC는 배터리 셀의 전압과 온도 등을 BMC로 전달한다. BMC는 이 정보를 비롯한 여러 정보를 ECU로 요약 전달한다.

 

현재 가장 가능성 있는 시나리오는 BMC가 CMC가 수집한 정보를 올바르게 ECU로 전달하는 것에 실패했다는 것이다.

 

테슬라는 2019년 하반기 Autopilot, BMS 등 S/W 업데이트 후, BMS 문제가 급격히 개선된데 반해, Anti-TESLA 진영에서는 화재 이슈가 여전히 끊이지 않고 있다.

 

3. 코나의 배터리 화재 - BMS에 대한 의심 vs 분리막 코팅 불량

 

현대자동차는 최근 충전 등의 여러 과정에서 화재가 발생한 코나 EV에 대한 자발적 리콜 결정하며 결함 원인을 배터리 셀로 규명하였다. 이에 국토부는 코나 EV의 리콜을 알리며 “고전압 배터리 셀 제조 불량으로 인한 화재 발생 가능성이 확인됐다.“ 언급했다.

 

그러나, LG화학은 자사 배터리를 탑재한 르노의 ‘조에(ZOE)’는 20만대 이상의 전기차가 팔리는 동안 화재 사고는 0건이라는 점을 어필하면서 배터리 셀 문제는 정확히 확인된 바 없다고 반박하였다.

코나에 탑재된 배터리는 LG화학에서 만든 것이나, BMS는 현대자동차의 시스템이다. 따라서, BMS 문제일 가능성을 배제할 수가 없다.

 

현대차와 LG화학이 공동으로 실시했던 재연 실험에서도 배터리 결함이 바로 화재로 이어지지 않았다. 르노의 조에와 현대차의 코나는 각각 자사의 BMS를 이용하고 있다.

 

따라서, 전체적인 정황으로 볼 때 화재 사고의 발생 원인이 BMS에 있을 수 있다.

 

만약 분리막 코팅 불량 등의 원인이었다면, 리콜에 따른 책임은 배터리 업체에 전가될 수 있다.

 

최근 화재 사고 뿐 아니라, 크고 작은 충격이나 알 수 없는 이유로 발생하는 문제에도 현대차 측은 배터리 전체 교체를 권고하고 있다. KONA 리콜사태 발생후 현대차와 GM의 BMS 업데이트는 급속 충전 속도를 늦추고, 충전 비율을 낮추는 형태로 이루어졌다.

이럴 경우, 완충시 총 주행 가능 거리는 짧아진다. 급속충전시 고전압으로 인한 고열이 발생하므로, 이를 방지하기 위해 BMS를 조정했을 가능성 높다. 다만, 이 부분이 배터리 셀의 다른 부분의 고장을 방지한 것인지, 분리막의 손상을 방지한 것인지는 정확히 확인되지 않았다.

 

4. 테슬라의 BMS

1) TESLA의 Model S가 400km 이상의 주행 거리를 기록할 수 있었던 이유는 BMS

TESLA가 Model S에 탑재했던 파나소닉 18650은 유닛 셀이 매우 작은 배터리이므로 양극재의 니켈 함량을 80%까지 올리고도 안정적인 배터리를 만들 수 있었으며, 작은 셀로 팩을 구성하여 더 많은 셀을 탑재할 수 있었다. 이로 인해 주행거리가 비약적으로 상승할 수 있었다.

 

다른 회사들도 비슷한 방법을 따라서 할 수 있다. 그러나 수천 개의 셀을 각각 컨트롤 할 수 있는 BMS를 가진 회사는 많지 않다. 결국 뛰어난 BMS가 배터리 용량을 늘린 것이라고 볼 수 있다.

2) 자율주행까지 구현하는 통합 ECU(HW3.0)를 탑재한 TESLA의 BMS

TESLA의 ECU는 HW3.0으로, 해당 ECU는 144TOPS(초당 144조회 연산)의 처리 속도 시현한다.

 

기존의 완성차 업체는 개별적으로 차량용 고성능 ECU를 개발하는 데에 어려움을 겪지만, TESLA는 자체 칩 설계 능력을 보유하고 있어서 이것이 가능했다.

 

VW은 전기차에 약 30개의 ECU 적용하는 반면, TESLA는 고성능 통합 ECU 1개와 보조 ECU 3개로 자율주행 및 OTA까지 구현할 수가 있었다.

 

 

출처: SK증권, 언론보도, Tesla

 

뜨리스땅

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/156

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