전기자동차 화재의 원인과 해결방법에 관하여

출처 EV FireSafe 2021

 이전글에서 우리는 전기차는 왜 감전사고가 없는가에 대해 알아보았다. 하지만 그런 한 전기차 또한 화재사고가 발생하는데 실제로 화재가난 통계를 확인해 보면 많은 수치는 아니지만 지속적으로 발생하고 있다.

출처 소방청

 실제로 국내기준으로도 화재가 지속적으로 발생하고 있고 많은 기사들에서 불이 나면 끄는 게 너무 힘들다는 기사들이 많다. 특히 1선 소방관 분들이 기고한 글들을 조금만 읽어봐도 화재가 발생했을 때 내연기관 차에 대비해 진화가 힘들다는 글들은 무척이나 많다.

그렇다면 전기차에 불이 나는 이유와 끄기 힘든 이유에 대해 필자와 함께 알아보자

전기차 화재의 원인

출처-한국 화재보험 협회

 실제로 전기차 화제원인에 대해 분석한 글들을 보게 되면 원인미상(37건), 충전 중(31건), 제조사/배터리 결함(24건), 충돌(20건) 등등의 원인이 있지만, 실제로 대다수의 전기차가 충전 중이나 주차 중에 화재가 발생했다.

 하지만 이것만으로 이게 원인이다 추론하기는 조금 힘든데, 사실 정차 중 불이 난 다는 것에서 논리를 전개해 본다면 결국 전기적 오작동에 의해 화재가 난다는 건 확실해 보인다.

 그렇다면 전기적 오작동에 의하여 화재가 나는 원인은 뭘까? 우리는 과거 비슷한 사례에 대하여 경험한 적이 있다. 갤럭시 노트7의 폭발 사태로 한번 과거로 회귀해 보자

출처-아시아투데이

  과거 크게 이슈가 되었던 이야기로, 많은 사람들이 원인에 대해 이야기하지였만 원인을 제해 놓고 결론적으로는  폭발한 곳은 리튬이온 배터리라는 것을 부정하는 사람은 없다.

 이러한 사례로 비추어 보아 결국 많은 원인이 있겠지만 화재가 크게 번지는 건 리튬이온 배터리가 문제가 된다는 것인데 이는 전기차의 구조에 대해 이해할 필요가 있다.

전기차의 구조

 현제 시장에서 사용되는 전기차의 구조는 크게 2가지로 스케이트보트 플랫폼과 CTB 플랫폼으로 구성되어 있다.

 

 조립방식에 대한 차이는 있지만 두 가지 방식의 공통점은 전기차 하부에 배터리를 장착한다는 거다.

필자가 과거에 쓴 자료를 확인해 보면 전기차 배터리의 용량은 휴대폰 배터리 4천 개 정도라 계산해 둔 글이 있는데 그렇게 대용량 배터리를 안전하게 보호하기 위해 방수방진등급을 높게 만들고 무척이나 튼튼하게 만든다.

 그럼 배터리 안에 물이 안 들어갈 테고 안에서는 계속 불이 날 테니까, 전기차가 불이 나면 화재를 잡기 힘들구나 정도로 이론설명은 끝낼 수 있다.

  하지만 과연 실제로 필자의 이론적 주장과 현상이 일치할까? 그럼 리튬이온 배터리는 어떤 구조기에 불이 날까? 에 대해 한번 이야기해 보자

전기차 화재의 경향성

 우선은 유튜브 영상을 하나 보고 이야기를 시작하자 전기차 화재가 CCTV에 가장 촬영이 잘된 영상으로 영상을 보다 보면 전기차 아래쪽에서 불이 나서 전체가 화마로 휩싸이는 장면을 관찰할 수 있다.

 

 아 이런 양상으로 불이 나는 구나를 확인하였으니 그럼 리튬이온 배터리는 왜 불이 나는가에 대하여 한번 이야기해 보자

리튬이온 배터리는 왜 불이 나는가?

출처 : Progress in Energy and Combustion Science Volume 73, July 2019, Pages 95-131

 이론적인 이야기로 가면 너무나도 이야기가 깊어지므로 그냥 간단하게 만 설명하고 자세한 이론은 배터리 편에서 다루기로 하자

출처 배터리 인베스트 먼트

 최대한 간단하게 설명해 보면 배터리는 양극과 음극으로 구성되어 있고 처음으로 충전할 때 음극재 표면에 생기는 얇은 막이 생성되는데 이를 SEI (Solid Electrolyte Interphase)라 칭하며 여러 가지 원인이 있지만 온도가 올라감에 따라 이러한 막이 분해되게 되면 내부에 온도상승이 일어난다.

 결국 그에 따라 분리막이 망가지고 전해액이 타면서 저항이 높아져 불균형이 일어나 근처에 영향을 끼치니 악순환의 반복이구나 정도로만 이해하자

 이론적으로 다루려면 배터리의 형태에 따라 원인이 다르고 이거 외에 고 재료역학적 측면으로 수많은 화재 원인들이 존재할 수 있지만 이는 나중에 조금 더 자세히 다뤄보겠다.

전기차 배터리 화재 해결방법은 없는가?

 실제로 현제 화재를 진압하기 위해서 쓰이는 방식은 위쪽에 물을 뿌려 1차적으로 화재를 진압하고 차량 아래쪽에 물을 분사하고 물에 담그거나 질식소화 포를 덮는 등 1선 현장에서는 수많은 방법들이 연구되고 있다.

 물론 이런 방식을 화재를 최소화하기 위해 회사들 또한 방법을 연구하고 있는데, 위에서 설명한 배터리의 전애액을 난연성전해액으로 교체하여 줄이는 화재를 줄이는 방식과 전고체 배터리가 연구되고는 있지만, 아직은 연구 중이고 상용화는 안 된 분야라 이 정도의 방식만을 연구하고 있다 것은 알아두자

출처 삼성 SDI