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[車블랙박스]"시험장 벽두께만 40㎝"…전기차 배터리 안정성 평가는 어떻게?

등록 2021.08.31 02:10:00

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[서울=뉴시스] 삼성SDI의 안전성 평가동 (사진=삼성SDI 제공)

[서울=뉴시스] 최희정 기자 = 최근 미국 제너럴모터스(GM)가 LG 배터리를 장착한 전기차 14만대 리콜을 발표하는 등 전기차 화재가 잇따르면서 배터리 안전성에 대한 관심이 높아지고 있다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내 배터리 3사의 세계 시장 점유율은 35%에 달하지만, 글로벌 시장 우위를 유지하기 위해서는 안전성 확보가 무엇보다 중요하다.

전기차에는 스마트폰 약 4000개 분량인 70㎾h 이상의 용량이 들어가기 때문에 사고가 발생하면 커다란 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있다. 이러한 사고를 방지하려면 배터리 안전과 품질 수준은 철저하게 관리돼야 한다.

배터리 발화의 원인은?
현재 리튬이온배터리는 양극, 음극, 전해질, 분리막의 4개의 구성요소로 이뤄져 있다. 양극과 음극 사이에 분리막이 있어 두 극판이 직접적으로 접촉되는 것을 방지하고 있다.

하지만 배터리가 외부로부터 충격을 받는 사고가 나면 분리막이 손상돼 양극과 음극이 직접 만나게 되고 강한 에너지가 발생한다. 배터리 소재를 아무리 잘 만들어도 외부에서 충격이 가해지면 배터리의 구조적 안정성이 무너질 수 있다.

충돌로 인해 외부에서 강한 힘을 받거나 과열, 과충전 등의 외부로부터 충격이 가해지면 배터리 내부에서 양극과 음극이 접촉하는 단락이 발생해 화재가 일어날 위험이 높다. 배터리 내부에서 단락이 발생하면 온도가 상승하게 되고, 그 열이 확산되면서 배터리, 모듈, 팩으로 전이돼 화재로 이어질 수 있는 것.

따라서 배터리 발화 방지를 위해서는 배터리 내부의 양극과 음극이 접촉되지 않도록 하는 것이 중요하다. 대부분의 배터리 안전성 테스트는 음극과 양극의 접촉 방지에 집중하고 있다.

삼성SDI의 경우, 전기차 배터리 화재의 위험성에 대비하기 위해 여러가지 극한 상황들을 예측해 10가지 안전성 평가를 진행하고 있다.
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[서울=뉴시스]


10가지 안전성 테스트 중 압축, 관통, 낙하, 진동, 과충전, 단락, 고열, 열충격 등의 안전성 테스트는 전기자동차 배터리 뿐 아니라, 소형 배터리에서도 동일하게 진행된다. 다만 전기자동차용 배터리가 소형 배터리 대비 용량과 크기가 더 크기 때문에 합격 기준이 높다.

여기에 운행 환경에서 발생할 수 있는 예기치 못한 사고에 대한 테스트가 추가로 진행된다. 자동차 사고 시 물리적 충격을 가정한 테스트인 관성과 전복 테스트다.

이 테스트들은 자동차가 급정거하는 상황에서 차량에 탑재된 배터리들이 관성에 의해 내부 구성물이 한쪽으로 쏠리거나 자동차가 사고로 전복돼 배터리가 뒤집히거나 회전할 때의 안전성을 검증한다.

배터리 안전성 테스트를 원활히 하기 위해 삼성SDI는 배터리 내구성 시험을 위한 ‘안전성 평가동’을 울산사업장에 갖추고 극한 조건하에서 전기차와 ESS(에너지저장장치) 등 중대형 배터리 성능을 테스트하고 있다.

안전성 평가동에는 1900㎡의 면적 내에 배터리 안전성 검사를 위한 여러가지 실험실 및 검사 장비들이 갖춰져 있다. 전 세계 고객사들이 요구하는 기준에 맞춰 안전성 평가들이 이곳에서 진행된다.

특수 콘크리트를 사용해 벽 두께만 40㎝에 달해 TNT(강력 폭약) 50여개가 동시에 폭발해도 견딜 수 있도록 설계됐다.

삼성SDI 관계자는 "예상치 못한 외부 충격을 받더라도 안정적인 상태를 유지하기 위해 배터리에는 각종 안전장치들이 필요하다"며 "배터리가 불안정해지더라도 이를 제어하고 확산을 차단할 수 있는 이중, 삼중 보호장치를 설계해 끝까지 보호하는 것이 중요하다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 dazzling@newsis.com

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