대구 동구 한 아파트 지하주차장 전기차 충전구역에 전기차 관리에 주의하라는 내용의 안내문이 부착돼 있다. 사진=연합뉴스
최근 인천 청라 아파트 지하주차장에서 발생한 메르세데스-벤츠 전기차 화재 등 연이은 전기차 배터리 관련 사고가 일어나며 소비자들의 불안이 커지는 가운데, 현대차·기아가 과도한 불안감 불식에 나섰다.
현대차∙기아는 “배터리 충전량(SoC)과 화재 발생 간에 관계가 없다”며 “100% 완충해도 안전하게 운행할 수 있다”고 20일 밝혔다. 배터리 충전량에 의해 배터리 내부의 물리적 단락이나 쇼트 발생이 결정되는 것은 아니라는 설명이다.
3단계 과충전 방지 기술 적용…사고 발생 전무해
현대차∙기아에 따르면, 전기차용 배터리는 100% 충전해도 충분한 안전범위 내에서 관리되도록 설계돼 있다. 문제가 발생하더라도 배터리의 두뇌 역할을 담당하는 첨단 BMS(배터리관리시스템)가 이를 차단하고 제어한다. 다른 가전제품의 배터리와 마찬가지다.
또한 현대차∙기아는 안전성이 검증된 범위 내에서 배터리 충전 용량이 산정된다고 설명했다. 충전량 100%를 기준으로 안전성을 검증하고 관리한다는 의미다.
실제로 소비자가 완충을 하더라도 전기차 배터리에는 추가 충전 가능 용량이 존재한다. 운전자가 수치상으로 볼 수 있는 충전량은 총 3개의 마진이 반영된 결과일 뿐이다. 3가지 마진을 적용하는 이유 역시 발생 확률이 매우 낮은 화재 가능성을 고려한 것이 아닌, 배터리의 내구 수명을 확보하기 위한 일환이다.
첫 번째 마진은 배터리 제조 당시 반영된다. NCM 배터리의 경우 g당 최대 275mAh(밀리암페어) 정도까지의 에너지를 담을 수 있으나, 배터리 제조사는 이보다 낮은 g당 200~210mAh 수준만 실제 사용될 수 있도록 설계하는 게 대부분이다.
둘째로 자동차 제조사 역시 일부 사용 가능 용량을 마진으로 남겨둔다. 소비자가 일반적으로 내비게이션 화면 등을 통해 볼 수 있는 충전량 수치는 배터리 셀 제조사와 자동차 제조사가 각각 설정한 마진을 제외한 상태로 안내되는 것이다.
마지막으로 BMS가 사용 가능 용량을 재산정하는 리밸런싱 과정에서도 일부 제외되는 용량이 있다. 배터리 팩 안의 많은 셀 중에서 하나만 성능이 저하돼도 전체 배터리 성능이 떨어지기 때문에 배터리 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 것은 매우 중요하다.
만일 배터리 셀들의 전압에 편차가 생길 경우, BMS는 이를 미리 인지해 셀 사이의 전압 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 제어를 수행한다. 이 과정에서 가장 적은 용량이 남은 셀을 기준으로 전체 충전 가능 용량을 재산정해 안전한 사용 용량 이상의 활용을 방지하고, 동시에 추가적인 용량 마진을 확보하고 있다.
이처럼 소비자에게 안내되는 100% 충전량은 배터리 제조사와 자동차 제조사가 안전성 검증을 충분히 완료한 구간인 셈이다.
물론 100% 충전을 넘어 과충전이 발생할 경우, 전해액 분해 반응과 양극 구조 변경 등에 의한 안전 문제가 발생할 수 있다. 하지만 BMS는 이를 정밀하게 제어해 사전 차단하기 때문에 과충전 가능성은 없다는 것이 현대차∙기아의 설명이다.
특히 현대차∙기아가 15년 이상 노하우를 바탕으로 개발한 BMS는 다중안전 체계를 바탕으로 총 3단계의 과충전 방지 기술이 적용돼 있다. 현재까지 단 한 건의 과충전 사고가 발생하지 않았다고 회사 측은 강조하고 있다.
배터리 화재 주요 요인과 배터리 안전 설계. 사진=현대차 기아
완충 안전검정 끝나…출고 전 원천 차단 상태
현대차∙기아는 일련의 배터리 화재의 원인은 충전량과 관계가 없다고 재차 강조했다. 배터리 충전량이 화재의 규모나 지속성에는 영향을 줄 수 있지만, 배터리 내부의 물리적 단락이나 쇼트 발생을 결정하는 핵심 요소는 아니라는 뜻이다.
일반적으로 배터리 화재는 제조 불량 또는 외부 충돌 등에 의해 발생한다. 내부에서 물리적 단락 발생시 양∙음극간 높은 전류가 흐르고 열이 발생하게 되는데, 이때 화학 물질이 분해되면서 생성되는 산소 및 가연성 부산물 등으로 인해 발화로 이어지는 경우가 대부분인 것이다.
이때 충전량과 무관하게 단락 위치 및 면적, 그리고 사용되는 내부 물질 종류에 따라 실제 발열 및 화재 상황은 다르게 나타난다. 적은 충전량이라 하더라도, 단락으로 인한 화학물질의 반응 정도가 클 경우 화재 발생 가능성은 더 높을 수 있다. 과거 전자제품 등에서 배터리 충전을 제한한 사례가 있었지만 효과가 없었다는 점이 이를 증명한다.
현대차·기아는 충전량을 제한하는 것은 근본적인 대책이 될 수 없다고 설명했다. 배터리 제조 결함이 없도록 배터리 셀 제조사와 함께 철저하게 품질관리를 하고, BMS를 통해 사전 오류를 진단해 더 큰 사고를 예방하는 것이 가장 중요하다는 것이다.
윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수는 “충전 깊이(충전율)와 화재는 당연히 관련 있지만, 지배적인 원인은 아니다”고 말했다. 그는 이어 “우리가 100%라고 말하는 것은 안전까지 고려한 배터리 수명”이라며 “물론 충전을 이보다 더하면 위험할 순 있지만, 이러한 과충전은 배터리 셀 제조사나 자동차업체 차원에서 BMS 등으로 이미 차단된 상태”라고 강조했다.
실제로 현대차∙기아 BMS는 주행 및 충전 중 상시 진단 뿐만 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 정기적으로 깨어나 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링한다. BMS가 모니터링하는 항목은 ▲전압편차 ▲절연저항 ▲전류 및 전압 변화 ▲온도 ▲과전압 및 저전압 등 다양하다. 최근 출시되고 있는 차량은 이에 더해 선제적으로 잠재적인 불량을 검출할 수 있는 ▲순간 단락 ▲미세 단락을 감지하는 기능도 추가돼 한 차원 높은 안정성을 제공하고 있다.
현대차∙기아 관계자는 “고객이 보는 완충(100%) 상태는 안전성이 철저히 검증된 구간 내에서의 충전량을 의미하기 때문에 완충에 따른 불안감을 갖지 않으셔도 된다”며 “앞으로도 배터리 사전 진단 및 화재 전이 방지 기술을 보다 고도화해 고객이 안심하고 전기차를 운행할 수 있도록 하겠다”고 밝혔다.
“중요한건 예방”…커넥티드카 서비스를 활용한 고객 통보 사각지대 최소화 노력
결국 무엇보다 중요한 것은 충전량 논쟁이 아닌, 사고 예방 방안이다.
현대차∙기아는 BMS가 감지한 셀 이상 징후를 고객에게 문자메시지를 통해 통보하는 시스템을 갖추고 있다. 이에 더해 고객 통보시스템의 사각지대를 최소화하기 위한 대비도 강화해 나갈 계획이라고 밝혔다.
사각지대는 리스 차량 또는 렌터카 등 회사명의로 등록한 법인차다. 회사명의로 등록됐기 때문에 BMS가 셀 이상을 진단했다 하더라도 문자로 통보가 불가능한 상황이기 때문이다.
이에 현대차∙기아는 대형 법인사 및 기업을 대상으로 법인차를 사용하는 실 운행자 명의로 등록하도록 설득하고 홍보한다는 계획이다. 실 운행자 명의 등록은 해당 법인에 소속된 고객이 커넥티드 서비스 어플리케이션을 내려 받은 뒤 간단하게 진행할 수 있다.
한편 현대차∙기아는 최근 전기차 화재 발생에 대한 고객 우려가 높아진 상황에서 전기차에 대한 불안감을 해소하고 고객의 안전 주행을 돕기 위해 전국 서비스 거점에서 안심 점검 서비스를 진행하고 있다.
또한 배터리 셀 오류 발생시 고객 통지 사각지대를 최소화하기 위해 법인 차량에 대한 실사용자 등록 필요성에 대한 홍보활동을 강화할 계획이라고 밝혔다.