과충전 전기차 화재 0건...현대차·기아에 적용된 차별적 배터리 기술은?

[데일리카 하영선 기자] “과충전으로 인한 전기차 화재는 단 한 건도 없다.” 전기차 시대를 맞아 현대차그룹이 자신하는 이유다. 이런 배경에는 현대차그룹이 지난 15년 이상 자체 개발 노하우가 축적돼 고도화된 BMS(배터리관리시스템, Battery Management System)가 자리잡고 있기 때문이다.

19일 현대자동차그룹에 따르면 현대차·기아·제네시스 브랜드는 전기차 배터리를 전체적으로 관리하고 보호하는 '두뇌'인 동시에 자동차가 배터리를 사용하는 데 필요한 제어 정보를 제공하는 역할을 담당하는 BMS 개발에 역량을 집중하고 있다.

현대차·기아는 오래전부터 하이브리드 차량을 개발하며 BMS 제어 기술의 기반을 쌓았는데, 다양한 기술적 난제 극복을 통해 지금의 BMS 핵심 기술을 확보할 수 있었다. 여기에 멀티 급속충전 시스템, V2L 등과 관련된 다양한 기술들을 경쟁 OEM보다 일찍 개발하는 과정에서 경쟁사들과 기술 격차를 벌릴 수 있었다는 게 현대차그룹 측의 설명이다.

현대차∙기아 BMS의 역할 중 하나가 바로 배터리가 안정적으로 작동할 수 있게 만들어 주는 정밀 '배터리 시스템 모니터링'이다. 배터리의 이상 징후를 신속하게 탐지하는 동시에 위험도를 판정, 차량 안전제어를 수행하고 필요 시 고객에게 통지함으로써 더 큰 문제가 발생하는 것을 미리 방지할 수 있게 해주는 기술이다.

EV 배터리 화재는 다양한 원인으로 발생할 수 있으나 대부분의 발생 유형으로는 셀 자체의 불량 또는 충격에 의한 셀 단락이 꼽힌다. 현대차∙기아 BMS는 주행 및 충전 중 상시 진단 뿐 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 정기적으로 깨어나 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링한다.

BMS가 모니터링하는 항목으로는 ▲전압편차 ▲절연저항 ▲전류 및 전압 변화 ▲온도 ▲과전압 및 저전압 등 다양하며, 최근 출시되고 있는 차량은 이에 더해 수 일 또는 수 주 이전 잠재적인 불량을 검출할 수 있는 ▲순간 단락 ▲미세 단락을 감지하는 기능도 추가돼 한 차원 높은 안정성을 제공하고 있다.

현대차∙기아는 최근에 개발된 순간 및 미세 단락을 감지하는 기술이 배터리 화재 사전 감지에 큰 효과가 있다고 판단, 신규 판매 차량에 적용하고, 이미 판매된 전기차에도 연말까지 업데이트 툴 개발을 완료해 순차적으로 확대 적용한다는 방침이다.

배터리 이상 징후가 발견되면 BMS는 필요한 안전 제어를 수행하고, 위험 정도에 따라 고객에게 즉시 통보가 이뤄진다. BMS가 진단한 이상 징후 데이터는 즉시 원격지원센터로 전송되고, 이어 고객에게 입고 점검 및 긴급출동을 안내하는 문자메시지가 자동으로 발송된다.

특히 심각한 문제가 발생한 것으로 판단될 때에는 즉시 관계기관에 자동 통보되는 시스템도 개발을 추진한다는 계획이다.

현대차∙기아는 BMS 기술을 선도하며 안전진단 기술 강화를 위해 지속적인 연구개발을 이어 나갈 계획이다. 특히 첨단 진단 기술과 클라우드 서버 기반의 원격 정밀 진단(물리모델, 머신러닝 모델 활용)을 통합한 ‘온보드-클라우드 통합 안전관리 시스템’도 개발하고 있는 것으로 알려진다.

충전 과정에서도 BMS는 중요한 역할을 맡는다. 일각에서는 전기차 화재 원인으로 과충전을 꼽고 있는데 이는 사실과 다르다고 현대차∙기아는 강조하고 있다. 회사에 따르면 현재까지 현대차∙기아 전기차 가운데 과충전에 의한 화재가 한 건도 없었다. BMS가 충전상태를 집중적으로 모니터링 하면서 충전 제어기의 긴밀한 협조제어를 통해 과충전을 원천 차단해 과충전에 의한 문제 가능성은 0%에 가깝다는 것.

현대차∙기아의 과충전 방지 기술의 가장 큰 특징은 바로 충분한 다중안전 체계를 갖추고 있다는 점이다. 즉, 감지 자체에 오류가 발생했다 하더라도 이를 대체할 수 있는 총 3단계의 과충전 방지 기술을 중복되게 적용하고 있다.

먼저 <1단계>로 BMS와 충전 제어기가 최적의 충전 전류 제어를 통해 고전압 배터리의 충전량 범위 내에서 안전하게 충전될 수 있도록 상시 관리한다. <2단계>에서는 BMS가 배터리의 충전 상태를 실시간 모니터링하여 정상범위에서 벗어날 경우 즉시 충전 종료를 명령하는 시스템이 작동된다.

만의 하나 차량 제어기와 배터리 제어기가 모두 고장난 상황에서는 <3단계> 시스템이 가동된다. 이 단계에서는 물리적인 안전 회로가 작동, 전류 통로인 스위치를 강제로 차단한다.

현대차∙기아의 BMS 기술은 모니터링이나 과충전 방지에만 국한되지 않는다. 배터리 내부의 셀을 종합적으로 관리해 배터리의 내구성과 성능을 최적으로 유지하는 셀 밸런싱(Cell Balancing) 기술도 핵심 기술로 꼽힌다.

배터리 팩 안의 많은 셀 중에서 하나만 성능이 저하되어도 전체 배터리 성능은 떨어지기 때문에 배터리 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 게 매우 중요하다는 의미다.

배터리 셀들의 전압에 편차가 생길 경우, BMS는 이를 미리 인지해 셀 사이의 전압 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 제어를 수행한다. 또 현재 배터리의 온도와 상태를 종합해서 배터리가 제공할 수 있는 최대 출력을 수시로 연산해 제어한다.

현대차∙기아는 경쟁사 대비 탁월한 배터리 화재 지연 시스템도 갖추고 있다. 최근 충남 금산군에서 발생한 전기차 화재에서도 확인할 수 있듯이 비슷한 시기에 발생한 수입차 화재 건 대비 화재 진행 속도가 늦고 피해가 크지 않았는 점도 주목을 받는다. 이는 화재를 지연시키는 다양한 기술 덕분이라고 해도 과언이 아니라는 후문이다.

현대차∙기아 관계자는 “현대차그룹 전기차에는 연구개발 인력들이 그동안 쌓아온 기술력과 노하우를 기반으로 개발한 각종 안전 기술들이 총망라돼 적용돼 있다”며 “전세계 고객분들이 안심하고 우리 전기차를 타실 수 있도록 현재 기술 수준에 만족하지 않고 지속적인 안전 신기술 개발을 위해 매진해 나갈 것”이라고 말했다.

한편, 현대차∙기아는 최근 전기차 화재 발생에 대한 고객 우려가 높아진 상황에서 전기차에 대한 불안감을 해소하고 고객의 안전 주행을 돕기 위해 이번 안심 점검 서비스를 마련했음. 점검 대상은 현대차·기아·제네시스 승용 및 소형 상용 전기차 전 차종이며 ▲절연저항 ▲전압편차 ▲냉각시스템 ▲연결 케이블 및 커넥터 손상여부 ▲하체 충격/손상여부 ▲고장코드 발생유무 등 전기차의 안전과 관련된 총 9개 항목을 검사한다.