전기차 압축시키고 불태워보고 … 배터리엔 조기경보센서 달죠 [현대모비스 공학교실]

전기자동차는 배터리에 저장돼 있는 에너지를 이용해 구동하는 자동차다. 전기차에 들어가는 배터리는 단순하게 생각하면 일반적으로 사람들이 사용하는 건전지 수백 개를 직병렬로 연결해 그 에너지로 자동차가 움직이는 원리와 같다. 물론 전기차용 배터리는 시중에서 흔하게 접하는 건전지보다 훨씬 크고 발산하는 에너지의 양 자체도 많다. 전기차에 들어가는 배터리는 발산 에너지 양이 많은 배터리셀을 수백 개 연결한 배터리 시스템이다.

본격적인 전동화 시대가 시작되면서 전기차 배터리 성능에 대한 관심이 높아지고 있다. 배터리의 성능을 나타내는 여러 척도가 있지만, 가장 중요한 부분은 안전과 효율이라고 본다.

먼저 전기차의 효율을 높이기 위해서는 배터리의 경량화, 높은 에너지 밀도가 중요하다. 최적의 효율을 내기 위해서 동일한 공간에서 최대한의 에너지를 내기 위해 배터리를 배치하고 그에 맞는 구조강성, 냉각, 고전압 배치 등 레이아웃을 완성해 전기자동차에 탑재되는 배터리 시스템을 구축한다.

차량 종류가 스포츠유틸리티차량(SUV), 세단, 트럭, 상용차 등으로 다양하듯 배터리 시스템도 차량 조건에 맞춰 맞춤형으로 제작된다. 차량별로 배터리에 할당되는 공간이 상이하기 때문에 주어진 공간에서 최대의 효율을 내는 배터리 시스템을 만들어내는 것이 배터리 시스템 업체의 경쟁력이다. 배터리 시스템은 수백 개 배터리가 직병렬로 연결돼 있는 고에너지 시스템으로 배터리에 이상이 발생할 경우 일어날 수 있는 사고에 대한 우려가 많다. 실제 배터리 시스템에는 별도 제어 시스템이 탑재돼 있어 배터리의 전압, 온도 등을 감지해 이상 상태를 조기에 느끼고, 이상이 발생할 경우 배터리 동작을 제한하고 있다.

배터리 시스템은 최종 양산 단계에 이르기까지 수많은 테스트를 진행한다. 쇼트 상황에서의 안전성을 보기 위한 단락 시험, 차량의 진동 조건에 대한 내구를 확인하는 진동 시험 등을 진행한다. 특히 최근 전기차 화재에서 진압이 어려웠던 상황이 종종 발생하면서 외부 화재로부터 배터리의 안전성을 확인하는 연소 시험 역시 중요성을 더해가고 있다. 또 자칫 운전자에게 큰 피해를 입힐 수 있는 차량 압축 상황을 모사한 압축 시험 등 가혹한 테스트를 거친 후에 완성된다.

전기차 수요가 지난해 말 다소 감소하는 현상을 보였지만, 시간의 문제일 뿐 앞으로의 자동차 산업이 내연기관 자동차에서 전기차로 전환하는 것은 자연스러운 과정으로 보는 게 업계의 시각이다. 배터리 셀의 성능도 높아질 것이고 그에 맞는 배터리 시스템도 지속적으로 개발될 전망이다.

더 효율적이고 더 안전한 배터리 시스템에 대한 요구는 계속될 것이고, 해당 분야에서 개발하는 기술 수준 역시 지속적으로 높아질 것으로 보인다.

[조상철 현대모비스 플랫폼 EV-BSA개발셀 연구원]