현대차 '美냉각 특허'…전기차 화재 잡는다

배터리 열폭주 현상 해결
특정위치에 열 몰리지 않게끔
냉각수 흐르는 방향 분산시켜
배터리 안정적 열 관리에 도움
내년 전기차플랫폼 적용 전망

현대자동차·기아가 전기차 배터리 화재를 사전에 막기 위한 특수 설계에 나섰다. 배터리를 담는 상자 바닥 자체를 냉각 구조로 설계해 배터리 위치에 따른 온도 편차를 줄이고 차체 안정성까지 함께 높이겠다는 구상이다.

12일 미국 특허청(USPTO)에 따르면 현대차·기아는 2024년 11월 '배터리 저장 케이스(Battery Storage Case)'라는 명칭의 특허를 출원했고 해당 특허는 지난해 11월 27일 일부 공개됐다. 배터리 하부 케이스의 냉각 구조 설계를 다뤘다. 구체적 설계가 포함된 만큼 업계는 해당 특허 기술이 이미 설계 검토가 마무리된 것으로 보고 올해나 내년쯤 전기차 플랫폼에 반영될 것으로 전망한다.

이번 특허의 핵심은 전기차 배터리 하부에 냉각수가 가로·세로로 흐르는 '격자형 물길'을 만든 데 있다. 기존의 메인 냉각 유로에 교차해 흐르는 서브 유로를 추가해 냉각수가 한 방향으로만 흐르지 않고 여러 경로로 분산되도록 했다. 배터리 하부 전체에 냉각수가 고르게 퍼지도록 만든 새로운 열 관리 구조인 셈이다.

기존 전기차 배터리 역시 냉각수를 활용하지만 경로가 일방향으로 비교적 단순해 배터리 위치에 따라 냉각 성능 차이가 발생할 수 있다는 한계가 있었다. 특정 셀이나 모서리에 열이 집중되면 과열로 이어질 가능성이 크다.

전기차 배터리 화재는 대부분 이처럼 한 영역에 열이 집중되는 것에서 시작된다. 한 지점 온도가 급격히 상승하면 열 폭주로 이어질 수 있다. 현대차·기아가 이번에 내놓은 특허는 기존에 한쪽으로 배열됐던 냉각 통로를 다중·교차 구조로 재설계해 특정 위치에 열이 몰리는 상황을 줄이는 데 초점을 맞췄다. 전기차 배터리 화재가 일어난 뒤 진압하는 방식이 아니라 화재 발생 조건을 예방하는 접근이다.

배터리 하부 케이스 설계도 달라졌다. 기존엔 배터리 모듈을 케이스에 넣고 그 아래에 얇은 냉각판을 별도로 덧대는 방식이 일반적이었다. 이 경우 구조가 여러 층으로 나뉘어 충격이 가해질 때 이음새에 힘이 집중될 수 있다.

반면 이번 특허는 별도의 냉각판 삽입 대신 냉각 유로를 배터리 하부 케이스 구조물 자체에 통합·설계했다. 하중과 충격을 구조 전체로 분산시킬 수 있다. 냉각 기능과 구조 보강을 동시에 노린 것이다. 전기차 하부 구조는 충돌 안전성과 차체 내구성에 직결된다. 배터리팩의 안정성과 내구성을 동시에 높이는 효과를 기대할 수 있다.

전기차 보급이 확대되면서 배터리 화재에 대한 소비자 우려와 규제 압박도 커지고 있다. 전기차 배터리 화재는 한 번 발생하면 진화가 어렵고 인명 피해로 이어질 위험성이 크다. 배터리 성능 경쟁이 성숙 단계에 접어들면서 최근에는 열 관리와 구조 설계 등 전기차 안전 기술이 전기차 시장에서 브랜드 경쟁력을 가르는 요소로 여겨진다.

특히 현대차·기아가 이번 특허를 출원한 미국은 세계 최대 전기차 시장인 동시에 안전 기준과 책임 범위가 엄격한 곳으로 꼽힌다. 글로벌 시장을 겨냥한 기술 보호와 안전성 강화 차원의 특허 전략으로 해석된다.

[한지연 기자]