현대차∙기아, 전기차 과충전 사고 단 한 건도 없었다...100% 충전해도 안전

[오토헤럴드 김흥식 기자] 화재 발생 가능성이 커진다는 이유로 전기차 충전량을 제한하는 조치들이 나오면서 차량을 보유한 소비자의 불안감이 커지고 있다. 인천 전기차 화재 이후 일부 아파트 지하 주차장, 공공 기관은 물론 자동차를 수송하는 선박에서 조차 충전량이 절반 이하인 경우에만 출입이나 승선을 허용하는 일이 벌어지면서 차량 보유자들이 큰 곤란을 겪고 있다. 

이와 관련 현대차와 기아가 '전기차 배터리를 100% 완전 충전해도 안전하다”라며 적극 홍보에 나섰다. 현대차∙기아는 배터리 충전량(SoC, State of Charge)과 화재 발생 간에는 관계가 없으며 100% 완충해도 안전에 영향을 주지 않는다고 강조했다. 

다른 가전제품의 배터리와 마찬가지로 전기차용 배터리는 100% 충전해도 충분한 안전범위 내에서 관리되도록 설계돼 있으며 만에 하나 문제가 발생하더라도 ‘배터리 두뇌’ 역할을 담당하는 첨단 BMS(배터리관리시스템)가 이를 차단하고 제어한다는 것이다.

우선 현대차∙기아는 안전성이 검증된 범위 내에서 배터리 충전 용량이 산정된다고 했다. 실제로 소비자가 완충을 해도 전기차 배터리에는 추가 충전 가능 용량이 존재하며 이는 운전자가 수치상으로 볼 수 있는 충전량에 총 3개의 마진이 반영된 결과다. 

첫째로 배터리 제조사에서 설정하는 마진이다. 예를 들어, NCM 배터리의 경우 g당 최대 275mAh 정도까지의 에너지를 담을 수 있으나 배터리 제조사는 이보다 낮은 g당 200~210mAh 수준만 실제 사용하도록  설계했다. 

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 제공한다. 

마지막으로 BMS가 사용 가능 용량을 재산정하는 리밸런싱(Rebalancing) 과정에서도 일부 제외되는 용량이 있다. 배터리 팩 안의 많은 셀 중 하나의 성능이 저하된다고 해도 전체 배터리 성능이 떨어지기 때문에 배터리 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 것이 매우 중요하다.

가령 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 확보한다. 

소비자에게 안내되는 100% 충전량은 배터리 제조사와 자동차 제조사가 안전성 검증을 충분히 완료한 구간이다. 만에 하나 100% 충전을 넘어 과충전이 발생할 경우 전해액 분해 반응, 양극 구조 변경 등에 의한 안전 문제가 발생할 수 있다. 하지만 BMS는 이를 정밀하게 제어해 사전 차단하기 때문에 과충전 가능성은 없다는 것이 현대차∙기아 설명이다. 

특히 현대차∙기아가 15년 이상 노하우를 바탕으로 개발한 BMS는 다중안전 체계를 바탕으로 총 3단계의 과충전 방지 기술로 현재까지 단 한 건의 과충전 사고도 발생하지 않았다. 현대차 관계자는 '이렇게 3가지 마진을 적용하는 가장 중요한 이유는 화재 발생 가능성을 고려한 것이 아니라 배터리의 내구 수명을 확보하기 위한 것'이라는 점도 분명히 했다. 

배터리 화재 발생 원인이 충전량과 관계가 없다는 점도 재차 강조했다. 배터리 충전량이 화재의 규모나 지속성에는 영향을 줄 수 있지만 배터리 내부의 물리적 단락이나 쇼트 발생을 결정하는 핵심 요소는 아니라는 의미다. 

일반적으로 배터리 화재는 제조 불량 또는 외부 충돌 등에 의해 내부에서 물리적 단락 발생시, 양∙음극간 높은 전류가 흐르고 열이 발생한다. 이때 화학 물질이 분해되면서 생성되는 산소 및 가연성 부산물 등이 발화로 이어지는 경우가 대부분이다.

이때 충전량과 무관하게 단락 위치 및 면적, 그리고 사용되는 내부 물질 종류에 따라 실제 발열 및 화재 상황은 다르게 나타난다. 다시 말해 적은 충전량이라 하더라도 단락으로 인한 화학물질의 반응 정도가 클 경우 화재 발생 가능성은 더 높을 수 있다는 것이다.

과거 전자제품 등에서 화재가 발생하자 배터리 충전을 제한한 적도 있지만 효과가 없었다는 점도 이를 방증한다. 따라서 충전량을 제한하는 것은 근본적인 대책이 될 수 없다는 것이 회사측 설명이다.

국내 배터리 전문가인 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수는 “충전 깊이(충전율)와 화재는 당연히 관련이 있지만, 지배적인 원인은 아니다'라며 '100% 충전이라는 게 굉장히 상대적인 개념이기 때문'이라고 말했다.

또 “우리가 100%라고 말하는 것은 안전까지 고려한 배터리 수명”이라며 “물론 충전을 이보다 더하면 위험할 순 있다. 하지만 이러한 과충전은 배터리 셀 제조사나 자동차업체 차원에서 BMS 등으로 이미 차단된 상태'라고 강조했다.

사용자에게 제공하는 충전량 100%의 의미가 실제로는 안전성을 철저히 검증한 구간 내에 충분한 마진을 확보해 제외한 수치로 완충을 한다고 해서 안전에 영향을 주지 않는 다는 것이다. 

한편 현대차∙기아는 BMS가 감지한 셀 이상 징후를 고객에게 문자메시지를 통해 통보하는 시스템도 갖추고 있다. 그러나 리스 차량 또는 렌터카 등 회사명의로 등록한 법인차는 이러한 시스템을 갖추고 있지 않아 보완을 추진하고 있다고 했다.

김흥식 기자/[email protected]