ICT 및 AI 기술을 활용한 리튬이차전지 화재 예방 기술
ICT 및 AI 기술을 활용한 리튬이차전지 화재 예방 기술
  • 권진근
  • 승인 2022.04.13
  • 댓글 0
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권진근 한국파워셀 대표

자기야~ 자기야~ 전기차가 확실히 조용하긴 하다. 엔진소리 같은 게 하나도 안 들려.

이그~ 전기차에는 엔진이 없잖아. 배터리 전기로 모터를 돌려 가니깐 조용하지.

모처럼 만의 드라이브. 메타쉐콰이어가 우거진 길게 뻗은 도로를 풍경을 즐기며 가는 중 새로 산 전기차가 너무 조용하다보니 재밌는 얘기 거리가 하나 생긴다. 순간 경고! 경고! 전기차 클러스터 중앙에 커다란 알람이 뜬다.

“배터리 잔존수명 8.5년” “2개월 뒤 화재 불량 예상” “긴급 서비스 점검 요망”

배터리 수명은 8.5년 남아 정상이지만 비이상적 상태 감지로 화재 불량이 2개월 뒤 예상되니 빠르게 점검 받아보라는 인공지능 분석 안내 내용이다.


 

재미있는 에피소드지만 한국파워셀이 리튬배터리팩에 ICT와 AI 기술을 결합해 수개월 전 화재 불량을 사전 예측해 리튬배터리팩의 안전성을 확보하고자 하는 새로운 개념의 기술 사례이다. 리튬배터리 시장은 급성장 중에 있다. 가깝게는 핸드폰, 보조배터리, 전동킥보드, 전기스쿠터, 전기 자전거, 전기오토바이 등을 통해 접하고 있고, 산업적으로는 전기차, UPS(무정전전원장치), AGV(무인운반로봇), 골프카, 지게차, ESS(에너지저장시스템)와 전기차 등에서 접하며 광범위하게 사용되고 있다.

포스트 반도체라 불리며 시장 역시 10년 내 수백조 시장으로 성장할거라고 매년 새롭게 크게 갱신되는 시장 리포트가 이젠 너무 당연한 듯 관련 시장 성장에 대한 기대를 아끼지 않고 있다.

이러한 급격한 성장은 앞서 언급했던 다양한 사용처에서 기존 2차전지였던 납축배터리, NiCD나 NiMH에 비해 사용시간이나 주행거리가 늘어나고 경제성이 확보됐으며, 또한 고속 충전까지 가능한 리튬이온배터리의 개발과 고도화가 가속화되며 가능했다.

그러나 이러한 리튬배터리의 여러 장점과 시장의 고속 성장 인기에도 불구하고 큰 문제가 있다. 짐작했겠지만, 바로 화재다. 늘어난 리튬배터리 사용으로 화재와 같은 불량이 늘어나는 것이 당연해 보일수도 있으나, 그럼에도 불구하고 화재 불량이 주는 무게감이 결코 작지 않기 때문에 이에 대한 예방 대책에 많은 관심을 가져야만 한다. 화재로 현장의 물적 피해뿐 아니라 인명사고와 같은 중대 재해로 연결될 수도 있고, 관련 산업계 전체가 고사당할 수 있다. 국가 핵심 수출전략 제품의 수출길이 막힐 수도 있다.

수많은 사례가 있다. GM의 쉐보레 볼트 13대 화재로 8개월간의 생산 중단, 관련 산업계피해와 Cell 공급사였던 ‘L’사의 경우 20억 달러를 배상하는 손실도 발생했다. 또한 현대 Kona EV 15대 화재 사건의 경우 Kona EV의 단종, 관련 산업계 피해는 물론, ‘L’사의 경우 1조 원 규모의 손실도 발생한 사례가 있다. ESS(에너지저장시스템)의 경우 국내 34건의 화재로 인해 해외에서는 매년 수십에서 수백 %의 성장이 있는 산업이 한국에서는 관련 시장이 고사되는 위기를 겪고 있으며, 떨어진 K-Battery 위상 저하로 글로벌 경쟁 가운데 경쟁사의 공격을 방어하고 제품 신뢰를 회복하기 위한 많은 노력이 필요한 어려움을 겪고 있다.

물론, 이러한 심각한 문제를 발생시키는 화재 문제 개선을 위해 수십년 간 다양한 분야에서 연구개발이 오랜 기간 진행되어 오고 있다. 화재 발생을 빠르게 감지하기 위해 수m 이내 감지 가능한 열센서, 가스센서, 아크센서 등이 개발됐고, 긴 급전원차단 장치를 통해 충전을 차단하기도 하고 다양한 종류의 소화재나 물이 투입돼 화재를 막는 기술이 개발되기도 했다. 또한 열폭주된 리튬 Cell의 전이를 막기 위해 Cell사이의 열차단막이 설치되기도 하고, 외부 화재 발생을 알리고 확산을 막기 위해 사용자 앱이나 소방서로 화재 신호가 자동 전달돼 긴급출동이 되는 기술이 개발되기도 했다.

하지만 이러한 다양하고 오랜 연구 개발에도 불구하고 화재는 지속 발생 중이라 기존 기술들은 화재 원천 예방이 아닌 확산 방지 수준의 기술적 한계를 갖고 있다.

한국파워셀은 기존 ‘화재 확산 방지’ 수준의 기술적 한계를 뛰어 넘어 ‘화재 원천 예방’ 관련 기술을 개발해오고 있다. 바로 리튬배터리팩에 ICT와 AI의 융합을 통한 신기술이다.

구체적으로 설명하면, 기존 리튬배터리팩 운영 중 BMS(Battery Management System)내 1차적으로 수집 가능한 전압, 전류, 온도 센싱 후 ICT 유무선 통신 모듈을 통해 인터넷 Cloud DB로 Data 수집을 한다. 이후 인공지능 솔루션을 통해 시계열 기반의 전압, 전류, 온도 Data 상관관계 분석을 통해 배터리 오랜 사용으로 열화 시 증가되는 내부 저항을 산출하고 이상 배터리 분류 기법을 통해 리튬배터리의 잔존 수명과 화재 발생 시점을 사전 예측하는 방식이다.

관련 기술은 2019년 4월 MIT & Stanford 연구팀이 Nature Energy 저널을 통해 발표됐으며, 한국파워셀은 동 연구팀의 관련 Data 수집과 고도화 연구를 통해 ±10% 수준의 정확도를 맞추는 결과를 얻어 Applied Energy 저널에 싣기도 했다. 물론 기존 고유 연구 영역을 벗어나 유무선 통신 기술의 개발, Web. System 기술 개발과 인공지능 기술 개발 등의 노력이 필요하지만 이러한 혁신적 신개념 융합 기술만이 수 십년 간 이어져 오던 화재 확산 방지 수준의 기술을 극복하고 화재 원천 예방을 이룰 수 있는 큰 결과를 보일 수 있기에 투자 할만한 가치가 있는 기술일 것이다.

한국파워셀은 본 기술 관련 여러 기업들과 협업하며 1차 개발된 기술을 이미 리튬배터리팩에 적용하고 있으며, 자체 준비된 실시간 원격 모니터링 관제센터를 통해 실시간 Data 수집과 인공지능 분석 알고리즘 정상 작동 상태를 평가 및 고도화 하고 있다. 이를 통한 리튬배터리팩의 안전성 관련 자신감은 젊은 친구들 표현으로 당연 뿜뿜이다.

본 신기술을 통해 리튬배터리의 잔존수명과 불량 발생을 예측한다는 것은 글로벌 핵심 이슈중 하나인 탄소중립 실천을 위해 리튬팩 수명이 다할 때까지 사용할 수 있게 하는 자원 순환 연장의 핵심 기술로 역할이 가능하며, 커지는 사용 후 배터리의 재사용 및 재제조 시장에 대해서도 얼마 남지 않은 수명의 개량화와 더 큰 안전성을 요구하는 시장의 핵심기술로 역할이 가능할 것이다. 또한 매년 큰 폭으로 성 장되는 글로벌 리튬배터리 시장 내 화재 문제로 소외된 한국이 아니라 신기술을 통해 화재 안전성을 주도하는 한국으로 나아갈 수 있지 않을까 크게 기대한다.

권진근 한국파워셀 대표 keaj@kea.kr


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