전기차 과충전 화재 ‘0건’… 현대차그룹 핵심 안전기술 BMS

3단계 다중 시스템으로 원천 차단
HEV 개발단계부터 기술기반 마련
이상 징후 신속 탐지·판정 후 통보
성능 유지 위한 '셀밸런싱 기술'도

0건. 현대자동차그룹이 2011년 최초의 전기차인 블루온을 출시한 이래 지금까지 전 세계에서 177만대 이상의 전기차를 판매하는 동안 과충전으로 인한 화재가 단 한 건도 없었던 배경에는 세계 최고 수준으로 평가받는 있는 BMS(배터리 관리 시스템) 기술이 자리한다.

BMS의 완성도는 자동차 제조사의 전기차 기술 노하우를 판가름하는 기준이 되기도 한다. 현대차그룹은 성능과 내구성이 양립하는 최적의 BMS 제어에 대한 개발에 집중하고 있다. 이 점이 바로 아이오닉 5 N이나 EV6 GT와 같은 고성능 전기차를 내놓을 수 있었던 비결이기도 하다.

15일 현대차그룹에 따르면 현재까지 현대차·기아 전기차 가운데 과충전에 의한 화재가 한 건도 없었다. 일각에서는 전기차 화재 원인으로 과충전을 꼽고 있는데 이는 사실과 다르다고 현대차·기아는 강조했다. BMS가 과충전을 원천 차단해 과충전에 의한 문제 가능성은 0%에 가깝다는 것이다.

◇3단계 다중안전 시스템 …과충전 전기차 화재 'ZERO'

현대차그룹의 과충전 방지 기술의 가장 큰 특징은 충분한 다중안전 체계를 갖추고 있다는 점이다. 감지 자체에 오류가 발생하더라도 이를 대체할 수 있는 총 3단계의 과충전 방지 기술을 중복되게 적용 중이다.

1단계로 BMS와 충전 제어기가 고전압 배터리의 충전량 범위 내에서 안전하게 충전될 수 있도록 상시 관리한다.

2단계에서는 BMS가 충전 상태가 정상범위에서 벗어날 경우 즉시 종료를 명령한다. 만약 차량 제어기·배터리 제어기가 모두 고장난 상황인 3단계에서는 전류 통로인 스위치를 강제로 차단한다.

현대차·기아는 하이브리드 차량 개발 단계부터 BMS 제어 기술의 기반을 쌓았으며 다양한 기술적 난제 극복을 통해 현재의 BMS 핵심 기술을 확보할 수 있었다. 또한 멀티 급속충전 시스템·V2L 등과 관련된 다양한 기술들을 경쟁사들보다 일찌감치 개발에 착수하면서 기술 격차를 벌릴 수 있었다.

BMS의 역할 중 하나가 배터리가 안정적으로 작동할 수 있게 이상 징후를 신속하게 탐지하는 동시에 위험도를 판정해 차량 안전제어를 수행하고 필요시 고객에게 통지해 더 큰 문제가 발생하는 것을 미리 방지할 수 있게 해준다.

◇BMS, 이상 징후 신속 탐지·판정 후 통보

전기차 배터리 화재는 다양한 원인으로 발생할 수 있으나 대부분의 발생 유형으로는 셀 자체의 불량 또는 충격에 의한 셀 단락이다. 현대차·기아의 BMS는 주행·충전 중 상시 진단뿐만 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 정기적으로 깨어나 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링한다.

BMS가 모니터링하는 항목으로는 전압편차·절연저항·전류와 전압 변화·온도·과전압과 저전압 등 다양하다. 최근 출시되고 있는 차량은 이에 더해 수일 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 판단해 신규 판매 차량에 적용하는 한편 이미 판매된 전기차에도 연말까지 업데이트 툴 개발을 완료해 순차적으로 확대 적용할 계획이다.

BMS가 진단한 이상 징후 데이터는 즉시 원격지원센터로 전송되고 고객에게 입고 점검과 긴급출동을 안내하는 문자메시지가 자동으로 발송된다. 특히 심각한 문제가 발생한 것으로 판단될 때에는 즉시 관계기관에 자동 통보되는 시스템도 개발을 추진할 예정이다.

현대차·기아의 BMS 기술은 모니터링이나 과충전 방지에만 국한되지 않는다. 배터리의 내구성과 성능을 최적으로 유지하는 셀 밸런싱 기술도 핵심 기술로 꼽힌다.

배터리 셀 중 하나만 성능이 저하되어도 전체 성능이 떨어지기 때문에 셀 개별 관리를 통해 전기차 배터리 수명을 연장하는 게 매우 중요하다.

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

현대차그룹 관계자는 "현대차·기아 전기차에는 그동안 쌓아온 기술력과 노하우를 기반으로 개발한 각종 안전 기술들이 적용돼 있다"며 "전 세계 고객분들이 안심하고 전기차를 타실 수 있도록 현재 기술 수준에 만족하지 않고 지속적인 안전 신기술 개발을 위해 매진해 나갈 것"이라고 밝혔다.