1  배터리의 열폭주 현상이란?

ㅇ 열폭주의 사전적 정의는 특정 역학적 원인에 기인하여 방출된 에너지가 온도를 증가시켜 그 과정이 양성 피드백 형태로 가속되는 과정을 의미함. 구체적으로 배터리 열폭주는 기계적/전기적/열적 남용 등 다양한 원인으로 배터리 단락, 국부과열, 열전이 등이 순차적 으로 발열반응 발생하는 현상임. 배터리 자체가 인화성 물질로 구성되어 별도 산소 공급 없이 연소가 가능하며[1], 연쇄반응 특성으로 열폭주 발생 시 단시간에 전기차 전체로 화염 전파 및 탑승자 탈출이 어려운 상황이 발생함[2]. 구성물질의 발열반응으로, 열폭주 시 배터리 온도는 수백도 이상(LFP: 300-400℃, NMC: 600-700℃) 상승하기 때문에 열폭주가 시작되면 관리 및 제어가 불가능하고, 화재 발생 시 소화 물질의 침투가 쉽지 않아 진압의 어려움 및 감전 우려가 존재함(그림 1).

2  왜 주목받고 있나?

ㅇ 세계 각국의 환경규제 강화 및 전기자동차 판매보조금 확대로 현재 전기자동차 시장은 급격히 성장 중이지만, 최근 열폭주 관련 사고가 급격히 증가하여 안전문제가 이슈로 대두됨. 특히, 열폭주 발생 시 관리 및 제어가 불가능하다는 특성으로 열폭주 예지 및 전조증상 기반 열관리 전략 수립이 필수적으로 요구됨. 열폭주의 독특한 연쇄반응 및 화재 특성, 그리고 높은 문제 해결 난이도 때문에, 최근 배터리 건전성 예지 및 관리 (prognostics and health management, PHM) 관련 연구가 주목받고 있음. PHM이란 설비 건전성을 예지하고 지능정보 기반으로 의사 결정을 돕는 학문 분야로서 높은 신뢰도를 요구하는 배터리 시스템에 적용 시 파급효과가 큼. 특히, 배터리 열폭주 현상은 화재 발생 시 피해가 막대하며 관리가 어려운 특성 때문에 전조증상을 파악하여 미연에 방지하는 것이 중요하므로, 열폭주 PHM은 전기자동차 상용화에 핵심기술로 간주되고 있음(그림 2).
 

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