전기차 화재의 위험성에 대하여 - 전기차 화재 원인, 진압, 대응

 

 많은 분들이 전기차 구매를 망설이시는 이유 중에 하나가 바로 전기차 화재 문제 일 텐데요.

기존의 내연기관의 경우에도 심심치 않게 화재 사고가 있었지만 전기차는 그에 비해 화재사고가 많고,

또 이 사건들이 매스컴에 크게 보도되는 것도 이유일 것이라 생각합니다. 오늘은 전기차 화재 문제가 왜 발생하고,

어떻게 방지하고 해결할 수 있는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

전기차 화재 발생 원인

 

■ 전기차 화재 원인

 

전기차 화재 발생 개략도 (출처:https://www.kfpa.or.kr)

 현재 전기차에는 주로 리튬이온배터리를 사용합니다. 자동차 이전에 각종 휴대기기에서 많이 이용되고 있는 리튬이온 전지이지만, 특정한 이상조건이 발생하였을 때 열폭주가 발생할 수 있습니다.

 열폭주 발생 시에 발생되는 에너지의 크기가 매우 크기 때문에 이를 제어하기 현재 이를 제어하기 매우 어렵고 이러한 위험성을 경감하고자 다양한 안전대책 마련과 연구가 진행되고 있습니다. 

 

열폭주반응 

 열폭주는 2차 전지의 내부 온도가 급격히 상승하여 화재로 이어지는 현상입니다. 열폭주는 배터리의 결함, 외부 충격, 과충전, 과방전, 고온, 저온 등에 의해 발생할 수 있습니다. 열폭주가 발생하면 2차전지 내부의 활물질과 전해액이 분해되면서 가스가 발생합니다.

 가스는 압력을 증가시켜 배터리의 팽창과 파열을 유발합니다. 파열된 배터리에서 발생한 가스는 점화원으로 작용하여 화재로 이어집니다.

 재료의 분석만으로 열폭주 거동을 예측하기 어렵기 때문에 기술 개발이 시급한 상황입니다. 이와 관련된 연구는 배터리 설계의 안정성을 확보하는데 핵심 요소가 될 것입니다. 

전기차 배터리 열폭주 발생 개략도 (출처:https://www.kfpa.or.kr)

단락 

 단락은 2차 전지의 양극과 음극이 직접 연결되는 현상입니다. 단락은 배터리의 내부 저항을 감소시켜 전류가 급격히 흐르게 합니다. 이로 인해 2차전지의 온도가 상승하고 열폭주가 발생할 수 있습니다. 단락은 배터리의 결함, 외부 충격, 과충전, 과방전 등에 의해 발생할 수 있습니다.

 

 

 

근본적 원인

 과충전과 과열 위에 문제 되는 전기차 화재 원인의 가장 핵심이 되는 이유는 과열과 과충전 문제입니다. 두 가지 원인을 원천적으로 차단하여 전기차 화재 위험을 낮출 수 있습니다.

 

1) 과열 (Thermal Abuse)

 기상조건이나 냉각장치 오작동등의 다양한 원인으로 배터리의 온도가 증가할 수 있습니다. 온도가 일정이상으로 가열될 경우 배터리 내부온도가 상승하여 전해액이나 분리막의 분해온도 이상으로 도달할 경우 분리막과 전해질이 분해되며 가스가 생성됩니다. 생성된 가스들로 내부의 압력이 증가하게 되고 발화원으로 작용하여 화재를 유발할 수 있습니다.

 

2) 과충전 (Overcharge)

 배터리를 과충전 할 시 리튬이온의 수가 부족해지면서 내부 전해액이 분해될 수 있고 이는 가스 발생을 유발합니다. 이러한 발생 가스는 화재의 원인으로 작용할 수 있습니다. 

 

1차원인	2차원인	결과
배터리 과열 배터리 과충전 외부 충격 (사고 등)	열폭주 반응 단락	전기차 화재 발생

■ 전기차 화재 진압이 어려운 이유

고온의 열폭주

 열폭주가 발생하면 배터리 내부의 활물질과 전해액이 분해되면서 가스가 발생합니다. 이 가스는 압력을 증가시켜 배터리의 팽창과 파열을 유발합니다. 파열된 배터리에서 발생한 가스는 점화원으로 작용하여 화재로 이어집니다.

 2차 전지의 열폭주는 매우 높은 온도에서 발생하기 때문에, 물이나 일반 소화약제로는 진압이 어렵습니다. 물이 열폭주를 더욱 촉진하여 화재를 악화시킬 수 있기 때문입니다.

 

전해액의 높은 연소성

 전기차 내부 전지의 전해액은 인화성이 매우 높습니다. 전해액이 연소하면 다량의 연기와 유독가스가 발생하여 인명 피해를 유발할 수 있습니다.

 

배터리의 구조적 특성

 2차 전지는 배터리 셀이 모듈로 구성되어 있습니다. 셀이 모듈로 구성되어 있기 때문에, 화재가 한 셀에서 발생하면 다른 셀로 빠르게 번질 수 있습니다.

 

소방관의 교육 및 장비의 부족

 전기차 화재는 내연기관차의 화재와는 다른 특성을 가지고 있습니다. 따라서 소방관들이 전기차 화재에 대한 전문적인 교육을 받고, 2차전지 화재에 특화된 장비를 갖추는 것이 중요합니다. 

 

■ 전기차 화재 시 대처 요령

 본인이 운용하는 전기차에 화재가 발생했을 때에는 즉시 대피하여 차량과 멀리 떨어져서 119에 즉시 신고하여야 하며,

 충전 중 화재가 발생한 경우에는 충전기 플러그를 즉시 분리하여 더 큰 화재를 방지해야 합니다.

 전기차 화재 시에 일반적인 물이나 소화약제를 사용했을 경우에는 열폭주를 더욱 촉진시켜 화재를 악화시킬 수 있으며 유독가스가 발생할 수 있으므로 보호구 없이 접근하지 않는 것이 좋습니다.

전기차 화재 시에는 즉시 신고하고 119의 도움을 요청해야 한다.

 

■ 전기차 화재 진압 기술

 워터 컨테이너

  전기차 화재 진압을 위한 워터 컨테이너는 전기차의 배터리 팩을 빠르고 안전하게 진압하기 위한 특수한 소화수 저장 용기입니다.
  차를 특수한 워터컨테이너에 넣어 열폭주 반응과 화재를 중단시키는 기술입니다.

전기차 화재 진압 기술 - 워터 컨테이너 (Water Container)

 워터 포켓

 워터 컨테이너와 유사한 기술로 비교적 최근에 적용되는 기술입니다.  소화수를 담은 특수한 소화포를 사용하여, 전기차의 배터리 팩을 신속하게 감싸고 냉각하는 방식으로 화재를 진압합니다.
 현재 비용과 보급률등의 문제가 있지만 국내 소방기관에서도 적용하여 이용하고 있는 기술입니다.

전기차 화재 진압 기술 - 워터 포켓(Water Pocket)