차량 배터리 화재를 막는 원천 기술은 무엇인가요?
현재 차량의 리튬이온배터리는 양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는 분리막이 있고, 액체 전해질이 양극, 음극, 분리막과 섞여 있는 형태 입니다. 최근 빈발하는 배터리 폭발 화재는 안전성에 문제를 제기하고 있습니다. 배터리 화재를 막는 원천기술은 무엇인가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
차량 배터리 화재를 막는 원천 기술은 여러 가지가 있습니다. 대표적인 기술들은 다음과 같습니다.
배터리 디자인: 배터리 디자인 자체가 화재를 예방하는 가장 중요한 요소입니다. 화재를 방지하기 위해 배터리 내부의 전해질 수위, 온도 등을 정확하게 제어하고, 내부 구조의 불완전한 부분을 없애고, 안전한 성능을 보장하는 다양한 기술을 적용합니다.
배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS): BMS는 배터리 상태를 모니터링하고, 배터리 충전 및 방전을 조절하며, 배터리 온도와 전류 등을 제어하는 역할을 합니다. 이러한 기능으로 BMS는 배터리의 안정성과 성능을 유지하며, 화재 등의 위험을 예방하는 역할을 합니다.
화재 감지 및 차단 시스템: 화재가 발생했을 때, 차량 내부의 화재를 빠르게 감지하고, 화재를 차단하는 시스템입니다. 이 시스템은 화재 감지 센서와 배터리 차단 스위치 등을 포함합니다.
열 관리 시스템: 배터리 열 관리 시스템은 배터리의 온도를 적절하게 유지하며, 배터리 내부의 열을 효과적으로 배출하는 역할을 합니다. 이 시스템은 배터리를 냉각하는 냉각팬, 냉각유 등을 포함합니다.
안전한 배터리 소재: 안전성이 높은 배터리 소재를 사용함으로써 배터리의 안정성을 높이는 방법이 있습니다. 최근에는, 고체 전해질을 사용하는 배터리나, 리튬-황 배터리 등이 개발되어 화재 등의 위험을 줄이는 데에 기여하고 있습니다.
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
첫째는 안전한 배터리 디자인입니다. 배터리 제조사는 내부 구조, 성능 및 안정성을 고려하여 디자인합니다. 최근에는 안전을 강화하기 위해 비상 상황에서 배터리 내부에서 발생하는 열을 분산시키는 방식의 "열 분산기"와 같은 기술을 도입하고 있습니다.
둘째는 안전한 배터리 운영입니다. 배터리를 안전하게 사용하기 위해 운영 방법과 유지 보수가 중요합니다. 이를 위해서는 배터리 사용 전 꼭 설명서를 읽고, 충전기 및 배터리 상태를 확인하며, 과열, 과충전, 충격 등으로 인한 손상을 피해야 합니다.
또한 최근에는 인공지능과 빅데이터 기술을 이용하여 배터리 이상을 조기에 감지하고 대응하는 "스마트 배터리 관리 시스템"이 개발되고 있습니다. 이를 통해 배터리 안전성을 높일 수 있습니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
배터리 화재를 막는 기술은
안전한 배터리 설계에는 배터리 셀과 모듈의 물리적 보호, 전자 제어 회로를 통한 배터리 상태 모니터링 및 조절, 온도 및 과전압/과전류 방지장치, 충전과 방전을 감시하는 BMS (Battery Management System) 등이 포함됩니다.
배터리는 높은 온도에서 화재 위험이 증가합니다. 따라서 배터리 팩은 온도를 감지하고 적절한 방식으로 관리해야 합니다. 일부 차량 제조사들은 배터리 팩 주변에 냉각장치를 설치하여 배터리 온도를 유지하고 배터리 팩을 냉각합니다.
차량 충돌 시 배터리 팩에 물리적 충격이 가해지는 경우 화재 위험이 증가합니다. 따라서, 일부 차량 제조사들은 배터리 팩 주변에 물리적 보호장치를 설치하여 배터리 팩을 보호합니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
현재 이차전지산업에서 중요하게 여기는요소는 화재를 막는것은 불가능하다고 판단하고 최대한 열폭주현상을 지연시키는것입니다.
그래서 현재는 약 15분까지 열폭주현상을 지연시킬 수 있는정도 수준입니다. 앞으로 이 시간을 늘려 탈출속도나 진압속도에 도움을 줄 수 있도록 해야합니다.
감사합니다.
안녕하세요. 문민기 과학전문가입니다.
리튬이온 배터리의 최대 단점은 폭발과 화재의 위험인데요. 이러한 배터리 화재를 막는 기술의 종류는 여러가지가 있습니다.
첫째로 배터리 팩 내부의 배터리 셀 사이에 서로 높이가 다른 히트 파이프를 탑재하는 방안이 있습니다. 이 경우에 냉각 공기에 의한 방열과 히트 파이프에 의한 방열이 모두 가능해져서 열 차단 성능이 좋아지는 원리인데 이 때 히트 파이프가 배터리 셀의 중앙 영역을 감싸는 U자 모양이 되도록 구비하여 배터리 셀에서 팽창이 발생하더라도 방열이 이루어 질 수 있도록 한겁니다.
또 배터리 모듈과 관련된 기술로 보자면 이 배터리 모듈은 배터리 셀이 열과 진동 등 외부 충격에서 보호될 수 있도록 단단한 프레임으로 구성되어 있는데 이 배터리 셀 사이에 냉각재들과 판 하나가 존재하는데 이것이 하나의 셀에서 화재가 발생할 경우에 다른 셀로 화재가 번지는 것을 지연해주는 역할을 합니다. 하지만 이 냉각재를 배터리 셀 사이에 넣으면 부피가 커지는 단점이 있는데요. 그래서 냉각재를 차량의 바닥에 탑재하는 방법도 검토중이구요.
그 외에도 배터리 회사들마다 계속해서 기술을 개발해서 특허를 내고 있는데 모화학회사의 경우는 화재의 원인을 열폭주로 보고 이걸 지연시키는 배터리팩 플라스틱 소재 개발쪽에 중점을 두고 연구 중이기도 하구요.
추가로 화재가 발생을 했을 때 대책을 위해서 화재진압용 소화장치 개발도 계속 진행중이구요. 예를 들어 배터리 내부 온도가 설계온도에 도달하는 경우에 차단 커버에 설치된 소화캡슐이 터지면서 소화약재를 분사하는 방식으로 불을 끈다는데 이 때 순식간에 90%이상의 소화약제를 방출하면서 매우 빠른 소화가 가능하다고 합니다.
그리고 최근에는 전기자동차 배터리 화재의 원인으로 지목되는 전해질 유출을 완전히 막는 배터리 제조 기술도 개발되었다고 하네요. 우리가 쓰는 배터리는 액체 전해질이 들어있는데 이 액체 전해질이 배터리 밖으로 새는 경우에 인화성이라서 화재가 발생을 한다고 하는데 이 전해질을 반고체 형식으로 제조하는 기술을 개발하여 화재에서 안전한 배터리가 된다는 겁니다.
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안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.배터리 폭발 화재는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있지만, 가장 일반적인 원인 중 하나는 과열에 있습니다. 이러한 과열은 대개 배터리 내부에서 화학 반응에 의해 발생하며, 전해질의 부식 및 충전 및 방전 사이클에서 생기는 내부 손실도 과열을 유발할 수 있습니다. 따라서 이러한 과열 문제를 해결하기 위한 기술 중 하나가 전고체 배터리 입니다.
전고체배터리는 액체 전해질 대신 전해질이 고체 상태인 리튬 이온 배터리입니다. 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬 이온 배터리 보다 전고체배터리는 전해질의 농도나 양이 적어 액체 전해질 배터리보다 안전하며, 고체 전해질의 특성으로 인해 과충전이나 과방전으로 인한 화재 및 폭발 위험도 낮아집니다.
그러나 전고체배터리의 경우 아직까지 기술적인 한계가 존재하여, 액체 전해질 배터리보다 용량이 작고, 충전 및 방전 속도가 느립니다. 또한 전고체배터리의 생산비용이 높아서 상용화가 이루어지기까지 시간이 더 걸릴 것으로 예상됩니다.
하지만 전고체배터리는 액체 전해질 배터리의 단점을 극복하고 장점을 보완하여 더 안전하고 효율적인 배터리를 만들기 위한 연구가 진행되고 있습니다.
