中 레이싱크, EV 리튬이온 배터리 열 안전 백서 발표

중국 열화상 이미징 기술 전문기업 레이싱크 테크놀로지(Raythink Technology)가 전기차(EV)에 사용되는 고에너지 리튬이온 배터리와 관련된 열 안전 문제를 다룬 기술 백서를 발표했다. 이 백서는 배터리의 생산, 테스트, 보관, 충전 환경 전반에 걸쳐 조기 이상 감지를 지원하는 열 모니터링 프레임워크를 소개한다.

 

EV 보급 확대와 함께 배터리 안전은 제조사, 시스템 통합업체, 인프라 운영사에게 핵심적인 운영 및 규제 준수(compliance) 과제로 부상하고 있다. 이 백서는 기존 리튬이온 배터리 안전 모니터링 방식의 한계를 짚고, 지속적인 전 영역 열화상 모니터링을 통해 열 이상 징후가 열폭주로 이어지기 전에 조기에 감지하는 방법을 제시한다. 또한 글로벌 규제 환경 변화에 대응한 규제 준수 역량 강화 방안도 함께 다루고 있다.

임계 구간(Critical Window) 포착의 중요성

이 백서는 리튬이온 배터리 안전의 핵심이 ‘초기 열 이상 현상과 본격적인 열폭주(thermal runaway) 사이의 임계 구간’을 포착하는 데 있다고 강조한다.
기존 배터리 모니터링 방식은 NTC 서미스터나 RTD와 같은 포인트 센서에 의존한다. 이러한 센서는 제한된 영역만을 감지하기 때문에 감시되지 않는 영역에서 발생하는 초기 열 이상은 감지하지 못할 수 있다. 연기·화염 감지기 등 화재 감지 시스템 역시 눈에 보이는 연기나 화염이 발생한 이후에야 작동한다. 이 시점에는 개입 가능한 임계 시간이 이미 경과한 경우가 많다. 따라서 국소적 이상이 치명적인 열폭주로 확대되는 것을 방지하기 위해서는 전 영역에 대한 연속적인 열 모니터링이 필요하다.

 
레이싱크는 적외선 열화상 기술이 이러한 공백을 보완한다고 강조한다. 이 기술은 배터리 표면 전체와 주변 환경에 대해 비접촉 방식으로 연속적인 온도 시각화를 제공할 수 있는 보완적 모니터링 방법으로 제시된다. 이 접근법은 포인트 센서만으로는 포착하기 어려운 국소적 핫스팟, 비정상적인 온도 구배, 초기 열 변화 추이를 식별할 수 있도록 한다.

열 안전 베이스라인

백서는 다음과 같은 구성의 확장 가능한 열 안전 아키텍처를 제시한다.

1) 하드웨어 계층: 현장의 ‘적외선 눈’
생산 라인, 테스트 구역, 보관 창고, 충전 설비 및 기타 핵심 위치에 배치되는 적외선 열화상 카메라. 이 카메라는 고온, 분진, 습도, 부식 환경 등 열악한 조건에서도 안정적으로 동작하도록 설계되어야 한다.

2) 데이터 및 분석 계층
실시간 시각화, 추세 분석, 사고 이력 검토, 장기 데이터 보관을 지원하는 중앙 집중형 플랫폼
3) 통합 계층: 기존 시스템과의 연계
배터리관리시스템(BMS), 분산제어시스템(DCS), 화재 경보 시스템 등 기존 시스템과 연동하여 통합된 조기 경보 대응과 추적 가능한 기록 관리를 가능하게 하는 인터페이스.

이 3계층 구조가 EV 배터리 수명주기 전반에 걸친 선제적 위험 탐지를 강화하는 확장형 통합 열 안전 베이스라인을 구성한다.

통합 열 모니터링을 통한 EV 배터리 안전성 혁신

백서는 3단계 프레임워크를 기반으로 EV 배터리 열 안전성에 대한 통합 접근의 필요성을 강조한다.
EV 배터리는 수명주기 전반에 걸쳐 기계적, 전기적, 열적 스트레스에 노출된다. 이러한 스트레스는 모두 열폭주로 이어질 수 있다. 그러나 현재 대부분의 모니터링 솔루션은 단계별로 분리돼 있으며 상호 통합되지 않은 상태다. 이러한 단절 구조는 연속적이고 추적 가능한 안전 관리를 어렵게 만든다.
레이싱크의 3단계 프레임워크는 제조, 시험실 테스트, 물류 및 보관 시설, 충전 및 에너지 저장 시설, 재활용 및 유해물질 처리 현장 등 EV 배터리 수명주기 전반의 다양한 단계에 걸쳐 통합 열 모니터링을 지원하도록 설계됐다. 여러 환경에서 생성되는 열 데이터를 통합함으로써 지속적인 감독과 추적 가능성을 확보할 수 있다고 레이싱크는 강조한다.
대표적인 효과는 생산 품질 향상이다. 예를 들어 배터리 생산 및 조립 과정에서 용접, 밀봉, 탭 접합 부위의 비정상적 온도는 잠재적 품질 문제로 이어질 수 있다. 연속적 열 모니터링을 통해 이러한 이상을 조기에 감지함으로써 결함 확산을 방지할 수 있다. 아울러 운영 효율 개선, 공정 최적화, 규제 준수 문서화에도 도움이 된다.

규제 대응 및 ROI 극대화

유럽연합(EU)이 운송 부문의 친환경·배출 저감 정책을 강화함에 따라 EV 보급이 확대되고 있으며, EV 배터리에 대한 규제도 한층 엄격해지고 있다. 규제 감독은 선택이 아닌 의무가 되었으며, 이에 따라 기업들은 규제 준수와 안전 관리 시스템에 대한 투자를 확대하고 있다.
열 안전 모니터링은 이러한 요구사항 충족에 핵심적인 역할을 한다. 수명주기 전반에 걸친 배터리 온도의 연속적 추적은 선제적 감독을 가능하게 하고, EU Battery Regulation과 UNECE Global Technical Regulation (GTR) No. 20 등 강화되는 규제 요구사항을 지원하는 수단으로 제시된다. 백서는 상시적인 온도 기록과 이벤트 로그가 규제 문서화, 감사 대응, 사고 이후 분석에 활용될 수 있다고 설명한다. 
또한, 열화상 시스템이 일단 구축되면 유지보수 비용과 소프트웨어 업데이트 비용이 비교적 낮은 수준에서 관리되고 여러 운영 단계에 걸쳐 지속적인 모니터링을 통해 고비용 사고를 예방하고, 공정을 최적화하며, 생산 가동 시간을 보호한다고 설명한다.

이번 백서는 EV 배터리 제조, 시험, 보관, 충전 인프라, 재활용에 관여하는 기업을 대상으로 세부적인 기술 설명과 적용 사례, 구축 시 고려사항이 포함돼 있다.

AEM(오토모티브일렉트로닉스매거진)

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