테슬라도 피할 수 없다…전기차는 왜 불이날까? [긱스]

전기차 보급이 빠르게 확대되고 있습니다. 그럼에도 전기차에는 몇 가지 불안요인이 있는데요,그중 하나가 '화재 사고'입니다. 차주들을 불안하게 하고, 전기차 구입을 망설이게 하는 위험요소, 전기차 화재에 대한 최영석 차지인 대표의 생각을 긱스(Geeks)가 전합니다.

전기차 보급이 늘어나면서 화재 사고에 대한 관심도 높아지고 있습니다. 전기차 화재는 배터리 불량, 리콜·교통사고 등 다양한 이유로 발생합니다. 하지만 사람들은 4년 전 BMW 화재 사태에 대한 ‘트라우마’로, 전기차 역시 같은 문제가 발생하는 게 아닌가 하는 걱정에 사로잡혀 있습니다. 불이 주는 공포감이 엔진에서 배터리로 옮겨간 것입니다.

전기차가 본격적으로 보급된 지 10년 정도밖에 안 돼, 여전히 기술적으로 미흡하고 개선해야 할 부분이 있습니다. 하지만 현재 기술 개발 속도와 제조사들의 대응을 감안하면, 이와 같은 문제는 오랜 시간이 지나지 않아 해결될 것이라고 예상합니다. 다만 막연한 불안감을 없애고, 개선해야 할 사항 중 놓치는 것이 없는지는 확인해볼 필요가 있다고 봅니다.

1. 배터리

배터리는 에너지가 모여 있는 물건입니다. 이 에너지는 정확하게 제어되지 않을 경우 화재로 이어질 수 있습니다. 휘발유에 불이 붙는 것처럼, 배터리 역시 불이 붙을 수 있습니다. 차이점이 있다면 휘발유는 누군가 불을 붙여야 한다는 것이고, 배터리는 내부 반응으로 열이 폭주해서 자연 발화가 된다는 것입니다

배터리 화재는 전기차 외에 스마트폰, 노트북에서 이미 많이 발생했습니다. 2016년 삼성전자 ‘갤럭시 노트7’은 배터리 발화 위험 때문에 비행기 내 사용이 금지된 바 있습니다. 현시점에서도 일부 노트북은 비행기에서 충전이 불가능합니다.

배터리의 종류에 따라 파우치형, 각형 원통형 등 다양한 형태와 특징을 가지고 있어, 자동차 제조사가 장단점을 판단해 선택합니다. 따라서 어떤 형태가 무조건 좋다고 하는 주장은 설득력이 약합니다.

여기서 알아야 할 점은 배터리는 하나의 덩어리가 아니라, 수백개의 셀이 모여있는 집합체라는 것입니다. 배터리가 충전 방전되는 것은 셀별로 전기 에너지가 저장되는 것이며, 이를 여러 개 연결해서 모듈로 만들고, 모듈을 여러 개 연결해서 팩이 됩니다.

사진 출처 삼성 SDI

배터리 팩은 음극과 양극으로 나뉘어 있으며 그 중간에는 분리막이 있습니다. 방전과 충전을 할 때 리튬 이온이 전해액에 녹아서 분리막을 통과하고, 에너지를 발생시킵니다.

이런 구조적인 문제 때문에 분리막이 손상되거나 오랫동안 충·방전을 반복하면 ‘덴드라이트(Dendriteㆍ수지상결정)’가 음극 표면에 나뭇가지 모양의 결정체로 쌓이게 됩니다. 이는 리튬의 이동을 방해해 배터리의 성능을 떨어뜨리고, 분리막을 훼손시켜 안전성이 떨어지게 됩니다

이런 문제를 해결하기 위해 개발 중인 것이 ‘전고체 배터리’입니다. 전고체 배터리는 액체인 전해액을, 고체의 전해질로 바꿔서 발열과 인화 위험성을 없애는 기술입니다. 일본과 국내 업체들이 개발하고 있지만, 아직 기술이나 가격 면에서 단시간 내 상용화될 가능성은 낮은 상황입니다.

2. 충전 중 화재

대부분의 전기차 화재는 충전 중에 발생했다고 알려졌지만, 실제 대부분은 충전이 완료된 이후 발생했습니다. 베터리는 충전이 완료되면, 여러 개 셀 간의 편차가 있는 부분을 고르게 해주는 ‘밸런싱’ 작업을 합니다. 이때 냉각기와 셀에 문제가 발생하는 경우가 많고, 이 시점에서 대부분의 화재가 발생했습니다.

이는 급속ㆍ완속 구별 없이 모든 경우에 발생합니다. 화재 방지와 배터리의 수명을 연장하기 위해서는 가능하면 100%까지 충전하지 않는 것이 좋습니다. 이에 많은 전기차 소유자들이 평소에는 90% 수준까지 충전하고, 장거리 주행할 경우에만 100% 충전하는 방식으로 안전하게 사용할 수 있습니다.

급속 충전의 경우 배터리의 충전량에 따라 충전 속도가 변합니다. 이 역시 100% 충전될 때 혹시 과충전되는 것을 우려해 0-60%까지는 최고속도로 충전하고, 60~90%까지는 절반 이하의 속도로, 90% 이상의 경우 완속 충전 수준의 느린 속도로 충전합니다. “급속이라서 위험하고 완속이라서 안전하다”는 것은 부정확한 정보로 충전 속도와 방식보다는 배터리의 몇 퍼센트까지 충전했느냐가 더 중요한 요소입니다.

물론 배터리의 내구성을 위해서는 에너지의 이동이 급격하게 발생하는 급속 충전보다 완속 충전이 더 좋을 수밖에 없습니다. 하지만 급속 충전도 제조사가 차량을 개발할 때 약 20만km 이상 주행할 수 있는 수준으로 내구성 테스트를 하기 때문에 실제 사용상 큰 문제는 없습니다. 단지 밥을 급하게 먹는 것 보다 천천히 먹는 게 건강에 좋다고 권장하는 수준으로 생각하면 이해하기 쉬울 것 같습니다.

급속 충전 중 화재가 발생했다고 알려진 사고도 정확하게 말하면 충전이 종료된 이후에 발생한 것입니다. 충전기에 차량이 연결된 상태라서 충전 중 화재로 잘못 알려진 것입니다.

3. 리콜

작년 현대차 ‘코나 일렉트릭(EV)’과 GM ‘볼트(Bolt) EV’는 연속적인 화재 때문에 배터리를 리콜했습니다. 하지만 현재까지도 배터리가 부족해 교체가 완료되지 않았습니다. 이에 따라 운전자들은 화재를 예방하기 위해 배터리를 100%까지 충전하지 못하고 80%까지만 충전해 주행 거리가 짧은 상태로 운행해야 하는 불편한 상황이 발생했습니다. 교체된 배터리는 100%까지 충전하는 속도가 느려지는 불편함도 있습니다

이런 문제의 원인은 배터리 제조상의 결함으로 특정 시점에 열 폭주로 인해 화재가 발생하는 것입니다. 처음 사고가 났을 때부터 배터리 결함을 의심했으나, 배터리 화재 특성상 완전히 타버리기 때문에 원인 분석이 불가능했습니다

하지만 운 좋게(?)도 1대의 차량이 급속 충전기에서 충전 종료 직후 화재가 발생했고 마침 초기에 발견돼 진화했습니다 이 차량의 배터리를 분석한 결과 제조상의 결함이 발견됐고, 이를 근거로 전 차량에 대해 리콜을 하고 있습니다.

제조사는 당시 사건 초기 배터리 문제를 의심했습니다. 이에 배터리관리시스템(BMS)의 소프트웨어를 변경, 80%까지 충전 후 몇 분간 셀 밸런싱을 한 후 100%까지 충전하게 했습니다. 해당 문제가 확인된 후에는 충전량을 80%로 제한해, 운전자들이 줄어든 주행거리 때문에 고생하고 있습니다. 관련 리콜은 진행되고 있지만 소비자의 불편에 대한 보상은 아직 이뤄지지 않고 있고, 소송도 진행 중입니다.

4. 화재 진압

내연 기관 차량의 화재는 주행 중에도 발생하지만, 전기차는 대부분이 충전이 종료된 주차 중에 발생합니다. 또 대부분 건물의 지하 주차장에서 발생하기 때문에 큰 피해가 발생 할 수 있습니다. 특히 배터리 화재는 불을 끄기가 아주 어렵습니다. 배터리 구조상 수많은 셀을 팩에 모아두고 밀봉을 했기 때문에 화재가 내부에서 발생하면 끄기가 어렵습니다. 또 열이 계속 발생하기 때문에 물속에 담가서 열을 빼내지 않으면 불이 꺼지지 않습니다.

이런 어려움 때문에 전기차 화재 진압에는 특수 장비들이 필요합니다. 처음 전기차 화재가 발생했을 때는 소방차의 소방수양이 제한돼 있었기 때문에 불이 주위로 번지는 것을 막는 방식으로 진압했습니다. 최근에는 화재 차량을 들어서 이동식 물통에 담가 식히는 방식을 사용하고 있습니다. 하지만 전용 욕조를 이동시키는 문제가 번거롭기 때문에 소방청에서는 이동식 워터포켓을 개발했고, 화재 차량의 둘레에 이를 설치해 물을 담는 방식으로 화재 진압을 하고 있습니다.

워터포켓 화재 진압. 충남도 제공

전기차 화재는 일반 차와 진압 방법이 다르기 때문에 전기차 화재 발생 시에는 반드시 전기차 화재라고 신고해야 합니다. 이미 소방서에는 전기차 화재 진압에 대한 훈련과 장비가 보급되어 있기 때문에 앞으로 진압하기 어려운 큰 화재는 없을 것으로 예상됩니다

5. 사고 화재

얼마 전 발생한 전기차 인명 사고로 많은 사람이 전기차는 충돌하면 3분 이내에 배터리 폭발 화재가 발생하는 것으로 알려졌습니다. 해당 사고는 시속 100km 가까운 속도로 톨게이트의 안전 구조물을 정면충돌한 교통사고로, 운전자와 탑승자가 안전벨트를 착용하지 않은 채 제동장치와 조향장치를 작동하지 않았습니다. 차량의 충돌로 화재가 발생했고 배터리에 불이 붙으면서 진화하는 데 시간이 걸렸지만 전기차 화재 대응 매뉴얼에 따라 정확하게 처리된 사건입니다

이동식 수조를 활용한 화재 진압. 소방청 제공

충돌 속도와 탑승자 상태를 감안하면 화재와 상관없이 충격에 의한 사망이 의심되는 상황입니다. 하지만 많은 사람은 탑승자의 안전과 화재의 연관성에 대한 의구심을 갖고 있습니다.

전기차의 배터리는 차량 제작 단계에서 다양한 안전성 시험을 하고 있으며, 이런 규정을 통과하지 못하면 차량을 판매할 수 없거나 판매 후에도 리콜해서 개선 해야 합니다. 충격 내구성을 확보하기 위한 낙하 시험, 열과 연소에 의한 시험, 과충전 과방전 시험 그리고 충돌 시험까지 예상하는 것 보다 훨씬 가혹한 조건에서 다양한 시험을 하고 있습니다.

내연기관 차량이 100년간 안전에 대한 시험과 기술 개발해 온 것에 비하면, 전기차는 아직 초보 단계라 할 수 있습니다. 이를 위해 더 많은 안전 기술 개발이 필요하지만, 현시점의 전기차가 내연기관 차량에 비해 안전하지 않다고 판단할 수 있는 근거는 없습니다.

화재 비율을 비교해보더라도 내연 기관은 1만대 중 2대 수준이지만, 전기차는 1만대 중 1대 수준입니다. 수치상으로 볼 때 내연기관의 절반입니다. 물론 전기차는 새 차가 많고, 판매 대수가 적기 때문에 통계의 유의미성을 의심할 수 있습니다. 하지만 현재까지의 내용만으로 볼 때 전기차가 배터리 때문에 화재에 취약하다고 판단할 근거는 없습니다

물론 이번 사고의 경우 추돌 후 단시간 내에 배터리에 화재가 발생한 것은 차량의 구조적인 문제를 의심할 수 있고 특히 발화점이 어디냐에 대해서 더 연구가 필요합니다. 이와 함께 이번 사고에서 추돌한 안전 시설물 역시 전기차에 적합한지는 한 번 더 검토해볼 필요가 있습니다.

도로의 안전 구조물은 플라스틱 재질에 물을 담아서 충격을 방지합니다. 이를 고정하기 위해서 아래쪽에 금속 재질의 고정판이 길게 나와 있습니다. 전기차 배터리가 여기에 충격할 경우 배터리 팩의 바닥 부분을 깊게 파고들 수 있고, 많은 셀이 한꺼번에 충격을 받으며 합선이 돼 급격한 배터리 화재를 발생시킬 가능성이 있습니다.

6. 도둑질과 안전

최근 지하 주차장의 콘센트에 무단으로 충전하는 ‘도전’(전기 도둑질) 이야기가 많이 들려옵니다. 늘어나는 전기차에 비해 충전기가 부족해서 발생하는 이유도 있지만, 공짜 충전을 위해서 이렇게 하는 경우도 있습니다.

필자의 경우도 호텔, 콘도를 가서 충전기가 부족하면, 프론트에 이야기해서 주차장의 콘센트를 허락받고 사용하기도 합니다. 지금은 공짜로 쓰게 해주니 좋은데. 전기차가 계속 늘어나면 돈을 받을 수밖에 없을 것입니다.

아파트의 경우는 콘센트 사용 전기요금을 공동관리비에서 부담하기 때문에 입주민 간 분쟁이 더욱 심하고, 경찰에 신고하기도 합니다. 콘센트를 무단으로 사용하는 것은 단순히 전기 도둑 외에 안전에도 심각한 문제를 유발할 수 있습니다. 콘센트는 안전 규격상 220볼트(V)에 16암페어(A)까지 사용할 수 있게 설계가 되어있습니다. 대부분 일반 전기 장치는 14A 이하이고, 16A는 전기난로나 업소용 드라이기 정도에 불과합니다.

하지만 전기차의 휴대용 충전기는 빠른 충전을 위해 16A까지 사용할 수 있게 만든 것이 대부분입니다. 일부 중국산 제품은 18A까지 사용합니다. 이렇게 될 경우 콘센트에 과전류로 불이 날 수 있습니다. 여기서 위험한 것은 차단기가 작동하지 않는다는 것입니다. 건물 내 배선을 보면 콘센트 여러 개가 연결되어 있고 차단기는 30A가 설치된 경우가 많습니다. 즉 콘센트 1개는 16A를 넘으면 안 되지만, 차단기는 여러 개의 콘센트가 사용하는 전력량을 고려해서 30A까지 허용하게 됩니다.

앞으로 콘센트 도전이 늘어나면, 콘센트 화재도 늘어날 수밖에 없습니다. 이미 미국에서는 110V, 10A 콘센트에 15A를 사용하다 불이 난 경우가 많습니다. 이를 감안하면 국내에서도 곧 콘센트 도전으로 인한 화재가 예상됩니다.

차지인의 과금형 콘센트 사진

이런 문제를 해결하기 위해서 전기차 충전 플랫폼 업체인 ‘차지인’은 ‘과금 기능과 과전류 차단 기능을 포함한 과금형 안전 콘센트’를 고안했습니다. 우여곡절 끝에 규제샌드 박스 임시 허가 1호를 받고, 법규도 바뀌었습니다. 하지만 법제화 과정에서 초기 개발 콘셉트였던 기존 콘센트를 대체하는 저렴하고 안전하며 과금까지 가능한 제품은 온데간데 없어졌습니다. 대신 충전기와 계량기 법규를 적용해 제품 가격이 전기차 충전기 수준으로 비싸졌고, 크기도 커져서 사업성이 없는 제품으로 전락했습니다.

뒤늦게 국회 입법조사처에서는 ‘국정 감사 이슈 분석’보고서에 “최근 전기차 도전 차단 솔루션을 개발하는 벤처기업이 늘고 있지만, 기존 규제의 벽에 부딪히는 경우가 있다, 과감한 실증 특례를 통한 규제 개선으로 제품의 상용화를 추진할 필요가 있다”고 발표했습니다.

왜 임시 허가 1호, 법 개정 1호가 있는데 추가적인 ‘과감한 실증 특례’가 또 필요한지에 대해 먼저 확인해볼 필요가 있습니다. 새로운 실증 특례 해주더라도 입법과정에서 상용화할 수 없는 규제가 또 만들어지는 ‘쳇바퀴 돌리기’를 그만하고 벤처기업들에게 희망 고문을 중단할 때가 되었다고 생각합니다

7. 비 맞는 충전기

충전기는 비를 맞아도 감전되지 않게 설계돼 있고, 안전 기준도 통과합니다. 만약 비가림막이 필요하다면, 단지 비 오는 날 한 손으로 우산을 쓰고, 다른 한 손으로 충전하기 불편한 것을 방지하기 위해서일 것입니다. “비 맞으면 충전기 안전에 문제가 있다”고 말하는 것은 기술적 기준에 대한 오해가 발생하고, 이에 따라 전기차 충전이 안전하지 않다는 오해를 만들 수 있습니다.

유럽의 급속 충전기 설치 사진

모든 충전기는 방수 기준을 준수하고, 누전 시 전원 차단이 되게 설계되어 있으며, 전력 공급 단에서도 추가로 이를 감지하여 전원을 차단하게 돼 있습니다. 지금까지 충전기에 발생한 사고 역시 사용자 부주의로 충전 연결부분을 빗물 속에 방치해서 파손된 경우가 전부였습니다.

이런 기술적 사항을 무시하고 전기차 충전기는 반드시 지붕을 씌워야 한다는 말은 충전기 설치할 때 건축물을 설치하라는 것과 같은 이야기입니다. 결론적으로 안전에 도움 안 되는 이야기로 충전 인프라 확장에 방해가 됩니다.

최영석 | 차지인 창업자 겸 대표

전기차 충전의 에어비앤비, 건물주 누구나 충전사업자가 될수 있게 도와주는 충전 공유 플랫폼으로 전기차 세상을 앞당기는 차지인의 최영석입니다.

대학2학년때 모터스포츠 전문 회사를 설립하여 경주용차량개발, 튜닝용품 사업을 시작해서 프로레이싱팀 감독, 차량제어 소프트웨어 튜닝, 진단기 개발, 카 pc 등 차량 it 1세대로 다양한 일을 했습니다.

이런 복잡한 경험을 바탕으로 자동차 사고 조사, 결함조사, 소송 기술자문, 데이타 분석 업무를 하던 중 우연하게 전기차를 타게 되면서 충전의 불편함을 직접 해결하기위해 차지인(Charzin)을 창업했습니다.