인천 벤츠 전기차 주차중 화재 사건 원인 분석[전기차 화재 분석, 배터리 열폭주, 벤츠 전기차 화재 원인 분석]

 

8월 1일 인천 청라에서 전기차 화재가 발생했습니다. 메르세 데스 벤츠 EQE 350 차량으로 당시에 자료를 보면 위 사진처럼 연기가나다가 아래처럼 폭발한 것을 확인할 수 있습니다.

 

우선 먼저 6월 현대차의 화재사례를 가져와보면

 

 최근 현대차의 화재 사례는 외부 충격으로 인한 화재임이 명백합니다. 당시 자료를 보면 많은 사람들이 하부 충격으로 인해 화재가 발생했다는 점과 발화성 냉매를 사용했다는 점은 확실히 비판할만한 측면입니다. 하지만 배터리 열폭주가 주된 원인은 아니었고, 외부 충격으로 인해 배터리에 열이 가해지면서, 화재가 크게 번진 것은 사실입니다. 결론적으로 이러한 문제는 전해액을 쓴 리튬이온 배터리를 사용하는 한, 큰 사고나 충격이 발생하면 화재 위험이 항상 존재하며, 대안들이 많이 연구되고 있습니다.

 

 하지만 이번 벤츠의 사례는 조금 다릅니다. 벤츠의 경우, 정차 중에 연기가 발생하다, 불이 났으며 이는 명백한 배터리 열폭주 현상으로 볼 수 있습니다.

 

그렇다면 배터리 열폭주의 원인은 무엇일까요?

 

우선, 화재가 발생한 차량은 EQE로, 벤츠의 전기차 라인업 중 중국산 CATL 배터리를 사용하는 모델입니다.

 

EQA와 EQB는 SK온 배터리를, EQE와 EQS는 CATL 배터리를 사용하고 있고, EQE의 배터리 용량은 90.6 kWh로, 차량 크기에 비해 에너지 밀도가 높습니다. 한마디로 다른 차량대비 많은 양의 배터리를 넣었다 정도로 이해하시면 되는데 일단은 LFP보다는 화재위험이 적은 NCM 811 배터리를 사용했을 가능성이 큽니다. 

 

 다만 실제 화재 형태를 보면, 연기가 나고 폭발이 일어난 것은 배터리 열폭주가 일어났다는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 현상의 원인은 보통 배터리 셀 내부 단락, 즉 ISC(Internal Short Circuit) 일 가능성이 큽니다.

 

유튜브 NREL Learning 캡쳐

 

 에너지 밀도를 높이기 위해 분리막의 두께를 줄이거나 코팅을 적용하지 않는 분리막을 사용하는 등 여러 원인이 있을 수 있지만, 결론적으로, 설계 단계에서 안전 마진을 줄여 원가 절감으로 인한 문제, 생산 단계에서 금속성 분진이 제대로 관리되지 않은 경우 정도로 원인을 예상할 수 있습니다.

 

ISC(Internal Short Circuit)의 경우 배터리 내부에서 미세 금속 주변에서 발생하는 내부 단락 전류가 어느 순간 임계점을 넘어 분리막을 용융시키고, 이로 인해 내부 단락 전류가 급격히 증가해 화재가 발생은 것으로 주로 분석하는데

 

 대부분의 이러한 미세 금속 이물질 문제는 배터리 셀 제조 공정 중 용접 단계에서 발생하며, 레이저 팁의 손상이나 출력 불안정 등이 원인이 될 수 있습니다. 결론적으로, 에너지 밀도에 대한 욕심으로 안전 마진을 줄이기 위한 설계와 공정 품질 관리 미흡 등이 이러한 사고를 유발한 것으로 보입니다.

 

특히, 분리막의 기계적 강도가 높고 세라믹 코팅이 적용되었다면 이러한 사고는 발생하지 않았을 가능성이 큽니다. 실제로 강력하게 만들면 못으로 뚫려도 안전한 배터리를 LG전자에서 실증한 적도 있죠, 사실상  안정성을 추구해 코팅을 했다면, 미세 단락이 발생해도 분리막이 녹지 않고 셀 전압만 떨어져 고장 코드가 발생하거나 단일 셀만 타는 현상이 나타났을 것입니다.(실제로 대부분 전기차가 그렇습니다.)

결국 이는 벤츠의 극한의 원가 절감 혹은 공정 문제에 대한 비판 사례로 볼 수 있습니다. 다행히 인명 피해는 없었지만, 중국산 배터리를 사용한 전기차는 개인적으로는 안탈것 같다 정도로 글을 마무리하겠습니다.