전기차 20종 동시 시험…국제 수준 내구평가 장비 구축
안전성에 더해 ‘품질, 내구성’이 최대 화두
EV 20여 차종 동시 시험…“국제적 수준의 시험평가 인프라”
2021년 목표는 ‘재사용 배터리 활용·소형 셀 연구’

전기차 시장이 기지개를 켜고 있다. 유럽, 미국, 중국 등 각국의 환경 규제 정책에 따라 이르면 2025년부터 내연기관차가 자동차 시장에서 퇴출될 전망이다.

우리 정부도 심각한 기후 위기 대응을 위해 탄소 배출량 제로를 목표로 ‘탄소 중립 추진 전략’을 발표하면서 그야말로 완전한 전기차 시대도 가까워지고 있다. 이렇게 우리 일상에 녹아들고 있는 전기차는 얼마나 안전한 것일까.

전기차 배터리는 한번 불이 붙으면 특수 소화 없이는 꺼지지 않을 정도로 위험성이 높고, 화재와 동시에 폭발할 가능성이 커 생명을 앗아갈 만한 위력을 가지고 있다.

이에 따라 시험인증의 중요성도 크게 대두되고 있다. 우리 일상 속에 들어온 전기차의 안전성을 증명하고자 국내 시험인증기관 중 유일하게 성능평가동을 구축한 한국건설생활환경시험연구원(KCL) 배터리센터를 찾았다.

“전기차 배터리 시험은 그 자체가 화재시험이라 시험실 몰골이 말이 아닙니다. 상상을 초월하게 불이 나서 방폭 챔버의 배기구 밖으로 불이 뿜어져 나올 정도입니다. 자다가도 수시로 핸드폰을 열어 시험 상황을 확인하는 게 일상이 됐어요. 그만큼 위험한 시험이라 늘 화재를 염두에 두고 있습니다.”

박진성 KCL 모빌리티본부 배터리센터장은 전기차 배터리 시험의 위험성에 대해 이같이 답했다.

박 센터장은 “화재가 발생한 전기차 배터리는 높은 온도로 인해 주변 배터리의 연쇄 화재를 초래하고, 저장된 에너지의 소진 혹은 배터리냉각이 돼야 불이 꺼진다”며 “일반 소화기는 냉각 효과가 없어, 수장 혹은 물을 뿌려 배터리 온도를 낮춰 불을 꺼야 한다”고 설명했다.

전기차 배터리 화재는 위력이 강해 소방청에서도 이와 관련한 과제와 연구를 진행할 정도라고.

전기차 보급이 속도를 내고 있지만, 최근에 발생한 급발진 사고를 비롯해 여전히 리콜, 화재 등이 잇따르고 있어 시험인증의 역할도 더욱 중요해지고 있다.

◆배터리 화재시험 평가 위한 원스톱 서비스 제공

충북 진천에 있는 KCL 배터리센터는 총면적 1만148㎡ 규모로 지난해 9월 완공됐으며, 시험동은 크게 성능평가동, 안전성평가동, 신뢰성평가동으로 나누어져 있다. 이차전지 전 분야에 대한 성능·내구·신뢰성·안전성 평가와 화재시험을 연계한 원스톱 서비스가 제공되고 있다.

구체적으로 안전성 시험은 ▲압축·관통시험 ▲단락시험 ▲낙하시험 ▲과충전시험 등이 진행되며, 신뢰성 시험은 ▲진동시험 ▲충격시험 ▲온도싸이클시험 ▲방수·방진시험 등이, 성능 시험은 ▲싸이클수명시험 ▲에너지효율시험 ▲용량시험 ▲출력시험 등이 진행된다.

박 센터장은 “배터리의 안전성은 생명과 직결돼 가혹한 환경의 시험이 많은데 가령 화재에 따른 배터리 안전성을 확인하기 위해 배터리 외부에 화재를 발생시켜 불이 지속되는지, 폭발하지 않는지를 시험한다”며 “또 배터리 셀 하나에 불을 내, 주변 셀에 불이 옮겨붙는 것을 얼마나 차단하는지 등 화재로 인명을 해칠 수 있는 상황을 만들어 확인하고 있다”고 설명했다.

특히 KCL 배터리센터는 인증시험보다는 전기차 배터리 개발시험의 비중이 커 위험도가 높다. 기업의 신규 전기차 개발단계에 적용되는 배터리 시험을 진행하고 있어 ‘불합격’은 곧 화재나 폭발로 이어질 가능성이 크기 때문이다.

그는 “배터리는 불합격이 나면 화재나 폭발이 일어나게 된다. 배터리 셀 단위의 특성상 한계치 없이 에너지를 방출하면서 폭발한다”며 “배터리 종류에 따라 어떤 것은 화재 시에 총알같이 날아가기도 한다”고 설명했다.

이 때문에 센터 내에서도 배터리 특성에 맞게 안전장치를 삼중으로 걸어두고 시험하고 있다.

안전성 이외에도 전기자동차용 배터리는 시험인증에서 특수성을 가지고 있다. 자동차용 배터리가 상용화되기 위해 필수로 받아야 할 구동축전지 안전기준(한국), ECE R 100(유럽), GB T 31467(중국) 등의 강제 인증 외 완성차 업체별 사내 표준에 따른 강도 높은 자체 평가를 진행한다.

박 센터장은 “전기자동차용 배터리의 경우 여러 가지 시험표준이 나와있지만 정확한 평가방법에 대해 아직 정의되지 않은 부분이 많은 것이 현실”이라며 “이 때문에 제품 특성도 알아야 하고, 시험자도 상당 수준의 노하우를 갖춰야 안전하게 목적에 맞는 평가가 가능하다”고 설명했다.

◆KCL만의 경쟁력, 그리고 올해 목표

기존에는 배터리 안전성이 가장 큰 화두였다면, 현재는 안전은 기본이고 얼마나 빨리 충전해 얼마나 멀리 갈 수 있는지, 얼마나 오래 탈 수 있는지를 판단하는 성능, 내구성 평가가 최대 이슈다. 소비자가 전기차 구입을 고민하는 이유 중 하나가 짧은 주행 거리와 긴 충전시간에 있기 때문이다.

KCL은 이런 부분에 대한 국내 인프라가 없어 성능평가동을 구축하게 됐고, 소비자 요구에 맞춰 EV급 배터리를 시험할 수 있는 장비를 모두 갖춘 것이 큰 경쟁력이라고 평가했다.

성능평가동에는 동시에 EV 20여 차종을 시험할 수 있는 장비를 구축했다. 배터리에 실제로 도로를 달리는 것과 같은 패턴을 적용해 시험하는 것으로, 제조사의 보증 조건에 따라 내구 평가가 진행된다.

박 센터장은 “KCL은 EV배터리평가 분야 10년 이상의 노하우를 바탕으로 늘어나는 친환경차량 개발 수요에 대응해 전기차를 원하는 국민들의 눈높이를 만족시킬 수 있도록 국제수준의 내구평가 장비를 구축했다”고 강조했다.

이와 함께 KCL은 ‘재사용 배터리’에 대한 R&D를 준비하고 있다.

박 센터장은 “자동차 분야의 경우 배터리 용량이 70% 이하로 남아있게 되면 성능이 다한 것으로 보지만 통상 70% 배터리는 쓸 수 있는 배터리로 이를 ESS나 가로등에 들어가는 배터리로 활용할 수 있다”며 “제주, 나주, 포항 등의 지역에 이어 우리도 중부권에서 나오는 전기차 배터리를 재사용 배터리로 연구하는 것이 올해 목표”라고 계획을 밝혔다.

소형 셀 사업도 구상하고 있다. 이에 따라 소형 셀도 시험해 중소기업을 지원한다는 목표다.

박 센터장은 “국내외 모든 자동차 배터리 시험은 KCL에서 하는 것이 최대 목표”라고 포부를 전했다.