전기차 화재에 관한 정리...청라 전기차와 관련... +127 [4]

오늘의유머 원문링크 https://m.todayhumor.co.kr/view.php?table=humorbest&no=1767635

안녕하세요?

최근 전기차 관련해서 이제서야 위험성이 이슈화되고 있는데, 뭔가 잘못된 정보가 재생산되는 거 같아서 나름대로 알려드리려고 글을 쓰려합니다.

참고로 저는 현직 소방관입니다. 일반 자동차 화재는 한 10여차례 나가본거 같네요. 전소(완전 홀랑 탐).

배터리와 관련해서는.. 커스텀 드론을 만들면서 여러 개의 리튬폴리머 배터리를 다뤄봤고 사고를 겪어본 적이 있습니다.

따라서 제가 적은 내용은 화재에 초점이 맞춰져 있고 편협한 시각일 수 있다는 한계가 있습니다.

1. 전기차 화재의 원인

당연히 전기차 화재는 배터리와 관련성이 큽니다.

내연기관 차량은 기계적 원인, 연료 등 가연성 물질의 유출 등 다양하지만 전기차는 배터리의 문제가 가장 큰 원인입니다.

그러면 전기차 배터리의 화재를 촉발하는 가장 결정적인 트리거는 뭐냐하면

바로 분리막의 파손입니다.

분리막은 강력하게 만들 수 없습니다. 기능이 리튬이온이 드나들 수 있게 만들다 보니 얇게 만들 수 밖에 없기 때문입니다.

분리막은 뭔 처리를 해도 본질은 얇은 주로 폴리프로필렌 막에 불과합니다. 이건 원통형이든 파우치 형이든 어쩔 수 없습니다.

분리막의 파손의 원인은 다양합니다. 파손, 과충·방전, 덴드라이트, 높은 온도 환경 등등 다양합니다.

전기차 화재의 매커니즘은

가. 다양한 원인에 의한 분리막의 파손 -> 나. 내부 단락으로 단락열 발생 -> 다. 전해액의 기화 및 스웰링 또는 오프가스 방출 -> 라. 열폭주 및 화염분출 -> 마. 인근 셀로 전이 -> 6.배터리 부 외로 화재 전이

모든 단계가 반드시 순차적으로 이어지지 않습니다. 거기에는 충전상태, 기온 등 여러 변수가 작용하기 때문입니다.

위 사진을 보면 '다' 단계에서 '라'단계 착화까지 이어지는 모습입니다.

개인적으로는 최근 이어지는 전기차 화재는 폭염으로 달궈진 도로 위를 주행하며 받은 열과 관련한 스트레스가 충전이나 방전 중 셀 내부 화학적 변화와 맞물려 발생하는게 아닌가라고 생각하고 있습니다.

2. 전기차 화재의 대응

전기차 화재의 대응은 현재로서 수조에 담는 것 말고 다른 방법이 없습니다. 여기에 적응하는 소화약제가 없습니다. 전해액이 기상으로 변해 분출 할 때 이미 산소를 포함하고 있기 때문에 질식 소화포 등으로 덮는 것도 크게 의미 있지 않습니다.

물을 분사해 배터리 자체를 냉각시키는 것은 의미가 있습니다. 하지만 배터리는 보통 방수가 되는 튼튼한 배터리 팩 케이스 안에 있으니 물이 들어가지 않아 외부에서 주수해도 효과가 없습니다. 따라서 현재로서는 수조에 담는 것이 최선으로 알려져 있습니다.

(일부 장비 중 배터리 팩을 천공해서 물을 주수할 수 있는게 있는데.. 글쎄요 저는 멀쩡한 셀의 분리막을 파손해서 경우에 따라 오히려 화재를 유발할 위험이 있다고 생각합니다.)

3. 전기차 화재의 문제점

전기차 화재의 가장 큰 문제는 몇가지 있습니다.

첫 째로 전기차 화재가 어떤 원인에 의해 언제 발생할 지 알 수 없는 것이 문제입니다.

화재를 촉발하는 분리막의 파손은 원인이 다양합니다. BMS로 알 수 없는 셀의 불량이 있는데 계속 사용을 했다면? 또는 주행 중 요철에 충격이 있었는데 이로인해 셀 내부에 화학적 변화가 있었다거나, 급속 충전 후 셀 내부의 화학적 변화 등등 원인 후 바로 매커니즘에 따라 화재가 발생하는게 아니다 보니 명확한 원인을 알 수 없습니다.

전술한 원인이 있음 다음. 징후를 발견할 수 있습니다. 예컨데 드론이라면 스웰링 같은 것을 발견할 수 있는데, 차량같은 경우 주행불가가 된다던가 이상상태를 표시한 걸 인지하거나, 차량 하부에서 투두두두...(원통형 배터리 오프가스 방출하는 소리) 소릴듣는 다거나...

그런데 그 다음 곧바로 수조에 담글 수 있을까요? 그렇지 않습니다. 차주 입장에서 그럴 수 있는 사람이 별로 없을 겁니다.

두 번째로 화재 대응의 타이밍 문제입니다.

일단 화염이 보여 신고를 할 경우 소방서에서 할 수 있는 일이 없습니다. 이미 열폭주가 전이될 수 있는 한도까지 전이된 후에 도착하기 때문입니다.

이는 최초 발견자도 마찬가지입니다. 차량의 하부에서 수평방향으로 토치형 화염이 나오고 있는 상태에서 누가 적절히 대응할 수 있을까요?(적절한 대응책도 알려진게 없지만...)

세 번째로 별 다른 대응 방법이 없는 점(전술한 바대로..)

4. 전기차 화재의 특성

전기차 화재는 일반 차량 화재보다 위험한가? 라는 의문에는 전체 에너지 면에서보면 내연기관 차량과 비등하다 라고 생각합니다. 다만 끄거나 안정화하는데 시간이 걸리고 어려움이 있을 뿐.

리튬배터리 할아버지가 개발되도 석유의 에너지 밀도보다는 작습니다. 그래서 캐빈(사람 타는 곳) 포함해서 전체 에너지는 뭐 비슷하지 않을까 싶습니다.

폭발의 우려가 있냐? 라는 의문에는 화재장소 환경을 먼저 봐야하지 않을까 싶습니다. 위 사진을 보면 하얀색 연기로 보이는게 먼저 퍼진다음 일순간 착화가 되는게 보이실 겁니다. 셀을 뚫고 나온 전해액이 기화한 이른바 오프가스(off-gas)들이 배터리부의 온도상승으로 일시에 착화하는 것으로 보이는 데. 야외에서라면 크게 문제되지 않을 겁니다. 그런데 특정한 상황 예를 들어 공간이 협소한 기계식 주차타워, 주차 승강기, 이런 곳에서 오프가스가 충만한 상태로 착화되면 폭발하지 않을까 생각합니다.

5. 중국산배터리

사실 중국산 배터리가 국내 배터리보다 품질이 떨어진다 뭐 이런 인식에는 동의할 수 없습니다. 국내 모든 배터리 매출이 CATL보다 못하죠...

배터리의 기술이 날로 발전한다고는 하는 데.. 크게 와닿지는 않습니다. 양극, 음극, 전해액, 분리막, 알미늄 라미네이팅 파우치 등등 기본적 구성이 변화가 없거든요..전고체 배터리와 같이 아예 다른 형식으로 진전되지 않는 이상 크게 의미 없다고 생각합니다. 그래서 화재를 막는 어떤 기술이 현 시점 나왔다! 는 뉴스도 내용을 따져 보면 크게 의미 없다고 생각합니다.

6. BMS로 화재 컨트롤 가능한가?

사실 회의적입니다. BMS할아버지가 와도 그렇습니다.

1대당 셀이 최소 100개 이상 들어가고 테슬라 예전 모델 같은 경우 7,000개 이상 들어가는데 이러면 스폿용접 수도 14000번 이상 해야 합니다.

아무리 QC가 뛰어나도 불량이라는게 존재할 수 밖에 없고 그에 대한 대비는 아마도 해당 셀이 이상이 감지되면 스토리지 전압 상태로 안정화하고 불능시키는게 다일 겁니다. 그게 아니라면 수리가 용이하게 만들었겠죠. 무슨말이냐면 100개중 셀 한개가 이상이 있다면 그것만 교체하도록 만들었지 않겠냐는 겁니다.

그런 차원에서 bms에서 개별 배터리 셀로부터 얻을 수 있는 정보가 뭐가 있을까요? 전압, 온도, 충방전 횟수, 이 정도가 다일텐데, 과연 어떤 셀에 이상이 발생한다면 무슨 조치를 취할 수 있나요? 전투기 조종석 처럼 사출 시킬 수 있을까요?

7. 근본원인

근본원인은 차량제조사의 무책임이라 생각합니다.

당연히 예상되는 사용 중 발생 가능한 화재 문제에 대해 대안이 없이 판매를 한 행위가 문제의 근본 원인이라 생각합니다.

8. 앞으로의 예상

규제 일변도일 겁니다.

지하주차장 진입 문제 지금 일부 시도에서 제한하고 있고, 추진하려 하겠지만 권리를 제한하는 영역이라 법으로 다뤄야 하는 사항이라 다툼이 있지 않을까? 생각하고 별스런 대책들이 줄지을 겁니다.

아마 법으로는 자동차 검사의 강화, SOC의 축소, 민간의 영역에서는 보험료 인상 등이 있을 겁니다.

전기차 화재는 점점 중요한 사회문제가 될겁니다.

그리고 내연기관보다 전기차 화재사고 비율이 낮다!라고 주장하시는 분들이 있는데.. 그 주장이 타당하려면 주행거리, 운행년도, 주행한 조건 등 다른 조건이 통제되어야 하는데 그렇지가 않습니다. 전기차가 보급이 본격적이던 시기가 얼마 되지않아서 단순 비교는 의미가 없습니다.

한국자동차해체재활용협회의 20년도 통계를 보면 폐차 주기가 평균 15.6년입니다.

과연 우리가 언제 폐차를 할까요? 차량의 잔존가치가 1이라도 남아있으면 중고차 행입니다. 정말 차량이 주행불능에 가까워질때야 폐차하게됩니다.

전기차는 어떤 과정을 거칠까요?

중고차 시장에서 가격이 낮아질수록 그 차량에 유지관리도 당연히 소홀해지겠죠?

개인적으로 출력이 좋은 전기차들은 구아방의 길을 겪게 될 거라 예상합니다.

배터리 개조, 태양권 led, 고출력 인조 마후라 등등 .. 노후된 전기차가 관리가 안되는 상황.. 등등

규제는 아마 이런데를 겨누게 되서 이렇게는 안되겠죠?

9. 생각해볼 문제

청라의 전기차 화재사고때 스프링클러가 동작하지 않은 이유는 제 뇌피셜입니다만,

해당 스프링클러의 형식은 준비작동식(프리액션 : pre-action)입니다.

마치 작동을 준비하고 있다라는 적극적 뉘앙스로 들리지만, 사실은 습식에 비해 동작이 느릴 수 밖에 없는 형식입니다.

간략히 물을 기준으로 설명하면

펌프->1차측배관->프리액션밸브->2차측배관->헤드

여기서 평상시 1차측까지는 펌프에 의해 압력이 가해진 물이 차있습니다.

화재가 나면 회로가 다르게 구성된 감지기 2개가 동작해야

솔레노이드 밸브 동작에 의해 프리액션 밸브가 열려 2차측 배관까지 가압수가 흘러가고
열로인해 터진 헤드를 통해 작동을 할 수 있는데,

아마도

감지기가 하나 작동을 해서 사이렌 등 경보설비가 동작을 하자 관리실에서 일단 수신기를 조작해 경보음을 죽이고

화재가 난 것을 확인하고 수신기를 원상복구 했지만 동작할 수 없는 상태에 이른게 아닌가 싶습니다.

그러니까 수신기를 조작하지 않았다면, 두 번째 감지기에서 화재를 감지하고, 솔레노이드 밸브가 열리고, 프리액션밸브가 열리고, 가압수가 2차측까지 차서, 터져있는 헤드로 물이 나가서(길죠? 이게 습식보다 프리액션이 느리다고 한 이유입니다.) 피해가 적었을 텐데,

수신기를 정지하고 실제 화재가 난 건지 확인하러 온 사이, 그 시간동안 소방설비를 정지한 것이 피해가 큰 원인이다 뭐 이런겁니다.

법은 간편합니다. 위법만 찾으면 되거든요. 그런데 관리실 직원은 왜 그런 절차로 행동했을까요?

아파트 지하주차장에 준비작동식이 적합한 것일까요?

평소 오작동이 종종 있어서 소리때문에 민원이 있었던 것은 아닐까요?

근본원인 해결을 위해 오작동이 잦아서 전체 설비를 교체해서 관리비를 걷는다하면 선뜻 비용을 지불할 수 있을까요?

20분동안 경보음 소리가 나서 시끄러워도 참을 수 있을까요?

이런 부분이 고쳐지지 않는 이상

제2, 제3 청라 지하주차장 화재는 계속 발생할 겁니다.. 아마도