전기차 판매가 늘면서 화재 소식을 심심찮게 접할 수 있다. 배터리 과열과 충격으로 인해 발생하는 화재도 상당수다. 전기차 제조원가에서 배터리 비중이 약 40%에 달하는 만큼 외부 충격에 대한 배터리 안전성을 확보하는 것이 완성차 업체 과제다.
일반적으로 배터리는 낮은 무게 중심을 실현하고자 차량 바닥에 위치한다. 고속 주행은 물론, 주차를 위한 저속주행에서도 충격을 받을 수도 있는 위치다.
다수의 자동차 브랜드가 사용하는 리튬 이온 배터리는 더욱 긴 주행거리를 제공하기 위해 많은 양의 에너지를 저장해야 한다. 충전 중에는 높은 전류가 배터리로 흐른다. 충전뿐 아니라 방전 시에도 배터리가 가열된다. 배터리가 과도한 스트레스를 받지 않도록 하려면 전류를 제어하고 온도를 관리해야 한다.
세계 4위 자동차 부품사인 독일 콘티넨탈은 자동차 안전을 위해 다양한 센서 포트폴리오를 갖췄다. 배터리 안전 솔루션도 그 중 하나로 전류센서모듈(CSM), 배터리 충격 감지(BID) 시스템 등이 있다.
콘티넨탈은 연내 새로운 CSM 제조를 시작할 예정이다. CSM은 전류를 측정하고 동시에 온도를 감지한다. 두 값 모두 배터리 관리에 있어 중요한 데이터다. CSM은 배터리 노후화를 제한해 배터리 수명 연장하는 데 도움이 준다. 배터리를 보호하면서 동시에 충전 효율을 최적화하는 게 CSM 존재 목적이다. 또 기계적 오작동을 감지해 화재도 방지한다.
콘티넨탈은 배터리 하부를 보호하는 솔루션도 개발했다. 일반적으로 전기차 하부에는 배터리를 보호하기 위한 무거운 금속 덮개가 장착돼 있다. 콘티넨탈은 이를 대체할 경량화된 BID 시스템을 개발했다. 금속 덮개 대비 최대 50% 가볍다.
기존에는 충격이 발생하더라도 운전자가 직접 확인하지 않는 이상 점검 필요성을 알 방법이 없었다. 반면에 BID 시스템은 압력 센서를 통해 차량 하부 충격을 감지하고 분류해 운전자에게 알린다. 손상 영역까지 식별이 가능하다.
BID 시스템은 자동차 바닥 밑 충격을 감지하고 필요 시 운전자에게 경고한다. 배터리 하단에 장착된 BID 내에는 공기로 채워진 구불구불한 형태의 실리콘 튜브가 들어있다. 튜브 양쪽 끝에 압력이 도착하는 시간을 계산해 충격 면적을 추정하는 방식이다.
BID 시스템은 다른 차량 시스템과 연계해 작동도 가능하다. 배터리 관리 시스템(BMS)이 문제가 된 배터리 셀을 비우도록 해 화재를 예방할 수 있고, 바닥 하부가 충격을 받을 것을 대비해 에어 서스펜션 시스템이 작동하도록 한다.
박진형기자 jin@etnews.com
