전기차 배터리팩 열폭주(Thermal Runaway) 법규 규제 신기술 LG SK SDI Hyundai Kia Tesla

전기차 배터리팩 열폭주(Thermal Runaway), 안전을 위한 필수 이해

전기차(EV)가 급속도로 보급되면서 핵심 부품인 배터리의 안전성이 점점 더 중요해지고 있습니다. 특히 전기차 배터리의 ‘열폭주(Thermal Runaway)’는 운전자와 탑승자의 생명까지 위협할 수 있는 심각한 사고로 이어질 수 있어 자동차 업계는 물론 규제 기관과 연구기관까지 총력을 다해 대응하고 있습니다. 본 글에서는 열폭주의 정의부터 관련 법규, 각 배터리 회사들의 기술, 신기술 개발 동향, 실제 자동차 적용 사례까지 종합적으로 정리해 보겠습니다.

열폭주란 무엇인가?

‘열폭주(Thermal Runaway)’는 배터리 내부 온도가 일정 수준 이상 상승하면서 화학 반응이 제어 불가능하게 가속되어 폭발이나 화재로 이어지는 현상을 말합니다. 보통 외부 충격, 과충전, 내부 단락(Short Circuit), 냉각 시스템 고장 등이 원인이 됩니다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 작은 셀 하나의 폭주가 모듈 전체, 나아가 팩 전체로 확산되며 대형 사고로 이어질 수 있습니다.

열폭주 관련 주요 법규 및 규제

각국 정부와 국제 기구는 전기차 배터리 안전성 강화를 위해 다양한 규제를 마련하고 있습니다.

• UN ECE R100 Rev.3: 전기차 고전압 배터리 안전기준으로, 열폭주 상황 시 5분 이상 승객 대피시간 확보가 요구됩니다.
• EU Battery Regulation: 2024년부터 적용되는 새로운 규정으로, 리튬이온 배터리의 열적 안전성을 포함한 전 생애주기 안전성 평가가 요구됩니다.
• 국내 KC 인증 및 KATRI 테스트: 국토교통부와 자동차안전연구원(KATRI)은 배터리 내화성, 침수 안전성, 열충격 테스트 등을 강화하고 있으며, 자동차관리법에 따라 인증된 테스트를 통과해야 국내 판매가 가능합니다.

주요 배터리 제조사의 기술 현황 및 장단점

1. LG에너지솔루션
   • 기술: "스택 앤 폴딩(Stack & Folding)" 기술을 통해 안정적인 셀 구조 확보.
   • 장점: 높은 에너지 밀도, 뛰어난 냉각 효율.
   • 단점: 초기 폭발 사고 이슈(쉐보레 볼트 EV)로 인해 안전 이미지가 한때 흔들림.
2. 삼성SDI
   • 기술: 고신뢰성 셀 설계와 다층 안전장치(BMS + CTS).
   • 장점: BMW와 포르쉐 등 프리미엄 브랜드에 탑재되어 검증된 안정성.
   • 단점: 가격 경쟁력이 다소 낮다는 평이 있음.
3. CATL(중국)
   • 기술: CTP(Cell to Pack) 구조와 LFP 기반 배터리로 화재 확산 방지.
   • 장점: LFP는 화재 위험이 낮아 열폭주 방지에 유리.
   • 단점: 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧을 수 있음.
4. SK온
   • 기술: NCM9 시리즈(고니켈 배터리)로 고에너지 밀도 구현, 'Z-Stacking' 기술 적용.
   • 장점: 에너지 밀도 높고 냉각 효율 뛰어남.
   • 단점: 고니켈 배터리는 열안정성이 다소 떨어져 열폭주 위험 요소가 존재.

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열폭주 대응 신기술 개발 현황

• 전고체 배터리(Solid-State Battery): 전해질을 고체로 바꿔 열폭주 원천 차단. 도요타와 현대차가 2026년 양산을 목표로 개발 중.
• 냉각 시스템 혁신: Tesla는 셀 단위까지 액체 냉각 튜브를 배치한 '센트럴쿨링(Central Cooling)' 기술 도입.
• AI 기반 BMS: SK온과 LG에너지솔루션은 AI를 활용한 배터리 상태 예측 기술을 개발 중이며, 이상 징후 조기 감지 및 방열 전략 최적화에 활용.
• CTS(Cell Thermal Switch): 열 감지 후 회로를 자동 차단하는 기술로, 폭주 전류를 조기 차단해 확산 방지.

실제 자동차 적용 사례

• 현대 아이오닉 5: 배터리 냉각을 위해 바닥면 수냉 시스템을 도입하고, 배터리 충격 보호를 위한 하부 언더커버 보강.
• 테슬라 모델 3: 소프트웨어 중심의 열관리, 셀 단위 온도 모니터링을 통해 실시간 대응 가능.
• BMW iX: 삼성SDI 배터리를 탑재해 고온에서도 폭주 없이 안정적인 성능 제공. 5중 안전 차단 회로 탑재.
• 쉐보레 볼트 EV 리콜: LG 배터리 셀 불량으로 수만 대 리콜 사례가 있었고, 이후 셀 품질관리 시스템이 대폭 강화됨.

결론: 전기차 선택 시 배터리 안전도 함께 고려하자

열폭주는 전기차 산업의 ‘치명적인 단점’으로 간주되지만, 동시에 기술 발전의 촉진제로도 작용하고 있습니다. 각 배터리 제조사와 완성차 업체는 열폭주를 방지하기 위한 다양한 기술을 개발하며 안전성과 효율성이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡으려 노력하고 있습니다. 소비자 입장에서는 단순히 주행거리나 가격만이 아닌, **‘배터리 안전성’과 ‘신기술 적용 여부’**까지 꼼꼼히 따져보는 것이 중요합니다.