전기차 산업의 화재 및 안전
온도 모니터링을 사용해 전기 자동차 산업을 보호하고 지원하는 미래 솔루션
소개
전기차(EV) 산업은 지난 몇 년 동안 폭발적인 속도로 성장해 왔습니다. 기후 변화에 따른 위기와 기존의 내연 기관 자동차를 대신할 수 있는 이동 수단의 필요성이 커지면서 전기차의 인기가 수직상승한 것입니다.
전기차 수요가 크게 증가하면서 이차전지 생산과 제조 또한 빨라지고 있는데 이런 급격한 변화가 긍정적인 면만 있는 것은 아닙니다. 전기차 생산량이 늘어남에 따라, 화재의 위험 역시 높아지고 있습니다. 특히, 화재는 작은 이차전지 제조사 뿐만 아니라, Tata나 TESLA, OLA 등 대형 전기차 기업에서도 발생하고 있어 우려를 자아내고 있습니다. 전기차 화재는 전기차 산업의 빠른 성장세 만큼이나 빠른 속도로 늘고 있으나, 원인도 다양해 대응에 어려움이 많습니다.
이런 전기차 관련 화재 사고를 줄이는 데 도움이 될 수 있는 첨단 솔루션 중 하나는 바로, 열화상 기술입니다.
이번 활용 사례에는 전기차 화재 예방을 위한 예방 정비 및 소재 연구에 대한 내용이 담겨 있습니다.
전기차 산업과 열화상 기술
용접
리튬 전지 유닛을 배터리 팩으로 만들기 위해서는 용접이 필요합니다. 이런 용접이 제대로 이루어지지 않으면 최종 제품에 결함이 발생할 수 있습니다. 특히, 용접 불량은 저항과 출력 문제로 이어질 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 수명에도 치명적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 용접은 공장 작업자가 직접 파괴적인 검사 방법으로 검사를 해야 하기 때문에 베터리 셀이 파열될 우려가 있습니다.
용접 조인트를 확인하는 가장 효과적인 비파괴 및 비접촉 방법은 열화상 카메라를 활용하는 방법입니다. 용접 솔기가 불량일 경우, 온도차가 발생하기 때문에 열화상 카메라를 활용하면 육안으로는 구분이 어려운 용접 불량도 손쉽게 잡아낼 수 있습니다. 솔기 표면이 고르지 않거나 온도가 상대적으로 높으면 용접 불량일 가능성이 높습니다.
이러한 검사 방법은 이미 미국 등 이차전지와 전기차 산업 전반에 널리 활용되고 있습니다.
셀 누출
육안으로 거의 보이지 않는 셀 누출은 제조 공정 중 언제든지 발생할 수 있으며, 배터리 팩을 심각하게 손상시킬 수 있습니다. 또한, 셀에서 누출된 내용물이 피부에 닿으면 인체에 매우 위험할 수 있어 항상 주의가 필요합니다. 질량 분석기를 사용하면 이런 누출을 감지할 수는 있지만, 효율이 떨어지는 편이기 때문에 작은 누출은 열화상 카메라를 사용하는 편이 훨씬 좋습니다.
배터리 셀이 파손, 파열되면 내부 액체가 셀의 외층에 침착되고 온도차가 발생하게 됩니다. 고해상도 열화상 카메라는 그림과 같이 비접촉식으로 단 몇 초 안에 이러한 미세한 누출을 효율적으로 식별할 수 있습니다.
T-시리즈 카메라를 사용한 셀 누출 식별
불규칙한 온도
각 공정 단계에서 철저한 검사를 실시했음에도 불구하고 때로는 품질이 불량한 셀이 생산 라인에 들어갈 수 있습니다. 검사 단계에서 결함이 있는 배터리 셀은 약간의 온도 차이가 보일 수 있습니다. 물론, 사람의 눈에는 보이지 않을 수 있지만 열화상 카메라를 사용하면 쉽게 식별해 낼 수 있습니다.
아래 그림에서 볼 수 있듯이, 온도가 미세하게 높아졌다 하더라도 소수점까지 정확한 온도 판독 값이 열화상 카메라로 확인됩니다.
리튬 배터리의 불규칙한 온도
제조 과정에서 불량이 발생한 경우, 배터리 팩을 조립한 후 검사하는 공정에서 온도차가 확인될 수 있습니다. 배터리 팩은 충전/방전 시, 온도가 상승하는 경향이 있습니다. 검사 단계에서 온도를 모니터링하지 않으면 배터리 팩에 화재가 발생할 위험이 높습니다. 이는 비파괴식이라도 직접 접촉은 필요한 열전대를 사용해 문제를 검사할 수도 있지만, 열전대는 한 번에 여러 지점이나 넓은 구역을 모니터링할 수 없는 것이 큰 단점입니다. 리튬 배터리 팩에 불이 나면, 리튬의 반응 속도가 빠르기 때문에 진화가 상당히 까다롭고, 리튬은 물과 반응하기 때문에 화재 진압이 어려울 수 있습니다.
충전 및 방전
검사의 마지막 단계에는 일반적으로 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전이 포함됩니다. 이 단계에서 배터리 팩의 온도는 주변 온도보다 섭씨 5~6도까지 올라갈 수 있습니다. 열화상 카메라를 사용하면 리튬 이온 배터리 팩의 표면 온도를 기록할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 없이도 내부 온도까지 추정할 수 있습니다.
배터리 팩이 충전되는 동안 표면을 통해 배터리 팩의 핫 스팟 또한 명확하게 확인할 수 있습니다. 이렇게 모니터링을 하면 잠재적으로 발생할 수 있는 문제와 문제의 위치를 특정하는 데 큰 도움이 됩니다.
배터리 팩이 충전되는 동안 표면을 통해 배터리 팩의 핫 스팟 또한 명확하게 확인할 수 있습니다. 이렇게 모니터링을 하면 잠재적으로 발생할 수 있는 문제와 문제의 위치를 특정하는 데 큰 도움이 됩니다.
전기차
전기차는 배터리, 모터, 인버터의 세 가지 주요 부품으로 구성됩니다. 차량 조립이 완료되면 열화상 기술을 사용하여 사용 중 온도를 모니터링할 수 있습니다.
이런 모니터링은 배터리 제조를 위한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라, 기계의 다른 구성 요소까지 모니터링할 수 있기 때문에 최근 인도에서 전기차 화재가 증가하고 있다는 점을 고려할 때 상당한 활용 가치가 있는 기술입니다.
전기차 내부 이미지
결론
이런 모니터링은 배터리 제조를 위한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라, 기계의 다른 구성 요소까지 모니터링할 수 있기 때문에 최근 인도에서 전기차 화재가 증가하고 있다는 점을 고려할 때 상당한 활용 가치가 있는 기술입니다.
전기차와 이차전지에 대한 수요와 공급이 모두 증가함에 따라 예방 및 안전을 위한 보다 신뢰할 수 있는 검사 및 데이터가 필요해진 실정입니다. 이에, 최근 열화상 기술은 전기차의 고장 가능성을 줄일 수 있는 현실적인 방안으로 그 가치와 효과가 인정을 받고 있습니다.
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