잊혀졌던 '배터리 블랙박스' BMS··· 청라 전기차 화재로 고도화 '속도'

[이코노믹데일리] 지난 1일 발생한 인천 서구 청라국제도시 전기차 화재 사고 이후 일명 '배터리 블랙박스'라 불리는 ‘배터리관리시스템’(BMS·Battery Management System)'이 주목받고 있다.

BMS는 배터리를 전체적으로 관리하고 보호하는 '두뇌'다. 배터리 내부 전압·온도 등을 파악해 배터리 상태를 파악하고 입·출력을 관리하는 장치로, 사전 징후를 파악해 화재를 차단할 수 있다.

지난 15일 현대차·기아는 완성차 업계에선 최초로 전기차의 BMS를 공개했다. 주행하거나 충전 중일 때 배터리를 상시 진단하는 건 물론 시동이 꺼지는 주차 중에도 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링한다. 이상 징후가 있을 경우 곧장 원격지원센터로 이 같은 사실이 전송되면 고객에게 입고 점검 및 긴급출동을 안내하는 문자 메시지가 자동으로 발송된다. 지난 14일엔 정부가 BMS를 전기차 안전 기준 중 하나로 추가하는 방안과 BMS 정보를 공개할 경우 보조금을 지급하는 방안을 검토 중이라는 사실이 알려지기도 했다.

주행 거리에 집중해 오던 배터리 업체도 BMS에 집중하고 있다. 그 동안 배터리 업체들은 주력으로 삼고 있는 니켈·코발트·망간(NCM) 삼원계 배터리를 기반으로 신제품을 개발하면서 '니켈' 비율을 올리는 데 초점을 맞춰 왔다. 니켈은 NCM 배터리의 핵심 소재로 리튬이온을 담는 그릇 역할을 한다. 니켈이 많이 들어갈수록 배터리의 에너지 밀도가 올라가 주행거리와 출력을 모두 높일 수 있지만 화학적으로 불안정한 특성이 있어 용량을 무한정 늘릴 수 없어 화학적 반응이 느린 코발트와 망간을 섞어 쓰고 있다. 

이에 따라 NCM 배터리는 비율에 따라 523 NCM(니켈 50%, 코발트 20%, 망간 30%), 622 NCM 등으로 분류하고 있다. NCM배터리의 안전성을 우려하는 목소리가 높아지게 된 건 안전성을 담당하는 코발트·망간 비중은 낮추고 니켈 비중은 대폭 올린 배터리가 나오면서다. 811 NCM(니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%) 배터리의 경우 화재 위험성이 523NCM , 622 NCM보다 높다. 화재 발생 시 내부 온도도 523 NCM(600℃)보다 훨씬 높은 1000~1200℃까지 상승한다. 최근엔 9반반(니켈 90%, 코발트 ½=5%, 망간 ½=5%) NCM까지 나왔다.

현재 배터리 3사는 BMS 고도화 작업에 적극 나서고 있다. LG에너지솔루션은 퀄컴과 함께 BMS 진단 솔루션을 개발하고 있다. SK온은 BMS의 성능을 좌우하는 ‘배터리관리칩(BMIC)’ 국산화에 성공했다. 삼성SDI는 자체 AI 등을 활용해 배터리 상태를 분석하는 차세대 BMS 제품을 개발했다.

김종훈 충남대 전기공학과 교수는 "BMS를 고도화하기 위해서는 우선 전압, 온도 센서 개수를 늘려 정확하게 측정하는 등 기본적인 요소부터 충족해 나가야 한다"며 "동시에 BMS 소프트웨어 전문 인력도 양성해 BMS를 단계적으로 고도화하는 게 중요하다"고 말했다.

우리나라보다 전기차 시장 빠르게 성장하는 미국에서도 BMS 중요성을 강조하고 있다. 시장조사기관 SNE리서치가 지난 8일 발표한 '올 상반기 전 세계 전기차 등록' 현황을 보면 전년 동기 대비 20.8% 성장한 총 716만대의 전기차가 등록됐다. 지역별로 보면 중국이 432만대(60.4%)로 가장 많았고 유럽 150만대(20.9%), 북미 85만대(11.9%)가 뒤를 이었다. 중국 외 아시아는 36만대(5.0%)였다. 

미국 도로안전교통국은 지난해 5월 청라 화재 사고를 유발한 벤츠 EQE 차종에 대해 BMS 결함으로 리콜을 명령했다.  

영국 데이터분석 업체 글로벌데이터의 올리버 페체닉 자동차 애널리스트도 지난 4월 미국 포브스와 인터뷰에서 "배터리 성능의 수준은 BMS 성능과 비례한다"며 "좋은 BMS는 배터리 내부 온도에 따라 충전·방전 속도를 모니터링하고 완충에 도달하면 모든 셀을 분리해 과충전을 막는 등 배터리를 안전하게 작동시킨다"며 BMS 성능 개발의 중요성을 강조했다.