현대차·기아, 배터리 총관리자 BMS 핵심기술 공개..“과충전 화재 0건”

[이데일리 박민 기자] 이른바 ‘인천 청라 아파트 지하주차장 화재’ 이후 전기차 안전의 핵심기술로 배터리관리시스템(BMS·Battery Management System)이 부각한 가운데 현대차·기아가 15년 노하우가 쌓인 BMS 기술을 공개했다. BMS는 배터리 상태를 실시간으로 모니터링해 최적의 조건 하에 유지·사용할 수 있도록 제어하는 기술로서, 배터리를 전체적으로 관리하고 보호하는 일종의 ‘총 관리자’라 할 수 있다.

전기차 안전을 책임지는 ‘배터리 관리 시스템(BMS·)’ 인포그래픽.(사진=현대차그룹)

◇배터리 이상 징후 신속 탐지해 통보

15일 업계에 따르면 현대차·기아는 오래전부터 하이브리드 차량을 개발하며 BMS 제어 기술의 기반을 쌓았으며, 다양한 기술적 난제 극복을 통해 BMS 핵심 기술을 확보해 왔다. BMS 핵심 기술 중 하나가 ‘배터리 시스템 모니터링’이다. 배터리 이상 징후를 신속하게 탐지하는 동시에 위험도를 판정하고 차량 안전제어를 수행하는 기능이다. BMS가 진단한 이상 징후 데이터는 즉시 원격지원센터로 전송되고 위험 정도에 따라 고객에게 즉시 휴대전화 문자메시지로 통보한다. 문자메시지 통보 기능은 현대차와 제네시스에 한해 운영 중이며, 기아의 경우 시스템 구축이 완료되는 내주 시범 운영을 앞두고 있다.

한 관계자는 “전기차 배터리 화재는 다양한 원인으로 발생할 수 있으나 대부분의 발생 유형으로는 셀 자체의 불량 또는 충격에 의한 것”이라며 “BMS는 주행 및 충전 중 상시 진단뿐만 아니라 시동이 꺼지는 주차 중에도 정기적으로 깨어나 주기적으로 배터리 셀의 이상 징후를 정밀 모니터링하고 있다”고 했다.

BMS가 모니터링하는 항목은 △전압편차 △절연저항 △전류 및 전압 변화 △온도 △과전압 및 저전압 등이다. 여기에 최근 출시하는 전기차에는 잠재적인 불량을 검출할 수 있는 △순간 단락 △미세 단락을 감지하는 기능도 추가됐다.

현대차·기아는 순간 및 미세 단락을 감지하는 기술이 배터리 화재 사전 감지에 큰 효과가 있다고 보고 신규 출시 차량뿐 아니라 기존에 판매된 전기차에도 연말까지 업데이트 툴을 개발해 확대 적용한다. 아울러 심각한 문제가 발생한 것으로 판단될 땐 즉시 관계기관에 자동 통보되는 시스템 개발도 추진한다.

이 관계자는 “안전진단 기술 강화를 위해 지속적인 연구개발(R&D)을 이어 나갈 것”이라며 “첨단 진단 기술과 클라우드 서버 기반의 원격 정밀 진단(물리모델, 머신러닝 모델 활용)을 통합한 ‘온보드-클라우드 통합 안전관리 시스템’도 개발 중”이라고 했다.

◇3단계 다중안전 시스템, 과충전 원천 차단

현대차·기아의 BMS 기술은 이번 인천 전기차 화재의 원인 중 하나로 꼽혔던 ‘배터리 과충전’을 막는데에도 기여한다. 실제 현대차·기아 전기차 가운데 과충전에 의한 화재는 단 한 건도 발생하지 않았다. BMS가 충전상태를 집중적으로 모니터링하면서 총 3단계로 이뤄지는 다중안전 시스템을 통해 과충전을 100% 차단하고 있기 때문이다.

1단계에선 고전압 배터리의 충전량 범위 내에서 안전하게 충전될 수 있도록 상시 관리하고 있고 만약 충전상태가 정상범위에서 벗어날 경우 즉시 충전 종료를 명령하는 2단계 시스템이 작동한다. 차량 제어기와 배터리 제어기가 모두 고장 난 열악한 상황에선 3단계 시스템이 가동된다. 3단계는 물리적인 안전 회로가 작동, 전류 통로인 스위치를 강제로 차단해 배터리 과충전에 의한 문제를 원천적으로 막는다.

이와 함께 배터리 셀(Cell)을 종합적으로 관리해 배터리의 내구성과 성능을 최적으로 유지하는 셀 밸런싱(Cell Balancing) 기술도 현대차·기아의 BMS 핵심 기술로 꼽힌다. 셀은 배터리를 구성하는 기본단위로, 전기차에 탑재되는 배터리는 ‘셀(Cell)→모듈(Module)→팩(Pack)’ 단위를 거쳐 장착된다.

전기차에 장착되는 배터리의 셀, 모듈, 팩 단위 순서.(사진=삼성SDI)

팩 안의 여러 셀 중 하나만 성능이 저하돼도 전체 배터리 성능은 떨어지기 때문에 셀 개별 관리가 중요하다. 이에 현대차·기아는 셀들의 전압에 편차가 생길 경우 BMS가 이를 미리 인지해 셀 사이의 전압 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 제어를 수행하도록 설계했다. 또 경쟁사 대비 탁월한 배터리 화재 지연 시스템도 갖췄다.

이 관계자는 “현대차그룹 전기차에는 R&D 인력들이 그동안 쌓아온 기술력과 노하우를 기반으로 개발한 각종 안전 기술들이 총망라돼 적용돼 있다”며 “전 세계 고객분들이 안심하고 우리 전기차를 타실 수 있도록 현재 기술 수준에 만족하지 않고 지속적인 안전 신기술 개발을 위해 매진해 나갈 것”이라고 했다.

전기차 배터리 시스템 이미지.(사진=현대차그룹)