[기고] 박진성 KCL 배터리센터 센터장
[기고] 박진성 KCL 배터리센터 센터장
  • 투데이에너지
  • 승인 2021.09.13
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안전 모빌리티 넘어 초연결화 핵심 ‘배터리’
글로벌 친환경 트렌드에 따른 시장 확대
KCL, EV 및 ESS용 시험평가 인프라 구축
 

[투데이에너지] 정부는 2015년부터 친환경 자동차를 기후환경 대응의 핵심수단이자 우리 자동차 산업의 새로운 성장 전환국면으로 활용하기 위해 ‘제3차 환경친화적 자동차 개발 및 보급 기본계획(2016~2020)’을 확정하고 보급에 박차를 가하고 있다.

해외 많은 나라에서도 자동차 연비 규정 및 이산화탄소 배출량 허용기준을 강화하면서 친환경 자동차 생산을 장려하고 있으며 특히 전기자동차 보급 확대에 주력하고 있다. 

2025년 친환경 자동차 시장은 2,000만대 근방으로 연평균 23% 증가세를 보이고 있다. 현재 글로벌 이차전지 시장규모는 2017년 187억달러이며 IT용 소형전지가 46%, EV용 중·대형전지 54%(ESS용 3.7% 포함)를 차지한다. 

세계 리튬이온전지 시장 수요는 2019년 기준 198GWh에서 2030년 3,392GWh로 10년간 약 17배 규모로 성장했으며 소형전지 수요는 휴대전화 시장 성장 둔화 등으로 증가율이 낮지만 중·대형전지 수요는 전기자동차 보급의 확대로 인해 급성장하고 있다. 

글로벌 EV 배터리 수요는 2019년 150GWh → 2025년 909GWh, 양산 Capacity는 2025년 1TWh로 증가할 것으로 예상된다. 

이에 정부도 2030년 신재생에너지 발전량 비중 20% 달성을 목표로 하는 3020 정책 발표하고 신재생에너지 보급의 획기적인 확대를 에너지 신사업 육성의 기회로 적극적으로 활용해 국내 청정에너지 산업 집중 육성하고 있으며 배터리 제조사들은 대형 수주를 기반으로 그 생산능력을 빠르게 확대하고 있는 추세이다. 

 

한국건설생활환경시험연구원(이하 KCL)은 지난해 9월 충북 진천에 국제적 수준의 EV 및 ESS용 배터리 시험평가 인프라 구축을 마치고 활발하게 업무를 수행 중이다.  

2010년부터 시작된 KCL의 중대형 배터리 평가업무는 초기 정해진 사이트가 없어 서울, 청라, 서산, 진천 등 연구원 내 여러 사이트를 다니며 수행했다. 2020년 별도의 부서로 독립돼 나오며 업무를 한 곳으로 집적화, 고도화시킨 진천 배터리 종합시험장은 1만148㎡의 면적에 성능 평가동, 신뢰성 평가동, 안전성 평가동으로 그 기능에 따라 구분해 3개 동으로 구축하고 휴대폰에 들어가는 소형 배터리부터 전기자동차, 에너지저장장치 등에 들어가는 대형 배터리까지 전분야에 사용하는 배터리에 대한 평가를 수행할 수 있도록 기반을 마련했다. 

고에너지밀도화 돼 가고 있는 중대형 배터리에 대해 세계적인 평가기반과 전문 인력들이 배리 관련 전분야에 대한 평가를 할 수 있도록 기술력을 집중했다. 

KCL은 셀 제조사, 배터리 제조사는 물론 완성차 제조사들과 개발 초기 평가부터 최종 차량이 시장에 출시될 때까지의 인증평가까지 배터리 전주기에 대한 평가를 진행하고 있으며 기업들의 끊임없는 기술 개발에 따른 평가 대응을 위해 신규 평가 장비 개발 및 투자를 아끼지 않고 있다. 

또한 국내 배터리의 해외진출을 위한 해외 인증평가, 해외 제조공장에서의 품질 평가를 위한 현지 평가 및 각종 기술지원 등을 수행하고 있다. 

KCL 배터리센터의 최대 자랑인 성능 평가동은 동시 EV급 20여 차종의 내구시험을 수행할 수 있는 국내 최대규모의 인프라를 갖춘 시험실로 특정 환경 조건에서 차량 실주행 프로파일을 모사해 실제 차량을 운행하지 않고도 시험실 단위에서 보증수명을 평가할 수 있는 장비들로 구축됐다. 그동안의 평가 노하우를 바탕으로 장비 제조업체들과 협업을 통해 최신의 장비를 개발, 최고의 운영 환경을 구축하고자 많은 노력을 기울였다. 

전기차가 대중화가 돼 가는 요즘 고객은 배터리의 안전성은 기본이고 더 짧은 충전시간, 더 긴 주행거리를 요구하게 됨에 따라 수명시험, 효율시험, 용량시험, 출력시험 등 성능 및 내구성 평가에 대한 수요가 점점 더 늘어나고 있는 상황에 KCL에서는 선제적 장비 구축을 통해 신차 개발 평가 대응에 최선을 다하고 있다. 

자동차의 가장 기본은 탑승자를 보호할 수 있는 안전성이다. 성능도 내구성도 이러한 안전성이 담보되는 상황 다음에 있을 수 있는 것이다. 리튬이온배터리는 물리적, 전기적, 화학적 환경 등 여러 가지 문제로 조금이라도 불안정한 환경에 놓이게 되면 화재나 폭발을 일으킬 수 있는 가능성이 매우 크다. 따라서 이를 막아줄 수 있는 여러 가지 장치를 장착하게 되는데 이러한 장치가 적절한 시기에 적합하게 동작하는지 평가하는 것이 안전성 평가이다. 

KCL의 안전성 평가동은 차량 사고, 고장 또는 사용자 과실에 의한 오작동 등이 발생할 경우 배터리를 보호할 수 있도록 설계가 됐는지를 평가하는 곳으로 단락시험기, 과충천과방전기, 방폭챔버, 롤오버시험기, 낙하시험기, 압축시험기 등을 갖추고 있다. 

안전시험 중 불합격은 대부분 화재로 이어지기 때문에 건물, 장비의 파손은 물론 평가자에게도 피해를 입힐 수 있어 시험 중 일어날 수 있는 여러 가지 문제를 예측하고 대비해 평가에 임하고 있다. 

신뢰성 평가동은 차량의 운행 중 발생할 수 있는 진동 및 충격을 평가할 수 있는 진동시험기 및 온습도 환경 등에 장기 노출 시 발생할 수 있는 영향을 평가할 수 있는 대형 챔버, 열충격시험기 등으로 구성돼 있다.

특히 진동시험기는 가진력 30톤급 온습도복합진동시험기로 온습도 환경 하 진동시험은 물론 충방전기와 연계해 진동평가 중 충방전을 가능하게 함으로써 좀 더 차량 운행 환경에 가까운 평가 시뮬레이션이 가능하다. 

KCL은 EV, ESS 등 중대형 이차전지 평가를 위한 국내 최대·최고의 이차전지의 성능 및 안전성 시험 인프라 보유를 활용해 10년 이상의 오랜 평가 노하우를 보유한 직원들이 국내·외 이차전지 활용산업의 경쟁력 향상 및 정책개발에 앞장서고 있다. 

국내·외 전기 자동차용 배터리 인증시험, 에너지저장장치 단체표준 인증시험, 이차전지 항공 및 선박 운송 안전성 시험(UN/DOT 38.3) 등을 통해 소비자에 전달되는 제품의 안전성을 확인하며 HKMC, FORD, VOLVO, BAIC 등 국내·외 완성차 기업 품질표준에 적합한 개발연구용역 참여로 제조사의 기술력 향상에 기여하고 있다. 

특히 삼척의 실화재시험장을 이용한 배터리 연소시험, 열폭주 전이시험 및 서산 동적시험실을 연계한 SLED시험 서비스를 제공함으로써배터리 관련 국내·외 모든 평가 표준에 대한 원스톱 서비스를 제공할 수 있다. 

또한 배터리 관련 각종 사고 발생에 따른 원인 분석을 위한 재현시험 및 분석평가도 지원한다.

KCL은 최초 생산돼 전기자동차용 또는 에너지저장장치 등으로 사용돼 한 번의 수명을 다한 배터리의 2차 활용, 즉 배터리 전주기에 대한 연구개발을 추진하고 있다. 이를 위해 재사용, 재제조, 재활용 분류를 위한 잔존 수명 평가 등 분류 방법 연구 및 이를 사용해 만들어진 응용제품에 대한 성능 보증 방법, 안전성 평가 방법 등의 표준 개발 활동에 박차를 가하고 있다. 

이차전지는 다양한 미래유망산업에서 핵심적으로 필요로 하는 모바일 에너지원으로서 단순한 부품이 아닌 초연결을 위한 파워코어로 부각되고 있다. 에너지를 지속적으로 공급받거나 소진 시 바로 보충해야 하는 시공간적 제약을 극복하는 초연결 사회의 현실화를 이끌 것으로 예상된다. 

생산부터 사용, 재사용 및 후처리에 이르는 전주기에 걸친 시장확대를 위해서 고에너지밀도, 고안전성, 고출력 등 성능에서 최고수준을 구현하면서도 안전하고 편리하게 사용할 수 있도록 이차전지 생태계를 강화를 추진하고 있다. 

 

 


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