1차 방어 — 셀 내부PREVENTION
열폭주가 시작되지 않게 하는 층입니다. 소재와 구조로 막습니다.
- 세라믹 코팅 분리막 (150℃ 수축 1.5% 이하)
- 단결정 양극재 (산소 방출 온도 218℃)
- 난연성 전해액 첨가제
- 전극 정렬 X-ray 전수 검사 (이물·밀림)
셀 안전기술
시작되지 않게, 그리고 시작되어도 번지지 않게. 다섯 겹의 방어선을 둡니다.
SAFETY
열폭주는 시작되면 막을 수 없습니다
리튬이온 셀의 사고는 대부분 열폭주입니다. 어떤 이유로 셀 내부 온도가 올라가면 SEI 피막이 분해되고, 그 열로 전해액이 분해되며, 다시 그 열로 양극이 산소를 내놓고, 그 산소가 전해액과 반응해 온도가 폭발적으로 올라갑니다. 한번 시작되면 외부에서 막을 수 없습니다.
그래서 안전 설계의 목표는 두 가지입니다. 시작되지 않게 하는 것과 시작되어도 번지지 않게 하는 것입니다. 저희는 셀 단위에서 세 겹, 모듈 단위에서 두 겹의 방어선을 둡니다.
LAYERS
다섯 겹의 방어선
2차 방어 — 셀 기계장치INTERRUPTION
이상이 감지되면 물리적으로 전류를 끊거나 압력을 빼는 층입니다.
- CID 전류 차단 (내압 0.85MPa)
- PTC 과전류 보호 (원통형)
- 벤트 압력 배출 (1.0~1.2MPa)
- 셧다운 분리막 (134℃ 기공 폐쇄)
3차 방어 — 모듈·팩CONTAINMENT
한 셀에서 시작된 열폭주가 옆 셀로 번지지 않게 하는 층입니다.
- 셀 간 단열 격벽 (에어로젤 시트)
- 배출 가스 유도 덕트 (승객 공간 반대 방향)
- 모듈 격벽 · 랙 단위 구획
- 5~8분 이상 전파 지연 확인
MECHANISM
온도가 올라가면 무슨 일이 일어나는가
| 단계 | 온도 범위 | 일어나는 일 | 대응 설계 |
|---|---|---|---|
| 정상 | -30 ~ 60℃ | 정상 충방전 | BMS 온도 감시, 열관리 시스템 |
| 경고 | 60 ~ 90℃ | 부반응 증가, 가스 미량 발생 | BMS 출력 제한, 냉각 강화 |
| SEI 분해 | 90 ~ 120℃ | 음극 표면 피막 분해 시작, 발열 | 셧다운 분리막 대기 (134℃) |
| 분리막 셧다운 | 134℃ | 기공 폐쇄로 이온 이동 차단 | 전류 차단, 온도 상승 억제 |
| 전해액 분해 | 150 ~ 200℃ | 용매 분해, 가스 급증, 내압 상승 | 벤트 개방 (1.0~1.2MPa) |
| 양극 산소 방출 | 218℃ 이상 | 양극 격자 붕괴, 산소 방출 | 격벽·단열재로 인접 셀 보호 |
| 열폭주 | 400℃ 이상 | 급격한 발열, 화염·가스 분출 | 배출 방향 유도, 5~8분 전파 지연 |
DESIGN
안전 설계 원칙
구조적 안전 우선
전자적 보호(BMS)가 실패해도 기계적 장치가 작동합니다. 소프트웨어에만 의존하지 않습니다.
배출 방향 설계
46120 셀은 열폭주 시 가스가 하부로 90% 이상 배출됩니다. 팩 상부의 승객 공간 쪽으로 향하지 않도록 했습니다.
전파 지연 5~8분
한 셀이 열폭주해도 인접 셀로 번지기까지 5~8분이 걸립니다. 차량 정차와 탈출에 필요한 시간을 확보하기 위한 기준입니다.
이물 전수 검사
내부 단락의 가장 흔한 원인은 금속 이물입니다. 양극재 자성 이물을 50ppb 이하로 관리하고 조립 셀은 X-ray 전수 검사합니다.
안전 항목 원가절감 금지
2016년 이사회 결의로 사규에 명문화했습니다. 안전 관련 부품과 검사 공정은 원가 절감 대상에서 제외됩니다.
고객 설계 가이드
구속 압력, 벤트 배출 공간, 냉각판 접촉 조건, 열 전파 차단 구조까지 팩 설계 가이드를 문서로 제공합니다.
