18650 리튬이온 배터리의 화재 폭발의 정량적 위험성 평가

Quantitative risk assessment of fire explosion of 18650 lithium-ion batteries

친환경 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 ESS(Energy Storage System)에 관한 연구와 사업이 빠르게 진행되고 있다. 하지만 이러한 리튬이온 배터리 사용하는 ESS와 전기차에서 지속해서 화재가 일어나고 있다. ESS에서 발생하는 화재는 한번 발화하면 일반 소화기로는 소화가 불가능하여 초기 진화가 어렵고 다량의 주수소화가 필요하여 소화 이후 화재의 원인을 파악하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제가 있음에도 불구하고 친환경 에너지의 사용 비중을 늘어나고, 내연기관에서 전기자동차로 변화하는 속도는 더욱 빨라지고 있는 전 세계트랜드에서 배터리 화재 시 발생하는 물리적, 화학적 요소와 위험성을 판단하는 연구는 부족하다. 본 연구에서는 18650 배터리를 이용하여 5660-1, BS 6853, ARC를 실험을 수행하였다. ISO 5660-1은 산소모모법을 이용한 발열량측정 실험이며, BS 6853에서 연기밀도와 FT-IR, ARC는 온도에서의 열폭주반응을 확인하는데 적절하다. 실험 변수로는 SOC(State of charge)와 용량을 사용하였으며, ISO 5660-1의 경우 복사열량의 변화를 주어 발열량을 비교하였다. SOC가 증가함에 따라 압력상승률이 증가하고 총 발열량은 감소하는 특징이 있었다. 하지만 최고 발열량이 증가하고 최고발열량 까지의 시간이 감소하여 증가하여 최대평균열방출률이 증가하는 특징이 있었다. 최대평균열방출률을 이용할 경우 배터리 화재의 폭발지수와 종합적이 위험성평가가 정량적으로 평가 가능할 것으로 보인다.