라만 라이다 센서를 활용한 리튬이온 배터리 화재사고 조기 감지 기술

Early Detection Technology for Lithium-Ion Battery Fires Using Raman LiDAR Sensors

본 연구는 전기자동차 리튬이온 배터리 화재 시 발생하는 오프가스 중 수소가스를 대상으로 라만 라이다(Raman LiDAR) 기반 비접촉식 원격 측정 기술의 적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 배터리 셀에 조건을 부여하여 화재를 유도한 결과, 초기 2~3분 이내에 1,400 ppm 수준의 수소가 검출되었으며, 이후 연소가 진행됨에 따라 최대 4,850 ppm까지 농도가 상승하였다. 특히 390 nm 영역에서 수소 특유의 라만 신호가 뚜렷하게 관찰되었고, 371 nm 레일라이 산란 신호와의 병행 분석을 통해 연소 단계별 수소 오프가스 특성과 가스 발생 양상을 동시에 파악할 수 있었다. 이는 전기차 배터리 화재가 단순한 열적 현상에 그치지 않고 대량의 수소 방출을 동반하는 복합적 위험성을 가진다는 점을 명확히 보여준다. 또한 본 연구에서 적용한 라만 라이다 기술은 기존 접촉식 센서가 갖는 응답 지연 및 개방 환경 한계를 극복할 수 있는 대안으로, 고위험 환경에서 실시간 수소 검출에 효과적임을 확인하였다. 따라서 본 결과는 전기차 안전성 강화뿐만 아니라 향후 수소 기반 사회에서의 안전 관리 체계와 표준화 기술 개발에 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

This study examined the applicability of Raman LiDAR as a non-contact and remote technique for the detection of hydrogen gas released during lithium-ion battery fires in electric vehicles (EVs). A thermal runaway phenomenon was induced in the battery cells, and the hydrogen off-gas was continuously monitored. The results showed that approximately 1,400 ppm of hydrogen was detected within 2-3 min of ignition, and the concentration increased to a maximum of 4,850 ppm as combustion progressed. Distinct Raman signals for hydrogen were observed at approximately 390 nm, while Rayleigh scattering at 371 nm provided complementary insights into combustion stages and gas release behavior. These findings demonstrate that EV battery fires are not merely thermal events but also involve the release of large amounts of hydrogen, posing additional hazards. The proposed Raman LiDAR technique effectively overcomes the limitations of conventional contact-based sensors in open environments and enables the real-time monitoring of hydrogen under high-risk conditions. This study provides fundamental insights into strategies for enhancing EV fire safety and contributes to future efforts in safety management and standardization of hydrogen-based infrastructures.