열 폭주 현상 모니터링으로 전기차(EV) 배터리 모듈 화재 예방에 기여하는 FLIR 열화상 카메라

최근 전기자동차(EV) 배터리 관련 화재 사고가 잇따르고 있는 가운데, ㈜플리어시스템코리아(대표 멜라니 수잔 시빅)는 FLIR 열화상 카메라가 전기차용 배터리 제조 과정에서 발생할 수 있는 화재를 방지하는 데 도움이 된다고 밝혔다. 특히 기존에 배터리 제조 공장에서 배터리 셀 또는 모듈의 온도 모니터링을 위해 개별 작업자가 소형 휴대용 온도계를 사용하던 방식과 비교할 때, 플리어의 스마트 센서 열화상 카메라는 모니터링 작업 효율과 성과를 개선할 뿐 아니라 작업자가 저지를 수 있는 인적 오류 가능성을 제거하는 장점도 제공한다. 

일반적으로 리튬이온 배터리의 경우, 일부 충전된 상태에 비해 완전히 방전된 상태가 더 위험하다고 알려져 있어 전기차 배터리 모듈 및 배터리 팩 제조사는 대부분 조립 시 일정 수준 충전이 되어 있는 배터리 셀을 사용한다. 개별 배터리 모듈이 연결되면, 여러 부품 간에 전류가 흐르기 시작하는데, 이때 발생한 전류는 종종 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈의 온도를 증가시키기도 한다. 이렇게 온도가 상승하면, 시스템 내의 전압은 낮아지는 대신 전류는 증가하여 온도가 더욱 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 온도 상승 사이클을 ‘열 폭주’라고 하는데, 이를 제때에 감지하지 못하면 배터리가 손상되고 시설 내에 화재가 발생할 우려도 있다.

배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 관련 온도를 모니터링하고 체결이 느슨한 연결부나 내부 단락을 확인하여 배터리 상태를 확인하는데 사용된다. 그러나 BMS는 조립 공정의 후반부까지 시스템에 설치되지 않는 경우가 상당히 많다. 이에, 조립 초반부에 실시하는 배터리 셀/모듈의 온도 모니터링은 대체로 소형 적외선 온도계(IR temperature gun)를 사용하여 수행되거나, 전혀 수행되지 않기도 한다. 물론, 소형 적외선 온도계를 사용하는 경우에도 매우 좁은 영역의 온도 정보만 수집할 수 있기 때문에 그 효과는 떨어질 수 있다.

열화상 카메라는 배터리 시스템 제조사에게 열 폭주 현상으로 인한 잠재적인 위험 상황과 전체 배터리 조립 공정에 걸쳐 배터리의 온도를 모니터링할 수 있는 역량을 높여준다. 배터리는 조립 라인마다 그 구성이 크게 다를 수 있기 때문에, 수천 개의 서로 다른 지점에서 온도를 측정하는 열화상 카메라의 기능은 중대한 문제가 발생했을 가능성이 있는 핫스팟을 놓치지 않고 찾아내는데 큰 도움이 된다.

FLIR A-시리즈 스마트 센서 카메라를 설치하면, 배터리 제조와 관련한 모든 공정을 철저히 모니터링할 수 있다. 또한, 각 ROI에 설정해둔 최대 온도 경보 임계 값과 함께 온라인 카메라 제어 인터페이스를 사용하여 여러 관심 영역을 생성하는 것도 가능하다. 이더넷(EtherNet)/IP를 사용할 경우, 임계 온도 값을 넘었을 때 경보 표시등의 데이터 로깅 및 제어를 위해 경보 신호를 산업용 PLC로 전송할 수 있다. 이러한 설정은 과거 온도 데이터 기록을 제공하고, 위험한 상황이 발생했을 때 작업자에게 시각적 경보를 제공하며, 휴대용 온도 측정 장치를 사용할 때 인적 오류의 가능성을 제거해주기도 한다.

FLIR A70과 같은 A-시리즈 카메라를 사용하면 열 폭주 현상의 전조 증상 등을 감지하는데 필요한 온도 측정의 반복성과 신뢰도를 높임으로써, 개별 작업자가 휴대용 적외선 온도계를 사용하는 방식에 비해 상당히 개선된 결과와 효과를 누릴 수 있다. 또한 고정 장착형 모델은 잠재적인 장애 발생 지점들을 더 많이 식별하여 배터리 시스템의 종단 고장을 줄일 수 있다.

FLIR A50 및 A70 스마트 센서 카메라는 상태 모니터링 및 조기 화재 감지 응용 분야를 위한 내장형 카메라 분석 및 경보 기능을 필요로 하는 사용자에게 이상적인 솔루션을 제공한다. 와이파이 옵션, 통합 비주얼 카메라 및 ONVIF(Open Network Video Interface Forum) 프로파일 S 호환성(고급 버전만 해당)을 갖춘 FLIR A50/A70 카메라는 다양한 산업 분야의 자동화 고객의 고유한 요구 사항을 충족하는 유연하고 구성 가능한 솔루션이다. 클라우드 및 산업용 사물 인터넷(IIoT) 솔루션의 시스템 구성 요소로 사용할 경우, A50/A70 카메라는 기업이 자산을 보호하고, 안전을 개선하고, 가동 시간을 극대화하고, 유지 관리 비용을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.

플리어 시스템 관계자는 “FLIR A70 같이 더욱 개선된 자동식 열 모니터링 시스템은 배터리 제조 공장의 잠재적인 위험을 신속하게 감지하여, 공장 임직원과 시설 모두에 대한 위험을 줄일 수 있는 든든한 조력자 역할을 할 수 있다”고 말했다.