이 시스템은 배터리에서 발생하는 미세 아크(Arc, 전자 불꽃)를 사전에 감지해 전원을 차단해 대형화재를 예방할 수 있는 기술이다.
일반적으로 ESS는 수많은 배터리와 커넥터 등이 결합돼 만들어 진다. 이에 하나의 배터리에서 작은 불꽃인 미세 아크가 발생하면 다른 배터리로 옮겨 붙으면서 대형화재로 이어지기 쉽다.
ESS 대형화재를 예방하기 위해서 1차적으로 미세 아크 발생 자체를 줄이면서도, 2차적으로 발생된 미세 아크를 조기 발견해 화재로 이어지는 것을 예방하는 시스템이 필요했다.
이에 ESS를 생산하는 대경산전은 미세 아크 발생 원인에 주목했다. 배터리를 연결하는 커넥터 체결부가 헐거워지면서 에너지 전달 효율이 감소하고, 결국 과부화로 인해 미세 아크가 발생하고 화재로 이어진다고 봤다.
이러한 문제를 개선하기 위해 배터리와 커넥터 사이에 완충부를 추가하기로 했다. 다만 배터리 커넥터의 소재는 ‘동’이었고, 완충부의 소재는 ‘알루미늄’으로 두 ‘이종소재간의 접합’ 문제가 과제로 남았다.
이와 함께 미세 아크 신호의 포집률을 높이기 위한 독자적 아이디어도 도출했다. 배터리 트레이 상단 안쪽을 피라미드 엠보싱 형태로 제작해 미세 아크의 빛 반사를 통해 센서까지의 도달률을 높이자는 것.
이를 위해 소재는 자외선 반사율이 90%이상인 알루미늄을 선택했다. 하지만 일반 프레스 성형으로는 피라미드 엠보싱의 뾰족한 부분이 찢기는 문제가 발생했다. 알루미늄 ‘난(難)성형’이 제작의 걸림돌이 됐다.
생기원 탄소소재응용연구그룹 심지연 박사는 전자기력 기반 고속접합·성형기술을 기반으로 대경산전이 안고 있던 두 가지의 문제를 완벽히 해결했다.
전자기력을 이용해 소재와 소재가 200m/s이상의 고속에서 충돌하면, 순간 소재가 유체처럼 변하면서 강하게 접합되는 원리를 이용해, 이종소재인 배터리 케넥터(동)-완충부(알루미늄)의 접합문제를 해결했다.
또 전자기력으로 알루미늄을 고속에서 성형하면, 국부가 가열됨으로써 성형성이 개선되는데, 이를 통해 뾰족한 피라미드 엠보싱 구조의 트레이 제작이 가능해졌다.
이번에 개발된 제품은 상용화를 위한 실증테스트를 거쳐 올해 상반기에 출시될 예정이며, 향후 판매로 이어질 경우 올해 기업의 목표인 총 매출 300억 원 달성에 기여할 것으로 기대된다.
한편 이번 연구는 생기원 ‘중소기업 지원 선도연구기관 협력기술개발사업’을 통해 진행됐으며, 생기원 대표기술‘키-테크(Key-Tech)’***성과 중 하나이다.
더퍼블릭 / 김미희 free_003@nate.com