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인셀, 낮은 충전전압 유지로 ESS 화재 막는다
3단계로 분류한 ESS 화재 예방 솔루션 개발… 모듈마다 Off-gas 센서 부착해 사전에 화재 감지

[인더스트리뉴스 이주야ㆍ정한교 기자] “ESS 화재를 막기 위해선 기본에 충실해야 한다.”

삼성SDI, LG화학과 함께 ESS 배터리 셀 패키징을 제공하는 대표적인 국내 기업 인셀이 최근 ESS 안전성을 강화한 모델을 선보이며 시장 공략에 나섰다. 지난해부터 잇따라 발생하는 화재사고로 인해 대한민국 경제의 새로운 성장 동력이 될 것으로 주목받으며 급성장하던 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System) 산업에 제동이 걸린 상황에서 인셀의 행보는 업계의 이목을 집중시키고 있다.

인셀 정창권 대표(좌)와 이재경 부사장(우)이 새롭게 선보인 ESS 제품을 소개하고 있다. [사진=인더스트리뉴스]

지난 6월 산업통상자원부는 화재 원인을 밝히고자 진행한 조사에선 정확한 원인 파악엔 실패, 대책으로 배터리시스템의 랙 및 모듈 간 휴즈, SPD 등을 보완하는 안전성 강화관리에 정부와 기업이 힘을 모으겠다는 입장을 밝혔다. 하지만 이후에도 3건의 화재가 또 발생하며 ESS에 대한 불신감은 더욱 커진 상황이다. 이에 ESS 배터리를 제공하는 삼성SDI와 LG화학은 적극적인 대응방안을 발표하며, ESS 화재예방에 총력을 기울이겠다는 입장을 밝혔다.

인셀의 이재경 부사장은 기본에 충실한 운영이 ESS 화재사고를 예방할 것이라는 입장을 밝혔다. 이 부사장에 따르면, 화재는 배터리 셀이 갖는 스트레스로 인해 발생하고 85% 이하 충전율을 지키면 화재를 예방할 수 있다고 주장했다.

이 부사장은 “시스템의 내적, 외적 스트레스가 배터리에 가해져 열폭주가 발생하고 주변의 셀에 열폭주가 전이되면서 화재가 확산되는 과정으로 발생한다”며, “인셀은 배터리 측면에서 보다 근원적인 대책이 필요함을 인식하고 배터리 화재발생 단계를 크게 3단계로 분류, 각 단계별로 원인을 분석해 화재를 예방할 수 있는 기술을 적용한 종합적인 화재 예방 솔루션을 개발했다”고 설명했다.

인셀이 개발한 솔루션은 제1단계에서 배터리에 가해질 수 있는 스트레스를 제거하기 위해 충전율을 낮추는 등 보수적 운영 알고리즘과 ESS의 가혹한 환경(고온, Cycle 운전)에도 견딜 수 있는 ESS 전용 소형셀을 채용했다. 모듈 내부에는 습도센서를 부착해 결로나 습기에 의한 절연 저하로 발생할 수 있는 단락사고를 예방할 수 있게 설계했다.

제2단계는 Off-gas 센서를 모듈마다 설치했다. 센서는 열폭주를 조기 감지해 이를 예방할 수 있게 했다. 제3단계는 열폭주가 발생하더라도 주변 셀로 전이가 되지 않도록 불연소재로 셀을 보호해 연쇄발화를 방지했고, 모듈과 랙이 인접 모듈과 랙으로 확산이 되지 않도록 밀폐형으로 설계했다. 인셀은 이러한 설계를 바탕으로 수십 번의 열폭주 시험을 진행, 최근 강화된 UL9540 시험기준을 충족시키며 시장에 내놓았다.

인셀의 단계별 화재 예방 기술 [사진=인셀]

인셀 정창권 대표는 “최근 잦은 화재가 발생하고 있지만 예전에는 화재 발생 이슈를 거의 찾아볼 수 없었다. 일례로 화재 사고 이후 일시적으로 충전율을 70%로 제한하자 사고 발생이 없었다”며, “인셀은 업체간 제품 성능 경쟁에서 원인을 찾았다. 자사 제품의 높은 성능을 홍보하기 위해 경쟁적으로 전압을 100%, 95% 수준까지 올리면서 셀에 과부화가 걸렸기 때문이다. 이에 인셀은 충전전압을 4.075V까지 낮추는 근본적인 제한을 둬 안전과 수명을 길게 유지시켰다”고 설명했다.

인셀은 최근 개최된 에너지 전문 전시회 ‘에너지플러스’에 참가해 해당 제품을 소개하는 자리를 가졌다. 인셀이 새롭게 선보인 ‘LIB for ESS’ 리튬배터리시스템은 삼성SDI의 리튬이온배터리 셀을 적용해 우수한 안전성, 높은 에너지 밀도, 장수명 특징을 가지고 있다. 또한, 수십~수백 MWh까지 용량 확장이 가능한 장점을 보유하고 있다. 국내 ESS 시장의 강자로 부상하고 있는 인셀의 정창권 대표와 이재경 부사장을 만나 ESS 시장 동향 및 인셀의 사업전략에 대한 이야기를 들어보았다.

인셀이 세계적 기업 테슬라와 똑같은 원통형 소형 셀을 사용하는 이유와 소형 셀의 특장점은 무엇인가?

원통형 소형 셀이 가지는 장점은 첫째 안전성이다. 대형 셀보다 적은 용량으로 열폭주 현상에 대한 위험성과 화재로 인한 파급효과가 상대적으로 낮다. UL9540 시험기준도 화재확산에 대한 시험이 가장 중요시 되고 있듯 셀에서 열폭주가 발생하더라도 주변 셀에 대한 영향력이 적어야 화재 확산을 방지할 수 있다는 것이다.

둘째는 경제성이다. 소형 셀은 유일한 국제표준으로 전후방산업이 잘 발달돼 있고 대량생산으로 제조원가가 낮아 대형 셀보다 저렴한 수준이다. 또한, 향후 A/S 측면에서도 유리한 점을 가지고 있다. 셋째는 셀 밸런싱이다. 작은 셀들의 병렬결합은 밸런싱 유지가 용이한 이점이 있어 안전성 유지와 함께 장시간 사용에도 밸런싱 차이로 인한 용량저하를 근본적으로 차단할 수 있다. 이러한 장점들은 이미 테슬라가 전기자동차와 ESS에 원통형 소형 셀을 적용해 성공가도를 달리고 있다는 선례로 증명됐다.

인셀이 시행한 열폭주 시험 후 모듈 내부 모습 [사진=인셀]

인셀은 다양한 분야에서 ESS 제품을 공급하고 있다. 인셀만의 기술노하우와 향후 기술개발 트렌드는 어떻게 전망하는가?

인셀은 산업용, ESS용 뿐만 아니라 가정용 ESS, 선박용 ESS 등 다양한 ESS를 개발해 공급하고 있다. 이러한 원천은 자체 보유한 BMS 개발 능력과 용도별로 공급되는 원통형 소형 셀의 장점에서 찾을 수 있다. 향후 ESS 개발 트렌드는 단연 화재에 대한 예방 기술이라고 생각한다. 이에 인셀은 회사에 열폭주 전용 시험장을 마련해 제품개발 과정부터 열폭주 시험을 필수적으로 수행해 연쇄발화가 되지 않도록 노력하고 있다.

ESS 화재예방 솔루션에 있어 인셀이 가장 강조하고 싶은 기술은 무엇인가?

무엇보다도 각 모듈 BMS에 Off-gas 센서와 습도 센서를 탑재해 화재상황 발생 시 경고와 함께 시스템에서 배터리를 분리해 화재를 예방할 수 있는 기술이다. 이미 알려진 외국계 Off-gas 감지 기술보다 신뢰성이 높고 설치의 불편함과 비용을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 인셀은 보수적인 배터리를 운영에 집중하고 있다. 2012년 스마트보급사업 초기부터 배터리에 가장 많은 스트레스를 주는 것은 과도한 충전율에 있다고 판단, 85% 이하 충전율을 지키도록 강제하고 있다.

최근 침체된 시장을 극복하고자 인셀은 EPC 전문가를 영입하는 등 보다 공격적인 경영으로 활로 모색에 나섰다. 현재 진행되는 사업과 기대되는 성과가 있다면?

계속 이어지는 ESS 화재와 REC 가격하락으로 ESS 시장이 급격히 경색되고 있다. 이에 인셀은 자체적으로 수요를 창출해 매출을 증대시키기 위해 태양광발전사업과 ESS 사업을 병행하고자 국내외에서 마이크로 그리드 설치경험이 풍부한 이재경 부사장을 영입했다. 이재경 부사장은 KD POWER에서 EPC본부장, 원광전력 부사장을 역임하면서 국내외 다양한 태양광 및 MG 건설 경험을 가지고 있다.

현재 진행하고 있는 사업으로는 태양광발전 10MW 발전소와 연계한 ESS 건설사업을 시작해 올해 말 준공을 눈앞에 두고 있다. 해외 MG사업도 추진 중에 있어 곧 가시적인 성과가 나타날 것으로 기대하고 있다.

인셀은 각 모듈마다 Off-gas 센서를 설치해 열폭주를 조기 감지한다. [사진=인더스트리뉴스]

전 세계 기업들이 전기차 배터리를 놓고 치열한 경쟁 중이다. 인셀은 전기차 배터리 시장에서 어떤 전략을 토대로 경쟁력을 높일 계획인가?

4차 산업혁명 이후 움직이는 이동체를 승용과 화물, 육지·해상·항공할 것 없이 Mobility로 통칭되며 이 분야에 대 변화가 일어나고 있다. 대형 자동차 제조사는 배터리팩은 물론 셀까지도 내재화하려는 시도가 있어 인셀은 패키징을 직접 하지 않은 초소형 전기차, 지게차, AGV, 전기보트 등 다양한 Mobility를 대상으로 한 고객 확보에 노력하고 있다.

해외시장 진출에도 활발한 움직임을 보이고 있다. 기업 인지도 확산 및 경쟁력 상승을 위한 전략은 무엇인가?

지난 몇 년간 해외영업은 일본, 독일, 미국, 호주에서 진행된 전시회(개별, 공동관) 참여, 수출 사절단, 코트라를 통해 확보한 스웨덴, 필리핀, 독일 및 이탈리아, 일본의 거래선들과 다양한 형태의 배터리 공급을 진행 중에 있어 점차 해외 비중이 커질 것으로 예상되고 있다. 올해에도 수출확대를 위해 해외 인증 3건을 추가적으로 추진 중에 있고, 현지 파트너 기업에게 A/S와 O&M 기술 교육을 병행하고 있다.

2020년 착공 계획 중인 신사옥(공장) 준공 등 인셀의 향후 사업계획과 마케팅 전략은 무엇인가?

현재 보유한 사무실과 생산라인, 창고 등은 인셀이 기록한 매출 규모에 비해 매우 협소한 상황이다. 이에 2020년에는 광주광역시 남구에 위치한 에너지벨리단지에 새로운 공장을 마련할 계획이다. 약 9,000㎡(2,800여평)의 부지에 준공될 신공장에서 전 임직원과 함께 힘을 모아 다양한 미래 에너지신산업 진출에 힘을 쏟을 것이다. 우리 회사의 슬로건인 ‘Leader of BoT’ 성취에 아낌없는 노력을 기울이겠다.

[정한교 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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