2024 한국화재조사학회 추계학술대회논문집

전기차 화재 사고 원인분석에 관한 연구

김만건 이플러스에너지화재연구소(주)

A Study on the Cause Analysis of Electric Vehicle Fire Accident

Kim-Man Geon

e-Plus Research Institute for Energy and Fire

요 약

최근 전기차의 시대가 도래하였지만 한 가지 두려움이 소비자들의 발목을 붙잡고 있다. 화재위험이다. 붉은 화염이 차량을 순식간에 집어삼키는 장면이 담긴 최근 몇 건의 전기차 사고 영상들은 구매 의향자들에게는 주저함을, 제조회사와 안전 당국에는 고민거리를 안겨주고 있다. 그 원인과 해결책은 결국 ‘배터리’로 귀결된다. 전기차에 주로 쓰이는 배터리는 리튬이온전지다. 배터리의 주요 성분인 양극재와 음극재를 분리하는 분리막에 손상이 가해져 두 극이 서로 만나게 되면 과도한 단락전류가 흐르고 높은 열이 발생해 화재로 이어진다. 전기차 배터리는 수백 개 이상의 배터리 셀을 결합해 제작한다. 한 곳의 셀에 붙은 불이 옆에 있는 셀로 번지며 빠르게 온도가 오르는 ‘열폭주’ 현상이 빚어진다. 최근 발생한 전기차 화재 통계의 최초 발화점과 주행, 주차, 충전 중인 상황별 그리고 배터리 제조사별로 분석하여 전기차 화재예방과 화재 원인조사 분야에서 도움이 되기를 기대한다.

Abstract : Recently, the era of electric vehicles has arrived, but one fear is holding consumers back. It's a fire hazard. Videos of several recent electric car accidents, which show red flames engulfing vehicles in an instant, have caused hesitancy for buyers and worries for manufacturers and safety authorities. The cause and solution eventually results in a 'battery'. Lithium-ion batteries are mainly used in electric cars. Damage is done to the separator separating the anode material and the cathode material, which are the main components of the battery, causing excessive short-circuit current to flow and high fever to be generated, leading to a fire. Electric vehicle batteries are manufactured by combining hundreds of battery cells. A "thermal runaway" phenomenon occurs in which the temperature quickly rises as the fire in one cell spreads to the next. It is expected to be helpful in the field of electric vehicle fire prevention and fire cause investigation by analyzing the initial ignition point of the recent electric vehicle fire statistics, driving, parking, and charging situations, and battery manufacturers.

Key Words : electric vehicles, fire hazard, battery, short-circuit, thermal runaway

1. 서론

전기차 화재 통계를 분석한 결과 최초 발화점은 고전압 배터리(53.9 %), 차량 기타 부품(25.9 %), 외부요인(17.9 %) 순으로 발생하였다. 전기차 배터리 화재가 쉽게 꺼지지 않고 폭발성을 가진 이유는 구성요소에서 찾을 수 있다. 리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해액 등 크게 4가지 요소로 구성되는데, 리튬이온은 전해액을 통해 이동하고 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 차단하면서 미세한 구멍으로 리튬이온만 통과시켜 전류를 발생시키는데, 분리막 절연이 파괴되면 단락사고로 화재가 발생한다.

2. 연도별 전기차 화재 발생 통계 분석

소방청 자료에 따르면 2018~2024년 상반기까지 지난 6년 6개월 동안 총 139건의 전기차 화재 사고가 발생했으며, 해마다 점차 전기차 사고가 증가하는 추세인 것으로 파악됐다.

연도별 전기차 화재 발생 현황 통계

2024년 상반기도 전기차 사고가 총 24건으로, 하반기 사고 건수까지 더해지면 지난해와 유사하거나 많은 수준일 것으로 추정된다.

해당 기간 NCM(니켈·코발트·망간) 계통 전기차 화재 사고 발생 시 최초 발화점(사고원인)은 크게 고전압 배터리, 차량 기타 부품, 외부요인 등으로 나타났으며, 사고는 ‘배터리 충전 중’, ‘주차 중’, ‘주행 중(충돌 포함)’ 등 모든 상황에서 발생한 것으로 분석됐다.

1) 최초 발화점 분석

2) 주행 중, 주차 중, 충전 중 등 상황 분석

3) 배터리 제조사별 분석

아울러 한국교통안전공단 자동차안전연구원이 자동차리콜센터 소비자 결함 신고 내역을 비롯해 자동차관리법 제33조 제3항에 따른 제작자 제출자료, 현장 조사 등을 토대로 화재 발생을 집중적으로 점검한 결과 작성된 데이터 자료는 다음과 같다.

4) 2018년 전기차 화재 발생 건수(3건)

5) 2019년 전기차 화재 발생 건수(5건)

6) 2020년 전기차 화재 발생 건수(12건)

7) 2021년 전기차 화재 발생 건수(15건)

8) 2022년 전기차 화재 발생 건수(33건)

9) 2023년 전기차 화재 발생 건수(47건)