열폭주

열폭주

 

열폭주(熱暴走, thermal runaway)는 소자의 전력 손실 및 열에너지로의 전환이 온도를 상승시켜 전류를 증가시키고, 이로 인해 온도가 더 상승하면 '열적 불안정" 상태를 초래해 결과적으로 소자를 손상시키는 현상을 말한다.

일반적으로 열폭주의 결과물은 매우 파괴적이다. 즉, 열폭주는 일종의 통제 불가능한 양성 피드백이다. 다시 말하자면, 열폭주란 어떤 역학적 과정의 원인이 온도 증가인데, 그 과정의 결과 방출된 에너지가 온도를 증가시켜 그 과정이 가속되는 것이라고 할 수 있다.[위키백과]

 

* 열폭주 ? 리튬이온 배터리의 온도가 순식간에 1000 °C 가 넘게 치솟는 현상

 

1.  열폭주
2.  열폭주 원인
3.  열폭주 예방 및 관리 방법
4.  열폭주가 전기 자동차 산업에 미치는 영향

 

열폭주

 

1.  열폭주
2.  열폭주 원인
3.  열폭주 예방 및 관리 방법
4.  열폭주가 전기 자동차 산업에 미치는 영향

1. 열폭주

리튬 이온 배터리의 열폭주는 리튬 이온 배터리가 내부의 온도와 압력이 제어할 수 없을 정도로 빠르게 상승하는 현상입니다. 이 과정은 배터리 내부가 가열되는 것으로 시작됩니다. 임계 온도에 도달하면 화학반응 속도가 빨라집니다. 이로 인해 배터리는 더욱 뜨거워집니다. 이는 곧 배터리 성능 저하로 이어집니다. 또한 가스 배출, 고온, 유독가스, 화재와 같은 심각한 안전사고의 원인이 되기도 합니다.

리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도 특성으로 인해  배터리 온도가 급격히 상승할 수 있습니다. 이는 충전 또는 방전으로 인한 열이 잘 방출되지 않을 경우 발생할 수 있습니다. 또는 배터리가 손상되었거나 과충전되었거나 기타 비정상적인 조건에 직면한 경우. 온도가 안전 한계를 초과하면 배터리의 전해질이 분해될 수 있습니다. 그러면 더 많은 열과 가스가 발생하여 열 폭주의 위험이 더 커집니다.

따라서 과열을 방지하고 배터리를 안전하게 유지하려면 우수한 배터리 열 관리 시스템(BTMS)이 필요합니다. 

 

 

 

2.  열폭주 원인

 

내부 단락 

배터리 내부의 단락은 대부분의 열폭주를 유발합니다. 물리적 손상, 제조 결함 또는 파티션 파손으로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 조건으로 인해 전극이 접촉할 수 있습니다. 이 접촉은 단락을 유발합니다. 배터리 온도가 빠르게 상승할 수 있습니다.

과충전 및 방전

배터리의 권장 충전 및 방전 한도를 초과하면 배터리에 스트레스가 가중됩니다. 이는 화학 반응의 폭주로 이어질 수 있습니다. 과충전은 매우 위험합니다. 전해질이 과열되어 분해될 수 있습니다. 이는 열폭주의 시작을 가속화합니다.

외부 열원

온도가 높거나 열을 발생시키는 장비 근처에 있으면 배터리 온도가 크게 올라갈 수 있습니다. 높은 온도와 열을 발생시키는 장비는 배터리 온도를 높일 수 있습니다. 이로 인해 배터리가 임계점까지 올라가 열폭주를 일으킬 수 있습니다.

전해질 분해

고온에서는 배터리의 전해질이 분해될 수 있습니다. 이 분해로 인해 가스 및 기타 물질이 생성됩니다. 이러한 가스는 배터리 내부의 압력을 높여 배터리 케이스가 파열되거나 더 심한 경우 폭발할 수 있습니다.

부적절한 배터리 관리 시스템

좋은 배터리 관리 시스템(BMS)은 필수입니다. 배터리를 모니터링하고 온도를 제어합니다. BMS가 불량하면 충전 및 방전 또는 배터리 온도를 제대로 모니터링하지 못할 수 있습니다. 이로 인해 과열 및 열폭주가 발생할 수 있습니다.

노화 및 마모

배터리 성능은 시간이 지나고 사용함에 따라 저하됩니다. 배터리가 노후화됩니다. 이로 인해 더 많은 저항과 부품 손실이 발생합니다. 이로 인해 열폭주 위험이 높아집니다.

 

 

3. 열폭주 예방 및 관리 방법

디자인 및 제조

품질 관리는 매우 중요합니다. 이는 배터리의 설계 및 제조 과정에서 발생합니다. 고품질의 재료를 사용하고 배터리 구성 요소를 정확하게 조립하면 내부 단락을 방지할 수 있습니다. 여기에는 손상과 결함을 방지하기 위해 배터리 분리막을 강화하는 것도 포함됩니다. 또한 단락을 줄이기 위해 배터리 셀 사이에 충분한 절연을 확보하는 것도 포함됩니다.

효과적인 배터리 관리 시스템(BMS)

고급 BMS는 열폭주를 방지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 배터리 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 여기에는 전압, 전류, 온도가 포함됩니다. BMS는 정밀한 충전 및 방전 제어 기능을 제공합니다. 과충전 및 방전을 방지합니다.

따라서 열 폭주의 위험이 줄어듭니다. 또한 BMS는 문제를 감지하면 즉시 조치를 취할 수 있습니다. 예를 들어 배터리를 분리하거나 냉각 시스템을 켤 수 있습니다. 이렇게 하면 더 이상의 온도 상승을 방지할 수 있습니다.

온도 조절

우수한 냉각 및 열 차단 기능을 구현하는 것이 핵심입니다. 배터리 온도를 제어하고 열 폭주를 방지합니다. 수랭식 및 공랭식 시스템이 일반적입니다. 배터리에서 발생하는 열을 잘 전도합니다. 일부 어려운 경우에는 PCM과 히트 파이프로 냉각 성능을 높일 수 있습니다.

정기 점검 및 유지 관리

수요가 많은 애플리케이션의 배터리 시스템은 정기적인 상태 점검과 유지보수가 필요합니다. 이러한 조치는 안전을 보장하는 데 중요합니다. 여기에는 배터리의 물리적 상태 점검이 포함됩니다. 또한 배터리 성능 테스트도 포함됩니다. 그리고 BMS가 제대로 작동하는지 평가하는 것도 포함됩니다. 문제를 즉시 파악하고 해결하면 열 폭주 현상을 효과적으로 예방할 수 있습니다.

 

4.  열폭주가 전기 자동차 산업에 미치는 영향

 

열폭주는 전기 자동차(EV) 산업에 큰 영향을 미칩니다. 이는 차량 안전과 제조업체의 재정 및 브랜드에 영향을 미칩니다. 열폭주는 배터리를 과열시킬 수 있습니다. 이로 인해 화재나 폭발이 발생할 수 있습니다. 이는 탑승자와 주변 사람들을 위험에 빠뜨립니다. 이러한 사고는 큰 부상을 초래할 수 있습니다. 또한 차량과 주변 환경이 손상될 수 있습니다.

열폭주는 경제적 측면에서 비용이 많이 드는 리콜을 유발할 수 있습니다. 이러한 비용에는 직접 수리 및 교체 비용이 포함됩니다. 또한 매출 감소, 주가 하락, 소비자 신뢰도 약화로 인한 간접적인 손실도 포함됩니다. 또한 열폭주 사건은 규제 당국의 관심을 끌 수 있습니다. 이로 인해 안전 기준과 테스트가 더 엄격해져 전기차 생산의 복잡성과 비용이 증가할 수 있습니다.

예방 조치는 소비자의 안전을 보호하고 브랜드 평판을 유지하는 데 매우 중요합니다. 전기차 제조업체는 효율적인 배터리 열 관리 시스템(BMS)에 투자하고 첨단 배터리 관리 시스템(BMS)을 사용함으로써 열폭주의 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 이는 배터리 안전성과 안정성을 향상합니다. 또한 전기차의 성능과 주행 거리도 향상됩니다. 또한 사용자에게 올바른 배터리 사용 및 유지 관리에 대해 교육하는 것도 열 폭주를 방지하는 데 중요한 부분입니다.

따라서 선제적으로 대응하면 안전 사고를 예방할 수 있습니다. 또한 전기차 브랜드의 시장 입지를 보호하고 개선할 수 있습니다. 전기 자동차 산업의 급속한 성장에 따라 모든 제조업체는 배터리 안전 기술에 집중하고 투자해야 할 의무가 있습니다.

 

5.  결론

 

리튬 이온 배터리를 사용할 때 열폭주는 큰 위험입니다. 과열, 화재, 심지어 폭발까지 일으킬 수 있습니다. 이는 사용자 안전에 심각한 위협이 되고 전기 자동차 산업의 성장에 해를 끼칩니다. 열 폭주를 방지하려면 효과적인 배터리 열 관리 시스템(BTMS)이 필수적입니다. 이를 위해서는 정확한 배터리 설계, 효율적인 배터리 관리 시스템(BMS), 적시 온도 조절, 사용자 교육, 정기적인 배터리 점검 및 유지보수가 필요합니다. 

 

Trumonytechs는 전기 자동차 및 에너지 저장장치의 안전하고 안정적인 열 관리에 전념하고 있습니다. 첨단 수랭식 패널 기술과 전문 배터리 팩 설루션을 통해 이를 실현합니다. 그리고 안정적인 열 관리를 제공합니다. 

 

선진상사는 사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서

ESS , UPS 및 전기차 배터리 , 2차 폐축전지 , 2차 전지 등 철거 수거 매입 처리 업체입니다.

​

ESS (Energy Storage System) 에너지 저장장치, UPS (Uninterruptible Power Supply) 무정전 전원장치 해체 등 배터리를 수거, 매입하며 , 전기차 배터리 (전기차 폐배터리) , 리튬이온 배터리 외 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카, 전동공구, 전동킥보드, 전기자전거배터리, 인산철 배터리 등 각종 배터리를 수거 처리(올바로 등록)합니다.

​

또 한 폐반도체 장비, 폐컴퓨터, 각종 불용자재를 수거 매입하며 , 하드드라이브 전자장비에 대한 보안폐기를 요할 시 안전하고 신속하게 파쇄 폐기 업무를 수행합니다.

​

​대학교, 관공서, 병원, 호텔, 군부대 등 기업의 ESS, UPS 철거부터 배터리 수거매입까지 숙련된 기술과 합리적 가격, 정직함으로 진행합니다.

​

관련하여 상담을 원하시는 분은

010 3018 0141 입니다.

​