대경산전-생기원, 미세 아크 예방 시스템 개발
전자기력으로 구리-알루미늄 접합 문제 해결
동시에 피라미드 엠보싱 구조 트레이 제작


ESS는 수많은 배터리와 커넥터 등의 결합이다. 따라서 하나의 배터리에서 작은 불꽃인 미세 아크가 발생하면 다른 배터리로 옮겨붙어 대형화재가 발생하기 쉽다.

이를 예방하기 위해서는 일차적으로 미세 아크 발생 자체를 줄여야 하고, 이차적으론 미세 아크를 조기에 발견해 화재로 이어지는 것을 예방하는 시스템을 마련해야 한다.

한국생산기술연구원(생기원)은 6일, 에너지저장장치(Energy Storage System; ESS) 제조기업인 대경산전과 ‘ESS 미세 아크(Arc) 감지 시스템’ 개발에 성공했다고 밝혔다.

미세 아크 발생 원인에 주목한 대경산전은 배터리를 연결하는 커넥터 체결부가 헐거워지면서 에너지 전달 효율이 감소하고, 결국 과부화로 미세 아크가 발생한다 진단했다.

대경산전은 이를 개선하기 위해 배터리와 커넥터 사이에 완충부를 추가하기로 했다. 또한, 미세 아크 신호의 포집률을 높이기 위해 배터리 트레이 상단 안쪽을 피라미드 엠보싱 형태로 제작해 미세 아크의 빛 반사를 통해 센서까지의 도달률을 높이는 아이디어도 고안했다.

다만 △배터리 커넥터 소재인 구리와, 완충부 소재인 알루미늄 간의 접합 문제와 △일반 프레스 성형시 피라미드 엠보싱의 첨단 부분의 찢김 문제를 어떻게 해결하느냐가 관건이었다.

생기원 탄소소재응용연구그룹 심지연 박사는 전자기력 기반 고속 접합·성형 기술을 기반으로 문제들을 해결했다.

전자기력을 이용해 각기 다른 소재끼리 200m/s 이상의 고속에서 충돌하면, 순간 유체처럼 변하면서 강하게 접합되는 원리를 이용해, 이종 소재인 구리와 알루미늄의 접합 문제를 해결했다.

마찬가지로 전자기력으로 알루미늄을 고속에서 성형하면, 국부가 가열돼 성형성이 개선되는데, 이를 통해 뾰족한 피라미드 엠보싱 구조의 트레이 제작이 가능했다.

피라미드 엠보싱 구조는 어느 배터리에서 미세 아크가 발생하든 빛 반사를 통해 단 1개의 센서만으로도 미세 아크 신호를 80% 이상 포집할 수 있다. 다량의 센서가 필요 없어 비용 절감 효과도 있었다.

이번 연구는 생기원 ‘중소기업 지원 선도연구기관 협력기술개발사업’을 통해 진행됐다. 개발된 제품은 실증테스트를 거쳐 올해 상반기에 출시될 예정이다.