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구동축전지 안전기준 동향

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2013-05-04 02:32:30

본문

1. 구동축전지 안전기준
세계적으로 환경오염에 대한 규제 수준이 점차 강화되고 있고 온실가스에 의한 기후변화 대응 및 고갈되어가는 석유 에너지를 대체할 에너지원의 필요성 등으로 인해 저공해의 환경친화적인 자동차(Environmentaly Friendly Vehicle)의 개발과 보급이 요구되어 왔다. 1990년대 이후 하이브리드 자동차(HEV)를 필두로 전기자동차(EV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV), 수소 연료전지차(FCEV) 등의 기술개발이 가속화 되어 시범보급 및 초기양산 체계에 들어섰으며, HEV는 이미 본격적으로 양산되어 시장경쟁체계로 급속히 전환되고 있다.

이러한 EFV의 공통적인 핵심기술요소 중에 하나가 구동축전지이다. 국내 자동차안전기준에서“구동축전지”는 자동차의 구동을 목적으로 전기에너지를 저장하는 축전지 또는 이와 유사한 기능을 하는 전기에너지저장매체로 정의하고 있다.

EFV의 일회충전 주행거리, 에너지소비효율, 최고속도 등의 성능향상을 위해서 구동축전지의 대용량, 고출력화가 불가피하다. 앞서 말한 것처럼 구동축전지는 고전원의 에너지 저장장치이므로 고성능일수록 저장된 에너지가 커지고 사고 시 용도 외로 발생될 수 있는 에너지량도 증가하게 되므로 성능향상과 동시에 안전성 확보는 필수적이라 할 수 있다. 구동축전지의 발화나 폭발 또는 감전으로 인한 사고를 미연에 방지하고 안전도를 확보하기 위한 최소한의 안전성 요구조건이 구동축전지 안전기준이다.

자동차안전기준은 자동차 및 자동차의 부품 또는 장치를 제작함에 있어서 안전운행에 필요한 성능과 기준을 제시하고 이 기준에 적합하지 않으면 도로상을 운행하지 못하도록 하여 자동차의 안전상의 결함으로 인한 사고를 최소화할 목적으로 제정된 규정이다. 안전기준은 국가별로 동일한 목적으로 제정 운영되고 있으나, 안전기준 항목, 기준, 평가방법 등이 상이함에 따라 이를 조화하여 세계적으로 동일한 자동차 안전기준을 만들고자 하는 노력이 1958년 유럽주도로 체결된 1958협정, 이후 미국 주도의 1998협정을 통하여 계속되고 있지만 국가별로 자동차기술 수준과 기후, 도로 등 환경적인 특성이 다르고 자칫 국가간 기술 또는 무역장벽이 될 수 있어 신중히 진행되고 있다.

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우리나라도 1958협정에 2004년, 1998협정에 2001년 가입하여 안전기준 국제조화에
적극적으로 동참하고 있다 <그림 1>.

2. 국내 구동축전지 안전기준 동향
국내에서 구동축전지 안전기준 제정의 필요성이 대두된 것은 2004년 현대자동차 클릭 하이브리드 50대와 2005년부터 현대자동차 베르나 하이브리드, 기아자동차 프라이드 하이브리드가 수도권 내 공공기관 등에 시범보급 되면서 부터이다. 자동차안전연구원은 국토해양부 및 건설교통기술평가원으로부터“하이브리드 자동차 안전성 평가기술 개발”정부과제를 위탁받아 2006년 10월부터 2008년 9월까지 2년에 거쳐 구동축전지 뿐만 아니라 기존의 내연기관 자동차와 구조가 다른 하이브리드 자동차 전반에 대한 연구를 수행하여 당시 안전기준 상의 미비점 도출 및 이를 보완하는 안전기준(안)을 국토해양부에 제출하여 국토해양부가 하이브리드 자동차 및 전기자동차 관련 6개 조항 개정, 2개 기준조항 신설을 골자로 하는“자동차안전기준에 관한 규칙 일부개정령(2009. 1. 23)”을 공포하고, 개정령에 따른 5개 항목 개정 및 2개 시험항목을 신설하는“자동차안전기준 시행세칙 개정 (2009. 2. 19)”을 고시하였으며. 이 때 구동축전지 안전기준이 세계 최초로 제정 되었다<표 1, 2>.

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이후 전 정부의 저탄소녹색성장 정책에 힘입어 안전기준 개정이후 현재까지 약 4년 동안 여러가지 모델의 하이브리드 자동차와 저속 전기자동차(NEV), 승용 전기자동차, 대형승합 전기자동차에 이르기까지 다양한 형태의 EFV가 출시되었으며, 각 차종별 요구 성능에 따라 구조와 용량, 출력 등의 성능을 달리하는 다양한 구동축전지가 EFV에 탑재되고 있다<표 3>.

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이처럼 급변하는 구동축전지 시장의 진보된 기술과 시범보급 및 양산 현황에 따라 기 제정된 구동축전지 안전기준의 개정 필요성이 다시금 대두되었다. 따라서 자동차안전연구원은 국토해양부 출연사업인“2011년 전기자동차 도로주행 모니터링 사업”의 일환으로 다양한 형태의 구동축전지에 대한 안전성 시험연구<그림2>를 통해 현행 안전기준 상의 미비점 및 보완점을 도출하고 시험방법 등에 대한 개선안을 마련하여 2013년내 구동축전지 안전기준시행세칙 개정을 추진하고 있다.

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3. 해외 구동축전지 안전기준 동향
해외의 경우 미국, 유럽, 일본 등 자동차 선진국에서도 현재 구동축전지 안전기준을 제정하여 운영하고 있는나라는없다. 다만강제규정이아닌규격으로서국제표준화기구(ISO)가ISO 12405“ 전기자동차리튬 이온 구동축전지 시스템 시험규격(Part 1 : 고출력용, Part 2 : 고에너지용)”을 2011년 제정하였고 국제 전기에너지 표준기구(IEC)에서 IEC 62660 셀단위 리튬전지의 성능, 수명, 신뢰성, 비정상시험에 대하여 규격을 제정운영하고 있다.

중국의 경우 국가규격(National Standard) GB/T 18384.1-2001 “Electric Vehicle Safety Specification, Part 1 : On-board Energy Storage”에 구동축전지 셀단위 6개 시험항목(압축, 관통, 과충전, 과방전, 단락, 열노출시험)에 대하여 규정하는 등 여러 규격에서 구동축전지 성능과 관련된 언급이 있지만 강제규정으로 운영되고 있지는 않다. 규격이 아닌 강제규정으로 구동축전지 안전규정 제정의 시급성 및 중요성에 대해서는 전 세계적인 공감대가 이미 형성되어 있어 국제연합(UN)을 중심으로 구동축전지 안전규정 제정을 추진하고 있다.

앞서 언급한 바와 같이 자동차 안전규정의 국제조화를 추진하고 1958협정과 1998협정을 실행하기 위한 조직으로 UN 산하 유럽경제위원회(ECE)에 자동차실무위원회(WP29)가 구성되어 있다. WP29는 하부조직으로 6개 전문분과가 있으며, 전문분과별로 안전규정 제∙개정이 필요한 안건에 대하여 지속적으로 논의하여 합의된 규정안을 WP29 총회에 상정한다.

논의안건에 따라 보다 집중적인 논의나 연구가 필요한 경우에는 전문가그룹을 구성하고 전문가 기술회의 (Informal Meeting)를 통하여 각국의 의견을 조율하고 심도있는 연구를 수행하여 규정안을 개발하기도 한다. 상정된 안건이 각 협약체결국의 대표로 구성된 WP29 총회의 승인을 받게 되면 당해 안건은 안전규정으로서 법적인 효력을 갖게 된다<그림 3>.

2010년 11월 충돌안전 전문분과(GRSP)에서 구동축전지 안전규정 제정의 필요성을 인식하고 심도있는 연구를 위하여 독일을 의장국으로 구동축전지 전문가그룹(RESS; Rechargeable Electric Energy Storage System)을 구성하고 공식적인 활동을 시작하였다. 2010년 11월부터 2012년 1월 까지 6차에 거쳐 각국의 정부, 인증기관, 연구기관, 자동차 및 구동축전지 제작사가 참여하여 구동축전지 시험기준, 시험항목 및 시험절차 등을 논의하여 규정안을 작성하였다. 우리나라에서는 자동차안전연구원과 LG화학이 논의에 참여하였으며, 구동축전지 안전기준 시행 경험과 세계최고 수준의 구동축전지 관련기술을 바탕으로 RESS 안전규정 제정논의에 국내 안전기준 및 업계 의견을 반영하였다. RESS 전문가그룹 활동 결과로 개발된 규정안은 2012년 GRSP와 WP29 총회의 최종승인을 받아 1958협정에 따른 ECE 규정 R100(전기동력자동차의 인증에 관한 규정) 개정을 추진 중이다<표 4>.

ECE R100 개정과는 별도로 미국, EU, 일본은 1998협정에 따른 전기자동차 안전성 세계기술규정(GTR)개발을 위한 전문가 그룹 결성을 제안하여 2012년 3월 WP29총회 공식승인을 얻었으며, 2014년까지 전기자동차 안전성(EVS : Electric Vehicle Safety) GTR을 개발한다는 계획을 수립하였다.

EVS 전문가 그룹은 미국이 의장국, EU와 중국이 부의장국, 일본이 서기국으로 의장단을 구성하고 중국은 부의장국과 동시에 Co-Sponsor로 참여하고 있다. 제1차 전문가 기술회의는 2012년 4월 미국 교통부에서 개최되어 GTR 제정일정, 세부 논의항목 및 항목별 기술지원 주체 등 GTR 개발을 위한 전반적인 사항에 대한 논의를 거쳐 EVS 전문가 그룹의 권한 및 위임사항(TOR)을 확정하였으며, 구동축전지(RESS)를 GTR 논의범위에 포함하였다.

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제2차 전문가 기술회의는 2012년 10월 독일 교통부에서 개최 되어 EVS GTR 아웃라인과 세계자동차공업협의회(OICA)가 제안한 GTR 초안에 대한 논의가 이루어졌으며, 한국은 개정 추진 중인 국내 자동차 안전기준 시행세칙 개정안에 따른 연소안전 시험절차의 GTR 반영을 제안하였다. OICA 제안초안의 내용은 ECE R100 개정안과 동일하나 적용범위를 승용, 승합, 화물자동차 전체에서 차량총중량 4.5t 미만으로 축소한 점이 상이하다.

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또한 GTR 제정 접근방식에 대한 논의가 진행되었는데 ECE R100 개정을 주도한 유럽, 일본은 R100 개정안의 내용을 GTR에 그대로 반영하자는 입장이고 새로이 GTR 제정 논의에 참여한 미국, 캐나다, 중국은 전기자동차 안전성 전반에 거쳐 포괄적인 논의를 주장하고 있어 차기회의시 GTR 제정일정 등을 고려하여 접근방식에 대한 합의가 필요한 상황이다.

4. 결론
전기자동차 및 구동축전지(RESS) GTR 제정은 국내뿐만 아니라 세계적으로 전기자동차 산업에 미치는 파급효과가 클 것으로 예상됨에 따라 세계 각국은 전기자동차의 안전도 확보는 물론 자국의 산업 보호와 기술 선도, 기준 선점 등 자국의 입장반영을 위하여 치열하게 각축하고 있다.

우리나라는 구동축전지 안전기준을 이미 시행하고 있고 세계최고 수준의 구동축전지 관련기술을 보유하고 있어 국제무대에서 보다 중추적인 역할이 필요하다. 또한 국내 자동차 및 구동축전지 제작사, 관계기관등 각계 전문가들의 적극적인 참여를 통한 구동축전지 관련 국내 기준, 여건 및 기술 등에 대한 의견을 수렴하여 GTR 제정 논의에 우리나라의 입장반영이 강력히 요구되고 있다.

향후 GTR 제정이 완료된 이후, GTR 내용을 반영한 국내 구동축전지 안전기준 및 안전기준 시행세칙의 개정을 통해 1998협정의 이행 및 국제기준 조화 추진이 필요하다.
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