한양대, 배터리 화재 확산 예측 초고속 시뮬레이션 기술 개발

[이데일리 김응열 기자] 한양대는 기계공학부의 오기용 교수 연구팀이 리튬이온 배터리 팩 내부에서 발생하는 열폭주 전이·확산 현상을 초정밀·초고속으로 예측할 수 있는 시뮬레이션 프레임워크를 개발했다고 6일 밝혔다.

(왼쪽부터)한양대의 곽은지 박사후연구원(제1저자), 오기용 기계공학부 교수(교신저자). (사진=한양대)

오 교수 연구팀은 이번 연구에서 배터리 화재 확산 과정을 실제 화재 실험 없이 가상 환경에서 빠르게 예측할 수 있는 기술을 제시했다.

전기차와 에너지저장장치(ESS)의 보급이 확대되면서 리튬이온 배터리 화재에 대한 안전성 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 그러나 배터리 제조사들이 안전성을 검증하기 위해 수행하는 실제 화재 실험은 한 번에 수억 원 이상의 비용이 들고 위험 부담이 크다. 반면 전산해석 기반 예측 기술은 계산 시간이 수십 일 이상 소요되는 경우가 많아 설계 단계에서 활용하기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 배터리 내부에서 발생하는 열 전달, 화학 반응, 가스 발생 등 복잡한 다물리 현상을 수학적 등가 모델로 변환해 계산 효율을 크게 향상시키는 방법을 고안했다. 이를 통해 기존 대비 약 500배 빠른 속도로 배터리 팩 내부의 열폭주 전이 및 확산 과정을 예측할 수 있었다. 이 기술을 활용하면 설계 단계에서 배터리 팩의 화재 확산 위험을 신속하게 분석하고 구조적 보완 방안을 검토할 수 있다는 의미다.

오 교수는 “이번 연구를 통해 기존 배터리 해석 모델의 기술적 한계를 극복하고 실제 산업 현장에서 즉각 활용 가능한 고속 정밀 시뮬레이션 프레임워크를 제시했다”며 “이번 연구로 우리나라가 글로벌 배터리 안전 기술 주도권을 확보하는 데 기여할 것”이라고 말했다.