전기차 열폭주(thermal runaway)란 무엇인가 | 화재 메커니즘·BMS 차단·배터리 안전 설계 기술 완전 분석

전기차 열폭주(thermal runaway)란 무엇인가 | 화재 메커니즘·BMS 차단·배터리 안전 설계 기술 완전 분석

전기차 화재 뉴스가 나올 때마다 반복되는 단어가 있다.
바로 **“열폭주(thermal runaway)”**다.
이건 단순 발열이 아니라 배터리 내부 화학 반응이 통제 불가능 상태로 치닫는 현상이다.

열폭주가 시작된 셀은 주변 셀로 열을 전이시키고,
그 셀은 또 다른 셀을 가열하며 폭발성 열 연쇄반응을 만든다.

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1. 열폭주가 발생하는 메커니즘

리튬이온 배터리는 에너지를 저장하는 장치이자 잠재적 발열 폭탄이다.

• 충격·과열·침수·내부 단락
  → 전해질 분해
  → 가스 팽창
  → 내부 온도 200~800°C 급상승
  → 열폭주 시작

즉, 배터리 화재는 외부 온도 때문이 아니라 내부 반응 폭주 때문이다.

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2. 왜 “연기 → 폭발” 순서로 진행되는가

열폭주 셀은 가스를 분출하며 팽창하고
이때 배터리 팩 내부 압력이 상승한다.

• 가스 분출
• 팩 팽창
• 케이스 파손
• 점화/폭발

그래서 전기차 화재는 처음엔 조용히 연기만 나다가
갑자기 터지는 것처럼 보이는 것이다.

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3. BMS(배터리 관리 시스템)가 막는 것

열폭주 방어의 1차 방패는 BMS다.

• 과충전 차단
• 과열 감지
• 전압 비정상 패턴 감지
• 전류 차단
• 셀 밸런싱

열폭주 시 BMS는 충전·방전을 즉시 차단해
열 확산과 화학 반응 폭주를 최대한 지연시킨다.

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4. 냉각 시스템의 역할: 반응을 늦추는 시간 벌기

배터리 냉각은 열폭주를 “없애는” 용도가 아니라
확산 속도를 늦추는 시간 벌기 기술이다.

• 액체냉각 채널
• 냉각 플레이트
• 히트파이프

냉각은 예방이 아니라 지연이다.
지연이 곧 생존 시간이다.

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5. 화재가 ‘강제 최종 차단’이 아닌 이유

전기차 화재가 진화되기 어려운 이유는
내부 셀 온도가 외부 소화보다 빠른 속도로 상승하기 때문이다.

• 외부 소화 → 냉각
• 내부 셀 → 재발화

열폭주가 셀 단위 연쇄 반응이기 때문에
완전 소거보다 열 확산 차단이 핵심이다.

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6. 전고체 배터리 도입 시 달라질 구조

전고체(고체전해질) 배터리가 상용화되면
열폭주의 근본 위험이 줄어든다.

• 전해질 가연성 ↓
• 열폭주 반응 속도 ↓
• 가스 생성 ↓

전고체 시대는 전기차 화재 이슈를 구조적으로 낮추는 방향이다.

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7. 결론

열폭주는 ‘불이 붙었다’가 아니라
“연쇄 화학 폭발 반응이 폭주했다”는 상태다.

• 내부 단락 + 전해질 분해 + 가스 팽창
• BMS 방어 + 냉각 지연
• 확산 차단 설계 중심

결국, 전기차 안전의 본질은 출력 경쟁이 아니라 열 제어 경쟁이다.

배터리 시대의 진짜 승부는
길이·속도·주행거리보다
**“얼마나 안전하게 열을 다스리느냐”**다.

 

 

 

 

 

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