ESS 화재 61건이 말하는 것: BMS의 한계, 열폭주, 그리고 안전인증의 미래

ESS 화재 61건이 말하는 것: BMS의 한계, 열폭주, 그리고 안전인증의 미래

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1. 서론: 기록된 화재, 기록되지 않은 공포

2017년 8월 2일, 전북 고창의 전력시험센터에서 ESS 배터리 모듈이 발화했다. 15억 원의 재산피해가 발생한 이 화재는 국내 ESS 역사상 첫 번째로 언론에 공개된 사고였다. 당시만 해도 이것이 향후 7년간 이어질 대규모 화재 사태의 서막일 것이라고 예상한 사람은 거의 없었다.

2026년 4월 3일 기준, 국내에서 언론을 통해 공개된 ESS 화재 사고는 총 61건에 이른다. 2022년 1월 기준으로 이미 33건이 발생했고, 이는 전체 설치 기준 화재 발생 확률이 1.22%에 달한다는 의미다. 일반적인 전기 시스템 화재 사고율이 0.5%인 것과 비교하면, ESS의 화재 확률은 일반 전기 설비 대비 2배 이상 높은 수준이다.

이 글에서는 61건의 화재 사고를 유형별로 분석하고, BMS(Battery Management System)의 구조적 한계와 열폭주(Thermal Runaway) 메커니즘을 상세히 살펴본다. 더불어 Off-gas 감지 기술 등 화재 예방 시스템의 발전, 배터리 안정성 테스트 기술의 현주소, 그리고 CB·IEC·UL·UN38.3 등 국제 안전인증 체계의 비교를 통해 ESS 안전의 현재와 미래를 종합적으로 조망하고자 한다.

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2. ESS 화재 61건의 기록: 숫자가 말하는 패턴

2-1. 화재 타임라인: 2017년의 시작부터 2026년까지

국내 ESS 화재의 추이를 연도별로 추적하면 뚜렷한 패턴이 드러난다. 2017년 1건으로 시작된 화재는 2018년에 16건으로 급증했고, 2019년에 14건으로 정점을 찍었다. 이후 정부의 안전강화 대책이 시행되면서 2020년 2건, 2021년 2건으로 일시적으로 줄었으나, 2022년에 2건이 추가로 발생했고, 이후에도 산발적으로 사고가 이어지고 있다.

2018년의 화재 집중 현상은 특히 주목할 만하다. 5월 경산변전소(23억 원)를 시작으로, 6월 영암풍력발전소(88억 원), 7월 거창풍력발전소(30억 원)와 세종시 제지 공장(30억 원) 등 대형 사고가 잇달았다. 이 해에만 피해액이 수백억 원을 넘겼고, 일부 사고에서는 소방서의 주수 소화 시도에도 진압이 불가능한 상황이 발생했다.

2019년에도 상황은 마찬가지였다. 1월에만 양산(6.5억 원), 완도(18억 원), 장수(10.9억 원), 울산(48억 원)에서 4건의 화재가 집중 발생했다. 특히 울산 가스 ESS 화재의 경우 48억 원의 피해가 발생했고, 같은 해 9월 평창 풍력 ESS에서는 100억 원의 피해가 추산되어 단일 사고 기준 최대 피해액을 기록했다.

2-2. 화재 확률의 경고

2018년 기준 전국 ESS 설치 현황은 854개소였고, 2021년 12월 기준으로는 2,242개소로 증가했다. 2017년 최초 화재 이후 2022년 1월까지 33건의 화재가 발생한 것을 기준으로 계산하면, 전체 설치 대비 화재 발생 확률은 약 1.22%다.

이 수치가 의미하는 바를 직관적으로 이해하려면, 일반적인 전기 시스템 화재 사고율인 0.5%와의 비교가 유효하다. ESS의 화재 확률은 일반 전기 설비 대비 2.4배 이상 높은 셈이다. 에너지 저장 장치가 단순한 전기 설비가 아닌, 대용량 리튬이온 배터리가 밀집된 화학적 에너지 저장 시스템이라는 점을 감안하면, 이 수치는 더욱 심각하게 받아들여져야 한다.

2-3. 배터리 제조사별 화재 분포

61건의 화재 사고를 배터리 제조사별로 분류하면, 삼성SDI와 LG화학(현 LG에너지솔루션) 제품이 대부분을 차지한다. 구체적으로 살펴보면:

삼성SDI 배터리 사용 사업장에서는 경산변전소(2018.5), 영암풍력발전소(2018.6), 거창풍력발전소(2018.7), 세종 제지공장(2018.7), 태안 태양광(2018.9), 신용인변전소(2018.10), 울산 가스(2019.1), 김해 태양광(2019.10), 해남 태양광(2020.5), 평창 풍력(2019.9) 등에서 화재가 발생했다.

LG화학 배터리 사용 사업장에서는 군산 태양광(2018.6), 해남 태양광(2018.7), 영동 태양광(2018.9), 영주 태양광(2018.11), 천안 태양광(2018.11), 거창 태양광(2018.11), 문경 태양광(2018.11), 제천 시멘트공장(2018.12), 삼척 태양광(2018.12), 양산 철강공장(2019.1), 장수 태양광(2019.1, 2019.5), 칠곡 태양광(2019.5), 예산 태양광(2019.8), 군위 태양광(2019.9), 하동 태양광(2019.10), 음성 태양광(2020.9), 영천(2021.3), 홍성 태양광(2021.4) 등에서 화재가 발생했다.

한편 SK이노베이션(현 SK온) 배터리를 사용한 울산 피크제어용 ESS에서는 2022년 1월 100억 원 이상의 피해가 추산되는 대형 화재가 발생했고, 이스라엘 기업 인셀(Incell) 배터리를 사용한 완도 태양광 ESS(2019.1)와 레보(한전) 제품이 사용된 제주 태양광 ESS(2018.9)에서도 화재가 보고되었다.

2-4. 용도별 화재 빈도

ESS의 용도별 화재 빈도를 분석하면, 태양광 발전연계용에서 압도적으로 많은 화재가 발생했다. 전체 61건 중 약 70% 이상이 태양광 연계 ESS에서 발생한 것으로 추정된다. 이는 태양광 연계 ESS가 발전량 변동에 따른 부하 변동이 크고, 대부분 외곽 지역에 설치되어 환경 관리가 어렵고, 시공 품질도 들쭉날쭉한 데 기인한다.

풍력 발전연계용에서는 영암(2018.6, 88억 원), 거창(2018.7, 30억 원), 평창(2019.9, 100억 원) 등 대형 화재가 발생했는데, 흥미로운 사실은 충방전 횟수가 상대적으로 적은 풍력 ESS에서도 3건의 화재가 발생했다는 점이다. 이는 사용 빈도와 무관하게 배터리 자체의 결함이나 설치 환경의 문제로 화재가 발생할 수 있음을 시사한다.

피크부하용 ESS에서는 울산 SK에너지(2022.1, 100억 원 이상) 화재가 대표적 사례이며, 주파수조정용에서는 신용인변전소(2018.10, 10억 원)에서 성능시험 중 화재가 발생했다.

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3. 화재 원인의 4대 축: BMS, 시공, 운영환경, 통합관리

산업통상자원부가 편성한 민관합동 ESS 화재사고원인조사위원회의 조사 결과, 화재의 주요 원인은 크게 네 가지로 분류되었다. 배터리 보호 시스템 미흡, 보호 체계 미흡, 운영 환경 관리 미흡, 그리고 통합 관리 체계 부재가 그것이다.

3-1. BMS 시스템 오류: 가장 빈번한 화재 원인

BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 측정하여 셀이 정상 운전 범위에서 사용되도록 감시·제어하는 핵심 시스템이다. 과충전 시 충전을 중단시키거나, 과열 시 일정량의 전기를 방전시키도록 제어하는 것이 BMS의 본래 기능이다.

그러나 화재 사고 분석 결과, BMS가 전압·전류·온도를 측정하여 감시·제어하는 것만으로는 화재 사고를 예방하기에 불충분하다는 한계가 확인되었다. 2019년 11월 글로벌 안전인증기관 DNV-GL이 국내 ESS 화재를 조사한 결과, 이 같은 한계를 공식적으로 발표한 바 있다.

구체적인 사례를 보면, 2017년 8월 고창 화재에서는 BMS 전원이 미인가된 상태에서 화재가 발생했다. BMS 자체가 작동하지 않는 상태에서 배터리 모듈의 전기적 발열이 진행되어 발화한 것이다. 2018년 경산변전소 화재에서는 한전 측의 BMS 설계 상 문제, 즉 절연 거리 근접이 원인으로 지목되었고, 영암·거창 화재에서도 BMS 시스템 오류가 화재 원인으로 추정되었다.

BMS 오류로 인한 화재의 핵심 문제는 '비보호 영역(Non-Protection Zone)'의 존재다. BMS가 전압·전류·온도를 정상 범위 내로 관리하고 있더라도, 셀 내부에서 화학적 열화가 진행되거나 미세한 내부 단락이 발생하면 이를 감지하지 못한다. Off-gas가 방출된 후 열폭주가 진행되는 과정에서 기존 BMS는 이를 조기에 검출하지 못하고, 소방 경보 시스템 역시 단일 셀의 열폭주가 진행되어 인접 셀로 전파되기 전후에야 검출하게 된다. 이 시간차가 바로 '비보호 영역'이며, 전소에 이르게 되는 결정적 원인이 된다.

3-2. 부실시공: 보이지 않는 위험의 씨앗

화재 원인 분석에서 두 번째로 많이 지목된 요인은 시공 불량이다. 특히 신재생에너지 연계 ESS의 경우, 설비의 대부분이 오지에 위치하고 있어 시공 인력의 전문성이 보장되기 어려운 환경이었다.

대표적인 부실시공 유형을 사례별로 정리하면 다음과 같다.

결로와 누수에 의한 절연 저하가 가장 빈번한 시공 결함이었다. 2018년 6월 군산 태양광 발전소 ESS 화재(9억 원 피해), 7월 해남 태양광 ESS 화재(4.5억 원 피해), 9월 영동 태양광 ESS 화재(3억 원 피해) 모두 부실공사로 인한 결로나 누수 등 환경 요인에 의한 절연 저하가 화재 원인으로 추정되었다. 2018년 12월 삼척 태양광 ESS 화재(18억 원 피해)의 경우에는 9월 점검 시 누수 현상이 이미 발견되었음에도 불구하고 적절한 조치가 이루어지지 않은 상태에서 3개월 만에 화재가 발생했다.

작업자 부주의도 반복적으로 지적되었다. 2018년 7월 세종시 제지 공장 ESS 화재(30억 원 피해)는 ESS를 시운전하기 위해 전기를 공급하는 과정에서 발생했는데, 작업자 부주의가 원인으로 추정되었다. 이 사고에서는 감지기와 소화약제가 정상 작동했음에도 불구하고 화재 진압에 실패했고, 소방서의 주수 소화 시도도 진압이 불가능했다. 2018년 9월 태안 태양광 ESS 화재(0.6억 원 피해)는 시공 중 발생한 화재로, 작업자 부주의 및 시공 불량이 원인으로 추정되었다.

사용전 검사 미이행 사례도 발견되었다. 2018년 9월 제주 태양광 ESS 화재(1.2억 원 피해)는 사용전 검사를 받지 않은 상태에서 BMS 불량으로 인한 배터리 소손이 발생한 사례다. 사용전 검사는 ESS 설치 후 정상 가동 전 반드시 거쳐야 하는 안전 절차인데, 이를 생략한 채 운전을 개시한 것이다.

3-3. 운영환경 관리 미흡

ESS가 설치된 환경의 관리가 미흡했던 사례도 다수 발견되었다. 2019년 8월 예산 태양광 ESS 화재(5.2억 원 피해)는 정부의 안전강화 대책 이후 첫 화재로 주목을 받았다. 이 사고에서는 SOC(State of Charge)가 70%에서 95%로 상향된 지 이틀 만에 화재가 발생했다. 특히 LG화학 측이 사고 직전 배터리 셀을 100% 점검 교환하고 PCS 검증까지 완료했음에도 불구하고 화재가 발생했으며, 현장에서 수거한 배터리에서 내부 용융 흔적이 발견되었다.

2019년 9월 평창 풍력 ESS 화재(100억 원 피해)에서는 더욱 심각한 운영 이상이 발견되었다. 상한 전압과 방전 시 하한 전압의 범위를 넘는 충방전 현상이 발견되었고, 배터리 보호 기능이 작동하지 않았다. 동일 시기 같은 모델이 설치된 다른 사업장과 비교한 결과, 양극판 내부 손상이 확인되었고 분리막에서는 구리 성분이 검출되었다. 이는 배터리 셀 내부에서 비정상적인 전기화학적 반응이 진행되고 있었음을 의미한다.

2019년 10월 김해 태양광 ESS 화재(7억 원 피해)에서도 유사한 패턴이 발견되었다. 화재 당시 배터리는 방전 대기 중이었고, 충전률은 95%로 운영되고 있었다. 불과 닷새 전에 실시한 합동점검에서 각종 보호장치가 정상 동작했음에도 불구하고 화재가 발생한 것이다. CCTV와 시스템 운영 기록 조사 결과 배터리가 발화 지점인 것으로 확인되었고, 유사 사업장과 비교해 보니 양극판 접힘 현상, 분리막과 음극판의 갈변 및 황색 반점 등이 포착되었다. 정밀 분석 결과 구리와 나트륨 성분이 검출되었다.

3-4. 통합관리 체계 부재

네 번째 원인은 개별 구성품 단위의 관리는 이루어지고 있지만, ESS 시스템 전체를 통합적으로 관리하는 체계가 부재했다는 점이다. 배터리 셀, 모듈, 팩, BMS, PCS, EMS가 각각 독립적으로 관리되면서, 이들 사이의 상호작용에서 발생하는 위험을 포착할 수 있는 시스템이 없었다.

2019년 10월 하동 태양광 ESS 화재(4억 원 피해)는 이 문제를 상징적으로 보여주는 사례다. 이 화재는 추가 안전조치에 대한 안전관리위원회 승인을 받은 지 4일 만에 발생했다. LG화학 청주공장 생산 배터리에서 최초로 화재가 발생한 사례이기도 한데, 이전 화재가 발생한 LG화학 배터리는 모두 2017년 중국 남경공장 생산 제품이었다. 남경공장 제품은 SOC 70%로 제한 운영했지만, 청주공장 제품은 제한 운영하지 않았다는 점에서, 동일 제조사의 다른 공장 제품이라도 생산 조건에 따라 안전성이 달라질 수 있음이 확인되었다.

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4. 열폭주 메커니즘: 화학적·물리적 원인의 이해

4-1. 리튬이온배터리의 열폭주 단계

ESS에서 사용되는 리튬이온배터리의 화재는 일반적인 전기 화재와는 근본적으로 다른 메커니즘으로 진행된다. 리튬이온배터리 셀이 열화, 품질 불량, 스트레스 등으로 인해 내부 온도가 증가하게 되면, 먼저 구성 물질이 기화하면서 내부 압력이 상승한다. 배터리가 감당할 수 있는 압력을 벗어나게 되면, 기계적으로 약한 부분이 터지거나 찢어지면서 내부 증기와 Off-gas가 배출된다. 이 과정에서 열폭주로 이어져 화재가 발생한다.

리튬이온배터리에는 리튬 이온과 전자가 각각 다른 경로로 이동하는데, 분리막은 이 두 경로를 물리적으로 분리하는 역할을 한다. 분리막이 손상되면 이 분리 기능이 상실되어 내부 단락이 발생하고, 이는 곧바로 폭발적 열 발생으로 이어진다.

4-2. 덴드라이트: 보이지 않는 침입자

배터리 셀 차원에서 화재의 주요 원인 중 하나는 '덴드라이트(Dendrite)' 현상이다. 충전 과정에서 음극 표면에 뾰족한 리튬 결정체가 자라는 현상으로, 이 덴드라이트가 형성되면 리튬 이온의 이동이 원활하지 못하게 되어 배터리 효율과 수명이 저하된다. 더 심각한 문제는 덴드라이트가 분리막을 관통하여 내부 단락을 유발할 수 있다는 점이며, 이는 결국 열폭주 현상으로 발전한다.

2019년 9월 군위 태양광 ESS 화재에서는 만충 상태에서 방전 대기 중이던 배터리가 발화했는데, CCTV와 운영 기록을 통해 배터리가 발화 지점인 것으로 분석되었다. 전소되지 않은 배터리를 정밀 분석한 결과, 내부 발화 시 나타나는 용융 흔적과 함께 음극활물질 돌기(Dendrite) 형성이 확인되었다.

4-3. Off-gas: 열폭주의 전조 신호

리튬이온배터리가 열폭주에 이르기 전에 가장 먼저 나타나는 신호는 Off-gas의 방출이다. 배터리 내부에서 열화가 진행되면 전해질이 분해되면서 휘발성 가스가 생성되고, 이 가스가 배터리 외부로 방출된다. Off-gas는 가연성과 독성을 동시에 가지고 있어 화재와 폭발의 직접적 원인이 되기도 하지만, 역설적으로 열폭주 이전의 조기 감지 수단으로 활용될 수 있다.

리튬이온배터리 화재 시 발생하는 Off-gas에는 불화수소(HF) 등 유독 가스가 포함되어 있어, 화재 진압 시 소방관의 건강에도 심각한 위협이 된다. 이는 화재 발생 이후의 진압보다 화재 이전의 예방이 훨씬 중요하다는 것을 의미한다.

4-4. 소화약제의 한계

리튬이온배터리 셀을 사용하는 ESS 화재는 리튬이온배터리 내부의 휘발성 전해질에 의한 B급 화재, 전기시설물이 타는 C급 화재, 리튬 금속에 의한 D급 화재에 모두 해당된다. 이 세 가지 화재 유형을 동시에 충족시키는 완벽한 소화약제는 아직 존재하지 않는다.

이러한 소화약제의 한계는 화재 발생 이후의 진압에 의존하는 기존의 안전 관리 패러다임으로는 ESS 화재를 효과적으로 대응할 수 없음을 보여준다. 화재 발생 이전에 예방할 수 있는 감시·제어 시스템이 절실한 이유가 여기에 있다.

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5. 화재 감시 기술의 진화: Off-gas 감지 시스템

5-1. BMS 한계를 보완하는 새로운 접근

기존 BMS가 전압·전류·온도를 측정하는 것만으로는 화재 예방에 불충분하다는 것이 여러 차례의 화재 사고와 DNV-GL의 조사를 통해 확인되면서, BMS의 한계를 보완할 수 있는 새로운 화재 감시 기술의 필요성이 대두되었다.

현재 가장 주목받고 있는 기술은 Off-gas 센서를 이용한 조기 감지 시스템이다. 이 시스템의 원리는 다음과 같다. 리튬이온배터리가 열화, 품질 불량, 스트레스 등으로 인해 내부 온도가 증가하면 구성 물질이 기화하면서 내부 압력이 상승한다. 배터리가 감당할 수 있는 압력을 벗어나면 기계적으로 약한 부분이 터지거나 찢어지면서 Off-gas가 배출되는데, 이를 센서가 감지하여 해당 랙에 대한 정보를 BMS와 EMS에 각각 전송하고, 배터리 셀의 열폭주가 발생하기 전에 전원을 차단하여 화재를 예방하는 방식이다.

5-2. Off-gas 감지 시스템의 성능 검증

Off-gas 감지 시스템의 성능을 검증하기 위한 시험에서는 표준 i-C4H8 가스를 사용하여 감도와 반응 속도를 측정했다. 실제 ESS 모듈 내부에서 Off-gas가 발생할 경우 30ppm 정도의 작은 변화에도 반응해야 하므로, 10~30 μmol/mol 범위에서 표준 가스를 300 ml/min의 유속으로 흘려 감응도를 시험했다.

시험 결과, 각 농도에 대해 정확하게 반응하는 것이 확인되었다. 반응 속도의 경우, 10ppm에서는 014초, 20ppm에서는 010초, 30ppm에서는 0~5초의 반응 속도가 나타났다. 농도가 올라갈수록 더 빠르게 반응하는 것은 물론, 리튬이온배터리가 열폭주에 이르기 전에 배터리의 전원을 차단할 수 있는 충분한 시간 여유를 확보할 수 있는 수준이었다.

5-3. 통합 안전 관리로의 진화

Off-gas 감지 시스템의 가장 큰 장점은 기존 BMS·EMS와의 통합이 가능하다는 점이다. Off-gas 감지기가 해당 랙의 정보를 BMS와 EMS에 전송하면, BMS는 즉시 해당 셀의 전원을 차단하고, EMS는 전체 시스템의 안전 상태를 재평가하여 추가적인 보호 조치를 취할 수 있다. 이는 개별 부품 단위의 안전 관리에서 시스템 통합 단위의 안전 관리로 진화하는 첫걸음이다.

아울러 정부의 2026년 전력산업기반조성사업 시행계획에는 'ESS 통합관리시스템 구축' 사업에 약 12억 원, '차세대 BESS 고신뢰성 검증 및 안전기술 개발(R&D)'에 약 75억 원, 'LiB 기반 위험성 평가 및 안정성 강화 기술 개발(R&D)'에 약 160억 원, 'AI 기반 분산·예비전력 안전관리 통합 플랫폼 개발 및 실증(R&D)'에 약 94억 원이 배정되어 있다. 이는 정부 차원에서도 ESS 안전 기술 개발에 대한 투자를 본격화하고 있음을 보여준다.

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6. 배터리 안정성 테스트 기술의 현주소

6-1. 고정밀 충방전 테스트 시스템

배터리 안전성 확보의 출발점은 제조 단계에서의 철저한 품질 검증이다. 최근의 배터리 안정성 테스트 기술은 극도로 정밀한 측정을 통해 미세한 결함까지 포착하는 수준에 이르렀다.

최신 충방전 테스트 시스템은 ±0.01% FS의 측정 정확도와 ±0.001% FS의 측정 정밀도를 달성하고 있으며, 24비트 ADC를 채택하여 1μV의 전압 측정 분해능과 0.01μA의 전류 측정 분해능을 제공한다. 하드웨어 내부 전압·전류 샘플링 속도는 1mS에 달해, 일반 배터리 테스트 장비가 보고서 샘플링 속도만 사용하여 주요 데이터를 기록하는 문제를 해결하고 보다 정확한 용량 계산을 제공한다.

6-2. DVA 분석과 배터리 노화 평가

차동 전압 분석(DVA, Differential Voltage Analysis)은 배터리 노화를 평가하는 데 일반적으로 사용되는 방법이다. 기존에는 장비의 정확도와 정밀도가 부족하여 특징적 피크를 식별하기 어려웠고, 알고리즘을 평활화하는 데 상당한 인적 자원이 필요하며 곡선 왜곡의 위험도 존재했다. 최신 테스트 시스템은 테스트 전반에 걸쳐 안정적인 전체 범위 전류 출력을 제공하여 DVA 곡선에서 명확하게 식별 가능한 특성 피크를 얻을 수 있게 했다.

6-3. 국제 시험 표준과의 호환성

최신 배터리 테스트 시스템은 USABC, IEC, GB/T 등 다양한 국제 테스트 표준에 대한 적합성 테스트를 지원한다. C 레이트, OCV-SOC, Q%, 파형 시뮬레이션 및 챔버 제어 모드를 결합하여 제품 개발, 품질 관리, 특성 연구, 주기 수명 검사, 제품 선별, 품질 평가에 이르기까지 전 과정을 포괄한다.

특히 DUT의 온도, 전압, 압력을 실시간으로 측정하고 고급 차단 및 보호 조건 역할을 할 수 있는 고정밀 다기능 데이터 로거가 통합되어 있으며, 소프트웨어·하드웨어 감지, 장비 이상 모니터링, 선택적 독립 릴레이 하드웨어 감지 등 세 가지 안전 메커니즘을 제공하여 테스트 과정에서의 안전까지 확보하고 있다.

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7. 국제 배터리 안전인증 체계 비교

7-1. CB 인증: 50개국 이상의 상호 인정 체계

CB 인증(CB Scheme)은 IECEE(International Electrotechnical Commission for Electrical Equipment)가 운영하는 국제 적합성 평가 시스템으로, IEC 표준을 기반으로 한다. CB 인증을 받으면 50개국 이상의 국가 인증 기관(NCB)에서 인정하는 CB 시험 인증서를 발급받을 수 있어, 중복 시험을 줄이고 규정 준수를 가속화할 수 있다.

CB 인증의 핵심 표준은 IEC 62133-2:2017이며, 리튬 이온 및 리튬 폴리머 화학 물질을 사용하는 휴대용 밀폐형 2차 전지 및 배터리를 포괄한다. 시험 항목은 과충전, 외부 단락, 강제 방전 등 전기 안전 시험, 진동, 압착, 자유낙하 등 기계적 안전 시험, 온도 순환, 저압, 일정한 습열 등 환경 적응성 시험, 그리고 130℃ 이상의 고온 노출 등 열 남용 시험으로 구성된다.

다만 CB 인증은 제품 안전에 초점을 맞추고 있으며, 운송 안전은 별도의 인증이 필요하다는 점에 유의해야 한다.

7-2. IEC 62133 표준: 휴대용 배터리의 안전 기준

IEC 62133은 휴대용 전자기기에 사용되는 충전식 리튬이온 배터리에 대한 국제 안전 표준이다. 이 표준은 과충전, 과방전, 단락, 열폭주 등의 위험을 다루며, 가전제품, IT 장비, 실험 기기, 의료 장비에 사용되는 밀봉형 2차 전지와 배터리에 적용된다.

IEC 62133은 두 가지 주요 버전으로 구성된다. IEC 62133 제2판과 IEC 62133-2 제1판이 그것이며, 화학적 구성 요소와 테스트 조건에서 서로 차이가 있다. EU는 2021년부터 새로운 휴대용 리튬이온 배터리에 대해 IEC 62133-2를 의무화했다.

CB 인증과 IEC 인증의 관계를 명확히 이해할 필요가 있다. CB 인증은 IEC 표준에 기반한 국제적으로 인정받는 적합성 평가 시스템으로, IEC 62133에 따라 배터리를 한 번 시험하면 CB 인증을 통해 여러 국가에서 인정받을 수 있다. 반면 IEC 인증만으로는 상호 인정을 받을 수 없다.

7-3. UL 인증: 북미 시장의 관문

UL(Underwriters Laboratories) 인증은 북미 지역에서 리튬 배터리 안전을 위해 사실상 필수적이다. UL은 인증 기관이면서 동시에 관련 표준을 만드는 단체로, 'UL Listed', 'UL Recognized Component', 'UL Certified' 마크를 통해 전기, 기계, 열 안전 표준의 준수를 나타낸다.

ESS 분야와 관련된 주요 UL 표준을 정리하면 다음과 같다.

UL 1973은 고정형 및 동력형 배터리 시스템을 대상으로 하며, 전기 안전, 열 관리, 기계적 내구성, 화학적 안전 등을 포괄한다. 에너지 저장 시스템과 지게차 등에 적용된다.

UL 9540A는 열폭주 화재 확산 시험으로, 화재 억제와 화재 확산 완화에 초점을 맞추고 있다.

UL 9540은 에너지 저장 시스템의 통합 안전 평가와 열 관리를 다루며, 전반적인 시스템 안전성을 평가한다.

NFPA 855는 설치 요구 사항으로, 환기, 간격, 위험 완화 등을 규정하여 안전한 설치와 운영을 보장한다.

미국은 UL 인증이 법적으로 강제(mandatory)되는 것은 아니지만, 실질적으로는 반드시 필요하다. 미국 수입업자 입장에서는 제품 안전에 대한 책임이 있는데, 이를 보증받을 수 있는 수단으로 UL 인증이 있는 제품을 요구하기 때문이다. 위험 지역에서 사용하는 방폭 제품, 전자용품 및 전기 구성품, IT 관련 장비, 케이블 및 배관류, 배터리, 신호 및 알람 장비, 소방안전 관련 장비 등은 UL 인증이 없으면 유통 단계부터 취급되지 않는다.

한편 FM(FM Global) 인증은 특히 소방 분야에서 보험 기능까지 포괄하여 제품의 실질적인 성능을 보증하는 것으로 알려져 있으며, 미국 내에서는 UL 인증이든 FM 인증이든 받은 제품은 품질과 내구성에서 동급으로 인식된다.

7-4. UN38.3: 운송 안전의 필수 관문

UN38.3 인증은 리튬 배터리를 항공, 해상, 육로로 운송하기 위해 필수적인 인증이다. 배터리는 고도 시뮬레이션, 열 사이클링, 진동, 충격, 외부 단락, 충격, 과충전, 강제 방전 등 8가지 엄격한 테스트를 통과해야 한다. 이 테스트들은 운송 조건을 시뮬레이션하여, 운송 중 배터리의 누액, 파열, 화재 발생 또는 무결성 저하가 없음을 확인하는 것을 목적으로 한다.

UN38.3은 리튬이온, 리튬폴리머를 포함한 모든 리튬 배터리 유형에 적용된다. 리튬인산철(LFP), NMC, LCO, LMO, LTO, 고체 전지, 리튬 금속 전지 등 화학적 구성에 관계없이 동일하게 적용된다.

7-5. ESS 전용 인증 체계의 글로벌 동향

ESS와 같은 대형 배터리 시스템에 대해서는 배터리 셀 단위의 인증 외에 시스템 통합 단위의 인증이 점차 강화되는 추세다. 미국에서는 UL 9540(ESS 시스템 통합 안전), UL 9540A(열폭주 화재 확산), NFPA 855(설치 기준)으로 이어지는 3단계 안전 체계가 구축되어 있다.

유럽의 경우 CE 인증이 화재 방지, 전자파 차단 등 다층적 기준을 갖추고 있으며, EMC 규격의 경우 CISPR(국제무선간섭특별위원회)을 통해 국제적으로 표준화된 제정 과정을 거친다.

반면 국내 KC 인증 체계의 경우, 배터리 셀·모듈 단위의 인증은 이루어지고 있으나, ESS 시스템 전체의 통합 안전성을 검증하는 체계는 아직 미비한 상태다. 해외 선진 인증 체계와의 정합화가 시급한 과제로 남아 있다.

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8. 국내 인증 제도의 변화: KC 규격의 진화

8-1. KC 62368-1 개정과 HBSE 도입

국내 전자기기 안전 인증 분야에서 가장 큰 변화 중 하나는 KC 62368-1의 도입이다. 이 규격은 기존의 IT 안전 기준(KC 60950-1)과 AV 안전 기준(KC 60065)을 하나로 통합한 것으로, 국제전기기술위원회(IEC)의 IEC 62368-1을 국내에 도입한 것이다.

KC 62368-1의 핵심 변화는 HBSE(Hazard-Based Safety Engineering) 철학의 도입이다. 기존 안전 규격은 사고 발생 후 보완하는 사후 대응적 방식이었지만, 개정된 규격은 설계 단계에서 잠재적 위험을 식별하고 제어하도록 요구한다. 제품 에너지원이 인체에 미치는 영향을 ES1(위험 없음), ES2(주의 필요), ES3(위험)의 세 단계로 구분하고, 각 수준에 맞는 보호 수단을 설계에 반영해야 한다.

배터리 관련 항목의 변화가 특히 두드러진다. 리튬 배터리 내장 제품은 외함(Enclosure) 강성, 과충전, 과방전, 단락 보호 등 이상 상태 제어를 설계 단계에서 반영해야 한다. 충전 어댑터는 출력 전압·전류 기준 재정립과 함께 단락, 과부하, 과열 등 위험 상황에서 안전을 확보할 수 있는 보호 회로 설계가 필수다. USB PD 등 고속충전 제품의 경우 고출력 구간에서 ES2·ES3 수준에 해당할 수 있으므로 ES 레벨 재분류와 추가 시험 적용 여부를 사전에 검토해야 한다.

기존 KC 인증 제품의 경우, 인증 유효기간 내에서 설계 및 적용 조건이 유지되는 경우 현행 인증이 유효하지만, 제품 설계 변경, 부품 교체, 회로 수정, 출력 변경 등이 발생하면 기존 성적서를 그대로 적용하기 어려워진다. 신규 모델 출시나 인증 만료 후 갱신 시에는 KC 62368-1 기준이 적용된다.

8-2. 전기차 배터리 정보 공개 확대

정부는 전기차 배터리 안전관리 강화를 위해 정보 공개 항목을 대폭 확대했다. 기존에는 배터리 용량, 정격전압, 구동전동기, 셀 제조사, 셀 형태, 주요 원료 등 6가지 정보만 제공되었으나, 앞으로는 배터리 제조사, 생산 국가, 제조연월, 제품명 또는 관리번호가 추가되어 총 10가지 정보를 확인할 수 있게 된다.

정보 제공 방식도 개선된다. 기존에는 서면 계약 시 중심으로 제공되던 정보가 판매자 홈페이지, 자동차 매매계약서, 인수증, 정보통신서비스 등 다양한 방식으로 제공될 수 있도록 명확히 규정되었다. 배터리 제조연월의 경우 차량 인도 전까지 제공이 가능하도록 예외 규정도 마련되었다.

8-3. 인증 취소 기준의 강화

가장 주목할 변화는 배터리 안전성 인증 취소 기준의 강화다. 동일한 결함이 일정 기간 내 반복 발생할 경우 인증을 취소할 수 있는 구체적인 기준이 마련되었다. 설계나 제조 결함으로 화재 등 피해가 발생한 경우에는 2회만으로도 인증 취소가 가능하며, 안전에 영향을 미치는 결함은 3회, 기타 결함은 4회 발생 시 취소 대상이 된다.

정보 제공 의무를 위반할 경우 부과되는 과태료도 대폭 강화된다. 미제공뿐 아니라 거짓 정보 제공까지 처벌 대상에 포함되며, 과태료 수준은 위반 횟수에 따라 1회 200만 원, 2회 500만 원, 3회 이상은 최대 1천만 원까지 상향된다.

단순한 정보 표시 오류나 일시적인 경고등 점등과 같은 경미한 결함은 인증 취소 대상에서 제외되어 제도의 합리성도 확보했다. 인증이 취소된 배터리에 대해서는 판매 중지 명령도 가능해져, 시장에서의 안전 확보 조치가 보다 신속하게 이루어질 전망이다.

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9. ESS 사고 사례로 배우는 교훈

9-1. 추가 안전조치의 역설

정부의 안전강화 대책 이후에도 화재가 발생했다는 사실은 충격적이다. 2019년 8월 예산 태양광 ESS 화재는 정부 안전강화 대책 이후 첫 화재였다. SOC를 70%에서 95%로 상향한 지 이틀 만에 화재가 발생했고, LG화학 측이 배터리 셀을 100% 점검 교환하고 PCS 검증까지 완료했음에도 불구하고 화재를 막지 못했다.

2019년 9월 군위 태양광 ESS 화재와 10월 하동 태양광 ESS 화재 모두 추가 안전조치에 대한 안전관리위원회 승인을 받은 상태에서 발생했다. 하동의 경우 승인을 받은 지 단 4일 만에 화재가 발생했다.

이러한 사례들은 기존의 안전조치로는 근본적인 화재 예방이 어렵다는 것을 보여준다. SOC 제한, 정기 점검, 소프트웨어 업그레이드 등의 조치는 화재 위험을 줄일 수는 있지만, 배터리 셀 자체의 결함이나 열화에 의한 화재까지 완전히 예방하기에는 한계가 있다.

9-2. CCTV와 운영 기록의 중요성

여러 화재 사고에서 CCTV와 시스템 운영 기록(EMS)이 화재 원인 규명에 결정적 역할을 했다. 2019년 군위 화재에서는 CCTV와 운영 기록을 통해 배터리가 발화 지점임을 확인했고, 김해 화재에서도 CCTV와 EMS 조사를 통해 배터리가 발화 지점임을 특정했다.

이러한 과학적 원인 규명은 단순히 사고의 원인을 밝히는 것 이상의 의미를 가진다. 정확한 원인 규명이 이루어져야만 근본적인 개선 조치를 마련할 수 있기 때문이다. CCTV와 EMS 기록의 체계적 관리와 보존은 ESS 안전 관리의 필수 요소로 자리매김해야 한다.

9-3. 제조사별 대응의 차이

삼성SDI와 LG화학은 화재 사고 이후 각각不同的한 대응 전략을 취했다. 삼성SDI는 2018년 11월부터 전국 ESS 사업장에 대해 SOC 70% 제한 운영을 권고하고, BMS 소프트웨어 업그레이드를 실시했다. LG화학도 유사한 조치를 취하되, 특히 남경공장 생산 제품과 청주공장 생산 제품을 구분하여 관리하는 모습을 보였다.

그러나 하동 화재(2019.10)에서 청주공장 생산 배터리에서 최초 화재가 발생하면서, 생산 공장별 관리 전략의 유효성에 의문이 제기되었다. 이는 동일 제조사 내에서도 생산 라인과 시기에 따라 배터리의 안전성이 달라질 수 있음을 시사한다.

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10. 결론: 안전한 에너지 저장을 위한 과제

국내 ESS 화재 61건의 기록은 단순한 사고의 나열이 아니라, 에너지 전환 시대의 안전 관리 체계가 얼마나 취약할 수 있는지를 보여주는 경고의 기록이다.

첫째, BMS 중심의 안전 관리 패러다임의 전환이 필요하다. 전압·전류·온도만으로는 셀 내부의 화학적 변화를 충분히 감지할 수 없다. Off-gas 감지 기술과 같은 다중 센서 기반의 통합 감시 시스템으로의 진화가 요구된다. 정부의 2026년 전력산업기반조성사업에 ESS 안전 관련 R&D에 약 340억 원 이상이 배정되어 있는 것은 이 방향의 정책적 의지를 보여준다.

둘째, 부품 인증에서 시스템 인증으로의 확대가 시급하다. 현재 KC 인증 체계는 배터리 셀·모듈 단위에서는 안전성을 검증하지만, BMS·PCS·EMS와의 통합 운전 환경에서의 안전성까지 포괄하지 못한다. 미국의 UL 9540, UL 9540A, NFPA 855로 이어지는 시스템 통합 인증 체계를 벤치마킹할 필요가 있다.

셋째, 국제 인증 체계와의 정합화가 필요하다. CB 인증, IEC 62133, UL 인증, UN38.3 등 글로벌 인증 체계는 각각 제품 안전, 시스템 안전, 운송 안전이라는 서로 다른 차원을 포괄한다. 국내 인증 체계가 이 국제 표준과의 정합성을 확보해야만, 국내 ESS 산업의 글로벌 경쟁력도 함께 강화될 수 있다.

넷째, KC 62368-1에서 도입된 HBSE 철학이 ESS 분야에도 확대 적용되어야 한다. 설계 단계에서 잠재적 위험을 식별하고 제어하는 위험 기반 설계 방식은, 사후 대응적 안전 관리의 한계를 극복할 수 있는 패러다임 전환의 실마리를 제공한다.

다섯째, 정보의 투명성 확보가 필요하다. 정부의 전기차 배터리 정보 공개 확대와 인증 취소 기준 강화는 ESS 분야에도 적용 가능한 원칙이다. 배터리 셀의 제조 이력, 품질 등급, 열화 상태 등 핵심 정보가 투명하게 공개될 때, 사업자와 소비자가 안전한 선택을 할 수 있는 기반이 마련된다.

61건의 화재가 남긴 가장 근본적인 교훈은 하나다. 안전은 사후 진압이 아닌 사전 예방의 영역이며, 이를 위해서는 기술·제도·관리의 삼박자가 맞아떨어져야 한다는 것이다. Off-gas 감지 기술의 발전, 국제 인증 체계와의 정합화, KC 규격의 HBSE 전환, 그리고 정보 투명성의 확보 — 이 네 가지 축이 동시에 작동할 때에만, 우리는 비로소 안전한 에너지 저장 시대를 열 수 있을 것이다.

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참고 자료 및 출처

• 소방청 국가화재정보시스템 — ESS 화재 통계 및 사고 현황
• 산업통상자원부, 「ESS 안전강화대책 및 사고원인조사 결과」 (2019)
• 민관합동 ESS 화재사고원인조사위원회, 화재 원인 조사 보고서 (2019.6)
• DNV-GL, 「국내 ESS 화재 조사 결과 보고서」 (2019.11)
• 「전기용품 및 생활용품 안전관리법」 및 동법 시행규칙
• 「전기용품 및 생활용품 안전관리법」 개정 (2018) — 자율검사제도 도입
• 「자동차관리법 시행령」·「자동차관리법 시행규칙」·「자동차등록규칙」 개정안 — 국토교통부
• 「건전지 등 제품의 안전인증에 관한 고시」 — KC 62619 (산업용 배터리)
• IEC 62368-1 / KC 62368-1 — IT·AV 기기 안전 통합 규격
• IEC 62133-2:2017 — 휴대용 충전식 배터리 안전 표준
• UL 1973, UL 9540A, UL 9540, NFPA 855 — ESS 안전 인증 및 설치 기준
• IECEE CB Scheme — 국제 적합성 평가 제도
• UN38.3 — 리튬 배터리 운송 안전 시험
• 2026년도 전력산업기반조성사업 시행계획 — 기후에너지환경부 공고 제2026-52호
• 정창 외, 「ESS의 안전성 향상을 위한 화재감시시스템에 관한 연구」, 2023년 한국산학기술학회 춘계학술발표논문집
• 한국미래기술교육연구원, 「리튬이차전지 열폭주 방지 및 화재 진압기술 세미나」 (2023)
• LG에너지솔루션, 「ESG REPORT 2024」
• Chroma ATE, 「17010 배터리 안정성 테스트 시스템」 제품 사양서
• Large Battery, 「CB, IEC, UL 및 UN38.3의 주요 차이점」 기술 가이드
• Element Korea, 「KC 62368-1 개정: IT·AV 기기 안전 인증 변화」 분석 자료
• 한국금융신문, 전기차 배터리 정보 공개 확대 관련 보도 (국토교통부 입법예고)
• 전기신문, 리튬이차전지 열폭주 방지 세미나 관련 보도

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