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빅데이터 활용한 미래 핵심 전력설비로 개발: 한전은 2014년 세계 최초로 전력망에 연계하여 상업운전하는 주파수 조정용 ESS를 시작으로 총 376MW의 ESS를 운영하며 계통운영 환경 변화에 적극적으로 대응해왔다.
그러나 ESS가 급격히 보급되는 과정에서 운영 기술의 성숙도가 충분하지 못하여 여러 문제점이 발생했다. 특히 2025년 6월까지 국내에서 총 58건의 ESS 화재 사고가 발생하면서, 리튬 이온배터리의 화재 위험성이 크게 드러났다.
이러한 사고들로 인해 주파수 조정용 ESS의 운영이 일시 정지되기도 했으며, 정부는 세 차례의 화재 조사 위원회를 구성하여 원인 조사 및 개선 방안을 도출하려 했으나, 근본적인 원인과 해결책은 명확히 제시되지 못했다.
일련의 상황은 ESS 산업 전반에 대한 신뢰를 저해하고, 재생에너지 확대에 필수적인 ESS 보급을 지연시키는 결과를 초래했다. 기존 제조사 중심의 배터리 관리 시스템으로는 화재의 근본 원인인 배터리 셀 내부 단락, 과충전, 냉각 시스템 결함 등 다양한 위험 요소를 사전에 정확히 파악하고 열폭주(Thermal Runaway)를 예방하는 데 한계가 있었다. 안전성 문제에 직면한 한전은 제조사의 해결 방안을 기다리지 않고, 사용자 입장에서 문제를 해결할 수 있는 독자적인 기술 개발에 착수했다. 이는 단순히 사고를 수습하는 것을 넘어, 장기적 관점에서 배터리를 미래의 핵심 전력 설비로 보고 안전과 수명 관리를 동시에 만족시킬 수 있는 기술을 확보하려는 전략적 판단이었다.
이같은 배경에서 한전은 2020년 재생에너지 확대에 대비한 1GW 계통안정화용 ESS(KG-ESS) 추가 사업을 계획하면서, 설비의 안전한 운영을 위해 한전 전용의 실시간 배터리 진단 기술인 ‘지능형 배터리 열화관리 시스템(Battery Intelligence Management System)’ 연구개발 계획을 동시에 수립했다.

배터리 데이터를 실시간 분석해 진단 관리하는 BiMS: 지능형 배터리 열화관리 시스템(이하 BiMS)은 기존의 단편적인 제조사 중심 진단에서 벗어나, 운영자 중심의 입체적인 진단을 통해 배터리의 정확한 상태를 실시간으로 모니터링하고 이상 징후를 조기에 탐지하여 사고를 예방하는 것을 목표로 개발되었다. 또한, 배터리 수명 보증 종료 후 축적된 진단 데이터를 활용하여 재사용 및 재활용 영역까지 고려하는 포괄적인 접근 방식을 취하고 있다.
BiMS는 리튬이온배터리의 전압, 전류, 온도 데이터를 실시간으로 분석하여 배터리의 상태를 정밀하게 진단하고 관리하는 첨단 기술이다. 이 시스템의 핵심 목표는 화재 위험을 사전에 예방하고, ESS 설비의 안정적인 운영을 보장하며, 궁극적으로 배터리 수명을 연장하는 것이다.
BiMS는 Modbus 통신을 활용하여 56MW ESS 기준으로 약 15만 개의 배터리 셀 데이터를 실시간으로 수신한다. 이 방대한 데이터는 별도의 서버에 저장되며, BiMS는 현장 환경 요인까지 정교하게 고려한 배터리 모델을 적용하여 배터리 열화 경향을 분석하고 그 결과를 시각적으로 제공한다. 중요한 점은 BiMS가 ESS 자동제어시스템에 직접 관여하지 않는다는 것이다. BiMS는 별도의 연산 서버와 모니터링 서비스를 제공함으로써 기존 시스템 운영의 안정성에 영향을 미치지 않도록 설계되었다. 이는 BiMS가 기존 설비에 대한 영향을 최소화하면서도 독립적인 검증 계층 역할을 수행할 수 있게 하여, 시스템 통합의 복잡성과 운영 중단 위험을 줄이는 데 기여한다. 이러한 설계는 신규 기술 도입에 대한 운영자의 부담을 경감시키고, 기존 시스템의 안정성을 유지하면서도 추가적인 안전 및 효율성 확보를 가능하게 한다.

<BiMS의 핵심 기능>

정밀한 진단으로 최적의 운영과 성능관리, 수명예측 기능: BiMS는 운영자의 의사결정을 지원하는 보조 서비스 기능을 제공한다. 이를 통해 ESS 설비 운영자는 배터리 교체 시기를 정확하게 예측하고, 필요시 최적의 유지보수 계획을 수립할 수 있다. 배터리 내부 상태는 직접 개봉하기 전까지는 정확히 알 수 없는 ‘블랙박스’와 같다는 점을 고려하여, BiMS는 배터리 관리 시스템, 열화 셀 검출 시스템, 배터리 수명예측 시스템 등 세 가지 핵심 기능을 통해 배터리의 상태를 진단하고 관리한다.

배터리 관리 시스템:

이 시스템은 배터리의 충전, 열화, 스트레스 상태를 실시간으로 추정한다. 한전은 오랜 실험과 연구를 통해 가상의 배터리 모델을 구축하기 위한 다수의 파라미터를 확보했다. BiMS에 구축된 배터리 모델은 ESS로부터 제공되는 전류, 전압, 온도 데이터를 활용하여 배터리 상태 및 스트레스 추정 결과를 도출한다. 이 기능은 초당 1회 주기로 작동하며 95% 이상의 정확도를 제공한다. 이러한 실시간, 고정밀 진단 능력은 기존의 임계값 기반 알람을 넘어선, 인공지능 및 머신러닝 기반의 데이터 중심 예측 유지보수로의 전환을 의미한다. 이는 복잡한 시스템 진단에서 AI/ML의 활용이 확대되는 광범위한 경향을 반영하며, 단순한 경고를 넘어선 심층적인 진단 정보를 제공할 예정이다.
열화 셀 검출 시스템:

ESS의 특성상 단 하나의 배터리 이상으로도 설비 전체 사고가 발생할 수 있다는 점을 반영하여, 이 시스템은 시스템의 최소 단위인 셀 단위로 이상이 의심되는 배터리의 위치와 열화도를 진단한다. 하루 단위로 구분되는 ESS 운영 이력을 기반으로, 운전 중 가장 큰 과전압과 높은 온도를 가진 셀의 위치값을 기록하고 누적된 통계 데이터로 열화 셀의 위험 레벨을 분석한다. 셀 단위에서의 이상 징후를 감지하는 이러한 세분화된 접근 방식은 연쇄적인 고장으로 이어질 수 있는 초기 문제를 식별하는 데 결정적인 역할을 한다. 이는 ESS 안전관리의 새로운 기준을 제시하며, 잠재적 위험을 조기에 차단하여 대규모 사고를 예방하는 데 기여한다.
배터리 수명예측 시스템:

이 기능은 설비의 정기 검사 또는 특정 조건 만족 시 작동하는 정밀 진단 기능이다. 한전이 개발한 시험법을 통해 15만 개 단위의 배터리 열화 상태를 단시간 내에 측정할 수 있으며, 이를 기반으로 배터리의 출력 성능과 잔여 수명을 예측할 수 있다. 또한 단시간 펄스 기법을 활용한 수명 예측과 자동 보고서 작성 기능을 포함한다. 이러한 예측 능력은 운영자가 ‘적시’에 유지보수 또는 교체 결정을 내릴 수 있도록 지원하여, 운영 비용을 절감하고 자산 가치를 극대화하는 데 중요한 역할을 한다.

현장의 미세징후까지 포착, 시스템 안정성과 효율성 향상: BiMS는 한전이 운영하는 에너지저장장치(ESS)에 광범위하게 적용되어 그 효과를 입증하고 있다. 현재 BiMS는 한전이 2014년 시작 이후 현재까지 총 1,404MW로 확대한 ESS 중 1,052MW에 적용되어 운영되고 있다. 구체적으로, 한전의 계통 안정화용 ESS(Grid-ESS) 6개 사이트(총 978MW)와 주파수 조정용 ESS(FR-ESS) 2개 사이트(총 74MW)에 적용이 완료되었다. 현장에 설치된 BiMS는 계통용 설비의 운영 환경을 고려하여 배터리 상태를 보다 정확하게 진단하고 있으며, 자산 관리 계획 수립을 위한 배터리 수명 정보를 데이터베이스에 저장하고 있다.
BiMS의 적용 결과, 기존 제조사 배터리관리시스템으로는 확인하기 어려웠던 진단 알고리즘 오류와 잠재 위험 셀을 검출하는 등 취약점을 개선하는 괄목할 만한 성과를 거두었다. 이는 BiMS가 단순히 데이터를 모니터링하는 것을 넘어, 실제 운영 환경에서 발생할 수 있는 미세한 이상 징후까지 포착하여 시스템의 안정성을 실질적으로 향상시켰음을 의미한다.

안정적인 운영 및 운영 효율성 증대:

BiMS는 배터리의 충전, 열화, 스트레스 상태를 실시간으로 추정하고, 열화 셀의 위치와 열화도를 정확히 진단함으로써 운영자가 설비 운영에 대한 신뢰도를 높일 수 있도록 지원한다. BiMS는 기존 ESS 자동제어시스템에 영향을 미치지 않는 독립적인 모니터링 서비스를 제공하여, 시스템 운영의 안정성을 해치지 않으면서도 추가적인 진단 정보를 제공한다. 이는 운영자가 배터리 교체 시기를 정확하게 예측하고 최적의 유지보수 계획을 수립할 수 있도록 돕는다. 이러한 정밀한 진단과 예측은 ESS의 가동 중단 시간을 최소화하고, 전력 계통의 안정성을 유지하는 데 필수적이다.
배터리 수명 연장 및 자산 활용 최적화:

BiMS는 배터리 수명 예측 시스템을 통해 15만 개 배터리 유닛의 열화 상태를 단시간 내에 측정하고 출력 성능 및 잔여 수명을 예측한다.
이를 통해 운영자는 배터리 교체 시기를 정확히 예측하고 최적의 유지보수 계획을 수립하여 배터리의 운영 수명을 연장할 수 있다. 더 나아가, 한전은 성능 보증 기간이 종료된 ESS의 정밀 진단 및 관리 대책 수립을 통해 ESS의 재사용 및 수명 연장 기술 개발을 계획하고 있다. 10년 이상 가동된 신용인, 신계룡 24MW ESS와 같은 노후 설비를 폐기하는 대신, 저출력·장주기용 ESS로 용도 변경하거나 모듈 상태 등급에 따른 선별 재조립 등 신기술 개발 및 현장 검증을 통해 ESS 산업의 새로운 가치를 창출하고자 한다. 이러한 접근 방식은 ESS 자산의 경제적 가치를 극대화하고, 자원 효율성을 높여 에너지 저장 분야의 순환 경제 모델을 선도하는 중요한 의미를 가진다.
운영자 의사결정 지원 강화:

BiMS는 운영자에게 ‘배터리의 정확한 현재 상태’와 ‘열화 셀 분석 결과’라는 두 가지 핵심 정보를 시각화하여 제공한다. 운영자는 이 정보를 바탕으로 충/방전 스케줄 및 정비 계획을 수립할 수 있으며, 이는 운영의 효율성과 안전성을 동시에 향상시키는 데 기여한다. 이러한 정보 제공 방식은 운영자가 복잡한 배터리 시스템의 상태를 직관적으로 이해하고, 데이터 기반의 합리적인 의사결정을 내릴 수 있도록 돕는다.

기술의 고도화와 지속적인 확장을 위하여: 현재 현장에서 축적되는 실증 데이터와 함께 BiMS 기술의 고도화가 지속적으로 이루어질 예정이다. 또한, 2028년까지 건설 예정인 5개 사이트(총 300MW)에도 BiMS 도입이 확정된 상황이다. 이러한 지속적인 확장은 BiMS가 한전의 ESS 운영에 필수적인 핵심 기술로 확고히 자리매김하고 있음을 보여준다.
이처럼 광범위하게 적용되고 입증된 성과는 BiMS가 단순한 연구 개발 단계를 넘어 실제 산업 현장에서 가치있음을 증명한다. 한전의 대규모 내부 적용과 민간 시범 적용은 BiMS가 국내 ESS 안전관리의 표준으로 자리 잡는 데 중요한 발판을 마련하고 있다.

일본 치토세 태양광 ESS에 BiMS 적용, 해외시장 진출 교두보 마련: 해외 시장 진출은 BiMS 사업화의 핵심 축이다. 한전은 자사가 지분을 보유한 일본 치토세 태양광 ESS에 BiMS를 성공적으로 적용하며, 해외 자산 운영 효율성 제고와 기술 수출의 시너지를 동시에 달성하고 있다. 이번 사례는 단순한 기술 실증을 넘어, 사업 공동주주와 대주단 등 현지 이해관계자로부터 기술력과 효용성을 공식적으로 인정 받은 첫 해외 적용 성과로 평가된다.
이를 통해 한전은 해외 신재생 발전소의 안정적 운영뿐 아니라, ESS 설비의 안전성과 유지보수 효율성을 한층 향상시킬 것으로 기대된다. 나아가, 실제 해외 자산에 직접 도입된 검증된 기술이라는 신뢰를 바탕으로, 향후 글로벌 ESS 시장에서 한전형 스마트 에너지 솔루션의 확산을 이끌 전략적 교두보를 확보했다.

<BiMS 적용 현황 및 계획>

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지능형 배터리 열화관리 시스템(BiMS) 에너지저장장치(ESS)의 안전성과 효율성 높인다

지능형 배터리 열화관리 시스템(BiMS)
에너지저장장치(ESS)의 안전성과 효율성 높인다