무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)는 정전이나 전압 이상 발생 시 관련 장비 및 설비에 일정 시간 동안 전력을 지속적으로 공급해 데이터 손실과 기기 고장을 방지하고, 안정적인 운전 정지가 가능하도록 지원하는 핵심 전원 설비이다. 주로 서버, 의료 장비, PC 등 안정적인 전력 공급이 요구되는 분야에 활용되고 있다.

최근 ESS, EV는 물론 UPS 분야에서도 배터리 화재가 지속적으로 발생하고 있으며, 이에 대한 명확한 원인 규명과 근본적인 해결 방안 마련이 요구되고 있다. 2025년에는 국가정보자원관리원 대전 본원에서 발생한 UPS 화재로 95억 원 규모의 물적 복구 비용이 발생했으며, 정부 온라인 민원 서비스를 포함한 700여 개 국가 행정 전산망이 전면 마비되는 대형 재난으로 이어졌다.[1] 또한 2022년에는 SK C&C 판교 데이터센터 화재로 355억 원 규모의 피해가 발생했으며, 서비스 장애 등 간접적인 피해까지 고려하면 실제 피해 규모는 더욱 확대될 수 있다.[2]

연축전지를 적용한 UPS에서도 화재 사례가 지속적으로 보고되고 있다. 최근에는 대전 지역 음료 제조 공장에서 UPS 화재가 발생했으며, 2018년부터 2022년까지 연평균 10.8건이었던 연축전지 관련 화재 발생 건수 대비 약 40% 증가한 것으로 나타났다.[3, 4]

본고에서는 화재가 발생한 UPS 배터리의 상태 점검과 분석을 통해 화재 원인을 규명하고, 향후 배터리를 보다 안전하게 운영하기 위한 관리 방안과 필요한 계측 기술에 대해 살펴보고자 한다. 화재 발생 장소와 제품명 등 민감한 정보는 제외하고, 관련 기술 개발과 안전성 향상에 기여할 수 있는 기술적 내용 중심으로 공유하고자 한다.

UPS 장치 내역

해당 장치는 통신용 UPS로, 그림 1과 같이 배터리, 컨버터, 인버터, 무정전 절체 스위치 및 정비용 바이패스 스위치로 구성되어 있다.

적용된 배터리는 12V, 100Ah, 16셀 구성의 무보수 밀폐형 연축전지이며, 배터리 규격 및 운영 설정값은 표 1과 표 2에 정리하였다.

평상시 배터리는 안정적인 운전 상태를 유지하도록 설정되어 운영되고 있었다. 당시 배터리 충전전압 설정값은 215V였으며, 측정된 배터리 전압은 211V, 부동 충전 전류는 0.5A였다.

화재는 2026년 3월 맑은 날 주간 시간대에 발생하였다. 해당 UPS 장치는 총 16개의 배터리로 구성되었으며, 12번 배터리에서 최초 화재가 발생한 이후 인접한 7대의 배터리로 화재가 확대되었다. 이후 화재감지기가 작동되었고, 소방서 출동 후 진화가 완료되었다. 화재감지 시스템은 UPS 장치 랙 상부 천장에 연기 감지기와 온도 감지기를 설치하여 운영하고 있으며, 온도감지기의 동작 설정 온도는 60℃이다.

화재 후 폐배터리 분석

먼저 외관 검사를 통해 배터리의 손상 여부를 확인하였으며, 검사 결과는 표 3과 같다. 표 3은 UPS실 내 랙에 설치된 배터리 배열 순서와 동일하게 구성하였고, 손상 상태는 화재(♨), 케이스 파열(▲), 케이스 부품(Swelling, ●)으로 구분하였다. 검사 결과 화재가 발생한 배터리는 8대, 케이스 파열은 6대, 케이스 부품 변형은 2대로 확인되었다.

일반적으로 배터리 온도가 상승할 경우 전극 부위의 온도가 먼저 증가하는 특성을 보이는데, 이번 화재 사례에서는 배터리 연결 케이블 단자의 열수축 튜브 손상은 확인되지 않았다.

전압 및 내부 저항을 측정하였으며, 정상 범위는 전압 10.8~13.3V, 내부 저항은 기준값(4.8 mΩ)의 200% 이하로 설정하였다.

표 6과 표 7의 화재 발생 이전 측정 결과를 분석한 결과, 일부 배터리는 내부 저항이 운영 기준값인 200% 수준에 도달하여 교체가 필요한 상태였으나 적기에 교체가 이루어지지 못한 것으로 판단된다. 7번 배터리의 내부 저항은 정상 기준값 대비 197.41%로 측정되었으며, 9번과 10번 배터리는 각각 674.26% 및 9.31V의 전압 이상값을 나타냈다. 그 외 배터리 역시 내부 저항이 기준값인 200%를 소폭 초과한 상태로 확인되었다.

화재 발생 이후 측정 결과에서는 배터리 전압과 내부 저항이 정상 범위를 크게 벗어나 비정상적으로 변화한 상태임을 확인할 수 있었다. 또한 표 6과 표 7은 화재 발생 약 1개월 전에 측정된 결과로, 이미 전체 셀에서 열화가 진행되어 배터리 교체가 필요한 상태였음을 확인할 수 있다. 그림 2와 같이 배터리 내부 셀 상태를 점검하였다.

상태가 가장 양호한 배터리 #5와 화재가 발생한 #12를 대상으로 내부 상태를 비교 분석하였다. 해당 UPS 배터리 팩 1대는 6개의 배터리를 직렬로 연결하여 구성되며, 각각의 배터리는 내부에 6개의 셀을 병렬로 연결한 구조로 운영된다.

각 셀은 양극 활물질인 흑색 이산화납(PbO2), 음극 활물질인 회색 해면상납(Pb), 전해액인 묽은 황산(H2SO4)으로 구성되며, 양극과 음극 사이에는 백색 유리섬유 격리판이 배치되어 있다.

그림 2와 같이 내부 6개 셀의 양극은 격자 구조가 손상되어 일부가 파손된 상태였으며, 음극은 단단한 판 형태로 성장하면서 변형되어 배터리 케이스 내부를 압박하고 있었다. 또한 양극 일부 활물질은 탈락하여 내부 단락을 유발할 가능성이 있는 상태였으며, 음극은 장기간 충·방전 반복 과정과 노후화에 따른 부피 증가로 인해 성장 및 변형된 것으로 확인되었다.

장기간 반복되는 충·방전 과정에서 활물질이 황산납(PbSO4)으로 변환되면서 발생하는 부피 팽창은 전극 변형의 주요 원인으로 판단된다. 양극의 이산화납(PbO2)과 음극의 해면상납(Sponge Pb)이 황산납(PbSO4)으로 변화하는 과정에서 분자 부피가 증가한다. 이론적으로 양극은 약 90% (25.5 ㎤/mol → 48.9 ㎤/mol), 음극은 약 160% (18.3 ㎤/mol → 48.2 ㎤/mol)까지 증가하는 것으로 알려져 있다. 다만 실제 증가량은 전극의 기공 구조와 활물질 특성에 따라 달라질 수 있다.

전극이 황산납으로 비가역적인 변화를 지속적으로 겪게 되면 극판 내부의 격자(grid) 구조가 팽창 응력을 견디지 못하고, 전극판이 휘거나 성장하는 그리드 성장(grid growth) 현상이 발생한다. 특히 음극에서 부피 팽창 현상이 두드러지게 나타난다.[5]

이러한 전극 변형은 배터리 성능 저하뿐만 아니라 활물질 탈락·내부 단락·케이스 파손에 따른 전해질 누출로 이어질 수 있으며, 최종적으로 배터리 화재 발생의 원인이 될 수 있다.

[참고문헌]

[1] 「‘국정자원 화재’ 한 달… 먹통 여전한 정부 시스템 179개」, 한겨레신문, 2025.10.26.

[2] 「‘카카오톡 먹통’ SK 판교 데이터센터 화재 반년… 운도 못 뗀 책임·배상 논의」, 아주경제신문, 2023.3.30.

[3] 「대전 음료 제조공장 UPS 배터리에서 화재」, 소방방재신문, 2026.3.18.

[4] 「‘UPS 화재’ 2년 새 30건 폭증… ‘카톡 사태’ 학습효과 없었다」, MTN 뉴스, 2025.10.3.

[5] Electrochemical Systems, Wiley, 2004. Handbook of Batteries, McGraw-Hill, 2001.

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