잠수함의 능력은 수중에서 얼마나 오래 머물면서 작전을 수행할 수 있는가에 달려 있다. 기존 재래식 잠수함이 수중에서 오래 있을 수 있도록 하는 가장 큰 기여는 축전지의 에너지 저장 능력이다. 재래식 잠수함에서는 비교적 화재 안전성이 입증된 납축전지를 잠수함 전원으로 활용하여 왔다. 납축전지는 리튬이온전지와 비교하여 에너지 밀도가 낮아 재래식 잠수함의 수중작전 지속능력을 향상시키는 데는 한계가 있다. 오늘날 축전지 기술이 발달함에 따라 재래식 잠수함에 납축전지보다 에너지 밀도가 훨씬 높은 리튬이온전지를 잠수함에 적용하면 수중작전 지속능력을 향상시킬 수 있으나 운용 중에 열 폭주에 의한 화재 위험성을 내포하고 있다. 지난 16년 동안 잠수함 사고사례 조사결과에 따르면 잠수함 내부에서 화재사고가 발생하게 되면 승조원 사망이 가장 많이 발생하였다. 리튬이온전지를 활용하는 ESS 및 전기자동차에서 충전 중 또는 운용 중에 화재 사고사례가 자주 발생하고 있는 점을 고려 시 잠수함에 민수용 리튬이온전지를 그대로 적용하는 것은 잠수함 승조원 안전에 심각한 결과를 초래할 수 있음을 시사한다. 따라서 잠수함에 리튬이온전지를 적용하기 위해서는 별도의 화재 안전성 확보 여부를 체계적으로 확인할 필요가 있다. 본 연구에서는 잠수함에 적용하는 리튬이온전지체계의 화재 안전성을 확보하기 위해 이론적·시험적 방법 적용의 프레임워크를 제안하였다. 리튬이온전지체계 화재 안전성 확보를 위한 프레임워크는 기존 연구자들이 수행한 리튬이온전지의 고장모드 영향분석(FMEA) 사례를 통해 리튬이온전지체계의 구성품 단위 별 고장원인을 찾는 데서 시작한다. 그런 다음 잠수함 운용환경에서 리튬이온전지가 일으킬 수 있는 고장원인을 추론하여 리튬이온전지 구성품 단위별로 결함 트리(Fault Tree, FT)를 작성하였다. FT는 리튬이온전지체계 최상위 화재 사상을 유발시킬 수 있는 하위 사상을 세부적으로 정의하는 방식으로 결함 트리 분석(Fault Tree Analysis, FTA)을 수행하였다. 분석 결과에 따르면 잠수함 적용을 위한 리튬이온전지체계에 화재를 일으킬 수 있는 사상은 총 36개가 있고 어느 한가지 사상이 일어나도 체계 전체의 화재로 이어질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 잠수함에 리튬이온전지를 적용하기 위해서 체계 구성품 단위별로 화재 사상을 일으킬 수 있는 위험요소가 발생하지 않도록 하기 위한 대응설계 방안을 강구할 필요가 있다. 잠수함에 적용하는 리튬이온전지체계의 구성품 중 셀은 전기자동차에서 운용경험을 통하여 안전성이 입증된 모델을 사용하여 모듈을 구성하였다. 잠수함 건조 시 축전지실에 설치하는 최소단위인 모듈에 대해서는 잠수함 운용환경을 고려하여 별도의 안전성 확보를 위한 환경시험 항목을 선정할 필요가 있다. 환경시험 항목은 잠수함 운용 중 일어날 수 있는 심각한 조건하에서 외부단락 시험, 연소시험, 열 노출 시험, 염수침수 시험, 과충방전 시험, 외부 충격시험을 수행하였다. 시험결과를 통하여 잠수함에 적용하고자 하는 리튬이온전지 모듈은 화재 안전성이 확보되고 잠수함 내부의 극한 환경에서도 화재 안전성을 유지하고 있음을 확인하였다. 또한 잠수함에 적용하기 위한 리튬이온전지 안전설계기준을 제시하였고, 각 구성품 단위의 안전설계 방안을 제시함으로써 잠수함에 적용을 위한 리튬이온전지체계가 화재 안전성이 확보되었음을 확인하였다. 본 연구를 통하여 리튬이온전지에 대한 화재 위험요소를 사전에 인지할 수 있는 이론과 시험을 병행한 프레임워크를 제시함으로써 개발자 및 관리자가 선제적 위험관리가 가능하도록 하였다. 또한 화재 안전성이 확보된 리튬이온전지는 잠수함에 적용 가능함을 확인할 수 있었다. 향후에는 안전성과 성능 검증이 끝난 모듈을 집적하여 실제 잠수함에 리튬이온전지체계를 탑재하기 전 육상시험장에서 실장비와 모사장비를 구성하여 안전성과 성능시험을 추가로 수행할 필요가 있다.