CN111295586B - 用于实时分析二次电池内产生的气体的腔室和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于实时分析二次电池内产生的气体的腔室和系统，更具体地，涉及一种能够在直接将热量施加于二次电池的同时调节温度的用于实时分析二次电池内产生的气体的腔室和系统。

Description

用于实时分析二次电池内产生的气体的腔室和系统
技术领域
本申请要求于2018年6月7日提交的韩国专利申请第10-2018-0065250号和于2018年10月30日提交的韩国专利申请第10-2018-0130857号的优先权权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室和系统，更具体地，涉及一种将热量在控制下直接施加到二次电池的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室和系统。
背景技术
通常，二次电池是可以通过将化学能转化为电能的放电过程以及反向的充电过程来反复使用的电池。具有诸如对产品组的高应用能力和高能量密度的电特性的二次电池通常在由电驱动源驱动的电动车辆(EV，electric vehicles)或混合动力车辆(HV,hybridvehicles)以及便携式装置中使用。
在收集和分析二次电池中产生的气体时，在二次电池的工作期间产生各种气体。关于二次电池中产生的气体的组成和含量的信息可以用于开发电池材料、优化电池制造工艺以及识别电池故障的原因。
然而，在用于分析二次电池中产生的气体的常规腔室中，为了根据电池中的温度差进行气体产生分析，该腔室用诸如烤箱的外部加热装置加热，整个腔室可以被包括在诸如烤箱的外部加热装置中以升高该腔室的温度，从而升高腔室中电池的温度。这种常规的腔室的局限性在于，不能在研究电池的高温特性时直接对电池施加温度以分析电池中产生的气体。不利之处在于，由于无法直接加热电池，因此无法对电池施加所需的准确温度。另外，由于腔室材料的特定的热特性，需要长升温时间。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在解决上述问题。本发明的目的是提供一种用于实时分析的腔室，在该腔室中，执行腔室的基本作用，将温度直接施加于电池，并且控制要施加于电池的温度。
技术方案
根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室包括：
第一壳体，所述第一壳体是绝缘的，其中，二次电池安装在被所述第一壳体包围的内部空间中；
第二壳体，所述第二壳体是导热的并且包围所述第一壳体；
入口和出口，所述入口用于将产生诱导介质流(flow of an induction medium)的泵模块连接到所述腔室中，所述出口用于连接分析模块，所述分析模块用于通过所述诱导介质流来分析二次电池中产生的气体；
温度传感器，所述温度传感器用于检测二次电池的温度或腔室内的温度；以及
加热构件，所述加热构件用于对二次电池进行加热，其中，所述加热构件插入所述第二壳体中。
另外，根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的系统包括：
腔室，所述腔室用于实时分析二次电池中产生的气体；
泵模块，所述泵模块用于产生流入腔室中的诱导介质流；
分析模块，所述分析模块用于分析通过诱导介质流而从腔室被引入的在二次电池中产生的气体；以及
温度控制模块，所述温度控制模块用于实时控制通过温度传感器测量二次电池的温度或腔室内的温度、以及通过加热构件对二次电池加热到所需温度，
其中，温度传感器和加热构件分别连接到温度控制模块。
有益效果
在根据本发明的腔室中，可以执行用于实时气体分析的腔室的基本作用，除此以外，可以将温度直接施加于二次电池并且可以控制施加于二次电池的温度。因此，可以根据电池的温度特性来精确地分析产生的气体的组成和相对量变化。另外，具有可以用于针对二次电池的高温特性来分析二次电池中产生的气体的优点。另外，通过改善由于常规腔室材料的特定的热特性而需要长升温时间的情况，可以通过将热量直接施加于二次电池来在短时间内(例如，几秒钟内)升高二次电池的温度。因此，具有快速且有效地分析二次电池中产生的气体的优点。
附图说明
图1和图2是用于实时分析二次电池中产生的气体的系统10的示意图，示意图分别示出了安装有二次电池20的情况和未安装二次电池20的情况，该系统10包括根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室100。
图3是图1的用于分析二次电池中产生的气体的腔室100的示意性外部立体图。
图4a和图4b分别是示意性地示出图1的用于分析二次电池中产生的气体的腔室100的内部的主视图和立体图。
具体实施方式
根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室包括：
第一壳体，所述第一壳体是绝缘的，其中，二次电池安装在被所述第一壳体包围的内部空间中；
第二壳体，所述第二壳体是导热的并且包围所述第一壳体；
入口和出口，所述入口用于将用于产生诱导介质流的泵模块连接到所述腔室中，所述出口用于连接分析模块，所述分析模块用于通过所述诱导介质流来分析二次电池中产生的气体；
温度传感器，所述温度传感器用于检测二次电池的温度或腔室内的温度；以及
加热构件，所述加热构件用于对二次电池进行加热，其中，所述加热构件插入所述第二壳体中。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，加热构件可以具有杆状。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，第一壳体可以由聚四氟乙烯、胶木或橡胶制成，第二壳体可以由不锈钢、铜或铝制成，加热构件可以由镍、铬或铝制成。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，腔室可以还包括充放电端子，所述充放电端子用于与二次电池的电极接触以使充放电模块能够对二次电池进行充放电，其中，充放电模块电连接到二次电池的电极以驱动二次电池的充放电。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，温度传感器的一端可以位于靠近二次电池的位置或者与二次电池接触以测量二次电池的温度。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，腔室可以具有至少两个加热构件，并且加热构件可以插入第二壳体的一个表面中，其中，加热构件中的一个可以插入第二壳体的一个表面的上部中，而加热构件中的另一个可以插入第二壳体的一个表面的下部中。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，腔室可以具有至少两个加热构件，并且一部分加热构件可以插入第二壳体的两个相对表面中的任一个表面中，而其他的加热构件可以插入第二壳体的两个相对表面中的另一个表面中。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，腔室可以包括：腔室主体，所述腔室主体为长方体形状并且具有开放的一个表面；和腔室盖，所述腔室盖耦接到腔室主体的开放的一个表面，其中，腔室主体和腔室盖可以组合而形成安装二次电池的空间，并且加热构件可以插入到腔室主体的第二壳体中。
另外，在根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室中，腔室可以具有多个加热构件，一部分加热构件可以插入腔室主体的第二壳体中，其他的加热构件可以插入到腔室盖的第二壳体中。
另外，根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的系统包括：
腔室，所述腔室用于实时分析二次电池中产生的气体；
泵模块，所述泵模块用于向腔室产生诱导介质流；
分析模块，所述分析模块用于分析通过诱导介质流而从腔室被引入的在二次电池中产生的气体；以及
温度控制模块，所述温度控制模块用于通过温度传感器测量二次电池的温度或腔室内的温度，并且用于将通过加热构件施加于二次电池的温度实时控制至所需温度，
其中，温度传感器和加热构件分别连接到温度控制模块。
根据本发明的用于实时分析二次电池中产生的气体的系统可以进一步包括充电和放电模块，所述充电和放电模块电连接到二次电池的电极以驱动二次电池的充放电。
实施方式
在下文中，将详细描述根据本发明的实施例的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室。附图示出了本发明的示例性形式，其被提供来更详细地说明本发明，并且本发明的技术范围不限于此。
另外，不论图形符号如何，将赋予相同或相应的部件以相同的附图标记，并且将省略其冗余描述，并且为了便于描述，所示的每个部件的尺寸和形状可以放大或缩小。
图1是根据本发明的用于分析二次电池中产生的气体的系统10的示意图，该系统10包括用于分析二次电池中产生的气体的腔室100。图2示出了在图1的包括用于分析二次电池中产生的气体的腔室100的用于分析二次电池中产生的气体的系统10中未安装二次电池20的情况。
首先，参照图1，用于实时分析二次电池中产生的气体的系统10包括安装有二次电池20的腔室100、泵模块210以及分析模块220。
二次电池20可以是罐型(柱形、方形等)、袋型或纽扣电池型二次电池。二次电池20可以通过活性材料、金属板和电解质等的电化学反应被充电或放电。在这种充电或放电驱动的过程中，由于内部电化学反应可能产生内部气体。
二次电池20可以安装在腔室100中。腔室100可以具有双重结构，即，第一壳体100a以及包围第一壳体100a的第二壳体100b。二次电池20可以安装在被第一壳体100a包围的空间中。
第一壳体100a可以由例如聚四氟乙烯、胶木或橡胶的绝缘材料形成。因此，可以防止电经由与二次电池20的端子接触的充放电端子130以外的部件直接流向二次电池20。第二壳体100b可以由导热材料形成，例如，诸如不锈钢、铜或铝的金属材料。第一壳体100a和第二壳体100b可以一体地形成或者可以彼此分离。
另外，如图3所示，这种腔室100可以由分离的并彼此耦接的腔室主体101和腔室盖102组成。换句话说，例如，腔室主体101可以设置成长方体形状并且具有开放的前部，并且腔室盖102可以设置成遮蔽腔室主体101的开口。当腔室主体101和腔室盖102耦接时，如上所述，腔室主体101和腔室盖102可以形成为具有安装二次电池20的第一壳体100a以及包围第一壳体100a的第二壳体100b的结构。
更具体地，腔室主体101可以具有双重结构，即，安装二次电池20并且具有开放的前部的第一壳体100a、以及包围第一壳体100a并且类似地具有开放的前部的第二壳体100b。如腔室主体101那样，腔室盖102可以具有双重结构，即，覆盖腔室主体101的第一壳体100a的腔室盖的第一壳体100a、以及覆盖腔室主体101的第二壳体100b的腔室盖的第二壳体100b。
腔室主体101和腔室盖102可以通过诸如固定销、螺钉和螺栓的固定装置被紧密地耦接。腔室主体101与腔室盖102之间的接触表面可以进一步包括用于在腔室主体101和腔室盖102彼此耦接时进行密封的诸如O型圈的密封构件。
腔室100设置有入口110和出口120，可以通过入口110连接泵模块210，可以通过出口120连接分析模块220。
参照图1，泵模块210将包括惰性气体等的诱导介质通过设置在腔室100中的入口110引入到腔室100中。泵模块210包括用于使气体介质移动的装置，例如质量流量计(MFC：Mass flow meter)等。泵模块210经由诱导管(induction pipe)连接到入口110，使得能够产生气流。包含惰性气体等的诱导介质优选由诸如氦气、氮气、氩气等的惰性气体构成。然而，构成诱导介质的气体组成可以根据要检测的二次电池中所产生的气体的组成以及分析二次电池中产生的气体的目的而适当地选择。
通过控制泵模块210中的流速，可以将诱导介质强力地引入到腔室100中，并且，由于腔室100的入口110与出口120之间的压力差，被引入到腔室100中的诱导介质经由出口120离开腔室100。通过诱导介质的这种传递流，二次电池20中产生的气体与介质一起经由出口120被传递到分析模块220。
分析模块220通过诱导管连接到设置于腔室100中的出口120，从而可以产生从设置在腔室100中的出口120排出的气体的移动流。分析模块220可以包括用于过滤诱导介质的过滤器模块221。图1和图2示出了分析模块220通过诱导管连接到腔室100的情况。如果需要，可以将用于收集二次电池中产生的气体的集气管(未示出)连接到出口120，并且在二次电池中产生的气体被收集之后，可以将集气管连接到分析模块220以进行分析。
另外，腔室100可以进一步包括用于与二次电池20的电极接触的充放电端子130，以使充放电模块230对二次电池进行充放电。充放电模块230电连接到二次电池20的电极，以驱动二次电池20的充放电。充放电模块230包括电源单元、负载单元和开关电路。电源单元调节电压和/或电流以对二次电池20进行充电，并且负载单元释放二次电池20中充电的能量。电源单元和负载单元可以通过充放电端子130而电连接到二次电池20。充放电端子130可以设置在腔室100中。电源单元和负载单元可以通过开关电路选择性地电连接到二次电池20。充放电模块230可以被配置为通过经由诸如用户的计算机的接口单元输入的用户信号来控制。
另外，腔室100进一步包括用于提高腔室内部的温度的加热构件140、以及用于测量二次电池20的温度或腔室100内部的温度的温度传感器150。
根据本发明，加热构件140被实现为能够插入第二壳体100b的内部(即，不是被第二壳体100b包围的空间，而是第二壳体100b本身)中。更具体地，加热构件140可以插入第二壳体100b的至少一个表面的内部中。如图4b所示，加热构件140不暴露于被第一壳体100a包围而形成的内部空间，从而加热构件140不与二次电池20直接接触。
然而，在现有技术中，烤箱设置在腔室的外部以提高腔室温度，并且热量从设置在外部的烤箱施加于腔室。因此，需要大量时间来提高二次电池的温度，并且难以将二次电池准确地加热到所需温度。
如图1和图2所示，根据本发明的加热构件140可以实现为杆状。换句话说，加热构件140可以为具有高输出的杆状。图1和图2示出了当加热袋型二次电池20时将两个加热构件140分别插入第二壳体100b的一个表面的内侧的上部和下部中的情况。然而，本发明不限于上述。只要能够将加热构件140插入第二壳体100b中以加热二次电池20，则可以变更和改变加热构件140的形状、数量以及插入到第二壳体100b中的位置。另外，加热构件140可以由导热材料形成，例如，不锈钢、铜或铝。
另外，如上所述，由于第二壳体100b可以由导热材料例如SUS或金属等的材料形成，所以可以通过插入第二壳体100b本身中的加热构件140来加热第二壳体100b。因此，安装在第一壳体100a中的二次电池20可以通过第二壳体100b中的第一壳体100a被加热。
然而，由于绝缘的第一壳体100a位于被加热构件140加热的第二壳体100b与二次电池20之间，所以被加热的第二壳体100b或加热构件140不与二次电池20直接接触，从而防止了二次电池20的爆炸和着火的危险。如果未设置第一壳体100a，则二次电池20直接接触被加热的第二壳体100b或加热构件140，因此，由于二次电池20的短路(shorting)而存在安全隐患。另外，第一壳体100a优选形成得尽可能薄，以使得通过插入有加热构件140的第二壳体100b施加的热量能够充分地传递到二次电池20。
温度传感器150的一端暴露于被第一壳体100a包围的内部空间，并且温度传感器的一端可以位于靠近二次电池的位置，使得能够测量二次电池20外部的温度(即，腔室100内部的温度)，或者温度传感器的一端可以与二次电池接触，使得能够测量二次电池本身的温度。
温度传感器150和加热构件140中的每一个连接到温度控制模块240。温度控制模块240用温度传感器150对二次电池20的温度或腔室100内的温度进行测量，并且通过加热构件140将二次电池20的加热控制到所需温度。因此，当分析二次电池20中产生的气体时，可以实时控制施加到二次电池20的温度的同时进行分析。
腔室100可以进一步包括用于测量腔室100内部的压力的压力计(未示出)。
另一方面，在根据本发明的用于分析二次电池中产生的气体的系统中，可以在实验之前将腔室100的内部形成为真空状态，以导出更准确的结果值。为此，用于分析二次电池中产生的气体的系统10可以进一步包括连接到腔室100以在腔室100内部形成真空状态的真空泵(未示出)。
图3是示意性地示出图1的腔室100的外部的立体图。如图1和图3所示，加热构件140可以插入到腔室主体101的一个表面中。然而，可以进行各种变更和改变，例如，可以将加热构件140插入到腔室盖102中，或者可以将加热构件140插入到腔室主体101和腔室盖102中的每一个中。另外，可以将加热构件140不仅插入到腔室主体101的一个表面，而且还插入到腔室主体101的其他表面中。
图4a和图4b示意性地示出了图1的腔室100的内部。图4a和图4b示出了腔室100的腔室盖102与腔室主体101分离并且二次电池20安装在被腔室主体101的第一壳体100a包围的空间中的情况。在图4a中，未示出腔室盖102。加热构件140插入第二壳体100b的内部(即，第二壳体100b本身)中。同时，在图4a和图4b的腔室100中，如上所述，二次电池20安装在被由绝缘材料制成的第一壳体100a包围的空间中，并且第一壳体100a被第二壳体100b包围。
这样，根据本发明的腔室100，具有以下优点：能够执行用于实时气体分析的腔室的基本作用，除此以外，将温度直接施加于二次电池，并且能够控制施加于二次电池的温度。因此，可以针对电池的温度特性来精确地分析产生的气体的组成和相对量变化。另外，具有可用于针对二次电池的高温特性来分析二次电池中产生的气体的优点。另外，通过改善由于常规腔室材料的特定热特性而需要长升温时间的情况而直接加热二次电池，从而可以在短时间内(例如，几秒钟内)升高二次电池的温度。因此，具有快速且有效地分析二次电池中产生的气体的优点。
另外，由于将加热构件插入腔室的第二壳体中，所以具有能够更安全地以及直接且快速地加热二次电池的优点。也就是说，当将加热构件插入与二次电池接触的第一壳体中或者加热构件位于腔室的安装有二次电池的内部空间中时，存在对电池爆炸的担忧。然而，根据本发明，可以解决对二次电池加热时的安全性问题的担忧的同时快速地加热二次电池。
在使用图4a和图4b所示的腔室100的实际的实验中，从室温升温到60℃仅需要约一分钟。因此，根据本发明，可以在短时间内将高温直接施加于二次电池。
应当理解的是，本领域技术人员可以以其他特定形式来实施上述本发明的技术结构，而不改变本发明的技术精神或基本特征。因此，应当理解的是，上述实施例在所有方面都是示例性的而不是限制性的。另外，本发明的范围由所附权利要求而不是上面的详细描述表示。另外，应该解释为，从权利要求书的含义和范围及其等同概念导出的所有变更或修改都被包括在本发明的范围内。
工业可用性
在根据本发明的腔室中，能够执行用于实时气体分析的腔室的基本作用，除此以外，能够将温度直接施加于二次电池并且能够控制施加于二次电池的温度。因此，可以根据电池的温度特性来精确地分析产生的气体的组成和相对量变化。另外，具有能够用于针对二次电池的高温特性来分析二次电池中产生的气体的优点。另外，通过改善由于常规腔室材料的特定热特性而需要长升温时间的情况而直接加热二次电池从而可以在短时间内(例如，在几秒钟内)升高二次电池的温度。因此，具有快速且有效地分析二次电池中产生的气体的优点。

Claims (11)

1.一种用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，包括：
第一壳体，所述第一壳体是绝缘的，其中，二次电池安装在被所述第一壳体包围的内部空间中；
第二壳体，所述第二壳体是导热的并且包围所述第一壳体；
入口和出口，所述入口用于将产生诱导介质流的泵模块连接到所述腔室中，所述出口用于连接分析模块，所述分析模块用于通过所述诱导介质流来分析所述二次电池中产生的所述气体；
温度传感器，所述温度传感器用于检测所述二次电池的温度或所述腔室内的温度；以及
加热构件，所述加热构件用于对所述二次电池进行加热，其中，所述加热构件插入所述第二壳体中，
其中，所述第一壳体位于被所述加热构件加热的所述第二壳体与所述二次电池之间。
2.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述加热构件具有杆状。
3.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述第一壳体由聚四氟乙烯、胶木或橡胶制成，所述第二壳体由不锈钢、铜或铝制成，所述加热构件由镍、铬或铝制成。
4.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述腔室还包括充放电端子，所述充放电端子用于与所述二次电池的电极接触以使充放电模块对所述二次电池进行充放电，其中，所述充放电模块电连接到所述二次电池的电极以驱动所述二次电池的充放电。
5.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述温度传感器的一端位于靠近所述二次电池的位置或者与所述二次电池接触以测量所述二次电池的温度。
6.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述腔室具有至少两个所述加热构件，并且所述加热构件插入所述第二壳体的一个表面中，其中，所述加热构件中的一个插入所述第二壳体的一个表面的上部中，所述加热构件中的另一个插入所述第二壳体的一个表面的下部中。
7.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述腔室具有至少两个所述加热构件，其中，一部分所述加热构件插入所述第二壳体的两个相对表面中的任一个表面中，其他的所述加热构件插入所述第二壳体的所述两个相对表面中的另一个表面中。
8.根据权利要求1所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述腔室包括：腔室主体，所述腔室主体为长方体形状并且具有开放的一个表面；以及腔室盖，所述腔室盖耦接到所述腔室主体的所述开放的一个表面，所述腔室主体和所述腔室盖组合而形成安装所述二次电池的空间，并且所述加热构件插入所述腔室主体的所述第二壳体中。
9.根据权利要求8所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室，其中，所述腔室具有多个所述加热构件，其中，一部分所述加热构件插入所述腔室主体的所述第二壳体中，并且其他的所述加热构件插入所述腔室盖的所述第二壳体中。
10.一种用于实时分析二次电池中产生的气体的系统，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的腔室；
泵模块，所述泵模块用于向所述腔室产生诱导介质流；
分析模块，所述分析模块用于分析通过所述诱导介质流而从所述腔室被引入的在所述二次电池中产生的所述气体；以及
温度控制模块，所述温度控制模块用于实时控制通过温度传感器测量所述二次电池的温度或所述腔室内的温度、以及通过加热构件将所述二次电池加热到所需温度，
其中，所述温度传感器和所述加热构件分别连接到所述温度控制模块。
11.根据权利要求10所述的用于实时分析二次电池中产生的气体的系统，其中，所述系统还包括充放电模块，所述充放电模块电连接到所述二次电池的电极以驱动所述二次电池的充放电。
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