JP7115694B2 - 二次電池の内部発生ガスリアルタイム分析装置 - Google Patents

二次電池の内部発生ガスリアルタイム分析装置 Download PDF

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Description

本願は、２０１８年６月７日付の大韓民国特許出願１０－２０１８－００６５２４９号と、２０１８年１０月３０日付の大韓民国特許出願１０－２０１８－０１３０８５２号と、に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、二次電池用ガス分析装置に係り、より詳細には、二次電池の発火または爆発時点まで発生するガスに対する定量分析及び定性分析などを効果的に行える分析装置に関する。
一般的に、二次電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する放電とその逆方向である充電過程とを通じて繰り返し使用が可能な電池であり、製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけではなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。
このような二次電池内で発生するガスを捕集して分析するに当って、二次電池の作動時に多様なガスが発生し、このような二次電池発生ガスの組成及び含量についての情報は、電池素材の開発、電池製造工程の最適化、電池不良原因の把握などにおいて、有用に用いられる。
一方、二次電池は、高温で露出された時、発火／爆発する危険性がある。また、過充電、外部短絡、針状（ｎａｉｌ）貫通、局部的損傷（ｌｏｃａｌ ｃｒｕｓｈ）などによって短時間内に大きな電流が流れる場合にも、ＩＲ発熱によって電池が加熱されながら、発火／爆発の危険性がある。一例として、電解液と電極との間の反応の結果、ガスが発生して、電池耐圧が上昇して、一定圧力以上で二次電池が爆発する。
また、二次電池の実験時に、温度上昇及び発生するガスによって、二次電池が装着されたチャンバ内の圧力増加による一種の電池の膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象や電池が発火、爆発するなどの深刻な問題が発生する。電池が発火、爆発時に、火炎、粉塵、高圧のガスによって、分析装置は破損の危険に露出される問題点があるために、二次電池発生ガスのリアルタイム分析が制限的である。したがって、電池の発火、爆発時点まで拡大して、二次電池発生ガスをリアルタイムで分析し、さらに安全性の評価（過充電、高温露出など）と関連した実験にも適用することができる装置が要求される。
また、現在のところ、二次電池の安全性の評価（過充電、高温露出など）と関連した実験に対する必要性がさらに大きくなっているが、電池の過充電及び高温露出適用時に、電池の発火、爆発の危険性から研究員の安全性の確保及び分析機器の保護のための方案が要求される。
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、二次電池の発生ガスを二次電池の発火、爆発時点まで拡大して、リアルタイムで分析し、かつ電池の発火、爆発時に、研究員の安全性を確保し、二次電池発生ガスの分析機器を保護することができる装置を提供するところにその目的がある。
本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、内部に二次電池が装着可能なチャンバ；前記チャンバ内部に誘導媒体の流れを発生させる誘導媒体供給モジュール；及び前記誘導媒体の流れによって、前記チャンバから流入される前記二次電池の内部で発生するガスを分析する分析モジュール；を含み、前記チャンバは、前記誘導媒体供給モジュールが連結される注入口；前記分析モジュールが連結される放出口；及び前記二次電池の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、及び高圧のガスを外部に排出することができる安全弁；を含みうる。
本発明によれば、二次電池の発生ガスを二次電池の発火、爆発時点まで拡大して、リアルタイムで分析し、かつ電池の発火、爆発時に、研究員の安全性を確保し、二次電池発生ガスの分析機器を保護することができる装置を提供することができるという長所がある。
さらに、二次電池の発生ガスのリアルタイム分析以外にも、安全性の評価（過充電、高温露出など）と関連した実験や、二次電池の発火、爆発以後の特定時点までの分析にも適用することができるという長所がある。
本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置１０の模式図である。 本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置１０の一例示の正面図を示す。 図２の二次電池の内部発生ガス分析装置１０の一要部の正面図を示す。 二次電池２０が発火した後の写真である。 安全弁１６０を備えていない場合に、二次電池２０の発火、爆発による分析モジュールに粉塵、火炎、及び高圧のガスが噴出される場合を示す写真である。
本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、内部に二次電池が装着可能なチャンバ；前記チャンバ内部に誘導媒体の流れを発生させる誘導媒体供給モジュール；及び前記誘導媒体の流れによって、前記チャンバから流入される前記二次電池の内部で発生するガスを分析する分析モジュール；を含み、前記チャンバは、前記誘導媒体供給モジュールが連結される注入口；前記分析モジュールが連結される放出口；及び前記二次電池の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、及び高圧のガスを外部に排出することができる安全弁；を含みうる。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、前記注入口と前記チャンバとの間に連結された第１遮断弁；及び前記放出口と前記チャンバとの間に連結された第２遮断弁；をさらに含み、前記第１遮断弁は、前記二次電池の爆発または発火時に、前記チャンバから前記誘導媒体供給モジュールへの流体の流れを遮断し、前記第２遮断弁は、前記二次電池の爆発または発火時に、前記チャンバから前記分析モジュールへの流体の流れを遮断するものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置で、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、既定の圧力以上で閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、既定の圧力以上で開放状態に切り替えられるものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置で、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、前記既定の圧力以上のガスが直接に接触する時、自動で閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、前記既定の圧力以上のガスが直接に接触する時、開放状態に切り替えられるものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、前記二次電池の表面の圧力またはチャンバ内部の圧力を測定することができる圧力ゲージ；及び前記圧力ゲージから測定された圧力が既定の圧力以上であるという信号を受信すれば、前記第１遮断弁の閉鎖、前記第２遮断弁の閉鎖、及び前記安全弁の開放のための制御信号をそれぞれ前記第１遮断弁、前記第２遮断弁、及び前記安全弁に即時伝送する制御部；をさらに含み、前記制御部の制御信号によって、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、開放状態に切り替えられるものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、前記二次電池の表面の温度またはチャンバ内部の温度を測定することができる温度センサー；及び前記温度センサーから測定された温度が既定の温度以上であるという信号を受信すれば、前記第１遮断弁の閉鎖、前記第２遮断弁の閉鎖、及び前記安全弁の開放のための制御信号をそれぞれ前記第１遮断弁、前記第２遮断弁、及び前記安全弁に即時伝送する制御部；をさらに含み、前記制御部の制御信号によって、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、開放状態に切り替えられるものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置は、前記チャンバは、前記二次電池の電極が接触される前記充放電端子をさらに含み、前記装置は、前記充放電端子を通じて前記二次電池の電極と電気的に連結されて、前記二次電池を充放電する充放電モジュールをさらに含みうる。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置で、前記チャンバは、前記二次電池が装着され、正面部が開放された直方体状であるチャンバ本体及び前記開放された部分（開放部）を遮蔽するチャンバカバーを含み、前記注入口は、前記チャンバ本体の一側面に配され、前記放出口は、前記チャンバ本体の他側面に配され、前記安全弁は、前記チャンバカバーの中央に配されるものである。
また、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置で、前記既定の圧力は、０．５～５Ｂａｒの範囲の圧力値のうち何れか１つの値である。
以下、本発明の一実施例による発火または爆発時までの二次電池の内部発生ガスリアルタイム分析装置を詳しく説明する。添付図面は、本発明の例示的な形態を図示したものであって、これは、本発明をより詳しく説明するために提供されるものであり、これにより、本発明の技術的な範囲が限定されるものではない。
また、図面符号に関係なく同一または対応する構成要素は、同じ参照番号を付与し、これについての重複説明は省略し、説明の便宜上、示された各構成部材の大きさ及び形状は、誇張または縮小されうる。
図１は、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置１０の模式図である。図２は、本発明による二次電池の内部発生ガス分析装置１０の一例示の正面図を示し、図３は、図２の二次電池の内部発生ガス分析装置１０の一要部の正面図を示す。
まず、図１を参照すれば、二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、二次電池２０が内部に装着されるチャンバ１００、誘導媒体供給モジュール１１０、分析モジュール１２０を含む。
二次電池２０は、カン型（円筒状、角状など）、ポーチ型またはコインセル型などの二次電池である。二次電池２０は、活物質、金属板、電解質などの電気化学的反応によって充電または放電が駆動されるが、このような充電または放電駆動が行われる間に内部電気化学反応によって内部ガスが発生しうる。
チャンバ１００の内部に二次電池２０を装着することができる。チャンバ１００は、図３を参照すれば、チャンバ本体１０１及びチャンバカバー１０２からなる。チャンバ本体１０１は、例えば、正面部が開放された直方体状に設けられ、チャンバカバー１０２は、チャンバ本体１０１の開放部を遮蔽させるように設けられうる。チャンバ本体１０１及びチャンバカバー１０２は、固定ピン、ネジ、ボルトなどの固定手段で堅く結合されうる。チャンバ本体１０１及びチャンバカバー１０２の間の接触面には、チャンバ本体１０１及びチャンバカバー１０２の結合時に、密閉のためのＯリング（Ｏ－ｒｉｎｇ）のような密閉部材をさらに含みうる。チャンバ本体１０１とチャンバカバー１０２は、それぞれ二重構造からなっている。より具体的に、チャンバ本体１０１とチャンバカバー１０２とが結合されたチャンバ１００は、二重構造からなっている。チャンバ本体１０１とチャンバカバー１０２とが結合されたチャンバ１００で、二次電池２０が装着される内部面は、絶縁性、断熱性の物質でありながらも、高温高圧に耐久性がある物質として、例えば、ベークライト（Ｂａｋｅｌｉｔｅ）、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、エアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）などからなりうる。内部面を取り囲んだ外部面は、ＳＵＳ、金属などの材質からなりうる。
チャンバ１００には、誘導媒体供給モジュール１１０が連結される注入口１０３と分析モジュール１２０が連結される放出口１０４とが備えられている。
誘導媒体供給モジュール１１０は、チャンバ１００に備えられた注入口１０３を通じて不活性ガスなどからなる誘導媒体をチャンバ１００内部に流入させる。誘導媒体供給モジュール１１０は、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ）、レギュレータ（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などのガス媒体を移動させる装置を含む。誘導媒体供給モジュール１１０と注入口１０３は、ガスの移動流れが生成されるように誘導管で連結されている。不活性ガスなどからなる誘導媒体は、ヘリウム、窒素、アルゴンのような不活性ガスで構成することが望ましいが、誘導媒体を構成するガス成分は、検出しようとする二次電池発生ガスの成分及び二次電池発生ガスの分析の目的によって適切に選択可能であるということはいうまでもない。
誘導媒体供給モジュール１１０で流量を調節してチャンバ１００の内部空間に誘導媒体を強く流入させ、チャンバ１００に流入された誘導媒体は、チャンバ１００の注入口１０３と放出口１０４との間の気圧差によって放出口１０４を通じてチャンバ１００から抜け出す。このような誘導媒体の移送流れによって、二次電池２０から発生する内部ガスが誘導媒体と共に放出口１０４を通じて分析モジュール１２０に移送される。
分析モジュール１２０は、チャンバ１００に備えられた放出口１０４から放出されるガスの移動流れが生成されるように、チャンバ１００に備えられた放出口１０４と誘導管で連結されている。分析モジュール１２０は、誘導媒体をフィルタリングするフィルターモジュール１２１を含みうる。図１及び図２では、分析モジュール１２０がチャンバ１００と誘導管を通じて連結された場合を図示しているが、場合によっては、放出口１０４に二次電池の内部発生ガスを捕集することができるガス捕集管（図示せず）が連結され、二次電池の内部発生ガスの捕集が完了した以後に、ガス捕集管を分析モジュール１２０に連結して分析を行っても良い。
一実施例として、注入口１０３は、チャンバ本体１０１の一側面に配され、放出口１０４は、チャンバ本体１０１の他側面に配されて、二次電池２０の発火または爆発直前まで発生するガスの流れが誘導媒体供給モジュール１１０－チャンバ１００－分析モジュール１２０の順序で一方向に円滑に形成されるようにした。図２では、例示的に、チャンバ１００を、正面視で、左側には、誘導媒体供給モジュール１１０が連結される注入口１０３が位置し、右側には、分析モジュール１２０が連結される放出口１０４が位置する場合を図示する。しかし、本発明は、注入口１０３及び放出口１０４の位置に関して示されたものに限定されず、ガスの流れが誘導媒体供給モジュール１１０－チャンバ１００－分析モジュール１２０の順序で形成される限り、多様な変形、変更が可能である。
また、本発明の二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、追加的に、充放電モジュール１３０を含むこともある。すなわち、二次電池２０は、充放電だけではなく、高温や外部衝撃などにも爆発、発火が発生するために、本発明の二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、充放電モジュール１３０を含まずに具現されても、または、二次電池２０が過充電されるなどで爆発、発火が発生するために、充放電モジュール１３０を含んで具現されてもよい。充放電モジュール１３０は、二次電池２０の電極と電気的に連結されて、二次電池２０の充放電を駆動させる機能を行う。充放電モジュール１３０は、電源部と負荷部及びスイッチング回路を含む。電源部は、二次電池２０を充電するために、電圧及び／または電流を調節して二次電池２０に印加し、負荷部は、二次電池２０に充電されたエネルギーを放電する。電源部及び負荷部は、充放電端子１０６を通じて二次電池２０と電気的に連結される。充放電端子１０６は、チャンバ１００に備えられ、二次電池２０の電極が接触される。電源部及び負荷部は、スイッチング回路によって選択的に二次電池２０と電気的に連結される。充放電モジュール１３０は、ユーザのコンピュータなどのインターフェース手段を通じて入力されたユーザ信号によって制御されるように構成することができる。
一方、二次電池の内部発生ガス分析装置１０で、二次電池２０を充電または放電する場合、高温及び低温での二次電池２０の露出、二次電池２０の正極と負極とのショート（ｓｈｏｒｔ）現象、二次電池２０の衝撃（ｃｒｕｓｈ）、二次電池２０の貫通（ｎａｉｌ）などの場合において、二次電池２０の爆発または発火が発生する状況がある。このような二次電池２０の爆発または発火による火炎、粉塵、高圧のガスが誘導媒体供給モジュール１１０及び分析モジュール１２０への移動を防止できるように、本発明の二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、注入口１０３と誘導媒体供給モジュール１１０との間に設けられた第１遮断弁１４０及び放出口１０４と分析モジュール１２０との間に設けられた第２遮断弁１５０を含む。第１遮断弁１４０及び第２遮断弁１５０は、チャンバ１１０内部の圧力によって開放（ｏｐｅｎ）／閉鎖（ｃｌｏｓｅ）される。
より具体的に、二次電池２０の爆発または発火時に、二次電池２０の爆発または発火による火炎、粉塵、高圧のガスの圧力が誘導媒体供給モジュール１１０を通じてチャンバ１００内部に伝達される誘導媒体の圧力よりも大きい。第１遮断弁１４０は開放されていながら、二次電池２０の爆発または発火による火炎、粉塵、高圧のガスが誘導媒体供給モジュール１１０に移動して、誘導媒体供給モジュール１１０を損傷させることを防止できるように、第１遮断弁１４０は、チャンバ１００内部の圧力が既定の圧力以上になれば、自動で閉鎖（遮断）される。
また、第２遮断弁１５０は開放されていながら、二次電池２０の爆発または発火による火炎、粉塵、高圧のガスが分析モジュール１２０に移動して、分析モジュール１２０を損傷させることを防止できるように、第２遮断弁１５０は、チャンバ１００内部の圧力が既定の圧力以上になれば、自動で閉鎖（遮断）される。
また、二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、二次電池２０の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、高圧のガスを分析モジュール１２０ではない装置１０の外部に排出できるように、チャンバ１００に備えられた安全弁１６０をさらに含む。チャンバ１００に安全弁連結口１０５が設けられ、安全弁連結口１０５に安全弁１６０が備えられうる。図２では、例示的に、チャンバ１００のチャンバカバー１０２の中央部に安全弁１６０を備える場合を図示しているが、これは、二次電池２０がチャンバ１００の中央に装着される場合に、二次電池２０の発火、爆発による圧力や火炎が他の場所への移動を最小化させるためのものである。すなわち、二次電池２０と最も近い位置で安全弁１６０が開放されることにより、チャンバ１００内部の高圧のガス及び火炎が安全弁１６０を通じて圧力が低い外部に迅速に放出される。実際に、二次電池２０の発火及びチャンバ１００内部の高圧のガス放出以後に、二次電池２０の表面には安全弁１６０の位置に対応する場所（安全弁１６０と当接している場所）に穴が生成されることを確認することができる。本発明は、前述したものに限定されず、チャンバ１００内部に二次電池２０の装着位置が変更される場合、それにより、安全弁１６０の位置が変更され、チャンバ本体１０１に安全弁１６０が備えられることもあるなど、チャンバ１００の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、高圧のガスが迅速に排出することができる限り、多様な変形、変更が可能である。
安全弁１６０は、閉鎖されていながら、チャンバ１００内部の圧力が既定の圧力以上になれば、自動で開放されてチャンバ１００の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、高圧のガスを外部に排出することができる。
例えば、二次電池２０の発火以前にリアルタイムで発生するガスの分析時に、誘導媒体供給モジュール１１０からの誘導媒体の流れによるチャンバ１００内部の圧力は、１．０～１．５ｂａｒの間であり、第１遮断弁１４０及び第２遮断弁１５０が自動で閉鎖され、安全弁１６０が自動で開放されるように既定の圧力は、０．５～５Ｂａｒまたは１．５～２Ｂａｒの範囲の圧力値のうち何れか１つの値である。第１遮断弁１４０及び第２遮断弁１５０が自動で閉鎖され、安全弁１６０が自動で開放されるように既定の圧力は、前述したものに限定されず、本発明が具現される多様な環境によって調節が可能である。
第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０、及び安全弁１６０は、二次電池２０の爆発または発火による高温、高圧にも耐えるように、ＳＵＳ、金属などの物質からなる弁であり、内部には、Ｏリングなどの付加構成要素が備えられた弁である。また、第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０、及び安全弁１６０は、駆動源（例えば、電圧源など）なしに自動で開閉が可能な弁であり、別途の駆動源に連結されて自動で開閉が可能な弁でもある。駆動源なしに自動で開閉が可能な弁として、二次電池２０の発火、爆発時に発生する高圧のガス燈が直接に弁に接触時に自動で遮断される弁を使用することができる。例えば、第１遮断弁１４０及び第２遮断弁１５０は、チェック弁（ｃｈｅｃｋ ｖａｌｖｅ）、シャットオフ弁（ｓｈｕｔ－ｏｆｆ）弁、クイッククロージング（ｑｕｉｃｋ ｃｌｏｓｉｎｇ）弁、カットオフ（ｃｕｔ－ｏｆｆ）弁などガス及び粉塵の流れを遮断可能な弁を使用することができる。安全弁１６０は、リリーフ弁（ｒｅｌｉｅｆ ｖａｌｖｅ）などを使用することができる。
チャンバ１００は、第１連結口１０７及び／または第２連結口１０８をさらに含みうる。第１連結口１０７及び／または第２連結口１０８を通じて後述する温度センサーなどがチャンバ１００に配置される。
また、チャンバ１００は、二次電池２０の表面またはチャンバ１００内部の圧力と温度とを測定するための構成であって、二次電池２０の表面の圧力またはチャンバ１００内部の圧力を測定する圧力ゲージ（図示せず）と二次電池２０の表面の温度またはチャンバ１００内部の温度を測定する温度センサー（図示せず）とをさらに含む。圧力ゲージでチャンバ１００内部の圧力を測定して、リアルタイムで制御部２００に伝送しうる。圧力ゲージは、二次電池２０が発火、爆発する時点をより迅速に捕捉できるように、チャンバ１００内部中でも、二次電池２０に最大限近接するように設けられる。また、温度センサーも、二次電池２０の表面の温度またはチャンバ１００内部の温度をリアルタイムで制御部２００に伝送しうる。温度センサーも、二次電池２０の表面に装着されるか、二次電池２０に最大限近接するように設けられる。温度センサーは、例えば、ライン（ｌｉｎｅ）状（例えば、銅に絶縁体が被覆された一種の電線）である。このようなライン状の温度センサーを第１連結口１０７または第２連結口１０８を通じて配置して、ライン状の温度センサーの一端部を二次電池２０の表面に装着し、温度センサーの他端部を制御部２００またはデータ記録装置に連結することができる。場合によっては、チャンバ内部の特定位置の温度を測定しようとする時、温度センサーの一端部を前記チャンバ内部の特定位置に配置することができる。チャンバ１００に設けられた温度センサーは、二次電池２０の発火、爆発時に直接的な損傷を受けて破損されるために、ライン状の温度センサーを使用して、コスト削減を図ることができる。また、このようなライン状の温度センサーは、取り替えが非常に容易な長所がある。一方、データ記録装置は、例えば、データロガー（ｄａｔａ ｌｏｇｇｅｒ）である。データロガーは、温度、電池電圧などを読み取るのに広く使われる。前述したことの以外にも、センサー装備をチャンバ１００に追加設置することができるなど多様な変形、変更が可能である。制御部２００内に内蔵されるか、別途に設けられたデータ記録装置に圧力ゲージから測定された圧力情報及び／または温度センサーから測定された温度情報が保存することができる。また、チャンバ１００には、圧力ゲージ及び／または温度センサー以外にも二次電池２０の圧力、抵抗及び二次電池２０で発生するガスの発生時点、二次電池２０で発生するガスの量、二次電池２０の発生熱量を測定することができる測定機器またはセンサーなどがチャンバ１００に装着され、このような測定されたデータが、制御部２００及び／またはデータ記録装置に伝送することができる。その他の二次電池の安全性テストで行うあらゆる種類の測定が同時に可能である。このような圧力ゲージから測定された圧力情報と温度センサーから測定された温度情報、二次電池２０の圧力、抵抗及び二次電池２０で発生するガスの発生時点、二次電池２０で発生するガスの量、二次電池２０の発生熱量などを通じて二次電池２０の発火または爆発時点の温度、圧力条件などを求め、このような情報は、二次電池２０の安全性の評価試験にも活用されうる。
追加的に、チャンバ１００の外部にオーブン（ｏｖｅｎ）を備えてチャンバ１００に熱を加えるか、チャンバ１００自体がチャンバ１００に直接に熱を加えることができる装置を含むことにより、二次電池２０の温度を上げることができる。二次電池２０の発火、爆発の場合だけではなく、二次電池２０の安全性の評価試験にも活用できるように、二次電池２０の安全性の評価試験と同じ方式で外部低温オーブンまたはチャンバに低温（ｃｏｏｌｅｒ、液体窒素など）を適用させることも可能である。
制御部２００では、圧力ゲージから伝送された圧力が既定の圧力（例えば、０．５～５Ｂａｒまたは１．５～２Ｂａｒの範囲の圧力値のうち何れか１つの値）以上であるか、温度センサーから伝送された温度が既定の温度以上（例えば、１００℃以上）であれば、自動で第１遮断弁１４０の閉鎖、第２遮断弁１５０の閉鎖、及び安全弁１６０の開放のための制御信号をそれぞれ第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０、及び安全弁１６０に即時伝送しうる。追加的に、または、代案的に、充放電モジュール１３０から測定された二次電池２０の電圧が既定の電圧値以上（例えば、５Ｖ以上）以上であれば、自動で第１遮断弁１４０の閉鎖、第２遮断弁１５０の閉鎖、及び安全弁１６０の開放のための制御信号をそれぞれ第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０、及び安全弁１６０に即時伝送することもできる。
一方、本発明の二次電池の内部発生ガス分析装置１０では、より正確な結果値を導出することができるように、実験前、チャンバ１００内部が真空状態で組成される。このために、二次電池の内部発生ガス分析装置１０は、チャンバ１００と連結されてチャンバ１００内部に真空状態を組成する真空ポンプ（図示せず）をさらに備えることができる。
図４は、二次電池２０が発火した後の写真である。
図５は、安全弁１６０を備えていない場合に、二次電池２０の発火、爆発による分析モジュール方向に粉塵、火炎、及び高圧のガスが噴出される場合を示す写真である。
以下、本発明の二次電池の内部発生ガス分析装置１０での二次電池２０発生ガスの分析において、第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０、及び安全弁１６０の作動に関して整理すれば、次の通りである。
１．二次電池２０の発火または爆発以前の二次電池２０のリアルタイム発生ガス分析時に、誘導媒体供給モジュール１１０からチャンバ１００内部に提供される流体の流れによって、チャンバ１００内の圧力は、例えば、１．０～１．５Ｂａｒの間の範囲で流体が誘導媒体供給モジュール１１０、チャンバ１００、分析モジュール１２０の順序で流れる。誘導媒体供給モジュール１１０のＭＦＣによって、チャンバ１００内の圧力が一定の範囲内で保持される。
この際、誘導媒体供給モジュール１１０に連結された第１遮断弁１４０と分析モジュール１２０に連結された第２遮断弁１５０は、開放状態であり、安全弁１６０は、閉鎖状態である。充放電モジュール１３０によって二次電池２０を充放電しながら、二次電池２０で発生するガスを分析モジュール１２０で分析することができる。チャンバ１００に備えられた圧力ゲージから測定された二次電池２０の表面の圧力またはチャンバ１００内部の圧力値と温度センサーから測定された二次電池２０の表面の温度またはチャンバ１００内部の温度値とに関する情報は、制御部２００とデータ記録装置とにリアルタイムまたは既定の時間間隔で伝送される。
２．二次電池２０の過充電または高温による非理想的な反応によって二次電池２０に発火または爆発が発生すれば、チャンバ１００内の圧力が増加して、チャンバ１００内部の圧力は、二次電池２０発生ガス分析時の圧力の範囲のうち、最大値（すなわち、既定の圧力）、例えば１．５～２Ｂａｒの範囲の圧力値のうち何れか１つの値以上または１．５Ｂａｒ以上の値になる。チャンバ１００に備えられた圧力ゲージで既定の圧力以上の圧力が感知されれば、即時圧力ゲージから既定の圧力以上の圧力が感知されたという信号が制御部２００に伝送される。
この際、第１遮断弁１４０及び第２遮断弁１５０は、自動で閉鎖され、安全弁１６０は、自動で開放される。このような弁の自動開閉は、弁に二次電池の発火、爆発による高圧のガスが直接に接触して自動で作動するものでもあり、別途の駆動源を通じて制御部２００によって自動で制御されるものである。それにより、チャンバ１００内部の二次電池２０の発火または爆発による火炎、粉塵、高圧のガスが開放された安全弁１６０を通じて外部に排出され、チャンバ１００から誘導媒体供給モジュール１１０への流体流れ及びチャンバ１００から分析モジュール１２０への流体流れは遮断されて、誘導媒体供給モジュール１１０及び分析モジュール１２０の装備が保護される。
このような本発明によれば、既定の圧力以上であれば、自動で閉鎖される誘導媒体供給モジュール１１０に連結された第１遮断弁１４０と分析モジュール１２０に連結された第２遮断弁１５０及び自動で開放される外部に連結された安全弁１６０とを備えることにより、二次電池２０の発火または爆発による誘導媒体供給モジュール１１０と分析モジュール１２０の破損の危険を最小化させ、また、分析装置１０を使用するユーザ（研究員など）の安全も確保することができる。
また、このような第１遮断弁１４０、第２遮断弁１５０及び安全弁１６０を備えていない従来技術によれば、二次電池２０の発火または爆発になる場合を避けるために、二次電池２０を過充電するか、高温の環境に露出しない環境で分析を進行した。すなわち、所定の充電電圧以下や所定の温度以下の環境のみで二次電池２０で発生するガスを分析するという問題があった。
しかし、本発明によれば、二次電池２０の発火や爆発の場合にも、誘導媒体供給モジュール１１０、分析モジュール１２０などを保護することができるので、二次電池２０の発火や爆発時点（より正確には、発火や爆発直前）まで分析を行えるという長所がある。それにより、本発明によれば、二次電池２０の発火や爆発時点まで分析が可能なので、二次電池２０が如何なる場合に発火や爆発するかなどに関する実験や二次電池２０の安全性の評価実験に対しても、拡大して適用が可能な長所がある。一例として、従来には、二次電池２０の充放電時の発生ガスに対する分析装備と二次電池２０の安定性の評価装備とを別途に備えたなれば、本発明によれば、１つの装置で二次電池２０の充放電時の発生ガスに対する分析及び二次電池２０の安定性の評価を行うことができるので、より効率的な実験が可能でありながらも、コストの節減が可能な長所がある。また、二次電池２０の種類や実験環境によって、二次電池２０の発火、爆発による影響が比較的少なくて、実験装備の損傷がない場合、第１遮断弁、第２遮断弁、及び安全弁の作動時間を遅らせて、二次電池２０の発火、爆発以後まで分析が適用可能でもある。すなわち、発火以後、特定時間まで分析も可能である。二次電池２０の発火や爆発時点（より正確には、発火や爆発直前）まで弁が作動しなければならない場合には、数秒以内に弁を作動させなければならない。一方、二次電池２０の発火、爆発以後まで分析を行うとする場合には、二次電池２０の発火、爆発以後の数分～数時間までの時間の間にも、本発明の適用が可能である。
前述した本発明の技術的構成は、当業者が、本発明のその技術的思想や必須的な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。したがって、前述した実施例は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解しなければならない。また、本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表われる。また、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出されるあらゆる変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれると解釈されねばならない。
本発明によれば、二次電池の発生ガスを二次電池の発火、爆発時点まで拡大して、リアルタイムで分析し、かつ電池の発火、爆発時に、研究員の安全性を確保し、二次電池発生ガスの分析機器を保護することができる装置を提供することができるという長所がある。
さらに、二次電池の発生ガスのリアルタイム分析以外にも、安全性の評価（過充電、高温露出など）と関連した実験や、二次電池の発火、爆発以後の特定時点までの分析にも適用することができるという長所がある。

Claims (6)

  1. 内部に二次電池が装着可能なチャンバと、
    前記チャンバ内部に誘導媒体の流れを発生させる誘導媒体供給モジュールと、
    前記誘導媒体の流れによって、前記チャンバから流入される前記二次電池の内部で発生するガスを分析する分析モジュールと、を含み、
    前記チャンバは、
    前記誘導媒体供給モジュールが連結される注入口と、
    前記分析モジュールが連結される放出口と、
    前記二次電池の爆発または発火時に発生する火炎、粉塵、及び高圧のガスを外部に排出することができる安全弁と、
    を含み、
    前記注入口と前記誘導媒体供給モジュールとの間に連結された第１遮断弁と、
    前記放出口と前記分析モジュールとの間に連結された第２遮断弁と、をさらに含み、
    前記第１遮断弁は、前記二次電池の爆発または発火時に、前記チャンバから前記誘導媒体供給モジュールへの流体の流れを遮断し、
    前記第２遮断弁は、前記二次電池の爆発または発火時に、前記チャンバから前記分析モジュールへの流体の流れを遮断し、
    前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、既定の圧力以上で閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、既定の圧力以上で開放状態に切り替えられ、
    前記二次電池の表面の圧力またはチャンバ内部の圧力が既定の圧力以上であるという信号を受信すれば、第１遮断弁の閉鎖、第２遮断弁の閉鎖、及び安全弁の開放のための制御信号をそれぞれ前記第１遮断弁、前記第２遮断弁、及び前記安全弁に即時伝送する制御部と、をさらに含み、
    前記制御部の制御信号によって、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、開放状態に切り替えられる二次電池の内部発生ガス分析装置。
  2. 前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、前記既定の圧力以上のガスが直接に接触する時、自動で閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、前記既定の圧力以上のガスが直接に接触する時、開放状態に切り替えられる請求項１に記載の二次電池の内部発生ガス分析装置。
  3. 前記二次電池の表面の温度またはチャンバ内部の温度を測定することができる温度センサーと、
    前記温度センサーから測定された温度が既定の温度以上であるという信号を受信すれば、前記第１遮断弁の閉鎖、前記第２遮断弁の閉鎖、及び前記安全弁の開放のための制御信号をそれぞれ前記第１遮断弁、前記第２遮断弁、及び前記安全弁に即時伝送する制御部と、をさらに含み、
    前記制御部の制御信号によって、前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁は、閉鎖状態に切り替えられ、前記安全弁は、開放状態に切り替えられる請求項１または２に記載の二次電池の内部発生ガス分析装置。
  4. 前記チャンバは、前記二次電池の電極が接触される充放電端子をさらに含み、
    前記二次電池の内部発生ガス分析装置は、前記充放電端子を通じて前記二次電池の電極と電気的に連結されて、前記二次電池を充放電する充放電モジュールをさらに含む請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池の内部発生ガス分析装置。
  5. 前記チャンバは、前記二次電池が装着され、正面部が開放された直方体状であるチャンバ本体及び前記開放された部分を遮蔽するチャンバカバーを含み、
    前記注入口は、前記チャンバ本体の一側面に配され、前記放出口は、前記チャンバ本体の他側面に配され、
    前記安全弁は、前記チャンバカバーの中央に配される請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池の内部発生ガス分析装置。
  6. 前記既定の圧力は、０．５～５Ｂａｒの範囲の圧力値のうち何れか１つの値である請求項２に記載の二次電池の内部発生ガス分析装置。
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