KR100522670B1 - 리튬이온 전지 에이징용 래크 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 리튬이온 전지의 제조시에 행하는 에이징 공정에서 발생할 수 있는 사고 위험을 미리 감지하여 사전에 예방할 수 있도록 하는 안전수단이 강구된 리튬이온 전지 에이징용 래크를 제공하고자 한다.

구성 : 전해액을 검출하는 전해액 감지센서와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서와, 전지 전압의 과도변화를 감지하는 전압이상 감지센서와, 전지 전류의 과도변화를 감지하는 전류이상 감지센서와, 상기 센서들의 검출신호에 의해 전지의 이상 여부를 판별하는 신호처리부와, 상기 신호처리부의 출력신호에 의해 제어신호를 출력하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어신호에 따라 에이징 공간의 유해가스를 배기하기 위해 배기수단을 제어하는 배기제어수단과, 상기 콘트롤러의 출력신호에 따라 경고음 혹은 경고광을 발생하여 공정의 운용자에게 알려주는 경고발생수단과, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 원격지의 방재센타로 위험우려를 알려주는 원격송신수단으로 구성된다.

효과 : 에이징 공정 중에 전지 이상으로 발생할 수 있는 사고를 조기에 감지하여 경고 및 이의 원격송신, 유해가스 배기 등 재난을 방재할 수 있도록 하는 것이므로 에이징 공정의 안전성을 확보할 수 있도록 한다.

Description

리튬이온 전지 에이징용 래크{A aging rack for lithium-ion secondary battery}

본 발명은 리튬이온 전지 에이징용 래크에 관한 것으로, 특히 리튬이온 전지의 제조시에 행하는 에이징 공정에서 발생할 수 있는 사고 위험을 미리 감지하여 사전에 예방할 수 있도록 하는 안전수단이 강구된 리튬이온 전지 에이징용 래크에 관한 것이다.

일반적으로 2차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 니켈수소(Ni-MH) 전지와 리튬이온(Li-ion) 전지가 잘 알려져 있다.

특히, 리튬이온 전지는 양극 활물질로 리튬-천이금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질로 리튬금속과, 리튬합금 그리고 탄소와 탄소 복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함한 한 개 이상의 유기용매에 리튬염을 녹인 비수 전해액이 사용됨으로써, 양극과 음극간에 리튬이온이 이동됨으로써 충·방전이 이루어지며, 방전시에 기전력이 발생하게 된다.

이러한 리튬이온 전지는 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어 상기 음극과 접속된 캔의 내부에 수납되고, 그 캔의 상부에 상기 양극과 접속된 캡 어셈블리가 설치되며, 캡 어셈블리에 형성된 주입구를 통해 전해액이 주입된 후, 밀봉되는 구조로 이루어진다.

그러나 리튬이온 전지 제조공정 중의 한 과정인 에이징공정에서 행하는 충방전 시험에서 전지 또는 설비에 이상이 있는 경우, 전지는 급격한 화학반응으로 내압이 상승하게 된다.

따라서, 전지내의 안전변(Vent)이 개방(Open)되어 전해액이 누액되며 전해액으로부터는 유해가스, 가연성 가스가 발생된다.

이렇게 발생된 HF등의 유해가스는 인체에 유독할 뿐 아니라, 가연성 가스의 발생으로 인한 화재를 유발할 수 있다.

따라서, 종래에는 리튬이온 전지의 에이징시에 리튬이온 전지를 거치하는 에이징용 래크에 안전장치로서 온도센서, 연기센서를 설치하여 화재로 인해 발생한 열과 이산화탄소을 감지하고 경보신호를 발하도록 구성하였다.

그러나, 이러한 리튬이온 전지 에이징용 래크는 화재발생 등 위험성이 극도로 고조된 시점이 되어서야 이를 전술한 온도센서, 연기센서가 감지하여 경보하게 되므로 작업자가 대처하는 시기를 놓치게 되는 등의 문제점이 있었다.

이러한 점을 해결하고자 종래에도 사고 발생의 원인이 되는 전해액의 누액을 감지할 수 있는 센서를 내장한 리튬이온 전지 에이징용 래크(리튬이온 전지의 충·방전기)가 본 출원인에 의해서 대한민국 특허출원 제 호에 개시된 바 있다.

그러나, 전술한 종래의 에이징용 래크 역시도 전해액이 누액된 후에야 전해액을 감지하여 경보하는 것이었으므로 전지 이상의 초기시점에서 경보할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 리튬이온 전지 에이징용 래크가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전해액의 누액될 때, 혹은 전해액이 누액되지 않더라고 전지의 이상발생 초기단계에서 전지의 이상 징후를 판별하여 방재 처리할 수 있는 리튬이온 전지 에이징용 래크를 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이온 전지 에이징용 래크는 전해액을 검출하는 전해액 감지센서와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서와, 전지 전압의 과도변화를 감지하는 전압이상 감지센서와, 전지 전류의 과도변화를 감지하는 전류이상 감지센서와, 상기 센서들의 검출신호에 의해 전지의 이상 여부를 판별하는 신호처리부와, 상기 신호처리부의 출력신호에 의해 제어신호를 출력하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어신호에 따라 에이징 공간의 유해가스를 배기하기 위해 배기수단을 제어하는 배기제어수단과, 상기 콘트롤러의 출력신호에 따라 경고음 혹은 경고광을 발생하여 공정의 운용자에게 알려주는 경고발생수단과, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 원격지의 방재센타로 위험우려를 알려주는 원격송신수단으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 리튬이온 전지 에이징용 래크에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 리튬이온 전지 에이징용 래크의 구성 블록도로서, 여기에 도시한 바와같이, 제조 완료된 리튬이온 전지를 거치해서 에이징을 걸어 줌으로써 전지의 양불 혹은 내구성 등의 특성실험을 행할 수 있도록 하는 리튬이온 전지 에이징용 래크는, 전해액을 검출하는 전해액 감지센서(SR1)와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서(SR3)와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서(SR2)와, 전지의 온도를 검출하는 온도센서(SR3)와, 전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서(SR2)와, 전지 전압의 과도변화를 감지하는 전압이상 감지센서(SR5)와, 전지 전류의 과도변화를 감지하는 전류이상 감지센서(SR4)와, 상기 센서들의 검출신호에 의해 전지의 이상 여부를 판별하는 신호처리부(20)와, 상기 신호처리부(20)의 출력신호에 의해 제어신호를 출력하는 콘트롤러(30)와, 상기 콘트롤러(30)의 제어신호에 따라 에이징 공간의 유해가스를 배기하기 위해 배기수단을 제어하는 배기제어수단(50)과, 상기 콘트롤러(30)의 출력신호에 따라 경고음 혹은 경고광을 발생하여 공정의 운용자에게 알려주는 경고발생수단(40)과, 상기 컨트롤러(30)의 출력신호에 따라 원격지의 방재센타로 위험우려를 알려주는 원격송신수단(60)으로 구성된다.

한편, 전지 내의 전해액은 EC(Ethylen Carbonate), DMC(Dimethyl Carbonate)등의 유기물을 사용하는 것이므로 가연성이어서 화재를 촉발할 수 있다.

따라서, 상기 전해액 감지센서(SR1)는 가연성 가스센서에 의해 전해액 검출이 가능한 것이어야 하므로 접촉연소방식(Catalytic combustion) 혹은 반도체 방식(Semiconductor)의 것을 사용하여 에이징용 래크의 전지가 거치되는 위치에 장착한다.

상기 온도센서(SR3)는 전지의 과열 온도를 감지하기 용이한 위치인 전지 거치부에 장착하고, 상기 가스센서(SR2)는 전지의 전해액으로부터 발생하여 누출된 CO가스를 감지할 수 있도록 CO센서를 사용하여 전지 거치시에 안전변이 위치하는 곳에 인접하게 설치한다.

상기 전압이상 감지센서(SR5) 및 전류이상 감지센서(SR4)는 도시하지는 않았지만 각각 신호를 측정하는 전압계 및 전류계를 포함하여 여기에서 측정된 신호 레벨이 설정치보다 클 경우 논리신호를 출력하는 비교기로 구성하면 된다.

상기 신호처리부(20)는 상기 센서들의 신호를 아나로그 디지탈 변환 및 오아링하는 회로로 구성하고, 상기 컨트롤러(30)는 출력단에 연결된 장치와의 인터페이싱에 따라 추가 및 호환이 용이한 다수 비트의 제어출력단을 갖는 마이컴을 사용한다.

상기 원격송신수단(60)은 다른 공정에 설치된 원격송신수단에서 범용적으로 연결되고 있는 방재센터(70)로 통신선을 통해 연결된다.

상기 배기제어수단(50)은 배기수단(80)으로 사용된 배기펌프를 작동시키므로써 유해가스를 덕트를 통해 배출하며 여기에는 배기밸브가 포함될 수 있다. 여기에서, 상기 배기펌프 대신에 에이징 실과 외부를 연결하는 환풍기가 사용될 수 있음은 물론이다.

이와같이 구성된 본 발명은 리튬이온 전지의 양불 혹은 내구성 테스트를 위한 에이징 공정에서 전지로부터 누액이 발생하는 경우, 혹은 전해액이 누액되기 이전에 상승되는 전지의 온도가 규정치 이상으로 과열되거나 전지 내부의 팽압에 의해 전해액으로부터 발생된 가스가 누출될 때, 그리고 전지의 전압 및 전류가 과도하게 변화될 때, 이를 각각의 해당되는 센서들에 의해서 감지하고, 이 감지신호를 인가받은 신호처리부(20)에서는 전지의 이상 여부를 판별한 신호를 출력하고, 이 출력신호에 의해 콘트롤러(30)가 제어신호를 출력하게 된다.

이에 따라, 우선적으로는 경고발생수단(40)을 통해 공정 운용자에게 즉각적인 경고신호를 보내 주게 되고, 아울러 원격송신수단(60)에 의한 통신으로 방재센타에 긴급상황을 송출하여 출동준비 혹은 스프링쿨러 등을 작동시킬 준비를 갖추게 한다.

또한, 상기 콘트롤러(30)의 제어신호에 의해 배기제어수단(50)은 배기수단(80)인 배기펌프를 작동시키게 되므로 유해가스가 배출되어 가스폭발 사고를 방지하게 되고 동시에 에이징 공간 내의 인명 피해를 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 사고 발생의 원인이 되는 전해액의 누액을 감지하는 센서 및 전해액의 누액이 발생할 초기 징후를 감지할 수 있는 각종 센서에 의해 전지 이상을 판별하여 처리하는 것이므로, 에이징 공정 중에 전지 이상으로 발생할 수 있는 사고를 종래보다 초기시점에서 예지할 수 있게 되고, 더욱이 경보신호 발생 및 원격송신, 그리고 유해가스 배기에 이르기까지 각종 재난방재를 구축할 수 있고 에이징 공정의 안전성을 확보케 하는 유용한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 리튬이온 전지 에이징용 래크의 구성 블록도

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

SR1 - 전해액 감지센서 SR2 - 가스센서

SR3 - 온도센서 SR4 - 전류이상 감지센서

SR5 - 전압이상 감지센서 20 - 신호처리부

30 - 콘트롤러 40 - 경고발생수단

50 - 배기제어수단 60 - 원격송신수단

70 - 방재센터 80 - 배기수단

Claims (1)

1. 전해액을 검출하는 전해액 감지센서;

   전지의 온도를 검출하는 온도센서;

   전지에서 발생된 가스를 검출하는 가스센서;

   전지 전압의 과도변화를 감지하는 전압이상 감지센서;

   전지 전류의 과도변화를 감지하는 전류이상 감지센서;

   상기 센서들의 검출신호에 의해 전지의 이상 여부를 판별하는 신호처리부;

   상기 신호처리부의 출력신호에 의해 제어신호를 출력하는 콘트롤러;

   상기 콘트롤러의 제어신호에 따라 에이징 공간의 유해가스를 배기하기 위해 배기수단을 제어하는 배기제어수단;

   상기 콘트롤러의 출력신호에 따라 경고음 혹은 경고광을 발생하여 공정의 운용자에게 알려주는 경고발생수단; 및

   상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 원격지의 방재센타로 위험우려를 알려주는 원격송신수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리툼이온 전지 에이징용 래크.