KR20190139121A - 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 가스 분석장치에 관한 것으로서, 이차전지의 발화 또는 폭발시점까지 발생하는 가스에 대한 정량 분석 및 정성 분석 등을 효과적으로 수행할 수 있는 분석장치에 관한 것이다.

Description

이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 장치{An apparatus for Real-time analyzing gas generated inside secondary cell}
본 출원은 2018.06.07. 출원된 한국특허출원 10-2018-0065249호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지용 가스 분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 발화 또는 폭발시점까지 발생하는 가스에 대한 정량 분석 및 정성 분석 등을 효과적으로 수행할 수 있는 분석장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지 내에서 발생하는 가스를 포집하여 분석함에 있어서 이차전지의 작동시에 다양한 가스가 발생하며, 이러한 이차전지 발생가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다.
한편, 이차전지는 고온에서 노출되었을 때 발화/폭발할 위험성이 있다. 또한, 과충전, 외부단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우에도, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발의 위험성이 있다. 한 예로서, 전해액 전극 사이의 반응 결과, 가스가 발생하여 전지 내압이 상승하게 되어, 일정 압력 이상에서 이차전지가 폭발할 수 있다.
또한, 이차전지 실험 시 온도 상승 및 발생하는 가스에 의하여 이차전지 가 장착된 챔버 내의 압력 증가로 인한 일종의 전지의 부품(swelling)현상이나 전지가 발화, 폭발하는 등 심각한 문제가 발생할 수 있다. 전지가 발화, 폭발 시 화염, 분진, 고압의 가스에 의해 분석 장치는 파손 위험에 노출되는 문제점이 있기 때문에 이차전지 발생 가스의 실시간 분석이 제한적이다. 따라서, 전지의 발화, 폭발 시점까지 확대하여 이차전지 발생 가스를 실시간으로 분석하고, 나아가 안전성 평가(과충전, 고온 노출 등)와 관련된 실험에도 적용할 수 있는 장치가 요구된다.
또한, 현 이차전지의 안전성 평가(과충전, 고온 노출 등)와 관련된 실험에 대한 필요성이 점점 더 커지고 있는데, 전지의 과충전 및 고온 노출 적용 시 전지의 발화, 폭발의 위험성으로부터 연구원의 안전성 확보 및 분석 기기의 보호를 위한 방안이 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차전지의 발생 가스를 이차전지의 발화, 폭발시점까지 확대하여 실시간으로 분석할 수 있으면서도 전지의 발화, 폭발시에 연구원의 안전성을 확보하고 이차전지 발생 가스의 분석 기기를 보호할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치는:
내부에 이차전지가 장착 가능한 챔버;
상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 유도 매체 공급 모듈; 및
상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 챔버로부터 유입되는 상기 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 분석하는 분석 모듈을 포함하고,
상기 챔버는:
상기 유도 매체 공급 모듈이 연결될 수 있는 주입구;
상기 분석 모듈이 연결될 수 있는 방출구; 및
상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 발생하는 화염, 분진, 및 고압의 가스를 외부로 배출할 수 있는 안전 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치는: 상기 주입구와 상기 챔버 사이에 연결된 제 1 차단 밸브; 및 상기 방출구와 상기 챔버 사이에 연결된 제 2 차단 밸브를 더 포함하고,
상기 제 1 차단 밸브는 상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 상기 챔버로부터 상기 유도 매체 공급 모듈로의 유체의 흐름을 차단하고, 상기 제 2 차단 밸브는 상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 상기 챔버로부터 상기 분석 모듈로의 유체의 흐름을 차단하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치에서, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 미리 설정된 압력 이상에서 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 안전 밸브는 미리 설정된 압력 이상에서 개방 상태로 전환되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치에서, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 상기 미리 설정된 압력 이상의 가스가 직접적으로 접촉할 때 자동으로 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 안전 밸브는 상기 미리 설정된 압력 이상의 가스가 직접적으로 접촉할 때 개방 상태로 전환되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치는:
상기 이차전지의 표면의 압력 또는 챔버 내부의 압력을 측정할 수 있는 압력게이지; 및
상기 압력게이지에서 측정된 압력이 미리 설정된 압력 이상이라는 신호를 수신하면, 상기 제 1 차단 밸브의 폐쇄, 상기 제 2 차단 밸브의 폐쇄, 및 상기 안전 밸브의 개방을 위한 제어 신호를 각각 상기 제 1 차단 밸브, 상기 제 2 차단 밸브, 및 상기 안전 밸브로 즉시 전송하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부의 제어 신호에 따라, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고 상기 안전 밸브는 개방 상태로 전환되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치는:
상기 이차전지의 표면의 온도 또는 챔버 내부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서; 및
상기 온도센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상이라는 신호를 수신하면, 상기 제 1 차단 밸브의 폐쇄, 상기 제 2 차단 밸브의 폐쇄, 및 상기 안전 밸브의 개방을 위한 제어 신호를 각각 상기 제 1 차단 밸브, 상기 제 2 차단 밸브, 및 상기 안전 밸브로 즉시 전송하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부의 제어 신호에 따라, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고 상기 안전 밸브는 개방 상태로 전환되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치는: 상기 챔버는 상기 이차전지의 전극이 접촉될 수 있는 상기 충방전단자를 더 포함하고, 상기 장치는 상기 충방전단자를 통해 상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지를 충방전하는 충방전모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치에서, 상기 챔버는 상기 이차전지가 장착될 수 있고 정면부가 개방된 직육면체 형상인 챔버 본체 및 상기 개방부를 차폐시킬 수 있도록 된 챔버 커버를 포함하고, 상기 주입구는 상기 챔버 본체의 일측면에 배치되고, 상기 방출구는 상기 챔버 본체의 다른 측면에 배치되고, 상기 안전 밸브는 상기 챔버 커버의 중앙에 배치되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치에서, 상기 미리 설정된 압력은 0.5 Bar 내지 5 Bar의 범위의 압력 값 중 어느 하나의 값일 수 있다.
본 발명에 의하면, 이차전지의 발생 가스를 이차전지의 발화, 폭발시점까지 확대하여 실시간으로 분석할 수 있으면서도 전지의 발화, 폭발시에 연구원의 안전성을 확보하고 이차전지 발생 가스의 분석 기기를 보호할 수 있는 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 이차전지의 발생 가스의 실시간 분석 외에도 안전성 평가(과충전, 고온 노출 등)와 관련된 실험이나, 이차전지의 발화, 폭발 이후의 특정시점까지의 분석에도 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 모식도이다.
도 2는 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 예시의 정면도를 보여준다.
도 3a는 도 2의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 요부의 정면도를 보여주고, 도 3b 및 도 3c는 도 2의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 요부의 사시도를 보여준다.
도 4는 이차전지(20)가 발화한 후의 사진이다.
도 5는 안전밸브(160)를 구비하지 않은 경우에, 이차전지(20)의 발화, 폭발로 인한 분석 모듈로 분진, 화염, 및 고압의 가스가 분출되는 경우를 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 발화 또는 폭발시까지의 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 장치를 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 모식도이다. 도 2는 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 예시의 정면도를 보여주고, 도 3a는 도 2의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 요부의 정면도를 보여주고, 도 3b 및 도 3c는 도 2의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)의 일 요부의 사시도를 보여준다.
먼저 도 1을 참조하면, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는 이차전지(20)가 내부에 장착되는 챔버(100), 유도 매체 공급 모듈(110), 분석 모듈(120)을 포함한다.
이차전지(20)는 캔형(원통형, 각형, 등), 파우치형 또는 코인셀형 등의 이차전지일 수 있다. 이차전지(20)는 활물질, 금속판, 전해질 등의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 구동되는데, 이러한 충전 또는 방전 구동이 수행되는 동안 내부 전기 화학 반응에 의하여 내부 가스가 발생될 수 있다.
챔버(100)의 내부에 이차전지(20)를 장착할 수 있다. 챔버(100)는 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 챔버 본체(101) 및 챔버 커버(102)로 이루어진다. 챔버 본체(101)는 예를 들면 정면부가 개방된 직육면체 형상으로 마련될 수 있고, 챔버 커버(102)는 챔버 본체(101)의 개방부를 차폐시킬 수 있도록 마련될 수 있다. 챔버 본체(101) 및 챔버 커버(102)는 고정핀, 나사, 볼트, 등의 고정 수단으로 단단히 결합될 수 있다. 챔버 본체(101) 및 챔버 커버(102) 사이의 접촉면에는 챔버 본체(101) 및 챔버 커버(102)의 결합시 밀폐를 위한 O-ring 등과 같은 밀폐 부재를 더 포함할 수 있다. 챔버 본체(101)와 챔버 커버(102)는 각각 이중구조로 되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 챔버 본체(101)와 챔버 커버(102)가 결합된 챔버(100)는 이중구조로 되어 있다. 챔버 본체(101)와 챔버 커버(102)가 결합된 챔버(100)에서, 이차전지(20)가 장착되는 내부면은 절연성, 단열성의 물질이면서도 고온 고압에 내구성이 있는 물질로서, 예를 들면, 베이클라이트(Bakelite), 테플론(Teflon), 에어로졸(aerosol) 등으로 이루어질 수 있다. 내부면을 둘러싼 외부면은 SUS, 금속 등의 재질로 이루어질 수 있다.
챔버(100)에는 유도 매체 공급 모듈(110)이 연결될 수 있는 주입구(103)와 분석 모듈(120)이 연결될 수 있는 방출구(104)가 구비되어 있다.
유도 매체 공급 모듈(110)은 챔버(100)에 구비된 주입구(103)를 통하여 비활성 가스 등으로 이루어지는 유도 매체를 챔버(100) 내부로 유입시킨다. 유도 매체 공급 모듈(110)은 MFC(Mass flow meter), 레귤레이터(regulator) 등의 가스 매체를 이동시키는 장치를 포함한다. 유도 매체 공급 모듈(110)과 주입구(103)는 가스 이동 흐름이 생성될 수 있도록 유도관으로 연결되어 있다. 비활성 가스 등으로 이루어지는 유도 매체는 헬륨, 질소, 아르곤 등과 같은 비활성 가스로 구성하는 것이 바람직하지만, 유도 매체를 구성하는 가스 성분은 검출하고자 하는 이차전지 발생 가스의 성분 및 이차전지 발생 가스의 분석의 목적에 따라 적절하게 선택될 수도 있음은 물론이다.
유도 매체 공급 모듈(110)에서 유량을 조절하여 챔버(100)의 내부 공간으로 유도 매체를 강하게 유입시킬 수 있고, 챔버(100)에 유입된 유도 매체는 챔버(100)의 주입구(103)와 방출구(104) 사이의 기압차이로 인하여 방출구(104)를 통하여 챔버(100)를 빠져나가게 된다. 이러한 유도 매체의 이송 흐름에 의하여, 이차전지(20)에서 발생되는 내부 가스가 유도 매체와 함께 방출구(104)를 통하여 분석 모듈(120)로 이송된다.
분석 모듈(120)은, 챔버(100)에 구비된 방출구(104)로부터 방출되는 가스의 이동 흐름이 생성될 수 있도록, 챔버(100)에 구비된 방출구(104)와 유도관으로 연결되어 있다. 분석 모듈(120)은 유도 매체를 필터링하는 필터 모듈(121)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 분석 모듈(120)이 챔버(100)와 유도관을 통하여 연결된 경우를 도시하고 있지만, 경우에 따라서는, 방출구(104)에 이차전지 내부 발생 가스를 포집할 수 있는 가스 포집관(미도시)이 연결되고, 이차전지 내부 발생 가스의 포집이 완료된 이후에 가스 포집관을 분석 모듈(120)에 연결하여 분석을 수행할 수도 있다.
일 실시예로서, 주입구(103)는 챔버 본체(101)의 일 측면에 배치되고, 방출구(104)는 챔버 본체(101)의 다른 측면에 배치되어, 이차전지(20)의 발화 또는 폭발 직전까지 발생하는 가스의 흐름이 유도 매체 공급 모듈(110) - 챔버(100) - 분석 모듈(120)의 순서로 일 방향으로 원활히 형성될 수 있도록 하였다. 도 2에서는 예시적으로, 챔버(100)를 정면에서 바라볼 때 좌측에는 유도 매체 공급 모듈(110)이 연결될 수 있는 주입구(103)가 위치하고 우측에는 분석 모듈(120)이 연결될 수 있는 방출구(104)가 위치하는 경우를 도시한다. 그러나, 본 발명은 주입구(103) 및 방출구(104)의 위치에 관하여 도시된 것에 한정되지 않고, 가스의 흐름이 유도 매체 공급 모듈(110) - 챔버(100) - 분석 모듈(120)의 순서로 형성될 수 있는 한 다양한 변형, 변경이 가능하다.
또한, 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는, 추가적으로, 충방전 모듈(130)을 포함할 수도 있다. 즉, 이차전지(20)는 충방전 뿐만 아니라 고온이나 외부 충격 등에도 폭발, 발화가 발생할 수 있기 때문에 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는 충방전 모듈(130)을 포함하지 않고 구현될 수도 있고, 또는 이차전지(20)가 과충전되는 등으로 폭발, 발화가 발생할 수 있기 때문에 충방전 모듈(130)을 포함하여 구현될 수도 있다. 충방전 모듈(130)은 이차전지(20)의 전극과 전기적으로 연결되어 이차전지(20)의 충방전을 구동시키는 기능을 수행한다. 충방전 모듈(130)은 전원부와 부하부 및 스위칭 회로를 포함한다. 전원부는 이차전지(20)를 충전하기 위하여 전압 및/또는 전류를 조절하여 이차전지(20)에 인가하고, 부하부는 이차전지(20)에 충전된 에너지를 방전한다. 전원부 및 부하부는 충방전 단자들(106)을 통해 이차전지(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 충방전 단자들(106)은 챔버(100)에 구비되고 이차전지(20)의 전극이 접촉될 수 있다. 전원부 및 부하부는 스위칭 회로에 의하여 선택적으로 이차전지(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 충방전 모듈(130)은 사용자의 컴퓨터 등의 인터페이스 수단을 통하여 입력된 사용자 신호에 의하여 제어되도록 구성될 수 있다.
한편, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)에서, 이차전지(20)를 충전 또는 방전하는 경우, 고온 및 저온에의 이차전지(20)의 노출, 이차전지(20)의 양극과 음극 쇼트(shot) 현상, 이차전지(20)의 충격(crush), 이차전지(20)의 관통(nail) 등의 경우들에 있어서, 이차전지(20)의 폭발 또는 발화가 발생하는 상황이 있을 수 있다. 이러한 이차전지(20)의 폭발 또는 발화로 인한 화염, 분진, 고압의 가스가 유도 매체 공급 모듈(110) 및 분석 모듈(120)으로 이동하는 것을 방지할 수 있도록, 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는 주입구(103)와 유도 매체 공급 모듈(110) 사이에 마련된 제 1 차단 밸브(140) 및 방출구(104)와 분석 모듈(120) 사이에 마련된 제 2 차단 밸브(150)를 포함한다. 제 1 차단 밸브(140) 및 제 2 차단 밸브(150)는 챔버(110) 내부의 압력에 따라 개방(open)/폐쇄(close)된다.
보다 구체적으로, 이차전지(20)의 폭발 또는 발화 시에, 이차전지(20)의 폭발 또는 발화로 인한 화염, 분진, 고압의 가스의 압력이 유도 매체 공급 모듈(110)을 통해 챔버(100) 내부로 전달되는 유도 매체의 압력보다 클 수 있다. 제 1 차단 밸브(140)는 개방되어 있다가, 이차전지(20)의 폭발 또는 발화로 인한 화염, 분진, 고압의 가스가 유도 매체 공급 모듈(110)로 이동되어 유도 매체 공급 모듈(110)을 손상시키는 것을 방지할 수 있도록, 제 1 차단 밸브(140)는 챔버(100) 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면, 자동으로 폐쇄(차단)된다.
또한, 제 2 차단 밸브(150)는 개방되어 있다가, 이차전지(20)의 폭발 또는 발화로 인한 화염, 분진, 고압의 가스가 분석 모듈(120)로 이동되어 분석 모듈(120)을 손상시키는 것을 방지할 수 있도록, 제 2 차단 밸브(150)는 챔버(100) 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면, 자동으로 폐쇄(차단)된다.
또한, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는 이차전지(20)의 폭발 또는 발화시에 발생하는 화염, 분진, 고압의 가스를 분석 모듈(120)이 아닌 장치(10)의 외부로 배출할 수 있도록, 챔버(100)에 구비된 안전 밸브(160)를 더 포함한다. 챔버(100)에 안전밸브 연결구(105)가 마련되고 안전밸브 연결구(105)에 안전 밸브(160)가 구비되어 있을 수 있다. 도 2 및 도 3b에서는 예시적으로, 챔버(100)의 챔버 커버(102)의 중앙부에 안전 밸브(160)를 구비하는 경우를 도시하고 있는데, 이는 이차전지(20)가 챔버(100)의 중앙에 장착되는 경우에 이차전지(20)의 발화, 폭발에 의한 압력이나 화염이 다른 곳으로 이동하는 것을 최소화시키기 위한 것이다. 즉, 이차전지(20)와 가장 가까운 위치에서 안전 밸브(160)가 개방됨으로써 챔버(100) 내부의 고압의 가스 및 화염이 안전 밸브(160)를 통해 압력이 낮은 외부으로 신속히 방출될 수 있다. 실제로, 이차전지(20)의 발화 및 챔버(100) 내부의 고압의 가스 방출 이후에, 이차전지(20)의 표면에는 안전 밸브(160)의 위치에 대응하는 곳(안전 밸브(160)와 맞닿아 있는 곳)에 구멍이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 챔버(100) 내부에 이차전지(20)의 장착 위치가 변경되는 경우 그에 따라 안전 밸브(160)의 위치가 변경될 수 있고, 챔버 본체(101)에 안전 밸브(160)가 구비될 수도 있는 등, 챔버(100)의 폭발 또는 발화시에 발생하는 화염, 분진, 고압의 가스를 신속히 배출할 수 있는 한, 다양한 변형, 변경이 가능하다.
안전 밸브(160)는 폐쇄되어 있다가, 챔버(100) 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면, 자동으로 개방되어 챔버(100)의 폭발 또는 발화시에 발생하는 화염, 분진, 고압의 가스를 외부로 배출할 수 있다.
예를 들어, 이차전지(20)의 발화 이전에 실시간으로 발생하는 가스의 분석 시에 유도 매체 공급 모듈(110)로부터의 유도 매체의 흐름에 의한 챔버(100) 내부의 압력은 1.0 내지 1.5 사이일 수 있고, 제 1 차단 밸브(140) 및 제 2 차단 밸브(150)가 자동으로 폐쇄되고 안전 밸브(160)가 자동으로 개방되도록 미리 설정된 압력은 O.5 Bar 내지 5 Bar 또는 1.5 Bar 내지 2 Bar의 범위의 압력 값 중 어느 하나의 값일 수 있다. 제 1 차단 밸브(140) 및 제 2 차단 밸브(150)가 자동으로 폐쇄되고 안전 밸브(160)가 자동으로 개방되도록 미리 설정된 압력은 상술한 것에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라 조절이 가능하다.
제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150), 및 안전 밸브(160)는 이차전지(20)의 폭발 또는 발화로 인한 고온, 고압에도 견딜 수 있도록, SUS, 금속 등의 물질로 이루어진 밸브일 수 있고 내부에는 O-ring 등의 부가 구성요소들이 구비된 밸브일 수 있다. 또한, 제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150), 및 안전 밸브(160)는 구동원(예를 들면, 전압원 등) 없이 자동으로 개폐가 가능한 밸브일 수 있고, 별도의 구동원에 연결되어 자동으로 개폐가 가능한 밸브일 수도 있다. 구동원 없이 자동으로 개폐가 가능한 밸브로서, 이차전지(20)의 발화, 폭발시 발생하는 고압의 가스 등이 직접적으로 밸브에 접촉 시에 자동으로 차단되는 밸브를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 차단 밸브(140) 및 제 2 차단 밸브(150)는 체크 밸브(check valve), 셧-오프 밸브(shut-off) 밸브, 퀵클로징(quick closing) 밸브, 컷-오프(cut-off) 밸브 등 가스 및 분진의 흐름을 차단가능한 밸브를 사용할 수 있다. 안전 밸브(160)는 OO, OO, 또는 릴리프 밸브(relief valve)등을 사용할 수 있다.
챔버(100)는 제 1 연결구(107) 및/또는 제 2 연결구(108)를 더 포함할 수 있다. 제 1 연결구(107) 및/또는 제 2 연결구(108)를 통해 후술할 온도센서 등이 챔버(100)에 배치될 수 있다.
또한, 챔버(100)는 이차전지(20) 표면 또는 챔버(100) 내부의 압력과 온도를 측정하기 위한 구성으로 이차전지(20) 표면의 압력 또는 챔버(100) 내부의 압력을 측정하는 압력게이지(미도시)와 이차전지(20) 표면의 온도 또는 챔버(100) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)를 더 포함한다. 압력게이지에서 챔버(100) 내부의 압력을 측정하여 실시간으로 제어부(200)로 전송할 수 있다. 압력게이지는 이차전지(20)가 발화, 폭발하는 시점을 보다 빠르게 포착할 수 있도록, 챔버(100) 내부 중에서도 이차전지(20)에 최대한 근접하게 설치될 수 있다. 또한, 온도센서도 이차전지(20) 표면의 온도 또는 챔버(100) 내부의 온도를 실시간으로 제어부(200)로 전송할 수 있다. 온도센서도 이차전지(20) 표면에 장착되거나 이차전지(20)에 최대한 근접하게 설치될 수 있다. 온도센서는 예를 들면, 라인(line) 형태(예를 들면, 구리에 절연체가 피복된 일종의 전선)일 수 있다. 이러한 라인 형태의 온도센서를 제 1 연결구(107) 또는 제 2 연결구(108)를 통해 배치하여 라인 형태의 온도센서의 일단부를 이차전지(20)의 표면에 장착하고 온도센서의 타단부를 제어부(200) 또는 데이터 저장 장치에 연결할 수 있다. 경우에 따라서는, 챔버 내부의 특정 위치의 온도를 측정하고자 할 때, 온도센서의 일단부를 상기 챔버 내부의 특정 위치에 배치할 수 있다. 챔버(100)에 설치된 온도센서는 이차전지(20)의 발화, 폭발 시에 직접적인 손상을 받아 파손되기 때문에, 라인 형태의 온도센서를 사용하여 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한 이러한 라인 형태의 온도센서는 교체가 매우 용이한 장점이 있다. 한편, 데이터 저장 장치는 예를 들면 데이터 로거(data logger)일 수 있다. 데이터 로거는 온도, 전지 전압 등을 읽는데 널리 사용된다. 상술한 바 외에도 센서 장비를 챔버(20)에 추가 설치할 수 있는 등 다양한 변형, 변경이 가능하다. 제어부(200) 내에 내장되거나 별도로 마련된 데이터 저장 장치에 압력게이지에서 측정된 압력 정보 및/또는 온도센서에서 측정된 온도 정보가 저장될 수 있다. 또한, 챔버(100)에는 압력게이지 및/또는 온도센서 외에도 이차전지(20)의 압력, 저항 및 이차전지(20)에서 발생하는 가스의 발생 시점, 이차전지(20)에서 발생하는 가스의 양, 이차전지(20)의 발생 열량을 측정할 수 있는 측정기기 또는 센서 등이 챔버(100)에 장착될 수 있고 이러한 측정된 데이터들이 제어부(200) 및/또는 데이터 저장 장치로 전송될 수 있다. 그외의 이차전지 안전성 테스트에서 하는 모든 종류의 측정이 동시에 가능하다. 이러한 압력게이지에서 측정된 압력 정보와 온도센서에서 측정된 온도 정보, 이차전지(20)의 압력, 저항 및 이차전지(20)에서 발생하는 가스의 발생 시점, 이차전지(20)에서 발생하는 가스의 양, 이차전지(20)의 발생 열량 등을 통하여 이차전지(20)의 발화 또는 폭발 시점의 온도, 압력 조건 등을 구할 수 있고, 이러한 정보는 이차전지(20)의 안전성 평가 시험에도 활용될 수 있다.
추가적으로, 챔버(100)의 외부에 오븐(oven)을 구비하여 챔버(100)에 열을 가하거나 챔버(100) 자체가 챔버(100)에 직접적으로 열을 가할 수 있는 장치를 포함함으로써, 이차전지(20)의 온도를 올릴 수 있다. 이차전지(20)의 발화, 폭발의 경우뿐만 아니라 이차전지(20)의 안전성 평가 시험에도 활용할 수 있도록, 이차전지(20)의 안전성 평가 시험과 동일한 방식으로 외부 저온 오븐 또는 챔버에 저온(cooler, 액체 질소 등)을 적용 시키는 것도 가능하다.
제어부(200)에서는 압력게이지에서 전송된 압력이 미리 설정된 압력(예를 들면, O.5 Bar 내지 5 Bar 또는 1.5 Bar 내지 2 Bar의 범위의 압력 값 중 어느 하나의 값) 이상이거나 온도센서에서 전송된 온도가 미리 설정된 온도 이상(예를 들면, 100°C 이상)이면, 자동으로 제 1 차단 밸브(140)의 폐쇄, 제 2 차단 밸브(150)의 폐쇄, 및 안전 밸브(160)의 개방을 위한 제어 신호를 각각 제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150), 및 안전 밸브(160)로 즉시 전송할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 충방전 모듈(130)에서 측정된 이차전지(20)의 전압이 미리 설정된 전압값 이상(예를 들면, 5 V 이상) 이상이면, 자동으로 제 1 차단 밸브(140)의 폐쇄, 제 2 차단 밸브(150)의 폐쇄, 및 안전 밸브(160)의 개방을 위한 제어 신호를 각각 제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150), 및 안전 밸브(160)로 즉시 전송할 수도 있다.
한편, 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)에서는, 보다 정확한 결과값을 도출할 수 있도록 실험전 챔버(100) 내부가 진공 상태로 조성될 수 있다. 이를 위해 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)는 챔버(100)와 연결되어 챔버(100) 내부에 진공 상태를 조성하는 진공펌프(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도 4는 이차전지(20)가 발화한 후의 사진이다.
도 5는 안전밸브(160)를 구비하지 않은 경우에, 이차전지(20)의 발화, 폭발로 인한 분석 모듈 방향으로 분진, 화염, 및 고압의 가스가 분출되는 경우를 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치(10)에서의 이차전지(20) 발생 가스의 분석에 있어서, 제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150), 및 안전 밸브(160)의 작동에 관하여 정리하면 다음과 같다.
1. 이차전지(20)의 발화 또는 폭발 이전의, 이차전지(20)의 실시간 발생 가스 분석 시에 유도 매체 공급 모듈(110)로부터 챔버(100) 내부로 제공되는 유체의 흐름에 의하여 챔버(100) 내 압력은 예를 들어 1.0 ~ 1.5 Bar 사이의 범위에서 유체가 유도 매체 공급 모듈(110), 챔버(100), 분석 모듈(120)의 순서로 흐르게 된다. 유도 매체 공급 모듈(110)의 MFC(Mass flow meter)에 의하여 챔버(100) 내 압력이 일정한 범위 내에서 유지될 수 있다.
이 때, 유도 매체 공급 모듈(110)에 연결된 제 1 차단 밸브(140)와 분석 모듈(120)에 연결된 제 2 차단 밸브(150)는 개방 상태이고, 안전 밸브(160)는 폐쇄 상태이다. 충방전 모듈(130)에 의하여 이차전지(20)를 충방전하면서 이차전지(20)에서 발생하는 가스를 분석 모듈(120)에서 분석할 수 있다. 챔버(100)에 구비된 압력게이지에서 측정된 이차전지(20) 표면의 압력 또는 챔버(100) 내부의 압력값과 온도센서에서 측정된 이차전지(20) 표면의 온도 또는 챔버(100) 내부의 온도 값에 관한 정보는 제어부(200)와 데이터 저장 장치로 실시간 또는 미리 설정된 시간 간격으로 전송된다.
2. 이차전지(20)의 과충전 또는 고온으로 인한 비이상적인 반응에 의해 이차전지(20)에 발화 또는 폭발이 발생하면 챔버(100) 내 압력이 증가하여, 챔버(100) 내부의 압력은 이차전지(20) 발생 가스 분석 시의 압력의 범위 중 최대값(즉, 미리 설정된 압력), 예를 들어 1.5 Bar 내지 2 Bar의 범위의 압력 값 중 어느 하나의 값 이상 또는 1.5 Bar 이상의 값이 된다. 챔버(100)에 구비된 압력게이지에서 미리 설정된 압력 이상의 압력이 감지되면, 즉시 압력게이지로부터 미리 설정된 압력 이상의 압력이 감지되었다는 신호가 제어부(200)로 전송된다.
이 때, 제 1 차단 밸브(140) 및 제 2 차단 밸브(150)는 자동으로 폐쇄되고, 안전 밸브(160)는 자동으로 개방된다. 이러한 밸브들의 자동 개폐는 밸브에 이차 전지의 발화, 폭발로 인한 고압의 가스가 직접적으로 접촉하여 자동으로 작동하는 것일 수도 있고, 별도의 구동원을 통하여 제어부(200)에 의하여 자동으로 제어되는 것일 수 있다. 그에 따라, 챔버(100) 내부의 이차전지(20) 발화 또는 폭발로 인한 화염, 분진, 고압의 가스가 개방된 안전 밸브(160)를 통하여 외부로 배출되고, 챔버(100)로부터 유도 매체 공급 모듈(110)로의 유체 흐름 및 챔버(100)로부터 분석 모듈(120)로의 유체 흐름은 차단되어, 유도 매체 공급 모듈(110) 및 분석 모듈(120)의 장비들이 보호될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 미리 설정된 압력 이상이면, 자동으로 폐쇄되는 유도 매체 공급 모듈(110)에 연결된 제 1 차단 밸브(140)와 분석 모듈(120)에 연결된 제 2 차단 밸브(150) 및 자동으로 개방되는 외부에 연결된 안전 밸브(160)를 구비함으로써, 이차전지(20)의 발화 또는 폭발로부터 인한 유도 매체 공급 모듈(110)과 분석 모듈(120) 파손의 위험을 최소화시킬 수 있고, 또한 분석 장치(10)를 사용하는 사용자(연구원, 등)의 안전도 확보할 수 있다.
또한, 이와 같은 제 1 차단 밸브(140), 제 2 차단 밸브(150) 및 안전 밸브(160)를 구비하지 않은 종래 기술에 의하면, 이차전지(20)의 발화 또는 폭발이 되는 경우를 피하고자, 이차전지(20)를 과충전하거나 고온의 환경에 노출하지 않는 환경에서 분석을 진행하였다. 즉, 소정의 충전 전압 이하나 소정의 온도 이하의 환경으로만 이차전지(20)에서 발생하는 가스를 분석하는 한계가 있었다.
그러나, 본 발명에 의하면, 이차전지(20)의 발화나 폭발의 경우에도 유도 매체 공급 모듈(110), 분석 모듈(120), 등을 보호할 수 있으므로, 이차전지(20)의 발화나 폭발시점(보다 정확하게는, 발화나 폭발 직전)까지 분석을 수행할 수 있는 장점이 있다. 그에 따라, 본 발명에 의하면, 이차전지(20)의 발화나 폭발시점까지에 분석이 가능하므로, 이차전지(20)가 어떠한 경우에 발화나 폭발하는지 등에 관한 실험이나 이차전지(20)의 안전성 평가 실험에 대하여도 확대하여 적용이 가능한 장점이 있다. 일 예로, 종전에는, 이차전지(20)의 충방전시의 발생 가스에 대한 분석 장비와 이차전지(20)의 안정성 평가 장비를 별도로 구비하였다면, 본 발명에 의하면, 하나의 장치로 이차전지(20)의 충방전시의 발생 가스에 대한 분석 및 이차전지(20)의 안정성 평가를 수행할 수 있으므로, 보다 효율적인 실험이 가능하면서도 비용의 절감이 가능한 장점이 있다. 또한, 이차전지(20)의 종류나 실험 환경에 따라, 이차전지(20)의 발화, 폭발로 인한 영향이 비교적 적어 실험 장비의 손상이 없을 경우, 제 1 차단 밸브, 제 2 차단 밸브, 및 안전 밸브의 작동 시간을 늦추어 이차전지(20)의 발화, 폭발 이후까지 분석이 적용가능할 수도 있다. 즉, 발화 이후 특정 시간까지 분석도 가능하다. 이차전지(20)의 발화나 폭발시점(보다 정확하게는, 발화나 폭발 직전)까지 밸브들이 작동하여야 하는 경우에는 수초 이내에 밸브들이 작동하도록 하여야 한다. 한편, 이차전지(20)의 발화, 폭발 이후까지 분석을 수행하려는 경우에는 이차전지(20)의 발화, 폭발 이후의 수분~ 수시간까지의 시간 동안에도 본 발명이 적용이 가능하다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 장치
20: 이차전지
100: 챔버
110: 유도 매체 공급 모듈
120: 분석 모듈
130: 충방전 모듈
140: 제 1 차단 밸브
150: 제 2 차단 밸브
160: 안전 밸브
200: 제어부

Claims (9)

  1. 내부에 이차전지가 장착 가능한 챔버;
    상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 유도 매체 공급 모듈; 및
    상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 챔버로부터 유입되는 상기 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 분석하는 분석 모듈을 포함하고,
    상기 챔버는:
    상기 유도 매체 공급 모듈이 연결될 수 있는 주입구;
    상기 분석 모듈이 연결될 수 있는 방출구; 및
    상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 발생하는 화염, 분진, 및 고압의 가스를 외부로 배출할 수 있는 안전 밸브를 포함하는,
    이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입구와 상기 챔버 사이에 연결된 제 1 차단 밸브; 및
    상기 방출구와 상기 챔버 사이에 연결된 제 2 차단 밸브를 더 포함하고,
    상기 제 1 차단 밸브는 상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 상기 챔버로부터 상기 유도 매체 공급 모듈로의 유체의 흐름을 차단하고,
    상기 제 2 차단 밸브는 상기 이차전지의 폭발 또는 발화시에 상기 챔버로부터 상기 분석 모듈로의 유체의 흐름을 차단하는 것인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 미리 설정된 압력 이상에서 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 안전 밸브는 미리 설정된 압력 이상에서 개방 상태로 전환되는 것인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 상기 미리 설정된 압력 이상의 가스가 직접적으로 접촉할 때 자동으로 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 안전 밸브는 상기 미리 설정된 압력 이상의 가스가 직접적으로 접촉할 때 개방 상태로 전환되는 것인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이차전지의 표면의 압력 또는 챔버 내부의 압력을 측정할 수 있는 압력게이지; 및
    상기 압력게이지에서 측정된 압력이 미리 설정된 압력 이상이라는 신호를 수신하면, 상기 제 1 차단 밸브의 폐쇄, 상기 제 2 차단 밸브의 폐쇄, 및 상기 안전 밸브의 개방을 위한 제어 신호를 각각 상기 제 1 차단 밸브, 상기 제 2 차단 밸브, 및 상기 안전 밸브로 즉시 전송하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고 상기 안전 밸브는 개방 상태로 전환되는 것인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 이차전지의 표면의 온도 또는 챔버 내부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서; 및
    상기 온도센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상이라는 신호를 수신하면, 상기 제 1 차단 밸브의 폐쇄, 상기 제 2 차단 밸브의 폐쇄, 및 상기 안전 밸브의 개방을 위한 제어 신호를 각각 상기 제 1 차단 밸브, 상기 제 2 차단 밸브, 및 상기 안전 밸브로 즉시 전송하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라, 상기 제 1 차단 밸브 및 상기 제 2 차단 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고 상기 안전 밸브는 개방 상태로 전환되는 것인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 이차전지의 전극이 접촉될 수 있는 상기 충방전단자를 더 포함하고,
    상기 장치는 상기 충방전단자를 통해 상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지를 충방전하는 충방전모듈을 더 포함하는, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 이차전지가 장착될 수 있고 정면부가 개방된 직육면체 형상인 챔버 본체 및 상기 개방부를 차폐시킬 수 있도록 된 챔버 커버를 포함하고,
    상기 주입구는 상기 챔버 본체의 일측면에 배치되고, 상기 방출구는 상기 챔버 본체의 다른 측면에 배치되고,
    상기 안전 밸브는 상기 챔버 커버의 중앙에 배치되는, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 압력은 0.5 Bar 내지 5 Bar의 범위의 압력 값 중 어느 하나의 값인, 이차전지 내부 발생 가스 분석 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024101697A1 (ko) * 2022-11-09 2024-05-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 안전성 평가 장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102254350B1 (ko) * 2017-11-17 2021-05-21 주식회사 엘지화학 가스 분석용 모노셀의 가압 지그 및 이를 포함하는 가스 분석 장치
US20230040106A1 (en) * 2020-08-31 2023-02-09 Lg Energy Solution, Ltd. Battery system and battery module evaluation method capable of detecting damaged battery cell
CN113654615B (zh) * 2021-07-20 2023-01-24 北京理工大学 一种电池内部实时产气量的测试装置及方法
EP4130707A1 (en) * 2021-08-06 2023-02-08 Denios S.r.l. Device and method for monitoring the emissions of one or more batteries
IT202100021485A1 (it) * 2021-08-06 2023-02-06 Denios S R L Gruppo e metodo di monitoraggio delle emissioni di una o piu' batterie
CN113829948B (zh) * 2021-08-20 2023-05-12 合众新能源汽车股份有限公司 一种锂离子电池安全评估方法、装置及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150032034A (ko) * 2013-09-17 2015-03-25 한국전기연구원 이차 전지 테스트 시스템
KR101760401B1 (ko) * 2014-12-15 2017-07-31 주식회사 엘지화학 이차전지용 가스 분석장치 및 그를 이용한 가스 분석방법

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2315773A1 (fr) 1975-06-26 1977-01-21 Gratzmuller Claude Bouchon a soupape pour accumulateur electrique
JPH09147927A (ja) 1995-11-24 1997-06-06 Toyota Autom Loom Works Ltd シール形蓄電池用のガス圧測定器
WO2006088021A1 (ja) 2005-02-15 2006-08-24 Mitsubishi Chemical Corporation 試験装置およびその利用
JP4862542B2 (ja) 2006-08-02 2012-01-25 三菱化学株式会社 試験装置及び電力貯蔵供給デバイスの安全性評価方法
KR100900411B1 (ko) 2006-08-28 2009-06-01 주식회사 엘지화학 일방향 배출 밸브를 포함하고 있는 이차전지
KR101025516B1 (ko) 2006-09-11 2011-04-04 주식회사 엘지화학 전지셀의 부피 변화 측정 장치
KR100832245B1 (ko) 2007-01-31 2008-05-28 오성엘에스티(주) 산업용 배터리 성능 검사용 가스 포집 장치
JP2009081059A (ja) 2007-09-26 2009-04-16 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd リチウム二次電池
KR101583373B1 (ko) 2010-11-11 2016-01-07 주식회사 엘지화학 이차전지 내부 발생 가스의 실시간 분석 장치
JP5276089B2 (ja) 2010-12-28 2013-08-28 株式会社コベルコ科研 安全性評価試験装置
KR20120111080A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 비나텍주식회사 셀의 가스 분석 장치 및 이를 이용한 가스 분석 방법
JP5733146B2 (ja) 2011-10-04 2015-06-10 トヨタ自動車株式会社 二次電池の測定方法および測定システム
KR101620666B1 (ko) 2013-05-02 2016-05-12 주식회사 엘지화학 안전 벤트를 갖는 파우치형 이차전지
ES2725901T3 (es) 2013-08-30 2019-09-30 Gogoro Inc Dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica
KR20150053199A (ko) 2013-11-07 2015-05-15 현대모비스 주식회사 이차전지의 분석지그
KR101728495B1 (ko) * 2014-12-03 2017-04-19 주식회사 엘지화학 이차전지 벤팅 가스 분석장치 및 그의 분석방법
KR101803527B1 (ko) * 2014-12-31 2017-12-28 주식회사 엘지화학 이차 전지 내부 가스 포집 장치
JP6546840B2 (ja) 2015-11-30 2019-07-17 鹿島建設株式会社 燃焼試験装置および燃焼試験装置の運転方法
JP6730056B2 (ja) 2016-03-29 2020-07-29 株式会社コベルコ科研 蓄電デバイスの発生ガス分析方法及び装置
KR102268398B1 (ko) 2016-10-31 2021-06-24 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 가스분석장치
JP6897908B2 (ja) * 2017-10-26 2021-07-07 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池の内部発生ガス捕集装置、ガス捕集システム及びガス捕集方法
KR102397294B1 (ko) * 2019-04-26 2022-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 내부가스 포집 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150032034A (ko) * 2013-09-17 2015-03-25 한국전기연구원 이차 전지 테스트 시스템
KR101760401B1 (ko) * 2014-12-15 2017-07-31 주식회사 엘지화학 이차전지용 가스 분석장치 및 그를 이용한 가스 분석방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024101697A1 (ko) * 2022-11-09 2024-05-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 안전성 평가 장치

Also Published As

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