KR20190139146A - 가스 분석용 챔버 및 가스 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지에 직접적으로 열을 가하면서 온도를 조절할 수 있는 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버 및 시스템에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2018.06.07. 출원된 한국특허출원 10-2018-0065250호 및 2018.10.30. 출원된 한국특허출원 10-2018-0130857호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지에 직접적으로 열을 가하면서 온도를 조절할 수 있는 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버 및 시스템에 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, 종래의 이차전지 내부 발생 가스를 분석하기 위한 챔버에서는, 전지에 온도 차이에 따른 가스 발생 분석을 진행하기 위해서는 챔버 전체를 내부에 포함시킬 수 있는 오븐(oven)과 같은 외부 가열 장치를 사용하여 이러한 오븐으로 챔버에 열을 가하여 챔버의 온도를 상승시켜서 챔버 내 전지의 온도를 상승시킨다. 이러한 종래의 챔버에서는, 전지의 고온 특성에 대한 연구를 진행하는데 있어서 전지 내 발생 가스를 분석하기에는 전지에 직접적인 온도를 가할 수 없다는 한계가 있다. 직접적으로 전지에 열을 가하지 않기 때문에 원하는 정확한 온도를 전지에 인가시킬 수 없다는 단점이 있다. 또한, 챔버 재질의 비열 특성으로 인하여 온도 상승을 위한 오랜 시간이 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 실시간 가스 분석을 위한 챔버의 역할은 기본적으로 수행하면서도, 이에 추가적으로 전지에 직접적으로 온도를 가할 수 있으며, 가하는 온도를 조절 가능한 기능을 수행할 수 있는 챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서:
절연성의 제 1 하우징으로서, 상기 제 1 하우징으로 둘러싸인 내부 공간에 이차전지가 장착될 수 있는 상기 제 1 하우징;
상기 제 1 하우징을 둘러싼 열전도성의 제 2 하우징;
상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 펌프 모듈이 연결될 수 있는 주입구와 상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 이차전지의 내부 발생 가스를 분석하는 분석 모듈이 연결될 수 있는 방출구;
상기 이차전지의 온도 또는 상기 챔버 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서; 및
상기 이차전지에 열을 가할 수 있는 가열 부재를 포함하고,
상기 가열 부재는 상기 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 가열 부재는 바(bar) 형상일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 제 1 하우징은 테플론, 베이클라이트, 또는 고무로 이루어지고, 상기 제 2 하우징은 스테인리스 스틸, 구리, 또는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 가열 부재는 니켈, 크롬, 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 이차전지의 전극이 접촉되어 충방전 모듈로 하여금 상기 이차전지를 충방전할 수 있도록 된 충방전 단자들을 더 포함하고, 상기 충방전 모듈은 상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지의 충방전을 구동시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 온도 센서의 일단부는 상기 이차전지의 온도를 측정할 수 있도록 상기 이차전지에 근접하게 위치하거나 상기 이차전지에 접하도록 위치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 가열 부재는 적어도 두 개이고, 가열 부재들은 상기 제 2 하우징의 일면에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 하나는 상기 제 2 하우징의 일면 중 상부에 삽입되고 상기 가열 부재들 중 다른 하나는 상기 제 2 하우징의 일면 하부에 삽입될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 가열 부재는 적어도 두 개이고, 가열 부재들 중 일부는 상기 제 2 하우징의 서로 마주보는 양면 중 어느 하나의 일면에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 나머지 일부는 상기 제 2 하우징의 서로 마주보는 양면 중 다른 일면에 삽입될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 챔버는 일면이 개방된 직육면체 형상의 챔버 본체 및 상기 챔버 본체의 개방된 일면과 결합하는 챔버 커버로 이루어지고, 상기 챔버 본체와 상기 챔버 커버가 결합하여 상기 이차전지가 장착되는 공간을 형성하고, 상기 가열 부재는 상기 챔버 본체의 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서, 상기 가열 부재는 복수 개로 이루어지고, 가열 부재들 중 일부는 상기 챔버 본체의 제 2 하우징 내에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 나머지 일부는 상기 챔버 커버의 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 시스템은:
이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버;
상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 펌프 모듈;
상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 챔버로부터 유입되는 상기 이차전지의 내부 발생 가스를 분석하는 분석 모듈;
상기 온도 센서를 통하여 상기 이차전지의 온도 또는 상기 챔버 내부의 온도를 측정하고 상기 가열 부재를 통하여 희망하는 온도로 상기 이차전지에 가하는 온도를 실시간으로 조절하는 온도 조절 모듈을 포함하고,
상기 온도 센서 및 상기 가열 부재 각각은 상기 온도 조절 모듈에 연결된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 시스템은 상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지의 충방전을 구동시키는 충방전 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 챔버에서는, 실시간 가스 분석을 위한 챔버의 역할은 기본적으로 수행하면서 이에 추가적으로 이차전지에 직접적으로 온도를 가하면서, 이차전지에 가하는 온도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 그에 따라, 전지의 온도 특성에 따른 가스 발생 조성 및 상대량 변화에 대한 분석을 정밀하게 수행할 수 있다. 또한, 이를 통해 이차전지의 고온 특성에 따른 이차전지 내 발생 가스를 해석하는데 있어서 활용이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 종래의 챔버 재질의 비열 특성으로 인하여 온도 상승을 위한 오랜 시간이 요구되었던 점을 개선하여, 이차전지에 직접적으로 열을 가함으로써 단시간(예를 들면 수초 내)에 이차전지의 온도를 상승시킬 수 있어, 신속하고 효율적으로 이차전지 내 발생 가스를 분석할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버(100)를 포함하는 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 시스템(10)의 모식도로서, 각각 이차전지(20)가 장착된 경우와 장착되지 않은 경우를 보여준다.
도 3은 도 1의 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)의 개략적인 외부 사시도이다.
도 4a 및 4b는 각각 도 1의 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)의 내부를 개략적으로 보여주는 정면도 및 사시도이다.
도 3은 도 1의 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)의 개략적인 외부 사시도이다.
도 4a 및 4b는 각각 도 1의 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)의 내부를 개략적으로 보여주는 정면도 및 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버를 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 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)를 포함하는 이차전지 내부 발생 가스 분석 시스템(10)의 모식도이다. 도 2는 도 1의 이차전지 내부 발생 가스 분석용 챔버(100)를 포함하는 이차전지 내부 발생 가스 분석 시스템(10)에서 이차전지(20)를 장착하지 않은 경우를 보여준다.
먼저 도 1을 참조하면, 이차전지 내부 발생 가스 분석 시스템(10)은 이차전지(20)가 내부에 장착되는 챔버(100), 펌프 모듈(210), 분석 모듈(220)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 크게, 이중구조, 즉 제 1 하우징(100a)과 제 1 하우징(100a)을 둘러싼 제 2 하우징(100b)으로 구성되어 있다. 제 1 하우징(100a)으로 둘러싸인 공간에 이차전지(20)가 장착될 수 있다.
제 1 하우징(100a)은 절연성의 물질로서, 예를 들면, 테플론, 베이클라이트(bakelite), 고무 등으로 이루어질 수 있다. 그에 따라, 만약의 경우에 이차전지(20)의 단자에 접촉되는 충방전 단자(130)이외의 구성요소를 통하여 전기가 이차전지(20)에 직접적으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 제 2 하우징(100b)은 열전도성의 물질로서, SUS, 구리, 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 제 1 하우징(100a)과 제 2 하우징(100b)은 일체로 형성될 수도 있고, 서로 분리결합이 가능하게 형성될 수도 있다.
또한, 이러한 챔버(100)는 또한 도 3에 도시된 바와 같이 챔버 본체(101)와 챔버 커버(102)로 분리 결합이 가능할 수 있다. 다시 말하면, 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)와 챔버 커버(102)의 결합시에, 상술한 바와 같이 이차전지(20)가 내부에 장착되는 제 1 하우징(100a)과 제 1 하우징(100a)을 둘러싼 제 2 하우징(100b)의 구조로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 챔버 본체(101)는 이중 구조, 즉 이차전지(20)가 내부에 장착될 수 있고 정면부가 개방된 제 1 하우징(100a), 제 1 하우징(100a)을 둘러싸되 마찬가지로 정면부가 개방된 제 2 하우징(100b)으로 구성되어 있을 수 있고, 챔버 커버(102)도 챔버 본체(101)와 마찬가지로 이중 구조로 구성되되, 챔버 본체(101)의 제 1 하우징(100a)을 덮는 챔버 커버의 제 1 하우징(100a) 및 챔버 본체(101)의 제 2 하우징(100b)을 덮는 챔버 커버의 제 2 하우징(100b)으로 구성되어 있을 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(100)에는 펌프 모듈(210)이 연결될 수 있는 주입구(110)와 분석 모듈(220)이 연결될 수 있는 방출구(120)가 구비되어 있다.
도 1을 참조하면, 펌프 모듈(210)은 챔버(100)에 구비된 주입구(110)를 통하여 비활성 가스 등으로 이루어지는 유도 매체를 챔버(100) 내부로 유입시킨다. 펌프 모듈(210)은 MFC(Mass flow meter) 등의 가스 매체를 이동 시키는 장치를 포함한다. 펌프 모듈(210)과 주입구(110)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.
펌프 모듈(210)에서 유량을 조절하여 챔버(100)의 내부 공간으로 유도 매체를 강하게 유입시킬 수 있고, 챔버(100)에 유입된 유도 매체는 챔버(100)의 주입구(110)와 방출구(120) 사이의 기압차이로 인하여 방출구(120)를 통하여 챔버(100)를 빠져나가게 된다. 이러한 유도 매체의 이송 흐름에 의하여, 이차전지(20)에서 발생되는 내부 가스가 유도 매체와 함께 방출구(120)를 통하여 분석 모듈(220)로 이송된다.
분석 모듈(220)은, 챔버(100)에 구비된 방출구(120)로부터 방출되는 가스의 이동 흐름이 생성될 수 있도록, 챔버(100)에 구비된 방출구(120)와 유도관으로 연결되어 있다. 분석 모듈(220)은 유도 매체를 필터링하는 필터 모듈(121)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 분석 모듈(220)이 챔버(100)와 유도관을 통하여 연결된 경우를 도시하고 있지만, 경우에 따라서는, 방출구(120)에 이차전지 내부 발생 가스를 포집할 수 있는 가스 포집관(미도시)이 연결되고, 이차전지 내부 발생 가스의 포집이 완료된 이후에 가스 포집관을 분석 모듈(220)에 연결하여 분석을 수행할 수도 있다.
또한, 챔버(100)는 이차전지(20)의 전극이 접촉되어 충방전 모듈(230)로 하여금 이차전지(20)를 충방전할 수 있도록 된 충방전 단자들(130)을 더 포함할 수 있다. 충방전 모듈(230)은 이차전지(20)의 전극과 전기적으로 연결되어 이차전지(20)의 충방전을 구동시키는 기능을 수행한다. 충방전 모듈(230)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(130)을 통해 이차전지(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 충방전 단자들(130)은 챔버(100)에 구비되고 있다. 전원부 및 부하부는 스위칭 회로에 의하여 선택적으로 이차전지(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 충방전 모듈(230)은 사용자의 컴퓨터 등의 인터페이스 수단을 통하여 입력된 사용자 신호에 의하여 제어되도록 구성될 수 있다.
또한, 챔버(100)는 내부의 온도를 높일 수 있는 가열 부재(140) 및 이차전지(20)의 온도 또는 챔버(100) 내부의 온도를 측정하는 온도 센서(150)를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 가열 부재(140)는 제 2 하우징(100b)의 내부(즉, 제 2 하우징(100b)으로 둘러싸인 공간이 아닌, 제 2 하우징(100b) 자체)에 삽입될 수 있는 것으로 구현된다. 보다 구체적으로, 가열 부재(140)는 제 2 하우징(100b)의 적어도 일면의 내부에 삽입될 수 있다. 가열 부재(140)는 도 4b 에서도 도시된 바와 같이, 제 1 하우징(100a)으로 둘러싸여 형성되는 내부 공간으로 노출되지 않아, 이차전지(20)와 직접적으로 접촉되지는 않는다.
한편, 종래에는 상술한 바와 같이 챔버의 외부에 챔버 온도를 높이기 위한 오븐을 구비하여 외부에 마련된 오븐으로부터 챔버에 열을 가하기 때문에 이차전지의 온도를 높이는 데에 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 이차전지를 원하는 온도로 정확하게 가열하는 데에 어려움이 있었다.
본 발명에 따른 가열 부재(140)는 예시적으로 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 바(bar, 막대기) 형상으로 구현될 수 있다. 부연하면, 가열 부재(140)를 출력이 높은 바(bar) 형상으로 본 발명을 구현할 수 있다. 도 1 및 2에서는, 예시적으로, 파우치 형의 이자전지(20)를 가열하는 경우에 2 개의 가열 부재(140)들이 제 2 하우징(100b)의 일면의 내부 중 상부와 하부에 각각 삽입되는 경우를 도시하고 있다. 그러나, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 가열 부재(140)가 제 2 하우징(100b) 내부에 삽입되어 이차전지(20)를 가열할 수 있는 한, 가열 부재(140)의 형상, 개수, 및 제 2 하우징(100b)에 삽입되는 위치는 변형, 변경이 가능하다. 또한, 가열 부재(140)는 열전도성의 물질로서, 니켈, 크롬, 또는 알루미늄 등의 재질로 이루어 질 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 2 하우징(100b)은 열전도성의 물질로서, SUS, 금속 등의 재질로 이루어 질 수 있으므로, 제 2 하우징(100b) 자체에 삽입된 가열 부재(140)에 의하여 제 2 하우징(100b)이 가열될 수 있다. 그에 따라, 제 2 하우징(100b) 내의 제 1 하우징(100a)을 통하여 제 1 하우징(100a) 내부에 장착된 이차전지(20)가 가열될 수 있다.
한편, 가열 부재(140)에 의하여 가열된 제 2 하우징(100b)과 이차전지(20) 사이에 절연성의 제 1 하우징(100a)이 위치하고 있으므로, 가열된 제 2 하우징(100b)이나 가열 부재(140)에 이차전지(20)가 직접적으로 접촉되지는 않아, 이차전지(20)의 폭발, 발화의 위험성을 방지하였다. 만약, 제 1 하우징(100a)이 구비되지 않는다면, 이차전지(20)가 가열된 제 2 하우징(100b)이나 가열 부재(140)에 직접적으로 접촉되어, 쇼트(short)로 인한 이차전지(20)의 안전성 문제가 발생할 우려가 있다. 또한, 제 1 하우징(100a)은, 가열부재(140)가 삽입된 제 2 하우징(100b)에 의하여 가열되는 열이 이차전지(20)로 충분히 전달될 수 있도록, 가능한 한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.
온도 센서(150)의 일단부는 제 1 하우징(100a)으로 둘러싸인 내부 공간에 노출되고, 또한, 이차전지(20)의 외부의 온도(즉, 챔버(100) 내부의 온도)를 측정할 수 있도록 온도 센서(150)의 일단부가 이차전지(20)에 근접하게 위치하거나 이차전지(20) 자체의 온도를 측정할 수 있도록 온도 센서(150)의 일단부가 이차전지(20)에 접하도록 위치하는 것이 바람직하다.
온도 센서(150)와 가열 부재(140)는 각각 온도 조절 모듈(240)에 연결되어 있다. 온도 조절 모듈(240)은 온도 센서(150)를 통하여 이차전지(20)의 온도 또는 챔버(100) 내부의 온도를 측정하고 가열 부재(140)를 통하여 희망하는 온도로 이차전지(20)를 가열하는 것을 제어한다. 따라서, 이차전지(20) 내부 발생 가스를 분석할 때에, 이차전지(20)에 가하는 온도를 실시간으로 조절하면서 분석을 수행할 수 있다.
챔버(100)는 챔버(100) 내부의 압력을 측정하는 압력게이지(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지 내부 발생 가스 분석 시스템(10)에서는, 보다 정확한 결과값을 도출할 수 있도록 실험전 챔버(100) 내부가 진공 상태로 조성될 수 있다. 이를 위해 이차전지 내부 발생 가스 분석 시스템(10)은 챔버(100)와 연결되어 챔버(100) 내부에 진공 상태를 조성하는 진공펌프(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 도 1의 챔버(100)의 외부를 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(101)의 일면에 가열 부재(140)가 삽입되어 있을 수도 있지만, 챔버 커버(102)에 가열 부재(140)가 삽입되어 있을 수도 있고, 챔버 본체(101) 및 챔버 커버(102) 각각에 가열 부재(140)가 삽입되어 있을 수도 있고, 챔버 본체(101)의 일면뿐만 아니라, 챔버 본체(101)의 나머지 면들에도 가열 부재(140)가 삽입되어 있을 수 있는 등, 다양한 변형, 변경이 가능하다.
도 4a 및 4b는 도 1의 챔버(100)의 내부를 개략적으로 보여준다. 도 4a 및 4b에서는 챔버(100)의 챔버 커버(102)를 챔버 본체(101)에서 분리하여 챔버 본체(101)의 제 1 하우징(100a)으로 둘러싸인 공간에 이차전지(20)가 장착된 경우를 보여준다. 도 4a에서는 챔버 커버(102)는 도시되지 않았다. 가열 부재(140)는 제 2 하우징(100b)의 내부(즉, 제 2 하우징(100b) 자체)에 삽입되어 있다. 한편, 도 4a 및 4b의 챔버(100)에서, 상술한 바와 같이, 절연성 재질의 제 1 하우징(100a)으로 둘러싸인 공간에 이차전지(20)가 장착되어 있고 제 1 하우징(100a)을 제 2 하우징(100b)이 둘러싸는 것으로 구현되어 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 챔버(100)에 의하면, 실시간 가스 분석을 위한 챔버의 역할은 기본적으로 수행하면서 이에 추가적으로 이차전지에 직접적으로 온도를 가하면서, 이차전지에 가하는 온도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 그에 따라, 전지의 온도 특성에 따른 가스 발생 조성 및 상대량 변화에 대한 분석을 정밀하게 수행할 수 있다. 또한, 이를 통해 이차전지의 고온 특성에 따른 이차전지 내 발생 가스를 해석하는데 있어서 활용이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 종래의 챔버 재질의 비열 특성으로 인하여 온도 상승을 위한 오랜 시간이 요구되었던 점을 개선하여, 이차전지에 직접적으로 열을 가함으로써 단시간(예를 들면 수초 내)에 이차전지의 온도를 상승시킬 수 있어, 신속하고 효율적으로 이차전지 내 발생 가스를 분석할 수 있는 장점이 있다.
또한, 가열 부재가 챔버의 제 2 하우징에 삽입됨으로써, 이차전지를 직접적으로 신속하게 가열하면서도 보다 안전하게 이차전지를 가열할 수 있는 장점이 있다. 즉, 이차전지와 직접적으로 닿는 제 1 하우징에 가열 부재가 삽입되거나 챔버의 이차전지가 장착된 내부 공간에 가열부재가 위치하는 경우에는 전지가 폭발할 우려가 있을 수 있으므로, 이러한 이차전지 가열시의 안전성 문제의 우려를 해결하면서도 신속하게 이차전지를 가열할 수 있는 장점이 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 챔버(100)를 이용한 실제 실험에서, 상온에서 60 ℃까지 온도를 상승시키는 데에 약 1분의 시간만이 소요되었다. 즉, 본 발명에 따르면, 단시간 내에 이차전지에 직접적인 고온의 온도를 가하는 것이 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 분석용 챔버
20: 이차전지
100: 챔버
110: 주입구
120: 방출구
130: 충방전 단자
140: 가열 부재
150: 온도 센서
20: 이차전지
100: 챔버
110: 주입구
120: 방출구
130: 충방전 단자
140: 가열 부재
150: 온도 센서
Claims (11)
- 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버에 있어서:
절연성의 제 1 하우징으로서, 상기 제 1 하우징으로 둘러싸인 내부 공간에 이차전지가 장착될 수 있는 상기 제 1 하우징;
상기 제 1 하우징을 둘러싼 열전도성의 제 2 하우징;
상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 펌프 모듈이 연결될 수 있는 주입구와 상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 이차전지의 내부 발생 가스를 분석하는 분석 모듈이 연결될 수 있는 방출구;
상기 이차전지의 온도 또는 상기 챔버 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서; 및
상기 이차전지에 열을 가할 수 있는 가열 부재를 포함하고,
상기 가열 부재는 상기 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 가열 부재는 바(bar) 형상인, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 하우징은 테플론, 베이클라이트, 또는 고무로 이루어지고, 상기 제 2 하우징은 스테인리스 스틸, 구리, 또는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 가열 부재는 니켈, 크롬, 또는 알루미늄으로 이루어진, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 이차전지의 전극이 접촉되어 충방전 모듈로 하여금 상기 이차전지를 충방전할 수 있도록 된 충방전 단자들을 더 포함하고,
상기 충방전 모듈은 상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지의 충방전을 구동시키는 기능을 수행하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 온도 센서의 일단부는 상기 이차전지의 온도를 측정할 수 있도록 상기 이차전지에 근접하게 위치하거나 상기 이차전지에 접하도록 위치하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 가열 부재는 적어도 두 개이고,
가열 부재들은 상기 제 2 하우징의 일면에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 하나는 상기 제 2 하우징의 일면 중 상부에 삽입되고 상기 가열 부재들 중 다른 하나는 상기 제 2 하우징의 일면 하부에 삽입되는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 가열 부재는 적어도 두 개이고,
가열 부재들 중 일부는 상기 제 2 하우징의 서로 마주보는 양면 중 어느 하나의 일면에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 나머지 일부는 상기 제 2 하우징의 서로 마주보는 양면 중 다른 일면에 삽입되는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 챔버는 일면이 개방된 직육면체 형상의 챔버 본체 및 상기 챔버 본체의 개방된 일면과 결합하는 챔버 커버로 이루어지고, 상기 챔버 본체와 상기 챔버 커버가 결합하여 상기 이차전지가 장착되는 공간을 형성하고,
상기 가열 부재는 상기 챔버 본체의 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 8 항에 있어서,
상기 가열 부재는 복수 개로 이루어지고,
가열 부재들 중 일부는 상기 챔버 본체의 제 2 하우징 내에 삽입되고, 상기 가열 부재들 중 나머지 일부는 상기 챔버 커버의 제 2 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석용 챔버;
상기 챔버 내부로 유도 매체의 흐름을 발생시키는 펌프 모듈;
상기 유도 매체의 흐름에 의하여 상기 챔버로부터 유입되는 상기 이차전지의 내부 발생 가스를 분석하는 분석 모듈;
상기 온도 센서를 통하여 상기 이차전지의 온도 또는 상기 챔버 내부의 온도를 측정하고 상기 가열 부재를 통하여 희망하는 온도로 상기 이차전지에 가하는 온도를 실시간으로 조절하는 온도 조절 모듈을 포함하고,
상기 온도 센서 및 상기 가열 부재 각각은 상기 온도 조절 모듈에 연결된, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 이차전지의 전극과 전기적으로 연결되어 상기 이차전지의 충방전을 구동시키는 충방전 모듈을 더 포함하는, 이차전지 내부 발생 가스 실시간 분석 시스템.
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