KR20220014567A - 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치 및 가스탐지 방법 - Google Patents

셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치 및 가스탐지 방법 Download PDF

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Abstract

본원발명은 셀 모듈 어셈블리의 파손된 셀 및 상기 셀의 파손 위치를 정확하고 신속하게 탐지하는 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치에 관한 것으로서, 셀 모듈 어셈블리를 수용하는 가스탐지 챔버부(110); 및 상기 셀 모듈 어셈블리(100)를 상단에 배치하여 상기 가스탐지 챔버부(110) 하부로 이동 가능한 슬라이딩 다이부(120);를 포함하되, 상기 가스탐지 챔버부(110)에는 상기 셀 모듈 어셈블리의 셀 위치별 복수개의 가스센서를 배치하는 가스 센서부(130)를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치(10)를 제공한다. 또한 상기 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치를 이용하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지 방법을 제공한다.

Description

셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치 및 가스탐지 방법{Cell Module Assembly Gas Detector and Method for Detecting Gas}
본원발명은 배터리 셀 모듈 어셈블리의 파우치 파손 결함이 있는 셀 및 셀에서 파손 위치를 정확하고 신속하게 탐지하는 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치 및 이를 이용하는 셀 모듈 어셈블리용 가스 탐지방법에 관한 것이다.
적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전 기차 량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환 경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
한편, 배터리 모듈에서, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리의 경우, 배터리 셀은 리튬 폴리머 파우치 형 이차전지 셀일 수 있다.
이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되면, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라고 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라고 한다. 또한 리튬 이차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch)등이 있다. 상기 리튬 이차전지의 외장재 내부에는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)이 적층되거나 권취된 전극조립체가 구비된다.
종래, 전극조립체를 다수개 적층하여 포함하는 배터리 모듈이 적용된 차량 등의 디바이스에서 전극조립체를 구성하는 파우치 셀 등이 제조/조립과정에서 또는 외부영향에 의한 파우치 케이스의 손상에 의해 전해액이 누출되거나 전극, 활물질, 전해액 등의 전기 화학적인 반응에 의하여 발생한 유해가스가 차량 내부로 재차 유입되는 문제점이 있었다.
이러한 파우치 전지에서 케이스의 파손, 기밀 불량 등에 의해 전해액이 누출되는 경우에는 제품의 불량으로 처리되기 때문에 제조공정 라인에서 누액 검사를 수행하게 되며, 보통 케이스에 용접되어 있는 캡 플레이트의 용접부위를 X-ray 혹은 육안으로 확인하는 방법으로 검사를 실시하게 된다.
그러나, X-ray 검사의 경우 공정 및 설비가 복잡하여 실현성이 떨어지고, 육안 검사는 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
이를 해소하기 위하여 공개번호 특2018-0047359호에서는 가스를 포집하는 가스 포집 튜브를 복수개로 구비하여 셀의 내측 및 외측의 가스를 포집함으로써, 셀에서 가스가 외부로의 유출여부를 판별하는 방법을 제시하였고, 공개번호 특2012-0115835호에서는 진공 방식의 챔버를 이용하여 이차전지의 밀봉 상태를 검사하는 장치를 제시하고 있다.
그러나, 이러한 방법들은 배터리 모듈을 구성하고 있는 단위 셀을 대상으로 파우치 케이스 불량 여부를 검사하는 방법으로, 배터리 셀 모듈 어셈블리 제조과정에서 적층되어 모듈화 된 배터리 셀들에서 발생되는 찢어지거나 크랙 등 파손 결함이 있는 배터리 셀을 정확하게 선별해내기 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 배터리 셀 모듈 어셈블리 제작과정에서 최종 제품 출고 전에 케이스 파손 결함이 있는 배터리 셀을 정확하고 신속하게 선별할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높다.
한국 공개특허공보 2018-0047359호 한국 공개특허공보 2012-0115835호
본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 셀 모듈 어셈블리의 케이스가 파손된 셀 및 해당 셀에서 파손 위치를 정확하고 신속하게 탐지하는 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 상기 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치를 이용하는 셀 모듈 어셈블리용 가스 탐지방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치(10)는 셀 모듈 어셈블리를 수용하는 가스탐지 챔버부(110); 및 상기 셀 모듈 어셈블리(100)를 상면에 배치하여 상기 가스탐지 챔버부(110) 하부로 이동 가능한 슬라이딩 다이부(120);를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치로서, 상기 가스탐지 챔버부(110)에는 상기 셀 모듈 어셈블리의 셀 위치별 복수개의 가스센서를 배치하는 가스 센서부(130)를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치(10)를 제공한다.
상기 가스 센서부(130)의 복수개의 가스센서는 상기 가스탐지 챔버부(110)의 외벽에 구비되고, 상기 셀 모듈 어셈블리를 구성하는 각각의 셀 및 셀의 위치별 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.
상기 가스탐지 챔버부 내부에는 상기 셀 모듈 어셈블리 상부를 가압하는 가압부(150)를 포함할 수 있다.
상기 가스탐지 챔버부에는 가스 순환부(140)를 포함할 수 있다.
상기 가스 순환부(140)은 에어 흡입장치(141), 에어 팬(142), 에어 블로우(143) 중 선택되는 한가지 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 에어 흡입장치(141)는 상기 가스탐지 챔버부 벽을 관통하여 배치되는 덕트 및 석션 펌프로 이루어질 수 있다.
상기 에어 팬(142)은 상기 가스탐지 챔버부 상단 벽면과 가스탐지 챔버 내부에 수용되는셀 모듈 어셈블리 상단면 사이에 배치될 수 있다.
상기 에어 블로우(143)는 가스탐지 챔버부(110) 측벽면을 통과하여 셀 모듈 어셈블리 위치별로 배치될 수 있다.
상기 가스탐지 챔버부(110)는 하강하여 상기 슬라이딩 다이(120)와 물리적으로 결합하여 부분밀폐 혹은 완전밀폐 상태를 이룰 수 있다.
상기 가스탐지 챔버부(110)는 결합부재를 통하여 스트리퍼(160)에 결합되어 상하 왕복 운동을 할 수 있다.
상기 슬라이딩 다이부(120)는 장착 다이(121)와 슬라이딩 프레임(122)으로 이루어질 수 있다.
셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법으로서, (a) 슬라이딩 다이부(120)을 이용하여 셀 모듈 어셈블리(100)를 가스탐지 챔버부(110) 하단으로 이송하는 단계; (b) 가스탐지 챔버부(110)가 하강하여 상기 셀 모듈 어셈블리(100)를 수납하는 단계; (c) 가스 순환부(140)를 가동하여 상기 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 순환시키는 단계; (d) 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 탐지하는 단계; (e) 상기 가스탐지 챔버부(110)를 상승시켜 상기 셀 모듈 어셈블리(100) 및 슬라이딩 다이부(120)가 개방되는 단계; 및 (f) 상기 가스 순환부(140)를 가동하여 상기 가스탐지 챔버부(110)를 정화시키는 단계;를 포함하고, 상기 가스 센서부에 배치되는 복수개의 가스 센서의 탐지에 의해 셀 모듈 어셈블리의 파손 셀 및 해상 셀의 파손 위치를 탐지하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법을 제공한다.
상기 (b) 단계에서 가스탐지 챔버부 내부에 구비된 가압부(150)를 이용하여 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부를 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원발명은 상기 구성 중 가능한 조합을 통한 추가의 구성으로 제공할 수 있다.
본원발명에 따르면, 셀 모듈 어셈블리를 구성하는 배터리 셀들의 파우치 결함이 있는 배터리 셀 및 셀에서 파손 위치를 정학하고 신속하게 탐지 가능하다.
또한, 본원발명에 따르면, 셀 모듈 어셈블리 생산공정에서 결함이 있은 셀을 선별하여 교체 가능하여 셀 모듈 어셈블리 불량율을 낮출 수 있다.
도 1은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 정면도이다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 사시도이다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 가스탐지 챔버부의 사시도이다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 가스탐지 챔버부 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리를 가스탐지 챔버부 하단에 배치한 상태를 나타내는 정면도이다.
도 6은 본원발명의 일 실시예에 따른 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 본원발명의 일 실시예에 따른 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리의 사진이다.
도 8은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리 가스탐지 방법 순서도이다.
도 9 내지 도 14는 본원발명의 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리 가스탐지 실험 결과들이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다", "배치하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본원발명에 대한 이해를 돕기 위해 본원발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 정면도이고, 도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 사시도이다.
도1 및 도2를 참조하여 설명하면, 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치(10)는 가스탐지 챔버부(110), 슬라이딩 다이부(120), 가스 센서부(130), 가스 순환부(140) 및 가압부(150)를 포함한다. 또한 본원 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 다이부(120)는 장착 다이(121)와 슬라이딩 프레임(122)를 포함 할 수 있고, 가스 센서부(130)는 가스 감지부(131)과 가스 전극부(132)를 포함할 수 있으며, 가스 순환부(140)는 에어 흡입장치(141), 에어 팬(142) 및 에어 블로우(143)를 포함할 수 있다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치의 가스탐지 챔버부의 사시도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 가스 센서부(130)는 가스탐지 챔버부(110)의 외벽에 구비된 복수개의 가스 센서(130a, 130b)로 구성되었고, 상기 복수개의 가스 센서(130)는 반도체식 가스센서일 수 있다. 상기 가스 감지부(131)는 본원 발명의 셀 파손에 의한 누출 가스와 직접 반응하여 저항의 변화를 보이는 부분이고, 상기 전극부(132)는 상기 감지부(131)에서의 전기적 신호를 외부로 송출하는 부분이다. 상기 가스 센서(130)들은 셀 모듈 어셈블리(100)의 셀 별, 각 셀의 위치별로 배치 가능하고, 상기 감지부(131)가 가스탐지 챔버부(110)의 측벽을 관통하면서 감지부의 끝단이 상기 가스탐지 챔버부(110) 측벽의 내면에서 상기 가스탐지 챔버부(110)의 내부 공간을 향하도록 배치되며, 상기 감지부(131)의 타단은 상기 전극부(132)와 연결된다. 상기 감지부는 외부의 데이터로거 장치(미도시)와 연결되어 상기 감지부(131)에서의 전기적 신호로부터 탐지된 가스 종류 및 농도 값 등으로 구현한다. 상기 복수개의 가스 센서(130)는 대상 셀 모듈 어셈블리(100)의 적층된 셀 별 및 단위 셀의 위치별에 소정거리 이격되어 배치될 수 있고, 그 수량은 특별히 한정되지 않는다. 또한 상기 복수개의 가스 센서는 상기 가스탐지 챔버의 외벽을 대면하고 있는 각 셀 및 해당 셀의 위치별 케이스 외면을 대면하여 배치된다. 따라서 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함되는 각각의 셀 및 각 셀의 위치별에 가스 센서(130)가 배치됨으로, 탐지 결과로부터 셀 모듈 어셈블리에서 케이스가 파손된 셀 및/또는 상기 셀에서 파손 위치를 확인할 수 있다. 따라서 상기 셀 모듈 어셈블리 생산 단계에서 파손에 의한 결함을 사전에 확인하여 파손 셀을 교체하여 제품 셀 모듈 어셈블리의 불량율을 미연에 방지할 수 있다.
가스 순환부(140)는 에어 흡입장치(141), 에어 팬(142) 및 에어 블로우(143)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 장치를 포함할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 에어 흡입장치(141)는 가스탐지 챔버부(110)의 상부벽면을 관통하면서 구비되는 덕트 형태로의 구성과 상기 덕트의 타단과 연결되는 석션 펌프(미도시)로 구성될 수 있고, 상기 석션 펌프의 구동에 의해 가스탐지 챔버부(110)의 내부의 에어를 흡입하는 작업을 수행한다. 상기 에어 흡입장치(141)는 바람직하게는 한 개 이상 구비될 수 있다. 에어 팬(142)은 상기 가스탐지 챔버부(110)의 내부에 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 에어 팬(142)은 바람직하게 상기 가스탐지 챔버부(110)의 상부벽면의 내부 상단면과 상기 가스탐지 챔버부(110)의 내부에 수용되는 셀 모듈 어셈블리의 상단면 사이의 공간 위치에 배치될 수 있고, 하나 이상 구비될 수 있다. 에어 블로우(143)는 상기 가스탐지 챔버부(110)의 벽면을 관통하는 노즐(미도시)과 에어 호스(미도시)가 결합된 형태로 구성될 수 있고, 상기 에어 호스는 외부 에어 공급장치와 연결되어 구성될 수 다. 상기 에어 블로우(143)는 상기 가스탐지 챔버부(110)의 상부 벽면 혹은 측벽면을 관통하여 배치될 수 있고, 바람직하게는 측변면에 소정거리 이격되어 배치 될 수 있으며, 대상 셀 모듈 어셈블리의 특성 및 기타 환경 등 특성에 따라 하나 이상 배치될 수 있으며, 그 수량은 특별히 한정되지 않는다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 가스탐지 챔버부 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 에어 흡입장치(141)는 가스탐지 챔버부(110)의 상단 벽면을 관통하여 배치되고, 상기 가스탐지 챔버부(110)의 상단 벽에 배치되는 모터(151)와 연결되어 있는 중앙 샤프트(152)를 관통하면서 배치되는 중앙 플레이트(153)를 포함할 수 있으며, 상기 중앙 플레이트(153)의 하단면에 위치하면서 상기 중앙 샤프트(152)의 끝단에 결합되는 가압부(150)를 포함할 수 있다. 상기 가압부(150)의 하단에는 셀 모듈 어셈블리을 수용할 수 있는 수용 공간(111)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 가압부(150)는 상기 모터(151)의 구동에 의해 하강 높이를 제어하는 방법으로 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 상단면을 압착하여 가압 압력 크기를 조절할 수 있다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리를 가스탐지 챔버부 하단에 배치한 상태를 나타내는 정면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 셀 모듈 어셈블리(100)를 상단에 배치한 장착 다이(121)가 슬라이딩 프레임(122)을 따라 가스탐지 챔버부(110)의 하단에 위치하면, 상기 가스탐지 챔버부(110)과 기계적으로 결합된 스트리퍼(160)의 하강 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)가 하강하여, 가스탐지 챔버부(110)의 내부의 수용공간에 셀 모듈 어셈블리(100)를 수용하면서 가스탐지 챔버부(110)의 측벽들의 하단면이 장착 다이(121)의 상면에 밀착된다. 상기 가스탐지 챔버부(110)와 상기 장착 다이(121)에는 결착부재(미도시)를 구비하여 가스탐지 챔버부(110)의 내부 공간을 완전밀폐 상태가 되도록 할 수 있다. 또항, 가스 탐지가 완료되면 상기 스트리퍼(160)의 상승 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)이 상승하면서 상기 셀 모듈 어셈블리(100) 및 슬라이딩 다이부(120)가 개방되고, 슬라이딩 다이부(120)를 이동하여 검사 예정인 셀 모듈 어셈블리로 교체할 수 있게 된다.
도 6은 본원발명의 일 실시예에 따른 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 6를 참조하여 설명하면, 전지셀의 상대적으로 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층하여 셀 모듈 어셈블리를 구성하고, 적층된 단위 셀(101)들의 케이스 측면 및 최상단에 적층된 타 전지셀과 대면하지 않은 전지셀의 상부면 혹은 하부에 크랙(p)이 형성되어 있고 그 위치는 다양하게 분포될 수 있다.
도 7은 본원발명의 일 실시예에 따른 크랙이 형성된 사진이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 셀 모듈 어셈블리를 구성하고 있는 적층된 셀의 케이스 표면에 원형 홀 형상의 크랙이 형성되었고, 상기 크랙의 지름은 0.65㎜다.
도 8은 본원발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리 가스탐지 방법 순서도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 셀 모듈 어셈블리(100)를 슬라이딩 다이부(120)의 장착 다이(121)의 상단에 배치하고, 슬라이딩 프레임(122)을 따라 장착 다이(121)가 가스탐지 챔버부(110)의 하단에 위치하도록 슬라이딩 다이부(120)를 이용하여 셀 모듈 어셈블리(100)를 이송하는 단계; 스트리퍼(160)의 하강 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)가 하강하여 가스탐지 챔버부(110)의 하부면이 장착 다이(121)의 상부면과 밀착하면서 장착 다이(121)의 상부에 장착된 셀 모듈 어셈블리(100)를 가스탐지 챔버부(110)의 내부에 수용시키는 셀 모듈 어셈블리를 가스탐지 챔버부에 수납하는 단계; 가스 순환부(140)을 구동하여 가스탐지 챔버부(110)의 내부 공간 가스를 순환시키는 가스탐지 챔버부 내부 가스를 순환시키는 단계; 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 탐지하는 가스탐지 챔버부 내부 가스를 탐지하는 단계; 스트리퍼(160)의 상승 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)가 상승하여 셀 모듈 어셈블리(100) 및 슬라이딩 다이뷰(120)와 가스탐지 챔버부가 이격되는 단계; 및 가스 순환부(140)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110)의 내부를 정화하는 단계;를 포함하는 셀 모듈 어셈블리용 가스탐지장치를 이용하는 셀 모듈 어셈블리(100)의 가스 탐지하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 가스탐지 챔버부(110)의 내부에 셀 모듈 어셈블리를 수납하는 단계에서 스트리퍼(160)의 하강 높이를 조절하여 가압부(150)를 이용하여 셀 모듈 어셈블리(100)를 가압할 수 있다.
도 9 내지 도 14는 본원발명의 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리 가스탐지 실험 결과들이다.
본원발명에서의 하기 실시예에서의 셀 모듈 어셈블리는 적층되는 전지셀들의 적층면을 제외한 측면들 중 상대적으로 폭이 긴 측면들이 가스탐지 챔버부(110)의 앞벽면과 뒷벽면에 대면하고, 상대적으로 폭이 짧은 측면들이 가스탐지 챔버부(110)의 측벽면에 대면하게끔 셀 모듈 어셈블리를 가스탐지 챔버부(110)의 내부에 배치하였다. 또한, 가스 센서는 CO2의 탐지 센서를 이용하였다.
<실시예 1>
도 6에 나타낸 셀 모듈 어셈블리(100)의 p3 및 p6 위치에 크랙을 형성하여 가스탐지 실험을 수행하였다.
상기 p3 및 p6에 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리(200)를 장착 다이(121)에 배치한 후, 상기 장착 다이(121)를 슬라딩 프레임(122)을 따라 이동시켜 가스탐지 챔버부(110)의 하단에 위치하게 한 후, 스트리퍼(160)의 하강 구동에 의해 상기 가스탐지 챔버부(110)의 하부면을 장착 다이(121)의 상부면에 밀착 시키고, 가스 순환부(140)를 구동하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스들을 순환 시키면서, 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110)의 내부 가스들을 탐지하여 결과값을 외부 데이터 로거에 송출하고 탐지된 CO2 농도 값들을 수집한다.
실시예 1 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도9에 나타내었다.
<실시예 2>
가스탐지 챔버부(110)의 내부가 완전밀폐되는 상태에서 가스탐지 실험을 수행하였다.
가스탐지 챔버부(110)의 하부면과 장착 다이(121)의 상부면을 결착 부재를 이용하여 완전밀폐 상태로 형성되게 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가스탐지 실험을 수행하였다.
실시예 1 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도9에 나타내었다.
<실시예 3>
부분밀폐 가스탐지 챔버(110)내에서 셀 모듈 어셈블리(100)를 미가압 상태에서 가스탐지 실험을 수행하였다.
도 6에 나타낸 셀 모듈 어셈블리(100)의 p1 및 p4 위치에 크랙을 형성하여 가스탐지 실험을 수행하였다.
상기 p1 및 p4에 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리(100)를 장착 다이(121)에 배치한 후, 상기 장착 다이(121)을 슬라딩 프레임(122)를 따라 이동시켜 가스탐지 챔버부(110)의 하단에 위치하게 한 후, 스트리퍼(160)의 하강 구동에 의해 상기 가스탐지 챔버부(110)의 하부면을 장착 다이(121)의 상부면에 밀착 시키고, 가스 순환부(140)를 구동하여 가스탐지 챔버부(110) 내부의 가스들을 순환시키면서, 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스들을 탐지하여 결과값을 외부 데이터 로거에 송출하고 탐지된 CO2 농도 값들을 수집한다.
실시예 3 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도10에 나타내었다.
<실시예 4>
부분밀폐 가스탐지 챔버(110)내에서 셀 모듈 어셈블리(100)를 가압 상태에서 가스탐지 실험을 수행하였다.
도 6에 나타낸 셀 모듈 어셈블리(100)의 p1 및 p4 위치에 크랙을 형성하여 가스탐지 실험을 수행하였다.
상기 가스탐지 챔버부(110)의 하부면을 장착 다이(121)의 상부면에 밀착시킨 후, 가압부(150)가 셀 모듈 어셈블리(100)의 상단면에 접촉한 상태에서 스트리퍼(160)를 더 하강 구동시켜 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 상단면을 가압하는 단계를 추가하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 가스탐지 실험을 수행하였다.
실시예 4에 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도10에 나타내었다.
<실시예 5>
가스탐지 챔버부(110) 내부가 부분밀폐되고, 셀 모듈 어셈블리(100)가 미가압인 상태에서 가스 순환부(140)의 운전 조건 변화에 따른 가스 순환효과에 대한 실험을 수행하였다.
크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리(100)를 장착 다이(121)에 배치한 후, 상기 장착 다이(121)를 슬라딩 프레임(122)을 따라 이동시켜 가스탐지 챔버부(110)의 하단에 위치하게 한 후, 스트리퍼(160)의 하강 구동에 의해 상기 가스탐지 챔버부(110)의 하부면을 장착 다이(121)의 상부면에 밀착시키고, 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스들을 탐지하여 결과값을 외부 데이터 로거 장치에 송출한다. 상기 가스 센서부를 이용하여 가스를 탐지하는 단계에서 에어 팬(142)와 에어 블로우(143)을 각각 혹은 동시에 2초 구동하거나 지속적으로 구동하여 가스탐지 실험을 수행하였다.
실시예 5에 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도11에 나타내었다.
<실시예 6>
가스탐지 챔버부(110) 내부가 부분밀폐되고, 셀 모듈 어셈블리(100)가 미가압인 상태에서 가스 순환부(140)의 운전 조건 변화에 따른 가스탐지 챔버부(110) 정화효과에 대한 실험을 수행하였다.
셀의 파우치 케이스 표면에 크랙을 형성된 셀 모듈 어셈블리(100)를 이용하여 본원발명에 따른 가스탐지 실험을 수행하였고, 가스탐지 후 가스 순환부(140)의 구동에 의한 가스탐지 챔버부(110)을 정화하는 실험을 수행하였다.
실험결과로부터 에어 흡입장치(141), 에어 팬(142) 및 에어 블로우(143)을 동시에 구동하였을 때 가스탐지 챔버부가 가장 빨리 정화되는 것을 알 수 있다.
실시예 6에 의한 실험 시간 및 CO2 농도 검출 값은 도12에 나타내었다.
<실시예 7>
도 6에 나타낸 셀 모듈 어셈블리(100)의 p1, p2, p3, p4, p5, p6 및 p7 크랙 위치별로 가스 탐지를 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가스탐지 실험을 수행하였다.
실시예 7에 따른 크랙 위치별 가스탐지 실험 결과로부터 셀 모듈 어셈블리의 최상단에 배치된 셀의 상부면에 형성된 크랙의 위치는 탐지되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 적층된 셀들의 상호 대면하고 있는 면, 즉 단위 셀의 상부면 및 하부면은 서로 적층면을 형성하면서 테이핑효과와 비슷한 효과를 나타내어, 단시간내에 누출에 의한 가스 탐지가 어려울 수 있다. 그러므로 적층면에 형성된 크랙 위치는 본원 발명의 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치로는 신속하게 탐지하기 어려울 수 있음을 확인할 수 있다.
실시예 7에 의한 CO2 가스 탐지여부 결과는 도13에 나타내었다.
<실시예 8>
실시예 8에서는 크랙이 형성되지 않은 정상 제품 셀 모듈 어셈블리와 크랙이 형성되어 있는 불량 셀 모듈 어셈블리를 대상으로 하여 본원발명의 가스탐지 방법에 따라 가스탐지 실험을 하였다. 본 실시예에서는 도 7에서의 P2 위치에 크랙이 형성된 불량 셀 모듈 어셈블리는 이용하였고, 가스탐지 챔버부(110)의 앞벽면과 뒷벽면에는 각각 3X3 행열로 가스 센서들을 소정 거리 이격하여 배치하였고, 측벽면에는 각각 2X3 행열로 가스 센서들을 소정 거리 이격하여 배치하였다. 또한, 가스탐지 챔버부(110)의 상부벽면의 앞쪽에 가까이한 위치에도 가스 센서 두개를 소정거리 이격하여 배치하였다. 우선 슬라이딩 다이부(120)를 이용하여 셀 모듈 어셈블리를 이송하는 단계; 스트리퍼(160)의 하강 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)가 하강하여 셀 모듈 어셈블리를 가스탐지 챔버부(110)에 수납하는 단계; 가스 순환부(140)을 구동하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 순환시키는 단계; 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 탐지하는 단계; 스트리퍼(160)의 상승 작동에 의해 가스탐지 챔버부(110)이 상승하여 가스탐지 챔버부(110)와 슬라이딩 다이부(120)를 이격하는 단계; 및 가스탐지 챔버부(110)를 가스 순환부(140)를 이용하여 정화시키는 가스탐지 챔버부 내부를 정화시키는 단계로 실험을 수행하였다.
실시예 8에 의한 가스탐지 실험 결과는 도 14에 나타내었다. 결과 그래프에서 시간을 나타내는 x축의 시작부터 25초까지 구간은 가스탐지 구간이고, 25~40초 구간은 가스탐지 완료 후 가스탐지 챔버부(110)를 정화하는 구간이다. 결과 그래프를 보면, 정상 셀 모듈 어셈블리를 이용한 가스탐지 실험에서는 가스가 탐지되지 않은 것으로 나타났고, 크랙이 형성된 셀 모듈 어셈블리를 이용한 가스탐지 실험결과에서는 34개의 가스 센서 중 크랙 위치 및 크랙 위치의 상, 하, 좌, 우에 배치된 5개의 가스센서가 CO2 가스를 탐지한 것으로 나타났다. 탐지된 CO2 농도 값은 가스 센서 배치 위치가 크랙의 위치와 가까울수록 더 크게 나타나는 경향을 나타냈고, 크랙 위치와 가장 가까운 위치에 배치된 가스 센서의 평균 CO2 농도 값이 가장 큰 것으로 나타났다. 따라서, 가스센서의 CO2 탐지 여부로부터 전지셀의 파손 여부를 파악할 수 있고, 또한, 각 센서들이 탐지한 CO2 농도 값의 크기 비교로부터 파손된 셀 및 셀에서 파손된 위치를 파악할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
10: 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치
100: 셀 모듈 어셈블리
101: 셀
110: 가스탐지 챔버부
111: 수용 공간
120: 슬라이딩 다이부
121: 장착 다이
122: 슬라이딩 프레임
130, 130a, 130b: 가스 센서부
131, 131a, 131b: 가스 감지부
132, 132a, 132b: 가스 전극부
140: 가스 순환부
141: 에어 흡입 장치
142: 에어 팬
143: 에어 블로우
150: 가압부
151: 모터
152: 중앙 샤프트
153: 중앙 플레이트
160: 스트리퍼
p, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7: 가스 센서 탐지 위치

Claims (13)

  1. 셀 모듈 어셈블리를 수용하는 가스탐지 챔버부(110); 및
    상기 셀 모듈 어셈블리(100)를 상단에 배치하여 상기 가스탐지 챔버부(110) 하부로 이동 가능한 슬라이딩 다이부(120);
    를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치로서,
    상기 가스탐지 챔버부(110)에는 상기 셀 모듈 어셈블리의 셀 위치별 복수개의 가스센서를 배치하는 가스 센서부(130)를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 센서부(130)의 복수개의 가스센서는 상기 가스탐지 챔버부(110)의 외벽에 구비되어 상기 셀 모듈 어셈블리를 구성하는 셀 및 셀의 위치별 소정거리 이격되어 배치되는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스탐지 챔버부 내부에는 상기 셀 모듈 어셈블리 상부를 가압하는 가압부(150)를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스탐지 챔버부에는 가스 순환부(140)를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 순환부(140)는 에어 흡입장치(141), 에어 팬(142), 에어 블로우(143) 중 선택되는 한가지 이상으로 이루어지는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에어 흡입장치(141)는 상기 가스탐지 챔버부 벽을 관통하여 배치되는 덕트 및 석션 펌프로 이루어지는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 에어 팬(142)은 상기 가스탐지 챔버부 상단 벽에 하나 이상 배치되는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 에어 블로우(143)는 가스탐지 챔버부(110) 측벽면을 통과하여 셀 모듈 어셈블리 위치별로 배치되는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스탐지 챔버부(110)는 하강하여 상기 슬라이딩 다이(120)와 물리적으로 결합하여 부분밀폐 혹은 완전밀폐 상태를 이루는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스탐지 챔버부(110)는 스트리퍼(160)에 결합되어 상하 왕복 운동을 하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 다이부(120)는 장착 다이(121)와 슬라이딩 프레임(122)으로 이루어지는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지장치.
  12. 셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법으로서,
    (a) 슬라이딩 다이부(120)을 이용하여 셀 모듈 어셈블리(100)를 가스탐지 챔버부(110) 하단으로 이송하는 단계;
    (b) 가스탐지 챔버부(110)가 하강하여 상기 셀 모듈 어셈블리(100)를 수납하는 단계;
    (c) 가스 순환부(140)를 가동하여 상기 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 순환시키는 단계;
    (d) 가스 센서부(130)를 이용하여 가스탐지 챔버부(110) 내부 가스를 탐지하는 단계;
    (e) 상기 가스탐지 챔버부(110)를 상승시켜 상기 셀 모듈 어셈블리(100) 및 슬라이딩 다이부(120)가 개방되는 단계; 및
    (f) 상기 가스 순환부(140)를 가동하여 상기 가스탐지 챔버부(110)를 정화시키는 단계;
    를 포함하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법에 있어서,
    상기 가스 센서부에 배치되는 복수개의 가스 센서의 탐지에 의해 셀 모듈 어셈블리의 파손 셀 및 해상 셀의 파손 위치를 탐지하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 가스탐지 챔버부 내부에 구비된 가압부(150)를 이용하여 상기 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부를 가압하는 셀 모듈 어셈블리 가스탐지방법.
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