KR20220060901A - 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는, 바닥에 설치되어 피측정대상인 전지가 놓여지는 평평한 형상의 하부지그, 상기 하부지그에서 수직방향의 길이로 설치되는 지그다리부, 상기 지그다리부의 상부에 고정되는 평평한 형상의 상부지그를 포함하는 지그, 상기 상부지그의 하부에 위치하며 상기 전지와 결합하기 위한 승하강 운동이 가능하게 설치되는 플레이트부, 상기 상부지그에 결합되어 상기 플레이트부에 승하강운동의 동력을 제공하기 위한 동력장치, 상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지에 전기적으로 연결될 수 있는 충전유니트, 상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지의 주액구에 결합되어 가스를 포집하는 가스포집부 및 상기 가스포집부와 연결된 연결관을 통해 가스의 압력을 측정하는 디지털압력계를 포함한다.

Description

이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치{Generated Gas Collection And Realtime measurement device For Rechargeable battery}
본 발명은 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각형 이차전지의 충방전과 동시에 발생하는 가스를 포집 및 실시간으로 측정하는 장치 에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전 및 방전이 가능한 하나 이상의 전기화학 셀로 구성된 배터리이다. 이차 전지는 배전네트워크를 안정화하기 위해 연결된 버튼 셀에서 메가와트 시스템에 이르기까지 다양한 모양과 크기로 생산되며 납산(lead acid), 니켈 카드뮴(NiCd), 니켈 수소(NiMH), 리튬 이온(Li-ion), 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 등 여러 가지 전극 재료와 전해질의 조합이 사용된다.
이러한 이차전지 내에서 반응에 따라 수소, 산소, 질소, 탄화수소 및 불산가스 등 다양한 종류의 가스가 발생할 수 있다. 이러한 가스 발생으로 인해 이차전지는 두께의 변형 등이 발생하는 스웰링(swelling) 현상이 일어나 설계된 전자기기에 장착될수 없으며, 외관불량으로 판정되어 제품의 불량율을 야기시키고 심한 경우 발화 및 폭발의 위험성이 있다.
따라서, 이차전지 내에서 발생하는 가스의 포집 및 발생량을 분석하는 것은 매우 중요한 작업이다.
그러나, 종래의 발생가스포집 장치의 경우 비용이 막대하게 소모되는 분석장비를 구축해야 되거나, 복잡한 장비 구성으로 누구나 보편적으로 장비사용을 하는 것이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 이차전지 발생가스포집 장치의 경우 파우치형의 형태로 피측정되는 전지를 수용하는 밀폐된 공간을 마련하는 경우가 많은데 이는 스웰링(swelling)현상이 일어나 피측정되는 전지가 부풀어오른 경우에는 측정이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 이차전지 발생가스포집 장치의 경우 측정 시 펀칭 등의 작업을 통하여 전지에 손상을 주게 되어 측정을 거친 전지는 재사용하기 곤란한 문제점이 있다.
또한, 종래의 이차전지 발생가스포집 장치의 경우 이차전지의 충전과 동시에 실시간으로 측정하는데에 어려움이 있어 충전량에 따른 편차가 생긴다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적은 비용으로 누구나 보편적으로 사용할 수 있는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 두께의 변형 등이 발생하는 스웰링(swelling) 현상이 일어난 이차전지에 대하여도 측정을 가능케 할 수 있는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 측정과정에서 이차전지에 손상을 주지 않아 측정 후 재사용을 용이하게 할 수 있는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 충전과 동시에 가스포집 및 실시간으로 측정이 가능하여 이차전지의 충전량별 가스발생 데이터를 수집할 수 있는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는, 바닥에 설치되어 피측정대상인 전지가 놓여지는 평평한 형상의 하부지그, 상기 하부지그에서 수직방향의 길이로 설치되는 지그다리부, 상기 지그다리부의 상부에 고정되는 평평한 형상의 상부지그를 포함하는 지그, 상기 상부지그의 하부에 위치하며 상기 전지와 결합하기 위한 승하강 운동이 가능하게 설치되는 플레이트부, 상기 상부지그에 결합되어 상기 플레이트부에 승하강운동의 동력을 제공하기 위한 동력장치, 상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지에 전기적으로 연결될 수 있는 충전유니트, 상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지의 주액구에 결합되어 가스를 포집하는 가스포집부 및 상기 가스포집부와 연결된 연결관을 통해 가스의 압력을 측정하는 디지털압력계를 포함한다.
상기 플레이트부는 상기 동력장치의 하부에 결합되어 직접 동력을 전달받는 상부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 하부에 위치하여 상기 상부플레이트의 승하강운동과 같은 방향으로 운동이 가능하도록 결합된 하부플레이트로 구성된다.
상기 상부지그와 상기 하부플레이트와 결합되어 상기 하부플레이트의 승하강운동을 가이드하는 제1구동가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 하부플레이트의 상부에 길이방향으로 고정되고 상기 상부플레이트를 관통하여 결합되어 상기 상부플레이트와 하부플레이트간의 승하강운동을 가이드하는 제2구동가이드와 상기 제2구동가이드의 외주면을 감싸는 제1스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 하부플레이트의 하부에 길이방향으로 관통하여 결합되어 가스포집부의 승하강운동을 가이드하는 제3구동가이드와 상기 제3구동가이드의 외주면을 감싸는 제2스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 하부지그에는 상기 전지의 형상에 맞물려 고정될 수 있도록 홈이 형성된 전지지그를 더 포함할 수 있다.
상기 가스포집부의 하부면에는 복수개의 홈이 형성되어 복수개의 오-링(O-ring)이 결합된다.
상기 충전유니트 및 가스포집부는 상기 하부플레이트의 하부에 구비된다.
본 발명에 의한 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는 적은 비용으로 누구나 보편적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는 두께의 변형 등이 발생하는 스웰링(swelling) 현상이 일어난 이차전지에 대하여도 측정을 가능케 할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는 측정과정에서 이차전지에 손상을 주지 않아 측정 후 재사용을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치는 충전과 동시에 가스포집 및 실시간으로 측정이 가능하여 이차전지의 충전량별 가스발생 데이터를 수집할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 전 상태의 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치의 정면도,
도 2는 도 1의 측정시 상태를 보여주는 정면도,
도 3은 도 1의 측면도,
도 4는 도 2의 측면도,
도 5는 도 1에 나타난 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치의 부분확대도이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 도면 복합적으로 이해되어야하며, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 실시예들에 관련하여 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 다른 실시 예들로 구성될 수 있다.
하부 요소들이 설명되지 않은 각각의 유닛, 모듈, 부, 부재 또는 임의구조는 각기 부여된 기능을 갖기 위한 통상적인 하부 요소들이 포함되거나 포함 가능한 것으로 상정하며, 도면에 도시된 하부요소들이나 세부구조로 제한하진 않는다. 도시되었으나 통상적인 내용으로 그 설명이 생략된 구성 요소들은, 실시예들의 상세한 설명에 내재된 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 전 상태의 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치의 정면도, 도 2는 도 1의 측정시 상태를 보여주는 정면도, 도 3은 도 1의 측면도, 도 4는 도 2의 측면도, 도 5는 도 1에 나타난 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치의 부분확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 바닥에 설치되어 피측정대상인 전지(10)가 놓여지는 평평한 형상의 하부지그(110), 상기 하부지그(110)에서 수직방향의 길이로 설치되는 지그다리부(120), 상기 지그다리부(120)의 상부에 고정되는 평평한 형상의 상부지그(130)로 구성되는 지그(100)를 포함한다.
상기 지그(100)는 피측정대상이 위치하게 되는 공간이 밀폐되어 있지 않고 오픈된 형태로 제공된다.
상술한 바와 같이 오픈된 형태의 상기 지그(100)는 스웰링(swelling)현상이 발생하여 부풀어오르거나 외형이 변형된 전지에 대하여도 측정을 가능케한다.
상기 지그다리부(120)는 상기 지그(100)의 구조적인 강성을 위해 복수개로 설치될 수 있다.
상기 하부지그(110)의 상부에 제1전지지그(141)가 설치될 수 있다.
상기 제1전지지그(141)는 피측정되는 전지(10)의 형상에 맞물려 고정될 수 있도록 ㄷ자홈(143)이 형성되고 상기 ㄷ자홈(143) 내부로 상기 전지(10)가 안착되어 측정시 안정성을 증대시켜준다.
마찬가지로, 상기 지그다리부(120)의 측부에도 제2전지지그(142)가 설치될 수 있다.
상기 제2전지지그(142)는 피측정되는 전지(10)의 형상에 맞물려 고정될 수 있도록 ㄷ자홈(미도시됨)이 형성되고 상기 ㄷ자홈(미도시됨) 내부로 상기 전지(10)가 안착되어 측정시 안정성을 증대시켜줄 수 있다.
상기 제1, 제2전지지그(141, 142)는 탈착이 가능하며, 공업적으로 생산되는 전지의 다양한 규격에 맞게 제작될 수 있다.
따라서, 상기 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 상기 전지지그(141, 142)의 교체에 의해 피측정대상이 되는 여러 규격의 전지와 호환될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 상기 지그(100)를 포함하는 상기 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 상기 상부지그(130)의 하부에 위치하며 상기 전지(10)와 결합하기 위해 승하강 운동이 가능하게 설치되는 플레이트부(200), 상기 상부지그(130)에 결합되어 상기 플레이트부(200)에 승하강운동의 동력을 제공하기 위한 동력장치(300), 상기 플레이트부(200)에 구비되며 상기 전지(10)에 전기적으로 연결될 수 있는 충전유니트(221), 상기 플레이트부(200)에 구비되며 상기 전지의 주액구(11; 도5)에 결합되어 가스를 포집하는 가스포집부(222) 및 상기 가스포집부(222)와 연결된 연결관(510)을 통해 가스의 압력을 측정하는 디지털압력계(500)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 동력장치(300)는 에어실린더로 구성되어 있으나, 모터 혹은 유압 등으로 제어되는 액추에이터따위로 구성을 변경하는 것은 자명하며 이는 본 발명의 보호범위를 제한하지 아니한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 플레이트부(200)는 상기 동력장치(300)의 하부에 결합되어 직접 동력을 전달받는 상부 플레이트(210)와 상기 상부 플레이트(210)의 하부에 위치하여 상기 상부플레이트(210)의 승하강운동시 같은 방향으로 운동이 가능하도록 결합된 하부플레이트(220)로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 상기 하부플레이트(220)의 상면에 결합되고 상기 상부플레이트(210)를 관통하여 상기 상부플레이트(210)와 하부플레이트(220)간의 승하강 운동을 가이드하는 제2구동가이드(420)와 제2구동가이드(420)와 축을 공유하게 설치되는 제1코일스프링(421)을 더 포함한다.
상기 제2구동가이드(420)는 상기 하부플레이트(220)에 너트, 볼트와 같은 체결부재(422)에 의해 고정될 수 있다.
이 때, 상기 제2구동가이드(420)의 상단의 머리부(420a)는 상기 상부플레이트(210)의 상부로 돌출되되, 상기 돌출된 머리부(420a)의 직경이 상기 제2구동가이드(420)가 상기 상부플레이트(210)를 관통하는 관통구멍의 직경보다 크게 형성되어, 상기 제2구동가이드(420)가 상기 상부플레이트(210)로부터 빠짐이 방지된다.
상기 제1코일스프링(421)의 상단은 상기 상부플레이트(210)의 저면에 의해 지지되고, 상기 제1코일스프링(421)의 하단은 상기 하부플레이트(220)의 상면에 의해 지지된다.
이로 인해, 상기 하부플레이트(220)는 상기 상부플레이트(210) 승하강시 상기 제2구동가이드(420)와 상기 제1코일스프링(421)으로부터 힘을 전달받아 상기 상부플레이트(210)와 함께 승하강 운동이 가능해진다.
상기 상부플레이트(210)가 하강해 상기 충전유니트(221)와 가스포집부(222)가 상기 전지(10)에 결합되어 상기 제1코일스프링이 압축상태가 될 때, 상기 제2구동가이드(420)는 상기 제1코일스프링(421)이 압축되어지는 만큼의 길이가 상기 상부플레이트(210)로부터 돌출하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 상기 상부지그(130)와 상부플레이트(210)를 관통하고 상기 하부플레이트(220)의 상면에 결합되어 상기 하부플레이트(220)의 승하강운동을 가이드하는 제1구동가이드(410)를 더 포함하여 더욱 안정적인 승하강 운동이 가능해진다.
상기 충전유니트(221) 및 가스포집부(222)는 상기 하부플레이트(220)의 하부에 구비되어진다.
따라서, 상기 하부플레이트(220)의 하강으로 인해 상기 충전유니트(221) 및 가스포집부(222)가 상기 전지(10)에 결합할 수 있게 된다.
또한, 상기 충전유니트(221) 및 가스포집부(222)의 간격이나 배치는 피측정대상이 되는 전지의 규격이나 주액구의 위치에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 가스포집부(222)의 하부면에는 복수개의 홈(222b)이 형성되어 복수개의 오-링(222a)이 결합될 수 있다.
이로 인해, 상기 전지(10)의 주액구(11)에 결합되어질 때 기밀성이 더욱 향상되어 가스포집의 효율성을 높여준다.
또한, 상기 주액구(11)를 통한 가스포집은 전지에 펀칭 등의 방법을 통하여 구멍을 뚫지 않고도 전지에서 발생하는 가스를 포집할 수 있게 해준다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치(1)는 상기 가스포집부(222)의 상면에 결합되고 상기 하부플레이트(220)를 관통하여 상기 가스포집부(222)와 상기 하부플레이트(220)간의 승하강운동을 가이드하는 제3구동가이드(430)와 상기 제3구동가이드(430)와 축을 공유하게 설치되는 제2코일스프링(431)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2코일스프링(431)의 상단은 상기 하부플레이트(220)의 하면에 의해 지지되고, 하단은 상기 가스포집부(222)의 상면에 의해 지지된다.
또한, 상기 제3구동가이드(430) 상단의 머리부(430a)는 상기 하부플레이트(220)의 상부로 돌출되며, 상기 돌출된 머리부(430a)의 직경이 상기 제3구동가이드(430)가 상기 하부플레이트(220)를 관통하는 관통구멍의 직경보다 크게 형성되어, 제3구동가이드(430)가 상기 하부플레이트(220)로부터 빠짐이 방지된다.
상기 제3구동가이드(430)는 제2구동가이드(420)와 마찬가지로, 상기 하부플레이트(220)가 하강시, 상기 제3구동가이드(430)는 상기 제2코일스프링(431)이 압축되어지는 만큼의 길이가 상기 하부플레이트(220)로부터 돌출하게 된다.
이하, 위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 상기 전지지그(140)에 피측정대상이 되는 상기 전지(10)를 올려놓게 된다.
다음으로, 상기 동력장치(300)를 작동하게 되면 상기 동력장치(300)와 결합된 상기 상부플레이트(210)가 하강하며 상기 제1스프링(421)에 힘을 전달하게 된다.
상기 제1스프링(421)으로 전달되어진 힘은 상기 하부플레이트(220)에 전달되며, 상기 하부플레이트(220)는 상기 제1구동가이드(410) 및 제2구동가이드(420)를 통해 가이드 되면서 하강하게 된다.
상기 하부플레이트(220)에 구비되어 있는 상기 충전유니트(221)가 상기 전지(10)의 전극단자(12)에 결합되면 상기 하부플레이트(220)는 하강을 멈추게 되고, 상기 제1스프링(421)이 압축되면서 압축되어진 탄성력으로 상기 하부플레이트(220)를 압박하여 상기 전지(10)와의 결합강도를 높여준다.
마찬가지로, 상기 하부플레이트(220)와 함께 하강되는 상기 가스포집부(222)가 상기 전지(10)의 주액구(11)에 결합되면 상기 가스포집부(222)는 하강을 멈추게 되고, 상기 제2스프링(431)이 압축되면서 압축되어진 탄성력으로 상기 가스포집부(222)를 압박하여 상기 주액구(11)와의 기밀성을 향상시켜 가스포집의 효율성을 높여준다.
상술한 바와 같이 결합된 상태에서 충전을 겸용함과 동시에 실시간으로 발생하는 가스를 상기 가스포집부(222)를 통해 포집하고, 포집되는 가스를 상기 연결관(510)을 통해 전달하여 상기 디지털압력계(500)로 측정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
1 : 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정 장치
10 : 전지 11: 주액구
12 : 전극단자 100 : 지그
110: 하부지그 120 : 지그다리부
130 : 상부지그 141 : 제1전지지그
142 : 제2전지지그 143 : ㄷ자홈
200 : 플레이트부 210 : 상부플레이트
220 : 하부플레이트 221 : 충전유니트
222 : 가스포집부 222a : 오-링
222b : 홈 300 : 동력장치
410 : 제1구동가이드 420 : 제2구동가이드
420a : 머리부 421 : 제1코일스프링
422 : 체결부재 430 : 제3구동가이드
430a : 머리부 431 : 제2코일스프링
500 : 디지털압력계 510 : 연결관

Claims (10)

  1. 피측정대상인 전지의 상부에 고정되어 설치되는 평평한 형상의 상부지그;
    를 포함하는 지그;
    상기 상부지그의 하부에 위치하며 상기 전지와 결합하기 위해 승하강 운동이 가능하게 설치되는 플레이트부;
    상기 상부지그에 결합되어 상기 플레이트부에 승하강운동의 동력을 제공하기 위한 동력장치;
    상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지에 전기적으로 연결될 수 있는 충전유니트;
    상기 플레이트부에 구비되며 상기 전지의 주액구에 결합되어 가스를 포집하는 가스포집부;
    및 상기 가스포집부와 연결된 연결관을 통해 가스의 압력을 측정하는 디지털압력계;를 포함하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지그는, 바닥에 설치되어 피측정대상인 전지가 놓여지는 평평한 형상의 하부지그;
    상기 하부지그에서 수직방향의 길이로 설치되어 상기 상부지그를 떠받치는 지그다리부;를 더 포함하는 이차전지 발생가스 및 실시간 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력장치는, 에어실린더인 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트부는 상기 동력장치의 하부에 결합되어 직접 동력을 전달받는 상부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 하부에 위치하여 상기 상부플레이트의 승하강운동과 같은 방향으로 운동이 가능하도록 결합된 하부플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부플레이트의 상부에 결합되고 상기 상부지그를 관통하여 상기 하부플레이트의 승하강운동을 가이드하는 제1구동가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부플레이트의 상면에 결합되고 상기 상부플레이트를 관통하여 상기 상부플레이트와 하부플레이트간의 승하강 운동을 가이드하는 제2구동가이드와 상기 제2구동가이드와 축을 공유하게 설치되는 제1코일스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 가스포집부의 상면에 결합되고 상기 하부플레이트를 관통하여 상기 가스포집부와 상기 하부플레이트간의 승하강운동을 가이드하는 제3구동가이드와 상기 제3구동가이드와 축을 공유하게 설치되는 제2코일스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 하부지그의 상부와 상기 지그다리부의 측부에 상기 전지의 형상에 맞물려 고정될 수 있도록 ㄷ자홈이 형성된 전지지그가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  9. 제1항 또는 4항에 있어서,
    상기 가스포집부의 하부면에는 복수개의 홈이 형성되어 복수개의 오-링(O-ring)이 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 충전유니트 및 가스포집부는 상기 하부플레이트의 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지 발생가스 포집 및 실시간 측정장치.

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