KR20230064919A - 가스 분석 장치 - Google Patents

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KR20230064919A
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황동국
최낙희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 가스 분석 장치에 관한 것으로, 이차전지에서 발생되는 이차전지 발생가스를 고분해능으로 실시간 분석이 가능한 가스 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

가스 분석 장치{APPARATUS FOR ANALYZING GAS}
본 발명은 가스 분석 장치에 관한 것으로, 이차전지에서 발생되는 이차전지 발생가스를 고분해능으로 실시간 분석이 가능한 가스 분석 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Li-ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion Polymer Battery) 등이 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지 내부에서 반응에 따라 수소, 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, CnH2n -2 (n=2~5), CnH2n (n=2~5), CnH2n +2(n=1~5)인 탄화수소 및 기타 유기가스종 등의 다양한 종류의 가스가 이차전지 발생가스로서 발생할 수 있다.
또한, 리튬 이차전지는 거듭된 충방전 진행에 따라 전해질 분해에 의한 다량의 이차전지 발생가스가 발생하면서 퇴화되며, 이 양상은 전지의 설계 및 사용 형태에 따라 다르게 나타난다. 따라서 이차전지 발생가스를 분석하여 전지의 퇴화 메커니즘을 유추하는 것이 전지의 개발과정에서 필수적으로 수행되어야 한다.
따라서, 이차전지 발생가스를 정확하게 분석하는 것이 매우 중요하다. 구체적으로, 이차전지 발생가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량 원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다. 이를 위해서는 이차전지 발생가스를 분석하는 기술 개발이 중요하다.
이차전지 발생가스의 분석은 이차전지에서 발생한 가스를 GC-MS(Gas Chromatography-Mass Spectrometry), GC-TCD(Gas Chromatography-Thermal Conductivity Detector), GC-FID(Gas Chromatography-Flame Ionization Detector) 등의 가스 검출기로 전달하여 수행될 수 있다.
예를 들어, GC-MS는 검출기로서 질량분석기(MS)의 운용에서 각 화합물이 분해되어 화합물의 분자량과 질량 값이 일치하지 않는 것, 일부 가스종의 경우에 특성 질량 값이 중복되는 것을 해결하기 위해 고정상을 포함하는 칼럼을 사용하여 각 가스종의 시간차를 두고 분리하여 검출기로 주입하는 것일 수 있다.
따라서, 이차전지에서 발생한 이차전지 발생가스를 실시간으로 분석하는 것에 있어서 측정 데이터의 시간 분해능은 가스 검출기에서의 가스의 분리 및 분석에 소요되는 시간에 의해서 결정되었다. 일반적으로, 가스 검출기에서 가스의 분리 및 분석에 소요되는 시간은 수분 내지 수십분이 소요되어, 고분해능의 분석에 한계가 있었다.
본 발명은 가스 분석 장치에 관한 것으로, 이차전지에서 발생되는 이차전지 발생가스를 고분해능으로 실시간 분석이 가능한 가스 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 가스 분석 장치는,
내부에 이차전지가 수용되는 가스 확산 공간이 마련되는 확산 챔버 유닛;
상기 이차전지에서 발생된 이차전지 발생가스를 상기 확산 챔버 유닛의 상기 가스 확산 공간으로부터 전달받아 분석하는 복수의 가스 분석 유닛;
상기 확산 챔버 유닛에 연결되어 상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스를 배출하는 가스 배출관;
상기 복수의 가스 분석 유닛에 각각 마련되는 복수의 가스 주입관;
상기 가스 배출관을 상기 복수의 가스 주입관 중 하나와 선택적으로 연결하여 상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스를 상기 복수의 가스 분석 유닛 중 하나에 주입하는 인젝터 유닛;
상기 가스 확산 공간에 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛; 및
상기 인젝터 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 운반 가스 공급 유닛과 상기 확산 챔버 유닛을 연결하는 운반 가스 공급 유로에는 질량 흐름 제어기(MFC, mass flow controller)가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 확산 챔버 유닛은, 상기 운반 가스가 상기 가스 확산 공간으로 주입되는 주입구와, 상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스가 배출되는 배출구를 포함하고, 상기 주입구의 출구 및 상기 배출구의 입구는 상기 가스 확산 공간을 형성하는 상기 확산 챔버 유닛의 내측벽들 중 서로 대면하는 두 내측벽 각각에 위치하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 확산 챔버 유닛에는 상기 운반 가스 공급 유로가 연결되는 운반 가스 분산 공간이 마련되고, 상기 주입구는 복수로 마련되며, 상기 복수의 주입구의 입구는 상기 운반 가스 분산 공간에 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치에서 상기 이차전지는 상기 복수의 주입구의 출구와 상기 배출구의 입구 사이에 배치되고, 상기 복수의 주입구의 출구는 상기 이차전지의 일측면에 대면하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치에서 상기 인젝터 유닛은 다방향 밸브(multi position valve)인 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 제어 유닛은 상기 복수의 가스 분석 유닛 각각으로부터 분석 유닛 상태 정보를 입력받고, 상기 제어 유닛은 상기 분석 유닛 상태 정보를 근거로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 제어 유닛은 타이머를 포함하고, 상기 제어 유닛은 일정 시간 주기로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치는 상기 복수의 가스 주입관 각각에 마련되어 상기 복수의 가스 분석 유닛 각각에 주입되는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 복수의 가스 샘플링 유닛을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 확산 챔버 유닛에는 온도 센서 또는 압력 센서가 마련되고, 상기 제어 유닛은 상기 온도 센서의 측정값 또는 상기 압력 센서의 측정값을 근거로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치의 상기 복수의 가스 샘플링 유닛 각각에는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 가스 샘플링 공간이 마련되고, 상기 가스 샘플링 공간의 부피는 상기 복수의 가스 샘플링 유닛 각각에 대해서 다르게 형성되며, 상기 제어 유닛은 상기 온도 센서의 측정값, 상기 압력 센서의 측정값 및 상기 가스 샘플링 공간의 부피를 고려하여 상기 가스 배출관과 연결되는 가스 주입관을 선택하는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치에서 상기 복수의 가스 분석 유닛 각각마다 상기 이차전지 발생가스를 분해하기 위한 이종 이상의 컬럼이 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치는 실시간으로 이차전지 발생가스를 분석하는 것에 있어서, 시간에 대해 고분해능의 분석이 가능하고, 온도, 충방전 거동 등의 실험 조건 변화에 따른 이차전지의 거동을 정밀하게 분석 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치는 가변하는 이차전지 구동 환경 및 조건에 대해서 실시간 및 고분해능 분석이 가능한 것으로, 실제 이차전지 구동 조건을 모사하여 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량 원인의 파악 등이 가능한 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 가스 분석 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 가스 분석 장치에서 분석에 대한 시간 분해능 설명하는 그래프이다.
도 3은 확산 챔버 유닛에서 가스의 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 4는 인젝터 유닛을 나타내는 개념도이다.
도 5는 가스 분석 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 6은 가스 분석 유닛의 다른 실시 양태를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측", “일면”, “타면” 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 가스 분석 장치를 나타내는 개념도이다. 도 2는 본 발명의 가스 분석 장치에서 분석에 대한 시간 분해능 설명하는 그래프이다. 도 3은 확산 챔버 유닛(300)에서 가스의 흐름을 나타내는 개념도이다. 도 4는 인젝터 유닛(600)을 나타내는 개념도이다. 도 5는 가스 분석 유닛(700)을 나타내는 블록도이다. 도 6은 가스 분석 유닛(700)의 다른 실시 양태를 나타내는 블록도이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 가스 분석 장치에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 가스 분석 장치는 실시간으로 이차전지 발생가스를 분석하는 것에 있어서, 시간에 대해 고분해능의 분석이 가능하고, 온도, 충방전 거동 등의 실험 조건 변화에 따른 이차전지(11)의 거동을 정밀하게 분석 가능한 것일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 분석 장치는,
내부에 이차전지(11)가 수용되는 가스 확산 공간(310)이 마련되는 확산 챔버 유닛(300);
상기 이차전지(11)에서 발생된 이차전지 발생가스를 상기 확산 챔버 유닛(300)의 상기 가스 확산 공간(310)으로부터 전달받아 분석하는 복수의 가스 분석 유닛(700);
상기 확산 챔버 유닛(300)에 연결되어 상기 가스 확산 공간(310)의 상기 이차전지 발생가스를 배출하는 가스 배출관(400);
상기 복수의 가스 분석 유닛(700)에 각각 마련되는 복수의 가스 주입관(500);
상기 가스 배출관(400)을 상기 복수의 가스 주입관(500) 중 하나와 선택적으로 연결하여 상기 가스 확산 공간(310)의 상기 이차전지 발생가스를 상기 복수의 가스 분석 유닛(700) 중 하나에 주입하는 인젝터 유닛(600);
상기 가스 확산 공간(310)에 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛(100); 및
상기 인젝터 유닛(600)을 제어하는 제어 유닛(800)을 포함하는 것일 수 있다.
실시간으로 이차전지(11)에서 발생하는 이차전지 발생가스를 분석하는 것은, 장시간에 걸쳐 연속적인 조건 또는 환경에서, 특정 시간 주기마다 확산 챔버 유닛(300)의 이차전지 발생가스를 가스 분석 유닛(700)에 전달하여 분석하는 것일 수 있다.
도 2에서 그래프 A는 시간 축을 나타내며, 그래프 B는 복수의 가스 분석 유닛(700)에서 출력되는 가스 분석 결과를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 이차전지(11)의 거동의 고분해능 분석을 위한 시간 주기 Ta는 일반적으로 하나의 가스 분석 유닛(700)에서 한번의 분석에 소요되는 시간 Tb보다 더 짧다. 본 발명의 가스 분석 장치는 가스 분석 유닛(700)을 복수로 마련하여, 짧은 시간 주기로 이차전지(11)의 연속적인 상황을 분석 가능한 것일 수 있다.
운반 가스 공급 유닛(100)은 확산 챔버 유닛(300)의 가스 확산 공간(310)에 위치하는 이차전지 발생가스를 가스 분석 유닛(700)으로 운반하기 위한 운반 가스를 확산 챔버 유닛(300)에 공급하기 위한 것일 수 있다. 운반 가스는 헬륨 등과 같은 비활성 가스일 수 있다. 운반 가스 공급 유닛(100)은 운반 가스가 저장된 실린더, 봄베, 가스 탱크 등일 수 있다.
운반 가스 공급 유닛(100)과 확산 챔버 유닛(300)은 운반 가스 공급 유로(200)로 연결될 수 있다. 운반 가스 공급 유로(200)는 가스가 흐를 수 있는 배관 또는 튜브 등일 수 있다. 운반 가스 공급 유로(200)를 통해 운반 가스 공급 유닛(100)에서 공급되는 운반 가스는 확산 챔버 유닛(300)의 가스 확산 공간(310)에 공급될 수 있다.
상기 운반 가스 공급 유닛(100)과 상기 확산 챔버 유닛(300)을 연결하는 운반 가스 공급 유로(200)에는 질량 흐름 제어기(MFC, mass flow controller, 210)가 마련되는 것일 수 있다. 확산 챔버 유닛(300)에서 가스 분석 유닛(700)으로 전달되는 가스의 형태는 운반 가스와 이차전지 발생가스가 혼합된 가스일 수 있다. 따라서, 가스 확산 공간(310)에 주입된 운반 가스의 정확한 양을 알아야 가스 분석 유닛(700)에서 출력되는 분석 결과를 통해 실제로 이차전지(11)에서 발생한 이차전지 발생가스의 양을 산출할 수 있다. 이를 위해, 운반 가스 공급 유로(200)에는 가스 확산 공간(310)에 주입되는 운반 가스의 양을 계량 또는 제어하기 위한 질량 흐름 제어기(210)가 마련될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 확산 챔버 유닛(300)은, 상기 운반 가스가 상기 가스 확산 공간(310)으로 주입되는 주입구(330)와, 상기 가스 확산 공간(310)의 상기 이차전지 발생가스가 배출되는 배출구(340)를 포함하는 것일 수 있다.
확산 챔버 유닛(300)의 내부에는 이차전지(11)가 수용되는 가스 확산 공간(310)이 마련되고, 상기 주입구(330)의 출구(332) 및 상기 배출구(340)의 입구(341)는 상기 가스 확산 공간(310)을 형성하는 상기 확산 챔버 유닛(300)의 내측벽들 중 서로 대면하는 두 내측벽 각각에 위치하는 것일 수 있다. 즉, 가스 확산 공간(310)을 형성하는 일측 내측벽에 주입구(330)의 출구(332)가 형성되고, 가스 확산 공간(310)을 형성하는 타측 내측벽에 배출구(340)의 입구(341)가 형성될 수 있다.
주입구(330)의 입구(331)로 운반 가스가 입력되어 주입구(330)의 출구(332)를 통해 가스 확산 공간(310)에 운반 가스가 공급될 수 있다. 배출구(340)의 입구(341)로 가스 확산 공간(310)의 운반 가스 및 이차전지 발생가스가 배출되고, 배출구(340)의 출구(342)는 가스 배출관(400)에 연결되어 배출구(340)를 통과한 운반 가스 및 이차전지 발생가스는 가스 분석 유닛(700)으로 전달될 수 있다.
상기 확산 챔버 유닛(300)에는 상기 운반 가스 공급 유로(200)가 연결되는 운반 가스 분산 공간(320)이 마련되고, 상기 주입구(330)는 복수로 마련되며, 상기 복수의 주입구(330)의 입구(331)는 상기 운반 가스 분산 공간(320)에 연결되는 것일 수 있다.
즉, 확산 챔버 유닛(300)의 내부에는 서로 분할된 공간인 가스 확산 공간(310) 및 운반 가스 분산 공간(320)이 각각 마련되고, 두 공간은 복수의 주입구(330)를 통해 연결될 수 있다. 구체적으로, 주입구(330)의 입구(331)는 운반 가스 분산 공간(320)에 위치하고, 주입구(330)의 출구(332)는 가스 확산 공간(310)에 위치할 수 있다. 운반 가스 공급 유로(200)는 운반 가스 분산 공간(320)에 연결되어, 운반 가스 공급 유닛(100)으로부터 공급되는 운반 가스는 운반 가스 분산 공간(320)을 거쳐 가스 확산 공간(310)으로 공급될 수 있다.
주입구(330)는 복수로 마련되어, 이차전지(11)의 전면에 균일하게 분사되도록 운반 가스는 가스 확산 공간(310)으로 주입될 수 있다. 본 발명의 가스 분석 장치는 실시간으로 수행되는 것으로, 운반 가스가 가스 확산 공간(310) 내의 국부 영역에 집중적으로 주입될 경우, 운반 가스와 이차전지 발생가스가 충분히 혼합되지 않아 분석 결과에 영향을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 주입구(330)를 복수로 마련하여 균일한 밀도로 운반 가스를 가스 확산 공간(310)에 주입할 수 있다.
구체적으로, 상기 이차전지(11)는 상기 복수의 주입구(330)의 출구(332)와 상기 배출구(340)의 입구(341) 사이에 배치되고, 상기 복수의 주입구(330)의 출구(332)는 상기 이차전지(11)의 일측면에 대면하는 것일 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 점선의 화살표와 같이 운반 가스는 흐르게 되고, 운반가스는 이차전지(11)를 균일하게 훑을 수 있다.
확산 챔버 유닛(300)의 가스 확산 공간(310)에는 이차전지(11)를 가열하기 위한 히터(미도시), 이차전지(11)를 충방전하는 충방전 모듈(미도시) 등이 마련될 수 있다.
가스 배출관(400) 및 복수의 가스 주입관(500)은 가스가 흐를 수 있는 배관 또는 튜브일 수 있다. 가스 배출관(400) 및 복수의 가스 주입관(500)은 인젝터 유닛(600)에 연결될 수 있다.
상기 인젝터 유닛(600)은 다방향 밸브(multi position valve)인 것일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터 유닛(600)은, 복수의 가스 주입관(500)이 각각 연결되는 복수의 포트(620)와, 복수의 포트(620) 중 하나의 포트(620)와 선택적으로 연결되는 스위칭 유로(610)를 포함할 수 있다. 스위칭 유로(610)는 가상의 원의 중심에서 일단부가 가스 배출관(400)과 연결될 수 있다. 스위칭 유로(610)는 상기 가상의 원의 지름 방향으로 연장되고, 상기 가상의 원의 중심을 회전축으로 회전 가능한 유로일 수 있다. 상기 가상의 원의 원호에는 복수의 가스 주입관(500)이 각각 연결되는 복수의 포트(620)가 배열될 수 있다. 스위칭 유로(610)는 회전을 하면서 복수의 포트(620) 중 하나의 포트(620)와 선택적으로 연결되고, 이를 통해, 가스 배출관(400)은 복수의 가스 주입관(500) 중 하나의 가스 주입관(500)과 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 제어 유닛(800)은 상기 복수의 가스 분석 유닛(700) 각각으로부터 분석 유닛 상태 정보를 입력받고, 상기 제어 유닛(800)은 상기 분석 유닛 상태 정보를 근거로 상기 인젝터 유닛(600)을 제어하는 것일 수 있다.
분석 유닛 상태 정보는 가스 분석 유닛(700)의 상태를 나타내는 정보로서, 예를 들어, 가스 분석 유닛(700)이 분석 중인지, 분석 준비 완료 상태인지를 나태내는 정보일 수 있다. 분석 준비 완료 상태는 이차전지 발생가스가 주입되면 바로 분석 시작이 가능한 상태일 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(800)은 분석 준비 완료 상태인 가스 분석 유닛(700)과 연결된 가스 주입관(500)과 가스 배출관(400)이 연결되도록 인젝터 유닛(600)을 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛(800)은 타이머를 포함하고, 상기 제어 유닛(800)은 일정 시간 주기로 상기 인젝터 유닛(600)을 제어하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(800)은 사전에 설정된 시간 주기마다, 분석 준비 완료 상태인 가스 분석 유닛(700)과 연결된 가스 주입관(500)과 가스 배출관(400)이 연결되도록 인젝터 유닛(600)을 제어할 수 있다.
제어 유닛(800)은 연산 장치로서, 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 장치일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 가스 주입관(500) 각각에 마련되어 상기 복수의 가스 분석 유닛(700) 각각에 주입되는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 복수의 가스 샘플링 유닛(510)을 더 포함하는 것일 수 있다. 가스 샘플링 유닛(510)은 루프 형태의 배관 또는 튜브일 수 있다. 가스 샘플링 유닛(510) 내부에 형성된 가스 샘플링 공간의 부피의 크기에 의해 이차전지 발생가스는 정량될 수 있다.
상기 확산 챔버 유닛(300)에는 온도 센서(311) 및 압력 센서(312)가 마련되고, 상기 제어 유닛(800)은 상기 온도 센서(311)의 측정값 또는 상기 압력 센서(312)의 측정값을 근거로 상기 인젝터 유닛(600)을 제어하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 복수의 가스 샘플링 유닛(510) 각각에는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 가스 샘플링 공간이 마련되고, 상기 가스 샘플링 공간의 부피는 상기 복수의 가스 샘플링 유닛(510) 각각에 대해서 다르게 형성되며, 상기 제어 유닛(800)은 상기 온도 센서(311)의 측정값, 상기 압력 센서(312)의 측정값 및 상기 가스 샘플링 공간의 부피를 고려하여 상기 가스 배출관(400)과 연결되는 가스 주입관(500)을 선택하는 것일 수 있다. 온도 및 압력에 따라 단위 부피당 가스의 양(질량, 몰 등)은 달라질 수 있다. 따라서, 일정 수준의 검출 감도를 확보하기 위해서는 가스 샘플링 유닛(510)에서 샘플링되는 가스의 양을 조절할 필요가 있다. 따라서, 온도 및 압력에 따라 적절한 부피의 가스 샘플링 공간을 가지는 가스 샘플링 유닛(510)과 연결된 가스 분석 유닛(700)의 가스 주입관(500)과 가스 배출관(400)이 연결되도록 제어 유닛(800)은 인젝터 유닛(600)을 제어할 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 분석 유닛(700)은 GC(Gas Chromatography)를 위한 컬럼(710)과, 가스 검출을 위한 검출기(720)로서 MS(Mass Spectrometry), TCD(Thermal Conductivity Detector), FID(Flame Ionization Detector)를 포함할 수 있다. 가스 분석 유닛(700)으로 전달된 이차전지 발생가스는 컬럼(710)을 통과하면서 분해된 후 검출기(720)로 주입될 수 있다.
상기 복수의 가스 분석 유닛(700) 각각마다 상기 이차전지 발생가스를 분해하기 위한 이종 이상의 컬럼(710)이 마련되는 것일 수 있다. GC를 위한 컬럼(710)의 종류는 고정상 충진 방법, 충진 물질 및 규격 등에 따라 구분될 수 있다. 고정상 충진 방법, 충진 물질 및 규격 등에 따라 달라지는 컬럼(710)의 종류마다 이차전지 발생가스가 포함하는 개별 성분의 분리에 소요되는 시간이 다를 수 있다. 따라서, 다종의 컬럼(710)을 동시에 사용함으로써, 본 발명의 가스 분석 장치는 GC에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 최종적으로, 도 2에 표기된 Tb에 해당하는 시간을 줄여, 더 적은 수의 가스 분석 유닛(700)으로도 고분해능의 가스 분석이 가능한 것일 수 있다. 즉, 컬럼(710)은 복수로 마련되어, 각각의 컬럼은 고정상 충진 방법, 충진 물질 및 규격 중 하나 이상의 조건이 다를 수 있다. 예를 들어, 컬럼(710)은 3개로 마련되어, 하나의 컬럼(710)은 packed 방식, 다른 하나의 컬럼(710)은 micro-packed 방식, 나머지 하나는 capillary 방식으로 마련될 수 있다. 또 다른 예로, 컬럼(710)은 3개로 마련되어, 하나의 컬럼(710)은 다양한 길이의 알킬기 또는 벤젠으로 치환된 실리카가 충진 물질로서 충진되고, 다른 하나의 컬럼(710)은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)가 충진 물질로서 충진되며, 나머지 하나는 아가로오스(agarose) 또는 덱스트린(dextrin)이 충진 물질로서 충진될 수 있다.
고정상 충진 방법은 컬럼(710)에서 분석 대상 물질의 분해 방법을 의미하며, packed 방식, micro-packed 방식, capillary 방식 등이 있을 수 있다.
충진 물질은 컬럼(710)에 충진되는 물질을 의미하며, 다양한 길이의 알킬기 또는 벤젠으로 치환된 실리카, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 아가로오스(agarose) 또는 덱스트린(dextrin) 등이 있을 수 있다.
규격은 컬럼(710)의 크기 또는 형상을 의미하는 것일 수 있다.
다종의 컬럼(710)은 도 5에 도시된 바와 같이 직렬로 연결될 수도 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 병렬로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 컬럼(710)은 3종으로 마련될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
11...이차전지 100...운반 가스 공급 유닛
200...운반 가스 공급 유로 210...질량 흐름 제어기
300...확산 챔버 유닛 310...가스 확산 공간
311...온도 센서 312...압력 센서
320...운반 가스 분산 공간 330...주입구
331...주입구의 입구 332...주입구의 출구
340...배출구 341...배출구의 입구
342...배출구의 출구 400...가스 배출관
500...가스 주입관 510...가스 샘플링 유닛
600...인젝터 유닛 610...스위칭 유로
620...포트 700...가스 분석 유닛
710...컬럼 720...검출기
800...제어 유닛

Claims (12)

  1. 내부에 이차전지가 수용되는 가스 확산 공간이 마련되는 확산 챔버 유닛;
    상기 이차전지에서 발생된 이차전지 발생가스를 상기 확산 챔버 유닛의 상기 가스 확산 공간으로부터 전달받아 분석하는 복수의 가스 분석 유닛;
    상기 확산 챔버 유닛에 연결되어 상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스를 배출하는 가스 배출관;
    상기 복수의 가스 분석 유닛에 각각 마련되는 복수의 가스 주입관;
    상기 가스 배출관을 상기 복수의 가스 주입관 중 하나와 선택적으로 연결하여 상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스를 상기 복수의 가스 분석 유닛 중 하나에 주입하는 인젝터 유닛;
    상기 가스 확산 공간에 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛; 및
    상기 인젝터 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것인 가스 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운반 가스 공급 유닛과 상기 확산 챔버 유닛을 연결하는 운반 가스 공급 유로에는 질량 흐름 제어기(MFC, mass flow controller)가 마련되는 것인 가스 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 확산 챔버 유닛은,
    상기 운반 가스가 상기 가스 확산 공간으로 주입되는 주입구와,
    상기 가스 확산 공간의 상기 이차전지 발생가스가 배출되는 배출구를 포함하고,
    상기 주입구의 출구 및 상기 배출구의 입구는 상기 가스 확산 공간을 형성하는 상기 확산 챔버 유닛의 내측벽들 중 서로 대면하는 두 내측벽 각각에 위치하는 것인 가스 분석 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확산 챔버 유닛에는 상기 운반 가스 공급 유로가 연결되는 운반 가스 분산 공간이 마련되고,
    상기 주입구는 복수로 마련되며,
    상기 복수의 주입구의 입구는 상기 운반 가스 분산 공간에 연결되는 것인 가스 분석 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지는 상기 복수의 주입구의 출구와 상기 배출구의 입구 사이에 배치되고,
    상기 복수의 주입구의 출구는 상기 이차전지의 일측면에 대면하는 것인 가스 분석 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터 유닛은 다방향 밸브(multi position valve)인 것인 가스 분석 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 복수의 가스 분석 유닛 각각으로부터 분석 유닛 상태 정보를 입력받고,
    상기 제어 유닛은 상기 분석 유닛 상태 정보를 근거로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것인 가스 분석 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 타이머를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 일정 시간 주기로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것인 가스 분석 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 주입관 각각에 마련되어 상기 복수의 가스 분석 유닛 각각에 주입되는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 복수의 가스 샘플링 유닛을 더 포함하는 것인 가스 분석 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산 챔버 유닛에는 온도 센서 또는 압력 센서가 마련되고,
    상기 제어 유닛은 상기 온도 센서의 측정값 또는 상기 압력 센서의 측정값을 근거로 상기 인젝터 유닛을 제어하는 것인 가스 분석 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 가스 샘플링 유닛 각각에는 상기 이차전지 발생가스의 양을 정량하는 가스 샘플링 공간이 마련되고,
    상기 가스 샘플링 공간의 부피는 상기 복수의 가스 샘플링 유닛 각각에 대해서 다르게 형성되며,
    상기 제어 유닛은 상기 온도 센서의 측정값, 상기 압력 센서의 측정값 및 상기 가스 샘플링 공간의 부피를 고려하여 상기 가스 배출관과 연결되는 가스 주입관을 선택하는 것인 가스 분석 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분석 유닛 각각마다 상기 이차전지 발생가스를 분해하기 위한 이종 이상의 컬럼이 마련되는 것인 가스 분석 장치.
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