KR20160081394A

KR20160081394A - 이차 전지 내부 가스 포집 장치

Info

Publication number: KR20160081394A
Application number: KR1020140195167A
Authority: KR
Inventors: 김지선; 오세영; 김민정; 김종훈; 박효석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-08
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: KR101803527B1

Abstract

본 발명은 이차 전지의 내부에서 발생하는 내부 가스를 포집하여 분석하기 위한 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 관한 것으로서, 이차 전지와 대응되는 형상을 가지며, 상기 이차 전지가 분리 가능하게 끼워지는 수용홈을 구비하는 하부 케이스; 및 상기 이차 전지의 내부에서 발생된 내부 가스가 배출될 수 있도록 형성되는 가스홀, 및 상기 가스홀과 연결되어 상기 가스홀을 통해 배출된 상기 내부 가스를 외부로 안내하는 포집관을 구비하며, 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 케이스와 분리 가능하게 결합되는 상부 케이스를 포함한다.
이러한 본 발명에 의하면, 이차 전지의 구조적 특성에 맞도록 설계된 이차 전지 전용의 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하여, 이차 전지의 내부 가스에 대한 정확한 정량 및 정석 분석 결과를 얻을 수 있다.

Description

이차 전지 내부 가스 포집 장치{Apparatus for collecting inner gas in secondary electric cell}

본 발명은 이차 전지의 내부에서 발생하는 내부 가스를 포집하여 분석하기 위한 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 이용되고 있다.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

이차 전지(셀)는 적용 형태나 구조 등에 따라 금속성 등의 하드 케이스 등에 의하여 내부 요소가 구성되는 캔형 전지 등을 비롯하여 다양하게 분류될 수 있는데 이들 중 예시적으로 파우치형 이차 전지 셀을 도 1에서 도시하고 있다. 기본적 원리와 구조 등은 상호 대응될 수 있으므로, 도 1에 도시된 파우치형 이차 전지를 예시적인 형태로 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)는 파우치 케이스(20) 및 전극 조립체(30)를 기본 구조로 포함하고 있으며, 전극 조립체(30)는 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되어 양극판과 음극판 사이를 전기적으로 절연시키는 세페레이터 등으로 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(30)는 양극판에서 연장되어 형성되는 양극탭(32)과 음극판에서 연장되어 형성되는 음극탭(34)을 포함한다.

양극탭(32)과 음극탭(34)은 일정한 방향으로 수렴된 후 해당하는 각각의 전극 리드(36, 38)와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합된다. 이와 같은 결합 구조를 가지는 전극 리드(36, 38)는 이차 전지의 전극으로서 이차 전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 기능을 수행하게 된다.

전극 조립체(30)가 파우치 케이스(20)에 투입된 후, 전해액이 주입되고 밀봉 공정, 에이징 공정, 화성 공정 등의 후처리 공정을 거쳐 하나의 완성된 이차 전지 셀이 된다. 실시 형태에 따라 파우치 케이스(20)는 상면 케이스(21)와 하면 케이스(22)로 구분되며 전극 조립체(30)가 수용되는 부분이 어디에 존재하는지 등에 따라 싱글 캡 또는 더블 캡 등으로 지칭되기도 한다.

또한, 이차 전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극 리드 및 음극 리드가 동일한 파우치 케이스 면에 형성될 수도 있으며, 실시 형태에 따라서 파우치 케이스의 다른 면에 각각의 전극 리드가 형성되도록 구성할 수도 있으며, 파우치 케이스의 밀봉 공정에 파우치 케이스의 상하면이 열융착될 때, 전극 리드와 겹치는 부분의 실링 효율을 향상시키기 위하여 전극 리드(36, 38)에는 절연 테이프(33)가 부착될 수 있다.

이와 같은 구조를 가지는 이차 전지는 내부 구성 요소 즉, 전극, 활물질, 전해액 등의 전기 화학적인 반응에 의하여 가스가 발생될 수 있는데 이렇게 발생되는 내부 가스는 이차 전지의 전기 화학적 반응에 의한 부수물로써 이차 전지의 성능 향상, 이차 전지의 구조 최적화, 활물질, 전해액 등의 성분 조정을 통한 충방전 휴율 제고, 부수물의 최소화를 위한 방안 연구 등을 위하여 정확하고 정밀하게 분석될 필요성이 높다.

그러나, 검사의 대상이 되는 가스의 질량이나 성분 등을 분석하는 장치는 일반화되어 있다고 할 수 있으나, 이러한 장치는 엄격한 진공 환경에만 적용되는 등의 적용상의 제한 사항 내지 한계를 가지고 있어 이차 전지에 바로 적용되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 종래 장치에 의한 성분 분석 등은 이차 전지의 내부 전해액 등이 유출되어 성분 검사의 시료를 오염시키는 등 정밀한 분석 등이 진행되지 못하여 극히 제한된 범위에서만 분석이 이루어지고 있는 실정이다.

또한, 이차 전지는 과충전되거나 전기적 환경에 급격한 변화 등이 발생되면 양극에서 전해액 분해 현상이 발생되고, 음극에서는 리튬 금속의 석출 현상이 발생될 수 있는데 이러한 현상이 발생되면 이차 전지의 성능 저하가 초래될 수 있음은 물론, 화학 반응에 의한 발열로 가스가 발생될 수 있다.

이와 함께, 전해액에는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 용매를 사용하게 되는데, 이러한 용매는 고온에서 분해되어 가스 등이 발생하고 이에 의한 압력 증가로 일종의 부품현상인 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 이차 전지가 폭발하는 등 심각한 문제가 발생될 수 있다.

이와 같이 온도, 충전 또는 방전 등의 환경 조건에 따른 이차 전지 내부 가스의 성분, 중량 등의 변화에 대한 정확한 프로파일을 분석하여 더욱 안전하고 안정적인 이차 전지를 구현하기 위한 기초 데이터를 제공할 수 있도록 장치를 고안할 필요성이 크다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이차 전지의 특성에 최적화된 구조를 구비하여 이차 전지의 내부에서 발생된 내부 가스를 효과적으로 포집할 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 이차 전지의 내부 가스가 발생되는 특정 전압 및 특정 온도 등에 대한 데이터를 효율적으로 분석할 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 이차 전지 내부 가스 포집 장치는, 이차 전지와 대응되는 형상을 가지며, 상기 이차 전지가 분리 가능하게 끼워지는 수용홈을 구비하는 하부 케이스; 및 상기 이차 전지의 내부에서 발생된 내부 가스가 배출될 수 있도록 형성되는 가스홀, 및 상기 가스홀과 연결되어 상기 가스홀을 통해 배출된 상기 내부 가스를 외부로 안내하는 포집관을 구비하며, 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 케이스와 분리 가능하게 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 포집관에 연결되어 상기 포집관을 통해 유입된 상기 내부 가스를 분석하는 분석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 하나는, 상기 수용홈과 상기 상부 케이스 사이를 실링하는 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하부 케이스는 상기 수용홈의 둘레를 따라 형성되는 실링홈을 더 구비하며, 상기 실링 부재는, 상기 상부 케이스가 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄할 때 상기 상부 케이스와 가압 접촉되도록 실링재가 상기 실링홈에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스를 밀착 결합시키는 결합 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하부 케이스는 적어도 하나의 하부 결합홀을 더 구비하고, 상기 상부 케이스는, 상기 하부 결합홀과 대응되는 적어도 하나의 상부 결합홀을 더 구비하고, 상기 결합 부재는, 상기 하부 결합홀 및 상기 상부 결합홀과 나사 결합되는 결합 볼트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 이차 전지를 충방전시키는 충방전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 충방전 모듈은, 상기 이차 전지를 충방전하는 충방전부; 및 상기 수용홈의 내부로 연장되어 상기 충방전부와 상기 이차 전지를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 구비하고; 상기 상부 케이스는 상기 연결 부재가 관통되는 충방전홀을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 충방전홀은, 상기 연결 부재가 관통된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 온도 측정 모듈은, 상기 수용홈의 내부로 연장되어 상기 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 센싱 부재를 구비하며; 상기 상부 케이스는 상기 온도 센싱 부재가 관통되는 온도 센싱홀을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 온도 센싱홀은, 상기 온도 센싱 부재가 관통된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 이차 전지의 구조적 특성에 맞도록 설계된 이차 전지 전용의 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하여, 이차 전지의 내부 가스에 대한 정확한 정량 및 정석 분석 결과를 얻을 수 있다.

둘째, 이차 전지의 내부 가스를 실시간으로 포집하여 이차 전지의 내부 가스에 대한 정량 및 정석 분석을 실시할 수 있다.

도 1은 일반적인 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 분리 사시도.
도 3은 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 결합 사시도.
도 4는 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 있어서, 이차 전지가 장착된 상태를 나타내는 하부 케이스의 평면도.
도 5는 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 상부 케이스의 저면도.
도 6은 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 제어 계통을 설명하기 위한 블록도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 결합 사시도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치는, 이차 전지(10)가 수용되는 하부 케이스(40); 하부 케이스(40)와 분리 가능하게 결합되며, 이차 전지(10)의 내부에서 발생된 내부 가스를 외부로 안내하는 상부 케이스(50); 및 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 밀착 결합시키는 결합 부재(60)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 이용하여, 내부 가스를 포집하여 분석할 수 있는 이차 전지(10)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)는 전극 조립체가 파우치 케이스(20)의 내부에 수용된 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 이차 전지(10)가 파우치형 이차 전지인 경우를 예로 들어 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 4는 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 있어서, 이차 전지가 장착된 상태를 나타내는 하부 케이스의 평면도다.

하부 케이스(40)는, 내부 가스를 분석하기 위한 이차 전지(10)가 수용되는 부재이다. 하부 케이스(40)는, 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

하부 케이스(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)와 대응되는 형상을 가지며, 이차 전지(10)가 분리 가능하게 끼워지는 수용홈(41), 수용홈(41)의 둘레를 따라 형성되는 실링홈(43), 실링홈(43)에 마련되어 수용홈(41)과 상부 케이스(50) 사이를 실링하는 실링 부재(45), 테두리부에 형성되며, 후술할 결합 볼트(62)가 나사 결합되는 하부 결합홀(47)을 포함한다.

수용홈(41)은, 이차 전지(10)의 수용 공간을 제공한다. 수용홈(41)은, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)가 분리 가능하게 끼워질 수 있도록 이차 전지(10)와 대응되는 형상을 갖는다.

종래에는 이차 전지의 내부 가스를 포집하여 분석하기 이차 전지 전용의 가스 포집 장치가 마련되지 않았다. 따라서, 이차 전지의 내부 가스를 포집 및 분석하기 위하여, 먼저, 소정의 면적을 갖는 챔버에 이차 전지를 수용시키고, 다음으로, 챔버에 불확성 기체를 충진하고, 다음으로, 이차 전지의 내부 가스를 발생시키고, 이후에, 이차 전지의 내부 가스와 불활성 기체가 혼합된 혼합 가스를 수집하고, 다음으로, 수집된 혼합 가스를 이용하여 내부 가스에 대한 정량 및 정성 분석을 실시하고 있었다. 그런데, 이러한 방법에 의할 경우에는, 혼합 가스가 확산되어 내부 가스의 정확한 정량 분석을 실시할 수 없고, 이차 전지의 내부 가스가 희석되어 정확한 정성 분석을 실시할 수 없다는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여, 수용홈(41)은, 이차 전지(10)를 수용홈(41)에 끼웠을 때 이차 전지(10)와 수용홈(41)의 내측면 사이에 빈 공간이 최소화되도록 이차 전지(10)와 대응되는 형상을 갖는 것이다. 그러면, 수용홈(41)에 끼워진 이차 전지(10)의 내부에서 내부 가스가 발생되었을 때 내부 가스는 수용홈(41)의 내부에서 정체되지 않고 후술할 가스홀(51)과 포집관(52)을 통해 외부로 실시간으로 배출될 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 내부 가스의 확산을 방지함과 동시에 이차 전지(10)의 내부 가스를 희석되지 않은 상태로 분석할 수 있으므로, 정확한 정량 및 정석 분석 결과를 얻을 수 있다. 또한, 수용홈(41)이 이차 전지(10)의 크기에 맞도록 컴팩트하게 제조된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공할 수 있으므로, 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 휴대성을 향상시킬 수 있다.

실링홈(43)은, 후술할 실링 부재(45)의 설치 공간을 제공한다. 실링홈(43)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40)가 결합되었을 때 상부 케이스(50)의 저면과 대면하도록 수용홈(41)의 둘레를 따라 형성된다.

실링 부재(45)는, 상부 케이스(50)와 수용홈(41) 사이를 실링하기 위한 부재이다. 실링 부재(45)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수용홈(41)을 둘러싸도록 실링홈(43)에 설치된다. 실링 부재(45)의 설치 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 실링 부재(45)는, 실링재를 실링홈(43)에 도포하여 형성할 수 있다. 실링재의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 실링재는 실리콘 고무일 수 있다.

실링 부재(45)는, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40)가 결합되어 상부 케이스(50)에 의하여 수용홈(41)의 개구부가 폐쇄될 때 상부 케이스(50)의 저면과 가압 접촉되어 상부 케이스(50)의 저면과 수용홈(41) 사이를 실링한다.

한편, 실링 부재(45)는, 실링홈(43)에 설치되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실링 부재(45)는, 상부 케이스(50)의 저면과 수용홈(41) 사이를 실링하도록 상부 케이스(50)의 저면에 설치될 수도 있다.

하부 결합홀(47)은, 후술할 결합 부재(60)의 결합 볼트(62)의 설치 공간을 제공한다. 하부 결합홀(47)은, 실링홈(43)의 둘레를 따라 마련된 하부 케이스(40)의 테두리부에 미리 정해진 간격으로 복수 개가 형성된다. 하부 결합홀(47)의 내주면에는, 결합 볼트(62)와 나사 결합 가능한 나사산이 형성된다.

도 5는 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 상부 케이스의 저면도이다.

상부 케이스(50)는, 이차 전지(10)가 수용된 수용홈(41)의 개구부를 폐쇄하기 위한 부재이다. 상부 케이스(50)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수용홈(41)의 개구부를 폐쇄하도록 하부 케이스(40)의 상부에 결합된다.

상부 케이스(50)는, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)의 내부에서 발생된 내부 가스가 배출될 수 있도록 형성되는 가스홀(51), 가스홀(51)을 통해 배출된 상기 내부 가스를 외부로 안내하는 포집관(52), 후술할 충방전 모듈(80)의 연결 부재(84)를 설치하기 위한 충방전홀(53), 후술할 온도 측정 모듈(90)의 온도 센싱 부재(92)를 설치하기 위한 온도 센싱홀(54), 및 후술할 결합 부재(60)의 결합 볼트(62)가 나사 결합되는 상부 결합홀(55)을 포함한다.

가스홀(51)은, 이차 전지(10)의 내부에서 발생된 내부 가스를 수용홈(41)으로부터 배출시키기 위한 배출구를 제공한다. 가스홀(51)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 수용홈(41)과 연통되도록 상부 케이스(50)가 관통되어 형성된다. 따라서, 이차 전지(10)의 내부에서 발생되어 수용홈(41)으로 방출된 이차 전지(10)의 내부 가스는 가스홀(51)을 통해 배출될 수 있다.

포집관(52)은, 상부 케이스(50)의 가스홀(51)을 통해 배출된 내부 가스를 포집하기 위한 부재이다. 포집관(52)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단이 가스홀(51)과 연통되도록 상부 케이스(50)의 상면에 결합되며, 타단이 후술할 분석 모듈(70)의 가스관(72)의 일단과 결합된다. 여기서, 포집관(52)의 타단과 가스관(72)의 일단은 너트(52a)에 의하여 나사 결합될 수 있다. 이와 같이 포집관(52)이 마련됨에 따라, 가스홀(51)을 통해 배출된 내부 가스는 포집관(52)에 의해 포집되어 분석 모듈(70)의 가스관(72)으로 안내될 수 있다.

충방전홀(53)은, 후술할 충방전 모듈(80)의 연결 부재(84)를 설치하기 위한 통로를 제공한다. 충방전홀(53)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 연결 부재(84)가 관통될 수 있도록 상부 케이스(50)가 관통되어 형성된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 충방전홀(53)을 통해 내부 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여, 충방전홀(53)은 연결 부재(84)가 관통된 상태로 실링재(53a)가 도포되어 실링된다. 실링재(53a)는, 실리콘 고무가 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

온도 센싱홀(54)은, 후술할 온도 측정 모듈(90)의 온도 센싱 부재(92)를 설치하기 위한 통로를 제공한다. 온도 센싱홀(54)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 온도 센싱 부재(92)의 전도성 와이어(92a, 92b)들이 관통될 수 있도록 상부 케이스(50)가 관통되어 형성된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 센싱홀(54)을 통해 내부 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여, 온도 센싱홀(54)은 전도성 와이어(92a, 92b)들이 관통된 상태로 실링재(54a)가 도포되어 실링된다. 실링재(54a)는, 실리콘 고무가 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 온도 센싱홀(54)은 충방전홀(53)과 별도로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 온도 센싱홀(54)과 충방전홀(53)은 일체로 형성될 수도 있다.

상부 결합홀(55)은, 후술할 결합 부재(60)의 결합 볼트(62)의 설치 공간을 제공한다. 상부 결합홀(55)은, 하부 결합홀(47)들과 각각 대응되도록 상부 케이스(50)의 테두리부에 미리 정해진 간격으로 복수 개가 형성된다. 상부 결합홀(55)의 내주면에는, 결합 볼트(62)와 나사 결합 가능한 나사산이 형성된다.

다음으로, 결합 부재(60)는, 수용홈(41)이 폐쇄되도록 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 밀착 결합시키기 위한 부재이다. 결합 부재(60)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 결합홀(47) 및 상부 결합홀(55)과 나사 결합되는 복수의 결합 볼트(62), 결합 볼트(62)와 나사 결합되어 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 밀착시키는 너트(64)를 포함한다.

결합 볼트(62)는 볼트 머리가 상부 케이스(50)의 상면에 지지되고 단부가 하부 결합홀(47)을 관통하도록 상부 결합홀(55) 및 이와 대응되는 하부 결합홀(47)에 나사 결합된다. 이에 대응하여, 너트(64)는 하부 결합홀(47)을 관통한 결합 볼트(62)의 단부와 나사 결합된다. 그러면, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40)는, 볼트 머리와 너트(64)에 의해 조여져 밀착 결합된다. 따라서, 실링 부재(45)는, 결합 부재(60)에 의해 상부 케이스(50)의 저면과 더욱 강하게 가압 접촉되므로, 상부 케이스(50)의 저면과 수용홈(41) 사이를 보다 확실하게 실링할 수 있다.

도 6은 도 2의 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 제어 계통을 설명하기 위한 블록도이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치는, 이차 전지(10)의 내부 가스를 가스홀(51) 및 포집관(52)을 통해 포집할 수 있다. 이와 같이 포집된 내부 가스를 분석하여 안전하고 안정적인 이차 전지(10)를 구현하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치는, 상부 케이스(50)로부터 유입된 상기 내부 가스를 분석하는 분석 모듈(70); 이차 전지(10)를 충방전하는 충방전 모듈(80); 이차 전지(10)의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈(90); 이차 전지 내부 가스의 분석 결과를 영상으로 출력하는 디스플레이 모듈(100); 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치가 구비하는 모듈들의 구동을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.

먼저, 분석 모듈(70)은 포집관(52)에 의하여 포집된 내부 가스를 분석하기 위한 장치이다. 분석 모듈(70)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 일단이 포집관(52)의 타관과 연결되는 가스관(72)을 포함한다. 따라서, 분석 모듈(70)은, 포집관(52)으로부터 내부 가스를 전달 받아, 내부 가스를 정량 및 정성 분석하여 내부 가스의 성분, 질량 및 부피 등에 대한 데이터를 생성할 수 있다.

다음으로, 충방전 모듈(80)은 수용홈(41)에 장착된 이차 전지(10)를 충방전하기 위한 부재이다. 충방전 모듈(80)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)를 충방전하는 충방전부(82), 충방전부(82)와 이차 전지(10)를 전기적으로 연결하는 연결 부재(84), 및 이차 전지(10)에 인가되거나 이차 전지(10)가 인가하는 전압 및 전류를 측정하는 측정부(86)를 포함한다.

충방전부(82)는, 연결 부재(84)에 의하여 이차 전지(10)의 전극 리드(36, 38)들과 연결되어, 이차 전지(10)를 충방전시킨다. 연결 부재(84)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 연결 부재(84)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)의 전극 리드(36, 38)들을 충방전부(82)와 각각 전기적으로 연결하는 한 쌍의 전기 배선(84a, 84b)들을 포함한다. 한 쌍의 전기 배선(84a, 84b)들은 각각 상부 케이스(50)의 충방전홀(53)을 관통하여 수용홈(41)의 내부로 연장되며, 전기 배선(84a, 84b)들의 단부에 각각 마련된 단자들은 이차 전지(10)의 전극 리드(36, 38)들과 각각 전기적으로 연결된다.

측정부(86)는, 이차 전지(10)에 인가되거나 이차 전지(10)가 인가하는 전압 및 전류를 측정하여 제어부(110)로 전달한다. 제어부(110)는, 측정부(86)로부터 전달 받은 전압 및 전류 데이터와 분석 모듈(70)로부터 전달 받은 내부 가스의 정량 및 정석 분석 데이터를 종합하여, 내부 가스가 발생되는 특정 전압 또는 특정 전류에 대한 데이터를 생성할 수 있다.

다음으로, 온도 측정 모듈(90)은, 수용홈(41)에 장착된 이차 전지(10)의 온도를 측정하기 위한 부재이다. 온도 측정 모듈(90)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)의 온도를 측정하는 온도 센싱 부재(92), 이차 전지(10)의 온도를 상승시키는 가열부(94), 이차 전지(10)의 온도를 하강시키는 냉각부(96)를 포함한다.

온도 센싱 부재(92)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 온도 센싱 부재(92)는, 한 쌍의 전도성 와이어(92a, 92b)들 및 전도성 와이어(92a, 92b)들의 단부에 결합되는 비드(92c)를 구비하는 열전쌍(thermal coulper)일 수 있다. 열전쌍은, 온도 측정 분야에서 널리 쓰이는 공지된 온도 센서이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전도성 와이어(92a, 92b)들은 온도 센싱홀(54)을 관통하여 수용홈(41)의 내부로 연장되며, 비드(92c)는 이차 전지(10)와 접촉되도록 설치된다. 그러면, 온도 측정 모듈(90)은, 비드(92c)의 온도가 변화됨에 따라 전도성 와이어(92a, 92b)들과 연결된 온도 측정 모듈(90)의 전기 회로(미도시)에 발생되는 전압을 측정함으로써, 이차 전지(10)의 온도를 측정할 수 있다.

가열부(94)는, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40) 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치되며, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40) 중 적어도 어느 하나에 열을 인가하여 수용홈(41)에 수용된 이차 전지(10)를 가열시킬 수 있다.

냉각부(96)는, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40) 중 적어도 어느 하나에 접촉되도록 설치되며, 상부 케이스(50)와 하부 케이스(40) 중 적어도 어느 하나를 냉각시켜 수용홈(41)에 수용된 이차 전지(10)를 냉각시킬 수 있다.

가열부(94)와 냉각부(96)의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 일반적으로 사용되는 히텅 장치와 냉각 장치가 가열부(94)와 냉각부(96)로서 사용될 수 있다. 가열부(94)와 냉각부(96)에 의하여 이차 전지(10)에 발생된 온도 변화는 온도 센싱 부재(92)에 의하여 실시간으로 측정될 수 있다.

한편, 온도 측정 모듈(90)은, 온도 센싱 부재(92)에 의하여 측정된 이차 전지(10)의 온도를 제어부(110)로 전달한다. 제어부(110)는, 온도 측정 모듈(90)로부터 전달받은 온도 데이터와 분석 모듈(70)로부터 전달 받은 내부 가스의 정량 및 정석 분석 데이터를 종합하여, 내부 가스가 발생되는 특정 온도에 대한 데이터를 생성할 수 있다.

다음으로, 디스플레이 모듈(100)은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치가 구비하는 모듈들에 의하여 수집된 데이터를 영상으로 출력하는 장치이다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(100)은, 내부 가스의 정량 및 정성 분석 데이터, 내부 가스가 발생되는 특정 전압 또는 특정 전류에 대한 데이터, 및 내부 가스가 발생되는 특정 온도에 대한 데이터 등을 영상으로 출력할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 이차 전지 20 : 파우치 케이스
30 : 전극 조립체 40 : 하부 케이스
50 : 상부 케이스 60 : 결합 부재
70 : 분석 모듈 80 : 충방전 모듈
90 : 온도 측정 모듈 100 : 디스플레이 모듈
110 : 제어부

Claims

이차 전지와 대응되는 형상을 가지며, 상기 이차 전지가 분리 가능하게 끼워지는 수용홈을 구비하는 하부 케이스; 및
상기 이차 전지의 내부에서 발생된 내부 가스가 배출될 수 있도록 형성되는 가스홀, 및 상기 가스홀과 연결되어 상기 가스홀을 통해 배출된 상기 내부 가스를 외부로 안내하는 포집관을 구비하며, 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 케이스와 분리 가능하게 결합되는 상부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제1항에 있어서,
상기 포집관에 연결되어 상기 포집관을 통해 유입된 상기 내부 가스를 분석하는 분석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제1항에 있어서,
상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 하나는, 상기 수용홈과 상기 상부 케이스 사이를 실링하는 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제3항에 있어서,
상기 하부 케이스는 상기 수용홈의 둘레를 따라 형성되는 실링홈을 더 구비하며,
상기 실링 부재는, 상기 상부 케이스가 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄할 때 상기 상부 케이스와 가압 접촉되도록 실링재가 상기 실링홈에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제1항 있어서,
상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스를 밀착 결합시키는 결합 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제5항에 있어서,
상기 하부 케이스는 적어도 하나의 하부 결합홀을 더 구비하고,
상기 상부 케이스는, 상기 하부 결합홀과 대응되는 적어도 하나의 상부 결합홀을 더 구비하고,
상기 결합 부재는, 상기 하부 결합홀 및 상기 상부 결합홀과 나사 결합되는 결합 볼트를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제1항에 있어서,
상기 이차 전지를 충방전시키는 충방전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제7항에 있어서,
상기 충방전 모듈은,
상기 이차 전지를 충방전하는 충방전부; 및
상기 수용홈의 내부로 연장되어 상기 충방전부와 상기 이차 전지를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 구비하고;
상기 상부 케이스는 상기 연결 부재가 관통되는 충방전홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제8항에 있어서,
상기 충방전홀은, 상기 연결 부재가 관통된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제1항에 있어서,
상기 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제10항에 있어서,
상기 온도 측정 모듈은,
상기 수용홈의 내부로 연장되어 상기 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 센싱 부재를 구비하며;
상기 상부 케이스는 상기 온도 센싱 부재가 관통되는 온도 센싱홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
제11항에 있어서,
상기 온도 센싱홀은, 상기 온도 센싱 부재가 관통된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.