(57)【要約】  本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明は、自動車型電池モバイル機器、電動工具などのエネルギー源として開発されている二次電池で発生するガスを自動で捕集する装置を提供するためのものであって、複数個の二次電池の内部で発生するガスを自動で捕集し、それを分析装置に自動で注入して分析可能にする装置を提供するものである。本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、複数個の二次電池がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダー；複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレー；複数個の二次電池のうち、分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる二次電池の一面に結合及び結合解除される捕集部；及び捕集部内で分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、捕集部に固定された二次電池の一面にパンチングすることができるパンチング部；を含み、電池ホルダートレーは、二次電池の一面が捕集部と対面できるように回転するものである。
2021504880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の二次電池がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダーと、
前記複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレーと、
複数個の二次電池のうち、分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる前記二次電池の前記一面に結合及び結合解除される捕集部と、
前記捕集部内で分析対象となる前記二次電池の前記一面に垂直な方向に移動して、前記捕集部に固定された前記二次電池の前記一面にパンチングすることができるパンチング部と、を含み、
前記電池ホルダートレーは、前記二次電池の前記一面が前記捕集部と対面できるように回転する、自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項２】
前記捕集部に連結され、線形運動のための動力を提供する第２シリンダーと、
前記電池ホルダートレーに連結されて、前記電池ホルダートレーを回転させるローターと、
前記ローターに連結され、回動力を提供する第１シリンダーと、
前記パンチング部に連結されたクランクと、
前記クランクに連結され、回動力を提供する第３シリンダーと、をさらに含み、
前記クランクは、前記第３シリンダーの回動力を前記パンチング部の線形運動のための動力に変換する、請求項１に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項３】
前記捕集部は、前記電池ホルダートレーの上方に位置し、
前記二次電池または前記電池ホルダーは、前記捕集部と前記電池ホルダートレーとの間に位置する、請求項１または２に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項４】
前記捕集部は、
前記捕集部の下端部に位置した電池ホルダー収容部として、内部空間に前記電池ホルダーを収容することができる前記電池ホルダー収容部と、
前記電池ホルダー収容部上に前記電池ホルダー収容部と一体に形成され、柱状である電池発生ガス収容部として、内部空間に前記二次電池の内部で発生するガスを収容することができる前記電池発生ガス収容部と、
前記電池ホルダー収容部と前記二次電池の前記一面が接触することができる部分に備えられた密閉部材として、前記電池発生ガス収容部と前記二次電池の前記一面からなる空間を密閉することができる前記密閉部材と、
前記電池発生ガス収容部の側面に備えられた電池発生ガス排出口として、前記二次電池の前記一面から前記電池発生ガス収容部に出る前記二次電池の内部発生ガスがマニホールド部またはガス分析装置に移動自在になった前記電池発生ガス排出口と、
前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、真空ポンプを連結可能になった真空ポンプ連結部と、
を含む、請求項１から３のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項５】
前記パンチング部は、
前記クランクに連結されたパンチング部ロッドと、
前記パンチング部ロッドの下端部に連結されたパンチングニードルと、を含み、
前記クランクの回転によるパンチング部ロッドの移動で、前記パンチングニードルが前記電池発生ガス収容部を通じて移動して、前記パンチングニードルが前記二次電池の前記一面に穴を開けることができる、請求項２を引用する請求項４に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項６】
前記パンチング部は、前記パンチング部ロッドの上端部に連結されたバネをさらに含み、
前記クランクが回転して、前記パンチングニードルを下降させる時に、収縮されたバネの復元力で前記パンチングニードルを高速で移動させて、前記二次電池の前記一面をパンチングすることができる、請求項５に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項７】
前記二次電池は、円筒型電池、角型電池、コインセル電池及びポーチ型電池のうち何れか１つである、請求項１から６のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項８】
前記捕集部は、前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、窒素ガス供給部を連結可能になった窒素ガス連結部をさらに含む、請求項４から６および請求項４を引用する請求項７のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項９】
分析対象となる前記二次電池の内部発生ガスの捕集が完了すれば、前記捕集部は、前記二次電池の前記一面と離隔して、前記二次電池の前記一面から結合解除され、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象となる二次電池の一面と前記捕集部が対面する、請求項１から８のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われる二次電池発生ガス捕集方法において、
前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
前記捕集部が前記二次電池の前記一面に接近して結合する段階と、
前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階と、
前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階と、
前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階と、
窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階と、
前記捕集部が前記二次電池から離隔し、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
を含む、自動化された二次電池発生ガス捕集方法。
【請求項１１】
請求項２および請求項２を引用する請求項３から９のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われる二次電池発生ガス捕集方法において、
前記第１シリンダーの回動力で、前記第１シリンダーに連結された前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象となる前記二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池に接近して、前記二次電池の前記一面に結合する段階と、
前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階と、
前記第３シリンダーの回動力で、前記第３シリンダーに連結された前記クランクによって、前記パンチング部が線形移動して、前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階と、
前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階と、
窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階と、
前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池から離隔し、前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面させる段階と、
を含む、自動化された二次電池発生ガス捕集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１８年７月４日付の大韓民国特許出願１０−２０１８−００７７６６５号、２０１９年４月３０日付の大韓民国特許出願１０−２０１９−００５６８０５号及び２０１９年６月２５日付の大韓民国特許出願１０−２０１９−００７５６８８号に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、ガス捕集装置及び方法に係り、より詳細には、１つの自動化された二次電池の内部発生ガス捕集装置で複数個の二次電池で発生するガスを捕集して分析可能にした捕集装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、二次電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する放電と逆方向である充電過程とを通じて繰り返し使用が可能な電池であり、その種類としては、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム金属電池、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池及びリチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ−ｉｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂａｔｔｅｒｙ）などがある。このような二次電池のうち、高いエネルギー密度と電圧とを有し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が商用化されて広く使われており、リチウム二次電池には、ポリマー型電池、円型電池、角型電池、ポーチ型電池などが含まれる。
【０００４】
しかし、従来のリチウム二次電池は、高温で露出された時、発火／爆発する危険性がある。また、過充電、外部短絡、針状（ｎａｉｌ）貫通、局部的損傷（ｌｏｃａｌ  ｃｒｕｓｈ）などによって短時間内に大きな電流が流れる場合にも、ＩＲ発熱によって電池が加熱されながら、発火／爆発の危険性がある。一例として、電解液電極の間の反応結果、ガスが発生して、電池耐圧が上昇して、一定圧力以上でリチウム二次電池が爆発するか、ベント（ｖｅｎｔ）現象が発生する。
【０００５】
リチウム二次電池内で反応によって、水素、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、ＣｎＨ２ｎ−２（ｎ＝２〜５）、ＣｎＨ２ｎ（ｎ＝２〜５）、ＣｎＨ２ｎ＋２（ｎ＝１〜５）である炭化水素及びその他の有機ガス種などの多種のガスが発生する。二酸化炭素のような内部発生ガスは、条件によって充電されながら、再び元の物質に戻る可逆的なものもあるが、ほとんどは電池内でガス状に残って圧力を高め、電池が膨れ上がるようにするスウェリング現象を誘発させる。スウェリングが起こった電池は、厚さが大きくなって、電池が装着されるように設計された電子電気機器へ装着できなくなるか、突出した外観のために不良と判断されて、商品としての価値を失う。
【０００６】
したがって、二次電池内で発生するガスを捕集して正確に分析することが非常に重要である。リチウムイオン電池の作動時に多様なガスが発生し、発生ガスの組成及び含量についての情報は、電池素材の開発、電池製造工程の最適化、電池不良原因の把握などにおいて、有用に用いられる。
【０００７】
まず、図１は、従来の二次電池発生ガス捕集装置１がマニホールド部１０に連結された状態を示す。図１を参照する時、従来の二次電池発生ガス捕集装置１は、二次電池内部のガス分析のために、二次電池発生ガス捕集装置１のジグ内部に１つの二次電池のみを装着してガスを捕集して、マニホールド部１０と連結されたガス分析装置１３を通じて分析される。
【０００８】
すなわち、マニホールド部１０の真空ポンプ１１は、二次電池発生ガス捕集装置１００の既定の位置に連結されて、二次電池が装着された二次電池発生ガス捕集装置１００に真空状態を形成する。以後、パンチング部を通じて二次電池を穿孔してガスを捕集した後、ガス分析装置１３を通じてガスを分析する。
【０００９】
ガス分析装置１３は、質量分析器やクロマトグラフィーによって分析されるものであって、これに限定されず、ガス分析の正確性または精密性を高めるために、他の分析装置や方法が使われるということはいうまでもない。
【００１０】
一方、従来の電池内の発生ガスを捕集する方法は、密閉されたジグ内に１種類の電池を入れ、人が直接パンチングして捕集する方法を適用したが、より多数の電池で発生するガスをより効率的に迅速に捕集することができる装置が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明では、自動車型電池モバイル機器、電動工具などのエネルギー源として開発されている二次電池で発生するガスを自動で捕集する装置を提供するためのものであって、複数個の二次電池の内部で発生するガスを自動で捕集し、それを分析装置に自動で注入して分析可能にする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、複数個の二次電池がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダー；前記複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレー；複数個の二次電池のうち、分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる前記二次電池の前記一面に結合及び結合解除される捕集部；及び前記捕集部内で分析対象となる前記二次電池の前記一面に垂直な方向に移動して、前記捕集部に固定された前記二次電池の前記一面にパンチングすることができるパンチング部；を含み、前記電池ホルダートレーは、前記二次電池の前記一面が前記捕集部と対面できるように回転するものである。
【００１３】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われるものである。
【００１４】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；前記捕集部が前記二次電池の前記一面に接近して結合する段階；前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階；前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階；前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階；窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階；及び前記捕集部が前記二次電池から離隔し、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；を含むものである。
【００１５】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、第１シリンダーの回動力で、前記第１シリンダーに連結された前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象となる前記二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池に接近して、前記二次電池の前記一面に結合する段階；前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階；第３シリンダーの回動力で、前記第３シリンダーに連結された前記クランクによって、前記パンチング部が線形移動して、前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階；前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階；窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階；及び前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池から離隔し、前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面させる段階；を含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１つの自動化された二次電池発生ガス捕集装置によっても、複数個の二次電池で発生するガスを採取してリアルタイムで分析するに当って、より効率的であり、簡便かつ迅速に採取して分析可能にした長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の二次電池発生ガス捕集装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の正面図である。
【図３】ホルダートレーを示す正面図である。
【図４】本発明の他の実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の正面図である。
【図５】パンチング部を示す正面図である。
【図６】パンチング部とクランクとを示す正面図である。
【図７】それぞれ図２による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の作動方式を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、複数個の二次電池がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダー；前記複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレー；複数個の二次電池のうち、分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる前記二次電池の前記一面に結合及び結合解除される捕集部；及び前記捕集部内で分析対象となる前記二次電池の前記一面に垂直な方向に移動して、前記捕集部に固定された前記二次電池の前記一面にパンチングすることができるパンチング部；を含み、前記電池ホルダートレーは、前記二次電池の前記一面が前記捕集部と対面できるように回転するものである。
【００１９】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、前記捕集部に連結され、線形運動のための動力を提供する第２シリンダー；前記電池ホルダートレーに連結されて、前記電池ホルダートレーを回転させるローター；前記ローターに連結され、回動力を提供する第１シリンダー；前記パンチング部に連結されたクランク；及び前記クランクに連結され、回動力を提供する第３シリンダー；をさらに含み、前記クランクは、前記第３シリンダーの回動力を前記パンチング部の線形運動のための動力に変換するものである。
【００２０】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記捕集部は、前記電池ホルダートレーの上方に位置し、前記二次電池または前記電池ホルダーは、前記捕集部と前記電池ホルダートレーとの間に位置するものである。
【００２１】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記捕集部は、前記捕集部の下端部に位置した電池ホルダー収容部として、内部空間に前記電池ホルダーを収容することができる前記電池ホルダー収容部；前記電池ホルダー収容部上に前記電池ホルダー収容部と一体に形成され、柱状である電池発生ガス収容部として、内部空間に前記二次電池の内部で発生するガスを収容することができる前記電池発生ガス収容部；前記電池ホルダー収容部と前記二次電池の前記一面が接触することができる部分に備えられた密閉部材として、前記電池発生ガス収容部と前記二次電池の前記一面からなる空間を密閉することができる前記密閉部材；前記電池発生ガス収容部の側面に備えられた電池発生ガス排出口として、前記二次電池の前記一面から前記電池発生ガス収容部に出る前記二次電池の内部発生ガスがマニホールド部またはガス分析装置に移動自在になった前記電池発生ガス排出口；及び前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、真空ポンプを連結可能になった真空ポンプ連結部；を含むものである。
【００２２】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記パンチング部は、前記クランクに連結されたパンチング部ロッド（ｒｏｄ）；及び前記パンチング部ロッドの下端部に連結されたパンチングニードル；を含み、前記クランクの回転によるパンチング部ロッドの移動で、前記パンチングニードルが前記電池発生ガス収容部を通じて移動して、前記パンチングニードルが前記二次電池の前記一面に穴を開けるものである。
【００２３】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記パンチング部は、前記パンチング部ロッドの上端部に連結されたバネをさらに含み、前記クランクが回転して、前記パンチングニードルを下降させる時に、収縮されたバネの復元力で前記パンチングニードルを高速で移動させて、前記二次電池の前記一面をパンチングすることができるものである。
【００２４】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記二次電池は、円筒型電池、角型電池、コインセル電池及びポーチ型電池のうち何れか１つであるものである。
【００２５】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で、前記捕集部は、前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、窒素ガス供給部を連結可能になった窒素ガス連結部をさらに含むものである。
【００２６】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、分析対象となる前記二次電池の内部発生ガスの捕集が完了すれば、前記捕集部は、前記二次電池の前記一面と離隔して、前記二次電池の前記一面から結合解除され、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象となる二次電池の一面と前記捕集部が対面するものである。
【００２７】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われるものである。
【００２８】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；前記捕集部が前記二次電池の前記一面に接近して結合する段階；前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階；前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階；前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階；窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階；及び前記捕集部が前記二次電池から離隔し、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；を含むものである。
【００２９】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集方法は、前記第１シリンダーの回動力で、前記第１シリンダーに連結された前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象となる前記二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階；前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池に接近して、前記二次電池の前記一面に結合する段階；前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階；前記第３シリンダーの回動力で、前記第３シリンダーに連結された前記クランクによって、前記パンチング部が線形移動して、前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階；前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階；窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階；及び前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池から離隔し、前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面させる段階；を含むものである。
【００３０】
本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、通常的に、または辞書的な意味として限定されてはならず、発明者は、自分の発明を最も最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義できるという原則を踏まえて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載の実施例と図面に示された構成は、本発明の最も望ましい実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をいずれも代弁するものではないので、本出願時点において、これらを代替しうる多様な均等物と変形例とがあることを理解しなければならない。また、本発明の要旨を不明にする恐れがある公知機能及び構成についての詳細な説明は省略する。以下、本発明の望ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の正面図である。図３は、ホルダートレーを示す正面図である。図４は、本発明の他の実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の正面図である。図５は、パンチング部を示す正面図である。図６は、パンチング部とクランクとを示す正面図である。図７は、それぞれ図２による自動化された二次電池発生ガス捕集装置の作動方式を示す。
【００３２】
まず、本発明の一実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００も、図１のマニホールド部１０と連結されてガス分析装置１３を通じて分析される。または、本発明の一実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００がマニホールド部１０と連結されず、直接にガス分析装置に連結されても良い。このような本発明の一実施例による自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００によれば、マニホールド部１０にガスを捕集せずとも、直接にガス分析装置に連結されて複数個の電池で発生するガスをそれぞれリアルタイムで分析し、マニホールド部１０にガスを捕集せずとも、分析することができるので、試料の希釈なしに直ちに分析することができるという長所がある。
【００３３】
本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置は、複数個の二次電池２０がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダー、複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレー１３０、複数個の二次電池２０のうち、分析対象となる二次電池２０の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる二次電池２０の一面に結合及び結合解除される捕集部１７０、及び捕集部１７０内で分析対象となる前記二次電池２０の一面に垂直な方向に移動して、捕集部１７０に固定された二次電池２０の一面にパンチングすることができるパンチング部１９０を含みうる。
【００３４】
図２を参照する時、本発明による自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００の構成要素は、ハウジング（図示せず）に装着される。ハウジングは、多層構造からなっており、各層に構成要素が装着される。ハウジングは、例えば、第１層部１１１、及び第２層部１１２の多層構造からなり、上面部（図示せず）及び下面部（図示せず）を含みうる。第１層部１１１は、ハウジングの上面部の下に位置し、第２層部１１２は、第１層部１１１の下に位置し、ハウジングの底面に下面部が設けられうる。
【００３５】
本発明のハウジングの多層構造に関する構成は、前述したことに限定されず、後述する本発明の自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００の各構成要素の配置の変更などによって、多様な変形、変更が可能である。
【００３６】
ハウジングの中心部、例えば、第１層部１１１と第２層部１１２との間には、複数個の電池２０がそれぞれ置かれる複数個の電池ホルダー１２０及び複数個の電池ホルダー１２０が上面に装着された電池ホルダートレー１３０が備えられる。電池ホルダー１２０の上面には、電池２０が装着されるように凹部（図示せず）を備え、装着された電池２０が離脱されないように凹部の形状は、電池２０の形状と一致することができる。
【００３７】
図３に示したように、電池ホルダートレー１３０の下面の中心部には、ローター１４０が連結されており、ローター１４０の下端部に連結された第１シリンダー１６０が連結されている。第１シリンダー１６０の回動力でローター１４０が回転し、それにより、電池ホルダートレー１３０が回転しうる。また、第１シリンダー１６０の下端部は、ハウジングに固定されている。
【００３８】
図４に示したように、電池ホルダートレー１３０の下面には、少なくとも１つのローラー１５０が位置する。ローラー１５０の上面には、電池ホルダートレー１３０の下面が接触することができる。それにより、ローター１４０によって電池ホルダートレー１３０が回転する時、ローラー１５０によって電池ホルダートレー１３０がより円滑に回転しうる。また、ローラー１５０の下面は、ハウジング、例えば、第２層部１１２に固定される。それにより、ローラー１５０は、また電池ホルダートレー１３０を支持する役割を果たし、電池ホルダートレー１３０の水平を保持可能にする。また、後述する捕集部１７０が電池２０をパンチングすれば、瞬間的にトレー１３０のアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）がずれるか、トレー１３０が傾く状況が発生することもあるので、１つ以上のローラー１５０は、捕集部１７０と上下方向に一直線上に位置しなければならず、それにより、電池２０をパンチングする時にトレー１３０を含んで全般的にアライメントを取る役割を果たす。ローラー１５０は、１つで備えられうるが、複数個備えられることがより望ましい。例えば、ローラー１５０は、３個で設けられ、３点支持で電池ホルダートレー１３０の面を安定して支持することができる。
【００３９】
一方、電池ホルダートレー１３０の上には、二次電池の内部発生ガスを捕集するための捕集部１７０が位置しうる。本発明による捕集部１７０は、内部に電池２０を収容するものではなく、電池２０の上面に結合されて電池２０の上面を密閉した後、電池２０の内部で発生するガスを捕集する。電池２０は、例えば、カンタイプからなる円筒型電池、角型電池、コインセル電池、ポーチ型電池である。
【００４０】
捕集部１７０は、第２シリンダー１８０によって上下移動し、それにより、電池２０の上面に結合されてから結合及び解除される。または、他の実施例として、捕集部１７０は、第２シリンダー１８０によって左右移動し、それにより、電池２０の側面に結合されてから結合及び解除される。第２シリンダー１８０は、捕集部１７０が線形運動を可能にするために捕集部１７０に線形の駆動力を提供するものである。より具体的には、例えば、捕集部１７０は、ハウジングの第１層部１１１の下面に装着され、第１層部１１１の上面には、第２シリンダー１８０が連結されている。それにより、第２シリンダー１８０の上下運動の動力によって第１層部１１１が上下移動すれば、第１層部１１１の下面に装着された捕集部１７０が上下移動することができる。電池２０の上面は、電池２０の面のうち、捕集部１７０と対面する電池２０の一面を意味する。
【００４１】
すなわち、捕集部１７０は、電池ホルダートレー１３０の上部に位置し、電池２０または電池ホルダー１２０は、捕集部１７０と電池ホルダートレー１３０との間に位置しうる。捕集部１７０は、捕集部の上部に設けられる第２シリンダー１８０から線形運動のための動力を伝達されて、電池２０に接近または離隔する。電池ホルダートレー１３０は、電池ホルダートレー１３０の下部に設けられる第１シリンダー１６０から回動力を伝達されて、上部から下部に延びる長手方向を回転軸として回転しうる。二次電池２０を装着した複数の電池ホルダー１２０は、電池ホルダートレー１３０の回転中心から同じ距離に配置される。すなわち、電池ホルダー１２０は、電池ホルダートレー１３０の回転中心を中心とする仮想の円の円周に沿って配置される。電池ホルダー１２０は、仮想の円の円周上で同一間隔で離隔して配置される。したがって、第１シリンダー１６０の１回の回転量は、電池ホルダートレー１３０に形成された電池ホルダー１２０の個数分の３６０°である。電池ホルダー１２０は、電池ホルダートレー１３０に同一角度間隔を有して放射対称に配置される。第１シリンダー１６０が１回の回転する度に、順次に電池を捕集部１７０の下部に位置させることができる。
【００４２】
図５に示したように、捕集部１７０は、捕集部１７０の下端部に電池ホルダー収容部１７１を含む。電池ホルダー収容部１７１の内部空間は、電池ホルダー１２０の形状と一致し、電池ホルダー１２０を収容することができる。
【００４３】
また、捕集部１７０は、内部空間に電池２０の内部発生ガスを収容することができる電池発生ガス収容部１７２を含む。電池発生ガス収容部１７２は、電池ホルダー収容部１７１上に位置し、柱状であり、内部が空き空間であって、内部空間に後述するパンチング部１９０のパンチング部ロッド１９２及びパンチングニードル１９３が上下移動することができる。電池ホルダー収容部１７１と電池発生ガス収容部１７２は、一体に形成されている。前述したように、第２シリンダー１８０によって捕集部１７０が下向きに移動すれば、電池ホルダー収容部１７１内に電池ホルダー１２０が収容され、電池発生ガス収容部１７２の下端部には、電池２０の上面が結合されうる。電池発生ガス収容部１７２の下端部の周り（電池ホルダー収容部１７１と電池２０の上面が接する部分）には、密閉部材１７３が備えられており、電池発生ガス収容部１７２と電池２０の上面を密閉可能にする。密閉部材１７３は、例えば、Ｏリングである。
【００４４】
電池発生ガス収容部１７２の側面には、電池発生ガス排出口１７４が備えられており、電池２０の上面から電池発生ガス収容部１７２に出る電池内部発生ガスをマニホールド部１０に移動させることができる。電池発生ガス排出口１７４には、開閉弁（図示せず）が装着される。
【００４５】
また、電池発生ガス収容部１７２の側面には、電池発生ガス収容部１７２の内部を真空で形成できるように真空ポンプ１１を連結することができる真空ポンプ連結部１７５及び電池発生ガス収容部１７２の内部に窒素ガスを供給することができる窒素ガス連結部１７６を含む。本発明の図面では、真空ポンプ連結部１７５及び窒素ガス連結部１７６を共通して使用する場合を図示している。言い換えれば、電池発生ガス収容部１７２の側面に開閉弁を備えて、１つの開口部１７５、１７６に真空ポンプ（図示せず）を連結して電池発生ガス収容部１７２の内部に真空状態を形成してから窒素ガス供給部（図示せず）を連結して電池発生ガス収容部１７２の内部に窒素ガスを供給する方式で具現しても、電池発生ガス収容部１７２の側面に１つの開口部１７５、１７６にＴ型コネクタ（図示せず）を連結した後、Ｔ型コネクタに真空ポンプと窒素ガス供給部とをそれぞれ連結する方式で具現しても、または、図面に示したところと異なって、電池発生ガス収容部１７２の側面に２つの開口部として真空ポンプ連結部１７５及び窒素ガス連結部１７６をそれぞれ備えることもできるなど、多様な変形、変更が可能である。真空ポンプ連結部１７５及び窒素ガス連結部１７６のそれぞれには、開閉弁（図示せず）が装着される。
【００４６】
捕集部１７０には、また電池２０の上面をパンチングすることができるパンチング部１９０が備えられる。図６に示したように、パンチング部１９０は、クランク２００によって上下移動することができる。第３シリンダー２１０が回転して第３シリンダー２１０に連結されたクランク２００を回転させる。クランク２００の回転によって、コネクティングロッド２０１を通じてクランクに連結されたパンチング部１９０を垂直方向に移動（上下移動）する。すなわち、クランク２００によって第３シリンダー２１０の回動力は、パンチング部１９０を上下に往復運動することができる直線動力に切り替えられる。より具体的には、コネクティングロッド２０１は、大きくクランク２００と連結される第１部分２０１ａとパンチング部１９０と連結される第２部分２０１ｂとで構成されている。第１部分２０１ａは、楕円または円状のディスクである。クランク２００の回転軸は、第１部分２０１ａの面に垂直に連結され、第１部分２０１ａの中心から離隔して連結される。第２部分２０１ｂの一端部は、パンチング部１９０に固定され、第２部分２０１ｂの他端部は、第１部分２０１ａの円周に接触して滑ることができる。クランク２００に固定されたコネクティングロッド２０１の第１部分２０１ａが回転しながら、コネクティングロッド２０１の第２部分２０１ｂを押し出し、それにより、パンチング部１９０が直線運動を行って電池２０に穴を開ける。場合によっては、コネクティングロッド２０１の第１部分２０１ａと第２部分２０１ｂとが一体に形成されたもので製作することもできる。図７の（ａ）及び図７の（ｃ）は、パンチング部１９０が上昇した場合を図示し、図７の（ｂ）は、パンチング部１９０が下降した場合を図示する。
【００４７】
第３シリンダー２１０は、例えば、第３シリンダー固定部材２１１を通じて第１層部１１１の下面に支持されている。
【００４８】
より具体的に、図６に示したように、パンチング部１９０のパンチング部ロッド１９２は、クランク２００のコネクティングロッド２０１に連結される。パンチング部ロッド１９２の下端部には、パンチングニードル１９３が連結されており、クランク２００の回転によるパンチング部ロッド１９２の上下移動でパンチングニードル１９３が上下移動する。また、パンチング部ロッド１９２とパンチングニードル１９３は、電池発生ガス収容部１７２の内部を通じて上下移動して、パンチングニードル１９３が電池２０の上面に移動することができる。それにより、電池２０の上面にパンチング部１９０が下向きに移動してパンチングニードル１９３で電池２０の上面に穴を開けた後にパンチング部１９０が上向きに移動すれば、電池２０の上面の穴から電池発生ガス収容部１７２の内部に電池２０の内部発生ガスが移動する。パンチング部ロッド１９２の周りには、Ｏリングなどの密閉部材１９５が備えられており、電池２０の内部発生ガスがパンチング部ロッド１９２に連結されたバネ１９４には移動しない。パンチング部ロッド１９２の密閉部材１９５は、複数で設けられうる。複数で設けられたパンチング部ロッド１９２の密閉部材１９５は、パンチング部ロッド１９２の長手方向に沿って互いに一定距離が離隔して配置される。電池発生ガス収容部１７２は、パンチング部ロッド１９２の周りの密閉部材１９５と電池２０の上面に接触する密閉部材１７３とで外部と遮断される密閉された空間である。すなわち、２つの位置の密閉部材１７３、１９５は、ガスの外部への漏れを防ぎ、電池発生ガス収容部１７２にガスを捕集させることができる。
【００４９】
パンチング部ロッド１９２の上端部には、バネ１９４が連結されており、クランク２００が回転してパンチングニードル１９３を下降させる時に収縮されたバネ１９４の復元力でパンチングニードル１９３を迅速に下降させることができる。したがって、瞬間的にパンチングニードル１９３で電池２０の上面をパンチングすることができる。また、バネ１９４によってパンチングニードル１９３の上下移動距離を制限可能にする。
【００５０】
次は、図７を参照して、図２の自動化された二次電池発生ガス捕集装置１００の作動方法に関して説明する。
【００５１】
まず、電池ホルダートレー１３０が回転して、分析対象である電池２０を捕集部１７０の下に位置させる段階を行う。すなわち、電池ホルダートレー１３０が回転して、分析しようとする電池２０が捕集部１７０の下に位置決めされる。
【００５２】
次に、第２シリンダー１８０によって捕集部１７０が下降して電池２０の上面に結合する段階を行う。すなわち、第２シリンダー１８０によって捕集部１７０が下降して電池２０の上面に正確に固定され、密閉部材１７３によって電池２０の上面が密閉される。
【００５３】
次に、電池発生ガス収容部１７２の内部に真空状態を形成する段階（図７の（ａ））を行う。すなわち、真空ポンプ１１が連結された真空ポンプ連結部１７５の開閉弁を開けて電池発生ガス収容部１７２の内部に真空状態を形成する。この際、パンチング部１９０は、上昇した状態である。
【００５４】
次に、クランク２００の回転でパンチングニードル１９３を下降させて、電池２０の上面をパンチングする段階（図７の（ｂ））を行う。すなわち、第３シリンダー２１０によってクランク２００が回転し、クランク２００が回転しながらパンチングニードル１９３が迅速に下降しながら、バネ１９４の力と共に強く電池２０の上面をパンチングする。この際、クランク２００の回転と共に収縮されたバネ１９４の復元力が加えられてパンチングニードル１９３が迅速に下降することができる。パンチングする段階では、電池発生ガス排出口１７４、真空ポンプ連結部１７５及び窒素ガス連結部１７６の弁は、いずれも閉鎖された状態である。
【００５５】
次に、電池２０の内部発生ガスを捕集する段階（図７の（ｃ））を行う。すなわち、クランク２００が回転しながらパンチングニードル１９３が上昇して元の状態に戻り、この際、バネ１９４が収縮するので、パンチングニードル１９３が上昇する速度は、パンチングニードル１９３が下降する速度よりも遅くなる。パンチングニードル１９３が上昇すれば、電池２０の上面のパンチングされた穴から電池２０の内部発生ガスが電池発生ガス収容部１７２の内部に移動し、電池発生ガス排出口１７４を通じて捕集される。
【００５６】
次に、窒素ガスを注入して電池２０を捕集部１７０から分離させる段階を行う。すなわち、電池２０の内部発生ガスの捕集が完了すれば、窒素ガス連結部１７６の開閉弁が開放されて電池発生ガス収容部１７２の内部に窒素ガスが注入され、該注入される窒素ガスの圧力によって密閉部材１７３に密着された電池２０が分離される。
【００５７】
次に、第２シリンダー１８０によって捕集部１７０が上昇し、次の分析対象である電池２０を捕集部１７０の下に位置させる段階を行う。すなわち、第２シリンダー１８０によって捕集部１７０が上昇した後、電池ホルダートレー１３０が回転して、次の分析対象である電池２０が捕集部１７０の真下に位置し、次の分析対象である電池２０に対しても、前述したように、同じ過程が行われる。
【００５８】
前述した実施例は、本発明が属す技術分野で通常の知識を有した者（以下、「当業者」と称する）が、本発明を容易に実施可能にする望ましい実施例であり、前述した実施例及び添付した図面に限定されるものではないので、これにより、本発明の権利範囲が限定されるものではない。したがって、本発明の技術的思想を外れない範囲内でさまざまな置換、変形及び変更が可能であるということが当業者にとって明白であり、当業者によって容易に変更可能な部分も、本発明の権利範囲に含まれることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、１つの自動化された二次電池発生ガス捕集装置によっても、複数個の二次電池で発生するガスを採取してリアルタイムで分析するに当って、より効率的であり、簡便かつ迅速に採取して分析可能にした長所がある。
【図１】
2021504880.tif 000003
【図２】
2021504880.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の二次電池がそれぞれ装着される複数個の電池ホルダーと、
前記複数個の電池ホルダーが置かれた電池ホルダートレーと、
複数個の二次電池のうち、分析対象となる二次電池の一面に垂直な方向に移動して、分析対象となる前記二次電池の前記一面に結合及び結合解除される捕集部と、
前記捕集部内で分析対象となる前記二次電池の前記一面に垂直な方向に移動して、前記捕集部に固定された前記二次電池の前記一面にパンチングすることができるパンチング部と、
前記捕集部に連結され、線形運動のための動力を提供する第２シリンダーと、
前記電池ホルダートレーに連結されて、前記電池ホルダートレーを回転させるローターと、
前記ローターに連結され、回動力を提供する第１シリンダーと、
前記パンチング部に連結されたクランクと、
前記クランクに連結され、回動力を提供する第３シリンダーと、を含み、
前記電池ホルダートレーは、前記二次電池の前記一面が前記捕集部と対面できるように回転し、
前記クランクは、前記第３シリンダーの回動力を前記パンチング部の線形運動のための動力に変換する、自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項２】
前記捕集部は、前記電池ホルダートレーの上方に位置し、
前記二次電池または前記電池ホルダーは、前記捕集部と前記電池ホルダートレーとの間に位置する、請求項１に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項３】
前記捕集部は、
前記捕集部の下端部に位置した電池ホルダー収容部として、内部空間に前記電池ホルダーを収容することができる前記電池ホルダー収容部と、
前記電池ホルダー収容部上に前記電池ホルダー収容部と一体に形成され、柱状である電池発生ガス収容部として、内部空間に前記二次電池の内部で発生するガスを収容することができる前記電池発生ガス収容部と、
前記電池ホルダー収容部と前記二次電池の前記一面が接触することができる部分に備えられた密閉部材として、前記電池発生ガス収容部と前記二次電池の前記一面からなる空間を密閉することができる前記密閉部材と、
前記電池発生ガス収容部の側面に備えられた電池発生ガス排出口として、前記二次電池の前記一面から前記電池発生ガス収容部に出る前記二次電池の内部発生ガスがマニホールド部またはガス分析装置に移動自在になった前記電池発生ガス排出口と、
前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、真空ポンプを連結可能になった真空ポンプ連結部と、
を含む、請求項１または２に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項４】
前記パンチング部は、
前記クランクに連結されたパンチング部ロッドと、
前記パンチング部ロッドの下端部に連結されたパンチングニードルと、を含み、
前記クランクの回転によるパンチング部ロッドの移動で、前記パンチングニードルが前記電池発生ガス収容部を通じて移動して、前記パンチングニードルが前記二次電池の前記一面に穴を開けることができる、請求項３に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項５】
前記パンチング部は、前記パンチング部ロッドの上端部に連結されたバネをさらに含み、
前記クランクが回転して、前記パンチングニードルを下降させる時に、収縮されたバネの復元力で前記パンチングニードルを移動させて、前記二次電池の前記一面をパンチングすることができる、請求項４に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項６】
前記二次電池は、円筒型電池、角型電池、コインセル電池及びポーチ型電池のうち何れか１つである、請求項１から５のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項７】
前記捕集部は、前記電池発生ガス収容部の側面に備えられ、窒素ガス供給部を連結可能になった窒素ガス連結部をさらに含む、請求項３から５および請求項３を引用する請求項６のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項８】
分析対象となる前記二次電池の内部発生ガスの捕集が完了すれば、前記捕集部は、前記二次電池の前記一面と離隔して、前記二次電池の前記一面から結合解除され、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象となる二次電池の一面と前記捕集部が対面する、請求項１から７のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置。
【請求項９】
請求項１から８のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われる二次電池発生ガス捕集方法において、
前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
前記捕集部が前記二次電池の前記一面に接近して結合する段階と、
前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階と、
前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階と、
前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階と、
窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階と、
前記捕集部が前記二次電池から離隔し、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
を含む、自動化された二次電池発生ガス捕集方法。
【請求項１０】
請求項１から８のうち何れか一項に記載の自動化された二次電池発生ガス捕集装置で行われる二次電池発生ガス捕集方法において、
前記第１シリンダーの回動力で、前記第１シリンダーに連結された前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、分析対象となる前記二次電池を前記捕集部と対面する位置に移動させる段階と、
前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池の前記一面に接近して結合する段階と、
前記捕集部の内部に真空状態を形成する段階と、
前記第３シリンダーの回動力で、前記第３シリンダーに連結された前記クランクによって、前記パンチング部が線形移動して、前記パンチング部で前記二次電池の前記一面をパンチングする段階と、
前記二次電池の内部発生ガスを捕集する段階と、
窒素ガスを注入して、前記二次電池を前記捕集部から分離させる段階と、
前記第２シリンダーの線形動力で、前記捕集部が前記二次電池から離隔し、前記ローターによって、前記電池ホルダートレーが回転して、次の分析対象である二次電池を前記捕集部と対面させる段階と、
を含む、自動化された二次電池発生ガス捕集方法。
【国際調査報告】
2021504880.tif 000010
2021504880.tif 000011
2021504880.tif 000012
2021504880.tif 000013