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KR-20260060893-A - HEATING DEVICE AND TEST CELL UNIT HAVING THE SAME

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Abstract

본 발명의 따른 히팅 장치는, 테스트 셀의 외표면에 안착되는 히터, 및 히터를 덮도록 테스트 셀의 외표면에 마련되며 히터에서 발생한 열을 테스트 셀로 전달하면서 히터를 테스트 셀의 외표면에 구속하는 열전도성부재를 포함하는 것에 의하여, 테스트 셀의 파손없이 테스트 셀의 열전이 과정을 빠르고 정확하게 모사하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Inventors

  • 김대형
  • 윤영선
  • 채영철
  • 이재욱

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (17)

  1. 이차전지용 테스트 셀을 가열하는 히팅 장치로서, 상기 테스트 셀의 외표면에 안착되는 히터; 및 상기 히터를 덮도록 상기 테스트 셀의 외표면에 마련되며, 상기 히터에서 발생한 열을 상기 테스트 셀로 전달하면서 상기 히터를 상기 테스트 셀의 외표면에 구속하는 열전도성부재; 를 포함하는 히팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열전도성부재는 상기 테스트 셀의 외표면에 부착 가능한 열전도성 테이프를 포함하는 히팅 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열전도성 테이프는 알루미늄, 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 히팅 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열전도성부재는 상기 히터보다 확장된 면적을 가지며, 상기 히터를 전체적으로 덮도록 제공되는 히팅 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열전도성부재를 덮도록 상기 테스트 셀의 외표면에 마련되는 절연시트를 포함하는 히팅 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절연시트는 마이카 시트(Mica sheet)를 포함하는 히팅 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 절연시트는 상기 열전도성부재보다 확장된 면적을 가지며, 상기 열전도성부재를 전체적으로 덮도록 제공되는 히팅 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 히터와 상기 절연시트의 사이에 개재되는 온도감지부를 포함하는 히팅 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 온도감지부는 열전대(thermocouple)를 포함하는 히팅 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 히터는, 히팅 코일; 및 상기 히팅 코일의 표면을 감싸도록 제공되는 절연코팅층; 을 포함하는 히팅 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절연코팅층은 세라믹으로 형성되는 히팅 장치.
  12. 전극조립체; 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 케이스; 상기 케이스의 외표면에 안착되는 히터; 및 상기 히터를 덮도록 상기 케이스의 외표면에 마련되며, 상기 히터에서 발생한 열을 상기 케이스로 전달하면서 상기 히터를 상기 케이스의 외표면에 구속하는 열전도성부재; 를 포함하는 테스트 셀 유닛.
  13. 제12항에 있어서, 상기 열전도성부재는 상기 히터보다 확장된 면적을 가지며, 상기 히터를 전체적으로 덮도록 제공되는 테스트 셀 유닛.
  14. 제12항에 있어서, 상기 열전도성부재를 덮도록 상기 케이스의 외표면에 마련되는 절연시트를 포함하는 테스트 셀 유닛.
  15. 제14항에 있어서, 상기 절연시트는 상기 열전도성부재보다 확장된 면적을 가지며, 상기 열전도성부재를 전체적으로 덮도록 제공되는 테스트 셀 유닛.
  16. 제14항에 있어서, 상기 히터와 상기 절연시트의 사이에 개재되는 열전대(thermocouple)를 포함하는 테스트 셀 유닛.
  17. 제12항에 있어서, 상기 히터는, 히팅 코일; 및 상기 히팅 코일의 표면을 감싸도록 제공되는 절연코팅층; 을 포함하는 테스트 셀 유닛.

Description

히팅 장치 및 이를 포함하는 테스트 셀 유닛{HEATING DEVICE AND TEST CELL UNIT HAVING THE SAME} 히팅 장치 및 이를 포함하는 테스트 셀 유닛에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이차전지의 열전이(열폭주)(thermal propagation) 과정을 빠르고 정확하게 모사할 수 있는 히팅 장치 및 이를 포함하는 테스트 셀 유닛에 관한 것이다. 일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품 뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다. 최근에는 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지 또는 배터리 모듈을 집합시킨 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있고, 이에 따라 배터리 모듈의 수요 역시 증가하고 있다. 한편, 배터리 모듈이 과충전되거나 과열될 때, 또는 내부의 화학 반응이 비정상적으로 활성화되면 배터리 셀에서 열이 발생하게 되는데, 배터리 셀에서 발생한 열로 인해 화염이 발생하는 문제점이 있다. 특히, 배터리 모듈의 경우, 배터리 셀에서 발생되는 화염에 의해 배터리 모듈의 커넥터가 소실되면, 커넥터의 소실로 인하여 발생된 공간을 통해 인접한 다른 배터리 모듈로 열전이(Thermal Propagation)가 가속화되는 문제점이 있다. 이에 기존에는 히터와 같은 가열원을 이용하여 배터리 셀에 인위적으로 열을 인가하고, 배터리 셀의 온도를 열전대를 통해 측정한 후 열전이가 발생할 때의 히팅 장치 및 배터리 셀의 온도 등과 같은 열전이 관련 데이터를 수집하기 위한 다양한 테스트가 시도되고 있다. 한편, 배터리 셀의 파손없이 배터리 셀의 열전이 과정을 빠르고 정확하게 모사하기 위해서는, 히터에서 발생된 열을 최대한 신속하게 배터리 셀에 전달할 수 있어야 한다. 그러나, 기존에는 접착층(접착제)을 매개로 히터를 배터리 셀의 외표면에 부착시켜야 함에 따라, 배터리 셀과 히터의 사이에 개재되는 접착층(접착제)의 두께로 인해 열전도율이 낮아지고, 히터의 열을 배터리 셀로 전달하는 시간이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 기존에는 접착층이 낮은 난연성을 가짐으로 인해, 히터에서 발생한 열에 의해 접착층에서 화염이 발생하는 문제점이 있고, 배터리 셀이 고온에 노출되는 시간이 길어질수록 배터리 셀의 전극 조립체를 수용하는 외장재(예를 들어, 원통형 캔)의 강도가 현저히 저하되고, 이로 인해 외장재가 찢어지는 형태로 파손되는 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 배터리 셀의 파손없이 배터리 셀의 열전이 과정을 빠르고 정확하게 모사하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 테스트 셀 유닛을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 히터 및 열전도성부재를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 전극조립체를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 히팅 코일 및 절연코팅층을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 절연시트를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 온도감지부를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 테스트 셀 유닛으로서, 온도감지부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다. 제1실시예 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히팅 장치(200)는, 테스트 셀의 외표면에 안착되는 히터(210), 및 히터(210)를 덮도록 테스트 셀의 외표면에 마련되며 히터(210)에서 발생한 열을 테스트 셀로 전달하면서 히터(210)를 테스트 셀의 외표면에 구속하는 열전도성부재(220)를 포함한다. 참고로, 본 발명의 실시예에 따르면 히팅 장치(200)는 이차전지용 테스트 셀을 기설정된 조건으로 가열하기 위해 사용될 수 있으며, 테스트 셀의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 히팅 장치(200)가 전극조립체(110) 및 케이스(120)를 포함하는 테스트 셀과 함께 테스트 셀 유닛(10)을 구성하는 예를 들어 설명하기로 한다. 참고로, 전극조립체(110) 및 케이스(120)를 포함하는 테스트 셀의 온도가 상승함에 따라 열전이(Thermal Propagation)가 발생할 수 있는데, 본 발명에 따른 테스트 셀 유닛(10)은 케이스(120)(외장재)에 다양한 온도의 열을 가하여 열전이가 발생하기 위한 케이스(120)의 온도 및 케이스(120)에 가해지는 열의 온도를 측정함으로써 열전이 방지에 필요한 온도 데이터를 모니터링 및 수집하기 위해 사용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 테스트 셀 유닛(10)은, 전극조립체(110), 전극조립체(110)를 내부에 수용하는 케이스(120), 케이스(120)의 외표면에 안착되는 히터(210), 및 히터(210)를 덮도록 케이스(120)의 외표면에 마련되며 히터(210)에서 발생한 열을 케이스(120)로 전달하면서 히터(210)를 상기 케이스(120)의 외표면에 구속하는 열전도성부재(220)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 전극조립체(110)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조를 갖도록 제공될 수 있으며, 전극조립체(110)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극조립체(110)는 전극(114), 및 전극(114)에 적층되는 분리막(112)을 포함할 수 있다. 이하에서는 전극조립체(110)가 젤리롤 형태로 권취된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대략 평판 형태를 갖는 복수개의 단위셀을 적층하여 전극조립체를 구성하는 것도 가능하다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 전극(114)은 분리막(112)의 일면(예를 들어, 상면)에 적층되는 제1전극(114a), 및 분리막(112)의 다른 일면(예를 들어, 저면)에 적층되는 제2전극(114b)을 포함할 수 있다. 이하에서는 제1전극(114a)이 양극으로 구성되고 제2전극(114b)이 음극으로 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1전극을 음극으로 구성하고 제2전극을 양극으로 구성하는 것도 가능하다. 제1전극(114a)(양극) 및 제2전극(114b)(음극)은 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 형성될 수 있다. 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 집전체로서는, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 음극 집전체로서는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 일 예로, 음극 집전체로서는 구리 박막(예를 들어, 전해 동박 또는 압력