KR102157855B1 - 배터리용 기판을 제조하기 위한 장치 - Google Patents

배터리용 기판을 제조하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리용 기판(grid)의 제조를 위한 것으로, 배터리용 기판(grid)을 제조하기 위한 장치는, 기판의 재료를 녹여 용융 금속을 생성하는 용융부, 상기 용융부로부터 제공되는 상기 용융 금속을 드럼으로 제공하는 공급부, 상기 공급부로부터 제공되는 상기 용융 금속으로부터 적어도 하나의 기판 열을 생성하는 상기 드럼을 포함할 수 있다.

Description

배터리용 기판을 제조하기 위한 장치{APPARATUS FOR MANUFACTRUING GRID FOR BATTERY}
본 발명은 배터리용 극판의 뻐대가 되는 기판(grid)의 제조를 위한 것으로, 보다 구체적으로 배터리의 일 부품인 기판을 자동화 공정을 통해 생산하기 위한 장치에 관한 것이다.
배터리, 특히 차량용 축전지와 같은 배터리는 해당 장치의 구동에 필수적으로 요구되는 부품이다. 이러한 배터리를 제조 및 조립하는 공정은 대부분 자동화되어 있다. 기판(grid)에 활물질을 도포함으로써 극판(electorode plate)이 형성되고, 복수의 극판들이 하나의 극판 군(group)으로 묶여지고, 음 극판들 및 양 극판들 각각이 스트랩(strap)을 통해 연결된 후, 배터리 케이스에 삽입되고, 케이스에 커버가 봉합됨으로써 배터리가 완성된다. 즉, 기판은 배터리에 있어서 핵심적인 부품으로서, 제조 과정의 작업성 및 배터리의 성능을 고려하여 효율적으로 기판을 제조할 필요가 있다.
본 발명은 배터리의 기판(grid)을 효과적으로 제조하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 우수한 성능의 배터리의 기판을 제조하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 드럼에 용융된 금속을 공급하기 위한 노즐을 대체할 수 있는 수단을 제공하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 납 축전지용 기판의 연속 제조 설비에서 기판의 표면 거칠기를 증대시키기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 납 축전지용 기판 및 활물질의 부착력을 향상시키기 위한장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리용 기판(grid)을 제조하기 위한 장치는, 기판의 재료를 녹여 용융 금속을 생성하는 용융부, 상기 용융부로부터 제공되는 상기 용융 금속을 드럼으로 제공하는 공급부, 상기 공급부로부터 제공되는 상기 용융 금속으로부터 적어도 하나의 기판 열을 생성하는 상기 드럼을 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 용융 금속을 담기 위한 포트(pot)를 포함하며, 상기 포트를 기울임으로써 상기 용융 금속이 상기 드럼의 표면으로 부어지도록 제어된다.
상기 공급부는, 상기 용융부로부터 제공되는 상기 용융 금속을 수용하는 1차 포트 및 상기 1차 포트로부터 상기 용융 금속을 공급받고, 상기 드럼으로 상기 용융 금속을 제공하기 위해 기울어질 수 있도록 구성된 2차 포트를 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 제2 포트에서 상기 드럼으로 부어지는 동안 용융 금속에 열기를 제공하는 버너(burner)를 더 포함할 수 있다.
상기 드럼은, 상기 공급부로부터 제공되는 상기 용융 금속이 드럼의 상부로 이동되는 방향으로 회전하며, 상기 드럼은, 상기 용융 금속이 접촉하는 면의 반대 면으로 냉각수 또는 냉각유를 분출하기 위한 적어도 하나의 노즐을 포함하며, 상기 적어도 하나의 노즐은, 상기 용융 금속이 부어지는 지점보다 높은 내부 면을 향해 배치될 수 있다.
상기 장치는, 상기 드럼에서 캐스팅된 상기 기판 열을 냉각수 또는 냉각유에 투입하여 상기 기판 열을 냉각하는 냉각부, 상기 냉각부를 이탈한 상기 기판 열의 외형을 모니터링하기 위한 검사부, 및 상기 검사부로부터 제공되는 데이터에 기반하여 상기 용융부, 상기 공급부, 상기 드럼, 상기 냉각부 중 적어도 하나의 동작에 관련된 설정 변수를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판(grid)을 제조하는 장치는, 기판의 제조 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판(grid)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 2열로 나열된 배터리용 기판의 열들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 구조적 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 용융부를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 적응적 공급부를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 냉각부를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 검사부를 도시한다.
도 9는 기판의 불량 상태들의 예들을 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 배터리용 기판(grid)을 제조하는 장치에 대하여 설명한다. 구체적으로, 본 발명은 배터리용 기판을 제조하기 위해 사용 가능한 장치로서, 캐스팅(casting) 과정을 통해 기판의 원재료로부터 기판을 생성하기 위한 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판을 도시한다. 도 1을 참고하면, 기판(100)은 납 및 안티몬 중 적어도 하나를 포함하는 성분으로 구성되며, 구조적으로, 러그(lug)(110) 및 바디(body)(120)로 구분된다. 러그(110)는 스트랩(strap)과의 연결을 위한 부분이며, 바디(120)는 납, 과산화납, 묽은 황산 등으로 반죽되어 페이스트(paste)로 만들어진 활물질이 부착되는 부분이다. 바디(120)에 복수의 홀(hole)(122)들이 형성되며, 이에 따라 바디(120)는 격자 무늬를 가진다. 홀(122)들의 개수 및 형태는 기판의 크기 및 설계 목적 등에 따라 달라질 수 있다. 기판(100)의 바디(120)에 부착되는 활물질은 배터리의 성능에 영향을 주는데, 활물질이 바디(120)에 견고하게 부착되어 이탈되지 아니하는 것이 성능에 유리하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 2열로 나열된 배터리용 기판의 열들을 도시한다. 도 2에서, 기판에 형성되는 홀들은 설명의 편의를 위해 생략되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기판들은 제1열(210) 및 제2열(220)로 나열되어 있으며, 제1열(210) 및 제2열(220) 각각에 포함되는 기판들은 측면으로 서로 연결되어 있다. 제1열(210)의 기판들의 러그들 및 제2열(220)의 기판들의 러그들은 서로 마주보고 있으며, 러그들이 엇갈린 상태로 서로 연결되어 있다. 이와 같이, 복수개의 기판들이 연결된 상태로 생성됨으로써, 추후 공정의 신속성이 확보된다.
도 2와 2개 열들로 구성된 기판 열들은 일 예로 이해되어야 할 것이다. 열들의 개수는 기판을 생성하기 위해 사용되는 드럼의 구조에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 기판 열들은 3개 이상의 열들로 구성될 수 있다. 구체적으로, 몇 개의 열들로 기판이 제조되는지 여부는 드럼에 형성된 주형(mold)에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 기능적 구성을 도시한다. 도 3을 참고하면, 배터리용 기판 제조 장치는 구조부(310), 구동부(320), 제어부(330)를 포함한다.
구조부(310)는 배터리용 기판 제조 장치의 외관을 구성하는 요소로서, 기판의 제조 기능을 수행하기 위패 필요한 기계 요소들(예: 결합 요소, 전동 요소, 축계 요소, 운동조정 요소 등)의 집합이다. 구조부(310)는 이하 도면들을 참고하여 설명되는 구조를 가진다.
구동부(320)는 구조부(310)를 구성하는 구성요소들에 물리적·전기적 힘을 가하여 각자의 기능을 수행하도록 한다. 예를 들어, 구동부(320)는 전선, 전력선, 모터, 공압기, 유압기 등 동력 발생 수단을 포함한다. 도 3에서, 구동부(320)는 하나의 블록으로 도시되었으나, 구동부(320)는 다수의 물리적 구성요소들을 포함하고, 다수의 물리적 구성요소들은 분산 배치될 수 있다. 구동부(320)는 액츄에이터(actuator)라 지칭될 수 있다.
제어부(330)는 구동부(320)의 동작을 제어하는 수단이다. 즉, 제어부(330)는 구동부(320)에 포함되는 구성요소들 각각에 전기적 신호를 공급함으로써 구동부(320)가 구조부(310)를 적절히 동작시키도록 제어한다. 또한, 제어부(330)는 구동부(320)를 제어하기 위한 스위치, 배전반, 제어 패널, 사용자 인터페이스 등을 포함한다. 또한, 제어부(330)는 배터리용 기판 제조 장치의 상태 및 설정 내용에 따라 정해진 알고리즘에 따라, 사용자의 개입 없이 자동적으로, 구동부(320)에 포함되는 구성요소들 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(330)는 알고리즘의 수행에 필요한 명령어들 및 필요한 정보들을 저장하는 메모리와, 그 명령어들을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 구조적 구성을 도시한다.
도 4를 참고하면, 기판 제조 장치는 용융부(410), 적응적 공급부(420), 드럼(430), 냉각부(440), 검사부(450)를 포함한다.
용융부(410)는 기판의 재료를 녹여 유동성을 가지는 상태로 만든다. 다시 말해, 용융부(410)는 기판의 재료를 용융 상태로 변환한다. 예를 들어, 기판의 재료는 납(연) 및 안티몬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 용융부(410)는 녹여 만들어진 용융 상태의 금속을 적응적 공급부(420)로 제공한다. 이하에서, 용융 상태의 금속은 '용융 금속'이라 지칭된다.
적응적 공급부(420)는 용융 금속을 드럼(430)에 공급한다. 특히, 적응적 공급부(420)는 용융 금속의 공급량을 필요에 따라 조절한다. 다시 말해, 적응적 공급부(420)는 제어에 따라(예: 제어부(330)의 제어에 따라) 적은 양의 용융 금속을 또는 많은 양의 용융 금속을 드럼(430)에 공급한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 적응적 공급부(420)는 용융 금속을 탱크(tank) 또는 포트(pot)에 담은 후, 드럼(430)에 붓는 방식으로 용융 금속을 공급할 수 있다. 이 경우, 탱크 또는 포트의 기울기를 조절함으로써, 공급되는 용융 금속의 양 또는 속도가 조절될 수 있다.
드럼(430)은 용융 금속을 기판의 형상으로 형성한다. 이를 위해, 드럼(430)의 표면에 기판의 형상을 만들기 위한 격자(grid) 홈들, 즉, 주형이 형성되어 있다. 드럼(430)은 적응적 공급부(420)로부터 용융 금속이 부어지는 부분이 위로 이동하도록 회전, 다시 말해, 도 4의 그림 상에서 반시계 방향으로 회전한다. 예를 들어, 드럼(430)은 용융 금속으로부터 도 2와 같은 기판 열들을 형성한다.
이때, 용융 금속이 쉽게 기판의 형상으로 굳어질 수 있도록, 드럼(430)은 냉각 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 드럼(430)의 내부로 냉각수 또는 냉각유가 공급될 수 있다. 냉각수 또는 냉각유는 드럼(430)의 내부로 파이프를 통해 공급된 후, 노즐들을 통해 용융 금속이 접촉하는 면(예: 외부 면)의 반대 면(예: 내부 면)으로 분출된다. 이때, 노즐들이 향하는 위치는 드럼의 회전 방향에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 드럼이 반시계 방향으로 회전하는 경우, 노즐들은 드럼의 상부, 구체적으로, 용융 금속이 부어지는 지점보다 높은 내부 면을 향해 배치되도록 설계될 수 있다.
냉각부(440)는 드럼(430)에 의해 만들어진 고체 금속, 즉, 기판 열들을 냉각한다. 드럼(430)으로부터 분리된 기판 열들은 냉각부(440)에 구비된 냉각 물질(예: 냉각수 또는 냉각유)을 통과함으로써, 냉각될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 냉각 물질은 드럼(430) 및 냉각부(440)를 순환하며 사용될 수 있다. 이로 인해, 적은 양의 냉각 물질로 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 추가적으로, 냉각부(440)는 기판을 세척하는 기능을 더 수행할 수도 있다.
검사부(450)는 기판의 상태를 확인한다. 도 4에서, 검사부(450)는 적어도 하나의 센서를 이용하여 냉각부(440)를 통과한 기판의 상태를 검사한다. 하지만, 다른 실시 예에 따라, 검사부(450)는 냉각부(440)를 통과하기 전, 또는 드럼(430)에서 분리되기 전에 기판의 상태를 검사할 수도 있다. 검사부(450)에 의해 확인된 기판의 상태는 다른 구성요소, 예를 들어, 용융부(410), 적응적 공급부(420), 드럼(430)의 동작 상태 또는 동작 변수를 제어하기 위해 사용된다.
이하 도 4에 도시된 각 구성요소들이 보다 상세히 설명된다.
용융부(410)는 금속을 녹여 용융 금속을 생성하고, 이를 일시적으로 보관하며, 적응적 공급부(420)로 용융 금속을 전달한다. 일 예로, 용융부(410)는 도 5와 같이 구성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 용융부(410)를 도시한다.
도 5를 참고하면, 용융부(410)는 용해로(510), 히터(520), 모터(530), 샤프트(540), 흡입기(550), 공급관(560)을 포함한다. 용해로(510)는 녹여진 용융 금속을 담기 위한 공간이며, 히터(520)에 의해 지속적으로 공급되는 열로 인해 일정 온도(예: 약 400˚C)가 유지됨으로써, 용융 금속이 이동 가능한 정도의 용융 상태를 유지할 수 있다.
도 5는 하나의 용해로(510)만을 도시하고 있지만, 필요에 따라 2 이상의 용해로들(예:1차 용해로, 2차 용해로)이 용융부(410)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 컨베이어 벨트 등의 이송 수단을 통해 금속 재료(예: 연괴)가 1차 용해로로 투입되면, 1차 용해로에서 금속이 녹여지고, 녹여진 용융 금속이 2차 용해로로 옮겨진 후, 적응적 공급부(420)에 제공될 수 있다. 경우에 따라, 1차 용해로는 '용해로', 2차 용해로는 '보온로'로 다르게 지칭될 수도 있다.
여기서, 용해로 및 보온로는 용융 금속을 일정한 온도로 공급하기 위한 설비이다. 다시 말해, 용해로 및 보온로는 잉곳(ingot)을 용해하여 캐스팅(casting) 장치(예: 드럼(430))에 공급하는 장치이다. 예를 들어, 용해로는 잉곳 및 스크랩(scrap)을 가열 용융한 후, 보온로에 공급하고, 보온로는 균일한 온도를 유지할 수 있다. 용해로에서 보온로로의 용융 금속의 이동은 높이 차이를 이용한 중력식 오버플로우(overflow) 흐름에 의할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 용해로 및 보온로의 설정 유지 온도는 약 400˚C 내지 500˚C일 수 있다.
모터(530)는 용융 금속을 공급관(560)을 통해 이동시키기 위한 동력을 생성한다. 모터(530)의 회전에 따라 샤프트(540)가 회전하고, 샤프트(540)의 끝에 연결된 흡입기(550)를 통해 용해로(510)에 담긴 용융 금속이 공급관(560) 내부를 상승하게 된다. 흡입기(550)는 흡입구, 배출구, 임펠러(impeller)로 구성될 수 있다. 즉, 용융 금속은 임펠러의 회전에 의해 펌핑(pumping)됨으로써 흡입구로 유입되고, 배출구로 배출되며, 그 결과 공급관(560)을 따라 이동될 수 있다. 이러한 과정을 통해, 용융 금속은 공급관(560) 내의 점선으로 표시된 경로에 따라 적응적 공급부(420)로 제공된다.
용용 금속 이송을 위한 공급관(560)은 파이프(pipe)로서 SUS316 재질의 심리스 파이프(seamless pipe)로 구성될 수 있다. 이때, 도 5에 도시되지 아니하였지만, 공급관(560)의 보온 온도를 위해 전기 히터(미도시)를 이용하여 주변 온도가 유지될 수 있다. 또한, 공급관(560)에서의 열 손실을 제거하기 위하여, 공급관(560)은 견고한 단열재와 캐스팅 처리를 하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 공급관(560)의 설정 온도는 보온로(예: 용해로(510)) 설정값 보다 약 20˚C 내지 30˚C 이상 높게 설정될 수 있다.
적응적 공급부(420)는 용융 금속의 공급량을 필요에 따라 조절하며 드럼(430)에 용융 금속을 공급한다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 적응적 공급부(420)를 도시한다.
도 6a를 참고하면, 적응적 공급부(420)는 1차 포트(pot)(610) 및 2차 포트(620)를 포함한다. 용융부(410)의 공급관(560)을 통해 공급된 용융 금속은 1차 포트(610)에 담겨진다. 1차 포트(610)에, 레벨 센서(612)가 설치되어 있으며, 레벨 센서(612)는 1차 포트(610)에 담겨진 용융 금속의 높이를 측정하기 위해 사용된다. 레벨 센서(612)를 이용하여 측정된 높이는 용융 금속의 과공급을 제어하기 위해 활용될 수 있다. 1차 포트(610)에 담겨진 용융 금속은 이동관(614)을 통해 2차 포트(620)로 이동된다.
이동관(614)을 통해 1차 포트(610)로부터 공급된 용융 금속은 2차 포트(620)에 담겨진다. 2차 포트(620)에, 레벨 센서(622)가 설치되어 있으며, 레벨 센서(622)는 2차 포트(620)에 담겨진 용융 금속의 높이를 측정하기 위해 사용된다. 레벨 센서(622)를 이용하여 측정된 높이는 용융 금속의 과공급을 제어하기 위해 활용될 수 있다.
2차 포트(620)에 담겨진 용융 금속은 드럼(430)에 공급된다. 이때, 용융 금속은 드럼(430)에 부어지는 형식으로 공급되며, 2차 포트(620)에서 드럼(430)으로 부어지는 용융 금속의 양은 조절될 수 있다. 예를 들어, 2차 포트(620)의 하단 일측은 축(624)에 의해 고정되며, 2차 포트(620)는 축(624)을 기준으로 기울어질 수 있다. 2차 포트(620)를 기울이기 위해, 지지부(632)에 고정 부재(634)를 이용하여 고정된 실린더(636)가 사용된다. 구체적으로, 실린더(636)가 상승하면, 실린더(636)의 상부 끝에 연결된 조인트(638)가 밀린다. 이에 따라, 도 6b와 같이, 축(624)을 기준으로 2차 포트(620)가 기울어지고, 기울임의 정도에 따라 용융 금속이 부어지게 된다. 도 6b는 설명의 편의를 위해 기울임의 정도가 다소 과장되게 도시되어 있으나, 예를 들어, 기울임의 각도는 도 6b에 도시된 정도보다 작을 수 있다(예: 1° 내지 2°).
또한, 도 6a를 참고하면, 적응적 공급부(420)는 버너(burner)(640)를 포함한다. 용융 금속이 2차 포트(620)로부터 드럼(430)으로 공급될 때, 용융 금속이 부어지는 형식으로 공급된다. 즉, 용융 금속이 부어지는 과정에서 2차 포트(620)를 벗어나 공기 중에 노출된다. 이때, 노출로 인해 용융 금속이 필요 이상으로 굳어지는 현상을 방지하기 위해, 버너(640)는 부어지는 과정에서 공기 중에 노출된 용융 금속을 향해 열기를 공급한다. 또한, 도 6a에 도시되지 아니하였지만, 1차 포트(610) 및 2차 포트(620)에 담겨진 용융 금속의 용융 상태를 유지하기 위한 적어도 하나의 히터(미도시)가 1차 포트(610) 및 2차 포트(620)에 부착될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참고하여 설명한 적응적 공급부(420)의 구조에서, 2개의 포트들이 포함된다. 이와 같이, 포트들을 다단으로 구성함으로써, 안정적인 용융 금속의 공급이 가능해진다. 필요에 따라, 2단이 아닌 3단 또는 그 이상으로 포트들이 구성될 수도 있다.
드럼(430)은 캐스팅 휠(casting wheel) 및 기판 피더(grid feeder)를 포함한다. 음각으로 형성된 캐스팅 휠 외부에 용융 금속을 공급 도포함으로써, 배터리 제조에 필요한 기판(grid)이 연속으로 생산된다. 기판을 캐스팅 휠에서 분리하여 배출하는 과정은, 그리드 휠이 회전하면서 기판이 기판 피더로 자동 배출하는 방식에 따른다. 캐스팅 휠이 회전할 때 오일 공급 파이프 라인이 회전하는 것을 방지하기 위해, 로터리 조인트(rotary joints)가 사용될 수 있다. 기판 피더는 캐스팅된 후 배출된 기판 열의 이송 속도를 조절하며, 콘캐스트(concast) 설비에서 운용되는 속도에 비례하여 실시간으로 속도 동기화 제어된다.
냉각부(440)는 드럼(430)에 의해 기판의 형상으로 만들어진 연결된 기판들, 즉, 기판 열을 냉각한다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 냉각부(440)를 도시한다. 도 7을 참고하면, 롤러들(712, 714, 716)에 의해 기판 열이 냉각 박스(cooling box)(720)의 내부로 인도되며, 냉각 박스(720)에 채워진 냉각수 또는 냉각유에 의해 기판 열이 냉각된다.
검사부(450)는 기판의 상태를 확인한다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리용 기판 제조 장치의 검사부(450)를 도시한다. 도 8을 참고하면, 롤러(812)에 의하 기판 열이 이동하면, 기판 열의 이동 경로 상에 배치된 비전(vision) 센서(820)가 기판의 표면을 촬영한다. 촬영된 이미지는 제어 장치(예: 제어부(330))로 제공된다.
전술한 구조에 따라 융용 금속을 드럼(430)에 제공함으로써, 기존에 용융 금속을 드럼에 제공하기 위해 사용되는 노즐이 제거된다. 이에 따라, 노즐의 막힘, 이를 방지하기 위한 노즐 청소 등의 작업이 필요하지 아니하게 되며, 노즐 막힘, 노즐 청소 등에 의한 기판 제조 공정 중단이 방지된다. 또한, 노즐에 의한 용융 금속의 쓸림이 이루어지지 아니하기 때문에, 기판의 표면이 거칠어지는 추가적인 이점이 발생한다. 기판의 표면 거칠기 증가는 추후 기판에 활물질을 부착함에 있어서, 그 부착력을 향상시켜주는 장점을 제공한다.
또한, 용융 금속을 붓는 방식에 의해, 드럼이 용융 금속을 상부로 이동시키도록 회전(예: 도 4에서 반 시계 방향으로 회전)하는데, 이로 인해 용융 금속이 드럼에 접촉하는 시간 또는 면적이 넓어진다. 즉, 반대 방향으로 드럼이 회전하는 경우에 비하여, 긴 냉각 시간 또는 넓은 면적이 확보될 수 있다. 이에 따라, 더 많은 용융 금속을 냉각시킬 수 있게 되므로, 드럼의 크기를 증가시켜서 동시에 더 많은 양이 기판을 생산하는 것이 가능해질 수 있다. 즉, 금속의 냉각 조건이 달라짐에 따라, 기판의 생산성이 증대될 수 있다.
전술한 구조에서, 검사부(450)는 드럼(430)에 의해 캐스팅된 기판들을 관찰하기 위한 데이터(예: 이미지 데이터)를 생성한다. 이를 통해, 다양한 불량 상태들이 확인될 수 있다. 예를 들어, 도 9와 같은 불량 상태들이 확인될 수 있다. 도 9는 기판의 불량 상태들의 예들을 도시한다. 도 9에서, (a)는 표면 버(burr) 발생 불량을, (b)는 이중 주조 불량을 예시한다. 검사부(450)를 통해, 도 9의 예들 외 다양한 불량 상태들(예: 격자 주조성 불량, 기공 발생, 두께 불량 등)이 관찰될 수 있다.
관찰된 불량 상태들에 따라, 기판 제조 장치의 구성 요소들의 동작에 관련된 다양한 설정 변수들이 제어될 수 있다. 설정 변수의 제어는 제어 회로, 예를 들어, 도 3의 제어부(330)에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 용융부(410) 내의 용해로 또는 보온로(예: 용해로(510))의 용융 금속 수위, 용융부(410) 내의 용해로 또는 보온로의 온도, 용융부(410)에서 적응적 공급부(420)로의 용융 금속 이동을 위한 파이프(예: 공급관(560))의 온도, 용융부(410)에 포함되는 임펠러의 회전 속도, 적응적 공급부(420)에 포함된 포트(예: 1차 포트(610) 또는 2차 포트(620))의 온도, 적응적 공급부(420)에 포함된 포트의 용융 금속 수위, 적응적 공급부(420)에 포함된 버너(예: 버너(640))의 온도, 적응적 공급부(420)에서 드럼(430)으로 공급되는 용융 금속의 양에 영향을 주는 포트(예: 2차 포트(620))의 기울기, 드럼(430)의 회전 속도, 드럼(430)에 공급되는 내부 냉각수 또는 냉각유의 공급량, 드럼(430)에 공급되는 내부 냉각수 또는 냉각유의 온도, 냉각수 또는 냉각유의 순환 속도 중 적어도 하나가 자동으로 제어될 수 있다.
설정 변수들의 제어를 위한 불량 상태는 검사부(450)에 의해 획득된 데이터(예: 이미지 데이터)의 분석에 의해 구체화될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(예: 제어부(330))는 이미지 데이터를 분석함으로써 불량의 종류(예: 표면 버 발생, 이중 주조 불량, 격자 주조성 불량, 기공 발생, 두께 불량 등)을 분류할 수 있다. 또한, 제어 회로는 기판의 형상을 분석함으로써, 불량의 정도를 판단할 수 있다. 여기서, 형상을 분석하는 인자는 기판으로서 필요한 범위를 벗어난 영역의 면적의 형상 및 면적, 기판 상에 불필요한 형상이 존재하는지 여부 및 그 크기 등을 포함할 수 있다. 기판으로서 필요한 범위를 벗어난 영역의 면적의 형상 및 면적은 버 또는 이중 주조의 발생 여부 및 정도를 판단하는 지표로서 사용되고, 기판 상에 불필요한 형상이 존재하는지 여부 및 그 크기는 기공의 발생 여부 및 정도를 판단하는 지표로서 사용될 수 있다.
이때, 불량 상태에 따른 제어될 설정 변수의 선택 및 선택된 설정 변수의 값은 미리 정의된 맵핑 테이블에 따라 이루어질 수 있다. 이때, 미리 정의된 맵핑 테이블은 영구적인 것은 아니며, AI(artificial intelligence) 기술에 의해 최적화될 수 있다. 즉, 실제 기판의 제작 공정에서 수집되는 데이터(예: 비전 센서에 의해 수집된 이미지 데이터) 및 이에 따른 설정 변수의 조정 결과 또는 사용자에 의한 조정 결과의 수정 결과 등을 학습 데이터로 입력하여, 학습(learning)을 수행할 수 있다. 여기서, 학습 데이터를 생성하기 위해, 이미지로부터 전술한 인자들(예: 기판으로서 필요한 범위를 벗어난 영역의 면적의 형상 및 면적, 기판 상에 불필요한 형상이 존재하는지 여부 및 그 크기 등)을 분석하는 동작이 수행될 수 있다.
저장된 맵핑 테이블을 이용하여 설정 변수들을 조절하는 과정에 대한 이력(log)이 저장될 수 있다. 설정 변수의 조절 결과는 그 즉시 또는 주기적으로 관리자에게 보고될 수 있다. 예를 들어, 관리자에게 정보를 송신하기 위한 접촉 정보(예: 전화번호, 이메일, 아이디 등)가 저장되어 있으면, 제어 회로(예: 제어부(330))는 해당 접촉 정보를 이용하여 관리자에게 조절 결과를 송신할 수 있고, 나아가, 조절 전 후의 모니터링 정보(예: 기판 이미지)를 더 송신할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 설정 변수의 조절 전 불량 상황을 확인할 수 있고, 나아가 설정 변수의 조절로 인해 불량 상황이 해소되었는지 여부를 확인할 수 있다.
만일, 설정 변수의 조절에도 불구하고 불량 상황이 해소되지 아니하면, 관리자는 장치를 직접 제어함으로써 설정 변수를 최적화할 수 있다. 이 경우, 관리자에 의한 설정 변수의 조절 내역은 AI 알고리즘의 재학습에 사용될 수 있고, 이에 따라 맵핑 테이블이 갱신될 수 있다.
이러한 과정을 통해 생성된 맵핑 테이블은 다른 장소에 설치된 동종의 기판 제조 설비를 위해 재사용될 수 있다. 예를 들어, 맵핑 테이블은 메인 서버 또는 클라우드 서버에 업로드될 수 있고, 다른 장소의 설비를 관리하는 관리자는 서버에 접속하여 유사한 환경에서 생성된 맵핑 테이블을 다운로드 및 설치할 수 있다. 또는, 클라우드 서버 또는 제어부(330)가 유사한 환경의 다른 설비를 검색한 후, 다른 관리자에게 추천 정보를 송신할 수도 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 배터리용 기판(grid)을 제조하기 위한 장치에 있어서,
    기판의 재료를 녹여 용융 금속을 생성하는 용융부;
    상기 용융부로부터 제공되는 상기 용융 금속을 드럼으로 제공하는 공급부;
    상기 공급부로부터 제공되는 상기 용융 금속으로부터 적어도 하나의 기판 열을 생성하는 상기 드럼을 포함하며,
    상기 공급부는, 상기 용융 금속을 담기 위한 것으로서, 상기 드럼에 접촉되지 아니하는 포트(pot)를 포함하며, 상기 포트를 기울임으로써 상기 용융 금속이 상기 드럼의 표면으로 부어지도록 제어되며,
    상기 포트는, 상기 포트에 담기는 용융 금속의 과공급을 인지하기 위한 레벨 센서를 포함하고,
    상기 포트의 기울기는, 용융 금속의 공급량을 조절하기 위해 제어되며,
    상기 드럼은, 상기 공급부로부터 제공되는 상기 용융 금속이 드럼의 상부로 이동되는 방향으로 회전하며,
    상기 드럼은, 상기 용융 금속이 접촉하는 바깥 면과 마주보는 내부 면으로 냉각수 또는 냉각유를 분출하기 위한 적어도 하나의 노즐을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 노즐은, 상기 용융 금속이 부어지는 지점보다 높은 내부 면을 향해 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 용융부로부터 제공되는 상기 용융 금속을 수용하는 1차 포트; 및
    상기 1차 포트로부터 상기 용융 금속을 공급받고, 상기 드럼으로 상기 용융 금속을 제공하기 위해 기울어질 수 있도록 구성된 2차 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 2차 포트에서 상기 드럼으로 부어지는 동안 공기 중에 노출되는 용융 금속에 열기를 제공하는 버너(burner)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 드럼에서 캐스팅된 상기 기판 열에 대한 이미지를 획득하는 검사부; 및
    상기 이미지를 분석함으로써 기판으로서 필요한 범위를 벗어난 영역의 면적의 형상 및 면적, 기판 상에 불필요한 형상이 존재하는지 여부, 상기 불필요한 형상의 크기 중 적어도 하나를 판단하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 이미지에 기반한 판단 결과에 기반하여, 상기 용융부 내의 용해로 또는 보온로 내의 용융 금속 수위, 상기 용융부 내의 용해로 또는 보온로의 온도, 상기 용융부에서 상기 공급부로의 용융 금속 이동을 위한 파이프의 온도, 상기 용융부에 포함되는 임펠러의 회전 속도, 상기 공급부에 포함된 포트의 온도, 상기 공급부에 포함된 포트의 용융 금속 수위, 상기 공급부에 포함된 버너의 온도, 상기 포트의 기울기, 상기 드럼의 회전 속도, 상기 냉각수 또는 상기 냉각유의 공급량, 상기 냉각수 또는 상기 냉각유의 온도, 상기 냉각수 또는 상기 냉각유의 순환 속도 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 드럼에서 캐스팅된 상기 기판 열을 냉각수 또는 냉각유에 투입하여 상기 기판 열을 냉각하는 냉각부;
    상기 냉각부를 이탈한 상기 기판 열의 외형을 모니터링하기 위한 검사부; 및
    상기 검사부로부터 제공되는 데이터에 기반하여 상기 용융부, 상기 공급부, 상기 드럼, 상기 냉각부 중 적어도 하나의 동작에 관련된 설정 변수를 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4456579A (en) * 1982-09-30 1984-06-26 Gnb Batteries Inc. Low antimony lead-based alloy and method
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KR102032208B1 (ko) * 2018-12-16 2019-10-15 (주)케이엠티 배터리용 기판을 제조하기 위한 장치

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