KR102196851B1 - 배터리팩 건전성 평가를 위한 비접촉 공중초음파 검사기법에 의한 가이드 메카니즘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉 방식의 공중 초음파 검사기법 중 피치-캐치(Pitch-Catch)법을 이용하여 배터리팩 내부의 컴포지트 결함 여부를 정확하고 신속하게 검사할 수 있는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치는, 검사 시에 배터리팩 표면에 밀착되어 표면파를 차단하는 음향 분할 부재; 상기 음향 분할 부재의 일측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 배터리팩 내부로 검사용 초음파를 방출하는 송신 프로브; 상기 음향 분할 부재의 타측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 송신 프로브에서 방출되고 상기 배터리팩 내부에서 반사되는 초음파를 감지하는 수신 프로브; 상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 이차원 이동시키고, 검사 적합 상태로 조정하는 이동부; 상기 수신 프로브에 의하여 얻어지는 감지 결과를 분석하여 결함의 위치를 제공하는 신호 처리부;를 포함한다.

Description

배터리팩 건전성 평가를 위한 비접촉 공중초음파 검사기법에 의한 가이드 메카니즘{A GUIDE MECHANISM FOR INSPECTING THE BATTERY PACK BY PITCH-CATCH METHOD}

본 발명은 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비접촉 방식의 공중 초음파 검사기법 중 피치-캐치(Pitch-Catch)법을 이용하여 배터리팩 내부의 컴포지트(Composite) 결함 여부를 정확하고 신속하게 검사할 수 있는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치에 관한 것이다.

Battery 팩 산업은 미래전략산업으로 제조업 전체 기술이 종합적으로 결합된 제조업의 꽃으로 일컬어지며 나라의 경쟁력을 결정짓는 핵심요소이기도 하다. 최근 모든 산업분야에서 기존의 소재와 비교하여 우수한 기계적 특성과 기능적 특성을 요구하는 새로운 소재에 대한 검사 필요성이 점점 증가하고 있다. 특히 연료 절감과 이산화탄소(CO₂)와 같은 지구온난화 가스 배출의 절감을 통한 환경보호가 요구됨에 따라 Battery 팩의 안전성에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 최근에는 Battery 팩의 안전성 문제가 더욱 대두가 되고 있다.

Battery팩 구성은 배터리 셀(cell), 모듈(module), 배터리 관리시스템과 냉각장치가 부착된 배터리 팩(Pack)으로 되어있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 위 구성품 중 배터리 팩(Pack, 10) 내부에서 발생되는 열을 외부로 방출하는데 도움을 주고 배터리(20)가 움직이지 않도록 고정시켜 주는 역할을 하는 컴포지트(30)를 주입, 도포를 한다. 이때 컴포지트(30)가 정상적으로 도포되었는지 상태 확인 및 도포는 정상적으로 되었으나 도포된 컴포지트(30) 내에 기포 등의 결함 유/무, 컴포지트의 도포 두께 등에 대하여 반드시 확인할 필요가 있다. 그 이유는 위 원인들로 인해 Battery 수명이 단축되기 때문이다.

위에서 언급한 Battery 팩 컴포지트(30)의 도포 상태, 결함 유/무, 두께 차이를 확인하는 기존 방법은 육안 검사, 접촉식 초음파 검사, X-ray 검사 등이 있다.

육안 검사는 모든 면에 컴포지트 존재 유/무에 대해서 정확히 확인할 수 없고, 특히 결함 유/무, 두께 차이에 대해서 전혀 확인할 수 없는 문제점이 있다. 한편 접촉식 초음파 검사는 접촉 매질을 사용하여야 하기 때문에, 배터리 팩의 내부 구조에 따라 매질 자체에 흡수되기도 하고, 불균일한 입자들의 영향으로 산란 되기도 한다. 또한 경로 상에 조직의 불연속성이나 불균질성을 만나게 되면 반사를 일으킨다.

초음파가 매질 속의 결함을 만나게 되면 결함의 형태, 초음파 주파수, 신호의 입사각 등에 따라 복잡한 형태의 반사 신호를 생성하는데, 이러한 측정 대상물에 다양한 환경 조건이 초음파 탐상 결과의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되기도 하며, 검사자의 숙련도에 따라 검사결과의 차이가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 비접촉 방식의 공중 초음파 검사기법 중 피치-캐치(Pitch-Catch)법을 이용하여 배터리팩 내부의 컴포지트 결함 여부를 정확하고 신속하게 검사할 수 있는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치는, 검사 시에 배터리팩 표면에 밀착되어 표면파를 차단하는 음향 분할 부재; 상기 음향 분할 부재의 일측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 배터리팩 내부로 검사용 초음파를 방출하는 송신 프로브; 상기 음향 분할 부재의 타측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 송신 프로브에서 방출되고 상기 배터리팩 내부에서 반사되는 초음파를 감지하는 수신 프로브; 상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 이차원 이동시키고, 검사 적합 상태로 조정하는 이동부; 상기 수신 프로브에 의하여 얻어지는 감지 결과를 분석하여 결함의 위치를 제공하는 신호 처리부;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 이동부는 상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 이차원 이동시키는 이차원 이동테이블; 상기 이차원 이동테이블에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브와 수신 프로브의 설치 위치를 변화시키는 프로브 조정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 프로브 조정부는, 상기 송신 프로브의 배면에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브를 초음파 조사 각도를 변화시키도록 회전시키는 각도 조정부; 상기 각도 조정부와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브의 높이를 조정하는 높이 조정부; 상기 높이 조정부와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브와 상기 음향 분할 부재 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 음향 분할 부재는 다공성 구조를 가지는 신축성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 음향 분할 부재는 폴리에틸렌(Poly Ethylene) 폼(foam) 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 송신 프로브는 구형 Burst 초음파를 방출하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 수신 프로브는 하부에 φ홀을 가진 플랫(Flat)을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 이차원 이동 테이블은, 평판 형상의 테이블; 상기 테이블의 일측 가장자리에 설치되며, 상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 상기 배터리팩의 길이에 따라 X축 방향으로 수평 이동시키는 X축 로봇; 상기 X축 로봇의 말단에 결합되어 설치되며, 상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 상기 배터리팩의 폭에 따라 Y축 방향으로 수평 이동시키는 Y축 로봇; 상기 Y축 로봇의 말단에 결합되어 설치되며, 상기 프로브 조정부가 결합되는 설치 브라켓;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 설치 브라켓에는, 베어링과 베어링 바퀴가 더 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치에 의하면 비접촉 방식의 공중 초음파 검사기법 중 피치-캐치(Pitch-Catch)법을 이용하여 배터리 팩에 어떠한 영향을 주지 않고 최선의 검사결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 배터리팩의 내부를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치의 구조를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치의 구조를 도시하는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조정부의 구조를 도시하는 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치의 검사 과정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치에 의하여 검사되어 디스플레이되는 결함의 상태를 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치(100)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120), 수신 프로브(130), 이동부(140) 및 신호 처리부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 음향 분할 부재(110)는 검사 시에 배터리팩(10) 표면에 밀착되어 표면파를 차단하는 구성요소이다. 즉, 상기 음향 분할 부재(110)는 도 7에 도시된 바와 같이, 검사 진행 시에 상기 배터리팩(10) 표면에 밀착된 상태를 유지하여 상기 송신 프로브(120)에서 방출된 초음파가 상기 배터리 팩(10) 표면을 타고 상기 수신 프로브(130)로 이동하는 표면파를 차단하여 검사의 정확성을 높이는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서 상기 음향 분할 부재(110)는 검사 시에 상기 배터리팩(10) 표면 방향으로 약간 가압되어 상기 음향 분할 부재(110)의 하면이 상기 배터리 팩(10) 표면과 밀착된 상태에서 검사가 진행되어야 하며, 이 과정에서 상기 배터리 팩(10) 표면에 손상을 가하거나 흔적을 남기지 않아야 한다.

따라서 본 실시예에서 상기 음향 분할 부재(110)는 다공성 구조를 가지는 신축성 소재로 이루어지는 것이, 상기 배터리 팩(10) 표면을 손상시키지 않으면서도 표면파를 효과적으로 차단할 수 있어서 바람직하다.

특히, 상기 음향 분할 부재(110)는 폴리에틸렌(Poly Ethylene) 폼 소재로 이루어지는 것이 효과적인 표면파 차단을 위하여 더욱 바람직하다.

다음으로 상기 송신 프로브(120)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 음향 분할 부재(110)의 일측에 설치되며, 상기 배터리팩(10) 표면과 이격된 상태에서 상기 배터리팩(10) 내부로 검사용 초음파를 방출하는 구성요소이다. 이때 상기 송신 프로브(120)는 도 7에 도시된 바와 같이, 비접촉식 검사를 위하여 상기 배터리팩(10) 표면과 일정 간격 이격된 상태에서 상기 음향 분할 부재(110) 방향으로 기울어진 상태로 초음파를 방출한다.

이렇게 방출된 초음파(S)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(10) 내부로 진입하여 상기 컴포지트(30)를 통과하고 반사되어 상기 수신 프로브(130)로 입사된다. 그리고 상기 송신 프로브(120)는 구형 Burst 초음파를 방출하는 것이, 음압 손실을 최소화할 수 있고 주파수가 쉽게 변할 수 있어서 최적 탐상 조건을 쉽게 찾아낼 수 있는 장점이 있어서 바람직하다.

다음으로 상기 수신 프로브(130)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 음향 분할 부재(110)의 타측에 설치되며, 상기 배터리팩(10) 표면과 이격된 상태에서 상기 송신 프로브(120)에서 방출되고 상기 배터리팩(10) 내부에서 반사되는 초음파를 감지하는 구성요소이다. 즉, 상기 수신 프로브(130)는 상기 음향 분할 소재(110) 및 상기 송신 프로브(120)와 함께 이동하면서 상기 송신 프로브(120)에 방출되고, 상기 컴포지트(30)를 통과하고 반사되는 초음파를 수신하여 컴포지트(30)의 이상 또는 결함 유무를 검사하는 것이다.

이렇게 상시 수신 프로브(130)에 의하여 검사된 배터리 팩(10) 표면은 도 8에 도시된 바와 같이, 결함(D)의 위치가 디스플레이된다. 그리고 본 실시예에서 상기 수신 프로브(130)는 하부에 φ홀을 가진 플랫(Flat)을 구비하는 것이, 결함 부분에 집속되어 미세결함 검출과 동시에 선명한 고해상력의 화상을 취득할 수 있어서 바람직하다.

다음으로 상기 이동부(140)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120) 및 수신 프로브(130)를 이차원 이동시키고, 검사에 적합하게 조정하는 구성요소이다. 이를 위하여 본 실시예에서 상기 이동부(140)는 구체적으로 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 이차원 이동 테이블(150)과 프로브 조정부(160)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 이차원 이동테이블(150)은 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120) 및 수신 프로브(130)를 이차원 이동시키는 구성요소이다. 따라서 상기 이차원 이동테이블(150)은 테이블(151), X축 로봇(152) 및 Y축 로봇(154)를 포함하여 구성된다. 상기 테이블(151)은 도 2에 도시된 바와 같이, 평판(plate) 형상의 구성요소이며, 검사 시에 상기 배터리 팩이 장착되는 장소를 제공한다.

다음으로 상기 X축 로봇(152)은 상기 테이블(151)의 일측 가장자리에 설치되며, 상기 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120) 및 수신 프로브(130)를 상기 배터리팩(10)의 길이에 따라 X축 방향으로 수평 이동시키는 구성요소이다. 그리고 상기 Y축 로봇(154)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 X축 로봇(152)의 말단에 결합되어 설치되며, 상기 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120) 및 수신 프로브(130)를 상기 배터리팩의 폭에 따라 Y축 방향으로 수평 이동시키는 구성요소이다. 따라서 상기 X축 로봇(152)과 Y축 로봇(154)에 의하여 상기 음향 분할 부재(110), 송신 프로브(120) 및 수신 프로브(130)가 상기 배터리팩(10)의 표면 전체 영역을 2차원 이동하면서 스캔할 수 있는 것이다.

다음으로 상기 설치 브라켓(155)은, 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 Y축 로봇(154)의 말단에 결합되어 설치되며, 상기 프로브 조정부(160)가 결합되는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 설치 브라켓(155)에는, 베어링과 베어링 바퀴가 더 구비되는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 프로브 조정부(160)는 상기 이차원 이동테이블(150)에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브(120)와 수신 프로브(130)의 설치 위치를 변화시키는 구성요소이다. 즉, 상기 프로브 조정부(160)는 상기 송신 프로브(120)와 수신 프로브(130)의 설치 각도 및 위치 그리고 양자 간의 간격을 검사에 적합하게 조정하여 세팅하는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서 상기 프로브 조정부(160)는 구체적으로 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 각도 조정부(161), 높이 조정부(163) 및 간격 조정부(165)를 포함하여 구성된다. 먼저 상기 각도 조정부(161)는 상기 송신 프로브(120)의 배면에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브(120)를 초음파 조사 각도를 적합하게 변화시키도록 회전시키는 구성요소이다. 한편 상기 수신 프로브(130)에도 실질적으로 동일한 각도 조정부(162)가 설치된다.

다음으로 상기 높이 조정부(163)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각도 조정부(161)와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브(120)의 높이를 조정하는 구성요소이다. 한편 상기 수신 프로브(130) 측에도 도 6에 도시된 바와 같이, 실질적으로 동일한 높이 조정부(164)가 설치된다.

다음으로 상기 간격 조정부(165)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 높이 조정부(163)와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브(120)와 상기 음향 분할 부재(110) 사이의 간격을 조정하는 구성요소이다. 한편 상기 수신 프로브(130) 측에도 실질적으로 동일한 간격 조정부(166)가 설치된다.

다음으로 상기 신호 처리부는 상기 수신 프로브(130)에 연결되어 상기 수신 프르브와 이격되어 설치되며, 상기 수신 프로브(130)에 의하여 얻어지는 감지 결과를 분석하여 도 8에 도시된 바와 같이, 결함(D)의 위치를 제공하는 구성요소이다. 그리고 상기 신호 처리부에서는 상기 송신 프로브(120)에 의하여 방출되는 초음파(S) 및 상기 이동부(140)도 제어한다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치
110 : 음향 분할 부재 120 : 송신 프로브
130 : 수신 프로브 140 : 이동부
150 : 이동 테이블 160 : 프로브 조정부
10 : 배터리 팩 20 : 배터리 셀
30 : 컴포지트

Claims (5)

1. 다공성 구조를 가지는 신축성 소재로 이루어지며, 검사 시에 배터리팩 표면에 밀착되어 표면파를 차단하는 음향 분할 부재;
   상기 음향 분할 부재의 일측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 배터리팩 내부로 구형 Burst 초음파를 방출하는 송신 프로브;
   상기 음향 분할 부재의 타측에 설치되며, 상기 배터리팩 표면과 이격된 상태에서 상기 송신 프로브에서 방출되고 상기 배터리팩 내부에서 반사되는 초음파를 감지하는 수신 프로브;
   상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 이차원 이동시키고, 검사 적합 상태로 조정하는 이동부;
   상기 수신 프로브에 의하여 얻어지는 감지 결과를 분석하여 결함의 위치를 제공하는 신호 처리부;를 포함하는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동부는,
   상기 음향 분할 부재, 송신 프로브 및 수신 프로브를 이차원 이동시키는 이차원 이동테이블;
   상기 이차원 이동테이블에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브와 수신 프로브의 설치 위치를 변화시키는 프로브 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 프로브 조정부는,
   상기 송신 프로브의 배면에 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브를 초음파 조사 각도를 변화시키도록 회전시키는 각도 조정부;
   상기 각도 조정부와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브의 높이를 조정하는 높이 조정부;
   상기 높이 조정부와 결합되어 설치되며, 상기 송신 프로브와 상기 음향 분할 부재 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 음향 분할 부재는,
   폴리에틸렌(Poly Ethylene) 폼 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리팩 내부 컴포지트 검사 장치.

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