KR102469953B1 - 전해액이 주입된 배터리의 voc 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해액이 주입된 배터리의 누액을 검사하기 위하여 전해액으로부터 발생하는 VOC(Volatile Organic Compounds) 누출가스를 하단챔버와 상단챔버로 이루어지는 감압챔버에서 대기 압력차를 이용하여 검출하는 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상단챔버와 하단챔버로 분리되어 이루어지는 감압챔버 내의 2개의 챔버와 챔버 간의 대기 압력차를 이용하여 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)에서 발생하는 VOC 누출가스를 정확하게 검출할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 VOC 누출가스 검출방법에 관한 발명이다.
Description
본 발명은 전해액이 주입된 배터리의 누액을 검사하기 위하여 전해액으로부터 발생하는 VOC(Volatile Organic Compounds) 누출가스를 하단챔버와 상단챔버로 이루어지는 감압챔버에서 대기 압력차를 이용하여 검출하는 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상단챔버와 하단챔버로 분리되어 이루어지는 감압챔버 내의 2개의 챔버와 챔버 간의 대기 압력차를 이용하여 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)에서 발생하는 VOC 누출가스를 정확하게 검출할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법에 관한 발명이다.
배터리 밀봉검사 방법으로는 전해액을 주입하기 이전에 배터리 케이스의 밀봉상태를 검사하는 방법은 전해액을 주입한 후에 발생하는 문제를 해결할 수 없으며, 전해액 주입후 누액을 검사하는 방법으로 배터리 케이스 육안검사, 냄새검사, 비전검사, X-ray 검사, 파우치형 배터리는 파우치 두께검사 등의 방법이 있으나 육안검사, 냄새검사는 정확성이 떨어지고, 비전검사, X-ray 검사, 두께검사는 고가의 장비가 필요하며 검사시간이 길어 생산라인에 직접 적용하기 어렵다.
배터리의 밀봉을 검사하는 방법으로는 이차전지의 리크 검사장치 및 그를 이용한 이차전지의 제조방법(특허10-0537603)은 배터리에 전해액 주입 전 검사 방식이며, 이차전지의 파우치 리크검사 장치(특허10-1955396)는 배터리를 밀폐공간에 넣고 공기를 주입한 후 누출가스를 측정하는 방식이며, 전기자동차 배터리팩 및 전기 자동차 배터리팩의 냉각수 누액검출 방법(특허10-2304848)은 냉각수에 누액되는 전해액을 검출하는 방식이며, 파우치형 전지셀의 리크 검출장치 및 방법(특허10-2092270)은 공기압을 이용한 검사 방식이며, 전해액 누액 판단이 가능한 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스(특허10-2173066)는 전해액 누액을 냄새를 통하여 검출하는 방식이며, 배터리 셀의 리크검사 장치 및 리크검사 방법(특허10-2273782)은 두께검사 방식이며, 이차전지의 리크검사 장치 및 방법(공개 10-2016-0143038)은 비전검사 방법이며, 이차전지의 리크 검사장치(특허10-1198857)는 진공챔버 방식의 검사장치 등 많은 기술이 제시되고는 있으나, 현실적으로 배터리셀이나 배터리팩 생산라인에서는 적용이 불가능하다.
또한 상기의 종래기술들은 전해액이 주입된 배터리의 케이스에 30um 이하의 미세한 구멍이나 균열이 있는 배터리의 경우에는 대기압의 상온 상태에서는 전해액의 점성으로 인하여 미세한 구멍이나 균열이 막혀 전해액이 누액되지 않기 때문에 확인하기가 현실적으로 불가능한 실정이다.
한편. 배터리의 충전/방전으로 인하여 배터리의 온도가 상승하게 되면 전해액의 점성이 낮아지게 되어 미세한 구멍이나 균열로 미량의 전해액이 지속적으로 누액되기 때문에 전기차 배터리 사고의 주요한 원인으로 작용할 수 있다.
따라서, 배터리셀(Battery Cell)이나 배터리모듈(BMA:C Module Assembly) 생산라인에서 사용할 수 있는 신뢰성이 높고, 검사 속도가 빠르며, 가격이 저렴하고, 생산 공정에서 공기 중에 포함되어 있는 전해액 성분의 VOC 누출가스와 측정 시의 VOC 누출가스의 누출로부터 오염된 센서의 검출오류를 방지할 수 있는 VOC 누출가스 검출장치에 대한 개발이 절실하게 요구되고 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 상단챔버와 하단챔버로 분리된 2개의 감압챔버 내의 대기 압력차를 이용하여 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)에서 발생하는 VOC 누출가스를 검출하는 즉, 온도를 상승시키지 않고서도 상단챔버와 하단챔버의 감압을 통하여 강제적으로 배터리 주변의 대기 압력을 낮추게 되면 배터리 전해액의 분자운동이 활발해져서 점성이 낮아지므로 미세한 구멍이나 균열이 전해액의 점성으로 막혀있던 부분이 뚫어지게 되어 전해액이 직접적으로 누액되지 않더라도 전해액으로부터 발생하는 VOC 가스가 배터리 외부로 누출되기 때문에 VOC 누출가스를 중앙격벽에 구비되는 검출모듈의 VOC 검출센서에 의하여 용이하게 검출할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 감압챔버에 구비되는 공기유량 체크모듈의 공기유량센서를 이용하여 파우치형 배터리의 밀봉상태를 손상하지 않으면서 VOC 누출가스의 검출이 용이하며 검출모듈 내에 PID센서와 반도체센서를 이중적으로 구비하여 센서 특성에 따른 오차를 최소화하여 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 감압챔버의 하단챔버에 2개의 슬라이드 도어(피측정물 입구 슬라이드 도어, 출구 슬라이드 도어)를 구비하여 감압 시에는 도어가 밀폐되고 생산라인에서 트레이를 통한 피측정물이 이송시에 자동으로 개방되어 자동화된 생산라인을 구축할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 피측정물의 누출가스 검출 시에 VOC 누출가스로 인하여 검출센서의 오염이 발생하면 검출모듈과 직렬로 연결된 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하여 공기로 세척할 수 있으므로 검출모듈에 구비되는 VOC 검출센서의 오염에 따른 문제점을 해결할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치는, 대기 압력차를 이용하여 피측정물의 VOC 누출가스를 검사하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치로서, 중앙격벽에 의하여 하단챔버와 상단챔버로 분리 형성되는 감압챔버와, 미량의 VOC 누출가스가 중앙으로 집중되고 이동이 용이하도록 격자형 감압챔버의 중심부를 기준으로 원뿔형의 경사면으로 형성되어 상기 하단챔버와 상단챔버를 구획하여 분리하는 중앙격벽과, 상기 중앙격벽의 원뿔형의 중심부 꼭지점에 구비되는 검출모듈과, 상기 검출모듈 하부에 직렬로 연결되어 형성되는 제1의 공기유량 체크모듈과, 상기 중심부의 검출모듈과 직렬로 연결된 제1의 공기유량 체크모듈 주변으로 원뿔형의 중앙격벽 경사면에 격자형으로 배치되어 형성되는 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈과, 상기 하단챔버의 하부에는 제어모듈의 제어동작에 의하여 상기 하단챔버의 내부 기압을 감압할 경우에는 밸브를 폐쇄하고, VOC 누출가스의 검출과정을 진행한 후에 밸브를 개방하여 감압챔버 내의 기압을 대기압과 일치되도록 개폐되는 대기밸브 및 상기 상단챔버의 상부에는 감압챔버의 내부 기압을 감압할 경우에는 하단챔버의 공기가 상기 공기유량 체크모듈을 경유하여 상단챔버를 통과하여 밸브가 폐쇄/개방되어 외부로 배출하는 감압과정을 진행하기 위하여 형성되는 감압밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 하단챔버에는 감압챔버의 감압과정을 진행하기 위하여 하단챔버를 폐쇄하여 밀폐하기 위한 입구측/출구측의 슬라이드 도어와, 상기 하단챔버 하부의 컨베이어 상에는 하단챔버 내부로 진입되어 이송되는 피측정물이 탑재된 트레이를 하단챔버의 중앙부에 정지할 수 있도록 제어하기 위하여 위치를 감지하기 위하여 배치되는 위치검출센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 하단챔버의 입구에는 컨베이어를 통하여 감압챔버의 하단챔버로 이송되어 근접되는 트레이에 탑재된 피측정물에 표시된 바코드나 QR코드를 판독하여 피측정물의 정보(제품의 Lot번호 및 일련번호)를 판독하여 제어모듈로 전송하는 QR판독모듈과, 상기 하단챔버의 출구에는 VOC 누출가스 검출과정을 완료한 후 출구측의 슬라이드 도어를 통하여 외부로 배출되는 VOC 누출가스가 발생한 피측정물을 인식할 수 있도록 피측정물에 인식표를 표기하는 표시모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 공기유량 체크모듈은 중앙격벽을 관통하여 배치되며, 감압시에 진공상태를 확인하기 위하여 개방/폐쇄 작동에 의하여 공기의 흐름을 제어하는 진공밸브와, 상기 진공밸브를 통과하는 하측의 하단챔버로부터 상측의 상단챔버로 유입되는 감압챔버 내의 공기유무를 검출하는 공기유량센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중앙격벽의 원뿔형의 중심부 꼭지점에 구비되는 검출모듈은, 다단으로 절곡되는 VOC 누출가스가 통과되는 통로관과, 상기 통로관을 통하여 통과되는 VOC 누출가스를 검출하기 위한 VOC 검출센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 VOC 검출센서는 두 개의 PID센서와 두 개의 반도체센서로 이중적으로 형성되며, 상기 하단챔버의 가스가 제1의 공기유량 체크모듈의 개방된 진공밸브를 통과하여 공기유량센서를 경유하여 상기 제1의 공기유량 체크모듈의 상부에 직렬로 연결되는 검출모듈의 통로관을 통과하여 VOC 검출센서의 제1의 PID센서에서 VOC 누출가스를 검출하고 그 측부에 배치되는 제1의 반도체센서에서 검출하고 연이어서 제2의 반도체센서에서 VOC 누출가스를 검출한 후 마지막으로 제2의 PID센서에서 검출과정을 거친 후에 통로관을 통하여 상단밸브 측으로 가스가 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하단챔버에 구비되는 대기밸브와 상단챔버에 구비되는 감압밸브 및 5개의 공기유량 체크모듈의 하부에 구비되는 진공밸브의 폐쇄/개방동작의 제어와, 하단챔버 입구 및 출구측에 구비되는 슬라이드 도어의 폐쇄/개방 작동의 제어와, QR판독모듈, 표시모듈 및 하단챔버 내부에 진입되는 트레이의 정지동작/진행동작의 제어, 및 5개의 공기유량 체크모듈에 구비되는 공기유량센서와 검출모듈에 구비되는 두 개의 PID센서와 두 개의 반도체센서 및 감압밸브와 연결되어 배출관과 연결되는 진공펌프를 제어하기 위한 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 상단밸브는, 감압 시에 감압챔버 내의 압력을 표시하는 압력계와, 감압챔버 내의 온도를 표시하는 온도계와, 감압챔버 내부의 공기유량, VOC 누출가스 유무, 압력, 온도 및 피측정물의 정보 등을 LCD/LED로 표시하기 위하여 형성되는 표시부와, VOC 누출가스가 검출되면 알람음으로 경고하여 관리자가 실시간 대응할 수 있는 알람부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스의 검출방법은, 하단챔버 내부로 트레이에 탑재된 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)이 유입됨과 동시에 공기유량 체크모듈에 구비된 5개의 진공밸브를 폐쇄하고, 상단챔버에 구비되는 감압밸브를 개방하고, 상기 감압밸브와 배출관을 통하여 연결되는 진공펌프를 동작하여 상기 하단챔버는 대기압 상태로 유지하고, 상기 상단챔버는 진공상태로 유지하여 상기 하단챔버와 상단챔버간에 기압 차이가 형성되도록 상단챔버의 기압을 진공상태(600 ~ 700 Torr)로 감압하는 제1단계(S10)와, 상기 피측정물이 하단챔버의 중앙부에 위치하면 2개의 슬라이드 도어를 폐쇄하여 하단챔버를 밀폐시키고 중앙격벽의 중심부에 구비되는 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브는 폐쇄한 상태로 유지하고, 이를 제외한 중앙격벽 경사면에 배치된 격자형의 4개의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하고, 진공펌프를 동작하여 감압밸브를 통하여 공기를 감압챔버 외부로 배출하여 하단챔버 역시도 진공상태로 유지하는 제2단계(S20)와, 상기 제2단계(S20)에서 4개의 진공밸브를 개방하기 이전에 하단챔버와 상단챔버의 기압 차이가 존재하여 4개의 진공밸브를 개방하는 즉시 하단챔버의 공기가 상단챔버로 상승하여 짧은 시간 내에 하단챔버와 상단챔버의 기압이 모두 동일한 진공상태로 되도록 양 챔버의 압력이 진공상태(공기유량센서가 0.00L/min)와 동일한 상태가 될 때까지 감압하는 과정을 수행하며, 5개의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 모두 폐쇄하고, 상기 상단챔버의 기압을 하단챔버에 비하여 50 ~ 100 Torr 만큼 더 낮게 상기 감압밸브를 개방하여 추가 감압과정을 수행하며 상기 하단챔버와 상단챔버 간에 50 ~ 100 Torr 만큼의 기압차가 발생되도록 한 후에 감압밸브를 폐쇄하는 제3단계(S30) 및 중앙격벽 중앙부의 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하기 이전에는 상기 하단챔버의 기압이 상단챔버의 기압에 비하여 더 높기 때문에 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하는 즉시 하단챔버의 피측정물에서 발생한 VOC 누출가스가 있으면 누출된 VOC 누출가스가 제1의 공기유량 체크모듈의 개방된 진공밸브를 통하여 이와 직렬 연결된 검출모듈의 VOC 가스 통로관으로 즉시 유입되면서 VOC 누출가스가 통과되는 통로관에 배치된 PID센서와 반도체센서를 각각 두 개씩 이중화된 VOC 검출센서로부터 피측정물로부터 누출되는 VOC 누출가스를 검출할 수 있는 제4단계(S40);를 포함하여 감압을 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스의 검출방법은, 컨베이어를 따라 피측정물이 탑재되는 트레이가 이송되어 감압챔버로 근접하는 단계(S100)와, 감압챔버 입구에 구비되는 QR판독모듈로부터 감압챔버에 근접되는 피측정물의 정보(Lot, Serail 번호)를 판독하는 단계(S200)와, 상기 피측정물의 정보를 판독하는 단계(S100) 후에 감압챔버의 하단챔버에 구비되는 개방된 상태의 슬라이드 도어를 통과하여 피측정물이 감압챔버의 하단챔버 내부로 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입하는 단계(S300)와, 상기 (S300)단계의 감압챔버의 하단챔버 내부로 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입하면, 상기 하단챔버의 슬라이드 도어를 하강시켜서 감압챔버의 하단챔버를 밀폐상태로 유지하고, 상기 하단챔버의 하단에 배치되는 컨베이어에 장착된 위치검출센서가 피측정물을 인식하여 하단챔버 내부의 중심부에 트레이를 정지시켜서 피측정물이 더 이상 움직이지 않도록 배치하며, 상기 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입함과 동시에 상기 감압챔버의 중앙격벽에 구비되는 5개의 공기유량 체크모듈 각각에 구비되는 진공밸브을 모두 폐쇄하고 상측에 마련된 상단쳄버에 구비되는 감압밸브를 개방하여 배출관을 통한 진공펌프에 의하여 공기를 외부로 배출 감압하여 상단챔버를 진공상태로 유지하는 단계(S400)와, 피측정물이 탑재된 트레이가 하단챔버 내부의 하단부 중심에 정지하여 배치되면, 하단챔버 하단부에 구비되는 대기밸브와 원뿔형의 중앙격벽의 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 폐쇄상태로 유지하고, 원뿔형의 중앙격벽 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈을 기준으로 격자형으로 배치되는 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방상태로 유지하는 단계(S500)와, 외부의 진공펌프를 작동하여 중앙격벽의 상부측에 위치하는 상단챔버의 상부면에 배치되는 진공펌프와 배출관으로 연결된 감압밸브를 통하여 감압챔버인 하단챔버 및 상단챔버 내부에 존재하는 모든 공기를 외부로 배출하는 단계(S600)와, 상기 원뿔형의 중앙격벽 중심부를 기준으로 격자형으로 배치된 4개의 공기유량 체크모듈에 구비되는 공기유량센서의 압력이 0.00 L/min에 도달될 때까지 하단챔버의 공기압을 감압시켜서 감압챔버의 하단챔버 내부를 진공상태가 유지되도록 감압을 진행하는 단계(S700)와, 4개의 공기유량 체크모듈의 공기유량센서에 대한 압력이 0.00L/min에 도달되면 상기 개방된 격자형으로 배치된 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 페쇄하고, 중앙격벽의 상부에 위치하는 상단챔버의 대기압이 압력계의 현 상태 압력에 비하여 50-100 Torr 만큼 더 낮도록 진공펌프를 동작시켜 추가로 상단챔버의 공기압을 추가 감압을 진행하는 단계(S800) 및 추가 감압(S800)이 완료되면, 감압밸브를 페쇄하고 검출모듈의 하부에 연결된 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하여 중앙격벽으로 분리된 상단챔버와 하단챔버의 기압 차를 이용하여 하단챔버의 컨베이어에 정지된 트레이에 탑재된 피측정물로부터 누출되는 VOC 누출가스를 하단챔버에서 상단챔버로 공기가 하방에서 상방으로 이동되는 검출모듈에 구비되는 통로관을 따라 이동하는 5 ~ 10초 동안에 통로관에 이중으로 배치되는 PID센서와 반도체센서를 통하여 VOC 누출가스를 검출하는 단계(S900); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, QR판독모듈로부터 판독된 피측정물의 판독정보(Lot, Serial 번호)를 제어모듈로 전송하는 단계(S210)와, 제어모듈은 상기 수신된 피측정물의 판독정보를 관리모듈로 전송하여 관리모듈에 구비되는 저장부에 피측정물의 판독정보를 저장하여 관리하는 단계(S220); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, VOC 누출가스의 검출이 완료(S900)되면, 중앙격벽 중심부에 배치된 진공밸브가 개방된 제1의 공기유량 체크모듈을 제외한 나머지 모든 밸브, 즉, 대기밸브와 감압밸브를 비롯하여 진공밸브가 폐쇄된 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈 각각의 진공밸브를 개방하여 감압챔버 내의 공기압이 대기압으로 설정되도록 제어하고, 슬라이드 도어를 개방하여 하단챔버 내부의 하단 중심부에 정지하여 배치된 피측정물이 탑재된 트레이를 동작시켜 하단챔버의 외부로 이송하는 단계(S1000)와, VOC 누출가스가 발생한 피측정물을 육안으로 식별할 수 있도록 표시모듈은 피측정물에 불량여부를 확인할 수 있는 인식표를 마킹하는 단계(S1100) 및 상기 (S900)단계를 수행을 완료한 후, VOC 누출가스로 인하여 감압챔버 부에 구비되는 검출모듈의 VOC 검출센서(PID센서, 반도체센서)에서 오염이 발생하는 경우에 하단챔버에 구비되는 입구측/출구측의 슬라이드 도어와 대기밸브 및 감압밸브가 개방된 상태에서 검출모듈과 연결된 제1의 공기유량 체크 모듈의 진공밸브는 개방하고 나머지 4개인 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈의 진공밸브는 페쇄한 상태에서 진공펌프를 동작시켜 감압밸브를 통하여 강제로 강한 공기흐름을 주입시켜서 검출모듈 내부 및 VOC 검출센서(PID센서, 반도체센서)를 공기로 세척하여 오염을 제거하는 단계(S1110); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법은, 상단챔버와 하단챔버로 분리된 2개의 감압챔버 내의 대기 압력차를 이용하여 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)에서 발생하는 VOC 누출가스를 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 감압챔버에 구비되는 공기유량 체크모듈의 공기유량센서를 이용하여 파우치형 배터리의 밀봉상태를 손상하지 않으면서 VOC 누출가스의 검출이 용이하며 검출모듈 내에 PID센서와 반도체센서를 이중적으로 구비하여 센서 특성에 따른 오차를 최소화하여 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 피측정물의 누출가스 검출 시에 VOC 누출가스 인하여 검출센서의 오염이 발생하면 검출모듈과 직렬로 연결된 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하여 공기로 세척할 수 있으므로 검출모듈에 구비되는 VOC 검출센서의 오염에 따른 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 감압챔버의 하단챔버에 2개의 슬라이드 도어(입구측의 슬라이드 도어, 출구측의 슬라이드 도어)를 구비하여 감압 시에는 슬라이드 도어가 하강하여 밀폐되고 생산라인에서 트레이를 통한 피측정물이 이송 시에 자동으로 개방되어 자동화된 생산라인을 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치의 전체적인 구성도이다.
도 2은 본 발명에 따른 상단 감압챔버와 하단 감압챔버를 분리하는 중앙격벽에 배치되는 공기유량 체크모듈의 배치도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기유량 체크모듈의 확대도이다,
도 4는 VOC 누출가스를 검출하는 검출모듈의 확대도이다,
도 2은 본 발명에 따른 상단 감압챔버와 하단 감압챔버를 분리하는 중앙격벽에 배치되는 공기유량 체크모듈의 배치도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기유량 체크모듈의 확대도이다,
도 4는 VOC 누출가스를 검출하는 검출모듈의 확대도이다,
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며 아울러 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치의 전체적인 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 VOC 누출가스의 검출장치(10)는, 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)(50)에서 발생하는 VOC 누출가스를 대기 압력차를 이용하여 검출하는 원리를 이용한 검출방식이다.
본 발명에 따르면, 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)(50)의 온도를 상승시키지 않고서도 온도와 무관하게 챔버의 감압과정을 진행하여 강제적으로 상기 피측정물(50) 주변의 대기 압력을 낮추게 되면 피측정물(50)인 배터리 내부에 주입된 전해액의 분자운동이 활발해져서 점성이 낮아지므로 비록 전해액의 점성으로 미세한 구멍이나 균열이 발생되어 막혀 있던 부분이 뚫어지게 되므로써 전해액이 직접적으로 누액되지 않는다 하더라도 전해액으로부터 발생하는 VOC 누출가스가 피측정물(50)인 배터리 외부로 누출되면 본 발명에 따라 구비되는 검출센서에 의하여 용이하게 검출할 수 있는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치(10)에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 VOC 누출가스를 검출하는 대상물인 피측정물(배터리셀 또는 배터리모듈)(50)이 컨베이어(11) 상의 자동으로 이동시키는 이송 설비인 트레이(15)에 탑재되어 VOC 누출가스를 검출하는 검출센서가 구비되어 있는 감압챔버(100)로 이송된다.
상기 감압챔버(100) 내부로 컨베이어(11)를 통하여 피측정물(50)이 탑재된 트레이(15)가 이송되어 상기 감압챔버(100) 내의 컨베이어(11)에 장착된 위치검출센서(12)에 의하여 감압챔버(100) 중심부에 정지되어 VOC 누출가스에 대한 검출과정이 진행된다.
본 발명에 따른 감압챔버(100)는, 2개의 감압챔버인 하단챔버(110)와 상단챔버(120) 및 상기 하단챔버(110)와 상단챔버(120)를 분리하는 원뿔형의 경사진면으로 형성되는 중앙격벽(130)으로 포함하여 피측정물(50)의 VOC 누출가스를 검출할 수 있다.
상기 감압챔버(100)는, 원뿔형의 경사진면으로 형성되는 중앙격벽(130)에 의하여 하방에 위치하는 하단챔버(110)와 상방에 위치하는 상단챔버(120)로 구획하여 분리된다.
상기 하단챔버(110)는, 좌우 양측 입구측/출구측의 슬라이드 도어(115)가 구비되어 상기 컨베이어(11)를 통해 피측정물(50)이 탑재된 트레이(15)를 내부로 진입하고 외부로 배출되도록 제어 통제하며, 상기 감압챔버(100)의 감압 시에 폐쇄하여 하단챔버(110)를 밀폐시킬 수 있다.
상기 하단챔버(110)의 입구에는 컨베이어(11)를 통하여 감압챔버(100)의 하단챔버(110)로 이송되어 근접되는 트레이(15)에 탑재된 피측정물(50)에 표시된 바코드나 QR코드를 판독하여 피측정물(50)의 정보(제품의 Lot번호 및 일련번호(Serial number)를 판독하여 제어모듈(140)로 전송하는 QR판독모듈(QR reading module)(101)이 구비되며, 상기 하단챔버(110)의 출구에는 검출과정을 완료한 후 출구측의 슬라이드 도어(115)를 통하여 외부로 배출되는 VOC 누출가스가 발생한 피측정물을 인식할 수 있도록 피측정물(50)에 인식표를 표기하는 표시모듈(Marking module)(105)을 구비한다.
상기 하단챔버(110)의 하부의 컨베이어(11) 상에는 진입되어 이송되는 피측정물(50)이 탑재된 트레이(15)를 하단챔버(120)의 중앙부에 정지할 수 있도록 제어하는 위치를 감지하는 센서인 위치검출센서(12)가 배치된다.
또한 상기 하단챔버(110)의 하부에는 대기밸브(102)가 구비되어 제어모듈(140)의 제어동작에 의하여 상기 하단챔버(110)의 내부 기압을 감압할 경우에는 밸브를 폐쇄하고 VOC 누출가스의 검출과정을 진행한 후에는 밸브를 개방(open)하여 감압챔버(100) 내의 기압을 대기압과 일치하도록 한다.
도 2은 본 발명에 따른 상단 감압챔버와 하단 감압챔버를 분리하는 중앙격벽에 배치되는 공기유량 체크모듈의 배치도이다,
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중앙격벽(130)은 미량의 VOC 누출가스가 중앙으로 이동되어 집중되도록 감압챔버(100)의 중심부를 기준으로 원뿔형의 경사면으로 형성한다.
하측의 하단챔버(110)와 상측의 상단챔버(120)로 구획되어 분리하는 중앙격벽(130)은 감압챔버(100) 내부 중심을 기준으로 사방으로 경사지는 경사진면으로 이루어지는 원뿔형상으로 형성되며 중심부 꼭지점에는 검출모듈(300)과 그 하부에 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)을 직렬로 연결되어 배치된다.
상기 중앙격벽(130) 경사면에는 중앙격벽(130)의 중심부에 배치되는 검출모듈(300)과 직렬로 연결된 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)을 기준으로 그 주변에 는 4개의 공기유량 체크모듈(200-2 ~ 200-5)이 격자형태로 배치된다.
상기 감압챔버(100)의 내부 기압을 감압할 경우에는 하단챔버(110)의 공기가 상기 공기유량 체크모듈(200)을 경유하여 상단챔버(120)를 통과하여 진공펌프(160)와 배출관(104)을 통하여 연결되는 감압밸브(103)를 통하여 배출되고 배출관(104)과 진공펌프(160)를 통하여 외부로 배출되도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 공기유량 체크모듈의 확대도이다. 도시된 바와 같이, 상기 공기유량 체크모듈(200)은 중앙격벽(130)을 관통하여 배치되며, 감압시에 진공상태를 확인하기 위하여 개방(open)/폐쇄(close) 작동에 의하여 공기의 흐름을 제어하는 진공밸브(201)와 공기유량센서(202)로 이루어지며, 상기 진공밸브(201)를 통과하는 하측의 하단챔버(110)로부터 상측의 상단챔버(120)로 유입되는 감압챔버(100) 내의 공기유무를 상기 공기유량센서(202)를 통하여 확인할 수 있다.
도 4는 VOC 누출가스를 검출하는 검출모듈의 확대도이다,
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 검출모듈(300)은 다단으로 절곡되는 VOC 누출가스가 통과되는 통로관(310)과, 상기 통로관(310)을 통하여 통과되는 VOC 누출가스를 검출하기 위한 VOC 검출센서(320)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세하게는, 도시된 바와 같이 VOC 검출센서(320)는 두 개의 PID(Photo Ionic Detector)센서(321)와 두 개의 반도체센서(322)를 이중적으로 배치하여 보다 정밀하게 VOC 누출가스를 검출할 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기 하단챔버(110)의 가스가 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)의 개방된 진공밸브(201)를 통과하여 공기유량센서(202)를 경유하여 상기 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)의 상부에 직렬로 연결되는 검출모듈(300)의 통로관(310)을 통과하여 VOC 검출센서(320)의 제1의 PID센서(321)에서 VOC 누출가스를 검출하고 그 측부에 배치되는 제1의 반도체센서(322)에서 검출하고 다음으로 제2의 반도체센서(322)에서 VOC 누출가스를 검출한 후 마지막으로 그 상부에 배치되는 제2의 PID센서(321)에서 검출과정을 거친 후에 통로관(310)을 통하여 상단밸브(120) 측으로 가스가 배출된다.
본 발명에 따른 반도체센서(322)는 상기 PID센서(321)에 비하여 반응 민감도가 보다 뛰어나기 때문에 검출모듈 내의 오염 여부에 대하여 체크가 가능하기 때문에 오염이 발견되면 즉시 통로관(310)에 대한 세척을 수행한다. 반면에 상기 PID센서(321)는 오염 체크에 둔감하여 VOC 누출가스에 대해서만 검출한다.
따라서, 본 발명에 따르면, VOC 검출센서(320)가 두 개의 PID센서(321)와 두 개의 반도체센서(322)로 형성되어 검출모듈(300)에서 VOC 누출가스 검출 및 오염 체크 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 상단챔버(110) 상단부에는 진공펌프(160)와 배출관(104)에 의하여 연결되어 감압챔버(100)의 감압 시에 챔버 내의 공기를 외부로 배출하기 위하여 폐쇄/개방되는 감압밸브(103)를 구비한다.
상기 상단밸브(110)는, 감압시에 감압챔버(100) 내의 압력을 표시하는 압력계(400)와 감압챔버(100) 내의 온도를 표시하는 온도계(500)를 구비할 수 있다.
상기 상단밸브(110)는, 챔버 내부의 공기유량, VOC 누출가스 유무, 압력, 온도 및 피측정물(50)의 정보 등을 LCD/LED로 표시되는 표시부(600)와, VOC 누출가스가 검출되면 알람음으로 경고하여 관리자가 실시간 대응할 수 있는 알람부(700)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 제어모듈(140)은 본 발명의 VOC 누출가스 검출장치(10)에서 하단챔버(110)에 구비되는 대기밸브(102)와 상단챔버(120)에 구비되는 감압밸브(103) 및 5개의 공기유량 체크모듈(200)의 하부에 구비되는 진공밸브(201)의 폐쇄/개방동작을 제어한다.
또한 제어모듈(140)은, 하단챔버(110) 입구 및 출구측에 구비되는 슬라이드 도어(115)의 폐쇄(close)/개방(open) 작동의 제어와, QR판독모듈(101), 표시모듈(105) 및 하단챔버(110) 내부에 진입되는 트레이(15)의 정지동작/진행동작을 제어하며, 5개의 공기유량 체크모듈(200)에 구비되는 공기유량센서(202)와 검출모듈(300)에 구비되는 두 개의 PID센서(321)와 두 개의 반도체센서(322) 및 감압밸브(103)와 연결되어 배출관(104)과 연결되는 진공펌프(160)를 제어하고 압력계(400)와 온도계(500)로부터 측정되는 검출데이타를 수집하여 관리모듈(150)과 연결되어 데이터를 송수신한다.
관리모듈(150)은 감압챔버(100) 내부의 상황(온도, 압력, 공기유량, VOC 누출가스 등)을 실시간적으로 모니터링 하고, 제어모듈(140)을 통한 누출가스 검출장치(10) 내에 구비되는 감압챔버(100)의 공기유량 체크모듈(200), 검출모듈(300), 트레이(15), 슬리이드 도어(115), 표시기(600), 알림부(700), 및 모든 밸브 및 센서들, QR판독모듈(101), 표시모듈(105) 등을 제어하고 실시간 모니터링하며, 누출가스 검출장치(100)의 각종 센서로부터 수신되는 검출데이터와 피측정물(50)의 정보를 저장부(155)에 저장하여 통합 관리한다.
본 발명에 따른 VOC 누출가스의 검출 원리 및 방식은 다음과 같은 과정으로 진행될 수 있다.
(1 단계) 하단챔버(110)에 트레이에 탑재된 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)(50)이 하단챔버(110)에 유입됨과 동시에 공기유량 체크모듈(200)에 구비된 5개의 진공밸브(201)를 폐쇄하고, 상단챔버(120)는 감압밸브(103)를 개방하고 감압밸브(103)와 배출관(104)을 통하여 연결되는 진공펌프(160)를 동작하여 상단챔버(120)의 기압을 진공상태(600 ~ 700 Torr)로 감압한다.
이 경우에 하단챔버(110))는 대기압 상태이고, 상단챔버(120)는 진공상태이기 때문에 하단챔버(110))와 상단챔버(120)는 기압 차이가 형성된다.
(2 단계) 피측정물(50)이 하단챔버(110) 중앙부에 위치하면 2개의 슬라이드 도어(115)를 폐쇄하여 하단챔버(110)를 밀폐시키고 중앙격벽(130) 중심부의 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)의 진공밸브(201)는 폐쇄한 상태로 유지하고 이를 제외한 중앙격벽(130) 경사면에 배치된 격자형의 4개의 공기유량 체크모듈(200-2 ~ 200-5)의 진공밸브(201)를 개방하고 진공펌프(160) 동작하여 감압밸브(103)를 통하여 공기를 감압챔버(100) 외부로 배출하여 하단챔버(110) 역시도 진공상태로 유지되도록 한다.
이 경우에는 4개의 진공밸브(201)를 개방하기 전에는 하단챔버(110)와 상단챔버(120)의 기압 차이가 존재하기 때문에 4개의 진공밸브(201)를 개방하는 즉시 하단챔버(110)의 공기가 상단챔버(120)로 상승하여 짧은 시간 내에 하단챔버(110)와 상단챔버(120)의 기압이 모두 동일한 진공상태로 되기 때문에 양 챔버의 압력은 진공상태(공기유량센서가 0.00L/min)와 동일한 상태가 될 때까지 감압한다.
(3 단계) 5개의 공기유량 체크모듈(200)의 진공밸브(201)를 모두 폐쇄하고, 상기 상단챔버의 기압을 하단챔버에 비하여 50 ~ 100 Torr 만큼 더 낮게 상기 감압밸브(103)를 개방하여 추가 감압과정을 수행한다.
따라서, 이 경우에는 상기 하단챔버(110)와 상단챔버(120)는 50 ~ 100 Torr 만큼의 기압차가 발생되도록 한 후에 감압밸브(103)를 폐쇄한다.
(4 단계) 중앙격벽(130) 중앙부의 제1의 공기유량 체크모듈(200)의 진공밸브(201)를 개방하기 이전에는 상기 하단챔버(110)의 기압이 상단챔버(120)의 기압에 비하여 더 높기 때문에 이때 제1의 공기유량 체크모듈(200)의 진공밸브(201)를 개방하는 즉시 하단챔버(110)의 피측정물(50)에서 발생한 VOC 누출가스가 있으면 누출된 VOC 누출가스가 제1의 공기유량 체크모듈(200)의 개방된 진공밸브(201)를 통하여 이와 직렬 연결된 검출모듈(300)의 VOC 가스 통로관(310)으로 즉시 유입되면서 VOC 가스 통로관(310)에 배치된 PID센서(321)와 반도체센서(322)를 각각 두 개씩 이중화된 VOC 검출센서로부터 피측정물(50)로부터 누출되는 VOC 누출가스를 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치를 이용하여 전해액이 주입된 배터리로부터 누출되는 VOC 누출가스의 검출방법은 다음과 같다.
컨베이어(11)를 따라 피측정물(50)이 탑재되는 트레이(15)가 이송되어 VOC 누출가스 검출장치(10)의 감압챔버(100)로 근접하는 단계(S100);
감압챔버(100) 입구에 구비되는 QR판독모듈(101)로부터 감압챔버(100)에 근접되는 피측정물(50)의 정보(Lot, Serail 번호)를 판독하는 단계(S200);
QR판독모듈(101)로부터 판독된 피측정물(50)의 판독정보(Lot, Serial 번호)를 제어모듈(140)로 전송하는 단계(S210);
제어모듈(140)은 상기 수신된 피측정물(50)의 판독정보(Lot, Serial 번호)를 관리모듈(150)로 전송하여 관리모듈(150)에 구비되는 저장부(155)에 피측정물(50)의 판독정보를 저장하여 관리하는 단계(S220);
상기 피측정물(50)의 정보를 판독하는 단계(S100) 후에 감압챔버(100)의 하단챔버에 구비되는 개방된 상태의 슬라이드 도어(115)를 통과하여 피측정물(50)이 감압챔버(100)의 하단챔버(110) 내부로 피측정물(50)이 탑재되는 트레이(15)가 진입하는 단계(S300);
상기 (S300)단계의 감압챔버(100)의 하단챔버(110) 내부로 피측정물(50)이 탑재되는 트레이(15)가 진입하면, 상기 감압챔버(100)의 하단챔버(110)에 구비되는 슬라이드 도어(115)를 하강시켜서 감압챔버(100)의 하단챔버(110)를 밀폐상태로 유지하고, 상기 하단챔버(110)의 하단에 배치되는 컨베이어(11)에 장착된 위치검출센서(12)가 피측정물(50)을 인식하여 하단챔버(110) 내부의 중심부에 트레이(15)를 정지시켜서 피측정물(50)이 더 이상 움직이지 않도록 배치하며, 상기 피측정물(50)이 탑재되는 트레이(15)가 진입함과 동시에 상기 감압챔버(100)의 중앙격벽(130)에 구비되는 5개의 공기유량 체크모듈(200-1 ~ 200-5) 각각에 구비되는 진공밸브(201) 모두를 폐쇄하고 상측에 마련된 상단챔버(120) 내의 감압밸브(103)를 개방하여 배출관(104)을 통한 진공펌프(160)를 동작하여 공기를 외부로 배출 감압하여 상단챔버(120)를 진공상태로 유지하는 단계(S400);
피측정물(50)이 탑재된 트레이(15)가 하단챔버(110) 내부의 하단부 중심에 정지하여 배치되면, 하단챔버(110) 하단부에 구비되는 대기밸브(102)와 원뿔형의 중앙격벽(130) 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈(200-1)의 진공밸브(201)를 폐쇄상태로 유지하고, 원뿔형의 중앙격벽(130) 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈(200-1)을 기준으로 격자형으로 배치되는 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈(200-2 ~ 200-5)의 진공밸브(201)를 개방상태로 유지하는 단계(S500);
외부의 진공펌프(160)를 작동하여 중앙격벽(130)의 상부측에 위치하는 상단챔버(120)의 상부면에 배치되는 배출관(104)으로 연결되는 감압밸브(103)를 통하여 감압챔버(100)인 하단챔버(110) 및 상단챔버(120) 내부에 존재하는 모든 공기를 외부로 배출하는 단계(S600);
상기 원뿔형의 중앙격벽(130) 중심부를 기준으로 격자형으로 배치된 4개의 공기유량 체크모듈(200-2 ~ 200-5)에 구비되는 공기유량센서(202)의 압력이 0.00 L/min에 도달될 때까지 하단챔버(110)의 공기압을 감압시켜서 감압챔버(100)의 하단챔버(110) 내부를 진공상태가 유지되도록 감압을 진행하는 단계(S700);
4개의 공기유량 체크모듈(200-2 ~200-5)의 공기유량센서(202)에 대한 압력이 0.00L/min에 도달되면 상기 개방된 격자형으로 배치된 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈(200-2 ~ 200-5) 각각에 구비되는 진공밸브(201) 모두를 페쇄하고, 중앙격벽(130)의 상부에 위치하는 상단챔버(120)의 대기압이 압력계(140)의 현 상태 압력에 비하여 50-100 Torr 만큼 더 낮도록 진공펌프(140)를 동작하여 상단챔버(120)에 추가 감압을 진행하는 단계(S800);
추가 감압(S800)이 완료되면, 감압밸브(103)를 페쇄하고 검출모듈(300)의 하부에 연결된 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)의 진공밸브(201)를 개방하여 중앙격벽(130)으로 분리된 상단챔버(120)와 하단챔버(110)의 대기 압력차를 이용하여 하단챔버(110)의 컨베이어(11)에 정지하여 배치된 트레이(15)에 탑재된 피측정물(50)로부터 누출되는 VOC 누출가스를 하단챔버(110)에서 상단챔버(120)로 공기가 하방에서 상방으로 이동되는 검출모듈(300)에 구비되는 통로관(310)을 따라 이동하는 5 ~ 10초 동안에 통로관(310)에 이중으로 배치되는 PID센서(321)와 반도체센서(322)를 통하여 VOC 누출가스를 검출하는 단계(S900)
VOC 누출가스의 검출이 완료(S900)되면, 중앙격벽(130)의 중심부에 배치된 진공밸브(201)가 개방된 제1의 공기유량 체크모듈(200-1)을 제외한 나머지 모든 밸브, 즉, 대기밸브(102)와 감압밸브(103)를 비롯하여 진공밸브(201)가 폐쇄된 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈 각각의 진공밸브(201)를 개방하여 감압챔버(100) 내의 공기압이 대기압으로 설정되도록 제어하고, 슬라이드 도어(115)를 개방하여 하단챔버(110) 내부의 하단 중심부에 정지하여 배치된 피측정물(50)이 탑재된 트레이(15)를 동작시켜 하단챔버(110)의 외부로 이송하는 단계(S1000);
VOC 누출가스가 발생한 피측정물(50)을 육안으로 식별할 수 있도록 표시모듈(105)은 피측정물(50)에 불량여부를 확인할 수 있는 인식표를 마킹하고 피측정물(50)의 정보와 VOC 누출가스의 검출데이터를 제어모듈(120)을 경유하여 관리모듈(130)로 전송하는 단계(S1100);
이때 VOC 누출가스로 인하여 감압챔버(100) 내부에 구비되는 검출모듈(300)의 VOC 검출센서(320)(PID센서(321), 반도체센서(322))에서 오염이 발생하는 경우에 하단챔버(110)에 구비되는 입구측/출구측의 슬라이드 도어(115)와 대기밸브(102) 및 감압밸브(103)가 개방된 상태에서 검출모듈(300)과 연결된 제1의 공기유량 체크 모듈(200-1)의 진공밸브(201)는 개방하고 나머지 4개인 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈(200-2 ~200-5)의 진공밸브(201)는 폐쇄한 상태에서 진공펌프(160)를 동작시켜 감압밸브(103)를 통하여 강제로 강한 공기흐름을 주입시켜서 검출모듈(300) 내부 및 VOC 검출센서(320)(PID센서(321), 반도체센서(322))를 공기로 세척하여 오염을 제거하는 단계(S1110); 를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치 및 이를 이용한 검출방법은, 상단챔버와 하단챔버로 분리된 2개의 감압챔버 내의 대기 압력차를 이용하여 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)에서 발생하는 VOC 누출가스를 정확하게 검출할 수 있으며, 상기 감압챔버에 구비되는 공기유량 체크모듈의 공기유량센서를 이용하여 파우치형 배터리의 밀봉상태를 손상하지 않으면서 VOC 누출가스의 검출이 용이하며 검출모듈 내에 PID센서와 반도체센서를 이중적으로 구비하여 센서 특성에 따른 오차를 최소화하여 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 또한, 본 발명에 따르면, 피측정물의 누출가스 검출 시에 VOC 누출가스 인하여 검출센서의 오염이 발생하면 검출모듈과 직렬로 연결된 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하여 공기로 세척할 수 있으므로 검출모듈에 구비되는 VOC 검출센서의 오염에 따른 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
10 : VOC 누출가스 검출장치
11 : 컨베이어 12 : 위치검출센서
15 : 트레이 50 : 피측정물
100 : 감압챔버
101 : QR판독모듈 102 : 대기밸브
103 : 감압밸브 104 : 배출관
105 : 표시모듈
110 : 하단챔버 115 : 슬라이드 도어
120 : 상단챔버 130 : 중앙격벽
140 : 제어모듈 150 : 관리모듈
155 : 저장부 160 : 진공펌프
200, 200-1, 200-2, 200-3, 200,4, 200-5 : 공기유량 체크모듈
201 : 진공밸브 202 : 공기유량센서
300 : 검출모듈
310 : 통로관 320 : VOC 검출센서
321 : PID센서 322 : 반도체센서
400 : 압력계 500 : 온도계
600 : 표시부 700 : 알람부
11 : 컨베이어 12 : 위치검출센서
15 : 트레이 50 : 피측정물
100 : 감압챔버
101 : QR판독모듈 102 : 대기밸브
103 : 감압밸브 104 : 배출관
105 : 표시모듈
110 : 하단챔버 115 : 슬라이드 도어
120 : 상단챔버 130 : 중앙격벽
140 : 제어모듈 150 : 관리모듈
155 : 저장부 160 : 진공펌프
200, 200-1, 200-2, 200-3, 200,4, 200-5 : 공기유량 체크모듈
201 : 진공밸브 202 : 공기유량센서
300 : 검출모듈
310 : 통로관 320 : VOC 검출센서
321 : PID센서 322 : 반도체센서
400 : 압력계 500 : 온도계
600 : 표시부 700 : 알람부
Claims (12)
- 대기 압력차를 이용하여 피측정물의 VOC 누출가스를 검사하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치로서,
중앙격벽에 의하여 하단챔버와 상단챔버로 분리 형성되는 감압챔버와;
미량의 VOC 누출가스가 중앙으로 집중되고 이동이 용이하도록 격자형 감압챔버의 중심부를 기준으로 원뿔형의 경사면으로 형성되어 상기 하단챔버와 상단챔버를 구획하여 분리하는 중앙격벽과;
상기 중앙격벽의 원뿔형의 중심부 꼭지점에 구비되는 검출모듈과;
상기 검출모듈 하부에 직렬로 연결되어 형성되는 제1의 공기유량 체크모듈과;
상기 중심부의 검출모듈과 직렬로 연결된 제1의 공기유량 체크모듈 주변으로 원뿔형의 중앙격벽 경사면에 격자형으로 배치되어 형성되는 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈과;
상기 하단챔버의 하부에는 제어모듈의 제어동작에 의하여 상기 하단챔버의 내부 기압을 감압할 경우에는 밸브를 폐쇄하고, VOC 누출가스의 검출과정을 진행한 후에 밸브를 개방하여 감압챔버 내의 기압을 대기압과 일치되도록 개폐되는 대기밸브; 및
상기 상단챔버의 상부에는 감압챔버의 내부 기압을 감압할 경우에는 하단챔버의 공기가 상기 공기유량 체크모듈을 경유하여 상단챔버를 통과하여 밸브가 폐쇄/개방되어 외부로 배출하는 감압과정을 진행하기 위하여 형성되는 감압밸브; 를 포함하며,
상기 제1 내지 제5의 공기유량 체크모듈은 중앙격벽을 관통하여 배치되며, 감압시에 진공상태를 확인하기 위하여 개방/폐쇄 작동에 의하여 공기의 흐름을 제어하는 진공밸브와, 상기 진공밸브를 통과하는 하측의 하단챔버로부터 상측의 상단챔버로 유입되는 감압챔버 내의 공기유무를 검출하는 공기유량센를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 하단챔버에는 감압챔버의 감압과정을 진행하기 위하여 하단챔버를 폐쇄하여 밀폐하기 위한 입구측/출구측의 슬라이드 도어와;
상기 하단챔버 하부의 컨베이어 상에는 하단챔버 내부로 진입되어 이송되는 피측정물이 탑재된 트레이를 하단챔버의 중앙부에 정지할 수 있도록 제어하기 위하여 위치를 감지하기 위하여 배치되는 위치검출센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 하단챔버의 입구에는 컨베이어를 통하여 감압챔버의 하단챔버로 이송되어 근접되는 트레이에 탑재된 피측정물에 표시된 바코드나 QR코드를 판독하여 피측정물의 정보(제품의 Lot번호 및 일련번호)를 판독하여 제어모듈로 전송하는 QR판독모듈과;
상기 하단챔버의 출구에는 VOC 누출가스 검출과정을 완료한 후 출구측의 슬라이드 도어가 개방되어 외부로 배출되는 VOC 누출가스가 발생한 피측정물을 인식할 수 있도록 피측정물에 인식표를 표기하는 표시모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 중앙격벽의 원뿔형의 중심부 꼭지점에 구비되는 검출모듈은,
다단으로 절곡되는 VOC 누출가스가 통과되는 통로관과;
상기 통로관을 통하여 통과되는 VOC 누출가스를 검출하기 위한 VOC 검출센서; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 VOC 검출센서는 두 개의 PID센서와 두 개의 반도체센서로 이중적으로 형성되며, 상기 하단챔버의 가스가 제1의 공기유량 체크모듈의 개방된 진공밸브를 통과하여 공기유량센서를 경유하여 상기 제1의 공기유량 체크모듈의 상부에 직렬로 연결되는 검출모듈의 통로관을 통과하여 VOC 검출센서의 제1의 PID센서에서 VOC 누출가스를 검출하고 그 측부에 배치되는 제1의 반도체센서에서 검출하고 연이어서 제2의 반도체센서에서 VOC 누출가스를 검출한 후 마지막으로 제2의 PID센서에서 검출과정을 거친 후에 통로관을 통하여 상단밸브 측으로 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 청구항 3에 있어서,
하단챔버에 구비되는 대기밸브와 상단챔버에 구비되는 감압밸브 및 5개의 공기유량 체크모듈의 하부에 구비되는 진공밸브의 폐쇄/개방동작의 제어와,
하단챔버 입구 및 출구측에 구비되는 슬라이드 도어의 폐쇄/개방 작동의 제어와, QR판독모듈, 표시모듈 및 하단챔버 내부에 진입되는 트레이의 정지동작/진행동작의 제어, 및
5개의 공기유량 체크모듈에 구비되는 공기유량센서와 검출모듈에 구비되는 두 개의 PID센서와 두 개의 반도체센서 및 감압밸브와 연결되어 배출관과 연결되는 진공펌프를 제어하기 위한 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 상단챔버는,
감압 시에 감압챔버 내의 압력을 표시하는 압력계와;
감압챔버 내의 온도를 표시하는 온도계와;
감압챔버 내부의 공기유량, VOC 누출가스 유무, 압력, 온도 및 피측정물의 정보 등을 LCD/LED로 표시하기 위하여 형성되는 표시부와;
VOC 누출가스가 검출되면 알람음으로 경고하여 관리자가 실시간 대응할 수 있는 알람부; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 검출장치. - 하단챔버 내부로 트레이에 탑재된 피측정물(배터리셀이나 배터리모듈)이 유입됨과 동시에 공기유량 체크모듈에 구비된 5개의 진공밸브를 폐쇄하고, 상단챔버에 구비되는 감압밸브를 개방하고, 상기 감압밸브와 배출관을 통하여 연결되는 진공펌프를 동작하여 상기 하단챔버는 대기압 상태로 유지하고, 상기 상단챔버는 진공상태로 유지하여 상기 하단챔버와 상단챔버간에 기압 차이가 형성되도록 상단챔버의 기압을 진공상태(600 ~ 700 Torr)로 감압하는 제1단계(S10)와;
상기 피측정물이 하단챔버의 중앙부에 위치하면 2개의 슬라이드 도어를 폐쇄하여 하단챔버를 밀폐시키고 중앙격벽의 중심부에 구비되는 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브는 폐쇄한 상태로 유지하고, 이를 제외한 중앙격벽 경사면에 배치된 격자형의 4개의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하고, 진공펌프를 동작하여 감압밸브를 통하여 공기를 감압챔버 외부로 배출하여 하단챔버 역시도 진공상태로 유지하는 제2단계(S20)와;
상기 제2단계(S20)에서 4개의 진공밸브를 개방하기 이전에 하단챔버와 상단챔버의 기압 차이가 존재하여 4개의 진공밸브를 개방하는 즉시 하단챔버의 공기가 상단챔버로 상승하여 짧은 시간 내에 하단챔버와 상단챔버의 기압이 모두 동일한 진공상태로 되도록 양 챔버의 압력이 진공상태(공기유량센서가 0.00L/min)와 동일한 상태가 될 때까지 감압하는 과정을 수행하며,
5개의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 모두 폐쇄하고, 상기 상단챔버의 기압을 하단챔버에 비하여 50 ~ 100 Torr 만큼 더 낮게 상기 감압밸브를 개방하여 추가 감압과정을 수행하며 상기 하단챔버와 상단챔버 간에 50 ~ 100 Torr 만큼의 기압차가 발생되도록 한 후에 감압밸브를 폐쇄하는 제3단계(S30); 및
중앙격벽 중앙부의 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하기 이전에는 상기 하단챔버의 기압이 상단챔버의 기압에 비하여 더 높기 때문에 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하는 즉시 하단챔버의 피측정물에서 발생한 VOC 누출가스가 있으면 누출된 VOC 누출가스가 제1의 공기유량 체크모듈의 개방된 진공밸브를 통하여 이와 직렬 연결된 검출모듈의 VOC 가스 통로관으로 즉시 유입되면서 VOC 가스 통로관에 배치된 PID센서와 반도체센서를 각각 두 개씩 이중화된 VOC 검출센서로부터 피측정물로부터 누출되는 VOC 누출가스를 검출할 수 있는 제4단계(S40);를 포함하여 감압을 진행하는 전해액이 주입된 배터리의 VOC 누출가스 의 검출방법. - 컨베이어를 따라 피측정물이 탑재되는 트레이가 이송되어 VOC 누출가스 검출장치의 감압챔버로 근접하는 단계(S100);
감압챔버 입구에 구비되는 QR판독모듈로부터 감압챔버에 근접되는 피측정물의 정보(Lot, Serail 번호)를 판독하는 단계(S200);
상기 피측정물의 정보를 판독하는 단계(S100) 후에 감압챔버의 하단챔버에 구비되는 개방된 상태의 슬라이드 도어를 통과하여 피측정물이 감압챔버의 하단챔버 내부로 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입하는 단계(S300);
상기 (S300)단계의 감압챔버의 하단챔버 내부로 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입하면, 상기 감압챔버의 하단챔버에 구비되는 슬라이드 도어를 하강시켜서 감압챔버의 하단챔버를 밀폐상태로 유지하고, 상기 하단챔버의 하단에 배치되는 컨베이어에 장착된 위치검출센서가 피측정물을 인식하여 하단챔버 내부의 중심부에 트레이를 정지시켜서 피측정물이 더 이상 움직이지 않도록 배치하며, 상기 피측정물이 탑재되는 트레이가 진입함과 동시에 상기 감압챔버의 중앙격벽에 구비되는 5개의 공기유량 체크모듈 각각에 구비되는 진공밸브를 모두 폐쇄하고 상측에 마련된 상단챔버 내의 감압밸브를 개방하여 배출관을 통한 진공펌프를 동작하여 공기를 외부로 배출 감압하여 상단챔버를 진공상태로 유지하는 단계(S400);
피측정물이 탑재된 트레이가 하단챔버 내부의 하단부 중심에 정지하여 배치되면, 하단챔버 하단부에 구비되는 대기밸브와 원뿔형의 중앙격벽 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 폐쇄상태로 유지하고, 원뿔형의 중앙격벽 중심부에 배치되는 제1 공기유량 체크모듈을 기준으로 격자형으로 배치되는 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방상태로 유지하는 단계(S500);
외부의 진공펌프를 작동하여 중앙격벽의 상부측에 위치하는 상단챔버의 상부면에 배치되는 배출관과 진공펌프에 연결된 감압밸브를 통하여 감압챔버인 하단챔버 및 상단챔버 내부에 존재하는 모든 공기를 외부로 배출하는 단계(S600);
상기 원뿔형의 중앙격벽 중심부를 기준으로 격자형으로 배치된 4개의 공기유량 체크모듈에 구비되는 공기유량센서의 압력이 0.00 L/min에 도달될 때까지 하단챔버의 공기압을 감압시켜서 감압챔버의 하단챔버 내부를 진공상태가 유지되도록 감압을 진행하는 단계(S700);
4개의 공기유량 체크모듈의 공기유량센서에 대한 압력이 0.00L/min에 도달되면 상기 개방된 격자형으로 배치된 4개의 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 폐쇄하고, 중앙격벽의 상부에 위치하는 상단챔버의 대기압이 압력계의 현 상태 압력에 비하여 50-100 Torr 만큼 더 낮도록 진공펌프를 동작하여 상단챔버의 추가 감압을 진행하는 단계(S800); 및
추가 감압이 완료되면, 감압밸브를 폐쇄하고 검출모듈의 하부에 연결된 제1의 공기유량 체크모듈의 진공밸브를 개방하여 중앙격벽으로 분리된 상단챔버와 하단챔버의 대기 압력차를 이용하여 하단챔버의 컨베이어에 정지하여 배치되는 트레이에 탑재된 피측정물로부터 누출되는 VOC 누출가스를 하단챔버에서 상단챔버로 공기가 하방에서 상방으로 이동되어 검출모듈에 구비되는 통로관을 따라 이동하는 5 ~ 10초 동안에 통로관에 이중으로 배치되는 PID센서와 반도체센서를 통하여 VOC 누출가스를 검출하는 단계(S900); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리로부터 누출되는 VOC 누출가스의 검출방법. - 청구항 10에 있어서,
QR판독모듈로부터 판독된 피측정물의 판독정보(Lot, Serial 번호)를 제어모듈로 전송하는 단계(S210)와;
제어모듈은 상기 수신된 피측정물의 판독정보를 관리모듈로 전송하여 관리모듈에 구비되는 저장부에 피측정물의 판독정보를 저장하여 관리하는 단계(S220); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리로부터 누출되는 VOC 누출가스의 검출방법. - 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
VOC 누출가스의 검출이 완료(S900)되면, 중앙격벽의 중심부에 배치된 진공밸브가 개방된 제1의 공기유량 체크모듈을 제외한 나머지 모든 밸브, 즉, 대기밸브와 감압밸브를 비롯하여 진공밸브가 폐쇄된 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈 각각에 구비되는 진공밸브를 모두 개방하여 감압챔버 내의 공기압이 대기압으로 설정되도록 제어하고, 슬라이드 도어를 개방하여 하단챔버 내부의 하단 중심부에 정지하여 배치된 피측정물이 탑재된 트레이를 동작시켜 하단챔버의 외부로 이송하는 단계(S1000);
VOC 누출가스가 발생한 피측정물을 육안으로 식별할 수 있도록 표시모듈은 피측정물에 불량여부를 확인할 수 있는 인식표를 마킹하는 단계(S1100); 및
상기 (S900)단계를 수행을 완료한 후, VOC 누출가스로 인하여 감압챔버 내부에 구비되는 검출모듈의 VOC 검출센서(PID센서, 반도체센서)에서 오염이 발생하는 경우에 하단챔버에 구비되는 입구측/출구측의 슬라이드 도어와 대기밸브 및 감압밸브가 개방된 상태에서 검출모듈과 연결된 제1의 공기유량 체크 모듈의 진공밸브는 개방하고 나머지 4개인 제2 내지 제5의 공기유량 체크모듈 각각에 구비되는 진공밸브 모두는 폐쇄한 상태에서 진공펌프를 동작시켜 감압밸브를 통하여 강제로 강한 공기흐름을 주입시켜서 검출모듈 내부 및 VOC 검출센서(PID센서, 반도체센서)를 공기로 세척하여 오염을 제거하는 단계(S1110); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액이 주입된 배터리로부터 누출되는 VOC 누출가스의 검출방법.
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