KR20080109947A - 전지에서 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 둘 또는 그 이상의 전지들에서 전기적 연결 및/또는 기계적 체결을 위한 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법으로서, 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하여 열전도 속도량('측정 열전도 속도량')을 계산하고, 상기 전지들에 대해 기설정된 열전도 속도량('설정 열전도 속도량')과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하며, 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에는 용접열 또는 그것의 전도열의 확산으로 인한 온도 측정 오차의 발생을 방지하는 위한 단열부재가 설치되어 있는 구조 및 용접 상태 검사 방법을 제공한다.

Description

전지에서 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법 {Method of Inspecting Welding State on Welding Portion of Cell}

도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다;

도 2는 도 1의 전지 다수 개를 직렬로 연결한 구조의 사시도이다;

도 3은 전극단자가 용접되어 상호 결합된 전지셀들의 모식도이다;

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극단자에 형성된 용접부위의 용접상태를 검사하는 구조의 모식도이다;

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접부위의 용접상태를 검사하는 구조의 확대 모식도이다.

본 발명은 둘 또는 그 이상의 전지들에서 전기적 연결 및/또는 기계적 체결을 위한 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법으로서, 더욱 상세하게는, 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하여 열전도 속도량('측정 열전도 속도량')을 계산하고, 상기 전지들에 대해 기설정된 열전도 속도량('설정 열전도 속도량')과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하며, 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에는 용접열 또는 그것의 전도열의 확산으로 인한 온도 측정 오차의 발생을 방지하는 위한 단열부재가 설치되어 있는 구조 및 용접 상태 검사 방법에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지셀(10)은 두 개의 전극단자(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)를 부착시킴으로써 전지셀(10)이 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14b)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14a)와 하단부(14c)에는 전극단자(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극단자(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극단자(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.

상기와 같은 전지셀을 다수 개 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 전지셀의 전극단자를 용접하여 상호 연결하며, 이러한 구조의 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 세 개의 파우치형 전지셀들(10a, 10b, 10c)을 각각의 전극단자들(12a, 11b)이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서, 전극단자들(12a, 11b)을 용접하여 상호 결합시켜 소정의 출력을 제공하는 전지모듈을 구성한다.

한편, 중대형 전지모듈은 전기자동차 등의 동력원으로 사용되는 바, 이러한 디바이스에 내장된 전지모듈은 외부충격, 진동 등에 쉽게 노출되므로 높은 안전성을 가지는 구조가 요구된다. 특히, 전지셀과 전지셀을 전기적으로 연결하는 부위가 견고하게 용접되지 않은 경우, 계속적으로 인가되는 진동 등이나 충격에 의해 용접부위가 분리되어 성능 및 안전성이 크게 저하될 수 있으므로, 전지셀들을 연결하는 용접부위에 대한 검사가 필요한 실정이다.

종래의 용접 상태에 대한 검사 방법은 파괴 방식(강도/경도 평가, 조직관찰)과 비파괴 방식(초음파 탐상을 이용한 결함 검출)이 일반적으로 사용되고 있다. 파괴방식은 용접물에 직접적인 손상을 가하여 용접의 품질을 결정하는 것으로, 이는 비용과 시간이 많이 소요되며 용접물이 손상되어 실제 라인에서 용접물의 품질을 판단하기 어려운 문제점이 있다. 반면에, 비파괴 방식은 용접물에 손상을 주지 않으면서 품질을 평가할 수 있으나, 관련 장치(예를 들어, 초음파 탐상 장치)가 고가이고 사용자가 장비에 대한 숙련 기술 습득 및 검사 결과물에 대한 판독을 위해서는 상당히 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 일부 선행기술들에는 비파괴 검사방식으로서, 용접 부위 또는 인근의 온도를 측정하여 용접의 불량 여부를 측정하는 기술이 제시되어 있다.

예를 들어, 미국 특허등록 제6585146호는 샘플의 스폿 용접부위를 적외선 카메라를 이용해 용접부의 표면 온도를 측정하여 온도와 픽셀수를 평가하고 열전도속도 그래프를 이용해 샘플 용접부의 불량 여부를 판별하는 자동화된 비파괴 용접 평가 방법을 개시하고 있다. 또한, 한국 특허출원공개 제2002-009131호는 철판의 전 기용접부위를 적외선 카메라를 이용하여 열 영향부의 비대칭성을 평가하여 용접부위의 정렬 불량을 검출하는 플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출 장치를 개시하고 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2003-065985호는 피검사물의 레이저 용접부위를 적외선 카메라를 이용해 얻은 화상의 휘도치 분포 패턴을 평가하여 피검사물의 불량 여부를 판별하는 레이저 용접부의 검사방법 및 장치를 개시하고 있다. 그리고, 일본 특허출원공개 제2003-307505호는 피검사물의 알루미늄 씰링 융착부를 적외선 카메라를 이용해 얻은 화상 온도 데이터의 패턴을 평가하여 제품의 불량 여부를 판정을 행하는 써모그래피에 의한 비접촉 검사장치 및 방법을 개시하고 있다.

상기 기술들은 적외선 카메라를 사용하여 용접 부위에 대해 직접적으로 온도 등에 대한 정보를 확보하는 것을 근간으로 하고 있다. 그러나, 초음파 용접 등과 같은 일부 용접 방식에서는, 용접 장치들이 용접 부위에 직접 접촉하는 관계로, 용접 작업을 수행하는 중에 용접 부위의 온도 등을 직접적으로 측정하는 것은 용이하지 않다. 따라서, 용접 작업이 완료된 상태에서 용접 부위의 온도 등을 측정하는 것이 필요할 수 있지만, 용접 후 어느 시점에 온도를 측정하는지에 따라 큰 온도 편차를 나타낼 수 있다. 용접시 고온이었던 용접 부위는 큰 온도 구배(gradient)로 온도가 저하되므로, 측정 시점이 조만간 차이가 나더라도 매우 큰 온도 편차가 초래될 수 있다.

경우에 따라서는, 용접 부위로부터 소정의 이격된 부위에서 온도를 측정하는 방안도 고려할 수는 있지만, 용접 작업을 수행하는 작업장의 온도 조건에 따라 측정의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 용접시 발생한 고열은 복사열, 전도열 등 의 형태로 용접 부위로부터 발산되는 바, 작업장의 온도 조건이 다른 경우에는 측정 부위에서 온도차가 발생한다. 계절적인 요인을 고려하여, 에어컨 및 히터 등에 의해 작업장의 온도를 일정하게 유지할 수는 있지만, 실제 공정에서 넓은 작업장의 온도를 균일하게 유지하는 것을 용이하지 않으며, 더욱이, 이를 위해서는 많은 운영비가 소요되는 문제점이 발생한다. 또한, 계절적인 요인뿐만 아니라, 하루 중에도 오전과 오후에 온도 차가 발생하게 되므로, 온도 차이의 문제점을 간과하기는 어렵다.

따라서, 간단한 구조로 신속하게 용접물의 용접 상태를 높은 신뢰도로서 검사할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 용접물에 손상을 가하지 않으면서도 간단한 구조와 적은 비용으로 신속하게 용접 상태를 검사할 수 있는 방법 및 그에 따른 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 검사 장치를 사용하여 용접상태를 검사하면서 전지를 조립하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접 상태를 검사하는 방법은, 둘 또는 그 이상의 전지들에서 전기적 연결 및/또는 기계적 체결을 위한 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법으로서, 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하여 열전도 속도량('측정 열전도 속도량')을 계산하고, 상기 전지들에 대해 기설정된 열전도 속도량('설정 열전도 속도량')과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하며, 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에는 용접열 또는 그것의 전도열의 확산으로 인한 온도 측정 오차의 발생을 방지하는 위한 단열부재가 설치되어 있는 것으로 구성되어 있다.

즉, 용접 불량으로 전극단자의 결합강도가 떨어지면 그에 따라 열전도도가 낮아지는 점을 이용하여, 용접시 발생한 열이 용접부위로부터 이격된 부위로 전도될 때, 온도 측정부위에서 측정한 온도를 바탕으로 측정 열전도 속도량을 계산하고 이를 설정 열전도 속도량과 비교함으로써, 용접 상태의 불량 여부를 결정하게 되므로, 간단한 구조 및 과정에 의해 신속하게 용접 상태를 검사할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외부환경에 의한 측정 오차를 방지하기 위한 단열부재가 용접부위와 온도 측정부위 사이에 설치됨으로써 전도열이 외부로 확산되는 것을 최대한 억제할 수 있으므로, 더욱 정확한 온도 측정이 가능하다.

상기 용접부위는 바람직하게는 전지들의 전극단자간 연결부위일 수 있으며, 이 경우, 단열부재가 저면 전체에 부가되는 상기 용접물은 전극단자를 의미한다. 일반적으로 전지셀들을 다수 개 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 전지셀의 전극단자를 용접하여 상호 연결하는 과정이 포함되어 있다. 예를 들어, 전지셀 본체에 돌출된 전극단자를 다른 전지셀의 전극단자와 용접을 통해 연결한 후 전지셀들을 상호 밀착되도록 적층하여 케이스에 장착하는 것으로 이루어질 수 있다.

상기 전극단자 사이의 용접은 여러가지 방법으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는, 초음파 용접으로 수행할 수 있다. 일반적으로, 레이저 용접 또는 저항 용접은 높은 결합력을 제공하지만, 결합부위에서 고열 또는 순간적인 고전류가 발생하는 단점을 가지고 있다. 따라서 전극단자의 용접부위에 레이저 용접 또는 저항용접을 행하는 경우, 고열 또는 고전류가 전지셀 본체로 전달되어, 예를 들어, 전극 활물질의 열화를 초래하게 되므로, 상대적으로 용접열의 발생량이 적고 전류가 발생하지 않는 초음파 용접을 행하는 것이 바람직하다.

상기 초음파 용접에 의한 결합은 대략 20 KHz 정도의 초음파에 의해 발생된 고주파 진동을 이용하여 전극단자와 전극단자 사이의 경계면에서 진동에너지가 마찰에 의해 열에너지로 변환되면서 급속히 용접이 이루어지는 원리로서, 마찰열에 의한 국부적 온도 상승에 의해 원자의 확산 및 재결정이 촉진되어 견고한 압점부가 형성된다.

상기 온도 측정은 열전달 속도를 효율적으로 측정할 수 있는 시간에 이루어질 수 있으며, 따라서 용접과 동시에 또는 용접 후 소정의 시간이 경과한 시점에서 바람직하게 수행될 수 있다. 바람직하게는 후자의 방식으로 수행할 수 있다.

상기 온도 측정 부위는 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 위치한 두 부위에 형성될 수 있고, 상기 소정 거리는 용접 소재의 종류, 크기, 또는 측정시의 오차 발생 가능성 등을 고려하여 적절히 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 소정 거리는 전극 단자의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 용접부위를 중심으로 양측으로 0.5 내지 5 cm의 이격된 거리로 이루어질 수 있다.

바람직한 예로서, 상기 용접부위와 온도 측정 부위 사이에서, 열 확산으로 인한 온도 측정 오차를 최소화하기 위한 단열부재가 용접물의 상면에 추가로 부가될 수 있다.

온도 측정 부위에서 순차적 또는 동시에 온도를 측정하여 그 측정값으로 열전도 속도량('측정 열전도 속도량')을 계산하며, 상기 열전도 속도량은 하기 식 1에 기반한 열전도 알고리즘으로 결정될 수 있다. 하기 식에서 열전도도 k는 열이 얼마나 쉽게 용접물을 통해 전도되는 지를 나타내는 것으로, k의 값이 클수록 더 많은 열이 전달되는 반면에, k의 값이 작을수록 열전달은 적게 나타난다. dT/dX는 물질이 X 방향으로 이동함에 따라 발생하는 온도의 변화율이고, 하기 식의 음의 부호는 dT/dX가 양의 값(온도가 X 방향으로 증가)을 가지면 열이 -X 방향(온도가 감소하는 방향으로 열전달이 발생)으로 전달되는 것을 의미한다.

(1)

q: 두 측정부위 사이의 열전달 속도 또는 열유량(J/s)

dX: 두 측정부위 사이의 거리(m)

dT: 두 측정부위의 온도 차이(K)

k: 물질의 열전도도로서 시간당, 길이당, 온도당 에너지의 단위(W/mK)

상기 설정 열전도 속도량은 양호한 용접 상태가 얻어졌을 때를 기준으로 계산된 열전도 속도량을 의미한다. 이러한 설정 열전도 속도량은 용접물의 종류 및 크기, 온도 측정부위의 위치, 용접 시점을 기준으로 한 온도 측정 시점 등에 따라 달라질 수 있다.

용접의 우량 및 불량 여부를 판단하는 기준이 되는 측정 열전도 속도량과 설정 열전도 속도량의 차이는 측정 오차, 허용 가능한 결합 크기 등 다양한 요인들을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 방법을 실행하는 용접상태 검사장치를 제공한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 용접상태 검사장치는,

전지들의 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하는 부재('온도 측정부재');

열확산을 최소화하기 위해 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에 부가된 제 1 단열부재;

상기 온도 측정부재를 온도 측정부위 상에 고정시키는 위치 설정부재; 및

상기 온도 측정장치에서 검출한 정보를 수신하여 열전달 속도량을 계산하고, 기저장되어 있는 설정 열전달 속도량과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하인지 여부를 결정하는 연산부재;

를 포함하는 구조로 이루어진다.

상기 온도 측정부재로는 다양한 기기가 사용될 수 있는 바, 바람직하게는 비접촉 방식으로 해당 부위 표면의 온도를 측정할 수 있는 적외선 센서일 수 있다.

상기 온도 측정 부위는 바람직하게는 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 위치한 두 부위이며, 이 경우, 검사 과정에서 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이의 용접물 상면에 가역적으로 부가된 후 탈리되는 제 2 단열부재를 추가로 포함함으로써, 외부환경에 따른 온도 측정 오차를 더욱 감소시키는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 위치 설정부재는 온도 측정부재를 온도 측정 부위상에 정확히 위치시켜 고정하는 부재로서, 그것의 구조에서 특별히 제한이 없다.

상기 온도 측정부재에 의해 측정된 온도는 연산부재로서의 퍼스널 컴퓨터로 그 값이 전송되어, 상기 식 1의 알고리즘에 의한 연산에 의해 열전도 속도량을 계산하고, 설정 열전도 속도량과 비교하여 용접부위의 용접 상태를 판단한다. 따라서, 용접 품질의 판단이 신속하고 용이하며, 이를 통해 실시간으로 용접 불량을 검출할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 검사장치를 사용하여 용접상태를 검사하면서 전지를 조립하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 전지 조립 방법은,

용접 작업이 행해지는 전극단자의 저면 전체에 접촉되는 제 1 단열부재가 설치되어 있는 작업대의 상부에 전지들을 위치시키는 단계;

용접 부위와 온도 측정부위 사이에서 전극단자의 상면에 제 2 단열부재를 접촉시키는 단계;

위치 설정부재를 사용하여 온도 측정부재를 소정의 위치에 고정시키는 단계;

상기 전지들의 전극단자가 대면하는 부위를 초음파 용접하는 단계;

용접과 동시에 또는 용접 후 소정의 시간이 경과된 시점에서, 온도 측정부재가 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 있는 위치한 두 부위의 온도를 측정하는 단계;

상기 온도 측정부재에서 검출한 정보를 연산부재로 전송하는 단계;

상기 연산부재에서 열전도 알고리즘을 이용하여 열전도 속도량을 계산하는 단계; 및

상기 계산된 측정 열전도 속도량과 설정 열전도 속도량을 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하는 단계;를 포함하는 것으로 구성되는 방법을 제공한다.

상기 전지는 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 이차전지일 수 있다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.

상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조일 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 전극단자가 용접되어 상호 연결된 전지셀들이 모식적으로 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 파우치형 전지셀(100a)의 케이스의 단부와 그에 대응하는 반대쪽 단부에는 각각 전극단자(110a, 120a)가 돌출되어 있고, 이러한 전극단자(120a)는 그것과 연결되는 또 다른 전지셀(100b)의 전극단자(100b)와 초음파 용접에 의해 기계적 및 전기적으로 연결된다.

용접에 의해 연결된 다수의 전지셀들(100a, 100b)은 결합 부위가 바깥쪽을 향하도록 절곡하여 전지셀들(100a, 100b)이 상호 밀착되도록 적층한 후 케이스에 장착하여 전지모듈을 제작한다 (제작 과정은 도시하지 않음).

도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접부위의 용접상태를 검사하는 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 전지셀들(100a, 100b) 각각에 돌출된 전극단자(120a, 100b)는 초음파 용접을 통해 결합되며, 용접부위(115)에서 소정의 거리로 이격된 부위 두 곳에 적외선 센서(200)로 온도를 측정하여 퍼스널 컴퓨터(300)로 그 값을 전송한다. 퍼스널 컴퓨터(300)는 적외선 센서(200)로부터 각각의 측정부위 온도값을 수신하여 열전도율 알고리즘에 의한 연산으로 열전도 속도량을 계산하고, 설정 열전도 속도량과 비교하여, 용접부위(115)의 용접 상태를 판단한다.

두 곳의 온도 측정부위에 대응하는 전극단자(120a, 100b)의 저면 전체에는 용접열 또는 그것의 전도열이 외부로 확산됨으로써 발생하는 온도 측정 오차를 방지하기 위한 단열부재(400)가 설치되어 있다.

도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접부위의 용접상태를 검사하는 구조의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 전지셀들의 전극단자(120a, 110b)는 초음파 용접기(500)에 의해 용접되며, 용접부위로부터 이격된 온도 측정부위의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하는 적외선 센서(200), 열확산을 최소화하기 위해 온도 측정부위에 대응하는 전극단자(120a, 110b)의 저면 전체에 부가된 제 1 단열부재(400), 검사 과정에서 용접부위와 온도 측정부위 사이의 상면에 가역적으로 부가된 후 탈리되는 제 2 단열부재(410)를 추가로 포함하고 있는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 초음파 용접기(500)에 의해 용접시 발생한 고열은, 제 1 단열부재(400)와 제 2 단열부재(410)에 의해 외부로 발산되는 것을 최대로 억제한 상태에서, 전극단자(120a, 110b)를 따라 전도되며, 적외선 센서(200)에 의해 정밀하게 측 정될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접 상태 검사방법은 열전달 효과에 관한 이론을 적용한 검사장치를 사용하여 용접물의 품질을 실시간으로 판단하여 용접 불량을 검출함으로써, 제품생산에 있어 용접을 통해 생산된 제품의 신뢰성을 확보하고, 이를 통해 안전성 및 생산성 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 둘 또는 그 이상의 전지들에서 전기적 연결 및/또는 기계적 체결을 위한 용접부위의 용접 상태를 검사하는 방법으로서, 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하여 열전도 속도량('측정 열전도 속도량')을 계산하고, 상기 전지들에 대해 기설정된 열전도 속도량('설정 열전도 속도량')과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하며, 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에는 용접열 또는 그것의 전도열의 확산으로 인한 온도 측정 오차의 발생을 방지하는 위한 단열부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부위는 전지들의 전극단자간 연결부위인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 용접은 초음파 용접인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 측정은 용접과 동시에 또는 용접 후 소정의 시간이 경과된 시점에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 측정 부위는 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 위치한 두 부위인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에서, 열 확산으로 인한 온도 측정 오차를 최소화하기 위한 단열부재가 용접물의 상면에 추가로 부가되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도 속도량은 하기 식 1에 기반한 열전도 알고리즘에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법:

   

   (1)

   q: 두 측정부위 사이의 열전달 속도 또는 열유량(J/s)

   dX: 두 측정부위 사이의 거리(m)

   dT: 두 측정부위의 온도 차이(K)

   k: 물질의 열전도도로서 시간당, 길이당, 온도당 에너지의 단위(W/mK).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 방법을 실행하는 용접상태 검사장치로서,

   (a) 전지들의 용접부위로부터 이격된 부위 중에서 적어도 2 곳('온도 측정부위')의 온도를 순차적 또는 동시에 측정하는 부재('온도 측정부재');

   (b) 열확산을 최소화하기 위해 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이에 대응하는 용접물의 저면 전체에 부가된 제 1 단열부재;

   (c) 상기 온도 측정부재를 온도 측정부위 상에 고정시키는 위치 설정부재; 및

   (d) 상기 온도 측정장치에서 검출한 정보를 수신하여 열전달 속도량을 계산하고, 기저장되어 있는 설정 열전달 속도량과 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하인지 여부를 결정하는 연산부재;

   를 포함하는 것으로 구성된 용접상태 검사장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 온도 측정부재는 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 검사장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 적외선 센서는 비접촉 방식으로 해당 부위의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 온도 측정 부위는 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 위치한 두 부위이고, 검사 과정에서 상기 용접부위와 온도 측정부위 사이의 용접물 상면에 가역적으로 부가된 후 탈리되는 제 2 단열부재를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검사장치.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 연산부재는 퍼스널 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 검사장치.
13. 제 8 항에 따른 검사장치를 사용하여 용접상태를 검사하면서 전지를 조립하는 방법으로서,

    (a) 용접 작업이 행해지는 전극단자들의 저면 전체에 접촉되는 제 1 단열부재가 설치되어 있는 작업대의 상부에 전지들을 위치시키는 단계;

    (b) 용접 부위와 온도 측정부위 사이에서 전극단자의 상면에 제 2 단열부재를 접촉시키는 단계;

    (c) 위치 설정부재를 사용하여 온도 측정부재를 소정의 위치에 고정시키는 단계;

    (d) 상기 전지들의 전극단자가 대면하는 부위를 초음파 용접하는 단계;

    (e) 용접과 동시에 또는 용접 후 소정의 시간이 경과된 시점에서, 온도 측정부재가 용접부위를 중심으로 양측으로 소정 거리에 있는 위치한 두 부위의 온도를 측정하는 단계;

    (f) 상기 온도 측정부재에서 검출한 정보를 연산부재로 전송하는 단계;

    (g) 상기 연산부재에서 열전도 알고리즘을 이용하여 열전도 속도량을 계산하는 단계; 및

    (h) 상기 계산된 측정 열전도 속도량과 설정 열전도 속도량을 비교하여, 이들 열전도 속도량의 차이가 소정값 이하일 때 양질의 용접 상태로 결정하는 단계;

    를 포함하는 것으로 구성되는 조립 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지는 판상형 이차전지인 것을 특징으로 하는 조립 방법.

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