KR20150045594A - 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치 - Google Patents

배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 진동 발생부에서 검사대상 배터리 셀에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시키면, 진동 측정부에서 진동 발생부의 동작에 의해 배터리 셀이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하고, 잡음 제거부는 진동 측정부에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하여 제어부로 출력하고, 제어부는 진동 측정부와 잡음 제거부를 통해 입력받은 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출한 후, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인하며, 확인된 검사대상 배터리 셀의 강성 정보와 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 표시부를 통해 표시한다.
따라서, 본 발명은 종래처럼 배터리 셀을 직접 파괴하지 않고도 손쉽게 강성검사를 수행할 수 있으며, 파괴방식의 검사방식이 아니기 때문에 전수검사가 가능함은 물론, 추가 분석작업이 용이하다.

Description

배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치{Method of nondestructive stiffness inspection in battery cell and apparatus thereof}
본 발명은 진동 주파수를 이용한 비파괴 검사를 통해 강성(stiffness)을 검사하도록 하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 외부 전원으로 공급받은 전류가 양극과 음극 사이에서 물질의 산화, 환원 반응을 일으키는 과정에서 생성된 전기를 충전하는 방식으로 반영구적 사용이 가능한 전지를 말한다. 한 번 쓰고 버리는 일차전지(primary battery, 일반 건전지)가 재사용이 불가능하고 전지의 수거나 재활용 등에 드는 비용이 많다는 단점이 있는 반면, 이차전지는 여러 번 충전을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이차전지는 노트북 컴퓨터와 휴대전화, 캠코더 등 들고다니는 전자기기뿐만 아니라 전기자동차의 핵심소재이며, 부가가치가 높아 반도체 및 디스플레이와 함께 21세기 '3대 전자부품'으로 꼽힌다. 특히 이차전지는 2011년 기준 세계시장 규모가 200억 달러를 돌파하였으며 전기자동차 시장의 성장과 더불어 중대형 에너지 저장용 이차전지 시장의 성장으로 향후 그 규모가 더 확대될 것으로 전망된다.
이차전지는 충전물질로 무엇을 쓰느냐에 따라 니켈전지, 이온전지, 리튬이온전지, 폴리머전지, 리튬폴리머전지, 리튬설파전지 등으로 나뉘어진다. 1980년대에 니켈카드뮴전지와 니켈수소전지의 등장에 이어 1990년대에 리튬계 이차전지가 등장하였고, 2000년대 이후 리튬폴리머전지가 도입되면서 이차전지의 새로운 시대를 맞고 있다.
리튬이온전지는 최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라 현재 이차전지 시장의 대부분을 차지하고 있는 것으로서, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극부 및 양극부로 사용하고, 양극부과 음극부 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극부 및 음극부에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다. 무게가 가벼운 데다 고용량의 전지를 만드는 데 유리해 소용량의 휴대전화기 배터리로부터 대용량의 전기자동차 배터리에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다.
또한, 리튬폴리머전지는 리튬이온전지에서 한 단계 발전한 전지로, 양극과 음극 사이에 고체나 겔 형태의 폴리머 재료로 된 전해질을 사용, 전기를 발생시킨다. 모양을 다양하게 할 수 있고 현재까지 개발된 이차전지 가운데 가장 얇은 전지를 만들 수 있다는 장점이 있다.
이러한 이차전지는 통상적으로 다수의 배터리 셀을 포함하여 구성되며, 각 배터리 셀은 얇게 구성되어 있기 때문에 균열에 민감할 수 있다. 따라서 생산한 배터리 셀의 강성을 검사하게 되는데, 종래의 검사방식은 생산한 배터리 셀의 일부를 샘플링한 후, 배터리 셀이 파괴될 때까지 외부에서 힘을 가하는 방식으로 강성검사를 진행하였다.
하지만, 상술한 바와 같은 종래의 배터리 셀 강성검사는 파괴방식으로 이루어졌기 때문에 생산하는 모든 배터리 셀의 강성을 확인하는 것이 불가능하였으며, 이에 따라 검사대상의 배터리 셀을 파괴하지 않는 비파괴 형태의 검사방식 도입이 필요한 실정이다.
대한민국 공개실용신안공보 제20-2013-0003274호 2013. 6. 3.
본 발명은, 배터리 셀을 직접 파괴하지 않고 진동을 이용한 비파괴 방식으로 강성검사를 수행하도록 하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법은, (1) 진동 발생부는, 제어부로부터 입력받은 제어신호를 토대로 검사대상 배터리 셀에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시키는 단계와, (2) 진동 측정부는, 진동 발생부의 동작에 의해 배터리 셀이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하는 단계와, (3) 잡음 제거부는, 진동 측정부에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 제어부로 출력하는 단계와, (4) 제어부는, 잡음 제거부로부터 입력받은 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출하고, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인하는 단계, 그리고 (5) 제어부는, (4) 단계에서 확인된 검사대상 배터리 셀의 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 표시부를 통해 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치는, 검사대상의 배터리 셀과, 제어부의 제어를 토대로 배터리 셀에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시키는 진동 발생부와, 진동 발생부의 동작에 의해 배터리 셀이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하는 진동 측정부와, 진동 측정부에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 제어부로 출력하는 잡음 제거부와, 강성검사 대상이 되는 배터리 셀에 진동을 발생시키기 위한 제어신호를 생성하여 진동 발생부로 출력하고, 진동 측정부와 잡음 제거부를 통해 입력되는 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출하고, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인하며, 각 배터리 셀의 강성 정보 및 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태의 표시를 제어하는 제어부, 그리고 제어부의 제어를 토대로 배터리 셀의 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 화면상에 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
그리고 상술한 잡음 제거부는 필터로 구성하는 것이 바람직하다.
이상에서와 같이 본 발명의 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치에 따르면, 진동 주파수를 이용한 비파괴 방식으로 강성을 검사함으로써, 종래처럼 배터리 셀을 직접 파괴하지 않고도 손쉽게 강성검사를 수행할 수 있으며, 파괴방식의 검사방식이 아니기 때문에 전수검사가 가능함은 물론, 추가 분석작업이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법 및 그 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 강성검사장치는, 배터리 셀(10), 진동 발생부(20), 진동 측정부(30), 잡음 제거부(40), 제어부(50), 표시부(60) 등으로 구성된다.
배터리 셀(10)은 본 발명에 의한 비파괴 강성검사의 대상이 되는 물품으로서, 강성검사시 기계적인 수단(예를 들어, 컨베이어 등)을 통해 검사장치 내로 이송된다.
진동 발생부(20)는 제어부(50)로부터 진동발생 제어신호가 입력되면, 해당 제어신호를 토대로 검사대상의 배터리 셀(10)에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시킨다.
진동 측정부(30)는 진동 발생부(20)의 동작에 의해 검사대상의 배터리 셀(10)이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하고, 측정된 진동 주파수를 후단의 잡음 제거부(40)로 출력한다. 이때, 진동 측정부(30)에서의 진동 주파수 측정은 공지되어 있는 모든 종류의 방식을 사용할 수 있다.
잡음 제거부(40)는 진동 측정부(30)에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 제어부(50)로 출력한다.
이때 잡음 제거부(40)는 일반적으로 알려진 필터로 구성하는 것이 바람직하며, 특정 재질의 배터리 셀(10)에서 발생하는 진동 범위의 다른 잡음신호를 필터링할 수 있는 것이라면 어떠한 소자를 사용해도 무방하다.
제어부(50)는 통상적인 컴퓨터를 의미하는 것으로서, 강성검사 대상이 되는 배터리 셀(10)에 진동을 발생시키기 위한 제어신호를 생성하여 진동 발생부(20)로 출력한다. 그리고 진동 측정부(30)와 잡음 제거부(40)를 통해 입력되는 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값(peak-value) 주파수를 검출하고, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인한다.
또한, 제어부(50)는 검사대상의 모든 배터리 셀(10)의 확인된 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 표시부(60)를 통해 표시하도록 제어한다.
이때 제어부(50)는 검사대상의 배터리 셀(10)에서 발생하는 진동을 측정한 진동 주파수의 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인할 때, 하기의 수학식을 사용하여 강성을 확인한다.
Figure pat00001
(여기서, Wn은 고유진동수, k는 강성, m은 질량)
즉 상술한 수학식에서 보는 바와 같이, 진동수는 강성에 루트 비례하고, 질량에 루트 반비례하는 특성(즉 강성이 클수록 진동수가 크다고 할 수 있음)을 이용하여, 검사대상의 배터리 셀(10)에서 발생하는 진동 주파수에서의 피크값 주파수(Wn)와 배터리 셀(10)의 질량(m)을 알고 있으므로 강성을 손쉽게 확인할 수 있는 것이다.
표시부(60)는 제어부(50)의 제어를 토대로 검사대상 배터리 셀(10)의 강성을 화면상에 표시한다. 그리고 검사가 완료된 각 배터리 셀(10)의 강성 정보를 토대로 정상상태 또는 불량상태를 화면상에 표시한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법의 일 실시예를 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 비파괴 강성검사를 위해 검사장치 내로 검사대상 배터리 셀(10)이 위치한 이후, 진동 발생부(20)는 제어부(50)로부터 입력받은 제어신호를 토대로 검사대상 배터리 셀(10)에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시킨다(S10).
그러면 진동 측정부(30)는 진동 발생부(20)의 동작에 의해 검사대상 배터리 셀(10)이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하고, 이를 잡음 제거부(40)로 출력한다(S20).
잡음 제거부(40)는 진동 측정부(30)로부터 입력된 진동 주파수에서 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 제어부(50)로 출력한다(S30).
제어부(50)는 잡음 제거부(40)로부터 입력받은 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출하고(S40), 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인한다(S50).
이때 제어부(50)는 S50 단계에서 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인할 때, 전술한 구성에서 언급한 수학식을 토대로 검사대상 배터리 셀(10)의 강성을 확인한다. 즉 진동수와 강성이 루트 비례한다는 특성을 이용하여, 제어부(50)에서 확인한 검사대상의 배터리 셀(10)에서 발생하는 진동 주파수에서의 피크값 주파수(Wn)와 배터리 셀(10)의 질량(m)을 토대로 강성을 손쉽게 확인하는 것이다.
마지막으로, 제어부(50)는 S50 단계를 통해 확인된 검사대상 배터리 셀(10)의 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 표시부(60)를 통해 표시하도록 제어한다(S60).
이처럼, 본 발명은 종래와 같이 검사대상의 배터리 셀을 직접 파괴하여 강성검사를 수행할 필요없이 배터리 셀에 일정한 진동을 가하는 비파괴 방식으로 강성검사를 편리하게 수행할 수 있으며, 파괴방식의 검사방식이 아니기 때문에 전수검사가 가능하다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 배터리 셀 20 : 진동 발생부
30 : 진동 측정부 40 : 잡음 제거부
50 : 제어부 60 : 표시부

Claims (5)

  1. (1) 진동 발생부는, 제어부로부터 입력받은 제어신호를 토대로 검사대상 배터리 셀에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시키는 단계,
    (2) 진동 측정부는, 상기 진동 발생부의 동작에 의해 상기 배터리 셀이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하는 단계,
    (3) 잡음 제거부는, 상기 진동 측정부에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 상기 제어부로 출력하는 단계,
    (4) 상기 제어부는, 상기 잡음 제거부로부터 입력받은 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출하고, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인하는 단계, 그리고
    (5) 상기 제어부는, 상기 (4) 단계에서 확인된 검사대상 배터리 셀의 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 표시부를 통해 표시하는 단계
    를 포함하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (4) 단계를 통해 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인할 때,
    Figure pat00002
    (여기서, Wn은 고유진동수, k는 강성, m은 질량)의 수학식을 사용하여 강성을 확인하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사방법.
  3. 검사대상의 배터리 셀,
    제어부의 제어를 토대로 상기 배터리 셀에 사전에 설정한 강도의 진동을 발생시키는 진동 발생부,
    상기 진동 발생부의 동작에 의해 상기 배터리 셀이 진동할 때 발생하는 진동 주파수를 측정하는 진동 측정부,
    상기 진동 측정부에서 측정한 진동 주파수의 잡음신호를 제거하고, 잡음신호를 제거한 진동 주파수를 제어부로 출력하는 잡음 제거부,
    강성검사 대상이 되는 상기 배터리 셀에 진동을 발생시키기 위한 제어신호를 생성하여 상기 진동 발생부로 출력하고, 상기 진동 측정부와 상기 잡음 제거부를 통해 입력되는 잡음신호가 제거된 진동 주파수에서 피크값 주파수를 검출하고, 검출된 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인하며, 각 배터리 셀의 강성 정보 및 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태의 표시를 제어하는 제어부, 그리고
    상기 제어부의 제어를 토대로 상기 배터리 셀의 강성 정보와, 강성 정보를 토대로 한 정상상태 또는 불량상태를 화면상에 표시하는 표시부
    를 포함하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    검사대상의 상기 배터리 셀에서 발생하는 진동을 측정한 진동 주파수의 피크값 주파수를 토대로 강성을 확인할 때,
    Figure pat00003
    (여기서, Wn은 고유진동수, k는 강성, m은 질량)의 수학식을 사용하여 강성을 확인하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 잡음 제거부는,
    필터인 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 비파괴 강성검사장치.
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