KR20210143565A - 초음파 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20210143565A
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ultrasonic
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배재현
이강일
오나희
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 시스템은, 외부에서 상기 모듈 프레임의 바닥면의 가장자리 중 일부분을 향해 초음파를 송출하여 측정되는 초음파의 파형 변화를 통해 열전도성 수지층을 형성하는 열전도성 수지의 충진 유무를 판별한다.

Description

초음파 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ULTRASONIC INSPECTION}
본 발명은 초음파 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지 모듈의 열전도성 수지 충진 유무 확인을 위한 초음파 비파괴 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임 및 전지셀 적층체와 모듈 프레임 사이에 주액되어 형성되는 열전도성 수지층을 포함한다.
열전도성 수지층은 전지 모듈 내부에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 냉각 기능을 수행하는 핵심적인 역할을 담당하는바, 열전도성 수지를 전지 모듈 내부에 주액한 후 열전도성 수지가 모듈 프레임의 바닥면에 제대로 도포 되었는지 여부를 검사하는 단계가 필수적으로 요구된다.
종래에는 모듈 프레임 바닥면에 형성된 체킹 홀에 주액되었던 열전도성 수지가 차오를 경우 비전(vision) 센서가 이를 인식하여 열전도성 수지의 주액량을 조절하였다. 그러나 비전 센서는 검출력 자체가 떨어지고 체킹 홀 이외의 다른 부분에 대한 충진 여부를 확인하기 힘든 문제가 있다. 또한 열전도성 수지가 경화된 후 체킹 홀에 솟아 오른 넘침(overflow)을 제거하는 후공정이 필요하고, 이로 인한 열전도성 수지의 손실이 발생할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 열전도성 수지의 손실을 방지하면서 전지 모듈 내부에 형성된 열전도성 수지층의 도포 상태를 정확하게 확인할 수 있는 초음파 검사 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 시스템은, 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 하단과 상기 모듈 프레임의 바닥면 사이에 주액되어 형성되는 열전도성 수지층을 포함하는 전지 모듈에 있어서, 외부에서 상기 모듈 프레임의 바닥면의 가장자리 중 일부분을 향해 초음파를 송출하여 측정되는 초음파의 파형 변화를 통해 열전도성 수지층을 형성하는 열전도성 수지의 충진 유무를 판별한다.
상기 초음파를 송출 및 감지하는 초음파 센서는 상기 모듈 프레임의 외측에서 상기 모듈 프레임의 바닥면과 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 초음파 센서는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 초음파 센서는 상기 모듈 프레임의 바닥면 가장자리에 배치될 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 모듈 프레임의 바닥면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지가 주액되어 형성될 수 있다.
상기 주액 홀은 상기 모듈 프레임의 바닥면 중앙부에 복수개로 배열될 수 있다.
상기 초음파가 송출되는 위치는, 상기 복수개의 주액 홀들과 이격된 위치일 수 있다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 방법은, 모듈 프레임의 바닥면에 형성된 주액 홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계; 상기 열전도성 수지의 주액을 중지하고, 상기 모듈 프레임의 바닥면 외측 가장자리 중 일 부분에 초음파 센서를 배치하는 단계; 상기 초음파 센서를 통해 상기 모듈 프레임 바닥면 내부로 초음파를 송출하는 단계; 및 상기 초음파의 파형에 따른 상기 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 단계를 포함한다.
상기 초음파의 파형을 통해 상기 열전도성 수지가 충진되었다고 판별될 경우, 상기 주액 과정을 완료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파의 파형을 통해 상기 열전도성 수지가 충진되지 않았다고 판별될 경우, 상기 주액 홀을 통해 상기 열전도성 수지를 추가로 주액하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파의 파형에 따른 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 단계 후, 상기 초음파 센서를 상기 모듈 프레임의 바닥면 외측 가장자리 중 타 부분에 배치하고 초음파를 송출하여 초음파의 파형에 따른 상기 열전도성 수지의 충진 여부를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 시스템 및 방법은, 초음파 센서를 이용하여 열전도성 수지의 충진 유무를 정확히 판별할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 바닥면 부분을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 위치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 수지의 주액시 초음파의 검사 위치를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 수지의 충진 유무 판별을 위한 초음파 검사 방법을 나타낸 비교 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 구성에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 바닥면 부분을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(300) 및 전지셀 적층체(100)의 하단과 모듈 프레임(300)의 바닥면 사이에 주액되어 형성되는 열전도성 수지층(400)을 포함한다.
전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
버스바 프레임 어셈블리(200)는 전지셀 적층체(100)의 전후면 및 상측면에 형성된다. 버스바 프레임 어셈블리(200)는, 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하며, 복수개의 전지셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 프레임(210), 전지셀 적층체(100)의 상측면을 커버하며, 양단의 버스바 프레임(210)을 연결하는 상부 플레이트(220)로 형성된다. 상부 플레이트(220)의 하면에는 연성회로기판이 구비되어, 양단의 버스바 프레임을 전기적으로 연결할 수 있다.
모듈 프레임(300)은 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임 어셈블리(200)를 수용할 수 있도록 상하좌우면으로 형성된다. 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀과 프레임의 좌우면이 각각 만나는 부분에는 압축 패드가 형성되어 전지셀의 스웰링 발생시 모듈 프레임(300)과 전지셀 간의 공차를 흡수할 수 있다.
엔드 플레이트(320)는 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임 어셈블리(200)가 모듈 프레임(300) 내부에 수용되면, 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 모듈 프레임(300)의 전후면과 결합된다. 이를 통해 모듈 프레임(300) 내부의 전장품을 보호하고, 엔드 플레이트(320)에 형성된 마운팅 구조를 통해 전지 모듈을 전지팩에 장착할 수 있다.
열전도성 수지층(400)은 전지셀 적층체(100)의 하단과 모듈 프레임(300)의 바닥면(310) 사이에 열전도성 수지가 주액되어 형성될 수 있다. 열전도성 수지는 써말레진(Thermal Resin)으로 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(400)은 전지셀 적층체(100)의 복수의 전지셀 하단과 접촉하도록 충분한 양이 주액될 수 있다. 열전도성 수지층(400)을 통해 전지셀 적층체(100)에서 발생하는 열을 전달하여 외부로 방출함으로써 전지 모듈의 냉각 기능을 수행할 수 있다.
열전도성 수지층(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이 모듈 프레임(300)의 바닥면에 형성된 주액 홀(500)을 통해 열전도성 수지가 주액되어 형성될 수 있다. 이때 주액 홀(500)은 모듈 프레임(300)의 바닥면(310) 중앙부에 복수개로 배열될 수 있다. 열전도성 수지는 써말레진(Thermal Resin)으로 형성될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 시스템에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 위치를 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 수지의 주액시 초음파의 검사 위치를 나타낸 측단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 수지의 충진 유무 판별을 위한 초음파 검사 방법을 나타낸 비교 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 검사 시스템은, 외부에서 모듈 프레임 바닥면(310)의 가장자리 중 일부분을 향해 초음파를 송출하여 측정되는 초음파의 파형 변화를 통해 열전도성 수지층(400)을 형성하는 열전도성 수지의 충진 유무를 판별한다.
종래에는 체킹 홀에 주액된 열전도성 수지가 차오르면 비전(vision) 센서가 이를 인식하는 방식으로 주액량을 조절하였다. 그러나, 비전 센서는 열전도성 수지의 검출력이 떨어지고, 체킹 홀 이외의 다른 부분에 열전도성 수지가 충진 되었는지 여부는 확인하기 어려운 문제가 있었다. 특히 주액 홀이 모듈 프레임 바닥면의 중앙에 위치하므로, 주액 홀과 멀리 떨어져 있는 모듈 프레임 바닥면의 가장자리 부분까지 열전도성 수지의 충진 유무를 확인할 수 없는 문제가 있었다.
또한 열전도성 수지가 충분히 주액될 경우, 열전도성 수지가 체킹 홀을 통해 넘쳐 흐른 후 경화되므로, 체킹 홀을 통해 넘쳐 흘러 경화된 부분을 제거하는 후 공정이 필요하고, 넘쳐 흘러 경화된 만큼의 열전도성 수지의 손실이 발생할 수 있다.
이에 본 실시예에 따르면, 모듈 프레임 바닥면(310)의 가장자리 중 일부분을 향해 초음파를 송출하고, 송출된 초음파의 반사파를 측정하여 측정된 초음파의 파형 변화를 통해 열전도성 수지층을 형성하는 열전도성 수지가 모듈 프레임 바닥면의 가장자리까지 충진 되었는지 유무를 확인할 수 있어, 열전도성 수지의 충진 유무를 보다 정확히 판별할 수 있다.
또한 초음파 센서 만으로 전지 모듈 내부의 열전도성 수지의 충진 유무를 확인할 수 있으므로, 체킹 홀을 통한 충진 유무 측정 방식이 필요치 않게 되어, 종래 체킹 홀의 가공 비용을 절감할 수 있고, 체킹 홀을 통해 넘쳐 경화되는 열전도성 수지의 제거 공정을 삭제할 수 있으며, 넘쳐 경화된 열전도성 수지의 제거량 만큼 열전도성 수지의 재료비를 절감할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파를 송출 및 감지하는 초음파 센서(600)는 모듈 프레임(300)의 외측에서 모듈 프레임의 바닥면(310)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 초음파 센서(600)는 복수개로 형성될 수 있고, 복수개의 초음파 센서가 모듈 프레임의 바닥면 가장자리에 배치될 수 있다.
열전도성 수지층(400)은 모듈 프레임의 바닥면(310)에 형성된 주액홀(500)을 통해 열전도성 수지가 주액되어 형성되고, 주액 홀(500)은 모듈 프레임의 바닥면(310) 중앙부에 복수개로 배열되므로, 초음파가 송출되는 위치는 복수개의 주액 홀(500)들과 이격된 위치일 수 있다. 따라서 주액 홀(500)을 통해 주액된 열전도성 수지가, 전지셀 적층체(100)와 모듈 프레임 바닥면(310) 사이 공간을 통해 주액 홀(500)과 이격된 위치까지 도포되었는지 여부를 초음파를 통해 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전지 모듈 내부에 열전도성 수지가 충진되지 않은 부분은 모듈 프레임 바닥면(310)의 소재인 알루미늄 고유의 파형이 관측되나, 열전도성 수지가 충진된 부분은 파형이 소멸되는 파형 차이가 발생한다. 이를 통해 모듈 프레임 바닥면(310) 부분의 특정 위치에 초음파 센서(600)를 접촉시켜 내부의 열전도성 수지의 충진 유무를 판별할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 검사 방법은, 모듈 프레임 바닥면(310)에 형성된 주액 홀(500)을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계(S100), 열전도성 수지의 주액을 중지(S200)하고, 모듈 프레임의 바닥면(310) 외측 가장자리 중 일 부분에(도 3 참조) 초음파 센서를 배치하는 단계(S300), 초음파 센서(600)를 통해 모듈 프레임 바닥면(310) 내부로 초음파를 송출하는 단계(S400) 및 초음파의 파형에 따른 열전도성 수지의 충진 여부를 판별하는 단계(S500)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 초음파의 파형을 통해 열전도성 수지가 충진되었다고 판별될 경우, 주액 과정을 완료(S600)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 초음파의 파형을 통해 열전도성 수지가 충진되지 않았다고 판별될 경우(S520), 주액 홀(500)을 통해 열전도성 수지를 추가로 주액하는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다. 열전도성 수지를 추가로 주액한 후, 초음파 센서를 기 배치되었던 위치에 다시 배치하고 초음파를 송출하여 해당 위치에서 열전도성 수지가 충진되었는지 유무를 재확인 할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 초음파의 파형을 통해 열전도성 수지가 충진되었다고 판별될 경우, 주액 과정을 완료(S600)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 초음파의 파형에 따른 열전도성 수지의 충진 여부를 판별하는 단계 후, 초음파 센서(600)를 모듈 프레임의 바닥면(310) 외측 가장자리 중 타 부분에 배치하고 초음파를 송출하여 초음파의 파형에 따른 열전도성 수지의 충진 여부를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 열전도성 수지의 충진 여부를 모듈 프레임 바닥면(310)의 여러 포인트에서 확인할 수 있어 열전도성 수지의 충진 유무를 보다 정밀하게 판별할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전지셀 적층체
200: 버스바 프레임 어셈블리
300: 모듈 프레임
310: 모듈 프레임 바닥면
320: 엔드 플레이트
400: 열전도성 수지층
500: 주액 홀
600: 초음파 센서

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 하단과 상기 모듈 프레임의 바닥면 사이에 주액되어 형성되는 열전도성 수지층을 포함하는 전지 모듈에 있어서,
    외부에서 상기 모듈 프레임의 바닥면의 가장자리 중 일부분을 향해 초음파를 송출하여 측정되는 초음파의 파형 변화를 통해 열전도성 수지층을 형성하는 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 초음파 검사 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 초음파를 송출 및 감지하는 초음파 센서는 상기 모듈 프레임의 외측에서 상기 모듈 프레임의 바닥면과 접촉하도록 배치되는 초음파 검사 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 초음파 센서는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 초음파 센서는 상기 모듈 프레임의 바닥면 가장자리에 배치되는 초음파 검사 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 모듈 프레임의 바닥면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지가 주액되어 형성되는 초음파 검사 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 주액홀은 상기 모듈 프레임의 바닥면 중앙부에 복수개로 배열되는 초음파 검사 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 초음파가 송출되는 위치는, 상기 복수개의 주액 홀들과 이격된 위치인 초음파 검사 시스템.
  7. 모듈 프레임의 바닥면에 형성된 주액 홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계;
    상기 열전도성 수지의 주액을 중지하고, 상기 모듈 프레임의 바닥면 외측 가장자리 중 일 부분에 초음파 센서를 배치하는 단계;
    상기 초음파 센서를 통해 상기 모듈 프레임 바닥면 내부로 초음파를 송출하는 단계; 및
    상기 초음파의 파형에 따른 상기 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 단계를 포함하는 초음파 검사 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 초음파의 파형을 통해 상기 열전도성 수지가 충진되었다고 판별될 경우, 상기 주액 과정을 완료하는 단계를 더 포함하는 초음파 검사 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 초음파의 파형을 통해 상기 열전도성 수지가 충진되지 않았다고 판별될 경우, 상기 주액 홀을 통해 상기 열전도성 수지를 추가로 주액하는 단계를 더 포함하는 초음파 검사 방법.
  10. 제7항에서,
    상기 초음파의 파형에 따른 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 단계 후, 상기 초음파 센서를 상기 모듈 프레임의 바닥면 외측 가장자리 중 타 부분에 배치하고 초음파를 송출하여 초음파의 파형에 따른 상기 열전도성 수지의 충진 유무를 판별하는 단계를 더 포함하는 초음파 검사 방법.
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