KR20220071007A - 배터리 팩 진단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 배터리 셀과 와이어를 본딩 연결하여 배터리 팩을 제조하는 배터리 팩 제조 단계와, 와이어를 통하여 배터리 셀을 충방전하는 배터리 셀 충방전 단계와, 배터리 팩의 열 이미지를 촬영하는 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 촬영된 열 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 열 이미지 판독 단계와, 배터리 팩의 자기장 이미지를 촬영하는 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계와, 촬영된 자기장 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 자기장 이미지 판독 단계와, 열 이미지 판독 단계에서 생성된 열 이미지 판독 결과 정보와, 자기장 이미지 판독 단계에서 생성된 자기장 이미지 판독 결과 정보를 결합하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 최종판단하는 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계를 포함하여 구성되는 배터리 팩 진단 방법으로서, 배터리 팩에 구비되어 있는 복수개의 배터리 셀 및 이들을 연결시키는 복수개의 와이어 간의 본딩 상태를 정확하게 진단할 수 있는 배터리 팩 진단 방법이 제시된다.
Description
본 발명은 배터리 팩 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩에 구비되어 있는 복수개의 배터리 셀 및 이들을 연결시키는 복수개의 와이어 간의 본딩 상태를 정확하게 진단할 수 있는 배터리 팩 진단 방법에 관한 것이다.
배터리 팩은 복수개의 배터리 셀을 하우징에 수납하고, 버스 바 및 와이어로 복수개의 배터리 셀을 연결시켜 제조한다. 이러한 배터리 팩은 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위에 불량이 발생하는 경우가 있다.
이처럼 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위에 불량이 발생하면, 해당 배터리 셀은 충방전 시에 내부 저항의 변화가 심하게 발생한다. 예컨대 충전 시 해당 배터리 셀은 그 주변의 정상 배터리 셀보다 높은 전압이 형성되고, 방전 상태에서 해당 배터리 셀은 그 주변의 정상 배터리 셀보다 낮은 전압이 형성된다.
또한, 해당 배터리 셀을 계속해서 충방전하게 되면, 배터리 팩의 전체 출력이 저하되고, 해당 배터리 셀에서 쇼트가 발생하여 발화되는 문제점이 있다. 이에, 배터리 팩의 제조 단계에서 배터리 셀과 와이어의 본딩된 부위의 본딩 상태에 대한 검사를 수행하여 본딩된 부위의 본딩 상태를 진단해야 한다.
하지만 하나의 배터리 팩 내에는 수백개 이상의 배터리 셀이 수납되고, 이들을 연결하는 와이어의 개수도 수백개 이상이 된다. 따라서, 이들이 본딩된 부위의 본딩 상태를 일일이 정확하게 검사하는 것에는 어려움이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
본 발명은 배터리 팩에 구비되어 있는 복수개의 배터리 셀 및 이들을 연결시키는 복수개의 와이어 간의 본딩 상태를 정확하게 진단할 수 있는 배터리 팩 진단 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩 진단 방법은, 배터리 셀과 와이어를 본딩 연결하여 배터리 팩을 제조하는 배터리 팩 제조 단계; 상기 와이어를 통하여 상기 배터리 셀을 충방전하는 배터리 셀 충방전 단계; 상기 배터리 팩의 열 이미지를 촬영하는 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계; 촬영된 열 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 열 이미지 판독 단계; 상기 배터리 팩의 자기장 이미지를 촬영하는 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계; 촬영된 자기장 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 자기장 이미지 판독 단계; 상기 열 이미지 판독 단계에서 생성된 열 이미지 판독 결과 정보와, 상기 자기장 이미지 판독 단계에서 생성된 자기장 이미지 판독 결과 정보를 결합하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 최종판단하는 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계는, 상기 와이어가 위치하는 소정의 평면을 촬영하여 열 이미지를 생성하고, 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기는, 상기 와이어의 굵기 및 상기 와이어가 본딩된 부위의 크기 중 적어도 어느 하나보다 작도록 정해진 소정의 픽셀 크기일 수 있다.
상기 열 이미지 판독 단계는, 촬영된 열 이미지 내에서 소정의 윤곽선을 추출하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 열 이미지 윤곽선 생성 단계; 촬영된 열 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도를 고온 및 저온 중 어느 하나로 판독하는 본딩된 부위 온도 판독 단계; 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 소정의 기준온도보다 고온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결 판단 단계; 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 상기 기준온도보다 저온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결-간주 판단 단계; 본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 열 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 열 이미지 판독 결과 정보 생성 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는, 상기 열 이미지를 촬영한 평면과 동일한 소정의 평면을 촬영하여 자기장 이미지를 생성하고, 촬영된 자기장 이미지의 픽셀 크기는 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기에 대응하도록 정해진 소정의 픽셀 크기일 수 있다.
상기 자기장 이미지 판독 단계는, 상기 열 이미지 판독 단계에서 추출한 윤곽선을 이용하여, 촬영된 자기장 이미지 내에 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 자기장 이미지 윤곽선 생성 단계; 촬영된 자기장 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기를 판독하는 본딩된 부위 자기장 세기 판독 단계; 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 소정의 기준세기보다 크면, 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결 판단 단계; 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 상기 기준세기보다 작으면, 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결-간주 판단 단계; 본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 자기장 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 자기장 이미지 판독 결과 정보 생성 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는, 상기 열 이미지 판독 결과 정보와 상기 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 정상연결, 비정상연결 및 비정상단선 중 선택된 어느 하나의 상태로 최종판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는, 상기 열 이미지 판독 결과 정보와 상기 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 비정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결 상태로 최종판단하고, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결 상태로 최종판단하고, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-간주 및 비정상연결-간주이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상단선 상태로 최종판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배터리 셀 충방전 단계를 수행하는 중에, 상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 동시에 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배터리 셀 충방전 단계를 수행하는 중에,상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 소정의 시차를 두고 소정의 순서로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 배터리 팩의 열 이미지를 판독한 결과와, 배처리 팩의 자기장 이미지를 판독한 결과를 결합함으로써, 배터리 팩에 구비되어 있는 배터리 셀 및 이에 연결된 와이어 간의 본딩 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 따라서, 본딩 상태가 불량한 와이어가 진단 결과에서 누락되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 열 이미지만 판독하거나, 자기장 이미지만 판독하는 경우에 비해, 본딩 상태를 정확하게 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 진단 방법의 순서도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 충방전 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 충방전 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 진단 방법
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 진단 방법의 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 진단 방법은 배터리 팩 제조 단계(S100)와, 배터리 셀 충방전 단계(S200)와, 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계(S300)와, 열 이미지 판독 단계(S400)와, 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계(S500)와, 자기장 이미지 판독 단계(S600), 및 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계(S700)를 포함하여 구성된다.
1.1. 배터리 팩 제조 단계(S100)
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 제조 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
배터리 팩 제조 단계는 배터리 셀(30)과 와이어(W)를 본딩 연결하여 배터리 팩(B)을 제조하는 단계이다. 배터리 팩 제조 단계는 배터리 셀 수납 단계(S110)와, 와이어 본딩 단계(S120)를 포함하여 구성될 수 있다.
1.1.1. 배터리 셀 수납 단계(S110)
도 2를 참조하면, 배터리 셀 수납 단계에서는, 배터리 팩 하우징(10)과 배터리 셀 홀더(20)와 복수개의 배터리 셀(30) 및 버스 바(40)를 준비한다. 이후, 배터리 팩 하우징(10)에 배터리 셀 홀더(20)를 수납하고, 배터리 셀 홀더(20)에 복수개의 배터리 셀(30)을 수납할 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀(30)에 버스 바(40)를 안착시킬 수 있다.
여기서, 배터리 팩 하우징(10)은 내부가 상방으로 개방된 사각통 형상일 수 있다. 물론, 배터리 팩 하우징(10)의 형상은 다양할 수 있다. 배터리 셀 홀더(20)는 복수개의 배터리 셀(30)을 고정시킬 수 있는 것을 만족하는 다양한 재질 및 형태로 마련될 수 있다. 배터리 셀(30)은 상하방향으로 연장형성된 원통형의 이차전지 셀일 수 있다. 물론, 배터리 셀(30)은 다양한 형상의 캔형 이차전지 셀일 수 있다. 배터리 셀(30)은 소정의 배열을 이루도록 수평방향으로 나열될 수 있다.
1.1.2. 와이어 본딩 단계(S120)
도 3을 참조하면, 와이어 본딩 단계에서는, 복수개의 배터리 셀(30)과 버스 바(40)를 연결시키도록 버스 바(40)에 형성된 복수개의 관통홀(H)에 복수개의 와이어(W)를 각각 배치시킨 후, 와이어 본딩을 수행하여 복수개의 와이어(W) 각각의 일단과 복수개의 배터리 셀(30)을 각각 연결시키고, 버스 바(40)와 복수개의 와이어(W) 각각의 타단을 연결시킴으로써, 배터리 팩(B)을 제조할 수 있다.
이때, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위에 손상이 발생함에 의하여, 와이어(W)의 일단과 배터리 셀(30)이 정상적으로 접촉되지 않을 수 있다. 이에, 본딩된 부위의 면적이 비정상적으로 작을 수 있다. 또한, 본딩된 부위가 완전히 끊어질 수도 있다.
물론, 버스 바(40)와 와이어(W)의 타단이 본딩된 부위에도 손상이 발생할 수 있고, 해당 부위가 완전히 끊어질 수 있다. 이러한 경우에도 아래의 단계들을 통하여 동일한 방식으로 본딩된 부위의 본딩 상태의 불량을 판단할 수 있다.
1.2. 배터리 셀 충방전 단계(S200)
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 충방전 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀 충방전 단계는 와이어를 통하여 배터리 셀을 충방전하는 단계이다. 배터리 셀 충방전 단계는, 제조된 배터리 팩(B)을 지지부(50)에 안착시키는 단계와, 와이어(W)를 통하여 배터리 셀(30)과 연결되어 있는 배터리 팩(B)의 입출력 단자(미도시)에 충방전기(60)를 연결시키는 단계, 및 충방전기(60)를 이용하여 배터리 팩(B) 내의 배터리 셀(30)을 충전 또는 방전시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 충방전기(60)는 소정의 충전원(미도시) 및 소정의 방전로드(미도시)를 내장할 수 있다. 충방전기(60)를 이용하여 배터리 셀(30)을 충전 또는 방전시키는 동안 입출력 단자와 와이어(W)와 배터리 셀(30)을 지나는 전류의 흐름이 형성된다. 이때, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위에 손상이 있으면, 비정상적인 전류 흐름이 형성되거나, 전류 흐름이 형성되지 않을 수 있다.
예컨대 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 손상됨으로써 그 면적이 비정상적으로 작아진 경우, 본딩된 부위의 저항이 증가하고, 비정상적인 전류 흐름이 형성될 수 있다. 이 경우, 해당 부위에 전류가 통하는 동안 해당 부위의 온도가 주변보다 높게 형성될 수 있다.
그리고 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 완전히 끊어지는 경우, 전류 흐름이 형성되지 않을 수 있다.
한편, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 손상되지 않았을 경우와, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 완전히 끊어지는 경우, 해당 부위들의 온도는 손상된 부위의 온도에 비하여 상대적으로 낮을 수 있다.
또한, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 손상되거나 완전히 끊어지면, 해당 부위들의 전류 세기는 주변보다 낮아지거나 0이 될 수 있고, 해당 부위들의 자기장 세기는 주변보다 낮아질 수 있다.
한편, 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위가 손상되지 않았을 경우에는 해당 부위에 전류가 흐르는 동안, 해당 부위의 전류 세기가 위의 경우에 비하여 상대적으로 높을 수 있고, 따라서, 자기장 세기도 상대적으로 높을 수 있다.
1.3. 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계(S300)
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
배터리 팩 열 이미지 촬영 단계는 배터리 팩(B)의 열 이미지를 촬영하는 단계이다. 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계는, 배터리 팩(B)을 지지부(50)에 안착시키고 지지부(50) 상에 열 이미지 촬영수단(70)을 위치시키는 단계와, 열 이미지 촬영수단(70)을 이용하여 와이어(W)가 위치하는 소정의 평면의 열 이미지 예컨대 배터리 팩(B)의 상면의 열 이미지를 촬영하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대 배터리 팩(B)을 지지할 수 있는 상면을 구비하는 지지부(50) 상에 배터리 팩(B)을 안착시킨 후, 진단부(80)와 연결되어 있는 열 이미지 촬영수단(70)을 배터리 팩(B)의 상측으로 이동시킬 수 있다. 그리고 열 이미지 촬영수단(70)의 초점 면에 소정의 초점 면 배열을 이루고 있는 복수개의 검출 소자(미도시)를 이용하여, 배터리 팩(B)의 상면으로부터 방출되는 적외선을 검출하여, 배터리 팩(B)의 상면의 열 이미지를 촬영할 수 있다.
이때, 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기는 와이어(W)의 크기에 대응하도록 정해진 소정의 픽셀 크기일 수 있다. 예컨대 촬영된 열 이미지에서 와이어(W)를 구분할 수 있도록, 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기는 와이어(W)의 굵기 및 와이어(W)가 본딩된 부위의 크기 중 적어도 어느 하나보다 작도록 정해진 소정의 픽셀 크기일 수 있다.
물론, 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기는 배터리 셀(30)의 직경보다 작은 소정의 픽셀 크기일 수도 있다.
1.4. 열 이미지 판독 단계(S400)
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
열 이미지 판독 단계는 촬영된 열 이미지 데이터(DB1)로부터 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 단계이다. 이러한 단계는 진단부(80)에서 수행할 수 있다.
여기서, 열 이미지 판독 단계는, 촬영된 열 이미지 내에서 소정의 윤곽선을 추출하여 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 열 이미지 윤곽선 생성 단계와, 열 이미지 데이터(DB1)로부터 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 온도를 고온 및 저온 중 어느 하나로 판독하는 본딩된 부위 온도 판독 단계, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 고온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결 판단 단계, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 저온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결-간주 판단 단계, 및 본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 열 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 열 이미지 판독 결과 정보 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 촬영된 열 이미지 내에서 소정의 윤곽선을 추출한다. 예컨대 배터리 셀(30)을 충방전하는 동안, 소정의 열이 배터리 셀(30), 버스 바(40) 및 와이어(W)에서 각각 생성되어 주변으로 전파된다. 이때, 배터리 셀(30), 버스 바(40) 및 와이어(W)는 각각 소정의 서로 다른 크기와 재질 및 물성을 가질 수 있고, 이들을 촬영하여 열 이미지를 보면, 그 경계에서 미세한 온도의 차이가 발생할 수 있고, 온도 차이에 의한 윤곽선이 생성될 수 있다.
이에, 촬영된 열 이미지 내에서 소정의 윤곽선을 추출하여 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 형상을 생성하고, 이를 통해 와이어(W)가 본딩된 부위에 해당하는 픽셀들을 그렇지 않은 픽셀들과 구분할 수 있다. 이에, 촬영한 열 이미지 내에서 와이어(W)가 본딩된 부위를 알 수 있다.
이후, 촬영된 열 이미지(P1)의 픽셀들을 온도에 따라 나누어 준다. 즉, 촬영된 열 이미지(P1)의 픽셀들을 소정의 기준온도보다 고온(T2)인 픽셀(A1, A2) 및 그보다 저온(T1)인 픽셀로 나눠준다. 고온(T2) 및 저온(T1)은 각각 소정의 온도 범위로 정해질 수 있다. 예컨대 기준온도보다 낮은 저온(T1)은 예컨대 소정의 온도 범위일 수 있고, 고온(T2)은 저온(T1)보다 높은 소정의 온도 범위일 수 있다.
기준온도는 예컨대 버스 바(40)와 와이어(W)와 배터리 셀(30)이 정상적으로 와이어 본딩되어 연결된 상태에서, 배터리 셀(30)을 충방전하였을 때의 와이어(W)의 표면온도의 범위일 수 있다. 이때, 이러한 표면온도는 이론적으로 계산하거나, 상온 혹은 표준 온도하에서 배터리 셀(30)의 충방전을 수행하며 배터리 셀(30)과 연결된 와이어(W)의 온도를 반복 측정하는 소정의 실험을 통하여 구할 수 있다.
이후, 고온(T2) 픽셀(A1, A2)을 저온 픽셀과 구분하여 고온(T2) 픽셀(A1, A2)을 감싸도록 폐곡선(미도시)을 형성한다. 이후, 폐곡선 내에 와이어(W)가 위치하는지를 확인한다. 즉, 와이어(W)가 본딩된 부위에 해당하는 픽셀들을 그렇지 않은 픽셀들과 구분하도록 열 이미지(P1) 내에서 추출된 윤곽선과, 고온(T2) 픽셀(A1, A2)을 감싸도록 형성된 폐곡선이 중첩되는지를 보고, 이들이 중첩이 되면 폐곡선 내에 와이어(W)가 위치하는 것을 확인할 수 있다.
이후, 폐곡선 내에 위치하는 와이어(W)가 본딩된 부위의 위치정보를 획득한다. 예컨대 폐곡선 내에 위치하는 와이어(W)가 본딩된 부위의 위치정보는 열 이미지 촬영수단(70)의 설치 높이, 설치 각도, 화각 및 해상도(X-Y)와, 배터리 팩(B)의 상면 높이 및 상면 면적을 이용하여 소정의 좌표의 형태로 구할 수 있다. 이와 마찬가지로 폐곡선 바깥에 위치하는 와이어(W)가 본딩된 부위의 위치정보도 획득할 수 있다.
이후, 폐곡선 내에 위치하는 와이어(W)의 본딩된 부위를 비정상연결-확정 상태로 판단한다. 또한, 폐곡선 바깥에 위치하는 와이어(W)의 본딩된 부위를 정상연결-간주 상태로 판단한다.
1.5. 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계(S500)
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 7을 참조하면, 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는 배터리 팩(B)의 자기장 이미지를 촬영하는 단계이다.
타겟에 전류 및 자기장을 동시 인가하면 타겟의 자화 상태가 특정 각도를 형성하고, 이 각도를 통해 전류가 발생시키는 자기장 크기를 측정할 수 있다. 또한, 타겟에 레이저 광을 입사시켜 그 반사광의 수집하여 세기를 검출하고, 검출된 반사광의 세기에 기초하여 자기장 세기를 산출할 수 있다. 이 외에도 각종 자기 센서를 이용하여 자기장 세기를 구할 수 있고, 이로부터 자기장 이미지를 생성할 수 있다.
예컨대 배터리 팩(B)의 자기장 이미지는 소정의 자기 센서 배열을 구비하는 자기장 이미지 촬영수단(80)을 이용하여 촬영할 수 있다. 이러한 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는, 지지부(50) 상에 자기장 이미지 촬영수단(80)을 위치시키는 단계와, 자기장 이미지 촬영수단(80)을 이용하여 와이어(W)가 위치하는 소정의 평면의 자기장 이미지를 촬영하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대 자기장 이미지 촬영수단(80)을 배터리 팩(B)의 상면에 위치시킨 후, 수평방향으로 스캔하면서 배터리 팩(B)의 상면의 자기장 이미지를 촬영할 수 있다. 즉, 열 이미지를 촬영한 평면과 동일한 소정의 평면을 촬영하여 자기장 이미지를 생성한다. 이때, 촬영된 자기장 이미지의 픽셀 크기는 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기에 대응하도록 정해진 소정의 픽셀 크기일 수 있다. 구체적으로, 자기장 이미지의 픽셀 크기와 열 이미지의 픽셀 크기가 같을 수 있다.
한편, 상술한 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는 배터리 셀 충방전 단계를 수행하는 중에 수행되는데, 이때, 이들 단계는 동시에 수행될 수 있다. 이에, 동일한 시간대의 동일한 면적의 열 이미지와 자기장 이미지를 얻을 수 있다. 물론, 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는 소정의 시차를 두고 소정의 순서로 수행할 수도 있다.
1.6. 자기장 이미지 판독 단계(S600)
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 이미지 판독 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 자기장 이미지 판독 단계는 촬영된 자기장 이미지 데이터(DB2)로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 단계로서, 진단부(80)에서 수행할 수 있다.
이러한 자기장 이미지 판독 단계는, 열 이미지 판독 단계에서 추출한 윤곽선을 이용하여, 촬영된 자기장 이미지 내에 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 자기장 이미지 윤곽선 생성 단계와, 촬영된 자기장 이미지 데이터(DB2)로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기를 판독하는 본딩된 부위 자기장 세기 판독 단계, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 소정의 기준세기보다 크면 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결 판단 단계, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 상술한 기준세기보다 작으면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결-간주 판단 단계, 및 본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 자기장 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 자기장 이미지 판독 결과 정보 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 소정의 해상도(X-Y)로 촬영된 자기장 이미지(P2)의 픽셀들은 자기장 세기에 따라서 서로 다른 색으로 구분되어 표현될 수 있고, 자기장 세기가 기준세기보다 큰 소정 범위의 세기(m2)에 해당하는 픽셀과 자기장 세기가 기준세기보다 작은 소정 범위의 세기(m1)에 해당하는 픽셀으로 구분할 수 있다. 이에, 열 이미지 판독 단계에서 추출한 윤곽선을 이용하여, 촬영된 자기장 이미지(P2) 내에 배터리 셀(30)과 와이어(W)가 본딩된 부위의 형상을 생성하고, 자기장 세기가 기준세기보다 큰 픽셀들을 둘러싸는 폐곡선(미도시)을 생성하고, 폐곡선 내에 와이어(W)의 본딩된 부위가 위치하는지를 확인하고, 폐곡선 내의 와이어(W)의 위치정보와 그 바깥의 외이어(W)의 위치정보를 획득한다. 자기장 세기는 마이크로 테슬라의 단위일 수 있다. 기준세기는 버스 바(40)와 와이어(W)와 배터리 셀(30)이 정상적으로 와이어 본딩되어 연결된 상태에서, 배터리 셀(30)을 충방전하면서 와이어(W)로부터 측정한 자기장 세기의 범위일 수 있다. 이때, 이러한 기준세기는 이론적으로 계산하거나, 상온 혹은 표준 온도하에서 배터리 셀(30)의 충방전을 수행하며 배터리 셀(30)과 연결된 와이어(W)로부터 생성되는 자기장의 세기를 반복 측정하는 소정의 실험을 통하여 구할 수 있다.
그리고, 폐곡선 내에 위치하는 와이어(W)의 본딩된 부위를 정상연결-확정 상태로 판단하고, 그 나머지를 비정상연결-간주 상태로 판단한다.
1.7. 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계(S700)
와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는 진단부(80)에서 수행되는데, 열 이미지 판독 단계에서 생성된 열 이미지 판독 결과 정보와, 자기장 이미지 판독 단계에서 생성된 자기장 이미지 판독 결과 정보를 결합하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 최종판단하는 단계이다.
구체적으로, 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는, 열 이미지 판독 결과 정보와 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 정상연결, 비정상연결 및 비정상단선 중 선택된 어느 하나의 상태로 최종판단할 수 있다.
즉, 열 이미지 판독 결과 정보와 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 비정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결 상태로 최종판단할 수 있다.
예컨대 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 비정상연결-확정인 것은, 해당 부위의 온도가 고온인 것을 의미한다, 즉, 해당 부위의 온도가 고온일 때에는 자기장 이미지 판독 결과와 상관없이 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결 상태로 최종판단한다.
또한, 열 이미지 판독 결과 정보와 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결 상태로 최종판단한다.
예컨대 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-확정이라는 것은 해당 부위의 자기장 세기가 강함인 것을 의미한다. 이 때에는 열 이미지 판독 결과와 상관없이 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결 상태로 최종판단한다.
한편, 열 이미지 판독 결과 정보와 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-간주 및 비정상연결-간주이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상단선 상태로 최종판단할 수 있다.
즉, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위가 완전히 끊어진 경우, 온도의 차이만으로 그 상태를 확정하기 어렵고, 자기장 이미지 만으로도 그 상태를 확정하기 어렵다.
예를 들어 본딩된 부위가 완전히 끊어진 부분과, 본딩된 부위가 정상인 부분은 발열이 없거나, 발열의 정도가 상대적으로 작은 부분이고, 그 온도가 상온에 크게 영향을 받기 때문에 이들을 온도적으로 구분하기 어렵다.
또한, 본딩된 부위가 손상된 부분의 자기장 세기와 본딩된 부위가 완전히 끊어진 부분의 자기장 세기는 그 크기가 작기 때문에 이들을 정확히 구분하기 어렵다.
하지만 본 발명의 실시 예와 같이, 열 이미지 판독 결과 정보와 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-간주 상태 및 비정상연결-간주 상태에 모두 포함하는 것을 확인함으로써, 이를테면 이들 상태를 열적으로 및 자기장 세기적으로 교차 검증함으로써, 해당 부위의 상태가 비정상단선 상태인 것을 정확하게 최종판단할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배터리 팩 하우징
20: 배터리 셀 홀더
30: 배터리 셀
40: 버스 바
50: 지지부
60: 열 이미지 촬영수단
70: 자기장 이미지 촬영수단
80: 진단부
H: 홀
W: 와이어
DB1: 촬영된 열 이미지 데이터
DB2: 촬영된 자기장 이미지 데이터
P1: 촬영된 열 이미지
P2: 촬영된 자기장 이미지
20: 배터리 셀 홀더
30: 배터리 셀
40: 버스 바
50: 지지부
60: 열 이미지 촬영수단
70: 자기장 이미지 촬영수단
80: 진단부
H: 홀
W: 와이어
DB1: 촬영된 열 이미지 데이터
DB2: 촬영된 자기장 이미지 데이터
P1: 촬영된 열 이미지
P2: 촬영된 자기장 이미지
Claims (9)
- 배터리 셀과 와이어를 본딩 연결하여 배터리 팩을 제조하는 배터리 팩 제조 단계;
상기 와이어를 통하여 상기 배터리 셀을 충방전하는 배터리 셀 충방전 단계;
상기 배터리 팩의 열 이미지를 촬영하는 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계;
촬영된 열 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 열 이미지 판독 단계;
상기 배터리 팩의 자기장 이미지를 촬영하는 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계;
촬영된 자기장 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 판독하는 자기장 이미지 판독 단계;
상기 열 이미지 판독 단계에서 생성된 열 이미지 판독 결과 정보와, 상기 자기장 이미지 판독 단계에서 생성된 자기장 이미지 판독 결과 정보를 결합하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 최종판단하는 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계;를 포함하여 구성되는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계는,
상기 와이어가 위치하는 소정의 평면을 촬영하여 열 이미지를 생성하고,
촬영된 열 이미지의 픽셀 크기는, 상기 와이어의 굵기 및 상기 와이어가 본딩된 부위의 크기 중 적어도 어느 하나보다 작도록 정해진 소정의 픽셀 크기인 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열 이미지 판독 단계는,
촬영된 열 이미지 내에서 소정의 윤곽선을 추출하여 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 열 이미지 윤곽선 생성 단계;
촬영된 열 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도를 고온 및 저온 중 어느 하나로 판독하는 본딩된 부위 온도 판독 단계;
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 소정의 기준온도보다 고온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결 판단 단계;
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 온도가 상기 기준온도보다 저온이면, 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결-간주 판단 단계;
본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 열 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 열 이미지 판독 결과 정보 생성 단계;를 포함하여 구성되는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계는,
상기 열 이미지를 촬영한 평면과 동일한 소정의 평면을 촬영하여 자기장 이미지를 생성하고,
촬영된 자기장 이미지의 픽셀 크기는 촬영된 열 이미지의 픽셀 크기에 대응하도록 정해진 소정의 픽셀 크기인 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 자기장 이미지 판독 단계는,
상기 열 이미지 판독 단계에서 추출한 윤곽선을 이용하여, 촬영된 자기장 이미지 내에 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 형상을 생성하는 자기장 이미지 윤곽선 생성 단계;
촬영된 자기장 이미지 데이터로부터 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기를 판독하는 본딩된 부위 자기장 세기 판독 단계;
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 소정의 기준세기보다 크면, 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결-확정 상태로 판단하는 본딩된 부위 정상연결 판단 단계;
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 자기장 세기가 상기 기준세기보다 작으면, 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결-간주 상태로 판단하는 본딩된 부위 비정상연결-간주 판단 단계;
본딩된 부위의 위치정보 및 본딩 상태를 매칭하여 자기장 이미지 판독 결과 정보를 생성하는 자기장 이미지 판독 결과 정보 생성 단계;를 포함하여 구성되는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는,
상기 열 이미지 판독 결과 정보와 상기 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여, 배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태를 정상연결, 비정상연결 및 비정상단선 중 선택된 어느 하나의 상태로 최종판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 와이어 본딩 상태 불량 판단 단계는,
상기 열 이미지 판독 결과 정보와 상기 자기장 이미지 판독 결과 정보를 대비하여,
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 비정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상연결 상태로 최종판단하고,
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-확정이면 해당 부위의 본딩 상태를 정상연결 상태로 최종판단하고,
배터리 셀과 와이어가 본딩된 부위의 본딩 상태가 정상연결-간주 및 비정상연결-간주이면 해당 부위의 본딩 상태를 비정상단선 상태로 최종판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 셀 충방전 단계를 수행하는 중에,
상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 셀 충방전 단계를 수행하는 중에,
상기 배터리 팩 열 이미지 촬영 단계와, 상기 배터리 팩 자기장 이미지 촬영 단계를 소정의 시차를 두고 소정의 순서로 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법.
Priority Applications (6)
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