KR20220090911A - 원통형 전지 탭의 용접 검사장치 - Google Patents

원통형 전지 탭의 용접 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 관한 것으로서,
원통형 전지가 고정되는 전지 지그;
상기 전지 지그의 하부에 배치되는 원통형 와전류 센서;
상기 원통형 와전류 센서를 지지하는 센서 지그; 를 포함하고,
상기 원통형 와전류 센서는, 원통형 전지의 전극 탭 용접부에 와전류를 유도시키는 송신코일부와 상기 송신코일부에 의해 유도된 와전류에 의한 신호 변화를 감지하는 수신코일부를 구비하고,
상기 송신코일부와 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부에 함께 장착되고, 상기 송신코일부와 수신코일부는 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 전지 탭의 용접 검사장치{WELDING INSPECTION DEVICE OF CYLINDRICAL BATTERY TAB}
본 발명은 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 와전류 센서를 이용하여 원통형 전지 탭의 용접 불량 여부를 판정할 수 있는 용접 검사장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
일반적으로 이차전지는 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는데, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들은 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막에 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
이 중 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 특히, 고에너지 밀도를 갖는 젤리롤형 전극 조립체는 원통형 금속 캔에 내장되어 원통형의 이차전지를 구성할 수 있으며, 이러한 원통형 전지는 전기자동차와 같이 고용량의 이차전지의 적용이 필요한 분야에서 널리 적용되고 있다.
도 1은 원통형 전지의 하부 전지 캔(1)의 내측면(2)을 도시하는 사시도이다. 원통형 전지는 전지 캔 내에 젤리롤형 전극 조립체가 수용되고 이 전극 조립체로부터 인출된 전극 탭(3)이 도 1과 같이 전지 캔(1)의 내측면(2)에 예컨대 스폿 용접(4) 등에 의하여 용접된다. 이와 같이 용접부(4)가 전극 탭(3)과 금속 캔 바닥의 내측면(2)에 형성되기 때문에, 전지 캔의 외부에서는 용접상태를 판정할 수 없다.
이러한 원통형 전지 탭의 용접 불량 여부를 검출하기 위하여, 본 명세서에 제시된 특허문헌과 같이, 와전류 센서에 의한 검사방법이 제시되었다.
상기 와전류 센서 검사방법은 전지 내부의 용접 불량을 빠르고 정확하게 판정할 수 있다는 장점이 있다. 와전류 센서는 2개의 코일을 이용하여 전지 셀에 생성된 와전류로 발생되는 유도기전력을 측정하여 용접 불량을 비파과적으로 검출하는 방법이다.
하기 특허문헌 1에는 전지셀에 와전류를 유도하는 제1센서와 유도된 와전류 신호를 감지하는 제2센서를 가지는 전지셀 내부의 균열 검출장치가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에서는 와전류 유도 센서와 와전류 신호 감시 센서가 분리되어 별개로 구성되어, 검사장치를 컴팩트하게 소형으로 구성하기 곤란하였다. 또한, 특허문헌 1의 제1,2센서는 파우치형이나 각형 전지와 같은 평판형 전지의 상하에 배치되어 결함 여부를 파악하기에 적합한 구조로서 원통형 전지의 외측면에서 용접 불량 여부를 판단하기에는 적합하지 않은 센서이다.
한편, 특허문헌 2에는 원통형 전지의 용접부를 검사하기 위하여, 와전류를 인가하고 이 와전류로부터 수신신호를 수신하여 용접상태를 판단하는 원통형 센서가 개시되어 있다.
원통형 전지는 전극 탭이 용접된 전지 내측면에 센서를 설치하여 와전류를 유도할 수 없는 구조이므로, 불가피하게 전극 탭 용접부의 전지 캔 내측면 이면의 전지 캔 외측면에서 용접 불량을 검사하여야 한다. 이 경우, 전극 캔 용접부에 와전류를 인가하는 송신코일부와 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 수신코일부를 상기 전지 캔 외측면 측에 모두 배치하여야 한다. 이러한 구조로서 상기 특허문헌 2와 같은 원통형 와전류 센서가 제안되었다.
그러나 종래의 원통형 와전류 센서는 송신코일부와 수신코일부의 간격 조절이 불가능하였기 때문에, 원통형 전지의 종류에 대응하여 송수신코일부의 간격을 조절할 수 없었다. 즉, 원통형 와전류 센서 자체를 원통형 전지에 접근/이간시켜 원통형 전지의 사양에 대응하여 용접 불량 여부를 검사할 수는 있었지만, 센서 내부의 송수신코일부의 간격은 일정하였기 때문에, 전지 종류나 사양에 대응하여 적합하게 대응하는 데는 한계가 있었다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-2023739호 특허문헌 2: 대한민국 등록특허공보 제10-2140966호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원통형 와전류 센서의 송수신코일부의 간격을 조절함으로써, 시험 대상인 원통형 전지의 사양이나 종류에 대응하여 적절하게 원통형 전지 탭의 용접 불량 여부를 검사할 수 있는 용접 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 원통형 전지 탭의 용접 검사장치는, 원통형 전지가 고정되는 전지 지그; 상기 전지 지그의 하부에 배치되는 원통형 와전류 센서; 상기 원통형 와전류 센서를 지지하는 센서 지그; 를 포함하고, 상기 원통형 와전류 센서는, 원통형 전지의 전극 탭 용접부에 와전류를 유도시키는 송신코일부와 상기 송신코일부에 의해 유도된 와전류에 의한 신호 변화를 감지하는 수신코일부를 구비하고, 상기 송신코일부와 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부에 함께 장착되고, 상기 송신코일부와 수신코일부는 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 송신코일부 및 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부의 선단에 설치되고, 상기 수신코일부가 상기 송신코일부의 선단에 설치될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 송신코일부는 송신코일과 상기 송신코일이 권취되는 송신코어를 구비하고, 상기 수신코일부는 수신코일과 상기 수신코일이 권취되는 수신코어를 구비하며, 상기 수신코어는 상기 송신코어보다 작은 직경을 가진다.
하나의 실시예로서, 상기 송신코어는 상기 수신코어의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 홈을 구비하여 상기 수신코어가 상기 송신코어의 홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 상기 송신코어에 결합될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 송신코일부 및 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부의 선단에 설치되고, 상기 수신코일부는 상기 송신코일부 내에 수용되는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 송신코일부는 송신코일과 상기 송신코일이 권취되는 송신코어를 구비하고, 상기 수신코일부는 수신코일과 상기 수신코일이 권취되는 수신코어를 구비하며, 상기 송신코어는 상기 수신코어가 수용되는 수용공을 가지고 상기 수신코어가 상기 수용공 내에서 상기 송신코어와 동심으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 수신코어는 상기 송신코어의 수용공으로부터 출몰 가능하게 상기 수용공 내에 설치될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수용공 내에 상기 수신코어가 삽입 결합되는 결합부가 설치되고, 상기 결합부는 상기 수신코어가 삽입되는 결합공과 상기 결합공의 전단에 상기 수신코어의 후단이 걸려지는 단턱부가 돌출 형성될 수 있다.
한편, 상기 송신코일부와 수신코일부의 폭의 비율은 3~5:1 인 것이 좋다.
또한, 상기 원통형 전지 바닥면의 직경과 상기 송신코일부의 폭의 비율이 2~4:1인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원통형 전지 바닥면과 상기 원통형 와전류 센서의 간격은 0.5~1mm인 것이 좋다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 검사장치는, 상기 전지 지그 및 센서 지그를 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 센서 지그는 높이 조절이 가능하게 상기 지지대에 결합될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 지지대는, 상기 전지 지그 및 센서 지그가 일측면에 결합되는 세로 지지대와, 상기 원통형 와전류 센서에 소정 전류을 입력하고 원통형 와전류 센서로부터 발생된 신호를 측정하는 검사부가 탑재되는 바닥 지지대를 포함하고, 상기 바닥 지지대는 상기 세로 지지대의 하부에 결합될 수 있다.
본 발명은 원통형 와전류 센서의 송신코일부와 수신코일부의 간격 조절이 가능하므로, 전지 종류나 사양에 대응하여 송수신코일부의 간격을 조절하여 보다 정확하게 원통형 전지의 용접 불량을 측정할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 원통형 전지의 하부 전지 캔의 내측면을 도시하는 사시도이다.
도 2는 와전류를 이용한 결함 검출 원리를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 용접 검사장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 용접 검사장치에 사용되는 원통형 와전류 센서의 일 실시예의 일부 절개 사시도 및 요부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 원통형 와전류 센서의 구조를 나타내는 일부 절개 사시도다.
도 6은 도 5의 원통형 와전류 센서의 선단부를 상세히 나타낸 일부 절개 측면도이다.
도 7은 원통형 전지 바닥면과 송수신코일부의 폭의 비율 관계를 나타낸 개략도이다.
도 8은 송신코일부와 수신코일부의 폭의 비율을 특정 범위로 한 본 발명의 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 의하여 검출된 원통형 전지들의 판별값들을 나타내는 양부 판정 그래프이다.
도 9는 송신코일부와 수신코일부의 폭의 비율을 도 8의 범위 외로 한 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 의하여 검출된 원통형 전지들의 판별값들을 나타내는 양부 판정 그래프이다.
도 10은 원통형 전지 바닥면, 송신코일부 및 신코일부의 폭의 비율을 특정 범위로 한 본 발명의 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 의하여 검출된 원통형 전지들의 판별값들을 나타내는 양부 판정 그래프이다.
도 11 원통형 전지 바닥면, 송신코일부 및 수신코일부의 폭의 비율을 도 10범위 외로 한 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에 의하여 검출된 원통형 전지들의 판별값들을 나타내는 양부 판정 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 와전류를 이용한 결함 검출 원리를 이용한 것이다. 도 2는 와전류를 이용한 결함 검출 원리를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 코일에 교류 전류를 흘려 보내면 코일 주위에 1차 자기장(primary magnetic field)이 발생한다. 상기 1차 자기장을 형성하는 송신 코일을 전도체(conductor)에 가져가면 전자기유도(electromagnetic induction) 현상에 의해 전도체 내에 유도기전력(induced electromotive force)이 발생하고, 이 유도기전력은 렌츠의 법칙(Lenz's law)에 따라 1차 자기장을 방해하는 전류를 흐르게 하는데, 이 전류를 와전류(eddy current) 라고 한다. 상기 와전류에 의해 1차 자기장을 방해하는 2차 자기장(secondary magnetic field)이 발생한다. 이때 전도체의 상태, 위치, 결함, 재질 등의 변화에 따라 상기 와전류가 변화하며, 이는 2차 자기장의 변화를 가져오며, 2차 자기장의 변화는 수신 코일 측에서 유도기전력 및 임피던스의 변화를 가져온다. 이 변화를 측정하여 기 설정된 유도기전력 또는 임피던스 변화값과 대조하거나 통계적으로 구해진 소정의 판별함수에 상기 변화값을 대입하여 판별값을 구하면 전도체, 예컨대 원통형 전지의 용접부의 불량 여부를 판단할 수 있게 된다.
본 발명에서, 전극 탭의 용접 불량이란 용접 시 용접이 충분치 못해 생긴 미용접부나, 용접 공정 중 발생한 균열일 수 있다. 혹은, 용접부의 직경, 깊이, 두께 등 용접 강도와 직결되는 용접상태 미흡부도 불량으로 간주할 수 있다.
본 발명의 원통형 전지 탭의 용접 검사장치는, 원통형 전지가 고정되는 전지 지그; 상기 전지 지그의 하부에 배치되는 원통형 와전류 센서; 상기 원통형 와전류 센서를 지지하는 센서 지그; 를 포함한다. 원통형 전지의 하부에 배치된 원통형 와전류 센서에 의하여 원통형 전지 탭의 용접 불량 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 상기 원통형 전지는 전지 탭이 용접된 전지 캔의 하부면이 상기 원통형 와전류 센서와 대향하도록 하여 상기 전지 지그에 고정되어야 한다. 상기 전지 지그의 하부에는 원통형 와전류 센서 및 이 센서를 지지하는 센서 지그가 배치된다.
본 발명의 원통형 와전류 센서는, 상기 원통형 전지의 원형 바닥면의 형태에 맞추어 원통형으로 구성된 센서부 몸체를 갖는다. 또한, 상기 원통형 와전류 센서는, 원통형 전지의 전극 탭 용접부에 와전류를 유도시키는 송신코일부와 상기 송신코일부에 의해 유도된 와전류에 의한 신호 변화를 감지하는 수신코일부를 구비한다. 상기 송신코일부와 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부에 함께 장착되므로, 상기 원통형 전지의 일측면(바닥면)에서 와전류를 유도할 수 있는 교류 전류의 입력과, 상기 일측면에서 유도된 와전류에 의한 신호의 감지를 모두 행할 수 있다. 또한, 송수신코일부가 하나의 센서 바디부에 모두 장착되므로, 와전류 센서를 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다.
본 발명의 주요한 특징은, 상기 송신코일부와 수신코일부가 간격 조절이 가능하다는 점이다. 즉, 원통형 전지의 크기, 종류, 사양 등에 따라 송신코일부와 수신코일부의 간격을 적절하게 조절함으로써, 신호 검출을 보다 적확하게 할 수 있다. 예컨대, 수신코일부가 검사대상에 너무 가까이 가거나 멀리 떨어지면, 수신코일부에서 수신되는 신호값의 감도가 떨어지거나 수신코일부에서 발생되는 자기장이 교란될 수 있다. 이 경우 검사대상과 수신코일부와의 거리를 적절하게 설정할 필요가 있다. 수신코일부를 검사대상으로부터 적정 거리 이격시켜 검사를 하는 경우에도, 송신코일부가 수신코일부로부터 너무 가깝거나 떨어지면 1차 자기장에 의하여 유도되는 2차 자기장의 크기가 상이하게 되어 역시 정확하게 신호값을 측정할 수 없는 경우가 생긴다. 따라서, 송수신코일부의 거리를 적절하게 조절할 필요가 있다. 이때, 원통형 전지의 종류에 따라서, 송수신코일부의 적정 거리가 달라질 수 있다. 하지만, 종래의 원통형 와전류 센서와 같이, 송수신코일부의 거리가 일정하면, 원통형 전지의 종류에 대응하여 정확하게 신호값을 검출할 수 없다. 예컨대, 원통형 전지의 종류에 따라, 원통형 와전류 센서 자체를 이동하여 전지와 센서 거리를 조정할 수 있다 하여도, 원통형 와전류 센서 내의 송수신코일부의 거리는 일정하므로, 원통형 전지의 종류에 대응하여 보다 정확하게 신호값을 검출하는데 한계가 있다.
이상을 감안하여, 본 발명은 원통형 와전류 센서에 있어서, 송신코일부와 수신코일부의 거리 조정이 가능하도록 하여 신호값 검출의 정확성을 기한데 특징이 있다.
본 발명의 구체적인 원통형 전지 탭의 용접 검사장치에서는 첨부한 도면과 실시예를 참조하여 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 용접 검사장치의 모식도이다.
도시된 바와 같이, 검사대상 원통형 전지(200)를 검사하기 위하여, 세워 설치된 세로지지대(61)의 일측면에 전지 지그(40)가 부착되어 있다. 상기 전지 지그(40) 상에는 원통형 전지(200)가 그 전지 캔의 전극 탭이 용접된 쪽을 아래로 하여 고정되어 있다.
상기 원통형 전지(200)의 전지 캔 내측면에 위치한 전극 탭의 용접 불량을 검사하기 위하여, 원통형 와전류 센서(10)가 상기 원통형 전지(200)의 아래에 설치되어 있다. 상기 세로 지지대(61)의 일측면에는 상기 원통형 와전류 센서(10)를 고정 지지하기 위한 센서 지그(50)가 설치되어 있다. 상기 센서 지그(50)와 원통형 전지(200)의 거리는 전지 종류에 따라, 최적의 신호값을 측정할 수 있는 거리로 설정된다. 또한, 상기 센서 지그(50)는 높이 조절이 가능하게 되어 있어, 전지의 종류를 교체하는 등의 이유로 원통형 와전류 센서(10)와 원통형 전지(200)의 거리를 조정할 필요가 있을 경우, 센서 지그(10)의 높이를 조절하여, 설정 거리에 맞출 수 있도록 되어 있다.
상기 원통형 와전류 센서(10)는 상기 센서에 소정의 교류 전류를 입력하고 상기 원통형 와전류 센서부(10)에서 발생된 신호값을 측정하는 검사부(30)와 신호선(14)에 의하여 연결되어 있다. 상기 검사부(30)는 상기 세로 지지대(61)의 하부에 결합되는 바닥 지지대(62)에 탑재되어 있다. 즉, 상기 바닥 지지대(62)와 세로 지지대(61)가 본 실시예의 검사장치(100)의 지지대(60)를 구성한다.
본 실시예의 검사장치(100)는, 상기 지지대(60) 상에 설치되는 전지 지그(40)에 원통형 전지(200)를 배치하고, 상기 센서 지그(50) 상에 원통형 와전류 센서(10)를 배치하고, 상기 검사부(30)를 상기 바닥 지지대(62) 상에 배치하여 원통형 전지(200)의 용접 불량을 편리하게 검사할 수 있다.
한편, 상기 원통형 와전류 센서(10)와 소정 거리 이격되어 래퍼런스 센서(20)가 신호선(21)에 의하여 상기 검사부(30)에 연결되어 있다. 상기 래퍼런스 센서(20)는, 그 래퍼런스 센서(20)에서 측정된 신호값을 상기 원통형 와전류 센서(10)에서 측정된 신호값과 대비하여 원통형 전지의 용접 불량을 판별하기 위하여 설치되는 것이다. 래퍼런스 센서(20)의 구조는 상기 원통형 와전류 센서(10)의 구조와 동일하다.
도 4는 본 발명의 용접 검사장치에 사용되는 원통형 와전류 센서(10)의 일부 절개 사시도 및 요부 확대도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원통형 와전류 센서(10)는 송신코일부(11)와 수신코일부(12)를 구비하고, 상기 송수신코일부(11,12)는 모두 원통형 와전류의 센서 바디부(10a)에 장착되어 있다.
도 4를 참조하면, 송신코일부(11) 및 수신코일부(12)는 상기 센서 바디부(10a)의 선단에 설치되고, 수신코일부(12)가 상기 송신코일부(11)의 선단에 설치된다. 수신코일부(12)는 검사대상인 전지 캔 외측면에 인접하여 전지 캔에서 유도되는 와전류를 수신하여야 하므로, 송신코일부(11)보다 선단에 설치된다.
송신코일부(11)는, 전지 캔의 용접부에 와전류를 유도시키기 위한 송신코일(11b)과 상기 송신코일(11b)이 권취되는 송신코어(11a)를 구비하고 있다. 수신코일부(12)는, 전지 캔에서 유도되는 와전류에 의한 신호값을 수신하기 위한 수신코일(12b)과 상기 수신코일(12b)이 권취되는 수신코어(12a)를 구비하고 있다. 상기 수신코어(12a)는 상기 송신코어(11a)보다 작은 직경을 가진다. 수신코어(12a)보다 송신코어(11a)의 직경을 크게 하는 것은, 수신코어(12a)보다 송신코어(11a)가 상대적으로 검사대상으로부터 멀기 때문에 송신코어(11a)에 권취된 송신코일(11b)에서 발생하는 1차 자기장을 강하고 균일하게 발생시켜 검사대상에 와전류가 유도되도록 하기 위함이다. 또한, 수신코어(12a)의 직경을 크게 하면, 수신코어(12a)에 권취된 수신코일(12b)에서 발생하는 2차 자기장이 확대되어 1차 자기장에 의한 와전류의 발생을 방해하거나 간섭할 수 있기 때문이다. 또한, 수신코어(12a)는 검사대상으로부터 가깝게 배치되어 용이하게 와전류 신호를 수신할 수 있으므로, 송신코어(11a)와 같이 직경을 크게 할 필요가 없다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 원통형 와전류 센서(10)는 수신코일부(12)가 송신코일부(11)에 대하여 이동 가능하게 되어 있어 송수신코일부(11,12) 간의 간격 조절이 가능하게 되어 있다. 즉, 검사대상의 종류 등에 따라 수신코일부(12)를 송신코일부(11)에 대하여 이동시킬 수 있게 되어 있다. 송수신코일부 간의 간격 조절을 위하여, 상기 송신코어(11)는 수신코어(12)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 홈(11c)을 송신코어의 선단에 구비하고 있다. 수신코어(12a)는 상기 송신코어의 홈(11c)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 상기 송신코어(11a)에 결합된다. 따라서, 수신코어(12a)는 상기 송신코어의 홈(11c) 내에 적어도 일부분이 결합된 채로 송신코어(11a) 선단으로부터 검사대상을 향하여 이동할 수 있다. 예컨대 원통형 전지의 종류에 따라, 보다 민감한 수신감도가 필요할 경우, 상기 수신코어(12a)의 적어도 일부를 송신코어(11a)로부터 인출하여 수신코어(수신코일부(12))를 검사대상에 보다 가깝게 위치시킬 수 있다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 원통형 와전류 센서의 구조를 나타내는 일부 절개 사시도이고, 도 6은 도 5의 원통형 와전류 센서의 선단부를 상세히 나타낸 일부 절개 측면도이다.
본 실시형태는 송수신코일부의 결합구조가 상기 제1 실시형태와 상이하다. 즉, 본 실시형태에서는 수신코일부(12)가 송신코일부(11) 내에 완전히 수용되는 형태이다.
도 6을 참조하면, 송신코일부(11)의 송신코어(11a)는 수신코일부(12)의 수신코어(12a)가 수용되는 수용공(11d)을 구비하고 있으며, 상기 수신코어(12a)는 상기 수용공(11d) 내에서 상기 송신코어(11a)와 동심으로 배치된다. 상기 수신코어(12a)는 송신코어(11a)와의 간격 조절이 가능하도록, 상기 송신코어(11a)의 수용공(11d)으로부터 출몰 가능하게 설치된다. 또한, 상기 수신코어(12a)는 전단에 상기 수용공(11d)의 직경과 동일한 확경부(12a-1)를 구비하고 있다. 제2 실시형태의 수신코일부(12)는 송신코일부(11) 내에 완전히 수용될 수 있으므로, 사용하지 않을 경우 수신코일부(12)가 외부에 노출되지 않도록 하여 송수신코일부의 오염을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기 수신코어(12a)의 확경부(12a-1)가 상기 수용공(11d)을 밀폐할 수 있으므로, 송수신코일부가 외부에 대하여 개방되지 않으므로, 오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 확경부(12a-1)는 수신코어(12a)에 권취되는 수신코일(12b)이 탈락되는 것을 방지하는 지지부 내지 스토퍼의 역할도 하고 있다.
제2 실시형태의 수신코어(수신코일부(12))는 상기 송신코어(송신코일부(11))와의 간격 조절을 위하여 상기 송신코어(11a) 선단으로부터 전진 및 후퇴(출몰) 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 수용공(11d) 내에 상기 수신코어(12a)가 삽입 결합되는 결합부(13)가 설치된다. 상기 결합부(13)는 상기 수용공(11d) 내에서 이동하는 수신코어(12a)의 이동을 가이드하기 위한 결합공(13b)을 구비하고 있으며, 상기 수신코어(12a)의 후단은 상기 결합공(13b)에 이동 가능하게 결합된다. 또한, 상기 결합공(13b)의 전단에는 상기 수신코어(12a)의 후단이 걸려지는 단턱부(13a)가 직경 내측으로 돌출 형성되어 있다. 즉, 상기 단턱부(13a)는 수신코어(12a)가 송신코어(11a)로부터 탈락되는 것을 방지하는 스토퍼의 역할을 수행한다.
필요에 따라서, 상기 결합공(13b)의 내벽을 따라 깊이가 상이한 복수개의 걸어맞춤홈(도시하지 않음)을 나란하게 형성하고, 상기 수신코어(12a)의 외주에 상기 걸어맞춤홈의 깊이에 대응하여 돌출 형성되는 복수개의 걸어맞춤돌기(도시하지 않음)를 대응 형성할 수 있다. 이 경우 상기 수신코어(12a)의 이동시 상기 걸어맞춤돌기와 걸어맞춤홈의 결합(걸어맞춤)에 의하여 상기 수신코어(12a)를 필요한 간격 만큼만 상기 송신코어(11a)에 대하여 출몰 이동시킬 수 있다.
(제3 실시형태)
도 7은 상기 송신코일부(11)와 수신코일부(12)의 폭의 비율 내지 원통형 전지 바닥면(210)의 직경과 상기 송신코일부(11)의 폭을 소정 범위로 한정한 실시형태이다.
상술한 바와 같이, 송수신코일부의 폭에 따라 발생하는 1차 자기장과 2차 자기장의 면적은 달라진다. 즉, 수신코어(12a)에 권취되는 수신코일(12b)의 폭(수신코일부(12)의 폭)에 대하여, 송신코어(11a)에 권취되는 송신코일(11b)의 폭(송신코일부(12)의 폭)이 특정한 범위에 있을 경우, 원통형 전지의 용접 불량 여부에 관한 판별력이 명확하게 된다. 예컨대 원통형 전지(200)의 용접 불량을 판정하기 위하여 사용되는 송수신코일부(11,12)에 권취되는 송수신코일의 직경, 권취수는 일정범위에서 정해져 있다. 이러한 일정범위의 직경, 권취수에서 상기 송수신코일부(11,12)의 폭을 달리함에 따라, 보다 정확하게 용접 불량을 판단할 수 있다.
즉, 송신코일부(11)와 수신코일부(12)의 폭의 비율(S2:S1)은 3~5:1인 것이 바람직하다. 예컨대 송신코일부의 폭(S2)이 수신코일부의 폭(S1)의 5배보다 크면, 송수신코일부의 거리를 조절하더라도, 수신코일부(12)의 단면적이 송신코일부(11)의 단면적에 비하여 지나치게 작아서, 효율적으로 와전류에 의한 신호 변화를 검출하기 어렵다. 또한, 송신코일부의 폭(S2)이 상기 수신코일부의 폭(S1)의 3배 미만이면, 1,2차 자기장의 발생 면적이 큰 차이가 나지 않으므로, 정상과 불량 신호의 구분이 용이하지 않을 수 있다.
한편, 상기 송신코일부(11)와 수신코일부(12)의 폭은, 검사대상인 원통형 전지 바닥면(210)의 직경과도 연관된다.
예컨대, 상기 송신코일부(11)와 수신코일부(12)의 폭의 비율이 3~5:1인 경우에도, 상기 원통형 전지 바닥면(210)의 직경이 상기 송신코일부(11)보다 지나치게 크거나 작으면, 정상과 불량신호가 교란되어 정확하게 용접 불량이 판별되지 않는 경우가 있다.
따라서, 보다 안정적으로 원통형 전지(200)의 용접 불량을 판별하기 위해서, 원통형 전지 바닥면(200)과 상기 송신코일부(11)의 폭의 비율(S3:S2)은 2~4: 1인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원통형 전지 바닥면(210)과 상기 원통형 와전류 센서(10)의 간격은 0.5~1mm인 것이 바람직하다. 상기 간격이 1mm를 벗어나면, 수신코일부(12)의 수신감도가 약해지고, 0.5mm 미만이면, 수신코일부(12)가 교란될 수 있기 때문이다.
(실시예)
도 8~도 11에는 상기 송수신코일부의 폭과 원통형 전지 바닥면의 폭의 관계에 따른 실험예를 도시하고 있다.
도 8은 송신코일부(11)와 수신코일부(12)의 폭의 비율을 각각 3:1(도 8(a)), 4:1(도 8(b)), 5:1(도 8(c))로 한 경우의 실험예이다. 송수신코일부의 간격은 2~10mm로 한정하고, 사용되는 송수신코일의 권취수는 21700 모델의 원통형 전지에 적용되는 고정 권취비로 구성하였다. 또한, 원통형 전지 바닥면(210)과 원통형 와전류 센서(10)의 간격을 0.9mm로 하고, 원통형 전지 바닥면(210)의 직경(S3)은 상기 송신코일부 폭(S2)에 대하여 3:1로 하였다.
그래프의 y축은 21700 모델 원통형 전지의 용접부에서 측정된 신호값을 소정의 판별함수에 입력하여 계산한 판별값이다. x축의 1은 용접 불량, 2는 용접 양호를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 송신코일부(11) 폭(S2)이 수신코일부(12) 폭(S1)의 3~5배인 경우 양호 및 불량이 명확하게 구분되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 9에는 송신코일부(11) 폭(S2)이 수신코일부(12) 폭(S1)의 3배 미만(2.7배)(도 9(a)), 5배 초과(5.3배)(도 9(b) )인 경우의 판별값을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 양호 및 불량의 판별값이 일부에서 겹치고 있어서, 양호 및 불량의 구분이 명확하지 않음을 알 수 있다.
도 10은 송신코일부와 수신코일부의 폭의 비율(S2:S1)을 각각 4:1(도 8(b))로 한 경우, 원통형 전지 바닥면 직경과 송신코일부의 폭의 비율(S3:S2)을 2~4:1로 한 예이다. 송수신코일부의 간격은 2~10mm로 한정하고, 사용되는 송수신코일의 권취수는 21700 모델의 원통형 전지에 적용되는 고정 권취비로 구성하였다. 또한, 원통형 전지 바닥면과 원통형 와전류 센서의 간격을 0.9mm로 하였다.
원통형 전지 바닥면 직경과 송신코일부의 폭의 비율(S3:S2)은 각각 2:1(도 10(a)), 3:1(도 10(b), 4:1(도10(c))로 하였다. 도 10에 도시된 바와 같이, 원통형 전지 바닥면 직경과 송신코일부 폭의 비율(S3:S2)이 2~4배인 경우 양호 및 불량이 명확하게 구분되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 11에는 원통형 전지 바닥면 직경과 송신코일부의 폭의 비율(S3:S2)이 상기 범위 외(도 11(a); 1.5:1, 도 11(b); 4.5:1)로 한 경우의 판별값을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 양호 및 불량의 판별값이 일부에서 겹치고 있어서, 양호 및 불량의 구분이 명확하지 않음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 원통형 와전류 센서
10a: 센서 바디부
11: 송신코일부
11a: 송신코어
11a-1: 확경부
11b: 송신코일
11c: 삽입 홈
11d: 수용공
12: 수신코일부
12a: 수신코어
12a-1: 확경부
12b: 수신코일
13: 결합부
13a: 단턱부
13b: 결합공
L1: 신호선
20: 래퍼런스 센서
L2: 신호선
S1: 수신코일부 폭
S2: 송신코일부 폭
S3: 원통형 전지 바닥면 직경
30: 검사부
40: 전지 지그
50: 센서 지그
60: 지지대
61: 세로 지지대
62: 바닥 지지대
100: 용접 검사장치
200: 원통형 전지

Claims (15)

  1. 원통형 전지가 고정되는 전지 지그;
    상기 전지 지그의 하부에 배치되는 원통형 와전류 센서;
    상기 원통형 와전류 센서를 지지하는 센서 지그; 를 포함하고,
    상기 원통형 와전류 센서는, 원통형 전지의 전극 탭 용접부에 와전류를 유도시키는 송신코일부와 상기 송신코일부에 의해 유도된 와전류에 의한 신호 변화를 감지하는 수신코일부를 구비하고,
    상기 송신코일부와 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부에 함께 장착되고, 상기 송신코일부와 수신코일부는 간격 조절이 가능한 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신코일부 및 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부의 선단에 설치되고, 상기 수신코일부가 상기 송신코일부의 선단에 설치되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송신코일부는 송신코일과 상기 송신코일이 권취되는 송신코어를 구비하고, 상기 수신코일부는 수신코일과 상기 수신코일이 권취되는 수신코어를 구비하며, 상기 수신코어는 상기 송신코어보다 작은 직경을 가지는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신코어는 상기 수신코어의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 홈을 구비하여 상기 수신코어가 상기 송신코어의 홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 상기 송신코어에 결합되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신코일부 및 수신코일부는 원통형 와전류 센서 바디부의 선단에 설치되고,
    상기 수신코일부는 상기 송신코일부 내에 수용되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송신코일부는 송신코일과 상기 송신코일이 권취되는 송신코어를 구비하고, 상기 수신코일부는 수신코일과 상기 수신코일이 권취되는 수신코어를 구비하며, 상기 송신코어는 상기 수신코어가 수용되는 수용공을 가지고 상기 수신코어가 상기 수용공 내에서 상기 송신코어와 동심으로 배치되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신코어는 상기 송신코어의 수용공으로부터 출몰 가능하게 상기 수용공 내에 설치되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신코어는 전단에 확경부를 구비하고, 상기 확경부의 직경은 상기 수용공의 직경과 동일한 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수용공 내에 상기 수신코어가 삽입 결합되는 결합부가 설치되고, 상기 결합부는 상기 수신코어가 삽입되는 결합공과 상기 결합공의 전단에 상기 수신코어의 후단이 걸려지는 단턱부가 돌출 형성된 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 송신코일부와 수신코일부의 폭의 비율은 3~5:1 인 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 원통형 전지 바닥면의 직경과 상기 송신코일부의 폭의 비율이 2~4:1인 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 전지 바닥면과 상기 원통형 와전류 센서의 간격은 0.5~1mm인 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지 지그 및 센서 지그를 지지하는 지지대를 더 포함하는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서 지그는 높이 조절이 가능하게 상기 지지대에 결합되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 지지대는, 상기 전지 지그 및 센서 지그가 일측면에 결합되는 세로 지지대와, 상기 원통형 와전류 센서에 소정 전류을 입력하고 원통형 와전류 센서로부터 발생된 신호를 측정하는 검사부가 탑재되는 바닥 지지대를 포함하고, 상기 바닥 지지대는 상기 세로 지지대의 하부에 결합되는 원통형 전지 탭의 용접 검사장치.
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