KR20220090975A - 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 전극, 전극 탭 또는 용접부 상에 발생한 균열의 유무와 위치 등을 용이하게 검출할 수 있다.

Description

와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CRACK DETECTION OF BATTERY CELL USING EDDY CURRENT}

본 발명은 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법에 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.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품 등에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

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.

또한, 이차전지는 전극조립체가 전지 용기에 수납된 상태에서 액체 전해질인 전해액을 주입하고, 전지 용기를 실링함으로써 제조된다.

위와 같은 전극의 제조공정이나 전극조립체의 조립 공정 중에는, 유지부와 무지부의 연신율 차이, 용접에 의한 물리적 외력 등의 이유로 전극, 탭, 용접부 상에 균열이 발생할 수 있고, 나아가 이 같은 균열은 저전압 불량을 야기한다.

그러나, 스택-폴딩형 전지 셀의 경우, 스택-폴딩 공정 특성 상, 폴딩 공정 중에 발생하는 조립 결함은 폴딩 셀 내부에 크랙이 생김으로 인해 비전 검사를 통해 불량 선별이 어렵고, 실링이 완료되어 밀봉된 전지 셀 내부의 크랙을 비파괴적으로 검출하는 방법이 어려웠다.

이에, 전지 셀 내부의 크랙 등의 결함을 비파괴적으로 검출할 수 있는 장치 및 방법에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.

한국 등록특허 제10-2023739호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지 셀의 균열을 비파괴적으로 검출할 수 있는 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치를 제공한다. 하나의 예에서, 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신부를 포함하는 제1 센서; 및 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신부를 포함하는 제2 센서를 포함한다. 이때, 상기 제1 및 제2 센서는, 서로 나란하게 배열되는 구조를 갖는다.

다른 하나의 예에서, 상기 전지 셀의 균열 검사 장치는 제1 및 제2 센서와 결합되어, 제1 및 제2 센서의 간격을 조절하는 간격 조절 부재를 더 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 간격 조절 부재에 의해 조절되는 제1 및 제2 센서의 간격은 서로 밀착되거나, 200 mm 범위 이하이다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 간격 조절 부재는, 제1 및 제2 센서가 결합되는 하나 이상의 가이드 바를 포함한다. 그리고, 상기 제1 및 제2 센서는, 가이드 바를 따라 수평방향으로 이동 가능한 구조를 갖는다.

구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는, 베이스; 베이스의 일측에 결합된 제1 지지대; 및 제1 지지대와 대향되게 배치되며, 베이스의 타측에 결합된 제2 지지대를 포함한다. 이때, 상기 상기 가이드 바는, 제1 및 제2 지지대에 결합되는 구조일 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 전지 셀 균열 검사 장치에서 상기 제1 및 제2 센서는 가이드 바와 결합되는 영역에 결합 홀이 형성된 구조일 수 있다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치에서, 상기 제1 및 제2 센서는, 각각 제1 및 제2 프로브를 포함한다. 그리고, 상기 제1 프로브는, 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제1 송신부 및 제1 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 상기 제1 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신 코일이 권취된 구조의 제1 수신부를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제2 프로브는, 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제2 송신부 및 제2 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 상기 제2 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신 코일이 권취된 구조의 제2 수신부를 포함하는 구조일 수 있다.

하나의 예에서, 제1 및 제2 송신부의 직경과 제1 및 제2 수신부의 직경은 1 내지 200 mm 범위이다.

한편, 상기 제1 송신 코일이 권취된 제1 송신부의 단면적(S1)과 제1 수신 코일이 권취된 제1 수신부의 단면적(R1)의 비율(S1/R1)은 1 내지 100 범위이며, 상기 제2 송신 코일이 권취된 제2 송신부의 단면적(S2)과 제2 수신 코일이 권취된 제2 수신부의 단면적(R2)의 비율(S2/R2)은 1 내지 100 범위일 수 있다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용한 전지 셀의 균열 검사 방법을 제공한다.

본 발명의 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법에 따르면, 전극, 전극 탭 또는 용접부 상에 발생한 균열의 유무와 위치 등을 용이하게 검출할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법은 서로 나란하게 배열되는 두 개의 와전류 센서를 이용하여 전지 셀의 균열 검사에 대한 정확도 등을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 와전류를 이용한 균열 검출 원리를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용하여 전지 셀의 균열 검사를 하는 실시 양태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용하여 전지 셀의 균열 여부를 검사한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 종래의 와전류 센서의 모식도이다.
도 7은 종래의 전류 센서를 이용하여 전지 셀의 균열 여부를 검사한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다.

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 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법을 제공한다.

통상적으로, 이차전지는 전극조립체가 전지 용기에 수납된 상태에서 액체 전해질인 전해액을 주입하고, 전지 용기를 실링함으로써 제조된다. 위와 같은 전극의 제조공정이나 전극조립체의 조립 공정 중에는, 유지부와 무지부의 연신율 차이, 용접에 의한 물리적 외력 등의 이유로 전극, 탭, 용접부 상에 균열이 발생할 수 있고, 나아가 이 같은 균열은 저전압 불량을 야기한다. 그러나, 전지 셀은 내부에 균열이 발생하는 경우 비전 검사를 통해 불량 선별이 어렵고, 실링이 완료되면 밀봉된 전지 셀 내부의 크랙을 비파괴적으로 검출하기 어려운 문제가 있다.

이에, 본 발명은 전지 셀의 균열을 비파괴적으로 검출할 수 있는 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법을 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 서로 나란하게 배열되는 두 개의 와전류 센서를 이용하여 전지 셀의 균열 검사에 대한 정확도 등을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 전지 셀의 균열 검사를 위한 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명은 와전류를 이용한 균열 검출 원리를 이용한 것이다. 도 1은 와전류를 이용한 균열 검출 원리를 도시한 개략도이다.

도 1을 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 임피던스(impedance)의 변화를 가져온다. 이 변화를 측정하여 기 설정된 유도기전력 또는 임피던스 변화값과 대조하거나 통계적으로 구해진 소정의 판별함수에 상기 변화값을 대입하여 판별값을 구하면 전도체, 예컨대 전지 셀 내부의 결함 여부를 판단할 수 있다.

본 발명에서, 전지 셀 내부의 균열이란, 전극, 전극 탭, 용접부 상에 발생한 균열(Crack)을 의미한다. 구체적인 예에서, 상기 전극의 균열이란, 집전체 상에 전극 활물질, 바인더, 도전재 등을 포함하는 전극 합제가 도포된 후, 건조 및 압연 등의 전극 공정을 거쳐 제조된 전극이, 상기 전극 공정 중, 집전체와 전극 합제의 연신율 차이 등의 원인으로 발생한 집전체 상의 균열을 의미한다. 아울러, 전극 탭의 균열이란 유지부와 무지부 사이의 연신율 차이로 발생한 전극 너울, 경계부의 주름에 응력이 쌓여 용접 시 진동이나 외력으로 인해 발생한 균열일 수 있다. 나아가, 용접부 상의 균열이란, 용접 시 용접이 충분치 못해 생긴 미용접부나, 용접 공정 중 발생한 균열일 수 있다.

상기 열거한 전극, 전극 탭, 용접부 상에 발생한 균열들은, 전극조립체를 라미네이트 시트와 같은 전지케이스로 밀봉하는 실링 공정을 거치면, 전지케이스에 의해 전지 셀 내부가 가려져 있으므로, 전지 셀의 외부에서 관찰할 수 없는 균열들이다. 그러나, 본 발명의 와전류를 이용한 균열 검출 장치를 이용하면, 상기 균열들을 검출할 수 있는 효과가 있다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신부를 포함하는 제1 센서; 및 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신부를 포함하는 제2 센서를 포함한다.

이때, 상기 제1 및 제2 센서는, 서로 나란하게 배열되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 상술한 구조를 포함하여, 평가 대상이 되는 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호 변화가 증폭되고, 이에 따라 전지 셀의 균열 검사에 대한 정확도 등을 높일 수 있는 효과가 있다.

다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 간격 조절 부재를 더 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 간격 조절 부재는 제1 및 제2 센서의 사이 간격을 조절하기 위한 것으로, 상기 간격 조절 부재에 의해 조절되는 제1 및 제2 센서의 간격은 서로 밀착될 수 있으며, 또는 200 mm 범위 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 간격 조절 부재에 의해 조절되는 제1 및 제2 센서의 간격은 150 mm 또는 100 mm 이하에서 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 간격 조절 부재에 의해 제1 및 제2 센서 간격을 용이하게 조절할 수 있다. 이는, 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라서 간격을 조절할 수 있다. 상기 간격 조절 부재에 의하여 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라 최적의 신호를 찾을 수 있다.

다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 제1 및 제2 센서의 간격을 용이하게 조절할 수 있는 간격 조절 부재를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 간격 조절 부재는, 제1 및 제2 센서가 결합되는 하나 이상의 가이드 바를 포함한다. 그리고, 상기 제1 및 제2 센서는 가이드 바를 따라 수평 방향으로 이동 가능할 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 센서는 가이드 바와 결합되는 영역에 결합 홀이 형성된 구조일 수 있다.

또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 베이스; 베이스의 일측에 결합된 제1 지지대; 및 제1 지지대와 대향되게 배치되며, 베이스의 타측에 결합된 제2 지지대를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 상기 가이드 바는, 제1 및 제2 지지대에 결합될 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 가이드 바는 제1 및 제2 지지대에 결합되어, 상기 제1 및 제2 센서를 거치한다. 아울러, 상기 가이드 바는 제1 및 제2 센서의 일부를 관통하여 삽입되고, 제1 및 제2 센서의 좌우 이동을 가이드 할 수 있다.

한편, 본 발명에서 간격 조절 부재는 제1 및 제2 센서의 간격을 조절할 수 있는 구조라면 어떠한 부재라도 가능하다. 예를 들면, 제1 및 제2 센서가 맞닿는 영역에 제1 및 제2 센서의 간격을 조절할 수 있는 구조물을 각각 포함할 수도 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치는 제1 및 제2 센서 간격을 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라 최적의 신호를 찾을 수 있다.

하나의 예에서, 상기 제1 센서는 제1 프로브를 포함하며, 상기 제1 프로브 상에 제1 송신부와 제1 수신부를 포함한다. 구체적인 예에서, 제1 프로브는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제1 송신부 및 제1 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 제1 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신 코일이 권취된 구조의 제1 수신부를 포함한다.

하나의 예에서, 상기 제2 센서는 제2 프로브를 포함하며, 상기 제2 프로브 상에 제2 송신부와 제2 수신부를 포함한다. 구체적인 예에서, 제2 프로브는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제2 송신부 및 제2 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 제2 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신 코일이 권취된 구조의 제2 수신부를 포함한다. 한편, 제1 및 제2 센서의 프로브는 각각 하우징에 수납된 구조일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 제1 송신 코일이 권취된 제1 송신부의 단면적(S1)과 제1 수신 코일이 권취된 제1 수신부의 단면적(R1)의 비율(S1/R1)은 1 내지 100 범위이며, 상기 제2 송신 코일이 권취된 제2 송신부의 단면적(S2)과 제2 수신 코일이 권취된 제2 수신부의 단면적(R2)의 비율(S2/R2)은 1 내지 100 범위이다. 즉, 각 센서의 송신부와 수신부의 단면적은 서로 동일할 수 있으며, 또는 수신부 대비 송신부의 단면적이 더 넓을 수 있다.

구체적인 예에서, 각 코일이 권취된 송신부(S)와 수신부(R)의 단면적 비율(S/R)은 1 내지 100 범위일 수 있으며, 1.1 내지 50 범위, 1.3 내지 25 범위, 1.5 내지 10 범위, 또는 2 ~ 5 범위일 수 있다. 한편, 송신부의 단면적(S)이 수신부의 단면적(R) 대비 너무 큰 경우, 송신부의 단면적 대비 수신부의 단면적이 너무 작아서, 평가 대상이 되는 전지 셀에서 유도된 와전류에 의한 신호 변화 등을 검출하기 어려울 수 있다.

다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 와전류 센서에서, 제1 및 제2 송신부의 직경과 제1 및 제2 수신부의 직경은 1 내지 200 mm 범위이다. 여기서, 1 및 제2 송신부의 직경과 제1 및 제2 수신부의 직경은 제1 및 제2 프로브의 직경을 의미할 수 있다. 상술한 바와 같이, 각 센서의 송신부와 수신부의 단면적은 서로 동일할 수 있으며, 이러한 경우 각 송신부와 수신부의 직경 또한 동일하다. 또는 각 센서의 수신부 대비 송신부의 직경이 더 클 수 있다. 구체적인 예에서, 송신부의 직경은 1 내지 200 mm 범위, 5 내지 100 mm 범위, 10 내지 80 mm 범위, 15 내지 70 mm 범위 또는 약 60mm 일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 송신부의 직경은 평가 대상이 되는 전지 셀의 평가 영역의 길이(L)와 대응되는 구조를 갖는다. 이는, 평가 영역에 와전류를 용이하게 유도 시키기 위함이다. 아울러, 수신부의 직경은 0.5 내지 180 mm 범위, 1 내지 100 mm 범위, 5 내지 70 mm 범위, 10 내지 50 mm 범위 또는 약 30 mm 일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 와전류 센서는 상술한 바와 같이 송신부의 직경은 60 mm 이며, 수신부의 직경은 30 mm 일 수 있다.

다른 하나의 예에서, 제1 및 제2 센서는 각각 송신부와 수신부를 포함하며, 상기 송신부와 수신부는 1 내지 50 mm 범위의 간격으로 서로 이격된 구조를 갖는다. 구체적인 예에서, 상기 송신부와 수신부의 간격은 3 내지 40 mm 범위, 6 내지 30 mm 범위, 8 내지 20 mm 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 송신부와 수신부의 간격은 10 mm 일 수 있다. 한편, 상기 송신부와 수신부는 서로 동일 평면상에 배치될 수 있으나, 이러한 경우, 송신 코일에서 발생하는 자기장과 수신 코일에서 수신되는 자기장이 서로 간섭이 발생할 수 있어 송신부와 수신부는 상술한 범위로 이격되는 것이 바람직하다.

나아가, 제1 및 제2 송신 코일과 제1 및 제2 수신 코일의 직경은 0.02 내지 2 mm 범위일 수 있으며, 0.05 내지 1.8 mm 범위, 0.1 내지 1.5 mm 범위 또는 0.5 내지 1.0 mm 범위일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

아울러, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용한 전지 셀의 균열 검사 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 방법은 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용하여 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시킨 후 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 단계; 상기 감지된 신호를 진폭 및 위상차의 분포에 기반하여 평가 대상이 되는 전지 셀의 균열 여부를 판단하는 단계를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 신호변화를 감지하는 단계는 제1 및 제2 센서의 간격을 조절하는 과정을 더 포함한다. 이는 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라 최적의 신호를 찾기 위함이다.

나아가, 상기 전지 셀의 균열 여부를 판단하는 단계는 정상의 전지 셀의 기준 신호를 기반으로 평가 대상이 되는 전지 셀의 측정 신호가 상기 기준 신호의 범위를 벗어나는 경우에는 불량으로 판정할 수 있다.

한편, 상기 평가 대상이 되는 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 파우치 타입의 전지 셀은 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장된 구조를 갖는다. 이때, 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장될 수 있다.

본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 방법은 전극, 전극탭 또는 용접부 상에 발생한 균열의 유무와 위치 등을 용이하게 검출할 수 있다. 특히, 특히, 본 발명에 따른 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 방법은 서로 나란하게 배열되는 두 개의 와전류 센서를 이용하여 전지 셀의 균열 검사에 대한 정확도 등을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 와전류를 이용한 전지 셀의 균열 검사 장치의 다양한 형태에 대해서 상세히 설명하도록 한다.

(제1 실시 형태)

도 2 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(100)는 두 개의 와전류 센서인 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)를 포함하여 구성된다. 구체적으로, 제1 센서(110)는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신부(111)와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신부(112)를 포함하여 구성된다. 아울러, 제2 센서(120)는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신부(121)와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신부(122)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)는 서로 나란하게 배열되는 구조를 갖는다.

상기 제1 센서(110)는 제1 프로브(113)를 포함하며, 상기 제1 프로브(113) 상에 제1 송신부(111)와 제1 수신부(112)를 포함한다. 구체적으로, 제1 프로브(113)는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신 코일(1111)이 권취된 구조를 갖는 제1 송신부(111) 및 제1 송신부(111)와 이격된 영역에 배치되어, 제1 송신 코일(1111)에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신 코일(1121)이 권취된 구조의 제1 수신부(112)를 포함한다.

아울러, 상기 제2 센서(120)는 제2 프로브(123)를 포함하며, 상기 제2 프로브(123) 상에 제2 송신부(121)와 제2 수신부(122)를 포함한다. 구체적으로, 제2 프로브(113)는 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신 코일(1211)이 권취된 구조를 갖는 제2 송신부(121) 및 제2 송신부(121)와 이격된 영역에 배치되어, 제2 송신 코일(1211)에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신 코일(1221)이 권취된 구조의 제2 수신부(122)를 포함한다.

구체적으로, 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211)에 교류 전류가 가해지면 상기 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211) 주위에 1차 자기장이 형성된다. 도면에서, 코일은 스프링 형상이나 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 1차 자기장이 형성되는 코일을 검사대상 물체인 전지 셀에 가져가면, 전자기유도 현상에 의해 전지 셀에 유도기전력이 발생하여 1차 자기장을 방해하는 와전류가 흐르게 된다. 이같이 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211)은 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도한다.

그리고, 제1 및 제2 수신 코일(1121, 1221)은 각각 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211)의 하부에 위치하되, 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211) 대비 검사 대상 물체인 전지 셀과 더 가깝게 위치한다. 상기 제1 및 제2 수신 코일(1121, 1221)은 각각 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211)에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 기능을 한다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 수신 코일(1121, 1221)은, 제1 및 제2 송신 코일(1111, 1211)에 의해 유도된 와전류가 검사대상 물체인 전지 셀의 상태, 위치, 결함, 재질과 같은 요인들로 인하여 형성, 반사, 흡수 등의 감쇠된 와전류 신호를 감지한다. 따라서, 전지 셀의 내부에 균열이 있을 경우, 와전류 신호의 변화가 생기게 되고, 상기 각각의 제1 및 제2 수신 코일(1121, 1221)은 와전류 신호를 감지하여 이를 전지 셀의 균열 검사 장치(100)의 신호 수신부와 데이터 처리부로 전송한다.

한편, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(100)는 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)는 서로 나란하게 배열되어 있어, 신호가 증폭될 수 있어, 전지 셀의 균열 검사에 대한 정확도 등을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용하여 전지 셀의 균열 검사를 하는 실시 양태를 보여주는 도면이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(100)를 이용하여 전지 셀(1) 내부의 균열 검사를 실시하였다. 구체적으로, 전지 셀의 균열 검사를 위하여 정상 전지 셀과 비정상 전지 셀을 준비하였다. 한편, 상기 비정상 전지 셀은 전극 탭 영역에 약 15 mm 정도 크기의 노치 결함을 만들었다.

그리고, 상기 전지 셀의 균열 검사 장치(100)를 측정 대상이 되는 전지 셀(1)과 약 2 cm 간격으로 이격시킨 후 상기 전지 셀의 균열 검사 장치(100)에 교류전원을 인가하여 전지 셀(1) 내부의 균열 검사를 실시하였다. 그리고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용하여 전지 셀의 균열 여부를 검사한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5는 정상의 전지 셀과 내부에 균열이 발생한 비정상 전지 셀의 위치에 따른 위상(phase)을 보여준다. 여기서, 위치는 와전류 센서와 평가 대상이 되는 전지 셀 사이의 거리를 의미한다.

도 5를 참조하면, 정상의 전지 셀과 균열이 발생한 불량 전지 셀의 파형의 형태가 확연히 다름을 볼 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지 셀 내부의 균열 검사를 위한 와전류 센서는 전지 셀 내부의 균열 검사시 검사의 정확도가 증가한 것을 확인할 수 있다.

(제1 비교 형태)

도 6은 종래의 와전류 센서의 모식도이다. 도 6을 참조하면, 종류의 와전류 센서(10)는 프로브(11); 프로브(11)에 송신 코일이 권취된 구조의 송신부(12)와 수신 코일이 권취된 구조의 수신부(13)를 포함한다. 한편, 종래의 와전류 센서(10)는 본 발명과 같은 제1 및 제2 센서가 나란하게 배열된 구조가 아닌 하나의 센서를 포함하는 구조이다.

종래의 와전류 센서(10)를 이용하여 제1 실시 형태와 동일한 방법으로 전지 셀 내부의 균열 검사를 실시하였다. 그리고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7은 종래의 전류 센서를 이용하여 전지 셀의 균열 여부를 검사한 결과를 보여주는 그래프이다. 구체적으로, 도 7은 정상의 전지 셀과 내부에 균열이 발생한 전지 셀의 위치에 따른 위상(phase)을 보여준다.

도 7을 참조하면, 정상의 전지 셀과 균열이 발생한 불량 전지 셀의 파형의 형태가 유사한 것을 볼 수 있다. 즉, 하나의 센서를 이용하였을 때는 전지 셀 내부의 균열 검사시 본 발명 대비 정확도가 낮은 것으로 판단된다.

(제2 실시 형태)

도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(200)는 간격 조절 부재(230)를 더 포함한다.

상기 간격 조절 부재(230)는 제1 및 제2 센서(210, 220) 사이 간격을 조절하기 위한 것으로, 상기 간격 조절 부재(230)에 의해 조절되는 제1 및 제2 센서(210, 220)의 간격은 서로 밀착될 수 있으며, 또는 200 mm 범위 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 간격 조절 부재(230)는 제1 및 제2 센서(210, 220)가 결합되는 하나 이상의 가이드 바(231)를 포함한다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 센서(210, 220)에는 가이드 바(231)가 결합되는 영역에 결합 홀이 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 센서(210, 220)는 가이드 바(231)를 따라 수평 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.

본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(200)는 간격 조절 부재(230)에 의해 제1 및 제2 센서(210, 220) 간격을 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라 최적의 신호를 찾아낼 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치의 모식도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(300)는, 베이스(340); 베이스(340)의 일측에 결합된 제1 지지대(341); 및 제1 지지대(341)와 대향되게 배치되며, 베이스(340)의 타측에 결합된 제2 지지대(342)를 포함하여 구성된다. 이때, 가이드 바(331)는 제1 및 제2 지지대(341, 342)에 결합되는 구조이다. 제1 및 제2 센서(310, 320)는 가이드 바(331)를 따라 수평 방향으로 이동 가능하여, 서로 가까워 지거나 멀어지도록 간격을 조절할 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 센서(310, 320)는 상기 가이드 바(331)가 삽입되는 결합 홀(미도시)이 형성된다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치(300)는 제1 및 제2 센서(310, 320) 간격을 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 평가 대상이 되는 전지 셀의 면적 또는 종류 등에 따라 최적의 신호를 찾아낼 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: 와전류 센서
11: 프로브
12: 송신부
13: 수신부
100, 200, 300: 전지 셀의 균열 검사 장치
110, 210, 310: 제1 센서
111: 제1 송신부
1111: 제1 송신 코일
112: 제1 수신부
1121: 제1 수신 코일
113: 제1 프로브
120, 220, 320: 제2 센서
121: 제2 송신부
1211: 제2 송신 코일
122: 제2 수신부
1221: 제2 수신 코일
123: 제2 프로브
230, 330: 간격 조절 부재
331: 가이드 바
340: 베이스
341: 제1 지지대
342: 제2 지지대

Claims (10)

1. 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신부를 포함하는 제1 센서; 및
   평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신부와 전지 셀에 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신부를 포함하는 제2 센서를 포함하며,
   상기 제1 및 제2 센서는, 서로 나란하게 배열되는 구조를 갖는 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   제1 및 제2 센서와 결합되어, 제1 및 제2 센서의 간격을 조절하는 간격 조절 부재를 더 포함하는 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   간격 조절 부재에 의해 조절되는 제1 및 제2 센서의 간격은 서로 밀착되거나, 200 mm 범위 이하인 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   간격 조절 부재는, 제1 및 제2 센서가 결합되는 하나 이상의 가이드 바를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 센서는, 가이드 바를 따라 수평방향으로 이동 가능한 구조를 갖는 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   전지 셀의 균열 검사 장치는,
   베이스;
   베이스의 일측에 결합된 제1 지지대; 및
   제1 지지대와 대향되게 배치되며, 베이스의 타측에 결합된 제2 지지대를 포함하며,
   상기 가이드 바는, 제1 및 제2 지지대에 결합되는 구조인 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   제1 및 제2 센서는, 가이드 바와 결합되는 영역에 결합 홀이 형성된 구조인 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   제1 및 제2 센서는,
   각각 제1 및 제2 프로브를 포함하고,
   상기 제1 프로브는, 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제1 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제1 송신부 및 제1 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 상기 제1 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제1 수신 코일이 권취된 구조의 제1 수신부를 포함하며,
   상기 제2 프로브는, 평가 대상이 되는 전지 셀에 와전류를 유도시키는 제2 송신 코일이 권취된 구조를 갖는 제2 송신부 및 제2 송신부와 이격된 영역에 배치되어, 상기 제2 송신 코일에 의해 유도된 와전류에 의한 신호변화를 감지하는 제2 수신 코일이 권취된 구조의 제2 수신부를 포함하는 구조를 갖는 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   제1 및 제2 송신부의 직경과 제1 및 제2 수신부의 직경은 1 내지 200 mm 범위인 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 송신 코일이 권취된 제1 송신부의 단면적(S1)과 제1 수신 코일이 권취된 제1 수신부의 단면적(R1)의 비율(S1/R1)은 1 내지 100 범위이며,
   상기 제2 송신 코일이 권취된 제2 송신부의 단면적(S2)과 제2 수신 코일이 권취된 제2 수신부의 단면적(R2)의 비율(S2/R2)은 1 내지 100 범위인 전지 셀의 균열 검사 장치.
   
10. 제 1 항에 따른 전지 셀의 균열 검사 장치를 이용한 전지 셀의 균열 검사 방법.

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