KR20220100463A - 배터리 용접 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리에 포함된 용접부의 용접 품질 검사를 효과적으로 수행할 수 있는 배터리 용접 검사 장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 이차 전지의 전극 리드에 위치하는 리드 용접부에 대한 용접 품질을 검사하는 장치로서, 상기 리드 용접부에 열을 인가하도록 구성된 가열 유닛; 상기 가열 유닛에 의해 열이 인가된 상기 리드 용접부의 온도 분포 상태를 획득하는 온도 감지 유닛; 및 상기 온도 감지 유닛에 의해 획득된 온도 분포 상태를 이용하여, 상기 리드 용접부의 용접 품질을 판단하는 프로세서를 포함한다.

Description

배터리 용접 검사 장치{Battery welding inspection apparatus}

본 발명은 배터리 관련 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리에 포함된 용접부의 용접 품질 검사가 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리 용접 검사 장치와 이를 포함하는 배터리 제조 장치에 관한 것이다.

근래에 들어서, 노트북, 스마트폰, 스마트 워치 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력 저장 장치(ESS; Energy Storage System)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형(각형, 원통형) 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 배터리 팩에 대해서는, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 더욱 널리 이용되는 추세에 있다.

파우치형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 파우치 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 파우치 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조될 수 있다.

도 1은 일반적인 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다. 또한, 도 3은, 도 1의 A 부분에 대한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(30)와 이러한 전극 조립체(30)를 수용하는 파우치 외장재(40)를 구비할 수 있다.

여기서, 전극 조립체(30)는, 양극판과 음극판, 그리고 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 기본 구조로 가지며, 파우치 외장재(40)에 형성된 내부 공간(I)에 수용될 수 있다. 이때, 파우치 외장재(40)는 상부 파우치(41)와 하부 파우치(42)로 형성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(41)와 하부 파우치(42)의 외주면에는 실링부(S)가 구비되어 이러한 실링부(S)가 서로 접착됨으로써 전극 조립체(30)와 전해액이 수용된 내부 공간(I)은 밀폐될 수 있다.

여기서, 양극판과 음극판으로부터는, 각각 하나 이상의 양극 탭(21)과 음극 탭(22)이 연장될 수 있다. 이러한 전극 탭(20)은 각각 플레이트 형태의 전극 리드(10), 즉 플레이트 형태의 양극 리드(11) 및 플레이트 형태의 음극 리드(12)와 결합될 수 있다. 그리고, 양극 리드(11)와 음극 리드(12)의 일부는 파우치 외장재(40)의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 외부 구성, 이를테면 다른 이차 전지나 버스바 등에 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 단자를 제공할 수 있다.

이러한 이차 전지 구성에서, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)는, 이차 전지의 충전 및 방전을 위한 전류의 흐름 경로가 된다. 따라서, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)는 서로 전기적으로 연결되기 위해, 상호 접촉 고정되어야 한다. 특히, 이러한 접촉 상태를 안정적으로 유지하기 위해, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)는, 서로 용접될 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)는, 도 3에서 W로 표시된 바와 같은 부분에서, 상호 접촉되어 레이저 용접된 후, 파우치 외장재(40) 내부로 수납될 수 있다.

이때, 전극 탭(20)과 전극 리드(10) 사이의 용접 상태는 매우 중요하다. 만일, 전극 탭(20)과 전극 리드(10) 사이가 제대로 용접되지 않은 경우, 전지 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히, 전극 탭(20)과 전극 리드(10) 사이의 용접이 불량하여 그 연결이 끊어지면, 전지의 전원 무감 현상이 발생할 수 있다. 또한, 전극 탭(20)이나 전극 리드(10)의 절단 부분이 전지 내부의 다른 구성요소를 손상시킬 수도 있다. 뿐만 아니라, 이러한 전극의 절단 부분은, 다른 극성의 전극판이나 전극 탭(20), 또는 전극 리드(10) 등에 접촉되어, 내부 단락을 발생시킴으로써 전지의 화재나 폭발 등을 일으킬 수도 있다.

더욱이, 이차 전지가 휴대용 장치나 자동차 등, 전력 저장 시스템 등에 장착되는 경우, 이동이나 충돌, 지진 등 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 이로 인해 이차 전지에 진동이나 충격이 가해질 수 있다. 따라서, 이차 전지의 전극 리드(10)에 대한 용접이 제대로 이루어지지 못한 경우, 이차 전지의 사용 중에 전극 리드(10)의 연결 상태가 끊어지는 문제가 발생할 수도 있다.

또한, 이차 전지(10)가 다수 연결되는 경우, 각 이차 전지의 전극 리드(10)는 서로 직접 접촉하여 용접되거나, 버스바와 접촉하여 용접될 수 있다. 이때, 전극 리드들(10) 사이의 용접 상태, 그리고 전극 리드(10)와 버스바 사이의 용접 상태 역시 매우 중요하다고 할 수 있다.

이처럼, 전극 리드(10)는 전극 탭(20), 또는 다른 전극 리드(10)나 버스바와 용접될 수 있으며, 이러한 전극 리드(10)의 용접 부분, 즉 리드 용접부에 대한 용접 품질은 일정 수준 이상 확보될 필요가 있다.

지금까지, 전극 리드(10)의 리드 용접부에 대한 용접 품질을 검사하는 다양한 기술이 개발 및 제안되고 있다. 이러한 리드 용접부의 용접 품질을 검사하기 위한 대표적인 방식으로는, 인장 강도 테스트를 들 수 있다. 그러나, 이러한 인장 강도 테스트는, 진행 과정에서 리드 용접부의 용접 부분이 파손되기 때문에, 해당 이차 전지는 더 이상 사용되기 어렵다. 따라서, 이러한 테스트는 샘플링을 통한 일부 이차 전지에 대해서만 수행될 수 있을 뿐, 모든 이차 전지에 대해서는 적용될 수 없다. 이에 대응하여, 최근에는 리드 용접부의 용접 품질을 비파괴적으로 검사하기 위한 다양한 기법이 시도되고 있으나, 아직까지 속도나 정확도 등에서 효과적인 검사 기술은 개발되지 않고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지의 리드 용접부에 대한 용접 품질을 비파괴적이면서 효과적으로 검사할 수 있는 배터리 용접 검사 장치 및 이를 포함하는 이차 전지 제조 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 이차 전지의 전극 리드에 위치하는 리드 용접부에 대한 용접 품질을 검사하는 장치로서, 상기 리드 용접부에 열을 인가하도록 구성된 가열 유닛; 상기 가열 유닛에 의해 열이 인가된 상기 리드 용접부의 온도 분포 상태를 획득하는 온도 감지 유닛; 및 상기 온도 감지 유닛에 의해 획득된 온도 분포 상태를 이용하여, 상기 리드 용접부의 용접 품질을 판단하는 프로세서를 포함한다.

여기서, 상기 온도 감지 유닛은, 열화상 카메라를 포함하여 구현될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 리드 용접부의 용접 품질로서, 정상 용접, 약용접 및 과용접을 구분하여 판단할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 온도 감지 유닛에 의해 획득된 온도 분포 상태에 기초하여, 온도 별 픽셀 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 생성된 히스토그램을 통해 상기 리드 용접부의 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 위치에 따라, 상기 리드 용접부의 약용접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 상기 히스토그램의 측정 피크와 기준 피크의 위치를 비교하고, 상기 측정 피크가 상기 기준 피크보다 높은 온도 측에 위치하는 경우, 상기 리드 용접부의 품질에 대하여 약용접으로 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 개수에 따라, 상기 리드 용접부의 과용접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 피크의 측정 개수와 기준 개수를 비교하고, 상기 측정 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 상기 리드 용접부의 품질에 대하여 과용접으로 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 구분된 각 온도 구간 별로 피크값을 누적하여, 누적된 피크값과 구간 별 기준값을 비교함으로써, 상기 리드 용접부의 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 리드 용접부에는 복수의 용접 스팟이 포함되고, 상기 프로세서는, 상기 복수의 용접 스팟 각각에 대하여, 각 온도 구간 별 누적된 피크값과 기준값을 비교함으로써, 각 용접 스팟의 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 상기 리드 용접부를 냉각시키는 냉각 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 유닛은, 상기 전극 리드를 중심으로 상기 가열 유닛의 반대 측에 위치하여 상기 리드 용접부를 냉각시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지 제조 장치는, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 용접 품질이 비파괴적으로 검사될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의할 경우, 제조되는 모든 이차 전지에 대한 전수 검사가 가능할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 비접촉(non-contact) 방식으로 용접 품질이 검사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 미세 저항 측정용 미세 탐침 등이 이용될 필요가 없으므로, 미세 탐침의 팁 마모나 오염 등으로 인한 문제, 이를테면, 접촉 저항 변동에 의한 노이즈 발생으로 데이터 오차가 증가하는 문제나, 팁의 교체 및 관리를 지속적으로 해 주어야 하는 문제 등이 발생할 염려가 없다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 시각화(visualization) 방식으로 용접 품질이 검사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 리드-탭 사이의 용접 품질이 용이하게 검출될 수 있다. 이를테면, 종래의 와전류(Eddy current) 검사법 등에 의할 경우, 측정 가능한 표피 깊이(skin depth)가 깊지 않을 뿐 아니라, 리드-탭의 형상이나 정렬도 측면에서 미세한 차이를 가질 경우, 검사 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 레이저를 이용한 마이크로 용접과 같은 미세 용접 스팟의 개별 품질의 구분 및 검사가 불가하고 측정 영역 전체의 평균값을 토대로 용접 품질에 대한 간접적인 정보를 기대할 수 있다. 하지만, 본 발명의 상기 측면에 의할 경우, 표피 깊이가 깊고 리드-탭의 형상이나 정렬도 측면에서 미세한 차이가 있더라도, 검사 정확성이 안정적으로 확보될 수 있으며 레이저 용접과 같은 미세 용접부 스팟의 개별 품질 특성을 확인할 수 있는 높은 분해능을 기대할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 용접 품질이나 이차 전지 생산 측면에서, 높은 수율(high throughput)을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 용접 품질 검사에 소요되는 시간이 길지 않으므로, 용접 자체는 물론이고 이차 전지에 대해서도 품질 관리 측면에서 유리한 이점을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이차 전지에 포함된 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접 품질이 신속하고 정확하게 진단될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 경우, 전극 탭과 전극 리드가 용접된 후 전극 조립체가 파우치 외장재에 수용되기 전에 용접 품질에 대한 검사가 이루어질 수 있다. 따라서, 탭-리드 사이에 용접 불량이 발생한 전극 조립체에 대해서는 파우치 외장재 수납 등 후속 절차가 진행되지 않도록 함으로써, 이차 전지 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극 탭과 전극 리드 사이에 다수의 용접 스팟이 포함된다 하더라도, 각 용접 스팟의 용접 품질이 신속하게 확인 및 비교될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 용접 품질 검사 과정에서 이차 전지의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접 품질이 확실하게 검증됨으로써, 용접 불량인 이차 전지의 사용으로 인한 피해, 이를테면 배터리 전원 무감 현상이나 사용 불능, 화재 등을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 사이, 배터리 모듈 사이, 또는 배터리 팩 사이의 용접 부분 등에도 용접 품질 검사가 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지나 배터리 모듈, 배터리 팩 등 배터리에 대한 전반적인 용접 품질 검사가 이루어질 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은, 도 1의 A 부분에 대한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6은, 리드 용접부가 정상 용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이다.
도 7은, 리드 용접부가 약용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이다.
도 8은, 리드 용접부가 과용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이다.
도 9는, 리드 용접부가 정상 용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은, 리드 용접부가 약용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은, 리드 용접부가 과용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드의 리드 용접부 부근에서의 열화상 이미지를 도식화하여 나타낸 상면도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 감지 유닛에 의해 획득된 열화상 이미지를 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서에 의해 열화상 이미지에 기초하여 생성된 히스토그램을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따라 용접 상태가 서로 다른 리드 용접부에 대하여 생성된 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 18은, 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램의 온도 구간 별 피크의 누적값을 나타내는 그래프이다.
도 19는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 용접 스팟에 대한 히스토그램의 각 구간 별 누적값을 나타낸 그래프이다.
도 20은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 배터리의 용접 부분에 대한 용접 품질을 검사하는 장치일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 이차 전지의 전극 리드(10)에 위치하는 리드 용접부에 대한 용접 품질을 검사할 수 있다. 여기서, 리드 용접부란, 이차 전지의 전극 리드(10)에 위치하는 용접 부분으로서, 대표적으로, 전극 탭(20)과 전극 리드(10) 사이의 용접부, 즉 리드-탭 용접부를 의미한다고 할 수 있다. 여기서, 리드 용접부는 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 적층시킨 상태에서 용접용 레이저가 조사되어 상호 용접 고정되는 형태로 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 용접 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 리드 용접부는, 전극 리드(10) 사이의 용접 부분, 또는 전극 리드(10)와 버스바 사이의 용접 부분을 의미할 수도 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또한, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 가열 유닛(100), 온도 감지 유닛(200) 및 프로세서(300)를 포함한다.

상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)에 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 여기서, 리드 용접부(W)가 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 용접으로 형성된 경우, 상기 가열 유닛(100)은 전극 리드(10) 및 전극 탭(20) 중 어느 하나에만 직접적으로 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 유닛(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 리드(10) 측으로 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 가열 유닛(100)은, 전극 탭(20) 측으로 열을 인가하도록 구성될 수도 있다. 그리고, 이러한 가열 유닛(100)의 가열로 인해, 리드 용접부(W)의 온도가 상승할 수 있다. 즉, 상기 가열 유닛(100)은, 소정 시간 동안 열을 공급하여, 리드 용접부(W)의 온도를 상승시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 가열 유닛(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 파우치형 전지의 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이가 서로 용접된 부분인 리드-탭 용접부(W)로 소정 시간, 이를테면 3초 내지 40초 동안 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 가열 유닛(100)의 가열로 인해, 리드-탭 용접부(W)의 온도는 증가할 수 있다.

여기서, 상기 가열 유닛(100)은, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 유닛(100)은, 진단용 레이저를 리드 용접부(W)로 조사하는 형태로 구현될 수 있다. 또는, 상기 가열 유닛(100)은, 플래시 램프나 할로겐 램프, 제논 램프, 저항열, 또는 이를 이용한 열풍과 같은 다른 열원을 인가하는 형태로 구현될 수도 있다. 이외에도, 상기 가열 유닛(100)은, 유도 가열 방식, 대류 방식, 전도 방식 등 다양한 방식으로 리드 용접부(W)에 열을 인가하도록 구성될 수 있다.

상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)의 열적 여기를 유도할 수 있을 정도로만 리드 용접부(W)를 가열할 필요가 있다. 즉, 상기 가열 유닛(100)은, 전극 리드(10)나 전극 탭(20), 그리고 리드 용접부(W)의 용접 상태가 손상되지 않을 정도로만 열 에너지를 공급할 필요가 있다. 이를 위해, 상기 가열 유닛(100)은, 가열 시간을 일정 시간 이내로 하거나, 인가되는 열 에너지의 출력, 이를테면 진단용 레이저의 출력을 일정 수준 이내로 조절될 수 있다.

상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)에 직접 또는 간접적으로 열이 인가되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)에 진단용 레이저를 직접 조사할 수도 있고, 리드 용접부(W)로부터 소정 거리 이격된 부분에 진단용 레이저를 조사함으로써 리드 용접부(W)로 열이 전달되도록 할 수 있다.

상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 유닛(100)에 의해 리드 용접부(W)로 열이 인가되면, 열이 인가된 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태가 어떠한지에 대한 정보를 획득할 수 있다.

더욱이, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W) 뿐 아니라, 그 주변의 온도 분포 상태도 획득하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 전극 리드에서 리드 용접부(W)와 함께 전체 표면의 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다.

여기서, 온도 감지 유닛(200)은, 가열 유닛(100)에 의한 가열 과정이 개시된 후, 소정 시간 경과한 이후부터, 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 온도 감지 유닛(200)은, 가열이 개시된 시점으로부터 5초의 시간이 경과한 후, 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다. 가열 직후에는, 리드 용접부(W) 주변에서 열전달이 충분히 진행되지 않아 정확한 온도 분포 상태에 대한 정보를 획득하지 못할 수 있기 때문이다. 즉, 이 경우, 가열 유닛(100)에 의해 공급된 열이 리드 용접부(W)를 중심으로 충분히 퍼지도록 함으로써 정확한 온도 분포 파악이 이루어질 수 있다.

더욱이, 온도 감지 유닛(200)은, 가열 유닛(100)에 의한 가열 과정이 종료된 후 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 온도 감지 유닛(200)이 온도 분포 정보를 획득하는 과정에서, 가열 유닛(100)에 의해 공급되는 열로 인해 방해받는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 가열 유닛(100)이 레이저를 조사하는 형태로 구현되는 경우, 온도 감지 유닛(200)은 레이저 조사 과정이 종료된 후 온도 분포 상태를 파악함으로써, 레이저 반사 등으로 인해 온도가 부정확하게 파악되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 온도 감지 유닛(200)은, 가열 유닛(100)에 의한 가열 과정 종료 후, 소정 시간 이내에 온도를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 온도 감지 유닛(200)은, 가열 유닛(100)에 의한 가열 과정 종료 후, 60초 이내에 리드 용접부(W)의 온도를 감지하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 주변 공기 등으로 인해 리드 용접부가 식게 되어, 리드 용접부의 온도 분포 파악이 부정확하게 이루어지는 문제를 방지할 수 있다.

또한, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)에 대하여, 영역 별 온도 파악이 가능하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)에 대하여 넓은 표면에서의 부분 별 온도 파악이 가능하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 상부에 위치한 하나의 전극 리드(10)와 하부에 위치한 다수의 전극 탭(20)이 서로 용접된 형태로 구성된 리드 용접부(W)에 대하여, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 전극 리드(10)의 상부에 위치하여, 전극 리드(10)의 상면 부분, 특히 리드 용접부(W)를 중심으로 위치 별 온도를 파악하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 리드 용접부(W)가 원형 스팟 형태로 구성된 경우, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)에 대하여, 원형 스팟의 내부 영역, 원형 스팟의 외곽선 영역 및 원형 스팟의 외부 영역 등으로 영역을 구분하여, 각 영역의 온도를 파악하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서(300)는, 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 온도 분포 상태를 이용하여, 리드 용접부(W)의 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 프로세서(300)는 온도 감지 유닛(200)과 데이터를 주고받을 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 온도 감지 유닛(200)이 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 획득하면, 획득된 온도 분포 상태에 대한 정보는 프로세서(300)로 전송될 수 있다. 그러면, 프로세서(300)는, 이와 같이 온도 감지 유닛(200)으로부터 전송된 정보를 바탕으로, 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단할 수 있다. 특히, 온도 감지 유닛(200)에 의해 리드 용접부(W)를 중심으로 한 온도 분포 상태가 영역 별로 획득되면, 프로세서(300)는 이러한 영역 별 온도 분포 상태에 대한 정보를 통해, 리드 용접부(W)의 용접이 잘 이루어졌는지 판별할 수 있다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 이차 전지의 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 용접이 제대로 이루어져 있는지에 대하여 간단하고 신속하게 검사될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 구성에 의하면, 이러한 용접 품질 검사의 정확성이 향상될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 이차 전지의 용접 품질이 비파괴적으로 검사될 수 있다. 예를 들어, 리드-탭 용접부의 용접 품질이 검사되는 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 용접 고정된 상태에서, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 연결을 분리시키지 않고도 용접 품질이 검사될 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 용접 품질을 검사하기 위해 용접부에 인장력과 같은 외력을 인가할 필요가 없다. 따라서, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 용접 결합 구성을 파괴시키지 않고도, 열 분포의 특이적인 형태를 바탕으로, 용접부의 내부 상태가 파악될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 검사 대상인 이차 전지를 계속해서 생산 라인에 투입할 수 있으므로, 제조 중인 모든 이차 전지에 대한 전수 검사가 가능해질 수 있다.

한편, 상기 프로세서(300)는, 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 것으로서, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), ASIC(application-specific integrated circuit), 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하거나 이들 용어로 표현될 수 있다. 또한, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 프로세서(300)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서(300)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서(300)의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(300)와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 메모리 유닛(400)을 더 포함할 수 있다.

상기 메모리 유닛(400)은, 가열 유닛(100), 온도 감지 유닛(200) 및/또는 프로세서(300)가 그 기능을 수행하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 메모리 유닛(400)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램, 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리 유닛(400)은, 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 온도 분포 상태를 저장하여, 프로세서(300)가 저장된 정보를 독출 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 메모리 유닛(400)은 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 메모리 유닛(400)은 가열 유닛(100), 온도 감지 유닛(200) 및/또는 프로세서(300)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 검사 대상, 즉 리드 용접부(W)와 직접 접촉되지 않은 상태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 유닛(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지의 전극 리드(10)로부터 상부 방향으로 소정 거리 이격된 상태에서 전극 리드(10)로 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 이차 전지의 전극 리드(10) 및/또는 전극 탭(20)으로부터 소정 거리 이격된 상태에서 온도 분포 상태를 파악하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 프로세서(300)는, 이차 전지의 전극 리드(10) 및 전극 탭(20)으로부터 소정 거리 이격된 상태에서 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지에 구비된 리드 용접부(W)의 용접 품질을 검사하는 과정에서, 이차 전지, 특히 리드 용접부(W)를 손상시키거나 오염시킬 염려가 없다. 그러므로, 배터리 용접 검사에 의해 이차 전지 제조 수율이나 생산성이 저하되는 문제가 예방될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 온도 감지 유닛(200)은, 열화상 카메라를 포함하여 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)나 그 주변 영역에 대한 열 분포를 영상 이미지로 기록할 수 있다. 특히, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 가열 유닛(100)에 의해 순간적으로 열이 인가되어 발생된 리드 용접부(W) 및 그 주변의 열의 분포 상태를 열 화상으로 획득 및 기록하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 리드 용접부(W)의 부분 별 온도 분포가 보다 명확하게 파악될 수 있다. 또한, 이 경우, 리드 용접부(W)의 열 분포 상태가 이미지화되어, 사용자가 열 분포 정보를 쉽게 파악할 수 잇도록 시각화하여 전달될 수도 있다.

더욱이, 상기 실시예와 같이, 온도 감지 유닛(200)이 열화상 카메라를 포함하는 경우, 열화상 카메라는, 상을 확대시키는 클로즈업(close-up) 렌즈를 구비할 수 있다. 이 경우, 열화상 카메라에 의한 검출력 및 식별력이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 전자기파의 반사에 의한 신호를 증폭시킬 수 있는 추가적인 광학 요소를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 열화상 카메라는, 파장판(wave plate), 필터, 편광판 등을 더 구비할 수 있다.

특히, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 적외선 카메라를 포함할 수 있다. 이 경우, 가열 유닛(100)이 리드 용접부(W)를 가열하여 열적 여기를 유도하면, 상기 온도 감지 유닛(200)은, 그로부터 반사 내지 방사되어 나오는 적외선, 이를테면 원적외선 영역(ex. 7㎛ 내지 14㎛ 대역)의 전자기파를 열화상 이미지로 획득할 수 있다. 여기서, 적외선 카메라 등 열화상 카메라 내지 열화상 기록 장치는, 밴드갭(bandgap) 형식의 냉각식 디텍터, 또는 볼로미터(bolometer) 방식의 비냉각식 디텍터 등 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 열화상 기록 기술을 채용할 수 있다.

그리고, 이와 같이 온도 감지 유닛(200)에 의해 열화상 이미지가 획득되면, 획득된 정보는 프로세서(300)로 전달될 수 있다. 이때, 온도 감지 유닛(200)은, 획득된 열화상 이미지 정보를 그대로 프로세서(300)로 전송할 수 있다. 또는, 온도 감지 유닛(200)은, 획득된 열화상 이미지로부터 특정 정보를 추출하거나 열화상 이미지를 가공하여 프로세서(300)로 전송할 수 있다. 이 경우, 온도 감지 유닛(200)은, 프로세서(300)와는 별도의 제어 유닛(이를테면, GPU(Graphic Processing Unit), CPU(Central Processing Unit) 등)을 구비할 수 있다. 그러면, 상기 프로세서(300)는, 이와 같이 온도 감지 유닛(200)으로부터 전달된 정보를 통해, 리드 용접부(W)의 용접 품질을 파악할 수 있다.

온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 온도 분포 상태, 이를테면 열화상 이미지는, 용접 품질에 따라 특이적인 패턴을 보일 수 있다. 특히, 열화상은, 시간적, 공간적으로 원적외선(IR) 방사를 이미지화할 수 있으므로, 이로부터 많은 정보와 특징 획득이 가능해질 수 있다. 즉, 용접부가 가열되면, 용접이 어떻게 되었는지에 따라 열화상 패턴이 특이하게 나타날 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열화상 패턴의 특징을 통해, 리드 용접부(W)에 대한 용접 품질이 효과적으로 검사될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의할 경우, 리드 용접부(W)의 용접 품질이 서모그래피(thermography) 방식으로 검사됨으로써, 용접 품질에 대한 비접촉(non-contact) 및/또는 시각화(visualization) 방식의 검사가 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 용접 품질의 검사에 대하여 높은 수율(high throughput)이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 동종의 금속 재질, 이를테면 동종의 Cu 재질로 이루어진 경우뿐 아니라, 이종의 금속 재질로 이루어진 경우에 대해서도 용접 품질 검사가 효과적으로 이루어질 수 있다. 더욱이, 전극 탭(20)이 Cu 재질이고 전극 리드(10)가 Al 재질인 경우, IMC(InterMetallic Compound)가 생성될 수 있는데, 이러한 IMC로 인해 용접 품질 평가 시 열 분포의 편차가 더욱 커질 수 있다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 이러한 이종 재질의 리드 용접부에 대하여 용접 품질 검사 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(10)에 형성된 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 부분 별로 파악하기가 용이할 수 있다. 즉, 온도 감지 유닛(200)이 열화상 카메라를 구비하는 경우, 리드 용접부(W)의 전체 또는 특정 부분에 대한 온도 분포 상태가 쉽게 파악될 수 있다. 예를 들어, 하나의 전극 리드(10)와 하나 이상의 전극 탭(20)이 적층된 상태에서 용접용 레이저가 원형 스팟 형태로 조사되어 리드 용접부(W)가 형성된 경우, 리드 용접부(W)가 가열되면, 원형 스팟 부분과 그 주변 부분이 각각 구분되어 온도 분포 상태가 획득될 수 있다. 또한, 이 경우, 원형 스팟 형태의 용접 부분으로부터의 거리에 따라, 온도 분포 상태가 획득될 수도 있다.

바람직하게는, 상기 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 용접 품질로서, 정상 용접, 약용접 및 과용접을 구분하여 판단하도록 구성될 수 있다.

즉, 가열 유닛(100)에 의해 열적으로 여기된 리드 용접부(W)에 대하여 온도 감지 유닛(200)이, 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 획득하고 관련 정보를 프로세서(300)에 전송하면, 상기 프로세서(300)는 이러한 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태에 기초하여, 해당 리드 용접부(W)가 정상 용접 상태인지, 약용접 상태인지, 과용접 상태인지를 구분 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.

도 6은 리드 용접부(W)가 정상 용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이고, 도 7은 리드 용접부(W)가 약용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이며, 도 8은 리드 용접부(W)가 과용접 상태인 경우를 도식화하여 나타낸 단면도이다. 도 6 내지 도 8에서, 전극 리드(10) 및 전극 탭(20) 내부의 실선 화살표는 열이 이동하는 방향을 나타낸다. 또한, 도 8에서, 전극 리드(10) 및 전극 탭(20) 외부의 실선 화살표는, 리드 용접부(W)에서 방사 내지 반사된 적외선의 이동 방향을 나타낸다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 리드 용접부(W)는 용접용 레이저 등이 직접 조사된 부분으로, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 서로 접촉하여 용접된 연결 부분을 포함한다. 또한, 도 6 내지 도 8에서, L은 가열 유닛(100)에 의해 열이 공급된 부분, 이를테면 진단용 레이저가 조사된 부분이라 할 수 있다. 한편, 도 6 내지 도 8에서, 리드 용접부(W)는 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 각각 하나씩 포함하는 형태로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 전극 리드(10) 또는 전극 탭(20)은 둘 이상이 중첩되어 용접될 수도 있다. 또한, 도 6 내지 도 8에서는, 하나의 용접 스팟(리드 용접부)만 도시되어 있으나, 하나의 전극 리드(10)에 다수의 용접 스팟이 포함될 수 있음은 물론이다. 그리고, 도 6 내지 도 8에서는, 전극 리드(10)가 상부에 위치하고 전극 탭(20)이 하부에 위치하는 형태의 용접 구성이 도시되어 있으나, 전극 리드(10)가 하부에 위치하고 전극 탭(20)이 상부에 위치하는 형태의 용접 구성도 가능하다.

먼저, 도 6에 도시된 구성을 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 정상적으로 용접된 상태가 도시되어 있다. 이러한 정상 용접 상태는, 리드 용접부(W)의 용접 상태가 양호하여, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 안정적으로 용접되어 있다는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 리드 용접부(W)에서는 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 적절하게 용융 혼합된 구성이 존재할 수 있다.

다음으로, 도 7에 도시된 구성을 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약하게 용접된 상태가 도시되어 있다. 이러한 약용접 상태는, 리드 용접부(W)의 용접이 도 6과 같은 정상 상태보다 약하게 이루어졌다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 용접용 레이저의 출력이 약하거나 용접용 레이저 조사 시간이 지나치게 짧은 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 용접이 약하게 이루어질 수 있다. 이 경우, 리드 용접부(W)에서는 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 적절하게 용융 혼합된 구성이 존재하지 않거나 부족할 수 있다. 이처럼 약용접 상태에서는, 용접력 저하로 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이가 작은 외력이나 충격, 진동 등에도 쉽게 분리될 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 구성을 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 과하게 용접된 상태가 도시되어 있다. 이러한 과용접 상태는, 리드 용접부(W)의 용접이 도 6과 같은 정상 상태보다 과하게 이루어졌다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 용접용 레이저의 출력이 지나치게 강하거나 용접용 레이저 조사 시간이 지나치게 긴 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 용접이 과하게 이루어질 수 있다. 이처럼 과용접 상태에서는, 전극 리드(10)나 전극 탭(20)의 일부가 용융으로 손실되거나 기포가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 과용접의 경우, 약용접과 마찬가지로, 용접력이 저하될 수 있다.

이와 같이, 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 용접 상태가 정상인지 불량인지 등을 판단할 수 있을 뿐 아니라, 불량인 경우, 용접이 약하게 이루어져 불량인지, 아니면 용접이 과하게 이루어져 불량인지까지도 판단할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 실시예의 경우, 리드 용접부(W)의 용접 불량 상태에 대한 보다 구체적인 정보를 파악할 수 있다. 따라서, 약용접인지 아니면 과용접인지에 따라, 리드 용접부(W)를 형성하기 위한 용접 공정이 적절하게 제어되도록 할 수 있다. 예를 들어, 약용접으로 진단된 경우, 검사 이전 공정인 리드 용접부(W) 형성 공정에서, 보다 용접이 강하게 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예의 경우, 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 용접 상태에 대하여 정상 용접, 약용접 및 과용접 이외에 다른 형태의 추가 구분을 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 각 용접 상태에 대하여 더욱 세분화된 형태로 구분하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(300)는, 약용접의 정도에 따라 용접 상태를 세분화할 수도 있고, 과용접의 정도에 따라 용접 상태를 세분화할 수도 있다. 또는, 상기 프로세서(300)는, 정상 용접에 대해서도, 과용접에 가까운 정상 용접인지, 약용접에 가까운 정상 용접인지를 구분하도록 구성될 수도 있다.

특히, 상기 실시예와 같이 온도 감지 유닛(200)이 열화상 카메라를 포함하는 경우, 용접 품질에 대한 정상 용접, 약용접 및 과용접 상태의 구분 판단은, 열화상 카메라로부터 획득된 열화상 이미지를 기초로 수행될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 9는 리드 용접부(W)가 정상 용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이고, 도 10은 리드 용접부(W)가 약용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이며, 도 11은 리드 용접부(W)가 과용접 상태일 때 열화상 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.

도 9 내지 도 11은, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 열이 인가되는 구성에서, 전극 리드(10)의 상부 측에서 전극 리드(10)의 상면을 바라보는 관점의 영상 이미지라 할 수 있다. 즉, 도 9 내지 도 11은, 전극 리드(10)의 열 분포 상태를 나타내는 이미지라 할 수 있다. 한편, 도 9 내지 도 11에는, 리드 용접부(W)에 각각 6개의 용접 스팟이 포함되어 있으나, 이러한 개수는 일례에 불과할 뿐, 용접 스팟이 다른 개수로 포함될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 9를 참조하면, 정상 용접 상태에서는, C1으로 표시된 부분과 같이, 저온 영역(청색)이 넓게 형성될 수 있다. 이는 정상 용접 상태의 경우, 전극 리드(10)로 인가된 열이 전극 탭(20) 측으로 원활하게 빠져나갈 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바를 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 정상적으로 용접된 경우, 전극 리드(10)의 일측(도면에서 좌측)으로 인가된 열이, 화살표로 표시된 바와 같이, 리드 용접부(W), 특히 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 용융 연결된 부분을 통해, 하층의 전극 탭(20)으로 원활하게 전달될 수 있다. 따라서, 전극 리드(10)에 진단용 레이저(L) 등 열이 인가된다 하더라도 전극 리드(10)의 온도는 전반적으로 쉽게 낮아질 수 있다.

반면, 도 10을 참조하면, 약용접 상태에서는, C2로 표시된 부분과 같이, 저온 영역이 매우 좁게 형성될 수 있다. 또한, 이러한 약용접 상태에서는, 전극 리드(10) 전 영역의 온도가 정상 용접 상태에 비해 높게 나타날 수 있다. 이는 약용접 상태의 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 접촉 면적이 상대적으로 좁게 형성되어, 전극 리드(10)로 인가된 열이 전극 탭(20) 측으로 원활하게 빠져나가지 못하고 전극 리드(10) 측에 머무를 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바를 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약하게 용접된 경우, 전극 리드(10)의 일측(도면에서 좌측)으로 인가된 열이, 리드 용접부(W)를 통해 하층의 전극 탭(20)으로 원활하게 전달되지 못할 수 있다. 따라서, 도 10의 화살표로 표시된 바와 같이, 전극 리드(10) 측 열은, 주로 전극 리드(10) 내에서만 이동할 수 있다. 따라서, 전극 리드(10)에 진단용 레이저(L) 등 열이 인가되면, 리드 용접부(W)뿐 아니라, 전극 리드(10)의 전체 온도는 정상 용접 상태에 비해 상대적으로 높아질 수 있다.

또한, 도 11을 참조하면, 과용접 상태에서는, C3로 표시된 부분과 같이, 정상 용접은 물론이고 약용접 상태에 비하더라도, 현저하게 높은 온도의 영역(적색 및 황색 영역)이 형성될 수 있다. 특히, 과용접 상태에서는, 용접용 레이저 등이 조사된 리드 용접부(W)의 중앙부(내측 부분)에서 매우 높은 온도 분포를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 과용접 상태의 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 접촉 면적이 상대적으로 좁게 형성될 뿐 아니라, 천공이나 금속 손실(metal loss)로 인한 오목한 구조가 IR(원적외선) 신호를 집중시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바를 참조하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 과하게 용접된 경우, 천공 등으로 인해 리드 용접부(W)의 중앙부에 오목한 부분(R)이 크게 형성될 수 있다. 그리고, 도 8에서 화살표로 표시된 바와 같이, 이러한 중앙부의 오목한 부분(R)을 통해, 적외선 신호가 방사 및 반사될 수 있다. 그러므로, 과용접의 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 리드 용접부(W)의 중앙부에서 강한 IR 신호가 나타날 수 있다. 특히, 이러한 현상은, 과용접부의 형상이 오목 거울(concave mirror)과 같은 작용을 일으켜, IR 신호를 집중시키기 때문에 나타난다고 볼 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 가열 유닛(100)에 의해 리드 용접부(W)에 열이 공급되어 온도가 상승한 상태에서, 열화상 이미지를 획득함으로써, 리드 용접부(W)의 용접 품질에 대하여 정상 용접 상태인지, 약용접 상태인지, 아니면 과용접 상태인지 등이 보다 쉽고 명확하게 구별 진단될 수 있다.

한편, 상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W), 다시 말해 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 직접 접촉하여 용융 결합된 부분으로부터 소정 거리 이격된 부분에 먼저 열을 직접 공급하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 리드 용접부(W)에는, 가열 유닛(100)에 의해 열이 직접 공급된 부분으로부터 열이 전달되어, 열이 간접적으로 공급된다고 할 수 있다. 또한, 상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)를 기준으로 일측에만 열을 인가하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 가열 유닛(100)이 진단용 레이저(L)를 인가하는 형태로 구성되는 경우, 도 6 내지 도 8에 도시된 바를 참조하면, 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)로부터 수평 방향으로 소정 거리 이격된 부분에 진단용 레이저를 조사하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 가열 유닛(100)은, 리드 용접부(W)를 중심으로 일측, 이를테면 좌측에만 진단용 레이저(L)를 조사하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가열 유닛(100)에 의해 리드 용접부(W)의 일측으로 공급된 열이 리드 용접부(W)의 타측으로 전달되는 과정에서, 열이 분포되는 형태가 용접 품질에 따라 명확하게 구별되도록 할 수 있다.

상기 프로세서(300)는, 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 이미지, 특히 열화상 이미지를 통해, 리드 용접부(W) 및 그 주변 부분의 온도를 파악하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.

도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(10)의 리드 용접부(W) 부근에서의 열화상 이미지를 도식화하여 나타낸 상면도이다. 도 12에서는, 전극 리드(10)의 상면만이 도시되어 있으며, 전극 탭(20)은 전극 리드(10)의 하면에 위치한다고 할 수 있다. 그리고, 도 12에서는, 설명의 편의를 위해, 리드 용접부(W)로서 용접 스팟이 2개 도시되어 있으나, 용접 스팟이 1개 또는 3개 이상 형성될 수 있음은 자명하다.

도 12를 참조하면, 2개의 용접 스팟(리드 용접부) 각각은, B1으로 표시된 바와 같은 원형의 중앙부, 그리고 중앙부(B1)로부터 소정 거리 이격된 지점까지의 영역으로서 B2로 표시된 바와 같은 원형 링 형태의 주변부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 중앙부(B1)는, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 용접으로 직접 접촉된 부분, 또는 용융 결합된 부분일 수 있다.

정상적인 용접 상태에서는, 좌측 용접 스팟과 같이, 중앙부(B1)가 전체적으로 균일한 온도를 나타내며, 특히 전극 리드의 다른 부분에 비해 낮은 온도 분포를 나타낼 수 있다. 특히, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 용접용 레이저로 용접이 양호하게 이루어지면, 용접용 레이저의 영향을 받아 전극 리드(10) 및 전극 탭(20)을 구성하는 금속이 일부 녹아 용접될 수 있다. 따라서, 중앙부(B1)는, 좌측 용접 스팟으로 표시된 바와 같이 전반적으로 균일한 원형 형태로 나타날 수 있다. 그리고, 중앙부(B1)를 둘러싸는 형태로 외곽에 위치하는 주변부(B2)에서도, 중앙부(B1)보다는 높은 온도이나, 다른 부분에 비해서는 현저하게 낮은 온도 분포를 나타낼 수 있다.

반면, 과용접 상태에서는, 우측 용접 스팟과 같이, 중앙부(B1)의 일부에, B4로 표시된 바와 같은 강한 IR(원적외선) 신호가 나타날 수 있다. 특히, 이러한 B4와 같은 부분은, 과용접으로 인해 전극 리드(10) 및/또는 전극 탭(20)의 적어도 일부가 손상되어 나타나는 현상일 수 있다. 또한, 이러한 과용접 상태에서는, 주변부(B2)에서도, 좌측 용접 스팟과 같은 정상적인 용접 상태에 비해, 상대적으로 높은 온도 분포를 나타낼 수 있다. 또한, 전극 리드(10)에는, 중앙부(B1) 및 주변부(B2) 이외에 용접이 이루어지지 않은 비용접부(B3)도 존재하는데, 과용접 또는 약용접 상태에서는, 이러한 비용접부(B3)의 온도가 정상 용접 상태에 비해 높은 온도로 나타날 수 있다.

이와 같이, 온도 감지 유닛(200)에 의해 열화상 이미지가 획득되면, 상기 프로세서(300)는, 이와 같이 획득된 열화상 이미지에 기초하여, 전극 리드(10)의 온도 분포, 특히 리드 용접부(W)의 온도 분포를 파악할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 파악된 온도 분포를 통해, 용접 상태가 정상 용접 상태인지, 약용접 상태인지, 과용접 상태인지 등을 구별하도록 구성될 수 있다.

특히, 상기 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 위치, 형태, 크기 및/또는 개수 등에 대한 정보를 미리 저장하거나 이러한 정보가 저장된 메모리 유닛(400) 등으로부터 해당 정보를 독출하여 이용하도록 구성(프로그래밍)될 수 있다.

예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같은 열화상 이미지가 획득되는 실시 구성에서, 상기 프로세서(300)는 리드 용접부(W)가 중앙부 및 주변부를 구비하고, 중앙부는 B1과 같은 크기 및 형태로 구성되고, 주변부는 B2와 같은 크기 및 형태로 구성된다는 정보를 미리 파악하도록 프로그래밍될 수 있다. 그리고, 온도 감지 유닛(200)으로부터 열화상 이미지 정보가 전송되면, 상기 프로세서(300)는, 미리 파악된 중앙부(B1) 및 주변부(B2)의 위치 및 형태, 크기 등을 전송된 이미지에 매칭시켜, 리드 용접부(W)의 온도 분포를 영역 별로 파악할 수 있다.

여기서, 온도 감지 유닛(200)은, 그 위치가 고정되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 각 리드 용접부(W)의 위치를 미리 파악할 수 있다. 따라서, 리드 용접부(W)의 영역 별 온도 분포가 쉽게 파악될 수 있다.

다른 예로, 온도 감지 유닛(200)은, 그 위치가 이동되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 이미지로부터 각 리드 용접부(W)의 위치를 파악할 수 있다. 이 때, 프로세서(300)는, 중앙부 및 주변부의 크기나 형태 등을 미리 저장하거나 파악할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같은 열화상 이미지가 전송되는 경우, 상기 프로세서(300)는, 온도 분포를 통해 리드 용접부(W)의 각 영역을 파악하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 도 12를 참조하면, 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 중앙부(B1)로서 반지름이 d1인 원 형태라는 정보를 미리 저장 또는 파악하도록 구성될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 리드 용접부(W)의 주변부(B2)로서, 외곽선이 반지름이 d2인 원이고 내선이 반지름이 d1인 원형 링 형태이며 중앙부(B1)를 둘러싸도록 구성되어 있다는 정보를 미리 저장 또는 파악하도록 구성될 수 있다. 이때, 프로세서(300)는, 도 12의 좌측 스팟과 같이 열화상 이미지가 획득되는 경우, 온도가 가장 낮은 영역으로서 원형을 나타내는 부분의 중심(O1)을 기준으로 d1만큼의 반지름을 갖는 원을 중앙부(B1)로 설정하고, 중앙부(B1)의 외곽에서 중심(O1)으로부터 d2만큼의 거리를 갖는 지점까지의 원형 링 영역을 주변부(B2)로 설정할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 프로세서(300)가 리드 용접부(W)의 위치에 대한 정보를 미리 파악할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 온도 감지 유닛(200)의 위치가 고정될 필요가 없다. 더욱이, 이 경우, 온도 감지 유닛(200)이 모든 리드 용접부(W), 이를테면 모든 용접 스팟을 한 번에 스캔하지 못한다 하더라도, 영역 별 온도 파악이 가능해질 수 있다.

또한, 상기 프로세서(300)는, 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 온도 분포 상태에 기초하여, 온도 별 픽셀 수를 나타내는 히스토그램을 생성하도록 구성될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 생성된 히스토그램을 통해 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 13 및 도 14를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 열화상 이미지를 나타내고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)에 의해 열화상 이미지에 기초하여 생성된 히스토그램을 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 온도 감지 유닛(200), 이를테면 열화상 카메라는, 전극 탭(20)과 용접된 전극 리드(10)를 촬영하여, 도 13에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. 도 13의 실시예에서는, 전극 리드(10)에 리드 용접부(W)로서 16개의 용접 스팟이 포함된 것으로 도시되어 있다. 이때, 각각의 용접 스팟은, 용접 품질에 따라 열화상 이미지가 서로 다르게 나타날 수 있다.

그리고, 프로세서(300)는, 이러한 열화상 이미지로부터 온도 별 픽셀 수를 나타내는 히스토그램을 생성하도록 구성 내지 프로그래밍될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는 열화상 이미지의 적어도 일부분에 대하여, 온도에 따른 픽셀 개수를 나타내는 그래프 형태로 히스토그램을 생성할 수 있다. 만일, 열화상 이미지가 640×120 해상도를 갖는 경우, 픽셀은 76800개가 존재한다고 할 수 있다. 특히, 프로세서(300)는, 열화상 이미지에 포함된 다수의 용접 스팟 중 적어도 일부 스팟에 대하여, 히스토그램을 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 도 13에 도시된 열화상 이미지에서 2개의 용접 스팟이 포함된 E로 표시된 부분에 대하여, 각 픽셀마다 온도 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 각 온도마다 해당 픽셀의 개수를 누적하여, 도 14에 도시된 바와 같은 히스토그램을 생성할 수 있다. 이러한 히스토그램의 경우, 가로축, 즉 x축은 온도이고, 세로축, 즉 y축은 픽셀의 개수를 나타낸다. 다만, 도 14의 x축에 표시된 수치는, 특정 기준 온도에 대한 상대적인 온도차를 ℃ 단위로 나타낸 것으로, 섭씨온도를 직접적으로 나타내는 것은 아니다. 예를 들어, 도 14의 x축에 표시된 각 수치를 섭씨 온도로 나타내기 위해서는, 각 온도 수치에 25℃를 더하는 방식으로 계산될 수 있다.

프로세서(300)는, 이와 같이 온도-픽셀 개수 관계의 히스토그램을 생성하면, 생성된 히스토그램을 통해 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서(300)는, 이와 같이 생성된 히스토그램에 기초하여, 리드 용접부(W)의 용접 품질이 정상 용접인지, 약용접인지, 또는 과용접인지 등을 구분하여 판단할 수 있다. 특히, 상기와 같이 생성된 히스토그램에서 각 피크는, 용접부에서 발생하는 여러 특징들과 상관 관계를 가질 수 있다. 따라서, 프로세서(300)는, 이러한 피크들을 바탕으로, 용접 품질을 진단할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열화상 이미지로부터 생성된 히스토그램을 통해 용접 품질이 정량화될 수 있다. 따라서, 이 경우, 용접 품질에 대한 판단 기준이 보다 구체적으로 설정되어, 용접 품질이 보다 객관적이고 정확하게 판단될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 리드 용접부(W), 이를테면 용접 스팟의 위치나 크기, 형태 등에 대한 정보를 구체적으로 미리 저장하거나 진단시마다 확인할 필요가 없다. 그러므로, 이 경우, 용접 품질에 대한 진단 구성이 보다 간단하게 구현될 수 있다.

더욱이, 상기 프로세서(300)는, 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바를 참조하면, 프로세서(300)는, 히스토그램의 온도 구간인 x축을 기준으로, F1, F2, F3, F4의 4개의 구간으로 구분할 수 있다. 이러한 복수의 온도 구간은, 리드 용접부(W)의 형태나 리드 용접부(W)의 중심부로부터의 거리에 따라 구별될 수 있다. 예를 들어, F1으로 표시된 온도 구간은, 도 12에서 B1으로 표시된 바와 같은, 중앙부 내측 부분에 대응되는 온도 영역으로 설정될 수 있다. 또한, F2로 표시된 온도 구간은, 도 12에서 B2로 표시된 바와 같은, 중앙부 외측을 둘러싸고 있는 주변부에 대응되는 온도 영역으로 설정될 수 있다. 또한, F3로 표시된 온도 구간은, 도 12에서 B3로 표시된 바와 같은, 용접부 이외의 전극 리드(10) 영역에 대응되는 온도 영역으로 설정될 수 있다. 그리고, F4로 표시된 온도 구간은, 도 12에서 B4로 표시된 바와 같은, 과용접 부분에 대응되는 온도 영역으로 설정될 수 있다. 이러한 F1, F2, F3 및 F4의 4개의 구간에 대한 구분은, 미리 설정되어 프로세서(300)나 메모리 유닛(400) 등에 저장될 수 있으며, 상황이나 검사 조건, 전지나 용접 장치의 스펙 등에 따라 다르게 설정될 수도 있다.

그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 구분된 복수의 온도 구간 중, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 위치를 판별하고, 이러한 피크의 위치에 따라 리드 용접부(W)의 용접 품질, 특히 약용접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 히스토그램 구성에서, 프로세서(300)는, F3 온도 구간에서의 피크의 위치를 확인하고, 확인된 피크의 위치에 따라, 리드 용접부(W)가 약용접되었는지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

특히, 상기 프로세서(300)는, 히스토그램의 측정 피크와 기준 피크의 위치를 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기준 피크란, 측정 피크와 구분되어 정상 용접인지, 또는 약용접인지를 구분하기 위한 기준이 되는 피크로서, 프로세서(300)나 메모리 유닛(400) 등에 미리 저장될 수 있다. 이때, 기준 피크는, 하나 또는 그 이상 저장될 수 있다.

그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 미리 저장된 기준 피크와 측정 피크를 비교할 수 있다. 여기서, 프로세서(300)는 다수의 측정 피크와 다수의 기준 피크를 비교하거나 하나의 측정 피크와 하나의 기준 피크를 비교할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, F3 구간에 포함된 피크 중 가장 높은 피크를 측정 피크로 하여 기준 피크와 비교하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 프로세서(300)는, F3 구간에 포함된 피크의 중간값의 위치를 기준 피크와 비교하도록 구성될 수 있다.

그리고 나서, 상기 프로세서(300)는, 측정 피크가 기준 피크와 일정 수준 이상 차이를 보이는 경우, 리드 용접부(W)의 품질을 약용접으로 판단할 수 있다. 특히, 상기 프로세서(300)는, 도 14에서 화살표 G1로 표시된 바와 같이, 측정 피크가 기준 피크보다 온도가 높은 측 방향인 우측 방향으로 이동하여 위치하는 경우, 리드 용접부(W)가 약용접되었다고 판단할 수 있다. 앞서 도 7의 도면에서 설명한 바와 같이, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약용접되면, 전극 리드(10) 측 열이 전극 탭(20)으로 원활하게 전달되지 못해, 전극 리드(10) 전반적으로 온도가 높아질 수 있다. 따라서, 리드 용접부(W) 이외의 전극 리드(10) 전반 영역을 나타내는 F3 구간에서 측정 피크가 기준 피크보다 우측으로 이동한 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약용접된 것으로 판단될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 히스토그램의 특정 구간에서의 피크 위치만을 살펴봄으로써, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 약용접 여부가 쉽고 빠르게 진단될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 히스토그램을 통해 리드 용접부(W)의 온도 분포가 간략화되어 용접성이 보다 쉽게 판단될 수 있다.

또한, 상기 프로세서(300)는, 구분된 복수의 온도 구간 중 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 히스토그램의 측정 피크의 높이를 파악하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 프로세서(300)는, 히스토그램의 측정 피크와 기준 피크의 높이를 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 프로세서(300)는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 다수의 측정 피크와 다수의 기준 피크의 높이를 서로 비교하거나, 하나의 측정 피크와 하나의 기준 피크의 높이를 서로 비교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, F2 구간에 포함된 피크 중 가장 높은 피크를 측정 피크로 하여 기준 피크와 높이를 비교하도록 구성될 수 있다. 또는, 프로세서(300)는, F2 구간에 포함된 피크의 평균 높이를 측정 피크로 하여 기준 피크와 높이를 비교하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 프로세서(300)는, 측정 피크의 높이가 기준 피크의 높이와 일정 수준 이상 차이를 보이는 경우, 리드 용접부(W)의 품질을 약용접으로 판단할 수 있다. 특히, 상기 프로세서(300)는, 도 14에서 화살표 G2로 표시된 바와 같이, 측정 피크의 높이가 기준 피크보다 낮아지는 경우, 리드 용접부(W)가 약용접되었다고 판단할 수 있다. 앞서 도 7 및 도 10의 도면을 참조하여 설명한 바와 같이, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약용접되면, 리드 용접부(W)의 주변부 저온 영역은 매우 좁게 형성될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에 비해 리드 용접부(W)의 주변부 저온 영역에 상응하는 온도를 갖는 픽셀 수가 줄어들 수 있다. 따라서, 주변부 저온 영역의 피크가 낮아지는 경우, 프로세서(300)는 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 약용접된 것으로 판단할 수 있다.

특히, 측정 피크의 높이를 기준 피크의 높이와 비교하는 온도 구간은, 측정 피크의 위치(수평 방향 위치)를 기준 피크의 위치와 비교하는 온도 구간에 비해, 좌측, 다시 말해 낮은 온도 영역에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 14의 구성에서, 높이를 비교하는 F2 구간은, 수평 방향 위치를 비교하는 F3 구간에 비해, 온도가 낮은 좌측에 위치하는 온도 구간일 수 있다. 또한, 상기 프로세서(300)는, F3 구간에 대해서도, 측정 피크의 높이와 기준 피크의 높이를 비교하여, 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 히스토그램의 특정 구간에서의 피크 높이만을 살펴봄으로써, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 약용접 여부가 쉽고 빠르게 진단될 수 있다.

더욱이, 상기 프로세서(300)는, 화살표 G1으로 표시된 바와 같은 측정 피크의 수평 방향 이동 여부 및 화살표 G2로 표시된 바와 같은 측정 피크의 상하 방향 이동을 함께 고려하여 약용접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(300)는, F3 구간에서의 측정 피크가 기준 피크보다 G1과 같이 우측 방향으로 이동하는 조건 및 F2 구간에서의 측정 피크가 기준 피크보다 G2와 같이 하부 방향으로 이동하는 조건을 함께 만족한 경우, 리드 용접부(W)의 용접 상태가 약용접이라고 최종 판단할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(300)는, 하나의 구간, 이를테면 F3 구간에서, 측정 피크의 수평 방향 이동 여부 및 수직 방향 높이 변화를 함께 고려하여, 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 약용접 여부 판단이 보다 정확하게 이루어져, 검사의 신뢰성이 보다 향상될 수 있다.

또한, 상기 프로세서(300)는, 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분한 경우, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 개수에 따라, 리드 용접부(W)의 과용접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 프로세서(300)는 히스토그램에 대하여, 온도 축(x축)을 기준으로, 복수의 온도 구간(F1, F2, F3, F4)으로 구분할 수 있다. 이때, 프로세서(300)는, 복수의 온도 구간 중 적어도 하나의 구간, 특히 F4로 표시된 온도 구간에 포함된 피크의 개수를 파악하도록 구성될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 F4 구간에서 파악된 피크의 개수에 따라, 리드 용접부(W)가 과용접되었는지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 히스토그램의 소정 온도 구간에 피크가 몇 개 포함되었는지만 파악하게 되면, 리드 용접부(W)의 과용접 여부가 간단하게 진단될 수 있다. 따라서, 과용접 진단이 보다 정확하면서도 신속하게 이루어질 수 있다.

특히, 상기 프로세서(300)는, 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 피크의 측정 개수와 기준 개수를 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기준 개수는, 히스토그램에서 실제 측정된 피크의 개수와 비교되기 위한 값으로서, 과용접 여부를 구분하기 위한 값 또는 범위일 수 있다. 그리고, 이러한 기준 개수는, 적절한 값이나 범위로 설정되어 프로세서(300)나 메모리 유닛(400) 등에 미리 저장될 수 있다.

그리고, 상기 프로세서(300)는, 측정 개수가 기준 개수보다 많은 경우, 리드 용접부(W)의 품질에 대하여 과용접으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 기준 개수가 30으로 설정된 경우, 도 14의 F4 구간에 포함된 피크의 측정 개수가 20개라면, 프로세서(300)는 리드 용접부(W)가 과용접이 아니라고 판단할 수 있다. 그러나, 도 14의 F4 구간에 포함된 피크의 측정 개수가 40개로서 기준 개수인 30개를 초과하는 경우, 프로세서(300)는 리드 용접부(W)가 과용접이라고 판단할 수 있다.

더욱이, 피크의 측정 개수를 비교 판단하는 온도 구간은, 앞서 피크의 위치 내지 높이를 비교 판단하는 온도 구간에 비해, 수평축으로 우측 영역, 다시 말해 높은 온도 구간에 위치할 수 있다. F4와 같은 높은 온도 구간에서는, 과용접 발생 시에만 다수의 피크 관측이 가능할 수 있기 때문이다. 따라서, F4와 같은 높은 온도 구간은, 과용접 징후를 나타내는 온도 영역으로 해석될 수도 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 특정 구간에 포함된 피크의 개수만을 파악함으로써, 리드 용접부(W)의 과용접 여부가 간단하면서도 정확하게 진단될 수 있다.

이하, 본 발명의 용접 품질 진단 구성을 보다 명확하게 설명하기 위해 여러실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

(실시예 1)

10㎛ 두께의 Cu 포일 탭 20장을 적층하여 초음파 용접시킴으로써 전극 탭(20)을 마련하였다. 그리고, 이와 같이 마련된 전극 탭(20)을 200㎛ 두께의 Ni-coated Cu(Ni 3㎛) 재질의 전극 리드(10) 1장과 적층시킨 후, 레이저 용접 장비(IPG 사의 IR 600W QCW fiber laser(Pulse Mode 1070㎚))를 이용하여 레이저 용접을 수행함으로써, 리드-탭 용접부가 형성되도록 하였다. 이때, 레이저 빔 사이즈는 255㎛, 주파수는 0.05kHz, 펄스폭은 2000㎲가 되도록 하였다. 또한, 용접용 레이저 출력은, 최대 출력(600W) 대비 55%가 되도록 하여 용접 스팟이 형성되도록 하였다. 이러한 실시예 1의 경우, 레이저의 출력을 정상 범위에 있도록 함으로써, 리드 용접부(W)에 대하여 정상 용접인 상태가 구현되도록 마련된 실시예라 할 수 있다.

(실시예 2)

상기 실시예 1과 전반적으로 동일한 재료 및 방식을 이용하여 리드-탭 용접부를 형성하되, 다만 용접 스팟 형성을 위한 레이저 출력만을 다르게 설정하였다. 즉, 실시예 2에서 레이저 출력은, 최대 출력(600W) 대비 38%가 되도록 하여 용접 스팟이 형성되도록 하였다. 이러한 실시예 2의 경우, 레이저의 출력을 정상 범위보다 줄임으로써, 리드 용접부(W)에 대하여 약용접인 상태가 구현되도록 마련된 실시예라 할 수 있다.

(실시예 3)

상기 실시예 1과 전반적으로 동일한 재료 및 방식을 이용하여 리드-탭 용접부를 형성하되, 다만 용접 스팟 형성을 위한 레이저 출력만을 다르게 설정하였다. 즉, 실시예 3에서 레이저 출력은, 최대 출력(600W) 대비 70%가 되도록 하여 용접 스팟이 형성되도록 하였다. 이러한 실시예 3의 경우, 레이저의 출력을 정상 범위보다 높임으로써, 리드 용접부(W)에 대하여 과용접인 상태가 구현되도록 마련된 실시예라 할 수 있다.

상기 실시예 1 내지 3의 샘플에 대하여, 가열 유닛(100)으로서 IPG 사의 레이저 가열 장비인 50W pulsed fiber laser(YLP-V2-1-100-50-50, 1064㎚)를 이용하여 60Hz의 주파수 및 최대출력 대비 50%의 레이저 출력으로, 각 샘플에 대하여 15초 동안 가열되도록 하였다.

그리고, 이러한 가열 후, 온도 감지 유닛(200)으로서 FLIR 사의 열화상 장비(A655sc)를 이용하여, 640×120의 해상도, 200 Hz의 frame rate, 및 0.95의 방사율로서, 실시예 1 내지 3의 샘플에 대한 열화상 측정을 진행하였다.

이와 같이 얻어진 열화상 측정 결과로부터, FLIR 사의 FLIR ResearchIR Max 프로그램을 이용하여 히스토그램을 생성하였고, 그 결과를 도 15 내지 도 17에 도시하였다.

도 15 내지 도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따라 용접 상태가 서로 다른 리드 용접부(W)에 대하여 생성된 히스토그램을 나타내는 도면이다. 특히, 도 15는 실시예 1에 대한 히스토그램이고, 도 16은 실시예 2에 대한 히스토그램이며, 도 17은 실시예 3에 대한 히스토그램이다.

도 15 내지 도 17에서, x축은 온도를 나타내며, 도 14와 마찬가지로, 기준 온도 대비 상대적인 온도값으로 나타난다. 또한, 도 15 내지 도 17에서, y축은 픽셀의 개수를 나타낸다. 그리고, 도 15 내지 도 17에서, x축은, 앞선 도 14의 실시예에서와 마찬가지로, 4개의 온도 구간(F1, F2, F3, F4)으로 구분된다. 먼저, 도 16의 약용접된 실시예를 살펴보면, 도 15의 정상 용접된 실시예에 비해, 용접 스팟의 중앙부를 나타내는 F1 구간 및 용접 스팟의 주변부를 나타내는 F2 구간에서, 피크가 낮게 나타남을 알 수 있다. 또한, 도 16의 실시예의 경우, 도 15에 비해, 용접 스팟 이외의 전극 리드(10) 부분을 나타내는 F3 구간에서, 최대 피크가 매우 높게 나타나고, 평균 피크의 위치가 우측으로 이동했음을 알 수 있다.

또한, 도 17의 과용접된 실시예를 살펴보면, 도 15의 정상 용접된 실시예나 도 16의 약용접된 실시예에 비해, F4 구간에서 매우 많은 피크가 관측됨을 알 수 있다. 또한, 도 17의 실시예의 경우, 도 15 및 도 16에 비해, F2 구간에서 피크가 매우 높게 나타남을 알 수 있다. 또한, 도 17의 실시예의 경우, F3 구간에서, 도 15보다는 피크가 높게 나타나고 도 16보다는 피크가 낮게 나타나고 있다.

이와 같은 결과에 비추어볼 때, 용접 상태, 특히 정상 용접 상태, 약용접 상태 및 과용접 상태에 따라 히스토그램의 피크 특징이 다르게 나타남을 알 수 있다.

또한, 상기 프로세서(300)는, 앞선 실시예들과 같이 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분할 수 있으며, 이 경우 구분된 각 온도 구간 별로 피크값을 누적하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 18을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 18은, 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램의 온도 구간 별 피크의 누적값을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 18은, 도 14에 도시된 히스토그램의 각 온도 구간 별 누적값이라 할 수 있다.

도 18을 참조하면, 도 14의 F1, F2, F3 및 F4의 각 온도 구간에 대하여, 각 구간에 포함된 피크값을 합산하여 각각 하나의 값으로 표시되어 있다. 예를 들어, 도 14의 F1 구간에 포함된 각 피크의 개수를 합산하면, 도 18의 P1 포인트와 같이 대략 2500개 부근의 값으로 표시될 수 있다. 또한, 도 18에서는, 도 14의 F2 구간에 포함된 각 피크의 개수를 합산하여, P2 포인트와 같이 대략 7500개 부근의 값으로 표시될 수 있다. 그리고, F3 구간 및 F4 구간에 대해서도, 각 구간에 포함된 피크값을 합산하여, P3 포인트 및 P4 포인트와 같이, 각 합산값에 대응되는 위치에 누적값이 표시될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 상기 프로세서(300)는, 누적된 피크값, 즉 합산값과 기준값을 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기준값은, 각 온도 구간에서 누적된 피크값과 비교되기 위한 기준이 되는 값 또는 범위로서, 프로세서(300)나 메모리 유닛(400) 등에 미리 저장될 수 있다. 특히, 기준값은, 각 온도 구간마다 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 기준값은, 각 온도 구간에 대응될 수 있도록 둘 이상 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 18을 참조하면, F2 온도 구간의 피크 누적값(P2)과 비교되기 위한 기준값으로서, Q2가 설정될 수 있다. 또한, 도 18을 참조하면, F4 온도 구간의 피크 누적값(P4)과 비교되기 위한 기준값으로서, Q4가 설정될 수 있다.

그리고, 상기 프로세서(300)는, 누적된 피크값과 구간 별 기준값의 비교 결과를 바탕으로, 리드 용접부(W)의 품질을 판단하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 18의 구성에서, 상기 프로세서(300)는, P2 값과 Q2 값의 비교 결과 및/또는 P4 값과 Q4 값의 비교 결과를 기초로, 리드 용접부(W)의 품질을 판단하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서(300)는, P2 값이 Q2 값 이상인지 이하인지, 및/또는 P4 값이 Q4 값 이상인지 이하인지에 따라, 리드 용접부(W)가 정상적으로 용접되었는지지, 약용접되었는지, 또는 과용접되었는지 등을 판단할 수 있다.

특히, 상기 프로세서(300)는, P2 값과 Q2 값을 비교하여, P2 값이 Q2 값보다 낮은 경우, 리드 용접부(W)가 약용접되었다고 판단할 수 있다. F2 구간의 경우, 리드 용접부(W)의 주변부로서 저온 영역에 해당하는데, 이 구간의 누적값이 작은 경우, 약용접으로 인해 주변부가 좁게 형성되거나 주변부의 온도가 상승할 수 있기 때문이다. 반면, P2 값이 Q2 값보다 높은 경우, 상기 프로세서(300)는 리드 용접부(W)가 약용접되지 않았다고 판단할 수 있다.

또한, 상기 프로세서(300)는, P4 값과 Q4 값을 비교하여, P4 값이 Q4 값보다 높은 경우, 리드 용접부(W)가 과용접되었다고 판단할 수 있다. F4 구간의 경우, 과용접으로 인해, 강한 IR 신호가 발생하는 경우, 많이 나타날 수 있는 영역이기 때문이다. 반면, P4 값이 Q4 값보다 낮은 경우, 상기 프로세서(300)는 리드 용접부(W)가 과용접되지 않았다고 판단할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 구간 별 온도 분포에 이상이 있는지 여부가 쉽게 파악될 수 있다. 따라서, 이 경우, 용접 품질 진단이 신속하게 이루어질 수 있으며, 프로세서(300)의 부하가 감소될 수 있다. 또한, 상기 구성에 의하면, 각 구간 별 온도 분포가 수치화됨으로써, 용접 품질 진단을 위한 정량적인 파악이 가능할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 보다 정확한 용접 품질 검사가 이루어질 수 있다.

또한, 상기 구성에 의하면, 비교 판단되는 구성이 간소화되어, 복수의 리드 용접부(W)에 대한 용접 품질 판단이 쉽게 이루어질 수 있다. 특히, 리드 용접부(W)에는, 복수의 용접 스팟이 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 하나의 전극 리드(10)에 형성된 리드-탭 용접부에는, 다수의 용접 스팟이 포함될 수 있다.

이때, 상기 프로세서(300)는, 복수의 용접 스팟 각각에 대하여, 각 온도 구간 별 누적된 피크값과 기준값을 비교하도록 구성될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 이와 같은 비교를 통해, 각 용접 스팟의 용접 품질을 판단하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 19를 참조하여 설명하도록 한다.

도 19는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 용접 스팟에 대한 히스토그램의 각 구간 별 누적값을 나타낸 그래프이다.

도 19에서, 수평축(x축)은 각 용접 스팟의 식별 번호를 나타내고, 수직축(y축)은 각 온도 구간 별 피크의 누적값을 나타낸다. 따라서, 도 19의 경우, 27개의 용접 스팟에 대하여, 각 온도 구간 별 누적값이 표시되어 있다고 할 수 있다. 예를 들어, H1 그래프는 각 용접 스팟의 F1 구간에 대한 피크 누적값을 나타내고, H2 그래프는 각 용접 스팟의 F2 구간에 대한 피크 누적값을 나타낸다. 또한, H3 그래프는 각 용접 스팟의 F3 구간에 대한 피크 누적값을 나타내고, H4 그래프는 각 용접 스팟의 F4 구간에 대한 피크 누적값을 나타낸다.

특히, 도 18에서는 각 온도 구간(F1, F2, F3, F4) 별 피크 누적값이 서로 다른 x축 값에 표시된 반면, 도 19에서는 하나의 용접 스팟에 대하여 각 온도 구간 별 피크 누적값이 서로 동일한 x축 값에 표시되어 있다. 이를테면, 도 18에 도시된 각 온도 구간 별 피크 누적값(P1, P2, P3, P4)을 수평 방향으로 이동하여 동일 수직선 상에 표시하였다고 볼 수 있다.

여기서, 각 용접 스팟의 용접 품질을 판단하기 위해, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같은 기준값이 미리 설정될 수 있다. 더욱이, 이러한 기준값은, 앞선 실시예와 마찬가지로, 각 온도 구간 별로 서로 다르게 설정될 수 있다. 이때, 각 구간 별 기준값은, 모든 용접 스팟에 대하여 동일하게 적용되도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 도 19에 도시된 구성에서, F2 구간에 대응하는 H2 그래프와 비교되기 위한 기준값으로서 Q2가 설정될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 각 용접 스팟의 F2 구간에서의 누적된 피크값인 H2 그래프와 기준값 Q2를 비교하여, 각 용접 스팟의 품질을 판단할 수 있다. 특히, 상기 프로세서(300)는, H2 그래프에서 Q2보다 작은 값을 갖는 용접 스팟에 대하여, 약용접된 것으로 판단할 수 있다.

다른 예로, 도 19에 도시된 구성에서, F4 구간에 대응하는 H4 그래프와 비교되기 위한 기준값으로서 Q4가 설정될 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 각 용접 스팟의 F4 구간에서의 누적된 피크값인 H4 그래프와 기준값 Q4를 비교하여, 각 용접 스팟의 품질을 판단할 수 있다. 특히, 상기 프로세서(300)는, H4 그래프에서 Q4보다 큰 값을 갖는 용접 스팟에 대하여, 과용접된 것으로 판단할 수 있다.

상기와 같은 실시 구성에 의하면, 복수의 용접 스팟에 대한 용접 품질이 간단하게 검사될 수 있다. 특히, 상기 구성의 경우, 각 용접 스팟이 약용접인지, 과용접인지, 아니면 정상 용접인지 등에 대하여 쉽게 진단될 수 있다. 따라서, 용접 품질의 진단 속도가 빠르고 프로세서(300) 등에 걸리는 부하가 감소될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 복수의 용접 스팟에 대한 용접 품질이 수치화되어 기준값과 비교됨으로써, 보다 정확한 용접 품질 진단이 가능해질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(10)에 복수의 용접 스팟이 포함되는 경우에도, 각 용접 스팟마다 용접 품질 진단이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 유닛(500)을 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 20을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 20은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 용접 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 본 실시예에 대해서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하며, 앞선 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 20을 참조하면, 상기 냉각 유닛(500)은, 리드 용접부(W)를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각 유닛(500)은, 도면에 도시된 바와 같이, 리드-탭 용접부로 기체, 이를테면 공기나 냉각 기체를 분사함으로써 리드 용접부(W)가 냉각되도록 할 수 있다. 또는, 상기 냉각 유닛(500)은, 펠티어 소자를 구비하여, 냉각부가 리드 용접부(W) 측에 위치하여, 냉기가 리드 용접부(W)로 전달되도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극 조립체(30) 등 이차 전지가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 냉각 유닛(500)은, 용접 스팟, 즉 리드 용접부(W)보다 전극 조립체(30)에 가까운 위치에서 리드 용접부(W)를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 냉각 유닛(500)은, 가열 유닛(100)에 의해 가열되는 지점(L1)보다도 전극 조립체(30), 즉 전극판에 가까운 위치에서 리드 용접부(W)를 냉각시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 20에 도시된 바를 참조하면, 냉각 유닛(500)이 기체를 분사하는 형태로 구성되는 경우, 분사된 기체는 용접 스팟(W) 및 진단용 레이저 조사 지점(L1)보다 좌측, 즉 전극판에 가까운 지점에 냉각 기체를 분사하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 냉각 유닛(500)은, 분사된 기체가 전극 탭(20)이나 전극 리드(10)의 표면을 따라 전극 조립체(30)의 반대 방향(도면의 우측 방향)으로 흐르도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가열 유닛(100)에 의해 공급된 열이 전극 조립체(30)의 전극판이나 분리막으로 향하는 것을 차단함으로써, 이러한 구성요소들이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 분리막의 경우, 열에 의해 수축되면 내부 단락을 유발하여, 이차 전지의 고장은 물론이고 화재나 폭발 등을 일으킬 수도 있다. 하지만, 상기 실시 구성에 의하면, 가열 유닛(100)에 의한 분리막의 수축이나 손상을 방지함으로써, 이러한 문제가 발생하는 것을 예방할 수 있다.

또한, 상기 냉각 유닛(500)은, 전극 리드(10)를 중심으로, 가열 유닛(100)의 반대 측에 위치하여 리드 용접부(W)를 냉각시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 20에 도시된 바를 참조하면, 가열 유닛(100)이 전극 리드(10)의 상부에 위치하여 전극 리드(10)의 상면에 열을 인가하는 경우, 냉각 유닛(500)은 전극 리드(10)의 하부에 위치하여 리드 용접부(W)를 냉각시킬 수 있다. 즉, 가열 유닛(100)이 전극 리드(10)의 상부에서 하부 방향으로 열을 인가하는 구성에서는, 냉각 유닛(500)은 그러한 열 인가 방향과는 반대 방향, 다시 말해 전극 리드(10)의 하부에서 상부 방향으로 기체나 냉매를 인가하도록 구성될 수 있다. 이때, 도 20에 도시된 바와 같이, 전극 리드(10)의 하부에 전극 탭(20)이 위치하는 경우, 냉각 유닛(500)은, 전극 탭(20)의 하부 표면으로 냉각용 기체 등을 분사하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가열되는 부분과 냉각되는 부분 사이의 열적 차이가 커지게 함으로써, 열화상 이미지에서의 열적 대비(thermal contrast)가 증가될 수 있다. 따라서, 이 경우, 열화상 이미지를 통한 용접 품질 진단이 보다 쉽고 정확하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 냉각 유닛(500)은, 리드 용접부(W), 이를테면 전극 리드(10) 및 전극 탭(20)에 접촉되지 않은 상태에서, 리드 용접부(W)를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이, 냉각 유닛(500)은, 전극 리드(10) 및 전극 탭(20)으로부터 소정 거리 이격된 상태에서, 기체만 분사하도록 구성될 수 있다. 또는, 냉각 유닛(500)은, 전극 리드(10) 및 전극 탭(20)으로부터 소정 거리 이격되어 복사 냉각 방식으로, 리드 용접부(W)를 냉각시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 냉각 유닛(500)이 전극 리드(10)와 전극 탭(20)에 직접적으로 접촉되지 않도록 함으로써, 냉각 유닛(500)의 직접적인 접촉으로 인한 전극 리드(10)나 전극 탭(20)의 오염을 방지할 수 있다.

한편, 상기 냉각 유닛(500)은, 가열 유닛(100)에 의해 가열 동작이 수행되는 중, 또는 가열 동작이 수행된 이후에 냉각 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 냉각 유닛(500)은, 온도 감지 유닛(200)에 의한 온도 감지 동작이 수행되는 중, 또는 수행되기 전에 냉각 동작을 수행할 수 있다.

또한, 상기 냉각 유닛(500)은, 프로세서(300)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 특히, 상기 프로세서(300)는, 온도 감지 유닛(200)으로부터 획득된 열화상 이미지에서 온도 분포가 선명하지 않은 경우, 냉각 유닛(500)의 냉각 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(300)는, 냉각 유닛(500)에 의해 분사되는 기체의 온도를 조절하거나, 냉각 유닛(500)에 의해 분사되는 양 또는 시간을 조절함으로써, 냉각 온도가 조절되도록 할 수 있다. 이를테면, 상기 프로세서(300)는, 냉각 유닛(500)에 의해 온도가 더 낮은 기체가 분사되도록 함으로써, 리드 용접부(W)의 온도가 낮아지도록 수 있다. 또는, 상기 프로세서(300)는, 냉각 유닛(500)에 의해 기체 분사 시간을 줄임으로써, 냉각 온도가 좀 더 높아지도록 할 수 있다.

한편, 앞선 본 발명의 여러 실시예들에서는, 가열 유닛(100)이 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 용접된 이후에 별도의 열원, 이를테면 진단용 레이저를 리드 용접부(W)에 별도로 인가하는 형태를 중심으로 설명되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다.

특히, 가열 유닛(100)은, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)를 용접하는 용접 장치로 구현될 수도 있다. 이때, 가열 유닛(100)에 의해 열이 인가되는 리드 용접부(W)는, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 서로 용접될 부분을 의미할 수 있다.

즉, 상기 가열 유닛(100)은, 서로 용접되기 전의 전극 리드(10)와 전극 탭(20)에 열을 인가함으로써, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)이 서로 용접될 수 있도록 하는 구성요소일 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 가열 유닛(100)은 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 용접시키기 위한 가열원으로써 레이저를 인가할 수 있는데, 이러한 레이저가 용접용 레이저임과 동시에 진단용 레이저일 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 상기 온도 감지 유닛(200)은 전극 리드(10)와 전극 탭(20) 사이의 용접을 위해 인가된 열에 의해 형성된 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 획득할 수 있다. 이때, 온도 감지 유닛(200)은, 리드 용접부(W)의 용접 이후 남은 잔열에 대한 온도 분포 상태를 획득한다고 볼 수도 있다. 그리고, 프로세서(300)는, 이와 같이 온도 감지 유닛(200)에 의해 획득된 온도 분포 상태를 이용하여, 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 리드 용접부(W)의 용접 품질을 판단하기 위해 리드 용접부(W)에 인가되는 열원이 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 용접시키는 열원이기도 하다는 점에서만 다를 뿐, 나머지 다른 부분들에 대해서는 앞선 여러 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 온도 감지 유닛(200)은, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 용접시키기 위해 열이 인가된 후 소정 시간이 경과한 시점에서 리드 용접부(W)의 온도 분포 상태를 획득하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 용접을 위한 열원과 전극 리드(10)와 전극 탭(20)의 용접 부분 검사를 위한 열원이 통합(일원화)될 수 있다. 따라서, 배터리 용접 검사 과정에서 소요되는 비용이나 시간 등을 감소시킬 수 있고, 배터리 검사 장치나 이를 포함하는 이차 전지 제조 장치의 구조가 보다 간소화될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 이차 전지의 제조 과정에서, 효과적인 인라인(in-line) 용접 검사가 보다 용이하게 구축될 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 전극 리드(10)와 전극 탭(20)을 용접시킨 이후, 곧바로(일정 시간 경과된 경우 포함) 용접 품질 검사가 이루어질 수 있다. 그러므로, 용접 품질 검사의 속도 및 효율성 등이 크게 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 이송 유닛(600)을 더 포함할 수 있다. 상기 이송 유닛(600)은, 검사 대상이 되는 배터리를 이송하여, 가열 유닛(100) 및 온도 감지 유닛(200)이 동작하는 구역 내로 이러한 검사 대상물이 위치하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 이차 전지 제조 과정 중, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)가 용접된 후 전극 조립체(30)가 파우치 외장재(40)에 수납되기 이전 단계에서 리드 용접부(W)의 용접 품질을 검사하도록 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 파우치 외장재(40)에 전극 조립체(30)가 수납된 이후에도 본 발명이 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 이차 전지 제조 장치는, 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이차 전지 제조 장치는, 배터리 용접 검사 장치 이외에, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지 제조 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 이차 전지 제조 장치는, 전극판에 활물질을 도포하는 장치, 전극 탭(20)과 전극 리드(10)를 용접하는 장치, 전극 조립체(30)를 파우치 외장재(40)에 수납하는 장치 등 다양한 장치를 포함할 수 있다.

한편, 상기 설명된 본 발명에 따른 배터리 용접 검사 장치는, 이차 전지 내부의 전극 탭(20)과 전극 리드(10) 사이의 용접된 부분에 적용되는 내용을 중심으로 설명되었으나, 본 발명은 배터리의 다른 용접 부분에도 적용될 수 있다.

본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 전극 리드
11: 양극 리드, 12: 음극 리드
20: 전극 탭
21: 양극 탭, 22: 음극 탭
30: 전극 조립체
40: 파우치 외장재
41: 상부 파우치, 42: 하부 파우치
100: 가열 유닛
200: 온도 감지 유닛
300: 프로세서
400: 메모리 유닛
500: 냉각 유닛
600: 이송 유닛
W: 리드 용접부

Claims (13)

1. 이차 전지의 전극 리드에 위치하는 리드 용접부에 대한 용접 품질을 검사하는 장치에 있어서,
   상기 리드 용접부에 열을 인가하도록 구성된 가열 유닛;
   상기 가열 유닛에 의해 열이 인가된 상기 리드 용접부의 온도 분포 상태를 획득하는 온도 감지 유닛; 및
   상기 온도 감지 유닛에 의해 획득된 온도 분포 상태를 이용하여, 상기 리드 용접부의 용접 품질을 판단하는 프로세서
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도 감지 유닛은, 열화상 카메라를 포함하여 구현된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 리드 용접부의 용접 품질로서, 정상 용접, 약용접 및 과용접을 구분하여 판단할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 온도 감지 유닛에 의해 획득된 온도 분포 상태에 기초하여, 온도 별 픽셀 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 생성된 히스토그램을 통해 상기 리드 용접부의 용접 품질을 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 위치에 따라, 상기 리드 용접부의 약용접 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 상기 히스토그램의 측정 피크와 기준 피크의 위치를 비교하고, 상기 측정 피크가 상기 기준 피크보다 높은 온도 측에 위치하는 경우, 상기 리드 용접부의 품질에 대하여 약용접으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 적어도 일부 온도 구간에서의 피크의 개수에 따라, 상기 리드 용접부의 과용접 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 온도 구간에 대하여, 피크의 측정 개수와 기준 개수를 비교하고, 상기 측정 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 상기 리드 용접부의 품질에 대하여 과용접으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
9. 제4항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 히스토그램에 대하여 복수의 온도 구간으로 구분하고, 구분된 각 온도 구간 별로 피크값을 누적하여, 누적된 피크값과 구간 별 기준값을 비교함으로써, 상기 리드 용접부의 품질을 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 리드 용접부에는 복수의 용접 스팟이 포함되고,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 용접 스팟 각각에 대하여, 각 온도 구간 별 누적된 피크값과 기준값을 비교함으로써, 각 용접 스팟의 품질을 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 리드 용접부를 냉각시키는 냉각 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은, 상기 전극 리드를 중심으로 상기 가열 유닛의 반대 측에 위치하여 상기 리드 용접부를 냉각시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 용접 검사 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 용접 검사 장치를 포함하는 이차 전지 제조 장치.

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