KR20230058836A - 용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법 - Google Patents

용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법 Download PDF

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Abstract

본원발명은 메탈 플레이트가 결합된 전지셀이 배치되는 베이스 플레이트, 상기 메탈 플레이트에 결합하는 체결부, 상기 체결부에 연결되는 와이어, 및 상기 와이어를 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 체결부가 상승하는 방향으로 인장력이 인가되는 용접부 검사장치에 대한 것이다.

Description

용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법 {Welding Part Inspection Device and Welding Part Inspection Method Using the Same}
본원발명은 용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법에 대한 것이다. 구체적으로, 원통형 전지의 용접부가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 균일한 인장력이 인가됨으로써 검사의 신뢰성이 향상된 용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법에 대한 것이다.
리튬 이온의 이동에 의해 충방전이 진행되는 리튬 이차전지는 에너지밀도가 높고 충전 전압이 높은 장점으로 인해, 모바일 기기나 소형 전자제품에 사용하는 소형 전지셀 분야 뿐만 아니라, 고출력 및 고전압이 필요한 전기자동차나 전력저장시스템 등의 에너지원으로 사용되는 중대형 전지팩 분야에도 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 이차전지 및 각형 이차전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다. 그 중 원통형 이차전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점이 있다.
상기 중대형 전지팩을 제조하기 위하여, 복수의 원통형 전지셀들을 전기적으로 연결하는 과정이 필요한 바, 예를 들어 상기 원통형 전지셀들의 양극단자 및 음극단자에 메탈 플레이트를 레이저 용접을 이용하여 부착함으로서 이들 간에 전기적인 연결 상태를 만들 수 있다.
상기 메탈 플레이트와 원통형 전지셀들의 결합력이 약한 경우에는 충격에 의해 쉽게 단선이 생길 수 있으며, 반대로 결합력이 강한 경우에는 가스켓이 손상되어 전해액이 누액 되거나 전기적인 연결이 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제는 원통형 전지셀의 성능을 저하시킬 수 있고, 안전상의 문제도 발생할 수 있다.
이에, 메탈 플레이트와 원통형 전지셀들의 용접부의 결합 강도를 검사함으로써 상기와 같은 문제들을 방지할 수 있다.
상기 용접부의 결합력을 검사하는 방법으로서, 검사 도구를 수동으로 튕겨보는 방법을 사용하고 있는데, 이는 작업자에 따라 인가되는 힘의 차이가 발생할 수 있기 때문에, 검사의 신뢰성이 낮은 단점이 있다.
구체적으로, 인장력이 약한 경우에는 약용접도 검출하지 못하고 양품으로 분류될 수 있으며, 인장력이 강한 경우에는 오히려 용접부를 손상시킴으로써 전해액 누액 등의 문제를 야기할 수 있다.
이와 같이 용접부의 용접 상태를 검사하는 방법으로서, 특허문헌 1은 압력게이지가 장착된 지그를 전지셀 용접부에 밀착시키고 가압 공기를 인가한 후, 압력게이지에서 측정된 압력값을 통해 정상용접과 불량용접을 판단하는 용접 상태 검사 방법을 개시한다.
특허문헌 1은 용접부의 간격이 벌어지거나 탈리되는 경우 약용접이 발생한 것으로 판단하는 것을 개시하고 있으나, 구조상 용접부의 간격이 벌어진 것을 확인하기 어려운 경우에는 약용접을 판단하기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 2는 검사용 지그의 본체 안착홈에 이차전지를 삽입하여 배치하고, 안착된 캔의 저면에 발생한 용접에 따른 열흔을 측정하며, 열흔의 측정 거리가 설정 거리값 보다 크면 불량용접으로 판단하고, 측정 거리가 설정 거리값과 같거나 작으면 정상용접으로 판단하는 방법을 개시한다.
특허문헌 2는 전지 캔의 저면에 발생한 열흔의 크기를 측정하여 용접 불량 여부를 판단하는 방법을 개시하고 있으나, 전지 캔의 상부에 용접부가 형성되는 경우의 용접부 검사 방법을 개시하지는 못하고 있다.
따라서, 원통형 전지의 상부에 용접이 진행되는 경우, 작업자의 숙련도와 관계없이 일정한 인장력이 인가됨으로써 용접 검사 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 용접부 검사방법이 필요하다.
한국 공개특허공보 제2017-0110331호 한국 공개특허공보 제2021-0050394호
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 원통형 전지들의 전기적인 연결을 위해 금속 플레이트가 원통형 전지에 결합된 경우, 상기 금속 플레이트가 결합된 원통형 전지의 용접부에 일정한 인장력을 인가함으로써 용접부의 불량 여부를 확인할 수 있는 용접부 검사장치 및 이를 이용한 용접부 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 용접부 검사장치는, 메탈 플레이트가 결합된 전지셀이 배치되는 베이스 플레이트, 상기 메탈 플레이트에 결합하는 체결부, 상기 체결부에 연결되는 와이어, 및 상기 와이어를 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 체결부가 상승하는 방향으로 인장력이 인가되는 구성일 수 있다.
본원발명에 따른 용접부 검사장치는, 상기 와이어의 길이를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 체결부, 및 상기 체결부에 연결되는 와이어를 한 쌍으로 하는 검사유닛을 구성하고, 상기 검사유닛을 2개 이상 구비할 수 있다.
상기 전지셀은 원통형 전지셀이고, 상기 메탈 플레이트 한 개는 한 개의 원통형 전지셀과 결합하거나 또는 복수의 원통형 전지셀들과 결합하며, 상기 검사유닛은 한 개의 메탈 플레이트와 결합할 수 있다.
상기 와이어는, 상기 메탈 플레이트와 전지셀이 결합된 평면에 대해 수직인 방향으로 상기 체결부를 당길 수 있다.
상기 체결부는 집게 형태, 클램프 형태 또는 고리 형태로 이루어질 수 있다.
상기 체결부는 상기 메탈 플레이트에 대해 착탈이 가능한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 지지부는 상기 와이어를 내장하고 있는 구성일 수 있다.
상기 지지부는 길이 조절 및 방향 조절이 가능한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 조절부에 설정하는 인장력 크기만큼 와이어의 길이가 짧아지면서 상기 체결부에 인장력이 인가될 수 있다.
상기 검사유닛들 각각에 인가되는 인장력 크기가 동일할 수 있다.
상기 용접부 검사장치를 이용한 용접부 검사방법으로서, 메탈 플레이트가 결합된 원통형 전지를 베이스 플레이트에 배치하는 단계, 상기 메탈 플레이트에 체결부를 결합하는 단계, 상기 체결부의 인장력을 설정하는 단계, 및 인장력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 체결부, 및 상기 체결부에 연결되는 와이어를 한 쌍으로 하는 검사유닛을 2개 이상 구비하며, 복수의 검사유닛들에 인가되는 인장력 크기는 모두 동일할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명은 전지셀에 결합된 메탈 플레이트의 용접 상태를 검사하기 위해 인가되는 인장력의 크기를 일정하게 할 수 있다.
또한, 체결부에 인가되는 인장력의 크기를 조절할 수 있으므로, 일정 수준 이상의 용접 강도를 나타내는 경우에는 약용접이 아닌 것을 확인할 수 있다.
또한, 복수의 전지셀들에 대한 용접 상태 확인을 동시에 진행할 수 있으므로, 용접부 검사에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 모든 전지셀들에 인가되는 인장력을 일정하게 조절할 수 있으므로, 검사 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 메탈 플레이트가 결합된 전지셀의 평면도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 4는 제3실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 5는 제4실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 6은 제5실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, 또는 A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 메탈 플레이트가 결합된 전지셀의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 전지셀들(10, 11)의 전극단자에 메탈 플레이트(20, 21)가 결합된 상태의 평면도가 도시되어 있다.
전지셀들(10, 11)은 원통형 전지케이스에 전극조립체가 삽입된 구조의 원통형 전지셀이며, 전지셀(10)은 양극단자로 기능하는 탑 캡에 메탈 플레이트가 결합되고, 전지셀(11)은 음극단자로 기능하는 전지케이스의 하면에 메탈 플레이트가 결합되어 있다.
메탈 플레이트(20)는 2개의 전지셀들이 직렬 연결되도록 전기적인 연결을 형성하고 있고, 메탈 플레이트(21)는 한 개의 전지셀과만 전기적인 연결을 형성하고 있다.
도 1에 도시된 전지셀의 배치 형태, 전지셀의 개수, 및 메탈 플레이트와 결합 형태는 하나의 실시예에 해당될 뿐, 다양하게 설계 변경이 가능하다.
도 2는 제1실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 용접부 검사장치는 메탈 플레이트(22)가 결합된 전지셀(10)이 배치되는 베이스 플레이트(100), 메탈 플레이트(22)에 결합하는 체결부(200), 체결부에 연결되는 와이어(300), 및 상기 와이어를 지지하는 지지부(400)를 포함한다.
도 2는 한 개의 전지셀(10)에 메탈 플레이트가 결합된 구조를 도시하고 있으며, 전지셀(10)은 원통형 전지셀이다. 메탈 플레이트(22)는 원통형 전지셀의 탑 캡에 용접으로 결합되어 있는 바, 본원발명에 따른 용접부 검사장치를 이용하여 메탈 플레이트(22)와 탑 캡 간의 용접 상태를 측정할 수 있다.
상기 용접부 검사장치를 이용하여 용접부를 검사하는 방법으로서, 메탈 플레이트(22)가 결합된 전지셀(10)을 베이스 플레이트(100)에 배치하고, 메탈 플레이트(22)에 체결부(200)를 결합한다.
체결부(200) 및 와이어(300)가 메탈 플레이트(22)를 잡아당기는 인장력을 설정하고, 체결부(200)가 상승하는 방향으로 인장력을 인가한다.
와이어(300)는 지지부(400)의 일측 끝단에서 하향 연장되고, 지지부(400) 내부에 내장될 수 있는 바, 와이어가 지지부(400) 내부로 이동하도록 당기면 체결부(200)에 인장력이 인가될 수 있다.
도 2는 지팡이 형태의 지지부(400)를 도시하고 있으나, 지지부의 형태는 이에 한정되지 않는다.
용접부의 검사방법으로서, 체결부에 정상 용접으로 판정하는 기준값이 되는 인장력을 인가했을 때, 메탈 플레이트가 용접부에서 떨어지지 않고 결합 상태가 유지되는 경우, 정상으로 판단할 수 있고, 메탈 플레이트가 용접부에서 떨어지는 경우에는 약용접으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 본원발명에 따른 용접부 검사장치를 사용하는 경우에는, 일정한 인장력을 인가할 수 있는 바, 너무 강하게 메탈 플레이트를 잡아당겨서 용접부가 손상될 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
도 3은 제2실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 용접부 검사장치는 베이스 플레이트(100)에 조절부(500)를 포함한다. 조절부(500)는 와이어(300)의 길이를 조절하여 체결부(200)에 인가되는 인장력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 조절부(500)에 인장력 크기를 설정하고 작동스위치(510)를 눌러주면 설정된 인장력 크기만큼 와이어(300)의 길이가 짧아지면서 체결부(200)에 인장력이 인가될 수 있다.
도 3은 7개의 전지셀들(10)이 메탈 플레이트(20)로 연결된 상태를 도시하고 있다.
모든 전지셀들은 메탈 플레이트(20)와 결합되어 있고, 메탈 플레이트(20)는 2개의 전지셀들과 결합하고, 메탈 플레이트(21)는 1개의 전지셀과 결합하고 있다.
체결부(200), 및 체결부에 연결되는 와이어(300)를 한 쌍으로 하는 검사유닛이 구성될 때, 각각의 검사유닛은 한 개의 메탈 플레이트와 결합한다. 즉, 검사유닛과 메탈 플레이트는 1 대 1로 결합한다. 따라서, 용접 상태를 검사하고자 하는 메탈 플레이트의 개수에 따라 검사유닛의 개수가 설정될 수 있다. 도 3에는 5개의 검사유닛이 도시되어 있다.
와이어(300)는 체결부의 일측 끝단부에서 전지셀을 향해 하향 연장되고, 메탈 플레이트와 전지셀이 결합된 평면에 대해 수직인 방향으로 체결부(200)를 당길 수 있는 바, 도 3에서 체결부는 A방향으로 당겨지는 힘을 받게 된다.
따라서, 와이어를 당기는 인장력이 그대로 메탈 플레이트를 당기는 체결부로 전달될 수 있다.
조절부(500)에 설정된 인장력 크기에 따라 모든 와이어들을 동일한 힘으로 당기게 되는 바, 검사유닛들 각각에 인가되는 인장력 크기가 동일한 값을 갖게 된다. 따라서, 본원발명에 따른 용접부 검사장치를 사용하는 경우, 복수의 전지셀들에 대한 용접부 검사를 동시에 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 일정한 인장력을 인가함으로써 동일한 조건에서 용접부 검사를 진행할 수 있다.
도 3에 도시된 지지부(400)는 와이어(300)와 연결된 수평 지지부(410), 및 수평 지지부(410)와 연결되는 수직 지지부(420)를 포함하며, 와이어(300)는 수평 지지부(410), 또는, 수평 지지부(410)와 수직 지지부(420)를 관통하는 구성일 수 있다.
용접부를 검사하고자 하는 전지셀의 개수와 크기에 차이가 있을 수 있는 바, 수평 지지부(410)는 양방향 화살표 방향과 같이 길이 조절이 가능한 형태로 구비됨으로써 메탈 플레이트의 수직 상부로 와이어를 이동할 수 있다.
또한, 수평 지지부(410)는, 수평 지지부(410)와 수직 지지부(420)가 결합된 결합부(430)를 축으로 하여 평면상에서 점선 화살표 방향과 같이 회전하여 방향 조절이 가능한 형태일 수 있다.
도 4는 제3실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이고, 도 5는 제4실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이며, 도 6은 제5실시예에 따른 용접부 검사장치의 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제3실시예 내지 제5실시예에 따른 용접부 검사장치는 한 개의 체결부와 와이어로 구성되는 검사유닛 1개를 포함하고 있으나, 이와 달리 복수의 검사유닛들을 포함하는 구성으로 변경 가능하다.
와이어(300)는 수평 지지부(410)와 수직 지지부(420)에 내장된 형태일 수 있으며, 와이어는 수평 지지부 및 수직 지지부의 내부로 이동하면서 와이어(300)의 인장력이 조절될 수 있다.
도 4의 제3실시예에 따른 용접부 검사장치에서 체결부(210)는 집게 형태로 구성되는 바, 집게 사이로 메탈 플레이트(23)가 삽입되어 고정될 수 있다. 메탈 플레이트가 고정된 체결부(210)에 인장력을 인가하면 와이어(300)가 화살표 방향과 같이 길이가 짧아지도록 변형되는 바, 메탈 플레이트와 전지셀 간의 결합 상태가 유지되는지에 따라 용접 불량 여부를 판단할 수 있다.
도 5의 제4실시예에 따른 용접부 검사장치에서 체결부(220)는 클램프 형태로 구성되는 바, 클램프 사이로 메탈 플레이트(23)를 배치하고 클램프를 조절하여 메탈 플레이트를 고정할 수 있다. 메탈 플레이트가 고정된 체결부(220)에 인장력을 인가하면 와이어(300)가 화살표 방향과 같이 길이가 짧아지도록 변형되는 바, 메탈 플레이트와 전지셀 간의 결합 상태가 유지되는지에 따라 용접 불량 여부를 확인할 수 있다.
도 6의 제5실시예에 따른 용접부 검사장치에서 체결부(230)는 고리 형태로 구성된다. 고리 사이로 메탈 플레이트(23)를 배치하고 메탈 플레이트가 고정된 체결부(230)에 인장력을 인가하면 와이어(300)가 화살표 방향과 같이 길이가 짧아지도록 변형되는 바, 메탈 플레이트와 전지셀 간의 결합 상태가 유지되는지에 따라 용접 불량 여부를 확인할 수 있다.
체결부(230)는 도 3에 도시된 메탈 플레이트(20)와 같이 2개의 전지셀들과 결합하는 메탈 플레이트에 장착할 수 있도록. 개폐가 가능한 형태일 수 있다.
따라서, 체결부들(210, 220, 230)은 메탈 플레이트에 대해 착탈이 가능한 형태로 이루어질 수 있다.
다만, 도 3에 도시된 메탈 플레이트(21)와 같이 한 개의 전지셀과 용접되는 형태인 경우에는 고리 형태의 체결부(230)를 사용하는 것은 적절하지 않다.
도 4 내지 도 6에 도시된 체결부의 형태는 하나의 실시예이며, 체결부의 형태는 메탈 플레이트와 착탈이 가능한 형태라면 이들에 한정되지 않는다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10, 11: 전지셀
20, 21, 22, 23: 메탈 플레이트
100: 베이스 플레이트
200, 210, 220, 230: 체결부
300: 와이어
400: 지지부
410: 수평 지지부
420: 수직 지지부
500: 조절부
510: 작동스위치

Claims (13)

  1. 메탈 플레이트가 결합된 전지셀이 배치되는 베이스 플레이트;
    상기 메탈 플레이트에 결합하는 체결부;
    상기 체결부에 연결되는 와이어; 및
    상기 와이어를 지지하는 지지부;
    를 포함하고,
    상기 체결부가 상승하는 방향으로 인장력이 인가되는 용접부 검사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 와이어의 길이를 조절하는 조절부를 더 포함하는 용접부 검사장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 체결부, 및 상기 체결부에 연결되는 와이어를 한 쌍으로 하는 검사유닛을 구성하고,
    상기 검사유닛을 2개 이상 구비하는 용접부 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전지셀은 원통형 전지셀이고,
    상기 메탈 플레이트 한 개는 한 개의 원통형 전지셀과 결합하거나 또는 복수의 원통형 전지셀들과 결합하며,
    상기 검사유닛은 한 개의 메탈 플레이트와 결합하는 용접부 검사장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 와이어는, 상기 메탈 플레이트와 전지셀이 결합된 평면에 대해 수직인 방향으로 상기 체결부를 당기는 용접부 검사장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 체결부는 집게 형태, 클램프 형태 또는 고리 형태로 이루어진 용접부 검사장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 체결부는 상기 메탈 플레이트에 대해 착탈이 가능한 형태로 이루어진 용접부 검사장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 상기 와이어를 내장하고 있는 구성인 용접부 검사장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 길이 조절 및 방향 조절이 가능한 형태로 이루어지는 용접부 검사장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 조절부에 설정하는 인장력 크기만큼 와이어의 길이가 짧아지면서 상기 체결부에 인장력이 인가되는 용접부 검사장치.
  11. 제4항에 있어서, 검사유닛들 각각에 인가되는 인장력 크기가 동일한 용접부 검사장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 용접부 검사장치를 이용한 용접부 검사방법으로서,
    메탈 플레이트가 결합된 원통형 전지를 베이스 플레이트에 배치하는 단계;
    상기 메탈 플레이트에 체결부를 결합하는 단계;
    상기 체결부의 인장력을 설정하는 단계; 및
    인장력을 인가하는 단계;
    를 포함하는 용접부 검사방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 체결부, 및 상기 체결부에 연결되는 와이어를 한 쌍으로 하는 검사유닛을 2개 이상 구비하며,
    복수의 검사유닛들에 인가되는 인장력 크기는 모두 동일한 용접부 검사방법.
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KR20210050394A (ko) 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 엘지화학 이차전지 검사장치 및 검사방법

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