KR20240034598A - 용접 검사장치 및 이를 이용하여 제조된 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 상면에 전지팩을 배치하기 위한 공간인 베이스부, 저항 용접을 위한 용접전극을 포함하는 용접장치, 상기 용접전극의 전류 및 전압을 측정하는 측정부, 및 상기 용접전극 및 용접되는 부위의 온도를 측정하는 열화상 카메라를 포함하고, 상기 용접장치의 용접은 정전압 방식으로 진행되는 용접 검사장치에 관한 것이다.
Description
본원발명은 용접 검사장치 및 이를 이용하여 제조된 전지팩에 관한 것이다. 구체적으로, 매우 짧은 시간 동안 극소면적에 용접이 필요한 경우 용접전극의 전류 및 전압과 함께 용접부위의 온도 측정이 실시간으로 이루어지는 용접 검사장치 및 이를 이용하여 제조된 전지팩에 관한 것이다.
전지팩을 제조하기 위하여, 복수의 원통형 전지셀들을 전기적으로 연결해야 한다. 예를 들어 상기 원통형 전지셀들의 양극단자 및 음극단자에 버스바인 금속판을 레이저 용접함으로써 이들 간을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 금속판과 원통형 전지셀들의 결합력이 약한 경우, 충격에 의해 쉽게 단선이 생길 수 있다. 반대로 결합력이 강한 경우에는 가스켓이 손상되어 전해액이 누액 되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 용접의 결합력은 전지팩 전체의 성능을 저하시킬 수 있고, 안전 문제도 발생할 수 있다.
이에, 금속판과 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.
이외에도 종래에는 용접전극에 대한 전류 및 전압을 측정하는 방법을 사용했다. 전류 및 전압을 측정한 결과를 분석한 결과 특정 위치에서의 측정값이 정상 범위를 벗어나는 경우에 용접 불량으로 판정할 수 있다.
전류 및 전압을 측정하는 장치만을 적용하는 경우, 해당 장치가 오작동하는 경우에는 용접 불량을 확인하지 못하게 되기 때문에, 용접 검사의 신뢰성이 낮은 문제가 있다. 제조 과정에서 전류 및 전압이 정상 범위인 경우에도 실질적으로 불량이 발생하는 경우도 발견되었다. 이는 금속판의 두께, 전극과의 접점 등에 기인한 것으로 보인다.
용접부 양부 판단에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 전압, 전류 측정 뿐만 아니라, 실제 용접 현상을 관찰하기 위해 용접부를 비전 카메라로 촬영하는 방법을 사용했다.
도 1은 전지팩 및 종래의 용접 검사장치의 모식도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(10)의 상부에는 2개의 용접전극(21, 22)을 포함하는 용접장치(20)가 위치하고, 용접전극(21, 22)의 전류 및 전압을 측정하는 측정부(30) 및 용접부의 외관을 촬영하는 비전 카메라(50)를 포함한다. 측정부(30)의 작동을 위한 전원부(41)와 비전 카메라(50)의 작동을 위한 전원부(42)는 별도로 구비하고 있다.
이와 같이, 측정부와 비전 카메라의 전원을 별도로 구비하는 경우에는 공간 상의 제약이 문제될 수 있다.
상기 비전 카메라는 용접전극의 위치 식별이 가능할 뿐이며, 용접 위치에서 다소 이격되도록 위치하기 때문에 극소면적에 대한 용접을 진행하는 경우에는 세부 형상을 파악하기 어려운 문제가 있다.
용접부 촬영을 위해 비전 카메라 대신 열화상 카메라를 사용하더라도 극소면적 확인을 위해 근접 촬영이 필요한데, 열화상 카메라의 전원 공급을 위한 별도의 전원을 구비하기에는 공간상의 제약이 있고 장치의 구성이 복잡하기 때문에 열화상 카메라의 적용이 어렵다.
특허문헌 1은 2매의 강판 소재의 단부를 서로 중첩해서 롤러 전극 사이로 압송하며 매쉬 심 용접하는 용접부의 양부 판정 장치에 관한 것으로서, 상기 용접부의 온도 분포를 적외선 방사 온도계에 의해 계측하고 상기 강판 소재의 이송 방향에 대한 온도 분포 패턴을 해석해 상기 용접부의 결합 상태를 양부 판정할 수 있는 장치를 개시한다.
특허문헌 1은 롤러 전극 사이로 강판을 압송하며 매쉬 심 용접하는 경우에 적용 가능한 용접부의 양부 판정 장치를 개시하고 있으므로, 전지팩에 대한 용접부 검사에 적용하기는 어렵다. 특허문헌 1에서 사용하는 적외선 방사 온도계는 매쉬 심 전체에 대해서 관측하는 것으로서 별도의 전원 공급을 통해서 비교적 원거리 측정을 진행한다. 특허문헌 1은 또한 두꺼운 강판 소재를 용접하고 있으며, 온도가 높아 근거리 측정이 어렵다. 상대적으로 긴 시간 용접을 진행하고, 용접하는 롤러 전극이 지나간 이후의 온도 분포만을 검사할 수 있는바, 순간적으로 매우 짧게 진행하는 용접에는 적용할 수 없다.
특허문헌 2는 용접 부위의 양부를 검사하기 위한 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 용접이 이루어진 용접부를 포함하는 모재에 열이 발생하도록 가진 주파수를 이용하여 가진하면서, 용접부와 비용접부를 열화상 카메라로 촬영하여 용접부와 비용접부 각각에서 발생하는 열에 대한 온도 프로파일을 추출하고, 추출된 온도 프로파일에서 온도 분포의 균일도가 미리 설정된 범위 내에 있는지 여부에 따라 용접의 불량 여부를 판정한다.
특허문헌 2는 이미 용접이 완료된 상태의 용접부의 용접 양부를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이므로, 용접을 진행하면서 실시간으로 용접부를 확인하는 기술을 제시하지는 못한다.
전지팩에 대한 용접을 실시하면서 특허문헌 1, 2에서 적용된 열화상 카메라를 이용하여 용접부의 온도를 측정할 수 있다면, 실시간으로 용접부 정상 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다. 종래의 열화상 카메라를 이용하는 방법을 전지모듈 또는 전지팩 용접 검사장치에 적용할 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
1) 매우 짧은 시간, 대략 10㎳ 이하 그리고 매우 좁은 영역에서 용접이 진행되며, 온도 또한 특허문헌 1, 2에 대비하여 낮기 때문에 열화상 카메라를 매우 근접하여 촬영해야 하나, 종래의 카메라는 공간상의 제약은 물론 온도 상의 제약이 있다. 특허문헌 1과 같은 경우, 용접하는 롤러로 인해서 실제 용접할 때를 직접 관측할 수 없다.
2) 별도로 전원 공급을 해야 하나, 이에 대한 공간이 부족하고, 장비가 복잡해진다.
이와 같이, 전지팩 용접부의 양부 판정을 위해 열화상 카메라를 이용하는 것은 단순한 기술의 전용만으로는 해결하기 어려운 문제가 있다. 공간 상의 제약과 장치 구성의 어려움을 극복하여 실시간으로 용접부의 양부를 판정할 수 있는 기술이 필요하다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지팩의 용접을 진행하면서 용접부의 양부를 실시간으로 판정할 수 있고 용접부 양부 판단의 신뢰성이 향상된 용접 검사장치 및 이를 이용하여 제조된 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 용접 검사장치는 상면에 전지팩을 배치하기 위한 공간인 베이스부, 저항 용접을 위한 용접전극을 포함하는 용접장치, 상기 용접전극의 전류 및 전압을 측정하는 측정부, 및 상기 용접전극 및 용접되는 부위의 온도를 측정하는 열화상 카메라를 포함하고, 상기 용접장치의 용접은 정전압 방식으로 진행될 수 있다.
상기 열화상 카메라의 전원은 상기 용접장치의 전원에서 공급받을 수 있다.
상기 측정부와 상기 열화상 카메라는 측정 결과를 실시간으로 제공할 수 있다.
상기 열화상 카메라에서 측정한 온도가 적정 온도 보다 높은 경우 과용접으로 판정하고, 적정 온도 보다 낮은 경우 약용접으로 판정할 수 있다.
상기 용접장치의 용접 시간은 10 ㎳ 이하일 수 있다.
용접전극의 용접봉의 직경은 1.5 ㎜ 내지 3 ㎜일 수 있다.
용접 모재의 형태는 엠보싱 형태로 이루어질 수 있다.
상기 용접전극은 제1용접전극 및 제2용접전극을 포함하고, 상기 열화상 카메라는 상기 제1용접전극과 상기 제2용접전극 사이에 위치할 수 있다.
상기 측정부가 작동하지 않더라도 상기 열화상 카메라는 실시간 관찰을 할 수 있다.
본원발명은 상기 용접 검사장치를 이용하여 제조된 전지팩을 포함하며, 상기 전지팩은 복수의 원통형 전지셀들이 금속판에 직접 용접으로 결합되어 전기적 연결이 형성될 수 있다.
또는, 상기 전지팩에 있어서, 상기 복수의 원통형 전지셀들은 와이어 용접을 통해 상기 금속판과 연결될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 용접 검사장치는 용접전극의 전류 및 전압을 측정할 뿐만 아니라, 열화상 카메라를 이용한 온도 측정도 함께 병행하기 때문에, 용접부 양부 판정에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 열화상 카메라에서 얻은 온도 분석 결과를 통해 실시간으로 용접부 양부 판정이 이루어질 수 있다.
또한, 열화상 카메라의 전원과 용접장치의 전원 공급을 위해 단일한 전원부를 사용하기 때문에, 전원부 구성에 필요한 장치를 간소화할 수 있고, 복수의 전원부를 구비할 때 발생하는 공간상의 제약도 문제되지 않는다.
도 1은 종래의 용접 검사장치의 모식도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 4는 복수의 원통형 전지셀들과 금속판을 용접하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A에 따른 단면 실시예이다.
도 2는 제1실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 4는 복수의 원통형 전지셀들과 금속판을 용접하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A에 따른 단면 실시예이다.
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, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 제1실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 용접 검사장치는 상면에 전지팩(10)을 배치하기 위한 공간인 베이스부(100), 저항 용접을 위한 용접전극(201, 202)을 포함하는 용접장치(200), 용접전극(201, 202)의 전류 및 전압을 측정하는 측정부(300) 및 용접전극(201, 202) 및 용접되는 부위의 온도를 측정하는 열화상 카메라(500)를 포함한다.
용접 검사장치의 베이스부(100) 상면에는 전지팩 이외에 전지팩으로 조립되기 이전의 전지셀들이 프레임에 장착된 전지셀 카세트가 배치될 수 있고, 또는 복수의 전지셀들이 장착된 팩을 하나의 팩 세트로 할 때, 복수의 팩 세트가 수용되는 용접용 지그가 배치될 수 있다.
용접장치(200)는 2개의 용접전극들, 즉 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)을 포함하기 때문에, 2개의 스팟에서의 용접이 동시에 진행될 수 있다.
전지팩(10)의 상면에 용접전극이 통과할 수 있는 관통구가 형성되어 있는 바, 상기 관통구를 통해 원통형 전지셀과 금속판 간의 저항 용접이 진행될 수 있다.
베이스부(100)에 상기 용접용 지그가 배치되는 경우로서, 한 팩당 7개의 전지셀이 배치되는 팩 세트가 4개 수용되는 경우, 하나의 팩 세트 당 7개의 관통구가 있으므로, 2점 용접을 하는 경우 7번의 용접을 진행한다. 또는 2개의 용접전극을 이용하여 4점 용접을 하는 경우에는 14번의 용접을 진행한다.
본원발명은 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)의 전류 및 전압을 측정하여 측정된 데이터를 분석하여 용접의 양부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 용접하는 과정을 열화상 카메라(500)로 촬영한다. 따라서, 측정부(300)가 작동하지 않더라도 열화상 카메라(500)를 통해 실시간 관찰을 할 수 있는 바, 용접을 진행하는 과정 중에도 용접 불량을 바로 확인할 수 있다. 이와 같이 용접부의 양부 판정을 두 가지로 진행하기 때문에 용접 불량 판단에 대한 신뢰성이 향상된다.
전류 및 전압 측정값은 용접전극의 상태, 금속판의 두께에 의해서 계속 변동이 될 수 있으나, 열화상 카메라(500)를 이용하여 측정한 결과는 용접 품질에 대한 직접적인 결과이므로 실시간으로 불량 여부를 쉽게 파악할 수 있다.
열화상 카메라에서 측정한 온도가 적정 온도보다 높은 경우에는 과용접으로 판정하고, 적정 온도보다 낮은 경우에는 약용접으로 판정할 수 있다. 이와 같은 판정을 용접 과정 중에 실시간으로 할 수 있기 때문에, 과용접이나 약용접으로 판정된 대상이 유출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
상기 적정 온도는 용접전극 및 용접 모재인 버스바와 원통형 전지의 재료에 따라서 변경될 수 있다. 상기 적정 온도는 다양한 조건에서 선행 용접을 시도한 후 열화상 카메라를 사용하여 관측되는 열화상 패턴의 이상 여부를 기준으로 설정할 수 있다. 간단하게는 열화상 카메라를 사용한 온도 범위로서 파악이 가능하며, 좀 더 명확한 기준을 위해서는 불량이 될 수 있는 열화상 카메라의 패턴을 인식하여 판단할 수 있다.
예를 들어, 스테인레스 스틸 소재로 이루어진 원통형 전지셀의 단자부에 두께가 0.1㎜ 내지 0.5㎜이며 니켈 소재로 이루어진 버스바를 용접할 경우 상기 적정 온도는 1,400℃ 내지 1,500℃일 수 있다.
본원발명은 전지팩에서 전지셀과 금속판 간의 전기적인 연결을 위해 용접을 사용할 때 용접부의 양부를 판정하기 위한 것으로, 용접장치의 용접 시간은 10㎳ 이하이며, 상세하게는 8㎳ 이하일 수 있다. 또한, 5㎳ 이상일 수 있다.
용접 시간이 10㎳ 보다 길면 과용접에 의해 전지셀이 손상될 수 있으므로 바람직하지 않고, 용접 시간이 5㎳ 보다 짧으면 약용접이 문제될 수 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 용접전극의 용접봉의 직경은 1.5㎜ 내지 3㎜이다.
원통형 전지셀은 탑 캡 중심부와 클림핑부가 전극단자로 기능하기 때문에 용접 가능한 영역이 수 ㎜로 매우 협소한 편이다. 이와 같이 좁은 영역에 용접을 하기 위해서는 작은 직경을 갖는 용접봉이 필요하다.
용접봉의 직경이 작을수록 접촉 면적이 감소하게 되는 바, 저항용접 시 동일한 전압 또는 동일한 전류가 인가되는 조건에서 용접봉의 접촉 면적이 감소하면 저항이 증가하기 때문에 용접에 필요한 저항 발열량이 증가한다. 따라서, 본원발명과 같이 직경이 작은 용접봉을 사용하는 경우, 적은 에너지로도 용접부의 온도를 높일 수 있는 효과가 있다.
본원발명은 용접 면적이 좁고 용접 시간이 매우 짧기 때문에, 열화상 카메라를 사용하더라도 근접 촬영이 필요하다. 이에, 열화상 카메라(500)의 전원을 별도로 구비하지 않고, 전원부(400)의 전원을 열화상 카메라의 전원으로 사용함으로써, 단일한 전원부를 구성하고 있다. 따라서, 본원발명은 짧은 용접 시간 및 용접 면적 조건에 맞는 용접 검사장치를 구비하고 있다.
하나의 구체적인 예에서, 열화상 카메라(500)의 전원은 용접장치(200)의 전원에서 공급받을 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 용접장치의 전류 및 전원 측정을 위한 측정부(300) 및 용접전극에 전원 공급을 위한 전원부(400)가 구비되며, 전원부(400)는 열화상 카메라(500)의 전원 공급용으로도 사용된다.
또는, 열화상 카메라(500)는 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)에 바로 연결되어 전원을 공급받을 수도 있다.
이와 같은 경우, 용접장치(200)가 용접 중인 상태인지 또는 용접을 하지 않는 상태인지에 따라 열화상 카메라(500)에 공급되는 전압에 차이가 발생하여 안정적인 전원이 공급되지 않을 수 있다. 이는 열화상 카메라의 측정 결과에 영향을 줄 수 있고, 열화상 카메라의 고장의 원인이 될 수도 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 용접장치(200)의 용접은 정전압 방식으로 진행될 수 있다.
한편, 정전압으로 전원 공급이 되더라도, 열화상 카메라를 보호하기 위한 수단으로서 별도의 보호 회로가 더 부가될 수 있다.
도 3은 제2실시예에 따른 용접 검사장치의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 용접 검사장치는 도 2에 도시된 용접 검사장치와 유사하나, 열화상 카메라(500)의 위치가 변경된 점에 차이가 있다.
구체적으로, 도 3의 용접 검사장치에서 용접전극은 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)을 포함하고, 열화상 카메라(500)는 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202) 사이에 위치한다. 다시 말해, 열화상 카메라(500)는 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202) 사이에서 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)에 전원을 공급하는 전원부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다.
열화상 카메라(500)의 촬영 범위(빗금으로 표시)는 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)의 용접부를 포함하기 때문에, 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)을 사용한 용접부의 온도 측정 결과를 하나의 화면에 출력할 수 있다.
도 4는 복수의 원통형 전지셀들과 버스바로 사용되는 금속판의 용접하는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A에 따른 단면 실시예이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 복수의 원통형 전지셀들(1)이 한 방향으로 나란히 배치되고, 그 상부에 금속판(600)이 배치된다.
용접장치는 제1용접전극(201)과 제2용접전극(202)으로 구성되고, 도 2 및 도 3에 도시된 측정부와 전원부는 생략하고 있다.
본원발명에 따른 용접 검사장치를 이용하여 용접을 진행하며 용접부 양부를 확인할 때, 용접이 되는 대상인 용접 모재, 즉 버스바의 형태는 엠보싱 형태로 이루어질 수 있다.
본원발명에서는 원통형 전지셀의 상면에 버스바 또는 금속판을 배치하고, 상기 버스바 또는 금속판과 복수의 원통형 전지셀들 간에 직접 용접을 통해 전기적인 연결을 형성하기 위하여, 저항 용접의 일종인 스팟 용접을 진행할 수 있다.
상기 용접 모재로서 원통형 전지셀에 결합하는 버스바 또는 금속판의 용접부(610)는 엠보싱 형태로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 도 4에서 금속판(600)은 원통형 전지셀(10)의 전극과 접하는 부분에서 용접부(610)를 형성하게 되는 바, 금속판(600)의 용접부(610)는 원통형 전지셀(10) 방향으로 돌출된 엠보싱 형태일 수 있다. 따라서, 금속판(600)와 원통형 전지셀(10)이 접촉하는 면적이 줄어들게 되므로, 용접전극을 통해 공급되는 전류가 좁은 면적에만 공급되어 저항이 높아진다. 따라서 엠보싱 형태가 저항용접에 유리하다.
저항용접 시 용접이 진행됨에 따라 접촉 면적이 변화함으로써 발생 가능한 문제는 정전압 방식을 적용함으로써 해결될 수 있다. 구체적으로, 정전압 방식은 용접부의 접촉 면적이 좁아지거나 넓어지면서 저항이 달라지더라도 인가되는 전압이 일정하게 유지된다. 용접 초기에 접촉 면적이 좁아 저항이 증가하면 전류가 감소하게 되는 바, '날림' 불량이 생기는 것을 방지할 수 있다. 즉, 금속판의 용접부를 엠보싱 형태로 구성하여 용접 중 용접부 접촉 면적이 변하는 경우, 정전압 용접을 수행하기에 적합하다.
상기 엠보싱 형태로서 도 5는 2가지의 엠보싱 형태를 도시하고 있다.
도 5의 (a)는 금속판(600)의 일부에 형성된 용접부(610)가 전체적으로 하향 오목한 엠보싱 형태를 도시하고 있으며, 도 5의 (b)는 용접부(610) 내에 복수의 하향 오목한 엠보싱 형태가 있는 것을 도시하고 있다.
이와 같이 용접부(610)를 구성하는 경우, 전체적으로 평평한 형태의 금속판을 사용하는 것과 비교할 때, 엠보싱 형태로 돌출된 용접부에서 용접 저항이 증가한다. 또한, 용접전극을 가압하면 엠보싱 부분에 응력이 집중되는 바, 용접이 진행되면서 엠보싱 부분이 변형되어 접촉 면적이 증가하게 되며 저항 감소가 일어나지만 전류가 증가하기 때문에 전체적인 발열량이 유지되므로 용접성이 향상될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 원통형 전지셀과 금속판 간의 직접 용접 방법 이외에, 복수의 원통형 전지셀들을 금속판에 와이어 용접을 하여 연결하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같은 경우에는 금속판에 엠보싱 형태의 용접부를 구비할 필요가 없고 전체적으로 평면 형태의 금속판을 사용할 수 있다.
이하에서는, 본원발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
도 1에 도시된 바와 같이, 용접전극에 전류 및 전압 측정을 위한 측정부를 결합하고, 용접전극의 위치를 확인하기 위한 비전 카메라를 구비한 용접 검사장치를 준비하였다.
상기 비전 카메라를 통해 용접전극의 위치를 확인하면서 원통형 전지셀에 금속판을 결합하는 저항 용접을 진행하였다.
상기 용접 검사장치는 2개의 용접전극을 구비하고 있으며, 각각의 전극에서 용접을 수행하면서 얻은 전류 및 전압을 하기 표 1에 나타내었다.
용접은 정전압 방식으로 수행되었으며, 3.56 V 내지 4.15 V의 범위로 전압값을 설정할 때, 전류는 2.50 kA 내지 3.10 kA로 나왔다.
하기 표 1을 참조하면, 전지셀 번호별 2개의 전류 및 전압 측정값이 기재되어 있는 바, 상기 2개의 전류 및 전압 측정값은 2개의 용접전극 각각에서 측정된 것을 나타낸다.
본 실험에서는 용접부의 인장력 기준을 15kgf로 할때, 전압이 3.65 V 내지 4.05 V이고, 전류가 2.60 kA 내지 3.00 kA일 것을 만족할 때 용접부가 정상인 것으로 설정하였다.
이와 같은 기준을 적용할 때, 하기 표 1에 기재된 결과를 통해 모든 전지셀들의 전류 및 전압 측정값은 정상인 것으로 판정된다.
표 1의 값은 전류 및 전압 측정값을 이용하여 간접적으로 용접부의 불량 여부를 확인한 것이므로, 불량 용접부에 대한 판단이 정확하지 않은 경우가 있다. 실제 제조 공정에서도 이러한 문제점이 발견되어 본원발명이 도출된 것이다.
| Cell | 전류 (kA) | 전압 (V) | 결과 |
| 1 | 2.8 | 3.78 | OK |
| 1 | 2.7 | 3.76 | OK |
| 2 | 2.8 | 3.78 | OK |
| 2 | 2.7 | 3.77 | OK |
| 3 | 2.8 | 3.76 | OK |
| 3 | 2.7 | 3.77 | OK |
| 4 | 2.8 | 3.76 | OK |
| 4 | 2.8 | 3.79 | OK |
| 5 | 2.9 | 3.86 | OK |
| 5 | 2.8 | 3.86 | OK |
| 6 | 2.9 | 3.86 | OK |
| 6 | 2.8 | 3.86 | OK |
| 7 | 2.9 | 3.87 | OK |
| 7 | 2.8 | 3.86 | OK |
<실시예>
도 3에 도시된 용접 검사장치와 같이 용접장치와 열화상 카메라가 단일한 전원부를 구비하는 용접 검사장치를 준비하였다.
용접장치는 2개의 용접전극을 포함하고, 열화상 카메라는 2개의 용접전극들 사이의 상부에 배치된다.
원통형 전지셀에 금속판을 결합하는 정전압 저항 용접을 진행하면서, 용접전극들에 연결된 측정부를 통해 용접전극의 전류 및 전압을 측정하였다.
이와 함께, 열화상 카메라를 통해 용접부의 온도를 실시간으로 촬영하면서 용접부의 불량 여부를 확인하였다.
이와 같이, 측정부를 통해 용접전극의 전류 및 전압의 측정과 열화상 카메라를 통한 용접부 온도 측정을 함께 진행하였다. 전류 및 전압 측정값으로 정상 용접으로 판정된 용접부라도, 열화상 카메라를 통해 측정된 온도가 정상 온도에 해당하는지 여부를 추가로 확인하였다. 정전압으로 진행한바, 용접을 진행하는 중 열화상 카메라의 이상은 발견되지 않았다.
이와 같이, 본원발명에 따른 용접 검사장치를 사용하는 경우에는, 용접장치에서 측정한 전류 및 전압 측정값, 및 열화상 카메라에서 측정한 온도 데이터를 모두 활용하여 용접부의 양부를 판정할 수 있으므로, 실시간으로 용접부 확인이 가능할 뿐만 아니라, 용접 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 열화상 카메라의 전원 공급을 위한 별도의 전원부를 구비하지 않고, 용접장치와 열화상 카메라의 전원 공급이 하나의 전원부에서 이루어지기 때문에, 용접 시간이 짧고 용접 면적이 좁은 경우에도 본원발명에 따른 용접 검사장치를 사용하여 용접부의 양부 판정을 정확하게 할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
1: 원통형 전지셀
10: 전지팩
20, 200: 용접장치
21, 22: 용접전극
30: 측정부
41, 42: 전원부
50: 비전 카메라
100: 베이스부
201: 제1용접전극
202: 제2용접전극
300: 측정부
400: 전원부
500: 열화상 카메라
600: 금속판
610: 용접부
10: 전지팩
20, 200: 용접장치
21, 22: 용접전극
30: 측정부
41, 42: 전원부
50: 비전 카메라
100: 베이스부
201: 제1용접전극
202: 제2용접전극
300: 측정부
400: 전원부
500: 열화상 카메라
600: 금속판
610: 용접부
Claims (11)
- 상면에 전지팩을 배치하기 위한 공간인 베이스부;
저항 용접을 위한 용접전극을 포함하는 용접장치;
상기 용접전극의 전류 및 전압을 측정하는 측정부; 및
상기 용접전극 및 용접되는 부위의 온도를 측정하는 열화상 카메라;
를 포함하고,
상기 용접장치의 용접은 정전압 방식으로 진행되는 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 열화상 카메라의 전원은 상기 용접장치의 전원에서 공급받는 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 측정부와 상기 열화상 카메라는 측정 결과를 실시간으로 제공하는 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 열화상 카메라에서 측정한 온도가 적정 온도 보다 높은 경우 과용접으로 판정하고, 적정 온도 보다 낮은 경우 약용접으로 판정하는 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 용접장치의 용접 시간은 10 ㎳ 이하인 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
용접전극의 용접봉의 직경은 1.5 ㎜ 내지 3 ㎜인 용접 검사장치. - 제1항에 있어서, 용접 모재의 형태는 엠보싱 형태로 이루어진 용접 검사장치.
- 제1항에 있어서,
상기 용접전극은 제1용접전극 및 제2용접전극을 포함하고,
상기 열화상 카메라는 상기 제1용접전극과 상기 제2용접전극 사이에 위치하는 용접 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 측정부가 작동하지 않더라도 상기 열화상 카메라는 실시간 관찰을 하는 용접 검사장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용접 검사장치를 이용하여 제조된 전지팩에 있어서,
복수의 원통형 전지셀들이 금속판에 직접 용접으로 결합되어 전기적 연결이 형성되는 전지팩. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용접 검사장치를 이용하여 제조된 전지팩에 있어서,
상기 복수의 원통형 전지셀들은 와이어 용접을 통해 상기 금속판과 연결되는 전지팩.
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|---|---|---|---|
| KR1020220113830A KR20240034598A (ko) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 용접 검사장치 및 이를 이용하여 제조된 전지팩 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11151580A (ja) | 1997-11-18 | 1999-06-08 | Toyota Auto Body Co Ltd | 溶接部の良否判定装置およびそれを用いたマッシュシーム溶接機 |
| KR101600604B1 (ko) | 2014-10-27 | 2016-03-07 | (주) 제일엠아이 | 온도 프로파일을 이용한 용접 검사 장치 및 이를 위한 방법 |
-
2022
- 2022-09-07 KR KR1020220113830A patent/KR20240034598A/ko unknown
Patent Citations (2)
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