KR20240098558A - 전지 셀의 결함 검출 장치 및 전지 셀의 결함 검출 장치 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치는: 전지 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생되는 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 상기 자기장 측정부를 지지하는 지지부; 및 상기 전지 셀이 위에 놓이는 장착부를 포함하고, 상기 자기장 측정부는, 상기 전지 셀의 일면을 스캐닝하는 제1 측정 부재, 상기 전지 셀의 상기 일면에 대향하는 타면을 스캐닝하는 제2 측정 부재, 상기 제1 측정 부재와 상기 제2 측정 부재 사이에 결합된 제3 측정 부재를 포함하고, 상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재는 통합된 것이다.
Description
본 발명은 전지 셀의 결함 검출 장치 및 전지 셀의 결함 검출 장치 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 3D 자기장 스캐닝 센서 적용 및 이상 전류 판정을 통하여 전지 셀의 이상 전류 및 불량 전지 셀을 검출하고/하거나 결함 부위를 검출하는 전지 셀의 결함 검출 장치 및 그에 따른 방법에 관한 것이다.
종래의 전지 셀의 비접촉, 비파괴 분석 방법인 X-ray CT는 분석 시간이 오래 걸리므로, 다양한 결함 원인에 대한 실시간 분석이 불가능하다. 또한, 전지 셀의 퇴화나 결함 검증(리튬 석출, 탭 단선 등)을 위해서는 X-ray CT 등의 가시적 검출이 유효하지 않아 분해분석이 필요하다. 이러한 X-ray CT는 분석의 단점을 해결하고자 전지 셀 내부 전류 분포의 시각화를 통해 결함을 분석하는 연구들이 진행되어 왔으나, MRI 유도를 통한 유도 자기장 측정은 전자기파의 전지 셀 투과 불가와 전지 셀에 포함된 강자성체 물질에 의해 높은 해상도를 얻는 것에 어려움이 있었다.
이에, 비파괴 분석을 통한 셀의 열화 및 결함의 진단 기술과 시험법 개발이 필요하며, 이러한 변화를 감지할 수 있는 방안으로 최근 자기장 이미징(Magnetic Field Imaging, MFI)을 활용하는 기술을 도입하여, 전지 셀의 충방전 시 형성되는 자기장 변화를 통해 결함을 검출하고자 하는 연구가 진행되어 왔다.
도 1은, 종래 기술에 따른 전지 셀 결함 검출 장치(1)를 도시한다. 전지 셀의 단면에 대하여 MFI 측정을 통한 전류 흐름에 관한 이미징을 수행한다. 즉, 전지 셀에 전류를 흘리면서 자기장을 측정 후 전류 - 자기장 관계식(Biot-Savart Law)에 의해 전류 값을 계산하여 이미징화한다. 그러나, 이러한 종래 기술에 따르면, 측정 유닛이 상면에만 존재하여 전지 셀의 2D의 단면 측정만 가능하므로, 전지 셀의 표면(즉, 자기장 검출 장치를 향하는 표면)의 자기장 검출만 가능하고, 해당 전지 셀의 옆면이나 바닥면에 대한 자기장 검출은 불가능하다. 종래 기술에 따른 전지 셀 결함 검출 장치는 자기장 측정이 단면 2D에 제한적으로 수행되어 표면의 전류만 관측하므로, 셀 내부의 단선/이물 등의 검출에 제한적이다.
본 발명은 전지 셀의 결함을 검출하는 장치 및 전지 셀의 결함을 검출하는 방법을 제공하는 것으로서, 자기장 이미징 기법을 적용함에 있어서 특히 3D로 구현하여 전지 셀 내 이상 전류를 센싱하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 효율적인 전지 셀 내 이상 전류 계산 및 이상 전류 판정 방법으로 전지 셀 내 결함을 보다 효과적으로 즉, 보다 신속하고 보다 정확하게 검출하는 것을 목적으로 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치는: 전지 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생되는 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 상기 자기장 측정부를 지지하는 지지부; 및 상기 전지 셀이 위에 놓이는 장착부를 포함하고, 상기 자기장 측정부는, 상기 전지 셀의 일면을 스캐닝하는 제1 측정 부재, 상기 전지 셀의 상기 일면에 대향하는 타면을 스캐닝하는 제2 측정 부재, 상기 제1 측정 부재와 상기 제2 측정 부재 사이에 결합된 제3 측정 부재를 포함하고, 상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재는 통합된 것일 수 있다.
상기 자기장 측정부는, 상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재로, 상기 전지 셀의 상면, 하면, 및 측면을 동시에 스캐닝할 수 있다.
상기 제3 측정 부재는 한 개로 구비되고, 상기 제1 측정 부재의 일단과 상기 제2 측정 부재의 일단 사이를 연결할 수 있다.
상기 제3 측정 부재는 두 개로 구비되고, 하나는 상기 제1 측정 부재의 일단과 상기 제2 측정 부재의 일단 사이를 연결하고, 다른 하나는 상기 제1 측정 부재의 타단과 상기 제2 측정 부재의 타단 사이를 연결할 수 있다.
상기 장착부는, 상기 전지 셀이 위에 놓이도록 판 형상을 가지는 받침 부재로서, 바닥면으로부터 상부 방향으로 소정 거리 이격되어 공중에 배치되는 상기 받침 부재를 포함하고, 상기 받침 부재의 아래에 상기 제2 측정 부재가 배치될 수 있다.
상기 제2 측정 부재의 자기장 스캐닝에서 상기 받침 부재로 인한 영향이 최소화되도록, 상기 받침 부재는 낮은 투자율(magnetic permeability, μ)을 가질 수 있다.
상기 측정된 자기장 데이터를 변환하여, 상기 전지 셀의 결함 여부 또는 상기 전지 셀의 결함 부위를 판정하는 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각은 바(bar) 또는 막대 형상이고, 상기 자기장 측정부가 상기 전지 셀의 길이 방향으로 이동함으로써, 상기 전지 셀을 스캐닝할 수 있다.
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각은 개별적으로 자기장 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각으로부터 개별적으로 생성된 자기장 데이터로부터 3차원의 자기장 벡터 값이 생성될 수 있다.
상기 자기장 데이터는 자기장 이미지(Magnetic Field Imaging, MFI)일 수 있다.
상기 검출되는 결함의 종류는, 상기 전지 셀의 전극판의 접힘 부위, 상기 전극판의 단선 부위, 상기 전극판의 유지부에 전극 활물질이 불균일하게 도포된 부위, 상기 전지 셀의 전극 리드 또는 전극 탭의 단선 부위, 및 적층된 전극판이 오정렬된 부위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자기장 측정부에서 측정된 자기장 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 자기장 데이터로부터 전지 셀의 복수 개의 서브 영역 각각에 대하여 3차원의 자기장 벡터 값을 도출하는 단계; 상기 도출된 자기장 벡터 값으로부터 3차원의 유도 전류 벡터 값으로 변환하는 단계; 상기 유도 전류 벡터 값을 소정의 전류 벡터 임계값과 비교하여, 유도된 전류 값이 정상 범위의 전류 값에 해당하는지 여부를 판정하는 단계; 및 상기 전지 셀의 결함 여부 또는 상기 전지 셀의 결함 부위를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도출된 자기장 벡터 값으로부터 유도 전류 벡터 값으로 변환하는 단계는 상기 유도 전류 벡터 값에 보정 계수를 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유도된 전류 값이 정상 범위의 전류 값에 해당하는지 여부를 판정하는 단계는, 상기 유도 전류 벡터 값이 소정의 상한 전류 벡터 임계값보다 크거나, 상기 유도 전류 벡터 값을 소정의 하한 전류 벡터 임계값보다 작은 경우에, 상기 전지 셀의 전류 이상으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자기장 이미징 기법을 적용하여 전지 셀의 결함을 검출함에 있어서, 특히 전지 셀을 다각도로 보다 정밀하게 검사할 수 있으므로, 그에 따라 생산된 전지 셀의 품질에 대한 신뢰성도 확보할 수 있다.
아울러, 전지 셀 단위에서 신뢰성이 높은 사전 검사가 가능하게 되므로, 전지 모듈이나 전지 팩 단위에서 검사 시에, 하나의 불량 셀로 인한 해당 전지 모듈이나 전지 팩의 전체 폐기라는 비효율성의 문제도 해결할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지 셀 결함 검출 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 셀의 결함 검출 장치의 정면도이다.
도 4는 MFI 방식으로 생성된 자기장 이미지의 일 예시이다.
도 5는 최종 전류 벡터 값 I의 일 예시를 보여준다.
도 6은 전지 셀의 결함 종류의 일 예시를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 셀의 결함 검출 장치의 정면도이다.
도 4는 MFI 방식으로 생성된 자기장 이미지의 일 예시이다.
도 5는 최종 전류 벡터 값 I의 일 예시를 보여준다.
도 6은 전지 셀의 결함 종류의 일 예시를 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부재" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 "…부재", "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치(100)에 대해 설명한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치(100)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 셀의 결함 검출 장치(100)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치(100)는 크게, 자기장 측정부(110), 자기장 측정부(110)가 연결되어 자기장 측정부(110)를 고정하고 지지하는 지지부(120), 전지 셀(10)이 위에 놓이는 장착부(130), 및 처리부(140) 및/또는 저장부(140)를 포함한다.
자기장 측정부(110)는 전지 셀(10) 부근에 전지 셀(10)로부터 소정 거리 이격되어 배치된다. 전지 셀(10)에 전류를 인가하고, 전지 셀(10)의 양극 리드(12)와 음극 리드(12)를 사이에 두고 전지 셀(10)에 전류가 통하게 되고, 이로부터 자기장이 유도된다. 자기장 측정부(110)는 전지 셀(10)에 흐르는 전류로부터 유도되는 자기장을 측정한다. 전지 셀(10)의 본체(11)를 스캐닝할 수도 있고, 본체(11), 양극 리드(12)와 음극 리드(12) 및 양극 탭과 음극 탭을 전체적으로 스캐닝할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치(100)에서는, 자기장 측정부(110)는 한번에 3차원으로 전지 셀(10)을 스캐닝할 수 있다. 자기장 측정부(110)는 예를 들면, 자 형상, 네모 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 자기장 측정부(110)는 전지 셀(10)의 일면을 스캐닝하는 제1 측정 부재(111), 상기 전지 셀(10)의 일면에 대향하는 타면을 스캐닝하는 제2 측정 부재(112), 제1 측정 부재(111)와 제2 측정 부재(112) 사이에 결합된 1개 또는 2개의 제3 측정 부재(113)를 포함한다.
제1 측정 부재(111)와 제2 측정 부재(112)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 1개의 제3 측정 부재(113)는 제1 측정 부재(111)의 일 단부와 제2 측정 부재(112)의 일단부 사이에 결합될 수 있다. 그에 따라, 자기장 측정부(110)는 자 형상을 가진다. 또는, 2개의 제3 측정 부재(113)는 각각 제1 측정 부재(111)의 일단부와 제2 측정 부재(112)의 일단부 사이에 결합되고, 또한 제1 측정 부재(111)의 타단부와 제2 측정 부재(112)의 타단부 사이에 결합될 수 있다. 그에 따라, 자기장 측정부(110)는 네모 형상을 가질 수 있다.
제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113) 각각은 전지 셀(10)을 향하는 면에 자기장을 스캐닝하는 스캐너 유닛을 포함한다.
제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)는 하나로 통합된다. 보다 구체적으로는, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)는 일체로 형성된 것일 수도 있고, 또는 별개로 제작되어 서로 결합된 것일 수도 있다. 또한, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113) 각각은 바(bar) 또는 막대 형상일 수 있다. 또는 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113) 각각은 판(plate) 형상일 수 있다. 전자의 경우, 자기장 측정부(110)가 전지 셀(10)의 길이 방향을 따라 이동하면서 전지 셀(10)의 자기장을 스캐닝할 수 있다. 후자의 경우, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113) 각각이 전지 셀(10)을 커버할 수 있는 것이라면, 자기장 측정부(110)가 이동하지 않고도 한 번에 전지 셀(10)의 자기장을 스캐닝할 수 있다.
예를 들어, 제1 측정 부재(111)는 전지 셀(10)의 상면을 스캐닝하고, 제2 측정 부재(112)는 전지 셀(10)의 하면을 스캐닝할 수 있다. 또한, 제3 측정 부재(113)는 전지 셀(10)의 양 측면 또는 일 측면을 스캐닝할 수 있다. 그러나 본 발명은 상술한 바에 제한되지 않고, 전지 셀(10)을 세워서 스캐닝하는 경우, 제1 측정 부재(111) 및 제2 측정 부재(112)는 각각 전지 셀(10)의 양 측면을 스캐닝할 수 있고, 제3 측정 부재(113)는 전지 셀(10)의 상면 또는 하면을 스캐닝할 수도 있는 등, 다양한 변형, 변경이 가능하다.
또한, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)는 전지 셀(10)을 동시에 스캐닝하되, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)는 전지 셀(10) 각각으로부터 개별적으로 자기장 데이터를 생성한다. 자기장 데이터에 관하여는 후술하는 바를 참조한다.
자기장 측정부(110)에는 자기장 측정부(110)를 지지하도록 지지부(120)가 연결되어 고정된다. 도 3의 예시에서는, 제1 측정 부재(111)에 지지부(120)가 연결된 경우를 도시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113) 중 적어도 하나에 지지부(120)가 연결될 수 있다.
자기장 측정부(110)가 전지 셀(10)을 이동하면서 스캐닝하는 경우에는, 지지부(120)는 구동 부재를 더 포함할 수 있다. 지지부(120)에 포함된 구동 부재에 의하여 자기장 측정부(110)가 전지 셀(10)을 길이 방향으로 이동하면서 스캐닝할 수 있다.
전지 셀(10)은 받침 부재(131)를 포함하는 장착부(130)에 장착된다. 장착부(130)는 크게, 받침 부재(131), 기둥 부재(132), 및 테이블(133)을 포함한다. 판 형상의 받침 부재(131) 위에 전지 셀(10)이 놓이게 된다. 받침 부재(131)는 기둥 부재(132)에 의하여 바닥면으로부터(가령, 테이블(133))로부터 상부 방향으로 소정 거리 이격되어 공중에 위치할 수 있다. 받침 부재(131)의 하면에 자기장 측정부(110)의 제2 측정 부재(112)가 배치된다. 그에 따라, 전지 셀(10)의 일면에 제1 측정 부재(111) 배치됨 뿐만 아니라 이에 대향하는 제2 측정 부재(112)가 전지 셀(10)의 일면에 대향하는 타면에 배치될 수 있다.
한편, 자기장 측정부(110)의 제2 측정 부재(112)와 전지 셀(10) 사이에는 받침 부재(131)가 위치하게 된다. 제2 측정 부재(112)의 자기장 스캐닝이 받침 부재(131)로 인하여 영향을 받지 않도록, 또는 영향을 최소화하도록, 받침 부재(131)는 낮은 투자율(magnetic permeability, μ)을 가진다.
자기장 측정부(110)에서 스캐닝하여 측정된 전지 셀(10)의 자기장 값을 포함하는 데이터(이하, “자기장 데이터”라 함)는 유선으로 또는 무선으로 처리부(140) 및/또는 저장부(140)에 전송된다. 처리부(140) 및/또는 저장부(140)는 별개로 구비된 것일 수도 있고, 하나의 장치에 통합된 것일 수도 있다. 처리부(140) 및/또는 저장부(140)는 예를 들면 컴퓨터, 노트북, 또는 본 발명이 구현되는 환경 및 해당 공정에 적용가능한 각종 제어 장치일 수 있다.
자기장 측정부(110)에서 스캐닝한 자기장 데이터를 자기장 측정부(110)와 연결된 지지부(120)에 구비되는 데이터 송신선(미도시)을 통하여 유선으로 전송할 수도 있다. 또는, 자기장 측정부(110) 또는 이에 연결된 지지부(120)에 별도의 송수신기(미도시)를 포함하여 자기장 측정부(110)에서 스캐닝한 자기장 데이터를 무선으로 실시간으로(가령, 전지 셀(10)의 일정 부분을 스캐닝하고 자기장 데이터를 전송하는 방식을 반복) 또는 스캐닝이 전체적으로 완료된 이후에 송신할 수도 있다.
또한, 자기장 측정부(110)에서 전송되는 자기장 데이터는 자기장 값 자체일 수도 있고, MFI 방식으로 생성된 자기장 이미지(예를 들면, 도 4 참조)일 수도 있다. 또는, 자기장 측정부(110)에서 전송되는 자기장 데이터는 자기장 값 자체이고, 이를 처리부(140)에서 MFI 방식으로 자기장 이미지를 생성할 수도 있다. 자기장 값의 단위는 예를 들어 T이다.
처리부(140) 및/또는 저장부(140)에 관하여는 후술할 전지 셀의 결함 검출 방법을 참조한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 결함 검출 방법을 설명한다. 전지 셀의 결함 검출 방법은 전지 셀의 결함 검출 장치(100)의 처리부(140)에서 수행된다. 또한, 저장부(140)에서 데이터의 송수신 및 저장을 수행할 수 있다. 즉, 처리부(140)는 저장부(140)와 연동하여 전지 셀의 결함 검출 방법 수행할 수 있다.
우선, 자기장 측정부(110)로부터 처리부(140) 및/또는 저장부(140)에서 자기장 데이터를 수신하는 단계(S110)가 수행된다. 자기장 측정부(110)로부터의 자기장 데이터 전송에 관하여 상술한 부분을 참조한다.
또한, 수신된 자기장 데이터로부터 전지 셀의 복수 개의 서브 영역 각각에 대하여 자기장 벡터 값을 도출하는 단계(S120)가 수행된다. 처리부(140)에서는, 자기장 측정부(110)로부터 수신된 자기장 데이터로부터 3차원의 자기장 벡터 값 을 생성한다. 3차원의 자기장 벡터 값은 전지 셀(10)의 x축 위치, y축 위치, z축 위치에서의 자기장 벡터 값이다. 전지 셀(10)의 영역은 3차원으로 복수 개의 서브 영역으로 분할될 수 있고, 각각의 영역에 대한 자기장 벡터 값 B가 생성될 수 있다. 본 발명의 전지 셀의 결함 검출 장치(100)는 자기장 측정부(110)가 전지 셀(10)을 3차원으로 스캐닝하므로, 자기장 측정부(110)로부터 수신된 자기장 데이터로부터 이러한 3차원의 자기장 벡터 값 B의 생성이 가능하게 된다.
자기장 벡터 값 B의 생성에 관하여는, 예를 들어, 자기장 측정부(110)의 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)로부터 각각 생성된 자기장 이미지 각각에 대하여 도 4에 도시된 바와 같이 격자형으로 분할한 다음, 각각의 영역에 해당 자기장 이미지 값으로부터 3차원의 자기장 벡터 값 B를 도출할 수 있다.
또한, 예를 들어, 자기장 측정부(110)의 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)로부터 각각 수신된 자기장 데이터로부터 가중치를 두어 합산하고 보정하는 방식으로, 3차원의 자기장 벡터 값 B를 생성할 수 있다. 가령, 제1 측정 부재(111) 및 제2 측정 부재(112)가 전지 셀(10)의 서로 대향하는 양면에 위치하므로, 이를 조합하여 3차원의 자기장 벡터 값 B를 도출할 수 있게 된다.
그러나, 본 발명은 상술한 바에 한정되지 않고, 3차원의 자기장 벡터 값 을 생성할 수 있는 방식이면 충분하다.
다음, 도출된 자기장 벡터 값으로부터 유도 전류 데이터로 변환하는 단계(S130)를 수행한다. 자기장 벡터 값으로부터 계산되므로, 유도 전류 데이터는 유도 전류 벡터 값(이하 “전류 벡터 값”이라 함)이 된다.
전지 셀(10)의 x축 위치, y축 위치, z축 위치에서의 3차원의 자기장 벡터 값 각각에 대하여 이를 전류 벡터 값 으로 변환한다. 즉, 변환된 전류 값은 전지 셀(10)의 해당 x축 위치, y축 위치, z축 위치에서 흐르는 전류 값을 의미한다. 자기장으로부터 전류로 변환하는 과정은 하기 수학식 1의 비오-사바르 법칙(Biot-Savart Law)을 따른다.
여기서, 는 자기장, 는 전류, 는 자유 공간에서의 투자율, 은 직경(즉, 전지 셀(10)의 해당 영역으로부터 자기장 측정기(110)까지의 거리)이다.
또한, 해당 자기장으로부터 전류로 변환 시에 보정을 위한 계수(α)를 곱하여 최종 전류 벡터 값 I를 도출할 수 있다. 이는, 해당 장치 또는 주변의 환경 등으로 인하여 전지 셀(10)에서의 해당 영역에서 실제 흐르는 전류 값과 위의 자기장으로부터 유도된 전류 값 간의 오차를 보정하기 위한 계수이다. 보정이 필요하지 않은 경우에는, 보정 계수를 α = 1로 하면 된다.
도 5는 최종 전류 벡터 값 I의 일 예시를 보여준다.
또한, 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)로부터 각각 전송받은 자기장 데이터로부터 위 과정을 각각 수행하여, 를 도출한다. 는 각각 순서대로 제1 측정 부재(111), 제2 측정 부재(112), 및 제3 측정 부재(113)로부터 도출된 I를 의미한다.
다음, 유도 전류 값이 정상 범위의 전류 값에 해당하는지 여부를 판정하는 단계(S140)를 수행한다. 도출된 유도 전류 벡터 값을 전류 벡터 임계값과 비교하여 이상 전류 여부를 판정할 수 있다.
각각의 에 대하여, 정상 셀의 전류 임계값 과 비교하여 전류 이상 여부를 판정한다. 즉, 정상 셀의 전류 임계값 을 벗어나면, 전류 이상으로 판정할 수 있다. 또한, 정상 셀의 전류 임계값은 상한 전류 임계값 및/또는 하한 전류 임계값 을 각각 설정할 수 있다. 이 경우, I가 상한 전류 임계값 보다 크거나, 하한 전류 임계값 보다 작은 경우에, 전류 이상으로 판정할 수 있다. 또한, 각각의 에 대하여, 전류 임계값 을 달리하여 설정할 수도 있다.
다음, 전지 셀(10)의 결함을 검출하는 단계(S150)를 수행한다. 예를 들면, 단계 S140에서 이상 전류라고 판정하면, 해당 전지 셀(10)에 결함이 있다고 결정할 수 있다. 또한, 예를 들면, 전지 셀(10)을 복수 개의 서브 영역으로 나누어 서브 영역 각각에 대하여 전류 벡터 값 I이 도출되므로, 이상 전류가 검출된 해당 서브 영역을 결함이 있는 부위로 판정할 수 있다.
참고로, 전지 셀(10)의 결함으로서는 예를 들면, 전극판(11a)의 접힘이나, 전극판(11a)의 단선(예를 들어, 천공 또는 찢김, 등) 전극판(11a)의 유지부의 전극 활물질 도포 불량, 전극 탭이나 전극 리드의 단선, 또는 전지 셀(10) 내부에 적층된 복수 개의 전극판의 정렬 불량 등이 있을 수 있다. 도 6은 일 예시로서, 전극판이 접힘 부위(P)에서 접힌 경우를 도시한다.
이러한 본 발명에 따른 전지 셀의 결함 검출 장치(100) 및 전지 셀의 결함 검출 방법을 이용하여 전지 셀(10)의 결함을 검출하는 경우에, 종래 기술 대비 신속하게 전지 셀(10)의 결함 여부 및/또는 전지 셀(10)의 결합 부위를 알아낼 수 있다. 그러면서도, 전지 셀(10)의 결함 여부를 및/또는 전지 셀(10)의 결합 부위를 보다 정확하게 판별할 수 있다. 그에 따라 생산된 전지 셀의 품질에 대한 신뢰성도 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 전지 셀
11: 본체
12: 전극 리드
100: 전지 셀의 결함 검출 장치
110: 자기장 측정부
111: 제1 측정 부재
112: 제2 측정 부재
113: 제3 측정 부재
120: 지지부
130: 장착부
131: 받침 부재
132: 기둥 부재
133: 테이블
140: 처리부/저장부
11: 본체
12: 전극 리드
100: 전지 셀의 결함 검출 장치
110: 자기장 측정부
111: 제1 측정 부재
112: 제2 측정 부재
113: 제3 측정 부재
120: 지지부
130: 장착부
131: 받침 부재
132: 기둥 부재
133: 테이블
140: 처리부/저장부
Claims (15)
- 전지 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생되는 자기장을 측정하는 자기장 측정부;
상기 자기장 측정부를 지지하는 지지부; 및
상기 전지 셀이 위에 놓이는 장착부를 포함하고,
상기 자기장 측정부는, 상기 전지 셀의 일면을 스캐닝하는 제1 측정 부재, 상기 전지 셀의 상기 일면에 대향하는 타면을 스캐닝하는 제2 측정 부재, 상기 제1 측정 부재와 상기 제2 측정 부재 사이에 결합된 제3 측정 부재를 포함하고,
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재는 통합된 것인, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 자기장 측정부는, 상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재로, 상기 전지 셀의 상면, 하면, 및 측면을 동시에 스캐닝하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제3 측정 부재는 한 개로 구비되고, 상기 제1 측정 부재의 일단과 상기 제2 측정 부재의 일단 사이를 연결하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제3 측정 부재는 두 개로 구비되고, 하나는 상기 제1 측정 부재의 일단과 상기 제2 측정 부재의 일단 사이를 연결하고, 다른 하나는 상기 제1 측정 부재의 타단과 상기 제2 측정 부재의 타단 사이를 연결하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 장착부는, 상기 전지 셀이 위에 놓이도록 판 형상을 가지는 받침 부재로서, 바닥면으로부터 상부 방향으로 소정 거리 이격되어 공중에 배치되는 상기 받침 부재를 포함하고,
상기 받침 부재의 아래에 상기 제2 측정 부재가 배치되는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 측정 부재의 자기장 스캐닝에서 상기 받침 부재로 인한 영향이 최소화되도록, 상기 받침 부재는 낮은 투자율(magnetic permeability, μ)을 가지는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 측정된 자기장 데이터를 변환하여, 상기 전지 셀의 결함 여부 또는 상기 전지 셀의 결함 부위를 판정하는 처리부를 더 포함하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각은 바(bar) 또는 막대 형상이고,
상기 자기장 측정부가 상기 전지 셀의 길이 방향으로 이동함으로써, 상기 전지 셀을 스캐닝하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각은 개별적으로 자기장 데이터를 생성하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 측정 부재, 상기 제2 측정 부재, 및 상기 제3 측정 부재 각각으로부터 개별적으로 생성된 자기장 데이터로부터 3차원의 자기장 벡터 값이 생성되는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 자기장 데이터는 자기장 이미지(Magnetic Field Imaging, MFI)인, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출되는 결함의 종류는, 상기 전지 셀의 전극판의 접힘 부위, 상기 전극판의 단선 부위, 상기 전극판의 유지부에 전극 활물질이 불균일하게 도포된 부위, 상기 전지 셀의 전극 리드 또는 전극 탭의 단선 부위, 및 적층된 전극판이 오정렬된 부위 중 적어도 하나를 포함하는, 전지 셀의 결함 검출 장치.
- 자기장 측정부에서 측정된 자기장 데이터를 수신하는 단계;
상기 수신된 자기장 데이터로부터 전지 셀의 복수 개의 서브 영역 각각에 대하여 3차원의 자기장 벡터 값을 도출하는 단계;
상기 도출된 자기장 벡터 값으로부터 3차원의 유도 전류 벡터 값으로 변환하는 단계;
상기 유도 전류 벡터 값을 소정의 전류 벡터 임계값과 비교하여, 유도된 전류 값이 정상 범위의 전류 값에 해당하는지 여부를 판정하는 단계; 및
상기 전지 셀의 결함 여부 또는 상기 전지 셀의 결함 부위를 검출하는 단계를 포함하는, 전지 셀의 결함 검출 방법.
- 제13항에서,
상기 도출된 자기장 벡터 값으로부터 유도 전류 벡터 값으로 변환하는 단계는 상기 유도 전류 벡터 값에 보정 계수를 곱하는 단계를 포함하는, 전지 셀의 결함 검출 방법.
- 제13항에서,
상기 유도된 전류 값이 정상 범위의 전류 값에 해당하는지 여부를 판정하는 단계는, 상기 유도 전류 벡터 값이 소정의 상한 전류 벡터 임계값보다 크거나, 상기 유도 전류 벡터 값을 소정의 하한 전류 벡터 임계값보다 작은 경우에, 상기 전지 셀의 전류 이상으로 판정하는 단계를 포함하는, 전지 셀의 결함 검출 방법.
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