WO2018203594A1 - 이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법 Download PDF

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WO2018203594A1
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welding
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inspection
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박욱
구진삼
전광수
이동현
이종화
박현일
전현구
허양현
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a welding inspection apparatus and an inspection method of a secondary battery, and more particularly, to a welding inspection apparatus and an inspection method of a secondary battery for inspecting a welding state in real time through power (P) and time (S) generated during welding. .
  • a secondary battery unlike a primary battery that cannot be charged, means a battery that can be charged and discharged, and is widely used in electronic devices such as mobile phones, notebook computers, camcorders, or electric vehicles.
  • Such a secondary battery includes an electrode assembly having an electrode tab, an electrode lead coupled to the electrode tab, and a case accommodating the electrode assembly in a state in which a tip of the electrode lead is drawn out.
  • the electrode tab and the electrode lead are joined by welding, and in particular, the electrode tab and the electrode lead are inspected for the welding state in the production process of the product.
  • the present invention has been invented to solve the above problems, the object of the present invention is to inspect the welding state in real time through the power (P) and time (S) generated during welding, thereby enabling a precise inspection, The manpower, time and cost required for quality evaluation after welding can be greatly reduced, and as a result, a welding inspection apparatus and an inspection method of a secondary battery can be improved.
  • the secondary battery welding inspection apparatus for achieving the above object is to check whether the welding of the welding device for welding the overlapping portion of the electrode tab and the electrode lead with electrical energy, the electrode tab And measuring unit for measuring the power value (P) supplied to the welding device and the time taken (S) when welding the electrode lead to obtain the measurement welding data (Data);
  • it may include a test unit for real-time inspection of weld failures compared to the measurement welding waveform and the normal welding waveform displayed on the graph.
  • the measurement unit may obtain 60 to 100 measurement welding data (Data) by repeatedly measuring the power value (P) supplied to the welding device in 5ms units when welding the electrode tab and the electrode lead.
  • the measurement unit may obtain the measurement welding waveform by displaying and connecting 60 to 100 measurement welding data acquired by the measurement unit on the graph.
  • the inspection unit may detect a normal state when the measurement welding waveform displayed on the graph is within a set range of the normal welding waveform, and detect a defect when it is located outside the set range.
  • the inspection unit may detect an overweld failure when the measurement welding waveform is a waveform in which the width of the power value P is larger than the normal welding waveform and the width of the time S is short.
  • the inspection unit may detect a poor welding when the measurement welding waveform is a waveform having a smaller width of the power value P and a larger width of the time S than the normal welding waveform.
  • the welding device may include a power supply unit supplying the electric energy, a converter unit converting the electric energy supplied from the power supply unit into vibration energy, and an overlapping portion of the electrode tab and the electrode lead with the vibration energy converted by the converter unit.
  • a welding unit for ultrasonically welding the measurement unit may measure the power value P of the electric energy supplied from the power supply unit to the converter unit.
  • a measurement step (S10) for welding the overlapping portion of the electrode tab and the electrode lead A measurement step (S20) of measuring the power value P and the time S taken during welding of the electrode tab and the electrode lead to obtain measurement welding data; A measurement step (S30) of displaying, on the graph, a waveform indicating a relationship between a power value (P) and a time taken (S) using the measurement welding data; And it may include a test step (S40) for checking in real time whether the defects compared to the measurement welding waveform and the normal welding waveform displayed on the graph.
  • the measuring step (S20) may be obtained by 60 to 100 measurement welding data (Data) by repeatedly measuring the power value (P) in 5ms units when welding the electrode tab and the electrode lead.
  • the measurement welding waveform may be obtained by displaying and connecting 60 to 100 measurement welding data obtained in the measuring step S20 on a graph.
  • the inspection step (S40) may be detected as normal when the measurement welding waveform displayed on the graph is within the set range of the normal welding waveform, and may be detected as defective when positioned outside the set range.
  • the measurement welding waveform is a waveform in which the width of the power value P is larger than the normal welding waveform and the width of the time S is short, it may be detected as an over-welding failure.
  • the measurement welding waveform is a waveform in which the width of the power value P is smaller than the normal welding waveform and the width of the time S is larger, it may be detected as a weak welding weld.
  • the present invention has the following effects.
  • the welding inspection device for secondary batteries of the present invention obtains a measurement welding waveform through the power (P) and time (S) generated during welding, and compare the measurement welding waveform and the normal welding waveform, simply and accurately Real-time inspection can be performed, which greatly reduces the manpower and time required, and enables precise inspection, resulting in increased reliability.
  • the measurement unit repeatedly measures the power value (P) supplied in 5 ms units during welding to obtain 60 to 100 measurement welding data (Data), and thus more accurate measurement welding data Can be obtained.
  • the measurement unit obtains a measurement welding waveform by connecting 60 to 100 measurement welding data (Data) obtained by the measurement unit, and accordingly the measurement welding waveform and the normal welding waveform More accurate contrast is possible than in preparation, and as a result, the welding state can be inspected accurately.
  • Data measurement welding data
  • the measurement unit measures the power value (P) of the electric energy supplied from the power supply unit of the welding device to the converter unit, and thus can measure the accurate power value (P), as a result More accurate real-time inspection of weld status, ie normal or bad
  • FIG. 1 is a view showing a welding inspection device for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a graph showing the measurement welding waveform and the normal welding waveform of the secondary battery welding inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing a welding inspection method for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a normal welding state of the electrode tab and the electrode lead in the present invention.
  • Figure 5 is a cross-sectional photograph showing an over-welded state of the electrode tab and the electrode lead in the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional photograph showing a weak welding state of the electrode tab and the electrode lead in the present invention.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 11 having an electrode tab 11a, an electrode lead 12 coupled to the electrode tab 11a, and a tip of the electrode lead 12. It includes a case (not shown) for receiving the electrode assembly 11 in the state drawn out.
  • the electrode tab 11a and the electrode lead 12 are welded to each other, and then the welding state is inspected.
  • the secondary battery welding system 100 according to an embodiment of the present invention is used.
  • welding the overlapped portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 by converting electrical energy into vibration energy.
  • the welding device 110 is for welding the overlapping portions of the electrode tab and the electrode lead, the power supply unit 111 for supplying electrical energy, the converter unit for converting the electrical energy supplied from the power supply unit 111 into vibration energy ( 112, and a welding part 113 for ultrasonically welding the overlapped portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 with the vibration energy converted by the converter part 112.
  • the welding portion 113 is an anvil 113a for supporting one side of the overlapped portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12, and presses the other surface, and at the same time, the electrode tab 11a with vibration energy.
  • the horn 113b for ultrasonically welding the overlapped portion of the electrode lead 12.
  • the welding apparatus 110 having such a configuration presses the overlapping portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 into the anvil 113a and the horn 113b of the welding portion 113. Then, the electrical energy is supplied to the horn 113b of the welding part 113 through the power supply 111. At this time, the electrical energy supplied to the horn 113b is converted into vibration energy while passing through the converter unit 112, and the horn 113b overlaps the electrode tab 11a and the electrode lead 12 through the vibration energy. Ultrasonic welding of the part.
  • the welding inspection device 120 is for inspecting the welding state of the electrode tab and the electrode lead welded by the welding device, in particular through the power value (P) and time taken (S) supplied to the welding device. The welding state of the electrode tab and the electrode lead is inspected in real time.
  • the welding inspection device 120 measures the power value (P) and the time taken (S) supplied to the welding device 110 to obtain a measurement welding data 121, the measurement unit 121
  • the welding state is compared with the measurement unit 122 which obtains the measurement welding waveform (A) from the measurement welding data obtained by the step S, and the measurement welding waveform (A) obtained by the measurement unit 122 and the normal welding waveform (B). It includes an inspection unit 123 for real-time inspection.
  • the measurement unit 121 measures the power welding value P and the predetermined time S supplied to the welding device 110 when the electrode tab 11a and the electrode lead 12 are welded to each other. Data).
  • the welding apparatus 110 takes a predetermined power value P and a predetermined time S to weld the overlapped portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12, and at this time, the measuring unit In operation 121, the power value P supplied to the welding apparatus 110 is continuously measured in predetermined time units S to obtain a plurality of measurement welding data Data.
  • the measurement unit 121 repeatedly measures the power value P supplied to the welding device 110 in units of 5 ms during welding of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 to 60 to 100. Measurement welding data (Data) can be obtained.
  • the measuring unit 121 measures the power value P of the electric energy supplied from the power supply unit 111 to the converter unit 112. That is, the measuring unit 121 measures the power value P of the electrical energy between the converter unit 112 in the power supply unit 111, which is a section where there is no loss of electrical energy, and thus more accurate power value (P). ) Can be measured.
  • the measurement unit 122 displays a waveform representing a relationship between the power value P and the time S taken by using the measurement welding data acquired by the measurement unit 121 in a graph.
  • the measurement unit 122 acquires the measurement welding data acquired by the measurement unit 121 in a graph in which the lower part represents the time taken and the upper part represents the power value P. Waveform can be displayed.
  • the measurement unit 122 continuously displays and displays 60 to 100 measurement welding data (y1, y2, y3 . yn) acquired by the measurement unit 121 in the graph. Connect the dots to obtain the measurement welding waveform (A).
  • the measurement welding waveform A may obtain a measurement welding waveform A1 having a larger width toward the power value P, or obtain a measurement welding waveform A2 having a larger width at the time S taken. have.
  • the inspection unit 123 compares the measurement welding waveform (A) and the normal welding waveform (B) shown in the graph in real time to check the weld failure.
  • the inspection unit 123 detects the normal state when the measurement welding waveform A shown in the graph is located within the set range of the normal welding waveform B, and detects the defect when the measurement welding waveform A is located outside the set range.
  • the inspection unit 123 may detect a defect by comparing the measured welding waveform shown in the graph with a normal welding waveform by using a statistical analysis solution, and also the welding energy and the welding time from the measured waveform. If it is within the set range, it is determined to be normal.
  • the inspection unit 123 detects an overweld failure when the measurement welding waveform is a waveform A1 having a larger width of the power value P and a shorter time S than the normal welding waveform B.
  • the measurement welding waveform is a waveform A2 having a smaller width of the power value P and a larger time S than the normal welding waveform B, the measurement welding waveform is detected as a poor welding.
  • the inspection unit 123 even if the measurement welding waveform (A) is located within the set range of the normal welding waveform (B), when a portion of the measurement welding waveform (A) has an irregular amplitude, such as wave form, sawtooth shape and uneven shape Defect can be detected.
  • the measurement unit 122 when the electrical energy supplied to the horn 113b of the welding unit 113 through the power supply 111 is irregularly supplied for a predetermined time, the measurement unit 122 has a waveform of a section in which the electrical energy is irregularly supplied.
  • the measurement welding waveform (A) having a certain amplitude (waveform, jagged and uneven form) is displayed, and when such a measurement welding waveform (A) occurs, the inspection unit 123 is a normal welding waveform (B). Even if located within the set range of), it is detected as a defect.
  • the welding inspection apparatus having such a configuration can easily check the current welding state of the electrode tab and the electrode lead only by the measurement welding waveform shown in the graph, and as a result, it can greatly reduce the time and manpower required for the welding inspection, It is possible to increase the reliability.
  • a welding step (S10) of welding the overlapping portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 to be connected the electrode Measuring step (S20) to obtain the measurement welding data (Data) by measuring the power value (P) and the time (S) supplied during the welding of the tab (11a) and the electrode lead 12, the measurement welding data
  • the measurement step (S30) By using the measurement step (S30) to display a waveform representing the relationship between the power value (P) and the time taken (S), and the measurement welding waveform (A) and the normal welding waveform (B) displayed on the graph It includes a test step (S40) for checking the welding state.
  • the welding step (S10) is welded so that the overlapping portion of the electrode tab (11a) and the electrode lead 12 by the welding device 110 is connected.
  • the welding part 113 press-fits the overlapping portions of the electrode tab 11a and the electrode lead 12 to the anvil 113a and the horn 113b.
  • the power supply unit 111 supplies electric energy to the horn 113b, wherein the electric energy of the power supply unit 111 is converted into vibration energy while passing through the converter unit 112, and the horn 113b.
  • the ultrasonic welding of the overlapping portion of the electrode tab (11a) and the electrode lead 12 through the vibration energy passed through the converter unit 112.
  • the measuring step (S20) is a power value (P) and the time (S) of the electrical energy supplied from the power supply unit 111 to the converter unit 112 through the measuring unit 121 of the welding inspection device 120 Measure the data to obtain the measurement welding data (Data). That is, the measurement unit 121 measures the power value P of the electric energy P supplied from the power supply unit 111 to the converter unit 5 ms when the electrode tab 11a and the electrode lead 12 are welded. Repeated measurement to obtain 60 ⁇ 100 measurement welding data (Data).
  • the measurement welding waveform A is obtained by displaying the measurement welding data Data obtained in the measurement step S20 on the graph through the measurement unit 122 of the welding inspection apparatus 120. That is, the measurement step (S30) is a measurement welding waveform by displaying and connecting the 60 ⁇ 100 measurement welding data (Data) obtained in the measurement step (S20) as y1, y2, y3 ; yn in the graph Obtain (A).
  • the inspection step (S40) is compared with the measurement welding waveform (A) of the measurement step (S30) displayed in the graph through the inspection unit 123 of the welding inspection device 120 in comparison with the normal welding waveform (B) displayed in advance Check in real time.
  • the inspection step S40 detects that the measurement welding waveform is over-welded if the width of the power value P is larger than the normal welding waveform and the width of the time S is short.
  • the waveform is a waveform A2 having a smaller width of the power value P and a larger width of the time S than the normal welding waveform, the waveform is detected as a weak welding defect.
  • the welding inspection method for a secondary battery can check the welding state in real time with only a measurement welding waveform indicating the supplied power value (P) and the time taken for welding (S). It can increase the reliability.
  • the welding inspection method for a secondary battery can easily check the welding state through the waveform representing the power value (P) and the time taken (S). It can be proved through the following experiment whether the confirmed weld state is correct.
  • FIG. 4 is a cross-sectional photograph of an electrode tab and an electrode lead inspected by normal welding in the present invention. That is, it can be seen that the peak shape between the electrode lead and the electrode tab is represented by a convex curve, and in particular, the gap between the electrode lead and the electrode tab is not visible.
  • FIG. 5 is a cross-sectional photograph of the electrode tab and the electrode lead inspected by over welding in the present invention. That is, it can be seen that the peak shape between the electrode lead and the electrode tab is large, and in particular, overwelding of the electrode tab occurs.
  • Figure 6 is a cross-sectional photograph of the electrode tab and electrode lead inspected by weak welding in the present invention. That is, it can be seen that the peak shape between the electrode lead and the electrode tab is small, and in particular, that the gap is confirmed between the electrode lead and the electrode tab is not welded.
  • the present invention can accurately inspect the welding state through a waveform indicating the power value (P) and the time (S) generated during welding through the above experiment.

Abstract

본 발명은 전기에너지로 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부분을 용접하는 용접장치의 용접 불량 여부를 검사하는 이차전지용 용접 검사장치로서, 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 상기 용접장치에 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정부; 상기 측정부에 의해 획득한 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측부; 및 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 용접 불량여부를 검사하는 검사부를 포함한다.

Description

이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2017년 05월 02일자 한국특허출원 제10-2017-0056171호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로서, 특히 용접시 발생하는 전력(P)과 시간(S)을 통해 용접상태를 실시간 검사하는 이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 이차전지는 전극탭을 구비한 전극조립체, 상기 전극탭에 결합되는 전극리드, 상기 전극리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함한다.
여기서 상기 전극탭과 상기 전극리드는 용접에 의해 결합되고, 특히 상기 전극탭과 상기 전극리드는 제품의 생산 과정에서 용접 상태에 대한 검사가 진행된다.
그러나 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접 상태에 대한 검사는 수작업에 의해 수행되며, 이에 따라 소요되는 인력 및 시간을 증가시킬 뿐만 아니라, 정밀한 검사가 어렵고, 용접 검사에 대한 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 용접시 발생하는 전력(P)과 시간(S)을 통해 용접상태를 실시간 검사하며, 이에 따라 정밀검사가 가능하고, 용접 후의 품질평가를 위해 소요되는 인력, 시간 및 비용을 크게 줄일 수 있으며, 그 결과 신뢰도를 높일 수 있는 이차전지의 용접 검사장치 및 검사방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사장치는 전기에너지로 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부분을 용접하는 용접장치의 용접 불량 여부를 검사하는 것으로, 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 상기 용접장치에 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정부; 상기 측정부에 의해 획득한 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측부; 및 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 용접 불량여부를 실시간 검사하는 검사부를 포함할 수 있다.
상기 측정부는 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 5ms 단위로 상기 용접장치에 공급된 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득할 수 있다.
상기 계측부는 상기 측정부에 의해 획득한 60~100개의 측정용접 데이터를 상기 그래프에 표시하고 연결하여 측정용접 파형을 획득할 수 있다.
상기 검사부는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형이 정상용접 파형의 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 검출하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출할 수 있다.
상기 검사부는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형일 경우 과용접 불량으로 검출할 수 있다.
상기 검사부는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형일 경우 약용접 불량으로 검출할 수 있다.
상기 용접장치는, 상기 전기에너지를 공급하는 전원부, 상기 전원부로부터 공급된 전기에너지를 진동에너지로 변환하는 컨버터부, 및 상기 컨버터부에 의해 변환된 진동에너지로 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹쳐진 부분을 초음파 용접하는 용접부를 포함하고, 상기 측정부는 상기 전원부에서 상기 컨버터부로 공급된 전기에너지의 전력값(P)를 측정할 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사장치를 통한 검사방법은 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부위가 연결되게 용접하는 용접단계(S10); 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정단계(S20); 상기 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측단계(S30); 및 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 불량여부를 실시간 검사하는 검사단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 측정단계(S20)는 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 5ms 단위로 상기 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득할 수 있다.
상기 계측단계(S30)는 상기 측정단계(S20)에서 획득한 60~100개의 측정용접 데이터를 그래프에 표시하고 연결하여 측정용접 파형을 획득할 수 있다.
상기 검사단계(S40)는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형이 정상용접 파형의 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 검출하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출할 수 있다.
상기 검사단계(S40)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형일 경우 과용접 불량으로 검출할 수 있다.
상기 검사단계(S40)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형일 경우 약용접 불량으로 검출할 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 본 발명의 이차전지용 용접 검사장치는 용접시 발생한 전력(P)과 시간(S)을 통해 측정용접 파형을 획득하고, 상기 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 용접 불량 여부를 간편하고 정확하게 실시간 검사할 수 있으며, 이에 따라 소요되는 인력과 시간을 크게 줄일 수 있고, 정밀한 검사가 가능하며, 그 결과 신뢰도를 높일 수 있다.
둘째: 본 발명의 이차전지용 용접 검사장치에서 측정부는 용접시 5ms 단위로 공급된 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득하며, 이에 따라 보다 정확한 측정용접 데이터를 얻을 수 있다.
셋째: 본 발명의 이차전지용 용접 검사장치에서 계측부는 측정부에 의해 획득한 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 연결하여 측정용접 파형을 획득하며, 이에 따라 상기 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비할 때보다 정확한 대비가 가능하고, 그 결과 용접상태를 정확하게 검사할 수 있다.
넷째: 본 발명의 이차전지용 용접 검사장치에서 측정부는 용접장치의 전원부에서 컨버터부로 공급되는 전기에너지의 전력값(P)을 측정하며, 이에 따라 정확한 전력값(P)을 측정할 수 있고, 그 결과 용접상태, 즉 정상 또는 불량 여부를 보다 정확히 실시간 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사장치의 측정용접 파형과 정상용접 파형을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에서 전극탭과 전극리드의 정상 용접 상태를 도시한 단면 사진.
도 5는 본 발명에서 전극탭과 전극리드의 과용접 상태를 도시한 단면 사진.
도 6은 본 발명에서 전극탭과 전극리드의 약용접 상태를 도시한 단면 사진.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이차전지(10)는 도 1을 참조하면, 전극탭(11a)을 구비한 전극조립체(11), 상기 전극탭(11a)에 결합되는 전극리드(12), 및 상기 전극리드(12)의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체(11)를 수용하는 케이스(미도시)를 포함한다.
여기서 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)는 용접하여 결합한 후, 용접 상태를 검사하게 되는데, 이때 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접시스템(100)을 사용한다.
[일실시예에 따른 이차전지용 용접시스템]
상기 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접시스템(100)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전기에너지를 진동에너지로 변환하여 전극탭(11a)과 전극리드(12)의 겹쳐진 부분을 용접하는 용접장치(110)와, 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 용접 부위의 용접상태(즉 정상용접, 과용접 및 약용접)를 실시간 검사하는 용접 검사장치(120)를 포함한다.
상기 용접장치(110)는 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부분을 용접하기 위한 것으로, 전기에너지를 공급하는 전원부(111), 상기 전원부(111)로부터 공급된 전기에너지를 진동에너지로 변환하는 컨버터부(112), 및 상기 컨버터부(112)에 의해 변환된 진동에너지로 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부분을 초음파 용접하는 용접부(113)를 포함한다.
여기서 상기 용접부(113)는 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부분 중 한쪽면을 지지하는 엔빌(113a)과, 다른쪽면을 가압함과 동시에 진동에너지로 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부분을 초음파 용접하는 혼(113b)을 포함한다.
이와 같은 구성을 가진 용접장치(110)는 용접부(113)의 엔빌(113a)과 혼(113b)으로 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부분을 압입한다. 그런 다음, 전원부(111)를 통해 상기 용접부(113)의 혼(113b)에 전기에너지를 공급한다. 이때 상기 혼(113b)에 공급되는 전기에너지는 컨버터부(112)를 통과하면서 진동에너지로 변환되고, 혼(113b)은 진동에너지를 통해 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부분을 초음파 용접한다.
상기 용접 검사장치(120)는 상기 용접장치에 의해 용접된 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접 상태를 검사하기 위한 것으로, 특히 용접장치에 공급되는 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 통해 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접 상태를 실시간 검사한다.
즉, 상기 용접 검사장치(120)는 상기 용접장치(110)에 공급되는 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터를 획득하는 측정부(121), 상기 측정부(121)에 의해 획득한 측정용접 데이터로 측정용접 파형(A)을 얻는 계측부(122), 및 상기 계측부(122)에 의해 얻은 측정용접 파형(A)과 정상용접 파형(B)을 대비하여 용접 상태를 실시간 검사하는 검사부(123)를 포함한다.
상기 측정부(121)는 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 용접시 상기 용접장치(110)에 공급된 전력값(P)과 소정시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득한다.
보다 상세히 설명하면, 용접장치(110)는 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 겹쳐진 부위를 용접하는데 소정의 전력값(P)과 소정 시간(S)이 소요되며, 이때 측정부(121)는 상기 용접장치(110)에 공급된 전력값(P)을 소정 시간(S) 단위로 연속 측정하여 복수개의 측정용접 데이터(Data)를 획득한다.
일례로, 상기 측정부(121)는 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 용접시 5ms 단위로 상기 용접장치(110)에 공급된 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득할 수 있다.
한편, 상기 측정부(121)는 상기 전원부(111)에서 상기 컨버터부(112)로 공급된 전기에너지의 전력값(P)를 측정한다. 즉, 측정부(121)는 전기에너지의 손실이 없는 구간인 상기 전원부(111)에서 상기 컨버터부(112) 사이의 전기에너지의 전력값(P)을 측정하며, 이에 따라 보다 정확한 전력값(P)을 측정할 수 있다.
상기 계측부(122)는 상기 측정부(121)에 의해 획득한 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시한다.
즉, 상기 계측부(122)는 도 2의 그래프를 참조하면, 하부는 걸린 시간(S)을 나타내고 상부는 전력값(P)을 나타내는 그래프에서 상기 측정부(121)에 의해 획득한 측정용접 데이터를 이용하여 파형을 표시할 수 있다.
일례로, 상기 계측부(122)는 상기 측정부(121)에 의해 획득한 60~100개의 측정용접 데이터(y1, y2, y3.....yn)를 상기 그래프에 연속하여 표시하고, 표시한 점을 연결하면 측정용접 파형(A)을 획득할 수 있다. 이때 측정용접 파형(A)은 전력값(P) 쪽의 폭이 큰 측정용접 파형(A1)을 획득할 수도 있고, 걸린 시간(S) 쪽의 폭이 큰 측정용접 파형(A2)을 획득할 수도 있다.
상기 검사부(123)는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형(A)과 정상용접 파형(B)을 대비하여 용접 불량여부를 실시간 검사한다.
즉, 검사부(123)는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형(A)이 정상용접 파형(B)의 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 검출하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출한다.
다시 말해, 상기 검사부(123)는 상기 그래프에 표시된 측정 용접 파형을 통계적 분석 해법(Solution)을 활용함에 따라 정상 용접 파형과 비교하여 불량을 검출할 수 있으며, 또한 측정된 파형으로부터 용접에너지와 용접시간을 계산하여 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 판정하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출할 수 있다.
일례로, 상기 검사부(123)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형(B) 보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형(A1)일 경우 과용접 불량으로 검출하고, 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형(B) 보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형(A2)일 경우 약용접 불량으로 검출한다.
한편, 검사부(123)는 측정용접 파형(A)이 정상용접 파형(B)의 설정된 범위 내에 위치하더라도 측정용접 파형(A) 중 일부가 물결형태, 톱니형태 및 요철 형태 등의 불규칙한 진폭이 발생할 경우 불량으로 검출할 수 있다.
예로, 상기 전원부(111)를 통해 상기 용접부(113)의 혼(113b)에 공급되는 전기에너지가 소정시간 불규칙적으로 공급될 경우 상기 계측부(122)는 상기 전기에너지가 불규칙적으로 공급되는 구간의 파형이 일정 진폭(물결형태, 톱니형태 및 요철 형태 중 하나의 형태)을 가진 측정용접 파형(A)을 표시하게 되며, 이와 같은 측정용접 파형(A)이 발생할 경우 검사부(123)는 정상용접 파형(B)의 설정된 범위 내에 위치하더라도 불량으로 검출한다. 이와 같은 구성을 가진 용접 검사장치는 그래프에 표시된 측정용접 파형만으로도 현재 전극탭과 전극리드의 용접 상태를 쉽게 확인할 수 있으며, 그 결과 용접검사에 소요되는 시간 및 인력을 크게 줄일 수 있고, 정밀한 검사가 가능하고, 신뢰도를 높일 수 있다.
[일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법]
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 전극탭(11a)과 전극리드(12)의 겹쳐진 부위가 연결되게 용접하는 용접단계(S10), 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 용접시 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정단계(S20), 상기 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측단계(S30), 및 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형(A)과 정상용접 파형(B)을 대비하여 용접상태를 검사하는 검사단계(S40)를 포함한다.
상기 용접단계(S10)는 용접장치(110)로 전극탭(11a)과 전극리드(12)의 겹쳐진 부위가 연결되게 용접한다. 보다 상세히 설명하면, 용접부(113)는 엔빌(113a)과 혼(113b)으로 전극탭(11a)과 전극리드(12)의 겹쳐진 부위를 압입한다. 이와 같은 상태로 전원부(111)는 상기 혼(113b)에 전기에너지를 공급하는데, 이때 상기 전원부(111)의 전기에너지는 컨버터부(112)를 통과하면서 진동에너지로 변환되고, 상기 혼(113b)은 컨버터부(112)를 통과한 진동에너지를 통해 전극탭(11a)과 전극리드(12)의 겹쳐진 부위를 초음파 용접한다.
상기 측정단계(S20)는 용접 검사장치(120)의 측정부(121)를 통해 상기 전원부(111)에서 상기 컨버터부(112)로 공급되는 전기에너지의 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득한다. 즉, 측정부(121)는 상기 전극탭(11a)과 상기 전극리드(12)의 용접시 상기 전원부(111)에서 상기 컨버터부(112)로 공급되는 전기에너지의 전력값(P)을 5ms 단위로 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득한다.
상기 계측단계(S30)는 용접 검사장치(120)의 계측부(122)를 통해 상기 측정단계(S20)에서 획득한 측정용접 데이터(Data)를 그래프에 표시하여 측정용접 파형(A)을 획득한다. 즉, 상기 계측단계(S30)는 상기 측정단계(S20)에서 획득한 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 그래프에 y1, y2, y3..... yn으로 표시하고 연결하여 측정용접 파형(A)을 획득한다.
상기 검사단계(S40)는 용접 검사장치(120)의 검사부(123)를 통해 그래프에 표시된 상기 계측단계(S30)의 측정용접 파형(A)과 미리 표시된 정상용접 파형(B)을 대비하여 불량여부를 실시간 검사한다.
즉, 검사단계(S40)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형(A1)일 경우 과용접 불량으로 검출하고, 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형(A2)일 경우 약용접 불량으로 검출한다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법은 공급된 전력값(P)과 용접에 걸린 시간(S)을 나타내는 측정용접 파형만으로도 용접상태를 실시간으로 확인할 수 있으며, 이에 정밀한 검사와 신뢰도를 높일 수 있다.
[실험예]
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 용접 검사방법은 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 나타내는 파형을 통해 용접상태를 손쉽게 확인할 수 있다. 이와 같은 확인된 용접 상태가 정확한지 하기 실험을 통해 증명할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 정상 용접으로 검사된 전극탭과 전극리드의 단면 사진이다. 즉 전극리드와 전극탭 사이의 피크(peak) 형상이 볼록한 곡선으로 표시되고, 특히 전극리드와 전극탭 사이의 틈새가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 과용접으로 검사된 전극탭과 전극리드의 단면 사진이다. 즉, 전극리드와 전극탭 사이의 피크(peak) 형상이 크고, 특히 상기 전극탭 쪽의 과용접이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에서 약용접으로 검사된 전극탭과 전극리드의 단면 사진이다. 즉, 전극리드와 전극탭 사이의 피크(peak) 형상이 작고, 특히 전극리드와 전극탭 사이에 틈새가 확인되는 것이 용접이 되지 않은 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 실험을 통해 용접시 발생한 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 나타내는 파형을 통해 용접상태를 정확히 검사할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

Claims (13)

  1. 전기에너지로 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부분을 용접하는 용접장치의 용접 불량 여부를 검사하는 이차전지용 용접 검사장치로서,
    상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 상기 용접장치에 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정부;
    상기 측정부에 의해 획득한 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측부; 및
    상기 그래프에 표시된 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 용접 불량여부를 실시간 검사하는 검사부를 포함하는 이차전지용 용접 검사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 5ms 단위로 상기 용접장치에 공급된 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 이차전지용 용접 검사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 계측부는 상기 측정부에 의해 획득한 60~100개의 측정용접 데이터를 상기 그래프에 표시하고 연결하여 측정용접 파형을 획득하는 이차전지용 용접 검사장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 검사부는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형이 정상용접 파형의 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 검출하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 검사부는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형일 경우 과용접 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 검사부는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형일 경우 약용접 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접장치는,
    상기 전기에너지를 공급하는 전원부, 상기 전원부로부터 공급된 전기에너지를 진동에너지로 변환하는 컨버터부, 및 상기 컨버터부에 의해 변환된 진동에너지로 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹쳐진 부분을 초음파 용접하는 용접부를 포함하고,
    상기 측정부는 상기 전원부에서 상기 컨버터부로 공급된 전기에너지의 전력값(P)를 측정하는 이차전지용 용접 검사장치.
  8. 전극탭과 전극리드의 겹쳐진 부위가 연결되게 용접하는 용접단계(S10);
    상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 공급된 전력값(P)과 걸린 시간(S)을 측정하여 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 측정단계(S20);
    상기 측정용접 데이터를 이용하여 전력값(P)과 걸린 시간(S)의 관계를 나타내는 파형을 그래프에 표시하는 계측단계(S30); 및
    상기 그래프에 표시된 측정용접 파형과 정상용접 파형을 대비하여 불량여부를 실시간 검사하는 검사단계(S40)를 포함하는 이차전지용 용접 검사방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 측정단계(S20)는 상기 전극탭과 상기 전극리드의 용접시 5ms 단위로 상기 전력값(P)을 반복 측정하여 60~100개의 측정용접 데이터(Data)를 획득하는 이차전지용 용접 검사방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 계측단계(S30)는 상기 측정단계(S20)에서 획득한 60~100개의 측정용접 데이터를 그래프에 표시하고 연결하여 측정용접 파형을 획득하는 이차전지용 용접 검사방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 검사단계(S40)는 상기 그래프에 표시된 측정용접 파형이 정상용접 파형의 설정된 범위 내에 위치하면 정상으로 검출하고, 설정된 범위 외에 위치하면 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 검사단계(S40)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 크고 시간(S)의 폭은 짧은 파형일 경우 과용접 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 검사단계(S40)는 상기 측정용접 파형이 정상용접 파형보다 전력값(P)의 폭은 작고 시간(S)의 폭은 큰 파형일 경우 약용접 불량으로 검출하는 이차전지용 용접 검사방법.
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