JP7374327B2 - ビッグデータ基盤の電池検査方法 - Google Patents

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Description

本願は、2020年2月25日付の大韓民国特許出願10-2020-0022634号に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、ビッグデータ基盤の電池検査方法に係り、具体的には、渦電流センサーで測定された電池の金属部分についての情報を判別関数に適用して金属部分に対する状態を迅速に検査するビッグデータ基盤の電池検査方法に関する。
一般的に、二次電池は、化学エネルギを電気エネルギーに変換する放電と、逆方向である充電過程と、を通じて繰り返し使用が可能な電池であり、その種類としては、ニッケルカドミウム(Ni-Cd)電池、ニッケル水素(Ni-MH)電池、リチウム金属電池、リチウムイオン(Li-ion)電池及びリチウムイオンポリマー電池(Li-ion Polymer Battery)などがある。このような二次電池のうち、高いエネルギー密度と電圧とを有し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が商用化されて広く使われている。
電池は、電池ケースに正極、負極及び分離膜で構成された電極組立体を内蔵する構造で設けられうる。電池は、電極集電体から突出した電極タップを電極リードに溶接して構成された電極端子を含みうる。
この際、二次電池のタップリードの連結領域で溶接などの工程が正常になされなければ、電流が非正常に流れるか、電池に加えられる衝撃または振動によって電気的連結が不安定になり、激しい場合、電極リードと電極タップとが分離される。
したがって、電池タップリード連結領域での物理的、電気的問題を迅速かつ正確に検査することができる方法が要求されている。
本発明は、ビッグデータ基盤の電池検査方法に関するものであって、具体的には、渦電流センサーで測定された電池の金属部分についての情報を判別関数に適用して金属部分に対する状態を迅速に検査するビッグデータ基盤の電池検査方法を提供することである。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、送信コイルに交流電流である入力電流を入力し、前記送信コイルから生成された1次磁場を電池金属部に照射して、前記電池金属部に渦電流を誘導する渦電流誘導段階、前記渦電流誘導段階で生成された前記渦電流によって生成された2次磁場を受信コイルに入力し、前記2次磁場によって前記受信コイルに生成された誘導起電力を測定する出力電圧測定段階、前記入力電流値及び前記出力電圧値に基づいてインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階、前記インピーダンス値から実数部と虚数部とを分離して判別関数に入力し、前記判別関数から判別値を出力するインピーダンス分析段階、及び前記インピーダンス分析段階で出力された判別値に基づいて、前記電池金属部の状態を判断する状態判断段階を含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、電池金属部を検査するためのものであって、具体的には、電極タップと電極リードとが連結される電池タップリードの連結領域での物理的及び電気的連結状態を非破壊検査装置である渦電流センサーの測定値を用いて正確で迅速に分析及び判断することができる。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、電池金属部に対する状態を正確で迅速に検査し、検査対象物体を破壊しないために、母集団に一部の個体のみ検査するサンプリング検査システムではない、量産ラインに適用されて電池に対する全数検査が可能である。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法を示すブロック図である。 本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法が適用される電池金属部を示す斜視図である。 単一周波数の入力電流で測定されたインピーダンス値と電池金属部の状態との相関関係を示すグラフである。 本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の検査結果を示すグラフである。 本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の検査結果を示すグラフである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、送信コイルに交流電流である入力電流を入力し、前記送信コイルから生成された1次磁場を電池金属部に照射して、前記電池金属部に渦電流を誘導する渦電流誘導段階、前記渦電流誘導段階で生成された前記渦電流によって生成された2次磁場を受信コイルに入力し、前記2次磁場によって前記受信コイルに生成された誘導起電力を測定する出力電圧測定段階、前記入力電流値及び前記出力電圧値に基づいてインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階、前記インピーダンス値から実数部と虚数部とを分離して判別関数に入力し、前記判別関数から判別値を出力するインピーダンス分析段階、及び前記インピーダンス分析段階で出力された判別値に基づいて、前記電池金属部の状態を判断する状態判断段階を含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記渦電流誘導段階で、前記入力電流は、それぞれ異なる設定周波数を有する複数の部分交流電流を含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、前記入力電流は、下記の数式1によって算出されるものである。
Figure 0007374327000001
Iは、前記入力電流であり、Nは、前記部分交流電流値の個数であり、IPnは、n番目の前記部分交流電流の振幅及び位相を示す複素数であり、fは、n番目の前記部分交流電流の設定周波数であり、tは、時間である。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記渦電流誘導段階で、前記送信コイルは、前記送信コイルの長手方向が前記電池金属部の表面に垂直な方向に配された状態で前記電池金属部の表面に前記1次磁場を照射するものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記出力電圧測定段階で、前記受信コイルは、前記受信コイルの長手方向が前記電池金属部の表面に垂直な方向になるように配されるものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記インピーダンス算出段階で、前記インピーダンスは、前記出力電圧値から前記入力電流値を割って算出されるものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、前記インピーダンスは、それぞれの前記設定周波数に対応する複数の部分インピーダンスを含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記インピーダンス分析段階で、前記判別関数は、複数設けられ、複数の前記判別関数に対するそれぞれの前記判別値は、下記の数式2によって算出されるものである。
Figure 0007374327000002
は、m番目の判別関数の判別値であり、Nは、前記設定周波数の個数であり、Rは、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの実数部であり、Xは、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの虚数部であり、Crm,nとCxm,nは、m番目の判別関数のn番目の設定周波数に対応する判別係数である。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、前記判別係数は、複数のサンプル電池金属部から測定されるサンプルインピーダンス値と、前記複数のサンプル電池金属部の状態情報値と、に基づいて算出されるものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、前記状態情報値は、サンプル電池金属部のΩ抵抗値、溶接厚さ、引張強度のうち少なくとも1つ以上の情報を含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記インピーダンス分析段階で1つの前記電池金属部ごとにm個の判別値が算出され、前記状態判断段階で、前記m個の判別値のうち少なくとも2つ以上の判別値を同時に考慮して、前記電池金属部の状態を判断するものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、前記状態判断段階は、前記m個の判別値のうち、2個の判別値を選択する判別値選択段階と、前記判別値選択段階で選択された判別値を各軸とする2次元の判別グラフを出力するグラフ出力段階と、前記グラフ出力段階で出力された前記判別グラフ上に前記電池金属部の判別値を座標で表示するデータマーキング段階と、を含むものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の前記グラフ出力段階で、前記判別グラフには、電池金属部の状態を示す複数の状態領域が表示されるものである。
以下、添付図面を参照して、本発明による実施例を詳しく説明する。この過程で図面に示された構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性と便宜上、誇張して示されうる。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は、ユーザ、運用者の意図または慣例によって変わりうる。このような用語に対する定義は、本明細書の全般に亘った内容に基づいて下されなければならない。
図1は、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法を示すブロック図である。図2は、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法が適用される電池金属部を示す斜視図である。図3は、単一周波数の入力電流で測定されたインピーダンス値と電池金属部の状態との相関関係を示すグラフである。図4及び図5は、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の検査結果を示すグラフである。
以下、図1ないし図5を参照して、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法について詳しく説明する。
図1に示したように、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、送信コイルに交流電流である入力電流を入力し、前記送信コイルから生成された1次磁場を電池金属部に照射して、前記電池金属部に渦電流を誘導する渦電流誘導段階(ステップS100)、前記渦電流誘導段階(ステップS100)で生成された前記渦電流によって生成された2次磁場を受信コイルに入力し、前記2次磁場によって前記受信コイルに生成された誘導起電力を測定する出力電圧測定段階(ステップS200)、前記入力電流値及び前記出力電圧値に基づいてインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階(ステップS300)、前記インピーダンス値から実数部と虚数部とを分離して判別関数に入力し、前記判別関数から判別値を出力するインピーダンス分析段階(ステップS400)、及び前記インピーダンス分析段階(ステップS400)で出力された判別値に基づいて、前記電池金属部の状態を判断する状態判断段階(ステップS500)を含みうる。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、電池に含まれる電池金属部を非破壊検査装置である渦電流センサーで測定し、渦電流センサーから測定されたインピーダンス値を判別関数に入力して迅速かつ正確に電池金属部の状態を検査するものである。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法で検査対象となる電池金属部は、電池に含まれる電極集電体、電極タップ11、電極リード12自体でもあり、電極集電体、電極タップ11、電極リード12が互いに連結される連結領域などでもある。具体的には、図2に示したように、電池金属部は、電極集電体から突出した電極タップ11と外部装置の電気端子に噛まれる電極リード12とが溶接などで互いに連結されるタップリード連結領域13である。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法で使われる渦電流センサーは、検査領域である電池金属部に交流磁場である1次磁場を照射する送信コイル、電池金属部に1次磁場によって生成された渦電流によって放射される2次磁場を受信されて起電力を生成する受信コイルを含みうる。送信コイルと受信コイルは、電池金属部に一定距離が離隔して非接触状態で配置される。送信コイル及び受信コイルは、円筒、四角柱、多角形柱などで設けられ、送信コイル及び受信コイルの長手方向に磁場が生成されるように電線が巻線された形態である。
渦電流誘導段階(ステップS100)で、入力電流は、それぞれ異なる設定周波数を有する複数の部分交流電流を含むものである。
図3は、単一周波数の入力電流で測定されたインピーダンス値と電池金属部の状態との相関関係を示すグラフであって、x軸は、引張強度値であり、y軸は、8500Hzでのインピーダンス値である。図3に示したように、単一周波数で測定されたインピーダンス値は、電池金属部の状態と直接的な関連性が不足であり、したがって、単一周波数のみでは、不良または定常状態を区分しにくい。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、渦電流誘導段階(ステップS100)で、それぞれ異なる設定周波数を有する複数の部分交流電流を含む入力電流を通じて電池金属部に渦電流を形成することにより、測定値で部分交流電流の個数ほどのインピーダンス値が得られ、電池金属部の正確な状態を判別することができる。
複数の部分交流電流のそれぞれの設定周波数は、100Hz~200kHzの帯域から選択されうる。設定周波数が200kHz以上である場合、検査対象となる電池金属部の表面のみに過度に強い渦電流が形成されて意味のないインピーダンス値が測定され、設定周波数が100Hz以下である場合、1次磁場が電池金属部の深い所まで浸透することができるが、当該深さから誘導される渦電流の密度が低くて受信コイルからノイズが測定される。したがって、設定周波数は、100Hz~200kHzの帯域から選択されることが望ましい。
部分交流電流の個数、すなわち、設定周波数の個数は、2~16個が望ましい。設定周波数の個数が過度に少なければ、検査の精度が落ち、逆に設定周波数の個数が過度に多ければ、結果算出に時間がかかるだけではなく、判別関数のマイニングにも多くのコストと時間とがかかり、周波数間に重複する測定結果を示すことができる。したがって、設定周波数の個数は、2~16個が望ましく、さらに望ましくは、設定周波数の個数が8個に設定されるものである。例えば、設定周波数は8個であって、それぞれの設定周波数は、6000Hz、6800Hz、7200Hz、7500Hz、8000Hz、8500Hz、9200Hz及び9700Hzに選択されうる。
渦電流誘導段階(ステップS100)で、送信コイルに入力電流として、部分交流電流は、順次にそれぞれ送信コイルに入力されることもあるが、部分交流電流がいずれも合算された値を入力電流として送信コイルに入力することができる。送信コイルに入力電流が入力されれば、入力電流を遮断しても、送信コイル、受信コイル、電池金属部などには励磁電流が残り、正確な検査のために、励磁電流が解消された後、再び入力電流を送信コイルに入力することが望ましい。したがって、部分交流電流を順次に送信コイルに入力する場合、部分交流電流の個数、すなわち、設定周波数の個数が多くなるほど検査に必要な時間も長くなるしかない。しかし、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法の渦電流誘導段階(ステップS100)では、送信コイルに部分交流電流がいずれも合算された値を入力電流として送信コイルに入力することにより、渦電流誘導段階(ステップS100)及び出力電圧測定段階(ステップS200)で必要な時間を節約することができる。すなわち、入力電流として、あらゆる部分交流電流が重なった値が送信コイルに入力されることが望ましい。
具体的に、入力電流として部分交流電流を合算した値を送信コイルに入力する場合、入力電流は、下記の数式3によって算出される。
Figure 0007374327000003
Iは、入力電流であり、Nは、部分交流電流値の個数であり、IPnは、n番目の部分交流電流の振幅及び位相を示す複素数であり、fは、n番目の部分交流電流の設定周波数であり、tは、時間である。Nは、部分交流電流値の個数であるために、設定周波数の個数でもあり、後述する部分インピーダンス値の個数でもある。
渦電流誘導段階(ステップS100)で、送信コイルは、送信コイルの長手方向が電池金属部の表面に垂直な方向に配された状態で電池金属部の表面に1次磁場を照射することができる。具体的に、送信コイルは、電池金属部の表面に垂直な方向に1次磁場を放射することができる。
出力電圧測定段階(ステップS200)で、受信コイルは、受信コイルの長手方向が電池金属部の表面に垂直な方向になるように配置される。具体的に、送信コイルは、電池金属部の表面で垂直な方向に放射される2次磁場を吸収して起電力を生産することができる。生成された起電力は、出力電圧値として測定される。
インピーダンス算出段階(ステップS300)で、インピーダンスは、出力電圧値から入力電流値を割って算出される。すなわち、インピーダンスは、下記の数式4によって算出される。
Figure 0007374327000004
Zは、インピーダンスであり、Vは、出力電圧である。ここで、出力電圧Vは、交流で出力される。
インピーダンス算出段階(ステップS300)で、インピーダンスは、それぞれの設定周波数に対応する複数の部分インピーダンスを含みうる。すなわち、部分インピーダンスは、設定周波数の個数ほど設けられうる。具体的に、インピーダンスは、あらゆる部分インピーダンスの和である。
すなわち、インピーダンスと部分インピーダンスとの関係は、下記の数式5で表現される。
Figure 0007374327000005
は、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの実数部であり、Xは、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの虚数部である。RとXは、実数である。
インピーダンス分析段階(ステップS400)で、判別関数は、複数設けられ、複数の判別関数に対するそれぞれの判別値は、下記の数式6によって算出される。
Figure 0007374327000006
は、m番目の判別関数の判別値であり、Nは、前記設定周波数の個数であり、Rは、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの実数部であり、Xは、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの虚数部であり、Crm,nとCxm,nは、m番目の判別関数のn番目の設定周波数に対応する判別係数である。判別係数は、実数である。本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法において、判別関数は、少なくとも2つ以上に設けられ、判別関数の出力値である判別値間の相関関係によって電池金属部の状態を判断することができる。判別関数は、数式6でのように線形関数で設けられうる。
判別係数は、複数のサンプル電池金属部から測定されるサンプルインピーダンス値と、複数のサンプル電池金属部の状態情報値と、に基づいて算出される。サンプル電池金属部は、検査対象となる電池とは別個にサンプル電池で設けられる電池の電池金属部である。
サンプルインピーダンス値は、サンプル電池金属部に対して前記の渦電流誘導段階(ステップS100)、出力電圧測定段階(ステップS200)及びインピーダンス算出段階(ステップS300)を行って得られるインピーダンス値である。
サンプル電池金属部の状態情報値は、サンプル電池金属部のΩ抵抗値、溶接厚さ、引張強度のうち少なくとも1つ以上の情報を含みうる。サンプル電池金属部の状態情報値は、サンプル電池金属部に対して抵抗センサー、引張強度測定装置などの計測器を通じて直接測定した物理量である。
判別関数は、サンプルインピーダンス値及び状態情報値に基づいてデータマイニング(data mining)され、データマイニングの結果によって判別係数の値がチューニングされる。
判別関数は、設定周波数の個数Nの6倍数以上のサンプル電池から抽出されたサンプルインピーダンス値及び状態情報値でデータマイニングされる。具体的に、判別関数は、統計プログラム(R、Mini tapなど)から導出された係数を適用する方式でデータマイニングされる。電池の実際の量産ラインで一般的にLot単位は、1万個以上であり、したがって、1万個以上のサンプル電池からインピーダンス情報を抽出することが理想的であるが、少なくとも設定周波数の個数Nの6倍数のサンプル電池に対するサンプルインピーダンス値及び状態情報値で判別関数がデータマイニングされれば、一定レベル以上の信頼度を判別関数は確保することができる。
インピーダンス分析段階(ステップS400)で1つの電池金属部ごとにm個の判別値が算出され、状態判断段階(ステップS500)で、m個の判別値のうち少なくとも2つ以上の判別値を同時に考慮して電池金属部の状態を判断することができる。具体的に、判断しようとする状態、例えば、溶接状態、通電状態などによって複数の判別値のうちから一部の判別値を選択し、判別値間の相関関係の分析を通じて電池金属部の状態を判断することができる。
具体的に、状態判断段階(ステップS500)は、m個の判別値のうち、2個の判別値を選択する判別値選択段階と、判別値選択段階で選択された判別値を各軸とする2次元の判別グラフを出力するグラフ出力段階と、グラフ出力段階で出力された判別グラフ上に電池金属部の判別値を座標で表示するデータマーキング段階と、を含みうる。すなわち、それぞれの電池金属部の状態が、2次元の判別グラフ上でそれぞれの座標を有して点として表示される。
グラフ出力段階で、判別グラフには、電池金属部の状態を示す複数の状態領域が表示される。したがって、電池金属部の状態座標が判別グラフ上で如何なる領域に表示されるかによって電池金属部の状態が判断される。状態領域は、判決値の相関関係によって決定される。
実施例1
25個の正常電池金属部と25個の不良電池金属部とに対して本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法を適用して検査を行った。
アルミニウム薄膜素材の電極タップ11とアルミニウム合金素材の電極リード12とが超音波で溶接されたタップリード連結領域13を渦電流探査装置で設定周波数がそれぞれ6000Hz、6800Hz、7200Hz、7500Hz、8000Hz、8500Hz、9200Hz及び9700Hzである8個の部分交流電流を合算した値を入力電流値として渦電流誘導段階(ステップS100)及び出力電圧測定段階(ステップS200)を行った。
判別関数は、50個のサンプル電池金属部から抽出されたサンプルインピーダンス値及び状態情報値でデータマイニングされたものであって、統計プログラムから導出された判別関数に対してインピーダンス分析段階(ステップS400)が行われ、そのうち、16個の判別値で状態判断段階(ステップS500)が行われた。
図4のグラフは、2個の判別値を各軸とする2次元判別グラフであり、丸で表示された座標が正常である電池金属部であり、四角で表示された座標が不良である電池金属部である。図4に示したように、正常である電池金属部と不良である電池金属部との座標が互いに分離されて、それぞれ密集されたことが見られる。
実施例2
弱溶接された電池10個、過溶接された電池10個及び正常溶接された電池10で、総30個の電池金属部に対して本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法を適用して検査を行った。
アルミニウム薄膜素材の電極タップ11とアルミニウム合金素材の電極リード12とが超音波で溶接されたタップリード連結領域13を渦電流探査装置で設定周波数がそれぞれ30kHz、50kHz、70kHz、90kHz、110kHz、130kHz、150kHz及び170kHzである8個の部分交流電流を合算した値を入力電流値として渦電流誘導段階(ステップS100)及び出力電圧測定段階(ステップS200)を行った。
判別関数は、30個のサンプル電池金属部から抽出されたサンプルインピーダンス値及び状態情報値でデータマイニングされたものであって、統計プログラム(R)から導出された判別関数に対してインピーダンス分析段階(ステップS400)が行われ、そのうち、32個の判別値で状態判断段階(ステップS500)が行われた。具体的には、8個の各部分入力電流値に対応するインピーダンスの実数値と虚数値とに対してそれぞれのLD1及びLD2が導出された。
図5のグラフは、2個の判別値を各軸とする2次元判別グラフであり、2次元判別グラフには、溶接状態を示す複数の状態領域を表示し、電池金属部の状態座標が状態領域にオーバーラップされてマーキングされた。図5に示したように、総30個の電池金属部に対して10個は弱溶接と判断され、10個は過溶接と判断され、10個は正常溶接と判断された。すなわち、本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、30個の電池いずれもに対して正確な検査結果を算出した。
以上、本発明による実施例が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これにより多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって決定されねばならない。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、電池金属部を検査するためのものであって、具体的には、電極タップと電極リードとが連結される電池タップリードの連結領域での物理的及び電気的連結状態を非破壊検査装置である渦電流センサーの測定値を用いて正確で迅速に分析及び判断することができる。
本発明のビッグデータ基盤の電池検査方法は、電池金属部に対する状態を正確で迅速に検査し、検査対象物体を破壊しないために、母集団に一部の個体のみ検査するサンプリング検査システムではない、量産ラインに適用されて電池に対する全数検査が可能である。
10 電池
11 電極タップ
12 電極リード
13 タップリード連結領域

Claims (9)

  1. 送信コイルに交流電流である入力電流を入力し、前記送信コイルから生成された1次磁場を電池金属部に照射して、前記電池金属部に渦電流を誘導する渦電流誘導段階と、
    前記渦電流誘導段階で生成された前記渦電流によって生成された2次磁場を受信コイルに入力し、前記2次磁場によって前記受信コイルに生成された誘導起電力を測定する出力電圧測定段階と、
    入力電流値及び出力電圧値に基づいてインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階と、
    インピーダンス値から実数部と虚数部とを分離して判別関数に入力し、前記判別関数から判別値を出力するインピーダンス分析段階と、
    前記インピーダンス分析段階で出力された前記判別値に基づいて、前記電池金属部の状態を判断する状態判断段階と、を含み、
    前記渦電流誘導段階で、
    前記入力電流は、それぞれ異なる設定周波数を有する複数の部分交流電流を含み、
    前記インピーダンス算出段階で、
    前記インピーダンスは、前記出力電圧値を前記入力電流値で割ることによって算出され、
    前記インピーダンスは、それぞれの前記設定周波数に対応する複数の部分インピーダンスを含み、
    前記インピーダンス分析段階で、
    前記判別関数は、複数設けられ、
    複数の前記判別関数に対するそれぞれの前記判別値は、下記の数式1によって算出される
    ビッグデータ基盤の電池検査方法。
    は、m番目の判別関数の判別値であり、Nは、前記設定周波数の個数であり、R は、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの実数部であり、X は、n番目の設定周波数に対応する部分インピーダンスの虚数部であり、Cr m,n とCx m,n は、m番目の判別関数のn番目の設定周波数に対応する判別係数である。
  2. 前記入力電流は、下記の数式2によって算出される、請求項1に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
    Iは、前記入力電流であり、Nは、部分交流電流値の個数であり、IPnは、n番目の前記部分交流電流の振幅及び位相を示す複素数であり、fは、n番目の前記部分交流電流の設定周波数であり、tは、時間である。
  3. 前記渦電流誘導段階で、
    前記送信コイルは、前記送信コイルの長手方向が前記電池金属部の表面に垂直な方向に配された状態で前記電池金属部の表面に前記1次磁場を照射する、請求項1又は2に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  4. 前記出力電圧測定段階で、
    前記受信コイルは、前記受信コイルの長手方向が前記電池金属部の表面に垂直な方向になるように配される、請求項1から3のいずれか一項に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  5. 前記判別係数は、複数のサンプル電池金属部から測定されるサンプルインピーダンス値と、前記複数のサンプル電池金属部の状態情報値と、に基づいて算出される、請求項1に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  6. 前記状態情報値は、サンプル電池金属部のΩ抵抗値、溶接厚さ、引張強度のうち少なくとも1つ以上の情報を含む、請求項5に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  7. 前記インピーダンス分析段階で1つの前記電池金属部ごとにm個の判別値が算出され、
    前記状態判断段階で、前記m個の判別値のうち少なくとも2つ以上の判別値を同時に考慮して、前記電池金属部の状態を判断する、請求項1、5及び6のいずれか一項に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  8. 前記状態判断段階は、
    前記m個の判別値のうち、2個の判別値を選択する判別値選択段階と、
    前記判別値選択段階で選択された判別値を各軸とする2次元の判別グラフを出力するグラフ出力段階と、
    前記グラフ出力段階で出力された前記判別グラフ上に前記電池金属部の判別値を座標で表示するデータマーキング段階と、を含む、請求項7に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
  9. 前記グラフ出力段階で、
    前記判別グラフには、前記電池金属部の状態を示す複数の状態領域が表示される、請求項8に記載のビッグデータ基盤の電池検査方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230058932A (ko) * 2021-10-25 2023-05-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전지셀의 전극 탭 단선 검사장치
KR20230140482A (ko) * 2022-03-22 2023-10-06 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 셀에서의 리튬 석출 검사 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060109003A1 (en) 2004-10-06 2006-05-25 Ener1 Group, Inc. Method and apparatus for eddy current-based quality inspection of dry electrode structure

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5553469U (ja) * 1978-10-04 1980-04-10
US5453689A (en) * 1991-12-06 1995-09-26 Massachusetts Institute Of Technology Magnetometer having periodic winding structure and material property estimator
DE4201502C2 (de) * 1992-01-21 1995-12-14 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur elektrischen Wirbelstromprüfung
US6285185B1 (en) * 1992-07-22 2001-09-04 U.S. Philips Corporation Apparatus and method for determining the type of a battery or accumulator by use of magnetic fields
KR101104884B1 (ko) * 2010-02-26 2012-01-17 한국수력원자력 주식회사 와전류 검사 장치 및 와전류 처리 방법
US8928316B2 (en) * 2010-11-16 2015-01-06 Jentek Sensors, Inc. Method and apparatus for non-destructive evaluation of materials
KR20170141400A (ko) * 2016-06-15 2017-12-26 자동차부품연구원 고전압 배터리 팩의 임피던스 측정 장치
KR102255489B1 (ko) * 2017-11-09 2021-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법
KR102136982B1 (ko) * 2018-06-14 2020-07-23 전남대학교산학협력단 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치 및 제어방법
KR102151175B1 (ko) * 2018-07-06 2020-09-03 주식회사 정안시스템 파우치형 2차전지의 전극손상위치 검사방법
KR102086434B1 (ko) 2018-08-23 2020-03-09 주식회사 만도 전원 인터페이스 장치, 전원 장치, 센서 장치, 조향 장치 및 조향 방법
KR102023739B1 (ko) * 2019-04-17 2019-09-20 주식회사 엘지화학 와전류를 이용한 전지셀 내부의 균열 검사 방법 및 검사 장치
DE102019219743A1 (de) * 2019-12-16 2021-06-17 PLR Prüftechnik Linke & Rühe GmbH Verfahren zur Charakterisierung einer Schweißnaht

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060109003A1 (en) 2004-10-06 2006-05-25 Ener1 Group, Inc. Method and apparatus for eddy current-based quality inspection of dry electrode structure

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