CN114096799A - 用于测量单元电池的厚度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于测量单元电池的厚度的设备包括：多个传送辊，配置为顺序地传送单元电池并且设置为彼此间隔开预定距离；和厚度传感器，设置在固定位置处，以向单元电池的移动路径照射光并且计算接收反射光时的时间，从而测量每个单元电池的厚度。根据本发明的用于测量单元电池的厚度的方法包括：单元电池传送步骤(S1)，通过彼此隔开预定距离的多个传送辊传送单元电池；距离测量步骤(S2)，通过上厚度传感器向单元电池的顶表面照射光并且通过下厚度传感器向单元电池的底表面照射光，以计算接收反射光时的时间，从而测量上厚度传感器与单元电池的顶表面之间的距离以及下厚度传感器与单元电池的底表面之间的距离；和厚度计算步骤(S3)，从上厚度传感器与下厚度传感器之间的距离减去上厚度传感器与单元电池的顶表面之间的距离的测量值以及下厚度传感器与单元电池的底表面之间的距离的测量值来计算单元电池的厚度。

Description

用于测量单元电池的厚度的设备和方法

技术领域

本申请要求于2019年8月27日提交的韩国专利申请第10-2019-0105416号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请整体结合在此。

本发明涉及一种用于测量单元电池的厚度的设备和方法，更具体地，涉及一种在传送单元电池期间发射光以实时测量厚度的用于测量单元电池的厚度的设备和方法。

背景技术

在移动装置、电动车辆等领域中，对高效率二次电池的需求迅速增加。然而，在二次电池之中，具有高能量密度和低自放电特性并且能够保持相对高电压的锂二次电池已经商业化并且被广泛使用，并且已积极进行了用于提高锂二次电池的性能的研究和发展。

二次电池具有电极组件和电解质内置在诸如罐和袋之类的壳体内的结构。电极组件具有正极、隔膜和负极重复堆叠的结构，电极组件通常分为果冻卷型和堆叠型。在果冻卷型中，正极、隔膜和负极被堆叠和卷绕，然后内置在壳体内。在堆叠型中，正极、隔膜和负极被切割成一定尺寸并进行堆叠。

果冻卷型电极组件具有螺旋卷绕的结构并且适于安装到圆柱形电池，然而对棱柱型电池或袋型电池来说具有空间利用率方面的缺点。相比之下，堆叠型电极组件的尺寸可在切割电极和隔膜时进行调整，因而容易获得适于壳体的棱柱形状。然而，堆叠型电极组件制造复杂并且相对容易受到外部冲击影响。

此外，为了结合果冻卷型和堆叠型的优点，已经开发了堆叠和折叠(Stack&Folding)工艺。在堆叠和折叠工艺中，制造双电池(具有正极/隔膜/负极的堆叠结构，其中堆叠在最上端的电极与堆叠在最下端的电极相同)和/或半电池(具有正极/隔膜/负极的堆叠结构，其中堆叠在最上端的电极与堆叠在最下端的电极不同)来作为具有适当尺寸的单元电池。然后，将单元电池彼此间隔开布置在折叠隔离膜上，并且将折叠隔离膜折叠，以制造电极组件。

通过堆叠和折叠工艺制造的电极组件在高稳定性和空间利用率方面具有优点。然而，在将单元电池放置在折叠隔离膜上时单元电池稍微未对齐(alignment)或被损坏的情况下，电极组件中出现缺陷的可能性增加。

特别是，甚至堆叠在电极组件中的一个单元电池存在缺陷，则整个电极组件是有缺陷的。因而，在将单元电池放置在折叠隔离膜上之前，必须选出有缺陷的单元电池。

在此，在将制造单元电池时堆叠的电极和隔膜结合的层压工序之后，可通过厚度测量来预测在堆叠的电极中是否发生异常或者在堆叠时电极或隔膜是否被折叠。

然而，根据相关技术，在收集单元电池的样品之后，通过测量装置测量厚度。但是，难以通过该样品检查方法仅选出有缺陷的产品。此外，由于层压工序具有很快的生产速度，所以难以应用通过物理接触来测量厚度的根据相关技术的测量方法。

因此，需要一种可在层压工序之后单元电池移动到后续工序期间快速测量各个单元电池的厚度的测量设备和测量方法。

发明内容

技术问题

因此，为了满足上述技术需求，本发明的主要目的是提供一种可在不用物理接触的情况下连续测量单元电池的厚度的用于测量单元电池的厚度的设备和方法。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种在单元电池连续移动期间实时测量单元电池的厚度的设备和方法。

根据本发明的用于测量单元电池厚度的方法包括：单元电池传送步骤(S1)，通过彼此隔开预定距离的多个传送辊传送单元电池；距离测量步骤(S2)，通过上厚度传感器向所述单元电池的顶表面照射光并且通过下厚度传感器向所述单元电池的底表面照射光，以计算接收反射光时的时间，从而测量所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的距离以及所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的距离；和厚度计算步骤(S3)，从所述上厚度传感器与所述下厚度传感器之间的距离减去所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的所述距离的测量值以及所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的所述距离的测量值来计算所述单元电池的厚度。

所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个在从所述单元电池的一端到另一端的至少两个点处执行测量，从而在所述单元电池移动期间测量厚度的变化。

此外，所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个即使在相邻单元电池从其经过期间也连续照射光，以测量没有光反射的时间，从而测量相邻单元电池之间的距离。

此外，能够通过上述方法测量单元电池的厚度的设备包括：多个传送辊，所述多个传送辊配置为顺序地传送单元电池并且设置为彼此间隔开预定距离；和厚度传感器，所述厚度传感器设置在固定位置处，以向所述单元电池的移动路径照射光并且计算接收反射光时的时间，从而测量每个单元电池的厚度。

所述厚度传感器包括：上厚度传感器，所述上厚度传感器设置在所述传送辊上方，以向在所述传送辊之间经过的所述单元电池的顶表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距所述单元电池的距离；下厚度传感器，所述下厚度传感器设置在所述传送辊下方，以向在彼此相邻的所述传送辊之间经过的所述单元电池的底表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距所述单元电池的距离；和控制器，所述控制器配置为接收由所述上厚度传感器测量的值和由所述下厚度传感器测量的值，以计算所述单元电池的厚度。

所述控制器通过从所述上厚度传感器与所述下厚度传感器之间的距离减去所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的距离和所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的距离之和来计算所述单元电池的厚度。

所述上厚度传感器和所述下厚度传感器上下设置以与所述传送辊布置的方向垂直。因而，所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个可在从所述单元电池的一端到另一端的至少两个点处执行测量，从而在所述单元电池移动期间连续测量厚度的变化。

此外，所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个可在相邻单元电池从其经过期间连续(或在短时间段内重复多次)照射光。

在此，本发明的厚度测量设备可进一步包括视觉装置，所述视觉装置设置在与所述厚度传感器间隔开预定距离的固定位置处并且光学识别所述单元电池的形式和形状。

有益效果

在具有上述结构的本发明中，可在单元电池移动期间实时测量各个单元电池的厚度，因而可分选出有缺陷的单元电池。因此，可减小其中堆叠有单元电池的电极组件的故障率。

此外，在本发明中，可在单元电池移动期间在单元电池的整个长度上测量厚度的变化，因而可快速识别出有缺陷的单元电池。

此外，在本发明中，可实时识别相邻单元电池之间的距离，因而可更有效且快速地执行放置后续单元电池的工序。

在本发明的设备和方法中，使用光的照射来测量单元电池的厚度，因而可高度精确地测量厚度，而不受诸如热量和水分之类的外部因素的影响。

附图说明

图1是图解根据本发明第一实施方式的用于测量厚度的方法的顺序的流程图。

图2是根据本发明第二实施方式的用于测量厚度的设备的示意图。

图3是图解两端具有不同厚度的单元电池的侧表面的侧视图。

图4是图解在移动期间相邻单元电池之间的距离I的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述根据本发明，使得本发明所属领域的技术人员能够容易实施本发明。然而，本发明可以以诸多不同形式实施，并且不限于在此阐述的实施方式。

将省略与描述无关的部分，以便清楚地描述本发明，并且在整个申请中给相同或者相似的元件附加相同的参考符号。

此外，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而是应基于发明人能够适当定义术语概念从而以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则来解释为符合本发明的范围的含义和概念。

本发明涉及一种用于在单元电池连续移动期间实时测量单元电池的厚度的设备和方法。下文中，将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。

第一实施方式

在本发明中，作为第一实施方式，提供一种用于测量单元电池10的厚度的方法。如图1中所示，其示出了根据本发明的第一实施方式的用于测量厚度的方法的顺序，本发明的测量方法的特征在于，在单元电池10传送期间测量从固定位置到单元电池10的距离的变化来测量单元电池10的厚度。

参照图2，其示意性示出了本发明的厚度测量设备，描述了本发明的单元电池10的厚度测量。当通过彼此间隔开预定距离而并排设置的传送辊20传送单元电池10时，从每个单元电池10的上侧和下侧向单元电池10的上表面和下表面照射光，并且测量反射光的移动时间来测量厚度。

更具体地，该实施方式包括单元电池传送步骤(S1)、距离测量步骤(S2)和厚度计算步骤(S3)。

在单元电池传送步骤(S1)期间，多个传送辊20在并排布置的同时旋转，并且以恒定速度(或变慢或变快)将单元电池10从之前的生产工序连续传送到后续的生产工序。在此，单元电池10设置成在彼此间隔开预定距离的同时进行移动。传送辊20具有相同的尺寸并且彼此间隔开适当距离，以使得在移动的同时抑制单元电池10的垂直移动，并且传送辊20配置为使得可单独地或者同时整体地控制旋转速度。

此外，在传送辊20之间的一个点的上侧和下侧分别设置上厚度传感器40和下厚度传感器50。上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个包括用于照射光的光发射部和用于接收从光发射部照射并被反射的光的光接收部，并且可配置为测量照射光的时间与接收光的时间之间的差。在此，下厚度传感器50位于可在传送辊20之间发射和接收光的位置，并且上厚度传感器40沿垂直方向设置在下厚度传感器50正上方。

因此，在距离测量步骤(S2)期间，上厚度传感器40的光发射部向单元电池10的顶表面照射光，然后计算接收光时的时间，从而测量上厚度传感器40与单元电池10的顶表面之间的距离A。此外，下厚度传感器50的光发射部向单元电池10的底表面照射光，然后计算接收光时的时间，从而测量下厚度传感器50与单元电池10的底表面之间的距离B。

此外，由上厚度传感器40和下厚度传感器50测量的距离A和B的测量值被传送到控制器60。在厚度计算步骤(S3)中，控制器60通过从上厚度传感器40与下厚度传感器50之间的距离D减去上厚度传感器40与单元电池10的顶表面之间的距离A的测量值以及下厚度传感器50与单元电池10的底表面之间的距离B的测量值来计算单元电池10的厚度。

在此，在被测量厚度的单元电池10在上厚度传感器40与下厚度传感器50之间经过期间，从单元电池10进入上厚度传感器40与下厚度传感器50之间的时刻起到单元电池10离开上厚度传感器40与下厚度传感器50之间的时刻，可重复多次距离测量步骤(S2)和厚度计算步骤(S3)。因而，可测量单元电池10的厚度的变化。

就是说，如图3中所示，其示出了其两端具有不同厚度的单元电池10的侧视图，当在之前的制造工序期间在单元电池10中堆叠的电极或隔膜中出现缺陷时或者在堆叠时发生折叠故障时，单元电池10在两侧的厚度会不一致。

在此，在本发明中，在单元电池10在上厚度传感器40与下厚度传感器50之间经过期间，可在彼此间隔开的至少两个点处分别测量厚度，以确定是否发生故障。

例如，当在特定点处测量A1和B1并且计算厚度为T1，而在另一点处测量A2和B2并且计算厚度为T2时，可确定单元电池10的平坦度(Flatness)较差，如图3中所示。具有这种缺陷的单元电池10可在到达目的地之前从传送辊20移除。

当在单元电池10经过期间增加测量点的数量时，可更精确地找出单元电池10的厚度的变化。因而，在本发明的测量方法中，在单元电池10移动期间上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个连续并重复地照射和接收光，因而可实时测量从单元电池10的一端到另一端的厚度的变化。

此外，在被测量了厚度的该单元电池10经过之后一直到下一个单元电池10到达为止，就是说，在相邻单元电池10经过期间，上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个可连续照射光。在此，由于照射的光未被单元电池10反射，所以没有接收到光。因而，可测量没有光反射的时间，从而计算相邻单元电池10之间的距离。

就是说，如图4中所示，其示出了在移动期间相邻单元电池之间的距离I，上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个在发射光之后可在光接收结束的时刻检测出单元电池10的离开，并且可在再次接收到光时检测出下一个单元电池10的到达。在此，基于传送辊20的旋转速度的单元电池的移动速度V是恒定值，因而当测量到光反射(光接收)停止的时间T时，可通过I＝V×T来计算相邻单元电池10之间的距离I。

作为参考，下厚度传感器50可能会接收从上厚度传感器40发射的光并且将其识别为单元电池10经过。为了防止上述现象，上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个可发射和接收具有不同特性的光(例如，具有不同波长的光)。理想的是配置为使得不接收具有不同特性的光或配置为能够确定光是否为反射光。

第二实施方式

此外，在本发明中，作为第二实施方式，提供一种可通过根据第一实施方式的测量方法来测量单元电池10的厚度的用于单元电池10的厚度测量设备。

在该实施方式中，厚度测量设备包括：多个传送辊20，多个传送辊20顺序地传送单元电池10并且彼此间隔开预定距离；和厚度传感器，厚度传感器设置在固定位置，以向单元电池10的移动路径照射光并且计算接收反射光时的时间，从而测量每个单元电池10的厚度。

厚度传感器包括：上厚度传感器40，上厚度传感器40设置在传送辊20上方，以向在传送辊20之间经过的单元电池10的顶表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距单元电池10的距离；以及下厚度传感器50，下厚度传感器50设置在传送辊20下方，以向在彼此相邻的传送辊20之间经过的单元电池10的底表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距单元电池10的距离。此外，厚度传感器包括控制器60，控制器60接收由上厚度传感器40测量的值和由下厚度传感器50测量的值，以计算单元电池10的厚度。

控制器60配置为将数据传送到上厚度传感器40和下厚度传感器50以及从上厚度传感器40和下厚度传感器50接收数据，并且可控制上厚度传感器40和下厚度传感器50的操作(发光周期、光强度调节等)。控制器60可通过从上厚度传感器40与下厚度传感器50之间的距离D减去上厚度传感器40与单元电池10的顶表面之间的距离A和下厚度传感器50与单元电池10的底表面之间的距离B之和(A+B)来计算单元电池的厚度T。

在此，上厚度传感器40和下厚度传感器50上下设置以与传送辊20布置的方向垂直，因而在单元电池10移动期间，上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个可在单元电池10的特定点上方或下方执行测量。

上厚度传感器40和下厚度传感器50可在单元电池10经过期间通过不止一次而是多次照射和接收光来测量多个点处的厚度。因此，可进一步精确地测量从单元电池10的一端到另一端的厚度的变化。

此外，上厚度传感器40和下厚度传感器50的每一个可在相邻单元电池10经过期间也连续或在短时间段内重复照射光，从而测量相邻单元电池10之间的距离。

在此，本发明的厚度测量设备可进一步包括视觉装置70a和70b，视觉装置70a和70b设置在与厚度传感器间隔开预定距离的固定位置处并且光学识别单元电池10的形式和形状。

视觉装置70a和70b分别设置在传送辊20上方和下方，从而光学检测单元电池10放置在传送辊20上的角度和取向，并且提供信息，以使得在通过传送辊20传送到下一工序之前通过其他校正装置校正单元电池的取向和角度。

在具有上述结构的本发明中，可在单元电池移动期间实时测量各个单元电池10的厚度，因而可减小通过堆叠单元电池10而制造的电极组件的故障率。

此外，在本发明中，可在单元电池10移动期间在单元电池10的整个长度上测量厚度的变化，因而可快速识别出有缺陷的单元电池10。

此外，在本发明中，由于可实时识别相邻单元电池10之间的距离，因而可更有效且快速地执行放置后续单元电池10的工序。

在本发明的设备和方法中，使用光的照射来测量单元电池10的厚度，因而可高度精确地测量厚度，而不受诸如热量和水分之类的外部因素的影响。

尽管通过具体实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，在本发明的技术构思和所附权利要求的等同范围内，本发明所属领域的技术人员可做出各种改变和修改。

[符号说明]

10：单元电池

20：传送辊

40：上厚度传感器

50：下厚度传感器

60：控制器

70a、70b：视觉装置。

Claims (10)

1.一种用于测量单元电池的厚度的设备，所述设备包括：

多个传送辊，所述多个传送辊配置为顺序地传送单元电池并且设置为彼此间隔开预定距离；和

厚度传感器，所述厚度传感器设置在固定位置处，以向所述单元电池的移动路径照射光并且计算接收反射光时的时间，从而测量每个单元电池的厚度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述厚度传感器包括：

上厚度传感器，所述上厚度传感器设置在所述传送辊上方，以向在所述传送辊之间经过的所述单元电池的顶表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距所述单元电池的距离；

下厚度传感器，所述下厚度传感器设置在所述传送辊下方，以向在彼此相邻的所述传送辊之间经过的所述单元电池的底表面上照射光，并且计算接收反射光时的时间，从而测量距所述单元电池的距离；和

控制器，所述控制器配置为接收由所述上厚度传感器测量的值和由所述下厚度传感器测量的值，以计算所述单元电池的厚度。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器通过从所述上厚度传感器与所述下厚度传感器之间的距离减去所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的距离和所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的距离之和来计算所述单元电池的厚度。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述上厚度传感器和所述下厚度传感器上下设置以与所述传送辊布置的方向垂直。

5.根据权利要求2所述的设备，其中所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个在从所述单元电池的一端到另一端的至少两个点处执行测量，从而在所述单元电池移动期间测量厚度的变化。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个在相邻单元电池从其经过期间连续照射光。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括视觉装置，所述视觉装置设置在与所述厚度传感器间隔开预定距离的固定位置处并且光学识别所述单元电池的形式和形状。

8.一种用于测量单元电池的厚度的方法，所述方法包括：

单元电池传送步骤(S1)，通过彼此隔开预定距离的多个传送辊传送单元电池；

距离测量步骤(S2)，通过上厚度传感器向所述单元电池的顶表面照射光并且通过下厚度传感器向所述单元电池的底表面照射光，以计算接收反射光时的时间，从而测量所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的距离以及所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的距离；和

厚度计算步骤(S3)，从所述上厚度传感器与所述下厚度传感器之间的距离减去所述上厚度传感器与所述单元电池的顶表面之间的所述距离的测量值以及所述下厚度传感器与所述单元电池的底表面之间的所述距离的测量值来计算所述单元电池的厚度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个在从所述单元电池的一端到另一端的至少两个点处执行测量，从而在所述单元电池移动期间测量厚度的变化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述上厚度传感器和所述下厚度传感器的每一个即使在相邻单元电池从其经过期间也连续照射光，以测量没有光反射的时间，从而测量相邻单元电池之间的距离。

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