JP2024509463A - ボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法 - Google Patents

Abstract

本発明はボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法に関するものであり、具体的には、複数の電池セルを収納した電池モジュールを移送する移送部と、前記電池モジュールの上面をスキャンする熱画像検査部と、前記電池モジュールに形成されたボンディングボールにせん断力を加えるせん断検査部とを含むことを特徴とするボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法に関するものである。

Description

本出願は２０２１年１２月１日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６９９５０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。

本発明はボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法に関するものであり、具体的には、ボンディング状態検査を自動化して連続的に遂行することで、作業効率を向上させることができるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法に関するものである。

最近、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車動車などに使用されるなど、日常生活に密接に使われている。

現代社会で必要不可欠に使われている各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結するバッテリーモジュール、またこのようなバッテリーモジュールを多数備えたバッテリーパックが使われる。

一方、二次電池は優れた電気的特性を有しているが、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態で電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応が起こって熱及びガスが発生し、これにより発生した熱及びガスによって隣接した電池セルに影響を及ぼして追加的な２次被害をもたらす問題点がある。

このような理由で、製造工程中に二次電池に対する安全性を向上させ、不良発生を減らすために、二次電池のボンディング状態を検査し、正確でありながら工程効率を向上させることができる検査が要求されている。

従来技術によるボンディング状態検査は、バッテリーモジュールまたはバッテリーパックにおいて電池セルの間にワイヤボンディングして電気的に連結し、熱画像検査によってボンディング状態の良否を判断している。

また、熱画像検査を遂行した結果、不良と判定されるボンディングの場合、次の工程で作業者が直接ボンディング位置を確認している。このような場合、バッテリーモジュールまたはバッテリーパックに収納された電池セルの数が多くなるほど作業者が直接確認することが難しく、これにより作業者の疲労度が累積し、信頼性及び正確性が落ちるという問題点がある。

韓国公開特許第１０－２０２１－００６５２９７号公報

前記のような問題点を解決するために、本発明は、ボンディング状態検査工程を自動化して正確性及び信頼性を向上させることができるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、熱画像検査の後、ボンディングボールにせん断力を加えて不良を確認する検査を連続的に遂行して工程効率を向上させることができるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために本発明によるボンディング状態検査装置は、複数の電池セルを収納した電池モジュール（Ｍ）を移送する移送部（１００）と、前記電池モジュール（Ｍ）の上面をスキャンする熱画像検査部（２００）と、前記電池モジュール（Ｍ）に形成されたボンディングボール（Ｂ）にせん断力を加えるせん断検査部（３００）と、を含むことを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記移送部（１００）は、前記電池モジュール（Ｍ）を移送する第１移送ローラー（１１０）と、前記第１移送ローラー（１１０）上で移送される前記電池モジュール（Ｍ）の移動方向を転換する第２移送ローラー（１２０）と、前記第２移送ローラー（１２０）によって移送された前記電池モジュール（Ｍ）が着座する移送台車（１３０）と、を含むことを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記第１移送ローラー（１１０）の移送方向と前記第２移送ローラー（１２０）の移送方向とは互いに垂直方向であることを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記熱画像検査部（２００）は、熱画像カメラを含む撮影部（２１０）と、前記撮影部（２１０）から所定の距離だけ離隔して位置する照明部（２２０）と、を含むことを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記せん断検査部（３００）は、所定の長さを有する移動軸（３１０）と、前記移動軸（３１０）の下部に位置する胴体部（３２０）と、前記胴体部（３２０）の下面に備えられる検査チップ（３３０）と、前記胴体部（３２０）の側面に備えられる変位センサー（３４０）と、を含むことを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記移動軸（３１０）は、前記電池モジュール（Ｍ）の移送方向に垂直な方向に所定の長さを有するように位置することを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記移動軸（３１０）は前記電池モジュール（Ｍ）の移送方向に平行な方向及び垂直な方向に移動することができ、前記胴体部（３２０）は前記移動軸（３１０）の長手方向に移動することができることを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記検査チップ（３３０）は絶縁金属素材からなることを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査装置において、前記検査チップ（３３０）は、下部に所定の角度に傾いた傾斜部（３３１）が形成されていることを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査方法は、電池モジュール（Ｍ）を移送する第１段階と、前記電池モジュール（Ｍ）の上面を熱画像検査部（２００）で検査する第２段階と、前記熱画像検査部（２００）による検査の後、不良と判定された位置にせん断検査部（３００）の検査チップ３３０を位置させる第３段階と、前記検査チップ（３３０）でボンディングボール（Ｂ）にせん断力を加える第４段階と、前記ボンディングボール（Ｂ）が正常の場合、前記電池モジュール（Ｍ）を第１移送ローラー（１１０）に沿って移送させ、前記ボンディングボール（Ｂ）が不良の場合、第２移送ローラー（１２０）によって除去する第５段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によるボンディング状態検査方法は、前記第２段階に先立ち、前記電池モジュール（Ｍ）の充放電を遂行する段階をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査方法は、前記第３段階では、前記検査チップ（３３０）は前記ボンディングボール（Ｂ）の側部に所定の距離だけ離隔して位置することを特徴とする。

また、本発明によるボンディング状態検査方法は、前記第４段階では、せん断力を前記ボンディングボール（Ｂ）の側面に加えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法によれば、熱画像検査部による１次検査とせん断検査部による２次検査とを連続的に遂行して工程効率を向上させるという利点がある。

また、本発明によるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法によれば、ボンディング状態検査を遂行する過程を装置によって自動化して正確性を向上させ、工程時間を減らすという利点がある。

本発明の好適な第１実施例によるボンディング状態検査装置を示す斜視図である。 本発明の好適な第１実施例によるせん断検査部を正面から見た平面図である。 本発明の好適な第１実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す斜視図である。 本発明の好適な第１実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す平面図である。 本発明の好適な第２実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す平面図である。 本発明の好適な実施例によるボンディング状態検査方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判定される場合にはその詳細な説明を省略する。

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

以下、本発明によるボンディング状態検査装置及びこれを用いるボンディング状態検査方法について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の好適な第１実施例によるボンディング状態検査装置を示す斜視図であり、図２は本発明の好適な第１実施例によるせん断検査部を正面から見た平面図であり、図３は本発明の好適な第１実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す斜視図であり、図４は本発明の好適な第１実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す平面図である。

図１～図４を参照して説明すると、本発明によるボンディング状態検査装置は、移送部１００と、熱画像検査部２００と、せん断検査部３００と、を含む。

まず、移送部１００は、第１移送ローラー１１０と、第２移送ローラー１２０と、移送台車１３０と、を含む。

第１移送ローラー１１０は、複数のローラーを含み、第１移送ローラー１１０に着座する電池モジュールＭを工程及び検査のための位置に移送するものである。

ここで、電池モジュールＭは、複数の円筒型電池セルＣ、及び複数の円筒型電池セルＣを収納するモジュールケースを含むことができる。

前述した円筒型電池セルＣは、電極組立体を収納し、電極組立体の負極リードと電気的に連結されているセルケース、及びセルケースの上部に位置するトップキャップを含む。

トップキャップは絶縁部材（図示せず）によってセルケースとは通電せず、電極組立体の正極リードと電気的に連結されることによって正極端子として作用する。

セルケースとトップキャップとが互いに固定されるように、絶縁部材が介在された状態でトップキャップの外周に沿ってセルケースの上面が位置する。トップキャップはセルケースの上面よりも突出することが好ましく、上方に隆起した正極端子がトップキャップの中央にさらに備えられることがより好ましい。

一方、電極組立体はセル組立体及びリードを含む。セル組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在された後、巻き取られる構造を有するゼリーロール型セル組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を間に介在した状態で積層される構造の単位セルからなるスタック型セル組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型セル組立体、または単位セルが分離膜を間に介在した状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型セル組立体などからなるものとすることができるが、これに限定されない。

正極リード及び負極リードからなる一対のリードのうち、正極リードはセル組立体の正極及びトップキャップと直接的又は間接的に連結され、負極リードはセルケースと電気的に連結される。前記のような円筒型電池セルを構成する電極組立体は一般的に知られている構成に相当するので、より詳細な説明は省略する。

次に、第２移送ローラー１２０は、ローラーが第１移送ローラー１１０の垂直方向に位置し、せん断検査部３００の垂直線上の位置より後方に位置しているので、せん断検査部３００で検査された結果、不良と判定された電池モジュールＭの移動経路を転換することができる。

ここで、第２移送ローラー１２０は第１移送ローラー１１０の複数のローラーの間に形成することができ、垂直方向に所定の距離だけ上昇及び下降することができ、普段下降した状態にあるが、不良と判定された電池モジュールＭの移動経路の転換が必要な場合、上昇して移送した後、再び下降した状態に位置することができる。

移送台車１３０は、第２移送ローラー１２０によって第１移送ローラー１１０の移動経路から転換された電池モジュールＭが着座すると、これを製造工程から排出するものであり、足車を備えた棚または支柱の形状を有することができ、第２移送ローラー１２０によって移送された電池モジュールＭを製造工程から排出することができるものであれば、これに限定されない。

次に、熱画像検査部２００は、撮影部２１０、及び照明部２２０を含む。

撮影部２１０は熱画像カメラとすることができ、第１移送ローラー１１０の上面で移送される電池モジュールＭの上面をスキャンしてボンディングボールＢの温度を測定し、正常範囲を外れたボンディングボールＢの位置を制御装置に送出する。

照明部２２０は撮影部２１０に水平な位置で所定の距離だけ離隔するように備えられ、電池モジュールＭの上面を照射することで、撮影部２１０でボンディングボールＢの温度状態をより正確に確認することができるようにする。

せん断検査部３００は、移動軸３１０と、胴体部３２０と、検査チップ３３０と、変位センサー３４０と、を含む。

移動軸３１０は電池モジュールＭの垂直方向に所定の長さを有する形状を有し、第１移送ローラー１１０上に位置する。移動軸３１０は電池モジュールＭの移送方向に平行な方向及び垂直な方向に移動することができる。

胴体部３２０は移動軸３１０の下面に付着され、移動軸３１０の長手方向に移動することができる。胴体部３２０は移動軸３１０によって前後左右上下の方向に移動することが可能である。

検査チップ３３０は胴体部３２０の下面から所定の長さだけ突出した柱状を有することができ、検査チップ３３０の下部には所定の角度に傾いた傾斜部３３１が形成されていることが好ましい。これは、ボンディングボールＢにせん断力を加えるために下降して位置するとき、バスバーなどの他の構成と接触することを防止することができるからである。

また、検査チップ３３０は絶縁金属素材からなることが好ましい。これは、ボンディングボールＢにせん断力を加えるとき、接触によって通電して短絡が発生することを防止するためである。

変位センサー３４０は胴体部３２０の側面に位置することができ、電池モジュールＭの距離を測定することで、検査チップ３３０が必要以上に下降して電池セルＣに圧力をかけることを防止することができる。これはレーザー変位センサーとすることができるが、検査チップ３３０と電池セルＣとの間の距離を認識することができる変位センサーであれば、これに限定されない。

図５は本発明の好適な第２実施例による検査チップがボンディングボールの側部に位置する状態を示す平面図である。

図５を参照して説明すると、本発明の好適な第２実施例によるボンディング状態検査装置は、検査チップの下部形状を除き、図１～図４で説明した第１実施例と同様であるので、同じ構成についての説明は省略する。

本発明の好適な第２実施例による検査チップ３３０は、所定の角度に傾いた傾斜部３３１が検査チップ３３０の下部の両側に形成されているので、下降して所定の座標に位置するとき、バスバー及びモジュールケースなどの構成と両側方向で接触することを防止することができる。

図６は本発明の好適な実施例によるボンディング状態検査方法を示すフローチャートである。

図６を参照して説明すると、本発明の好適な実施例によるボンディング状態検査方法は、電池モジュールＭを移送する第１段階と、電池モジュールＭの上面を熱画像検査部２００で検査する第２段階と、熱画像検査部２００で検査した後、不良と判定された位置にせん断検査部３００の検査チップ３３０を位置させる第３段階と、前記検査チップ３３０でボンディングボールＢにせん断力を加える第４段階と、ボンディングボールＢが正常の場合、前記電池モジュールＭを第１移送ローラー１１０に沿って移送させ、ボンディングボールＢが不良の場合、第２移送ローラー１２０によって除去する第５段階と、を含む。

電池モジュールＭを移送する第１段階は、電池モジュールＭを検査するために検査位置に第１移送ローラー１１０によって移送する段階である。

電池モジュールＭの上面を熱画像検査部２００で検査する第２段階は、移送される電池モジュールＭが撮影部２１０の下部を通るとき、電池モジュールＭの上面をスキャンすることでボンディングボールＢの温度を測定して良否を判断する段階である。

ここで、第２段階に先立ち、電池モジュールＭの充放電を遂行し、これによりボンディングボールＢの温度が上昇することになる。温度が上昇したボンディングボールＢの温度を撮影部２１０が測定し、充放電前のボンディングボールＢの温度と比較することで、充放電の以前と以後との温度差を計算する。

良否の判断はボンディングボールＢの温度差が正常範囲以内であるかを確認して判断する。ここで、正常状態のボンディングボールＢの温度差は、充電の際、正極は０．６６℃以上、かつ１．３８℃以下であり、負極は１．５９℃以上、かつ３．１９℃以下であり、放電の際、正極は１．１２以上、かつ２．２７℃以下であることを正常状態と判断することができる。

また、放電の際、正極は１．１２℃以上、かつ２．２７℃以下であり、負極は０．８８℃以上、かつ２．２０℃以下であることを正常状態と判断することができる。

不良状態の場合、一例としてボンディングされていない場合、温度差の下限値未満と測定することができ、弱くボンディングされた場合、温度差の上限値を超える温度と測定することができる。

ここで、正常範囲の温度差は電池モジュールの種類及び充放電時の電力などによって変動することができる数値である。

熱画像検査部２００による検査の後、不良と判定された位置にせん断検査部３００の検査チップ３３０を位置させる第３段階は、第２段階で不良と判定されるボンディングボールＢの側部に検査チップ３３０を所定の距離だけ離隔して位置させる段階である。

検査チップ３３０でボンディングボールＢにせん断力を加える第４段階は、第３段階でボンディングボールＢの側部に位置する検査チップ３３０をボンディングボールＢの方向に移動させてボンディングボールＢの側面にせん断力を加えることで、良否を判断する段階である。

ボンディングボールＢが正常の場合、前記電池モジュールＭを第１移送ローラー１１０に沿って移送させ、ボンディングボールＢが不良の場合、第２移送ローラー１２０によって除去する第５段階は、第４段階のせん断検査の後、正常の場合、電池モジュールＭを第１移送ローラー１１０の移送方向に移送させ、不良と判定された場合、第２移送ローラー１２０によって電池モジュールＭを第１移送ローラー１１０の移送方向から離脱させて移送台車１３０に着座させることで製造工程から除去する段階である。

以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野で通常の知識を有する者にこのような具体的技術は単に好適な実施様態に過ぎず、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正も添付の特許請求の範囲に属するものであるというのは言うまでもない。

１００ 移送部
１１０ 第１移送ローラー
１２０ 第２移送ローラー
１３０ 移送台車
２００ 熱画像検査部
２１０ 撮影部
２２０ 照明部
３００ せん断検査部
３１０ 移動軸
３２０ 胴体部
３３０ 検査チップ
３３１ 傾斜部
３４０ 変位センサー
Ｍ 電池モジュール
Ｃ 電池セル
Ｂ ボンディングボール

Claims (13)

1. 複数の電池セルを収納した電池モジュールを移送する移送部と、
   前記電池モジュールの上面をスキャンする熱画像検査部と、
   前記電池モジュールに形成されたボンディングボールにせん断力を加えるせん断検査部と、
   を含む、ボンディング状態検査装置。
2. 前記移送部は、
   前記電池モジュールを移送する第１移送ローラーと、
   前記第１移送ローラー上で移送される前記電池モジュールの移動方向を転換する第２移送ローラーと、
   前記第２移送ローラーによって移送された前記電池モジュールが着座する移送台車と、 を含む、請求項１に記載のボンディング状態検査装置。
3. 前記第１移送ローラーの移送方向と前記第２移送ローラーの移送方向とは互いに垂直方向である、請求項２に記載のボンディング状態検査装置。
4. 前記熱画像検査部は、
   熱画像カメラを含む撮影部と、
   前記撮影部から所定の距離だけ離隔して位置する照明部と、
   を含む、請求項１に記載のボンディング状態検査装置。
5. 前記せん断検査部は、所定の長さを有する移動軸と、
   前記移動軸の下部に位置する胴体部、
   前記胴体部の下面に備えられる検査チップと、
   前記胴体部の側面に備えられる変位センサーと、
   を含む、請求項１に記載のボンディング状態検査装置。
6. 前記移動軸は、前記電池モジュールの移送方向に垂直な方向に所定の長さを有するように位置する、請求項５に記載のボンディング状態検査装置。
7. 前記移動軸は、前記電池モジュールの移送方向に平行な方向及び垂直な方向に移動することができ、
   前記胴体部は、前記移動軸の長手方向に移動することができる、請求項６に記載のボンディング状態検査装置。
8. 前記検査チップは絶縁金属素材からなる、請求項５に記載のボンディング状態検査装置。
9. 前記検査チップは、下部に所定の角度に傾いた傾斜部が形成されている、請求項５に記載のボンディング状態検査装置。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のボンディング状態検査装置を用いるボンディング状態検査方法であって、
    電池モジュールを移送する第１段階と、
    前記電池モジュールの上面を前記熱画像検査部で検査する第２段階と、
    前記熱画像検査部による検査の後、不良と判定された位置に前記せん断検査部の検査チップを位置させる第３段階と、
    前記検査チップでボンディングボールにせん断力を加える第４段階と、
    前記ボンディングボールが正常の場合、前記電池モジュールを第１移送ローラーに沿って移送させ、前記ボンディングボールが不良の場合、第２移送ローラーによって除去する第５段階と、
    を含む、ボンディング状態検査方法。
11. 前記第２段階に先立ち、前記電池モジュールの充放電を遂行する段階をさらに含む、請求項１０に記載のボンディング状態検査方法。
12. 前記第３段階では、前記検査チップを前記ボンディングボールの側部に所定の距離だけ離隔して位置させる、請求項１０に記載のボンディング状態検査方法。
13. 前記第４段階では、せん断力を前記ボンディングボールの側面に加える、請求項１２に記載のボンディング状態検査方法。

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