JP5768298B2 - パウチ型電池内の異物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、パウチ型電池内の異物検出装置及び方法に係り、特に、電池ケースの表面を光散乱法を用いて電池内に異物があるか否かを判別する検出装置及び方法に関する。

一般的に、パウチ型電池は、正極、セパレータおよび負極が交互積層された電極組立体をラミネートシートの間に収納した後、前記ラミネートシートを熱圧着することから製作する。

ところが、パウチ型電池の製作過程の中で、前記電極組立体を製作するために、必要に応じて、正極、負極にノッチするか、または所望のサイズに応じてパンチする過程もある。前記正極及び負極は固体活物質層を有しており、前記固体活物質層は活物質、無機フィラなどの成分を含み、前記ノッチング及びパンチングの過程において、このような固体活物質層の成分が粉塵として外部に露出する恐れがある。

このように露出した粉塵は再び電極組立体の所望しない部分に付いたり、またはラミネートシートと電極組立体との間に異物として付くことがある。このように付いた粉塵の異物は電池の充電および放電の過程において、不要な反応を発生させるので、電池の安全性を大きく低下させるようになる。

したがって、このような異物が電池内にあるか否かを検査することは最終製品の出荷前に必ず必要であり、一般的には、パウチ型電池内に異物があるか否かを検査する最も簡単な方法は、作業中に操業者がパウチの表面を観察することである。

パウチ型電池は、電極組立体とラミネートシートとを熱によりラミネーションして製作するため、前記電極組立体と前記ラミネートシートシートとの間に異物が存在する場合、異物の形状がラミネートシート、すなわち、電池ケースの表面に突出するようになり、このような点に着目して電池ケースの表面検査のみでも電池内部の異物を検査できるようになる。

上述のように、従来の電池ケースの表面検査方法は、操業者が肉眼で検査する方法を用いた。

しかし、このような方法は、人が直接検査するので、検査速度が遅いという問題がある。特に、最近パウチ型生産工程は自動化装置によって製作され、製作された電池は、移送コンベアによって迅速に移送され、このように迅速に移送される電池の速度に応じて人がこれを検査することは不可能であるので、サンプリングして検査する方法を用いているが、最近電池の安全性が大きく問題化されて電池全体を検査する全数検査を頻繁に施行している。したがって、電池ケースの表面を迅速に検査できる装置が要望されている。

また、従来の方法は、肉眼検査に依存するので、粉塵などの異物がマイクロサイズである場合、これの検出が難しいという問題点も有している。電池の製造過程で発生する粉塵は肉眼で識別できないほど非常に小さい場合が多い。したがって、電池ケースの表面を正確にテストできる装置も要望されている。

これにより、本発明は、迅速かつ正確にパウチ型電池内に異物があるか否かを判別できる装置及び方法を提供しようとする。

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、電池ケースの表面に予め設定された入射角度で直線光を照射する光源と、前記電池ケースから反射した反射光を感知するセンサ部と、前記センサ部により感知された反射光を通じて電池内に異物があるか否か及び異物の位置を感知する異物感知部とを含むことを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、本発明において、前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、本発明において、前記光源は、ＬＥＤレーザであることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、本発明において、前記ＬＥＤレーザは、ラインＬＥＤアレイ（Ｌｉｎｅ ＬＥＤ Ａｒｒａｙ）であることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、本発明において、前記センサ部は、ＣＣＤカメラであることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、本発明において、前記ＣＣＤカメラは、ライン（Ｌｉｎｅ）ＣＣＤカメラであることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置を提供する。

また、電池ケースの表面に予め設定された入射角度で直線光を照射し、前記電池ケースから反射する反射光をセンサにより感知し、前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合、または前記直線光が乱反射する場合に、パウチ型電池内に異物があると判別することを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法を提供する。

また、本発明において、前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法を提供する。

また、本発明において、前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合であるか否かの判断は、予め設定された入射角度と同一に反射角度の位置にセンサを設定したときに、ここに光源が到達しない場合に、直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断し、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定したときに、ここに光源が到達した場合に、直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断することを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法を提供する。

また、本発明において、前記直線光が乱反射する場合であるか否かの判断は、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定し、ここに光源が到達した場合に直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断することを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法を提供する。

また、本発明において、上述の異物検出装置または異物検出方法により異物検出処理が行われることを特徴とするパウチ型電池を提供する。

本発明によれば、パウチ型電池内に異物が存在する場合、該異物の存在位置に曲面が形成されるので、これを光の乱反射を利用して検出することにより、異物があるか否かを迅速かつ正確に測定することができる。

本発明の検出装置の一例を示す模式図である。 電池内に異物がある場合、直線光が乱反射する原理を示す模式図である。

以下、本発明のパウチ型電池内の異物検出装置及び検出方法についての好ましい実施形態を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

本発明は、電池ケースの表面に予め設定された入射角度で直線光を照射する光源と、前記電池ケースから反射した反射光を感知するセンサ部と、前記センサ部により感知された反射光を通じて電池内に異物があるか否か、及び異物の位置を感知する異物感知部とを含むことを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置に関する。

本発明の一特徴は"光散乱法"を用いて異物があるか否かを検出することである。従来のレーザ、ハロゲンランプ、赤外線ＬＥＤなどの照明装置と、ＰＭＴ（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｙ Ｔｕｂｅ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの検出センサとを使用した光学装置を用いて半導体シリコンウェーハの表面検査などに使用した例はあるが、電池ケースの表面測定に使用した例はない。

図２は、いわゆる"光散乱法"を用いて異物があるか否かを感知する本発明の特徴を模式的に示した。

図１は、本発明の検出装置の一例を概略的に示した。

本発明において、前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることが望ましい。前記入射角度の範囲内で効果的な乱反射が起こるためである。すなわち、電極組立体１１と電池ケース１２とを含む電池１０内に異物Ｐがある場合、電池ケース１２の外側に突出部を形成するが、突出部は通常図２に示すように、凸形状の放物線として、前記角度範囲内で効果的な乱反射が行われるためである。

本発明において、前記光源２０は、ＬＥＤレーザを使用することができる。特に、前記ＬＥＤレーザは、ラインＬＥＤアレイであることが望ましい。点形態のレーザを用いると、電池の表面全体を高速スキャニング（ｓｃａｎｎｉｎｇ）できないようになる。すなわち、ライン形態のレーザを固定して使用し、前記固定した光源は移送コンベアに沿って移送する電池が通るようになれば、電池ケースの表面を高速でかつ綿密に測定するようになる。

また、前記ＬＥＤレーザは短波長よりは種々の種類の波長を含むことが望ましい。特定の波長のみを限定すれば、波長の範囲に応じて異物が検出されるか、または検出されない場合があるためである。

本発明において、前記センサ部３０は、様々な光源検出センサを制限せずに使用して構成することができるが、特にＣＣＤカメラであることが望ましい。ＣＣＤカメラは、収集したイメージをデジタル変換処理することができるので、データイメージの格納に容易であり、データのイメージを分析して、異物のサイズ、形状、その他の表面の屈曲高さを確認できるためである。

特に、前記ＣＣＤカメラは、ライン（Ｌｉｎｅ）ＣＣＤカメラであることが望ましい。上述のように、前記光源２０は、点形態よりライン形態であることが望ましいので、これと同一の観点でセンサ部３であるカメラもライン形態であることが望ましい。

前記センサ部３０は、２つ以上の複数として備えることができ、センサ部が様々な角度で多数位置すると、異物検出の正確度を向上させることができるので望ましい。

本発明において、前記異物感知部（図示せず）は、前記センサ部から検出された信号によって異物があるか否かを判別する。前記異物感知部は、前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合、または前記直線光が乱反射する場合に、パウチ型電池内に異物があると判断する。すなわち、予め設定された入射角度と同一に反射角度の位置にセンサを設定した場合であれは、ここに光源が到達しない場合、または入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定した場合であれは、ここに光源が到達した場合に異物があると判別することができる。

前記異物感知部は、前記センサ部で検出された信号を受けて処理できる装置であれば、制限なく使用することができる。このような装置としては、パソコン、マイクロコンピュータ、ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）などがある。

また、本発明は、電池ケースの表面に予め設定された入射角度で直線光を照射し、前記電池ケースから反射する反射光をセンサにより感知し、前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合、または前記直線光が乱反射する場合に、パウチ型電池内に異物があると判別することを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法に関する。

本発明の方法において、前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることが望ましく、その理由は、上述の通りである。

本発明の方法において、前記センサは様々な光源検出センサを制限せずに使用して構成することができるが、特にＣＣＤカメラであることが望ましい。

本発明の方法において、前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合であるか否かの判断は、予め設定された入射角度と同一に反射角度の位置にセンサを設定すると、ここに光源が到達しない場合に直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断できる。また、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定すると、ここに光源が到達した場合に、直線光の入射角度と前記反射光の反射角度が同一ではないと判断できる。

本発明の方法において、前記直線光が乱反射する場合であるか否かの判断は、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定し、ここに光源が到達した場合に、直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断できる。乱反射するか否かを正確に検出するためには、複数のＣＣＤカメラが様々な角度で設定されることが望ましい。

Claims (10)

1. 電池ケースのパウチ表面に予め設定された入射角度で複数の波長を有する直線光を照射する光源と、
   前記電池ケースのパウチから反射した反射光を感知するセンサ部と、
   前記センサ部により感知された反射光を通じて電池内の異物があるか否か及び異物の位置を感知する異物感知部と、を含み、
   前記センサ部は、前記直線光の入射角度と同一の反射角度の位置に設けられ、さらに、直線光の入射角度と異なる反射角度の位置に設けられて複数に備えられ、
   前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出装置。
2. 前記光源はＬＥＤレーザであることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型電池内の異物検出装置。
3. 前記ＬＥＤレーザはラインＬＥＤアレイであることを特徴とする請求項２に記載のパウチ型電池内の異物検出装置。
4. 前記センサ部はＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のパウチ型電池内の異物検出装置。
5. 前記ＣＣＤカメラはラインＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４に記載のパウチ型電池内の異物検出装置。
6. 電池ケースのパウチ表面に予め設定された入射角度で複数の波長を有する直線光を照射し、
   前記電池ケースのパウチから反射した反射光をセンサを通じて感知し、
   前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合、または前記直線光が乱反射する場合にパウチ型電池内に異物があると判別し、
   前記センサは、前記直線光の入射角度と同一の反射角度の位置に設けられ、さらに、直線光の入射角度と異なる反射角度の位置に設けられて複数に備えられ、
   前記予め設定された入射角度は２０°〜７０°の範囲内であることを特徴とするパウチ型電池内の異物検出方法。
7. 前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合であるか否かの判断は、予め設定された入射角度と同一に反射角度の位置にセンサを設定したときに、ここに光源が到達しない場合に直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断することを特徴とする請求項６に記載のパウチ型電池内の異物検出方法。
8. 前記直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではない場合であるか否かの判断は、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定したときに、ここに光源が到達した場合に直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断することを特徴とする請求項６に記載のパウチ型電池内の異物検出方法。
9. 前記直線光が乱反射するか否かの判断は、入射角度と異なる反射角度の位置にセンサを設定し、ここに光源が到達した場合に、直線光の入射角度と前記反射光の反射角度とが同一ではないと判断することを特徴とする請求項６に記載のパウチ型電池内の異物検出方法。
10. 請求項１から５の何れか１項に記載の異物検出装置、または請求項６から９の何れか１項に記載の異物検出方法により異物の検出過程が行われることを特徴とするパウチ型電池。

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