KR102078802B1 - 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법 - Google Patents

전극 감지 장치 및 전극 교환 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 권취된 전극을 자동으로 교환하기 위한 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극을 둘레에 권취하는 권취롤, 상기 권취롤의 일측에 마련되어 상기 권취롤에 권취된 전극을 향해 빛을 조명하는 발광기와 상기 발광기와 마주보게 마련되어 상기 발광기에서 조명되는 빛을 감지하는 수광기를 포함하는 전극 감지부 및 상기 전극에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 감지 장치 및 전극 교환 방법{SENSING DEVICE FOR ELECTRODE AND ELECTRODE REPLACEMENT METHOD}
본 발명은 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 권취된 전극을 자동으로 교환하기 위한 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다.
이러한 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.
이차전지의 전극은 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 전극 시트 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.
이러한 전극은 서로 겹쳐진 상태로 권회되어 제조된다.
전극의 권취 장치는 롤모양으로 권회된 원반으로부터 공급되는 시트가 각각 별개의 반송로를 따라 반송되고, 최종적으로 각 반송로에 설치된 공급 기구에 의해서 수시로 권취 기구에 송출된다.
그리고 권취 기구의 권심에 대해 각 시트를 권취하여 전지 소자가 완성된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0128716호에는 종래의 권취 장치가 공지되어 있다.
이러한 종래의 권취 장치는 전극 시트를 감지하는 감지 장치가 설치되어 전극 시트의 위치 등을 감지할 수 있게 한다.
그런데 이차 전지용 전극 시트 권취 장치는 권취된 전극 시트의 교환 시기를 파악하는 과정에서 전극 시트가 감기는 권취롤의 가공 공차 및 권취된 전극 시트의 두께를 파악하는 과정에서의 오차에 의해 전극 시트의 잔량 손실이 다량 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 권취된 전극의 남아있는 양을 정밀하게 파악하여 전극 교환을 정확하게 할 수 있는 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치는 전극을 둘레에 권취하는 권취롤, 상기 권취롤의 일측에 마련되어 상기 권취롤에 권취된 전극을 향해 빛을 조명하는 발광기와 상기 발광기와 마주보게 마련되어 상기 발광기에서 조명되는 빛을 감지하는 수광기를 포함하는 전극 감지부 및 상기 전극에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광기에서 조명되는 빛은 상기 권취롤에 접촉하지 않고, 상기 권취롤에 상기 전극이 권취되는 권취영역에 조명될 수 있다.
상기 발광기로부터 상기 수광기로 조명되는 빛은 상기 권취롤에 권취된 전극에 의해 차단되다가 상기 권취롤에 권취된 전극이 일정량 권출되면 상기 발광기로부터 상기 수광기로 빛이 수신될 수 있다.
상기 권취롤에 권취된 전극이 풀리면서 이동하는 측에 마련되어 상기 태그부를 감지하는 태그 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 감지부와 상기 태그 감지부로부터 각각 전송되는 전기 신호에 의해 상기 권취롤의 교체를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 교환 방법은 권취롤에 권취된 전극에 발광기가 빛을 조명하는 조명단계, 상기 권취롤에 권취된 상기 전극이 소실되면 상기 발광기에서 조명된 빛을 수광기가 수광하는 수광단계, 상기 수광기가 빛을 수광하면 제어부로 1차 전기신호를 전송하는 1차 감지단계, 상기 제어부가 상기 1차 전기신호를 수신하면 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리는 대기단계 및 상기 대기단계에서 상기 태그 감지부가 상기 전극에 구비된 태그부를 감지하여 상기 제어부로 상기 2차 전기신호를 전송하면 상기 제어부가 상기 전극의 교환을 결정하는 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결정단계는 상기 대기단계에서 상기 2차 전기신호가 상기 제어부로 전송되지 않으면 상기 제어부는 상기 전극이 상기 권취롤로부터 소정의 길이만큼 권출된 후에 상기 전극의 교환을 결정할 수 있다.
상기 소정의 길이는 상기 권취롤이 2회전하는 동안 상기 전극이 권출되는 길이일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치는 전극을 둘레에 권취하는 권취롤, 상기 전극에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부 및 상기 권취롤에 권취된 전극이 풀리면서 이동하는 측에 마련되어 상기 태그부를 감지하는 태그 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 교환 방법은 권취롤에 권취된 전극을 권출하는 권출단계, 상기 권취롤에서 전극이 권출되는 측에 설치된 태그 감지부가 상기 전극에 부착된 태그부를 감지하는 감지단계 및 상기 태그 감지부가 상기 태그부를 감지하면 제어부로 전기신호를 전송하고 제어부가 상기 전극의 교환을 결정하는 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극의 권취 두께와 함께 권취된 전극의 단부를 파악할 수 있게 하여 권취된 전극의 교환 시기를 정확하게 판단하게 하는 효과가 있다.
또한, 권취롤에 권취된 전극을 자동으로 교환함에 있어 오차를 극소화하는 효과가 있다.
또한, 권취롤에 권취된 전극 교환의 오차를 극소화하여 전극 잔량 손실을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진되지 않은 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진된 것을 전극 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극의 태그부를 태그 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진되지 않은 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극의 태그부를 태그 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진되지 않은 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치는 전극(1)을 둘레에 권취하는 권취롤(10), 상기 권취롤(10)의 일측에 마련되어 상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)을 향해 빛을 조명하는 발광기(21)와 상기 발광기(21)와 마주보게 마련되어 상기 발광기(21)에서 조명되는 빛을 감지하는 수광기(23)를 포함하는 전극 감지부(20) 및 상기 전극(1)에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부(30)를 포함한다.
전극(1)은 2차 전지의 전극조립체를 제조하기 위한 것으로, 양극 또는 음극일 수 있다.
전극(1)이 양극일 경우에는 전극집전체가 알루미늄(Al) 재질의 양극 포일(foil)로 형성되며 다이코터에 의해 토출된 양극 활물질이 도포될 수 있다.
그리고 전극(1)이 음극일 경우에는 전극 집전체가 구리 재질의 음극 포일(foil)로 형성되며 다이코터에 의해 토출된 음극 활물질이 도포될 수 있다.
양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있다.
음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용될 수 있다.
권취롤(10)은 롤 몸체의 둘레에 전극(1)을 권취하여 전극조립체를 조립하는 공정으로 전극을 권출하여 공급해준다.
전극 감지부(20)는 권취롤(10)의 일측에 마련되는 발광기(21)와 수광기(23)를 포함한다.
특히, 발광기(21)와 수광기(23)는 서로 마주보게 설치되되, 권취롤(10)에 권취되는 전극(1)을 사이에 두고 서로 마주보게 설치된다.
즉, 발광기(21)에서 조명되는 빛은 권취롤(10)에 권취되는 전극(1)을 향해 조명되고 수광기(23)는 발광기(21)의 맞은편에 설치되나 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)이 전극(1)에 의해 가려져 수광기(23)에 수광되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진된 것을 전극 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 권출되어 권취롤(10)에 권취된 전극이 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)을 가리지 않으면 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)은 맞은 편에 설치된 수광기(23)로 수광된다.
그리고 수광기(23)는 발광기(21)로부터 조명되는 빛(L)이 수광되면 전기신호를 전극 감지 장치를 제어하는 제어부(50)로 전송한다.
여기서 발광기(21)로부터 조명되는 빛(L)은 권취롤(10)에는 조명되지 않고 권취롤(10)에 전극(1)이 권취되는 권취영역(R)에만 조명되고, 특히 전극(1)이 권취되는 권취영역(R) 내에서도 권취롤(10)에 근접하도록 조명되어 전극 감지부(20)가 권취롤(10)에 권취된 전극(1)의 소진 여부를 감지할 수 있게 한다.
더욱 상세하게 설명하면 권취롤(10)이 2 회전하는 동안 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 권출되는 길이만큼 전극(1)이 권취롤(10)에 권취되어 남아있을 때 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)이 수광기(23)로 수광되게 하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극의 태그부를 태그 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 권취롤(10)에 권취된 전극(1)의 내측 단부측에 태그부(30)가 형성된다.
태그부(30)는 전극(10)의 내측 단으로부터 일정 길이만큼 떨어진 거리에 설치되는데 태그부(30)의 설치 위치를 바람직한 일 실시예를 들어 설명하면 전극(10)의 내측단으로부터 권취롤(10)이 2회전하는 동안 권출되는 길이만큼 떨어지도록 태그부(30)를 전극(10)에 설치하는 것이 바람직하다.
태그부(30)는 전극(1)에서 특정 부위를 표시하기 위한 것으로 태그부(30)에 의해 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 소진되어 교환해야 하는 시기를 알 수 있게 한다.
그리고 전극(1)에 설치된 태그부(30)를 자동으로 감지하기 위해 본 발명의 전극 감지 장치는 태그 감지부(40)를 더 포함할 수 있다.
태그 감지부(40)는 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 권출되는 측에 설치되어 권출되는 전극(1)에서 태그부(30)를 감지하면 전기신호를 제어부(50)로 전송하여 제어부(50)가 권취롤(10)에 권취된 전극(1)의 교환 시기를 파악하게 한다.
한편, 태그부(30)는 두께가 얇으면서 유연한 소재의 마이크로칩 등을 사용하여 전극(1)이 권취롤(10)에 권취되거나 권출되는 것을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 교환 방법은 조명단계(S1), 수광단계(S2), 감지 단계(S3), 대기 단계(S4) 및 결정단계(S5)를 포함한다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 조명단계(S1)는 권취롤에 권취된 전극에 발광기가 빛을 조명하는 단계이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수광단계(S2)는 권취롤에 권취된 전극이 권출되면서 발광기가 빛을 조명하는 영역의 전극까지 소진되면 발광기가 조명하는 빛을 수광기가 수광하는 단계이다.
감지단계(S3)는 수광기가 빛을 수광하면 전극 감지 장치를 제어하는 제어부로 1차 전기신호를 전송하는 단계이다.
대기단계(S4)는 제어부가 1차 전기신호를 수신하면 권취롤에 권취된 전극의 교환시기를 결정하기 위해 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리는 단계이다.
결정단계(S5)는 제어부가 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리는 중에 태그 감지부가 전극에 구비된 태그를 감지하여 제어부로 2차 전기신호를 전송하면 제어부는 권취롤에 권취된 전극의 교환을 결정하는 단계이다.
또한, 상기 결정단계(S5)에서 제어부가 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리는 중에 태그 감지부로부터 2차 전기신호가 전송되지 않고 권취롤이 2회전하면 제어부는 권취롤에 권취된 전극의 교환을 결정할 수 있다.
즉, 상기 결정단계(S5)에서 제어부는 2차 전기신호를 기다리는 중에 권취롤이 2회전하는 길이만큼 권취롤에 권취된 전극이 권출되면 1차 전기신호에 의해 전극의 교환을 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극이 소진되지 않은 상태를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치의 권취롤에 권취된 전극의 태그부를 태그 감지부가 감지한 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 감지 장치는 전극(1)을 둘레에 권취하는 권취롤(10), 상기 전극(1)에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부(30) 및 상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 풀리면서 이동하는 측에 마련되어 상기 태그부(30)를 감지하는 태그 감지부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 전극(1)의 단부 측에 설치된 태그부(30)를 태그 감지부(40)가 감지하면 태그 감지부(40)가 전극 감지 장치를 제어하는 제어부(50)로 전기신호를 전송하여 제어부(50)가 전극의 교환을 결정하게 한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 태그부(30)와 태그 감지부(40) 만으로 권취롤(10)에 권취된 전극의 소진 상태를 감지하여 전극의 교환 시기를 예측한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 교환 방법은 권출단계(S1'), 김지단계(S2'), 결정단계(S3')를 포함한다.
권출단계(S1')는 권취롤에 권취된 전극을 전극조립체 등을 조립하기 위해 권출하는 단계이다.
감지단계(S2')는 권취롤에서 전극이 권출되는 측에 설치된 태그 감지부가 권취롤로부터 권출되는 전극에 부착된 태그부를 감지하는 단계이다.
결정단계(S3')는 태그 감지부가 권취롤로부터 권출되는 전극으로부터 태그부를 감지하면 전극 감지 장치를 제어하는 제어부로 전기신호를 전송하고 제어부가 권취롤에 권취된 전극의 교환을 결정하는 단계이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 권취된 전극의 권취 두께와 함께 권취된 전극의 단부를 파악할 수 있게 하여 권취된 전극의 교환 시기를 정확하게 판단하게 하는 효과가 있다.
또한, 권취롤에 권취된 전극을 자동으로 교환함에 있어 오차를 극소화하는 효과가 있다.
또한, 권취롤에 권취된 전극 교환의 오차를 극소화하여 전극 잔량 손실을 줄이는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극 감지 장치 및 전극 교환 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 전극
10: 권취롤
20: 전극 감지부
21: 발광기
23: 수광기
30: 태그부
40: 태그 감지부
50: 제어부

Claims (10)

  1. 전극(1)을 둘레에 권취하는 권취롤(10);
    상기 권취롤(10)의 일측에 마련되어 상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)을 향해 빛(L)을 조명하는 발광기(21)와 상기 발광기(21)와 마주보게 마련되어 상기 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)을 감지하는 수광기(23)를 포함하는 전극 감지부(20); 및
    상기 전극(1)에 부착되어 일정 위치를 표시하는 태그부(30); 를 포함하고
    상기 발광기(21)에서 조명되는 빛(L)은 상기 권취롤(10)에 접촉하지 않고, 상기 권취롤(10)에 상기 전극(1)이 권취되는 권취영역에 조명되며,
    상기 발광기(21)로부터 상기 수광기(23)로 조명되는 빛(L)은 상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)에 의해 차단되다가 상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 일정량 권출되면 상기 발광기(21)로부터 상기 수광기(23)로 빛(L)이 수신되는 것이고,
    상기 권취롤(10)에 권취된 전극(1)이 풀리면서 이동하는 측에 마련되어 상기 태그부(30)를 감지하는 태그 감지부(40)를 더 포함하며,
    상기 전극 감지부(20)와 상기 태그 감지부(40)로부터 각각 전송되는 전기 신호에 의해 상기 권취롤(10)의 교체를 결정하는 제어부(50)를 더 포함하며,
    상기 수광기가 빛을 수광하면 상기 전극 감지부는 상기 제어부로 1차 전기신호를 전송하고,
    상기 제어부가 상기 1차 전기신호를 수신하면 상기 권취롤에 권취된 전극의 교환시기를 결정하기 위해 상기 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리다가, 상기 태그 감지부가 상기 전극에 구비된 상기 태그부를 감지하여 상기 제어부로 2차 전기신호를 전송하면, 상기 제어부는 상기 권취롤에 권취된 전극의 교환을 결정하는 것을 특징으로 하는 전극 감지 장치.
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  6. 권취롤에 권취된 전극에 발광기가 빛을 조명하는 조명단계(S1);
    상기 권취롤에 권취된 상기 전극이 소실되면 상기 발광기에서 조명된 빛을 수광기가 수광하는 수광단계(S2);
    상기 수광기가 빛을 수광하면 제어부로 1차 전기신호를 전송하는 감지단계(S3);
    상기 제어부가 상기 1차 전기신호를 수신하면 태그 감지부로부터 2차 전기신호를 기다리는 대기단계(S4); 및
    상기 대기단계(S4)에서 상기 태그 감지부가 상기 전극에 구비된 태그부를 감지하여 상기 제어부로 상기 2차 전기신호를 전송하면 상기 제어부가 상기 전극의 교환을 결정하는 결정단계(S5); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교환 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 결정단계(S5)는 상기 대기단계(S4)에서 상기 2차 전기신호가 상기 제어부로 전송되지 않으면 상기 제어부는 상기 전극이 상기 권취롤로부터 소정의 길이만큼 권출된 후에 상기 전극의 교환을 결정하는 것을 특징으로 하는 전극 교환 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 소정의 길이는 상기 권취롤이 2회전하는 동안 상기 전극이 권출되는 길이인 것을 특징으로 하는 전극 교환 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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