KR102177841B1 - 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치 - Google Patents

조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치 Download PDF

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Abstract

개시되는 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 상기 제1전극판의 외주 끝단 영역을 적층방향으로 조명하는 조명유닛; 및 상기 적층방향에서 상기 조명유닛이 조명하는 영역을 촬영하여 정렬 이미지를 생성하는 카메라유닛;을 포함하여, 상기 조명유닛이 방사하는 조명광은 상기 분리막을 투과하여 상기 카메라유닛에 수광됨으로써, 상기 정렬 이미지는 상기 제1전극판의 외주 끝단 및 상기 제2전극판의 외주 끝단 형상을 모두 포함한다.

Description

조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치{Apparatus for Monitoring Electrode Film Stacking of Secondary Battery Using Lighting}
본 발명(Disclosure)은, 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 운영이 용이하면서, 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 제조 공정 시간을 단출할 수 있으며, 전극판 정렬 불량을 실시간으로 확인할 수 있는, 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근, 스마트폰을 비롯한 개인 모바일 기기, 디지털 카메라나 노트북 PC등, 휴대용 전자기기들의 성능이 크게 향상되고 있다. 성능 향상은 사용 시간의 증가를 유도하며, 이러한 휴대용 전자기기들을 활용하는 생활환경과 업무환경이 더욱 확대되고 있다.
일반적으로 휴대용 전자기기들에 전력을 공급하는 2차전지는, 분리막을 사이에 두고 양전극판과 음전극판이 배치된 적층형 전극 구조를 채용하고 있다. 각 전극판은 활물질이 도포되어 전해액에 침전된 상태로 사용된다.
그런데 이러한 적층형 전극 구조는 양, 음극의 전극판이 정확한 위치에 정렬되어 서로 어긋나지 않아야 한다.
양, 음극의 전극판이 서로 어긋나면, 일부 영역에서 활물질 분리막을 통과하여 상호 간의 전기 화악 반응이 일어나지 않게 되어, 배터리 셀의 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 폴딩 불량 발생 가능성이 높고, 전극탭의 집합이 어려워지므로 리드와의 접속 가능성이 떨어지는 불량품 발생 확률이 높아진다.
이러한 문제점을 보완하기 위해서, 양음극의 전극판을 적층하는 공정에서, 전극판의 적층 정렬 상태를 확인하는 전극 적층 감시 장치를 사용하고 있다.
카메라를 이용하여 적측 상태의 이미지를 획득하는 이러한 종래의 전극 적층 감시 장치는, 일정한 배율과 위치에서 적층되는 전극판의 이미지를 획득한다. 획득된 이미지를 합성함으로써, 전극판의 적층 위치의 문제점을 판정한다.
이러한 종래의 전극 적층 감시 장치는, 그러나 매우 높은 정밀도의 기계적 안정성이 필요하다. 즉, 이미지 획득 과정에서의 위치 제어에 문제가 발생하면, 전극판 위치의 정확도를 판정할 수 없다.
1. 한국공개특허공보 10-2015-0034329
본 발명(Disclosure)은, 장비설치가 용이하고 간편하면서도, 갭의 측정오차를 최소화할 수 있는 구조의 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 실시간 갭 측정을 가능하여 제조 공정 시간을 단출할 수 있으며, 전극판 정렬 불량을 실시간으로 확인할 수 있는, 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 상기 제1전극판의 외주 끝단 영역을 적층방향으로 조명하는 조명유닛; 및 상기 적층방향에서 상기 조명유닛이 조명하는 영역을 촬영하여 정렬 이미지를 생성하는 카메라유닛;을 포함하여, 상기 조명유닛이 방사하는 조명광은 상기 분리막을 투과하여 상기 카메라유닛에 수광됨으로써, 상기 정렬 이미지는 상기 제1전극판의 외주 끝단 및 상기 제2전극판의 외주 끝단 형상을 모두 포함한다.
본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치에서, 제1전극판 및 제2전극판의 적층된 높이에 따라 상기 조명 유닛의 높이를 제어하는 조명높이 제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치에서, 상기 정렬 이미지를 기반으로 하여, 이미지 프로세싱 방법으로 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판의 끝단 사이 갭(gap)을 산출하는 분석 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 상기 정렬 이미지 및 상기 갭을 디스플레이하는 디스플레이 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 상기 갭과 미리 설정된 갭-기준을 비교하고, 미리 설정된 비교 결과 분류에 따라, 시청각적 방법으로 작업자에게 경보하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 조명을 이용하여 제1전극판과 제2전극판의 형상을 동시에 획득함으로써, 갭의 측정오차를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조명을 이용하여 제1전극판과 제2전극판의 형상을 동시에 획득함 카메라유닛의 일정한 위치 제어가 불필요하여, 설치가 용이하며 운영이 용이하다.
본 발명에 따르면, 단순한 형상의 정렬 이미지를 이용하여 실시간으로 갭을 측정함으로써, 이차전지 적층 공정 시간을 단축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실시간 갭 측정이 가능하여, 전극판 정렬 불량을 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단순한 형상의 정렬 이미지를, 좁은 화각의 고화질 영상으로 획득함으로써, 측정의 정밀도를 개선할 수 있다.
도 1a는 종래의 전극 적층 감시 장치의 작동 원리를 설명하는 도면.
도 1b는 종래의 2차전지 전극 적층 감시 장치에서 합성이미지의 생성을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치의 일 시시형태를 설명하는 도면.
이하, 본 발명에 따른 2차전지 전극 적층 감시 장치를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 종래의 전극 적층 감시 장치의 작동 원리를 설명하는 도면이며, 도 1b는 종래의 2차전지(1) 전극 적층 감시 장치에서 합성이미지(110)의 생성을 설명하는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 종래의 전극 적층 감시 장치는, 카메라유닛(100)을 이용하여 이차전지의 적층 상태를 촬영하여 합성이미지(110)를 생성한다. 합성이미지(110)에는 면적이 작은 제2전극판(20)과 상대적으로 면적이 넓은 제1전극판(10)의 형상이 모두 나타난다. 따라서, 제1전극판(10)의 외주 끝단과 제2전극판(20)의 외주 끝단 사이의 이격거리, 갭(2, gap)을 측정할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 합성이미지(110)의 생성 과정을 확인할 수 있다. 카메라유닛(100)은 면적이 작은 제2전극판(20)이 적층된 상태에서 상면의 영상을 촬영하여 개별 이미지2(112)를 행성한다. 개별 이미지2(112)는 제2전극판(20) 및 분리막(30)의 외주 끝단 형상을 포함한다.
제2전극판(20) 상면에 분리막(30)이 폴딩되어 배치되고, 그 상면에 다시 제1전극판(10)이 적층되어 배치된다. 카메라유닛(100)은 그 상면의 영상을 촬영하여 개별 이미지1(111)을 생성한다. 개별 이미지1(111)은 제1전극판(10) 및 분리막(30)의 외주 끝단 형상을 포함한다.
개별 이미지1(111)은 분리막(30)과 제1전극판(10)이 제2전극판(20)의 상면에 배치된 후에 획득되므로, 제2전극판(20)의 형상이 포함되지 않는다. 따라서, 개별 이미지1(111) 및 개별 이미지2(112)를 합성함으로써, 합성이미지(110)를 생성할 수 있다.
그러나 도 1a 내지 도 1b를 참조하면, 이러한 종래의 전극 적층 감시 장치는, 오차 발생의 확률이 매우 높다.
우선, 개별 이미지1 중심위치(111-1)와 개별 이미지2 중심위치(112-1)가 동일해야 한다. 즉, 개별 이미지1(111) 내지 개별 이미지2(112)가 획득되는 일련의 과정에서, 카메라유닛(100)의 화각이 항상 동일한 위치를 유지해야 한다. 그렇지 않으면, 화각 위치의 변화에 의해 갭(2)의 증감이 발생하였는지, 아니면 실제로 전극판의 적층 위치에 변동이 발생하였는지를 알 수 없다.
하지만, 개별 이미지1 중심위치(111-1)와 개별 이미지2 중심위치(112-1)가 동일한 상황인지 여부도 실질적으로 확인할 수 없다. 개별 이미지1 중심위치(111-1)가 개별 이미지2 중심위치(112-1)와 이격되고, 제1전극판(10)의 적층 위치도 변동할 수 있다. 이때, 개별 이미지1 중심위치(111-1)의 이격방향과 제1전극판(10)의 위치 변동 방향이 동일하면, 제1전극판(10)의 위치를 확인할 수 없으며, 따라서 이때 측정된 갭(2)은 신뢰할 수 없다.
또한, 종래의 전극 적층 감시 장치는, 제1전극판(10) 또는 제2전극판(20)의 외주 끝단만 정밀하게 측정할 수 없다. 카메라유닛(100)의 화각을 좁혀서 전극판의 외주 끝단만 촬영하면, 전술한 바와 같이 전극판의 이동인지 아니면 카메라화각(101)의 이동인지를 확인할 수 없기 때문이다.
도 2는 본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치의 일 실시형태를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 조명유닛(200)과 카메라유닛(100)으로 구성됨을 알 수 있다.
조명유닛(200)이 방사하는 조명광은, 적층된 제1증극판(10)중 최상측에 배치된 제1전극판(10)의 외주 끝단에 투사된다. 제1전극판(10)의 외주 끝단에 투사된 조명광은 분리막(30)을 투과하여 카메라유닛(100)에서 수광된다.
이때, 분리막(30) 상측에 제2전극판(20)을 적층할 때, 제1전극판(10)의 외주 끝단에 정렬할 수 있다.
카메라유닛(100)은, 조명유닛(200)이 조명하는 영역을 촬영하여 정렬 이미지(120)를 생성한다. 정렬 이미지(120)는 제1전극판(10)의 외주 끝단 및 제2전극판(20)의 외주 끝단 형상을 모두 포함한다.
정렬 이미지(120)에 나타나는 제1전극판(10)의 외주 끝단 형상은, 조명광이 분리막(30)을 투과하여 획득된 실시간 형상이다. 최상층의 제2전극판(20) 및 바로 아래층의 제1전극판(10)의 외주 끝단 형상은 실시간 정렬 상태를 나타낸다. 본 발명에 따른 정렬 이미지(120)는 갭(2)의 실시간 정보를 포함한다.
이 상태에서 산출된 갭(2)은 카메라유닛(100)의 위치 이동 여부와 무관하므로 구성이 단순하고 설치가 용이하다. 두 개 이상의 이미지를 합성하는 단계가 불필요하므로, 측정 시간이 단축된다.
또한, 제1전극판(10) 및 제2전극판(20)의 외주 끝단의 일부 영역만 촬영하여 정렬 이미지(120)를 생성한다. 좁은 화각으로 고화질로 촬영하기 때문에, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 정렬 이미지(120)의 해상도가 높아지며, 정렬 이미지(120)에 나타나는 형상은, 단순한 복수개의 선(line) 형상이므로, 측정 오차가 감소하고 갭(2) 분석이 용이하다.
본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 제1전극판(10) 및 제2전극판(20)의 적층된 높이에 따라 조명유닛(200)의 높이를 제어하는 조명높이 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
전극판의 적층 두께가 높아지면, 조명유닛(200)과 최상측 전극판과의 거리가 멀어진다. 조명높이 제어유닛을 더 포함함으로써, 항상 최상측에 적층되는 제2전극판(20) 및 제1전극판(10)의 외주 끝단을 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 정렬 이미지(120)를 기반으로 하여, 이미지 프로세싱 방법으로 제1전극판(10) 및 제2전극판(20)의 끝단 사이 갭(2, gap)을 산출하는 분석 유닛을 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 정렬 이미지(120)는, 복수개의 선(line) 형상으로 구성될 수 있다. 짧은 시간에 이미지 프로세싱이 가능하여 갭(2)을 산출할 수 있다. 따라서, 2차전지(1) 제작 공정에서 실시간으로 모든 층의 갭(2)을 실시간 확인할 수 있으며, 적층 공정 시간을 단축할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 정렬 이미지(120) 및 갭(2)을 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 정렬 이미지(120)에 나타난 형상이 단순하므로, 이미지 프로세싱을 통한 갭(2) 산출이 실시간으로 수행될 수 있다. 디스플레이 유닛을 더 구비함으로써, 작업자는 갭(2)의 변화 양상을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치는, 갭(2)과 미리 설정된 갭-기준을 비교하고, 미리 설정된 비교 결과 분류에 따라, 시청각적 방법으로 작업자에게 경보하는 경보부를 더 포함할 수 있다.
갭(2)을 실시간 측정함과 동시에, 작업자는 갭(2)-기준을 이용하여 과도한 갭(2) 발생으로 인한 불량 여부를 확인할 수 있다.
또한, 갭-기준을 복수의 선(line)으로 디스플레이 유닛에 디스플레이 하고, 정렬 이미지(120)와 중첩할 수 있다. 갭-기준과 정렬 이미지(120)를 중첩하여 디스플레이하면, 실시간으로 발생한 갭(2)의 갭-기준 만족 여부를 직관적으로 확인할 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴딩되는 분리막 사이에, 면적이 큰 제1전극판과 면적이 작은 제2전극판이 교대로 적층될때, 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 정렬 상태를 모니터링하는 2차전지 전극 적층 감시 장치에 있어서,
    상기 제1전극판의 외주 끝단 영역을 적층방향으로 조명하는 조명유닛; 및
    상기 적층방향에서 상기 조명유닛이 조명하는 영역을 촬영하여 정렬 이미지를 생성하는 카메라유닛;을 포함하여,
    상기 조명유닛이 방사하는 조명광은 상기 분리막을 투과하여 상기 카메라유닛에 수광됨으로써, 상기 정렬 이미지는 상기 제1전극판의 외주 끝단 및 상기 제2전극판의 외주 끝단 형상을 모두 포함하고,
    제1전극판 및 제2전극판의 적층된 높이에 따라 상기 조명 유닛의 높이를 제어하는 조명높이 제어유닛; 및
    상기 정렬 이미지를 기반으로 하여, 이미지 프로세싱 방법으로 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판의 끝단 사이 갭(gap)을 산출하는 분석 유닛;을 더 포함하여,
    상기 제1전극판 및 상기 제2전극판의 적층된 높이에 상관없이 항상 최상측에 적층된 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 단순한 형상을 좁은 화각의 고화질 영상으로 동시에 획득함으로써,
    상기 갭을 실시간 측정 및 정렬 불량을 실시간으로 확인할 수 있고, 상기 갭 측정의 정밀도를 개선할 수 있는 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정렬 이미지 및 상기 갭을 디스플레이하는 디스플레이 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 갭과 미리 설정된 갭-기준을 비교하고, 미리 설정된 비교 결과 분류에 따라, 시청각적 방법으로 작업자에게 경보하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명을 이용한 2차전지 전극 적층 감시 장치.
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