KR102327264B1 - 이차전지 셀의 테라스를 절단하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

이차전지 셀의 테라스를 절단하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에서 셀의 테라스의 에지를 절단하는 테라스 에지 커팅 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 테라스 에지 커팅 장치는 테라스 에지 커팅 장치에 안착된 셀의 상방에서 셀을 촬영하는 비전 카메라; 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동하여 셀의 테라스의 에지를 절단하는 커팅날이 설치된 상도 및 상도에 대향하고 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함하는 커팅부; 및 촬영된 셀의 영상에 기초하여, 셀의 비틀림을 감지하고 커팅부의 위치를 조정하는 커팅 조정부를 포함할 수 있다.

Description

이차전지 셀의 테라스를 절단하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD TO CUT TERRACE OF SECONDARY BATTERY CELL}
본 개시는 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에서 폴딩 공정 전, 셀의 테라스의 에지(edge)를 절단하는 테라스 에지 커팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
여기에서 달리 언급하지 않으면 본 섹션에서 기술되는 내용은 본 출원에서의 청구범위의 선행 기술이 아니며, 본 섹션에 기재하였다는 이유로 선행 기술로 인정되어서는 안 된다.
화석연료 사용이 경제적, 환경적인 문제를 야기하면서 신재생에너지에 대한 관심과 수요가 급증했다. 이와 함께, 신재생에너지를 저장해 둘 수 있는 이차전지의 필요성도 커지고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 수명이 길며 자가 방전율이 낮아 휴대용 전자기기와 에너지 저장장치(ESS) 및 전기자동차의 핵심 부품으로 널리 활용되고 있다. 리튬 이차전지는 크게 각형전지와 폴리머전지 및 원통형 전지로 크게 3가지 형태로 사용되고 있다.
여기에서 폴리머 전지는 전극적층체를 알루미늄 박막(이를 통상 파우치라 함)으로 감싸기 때문에 파우치형 이차전지라고도 불리우며, 그 두께를 박막화하고 경량화할 수 있어, 사용량이 계속 증가 추세에 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 전극적층체를 파우치로 감싼 뒤 테두리 부분을 실링해야하고 실링된 폴리머전지의 양측에는 소정 폭의 테라스(terrace)가 형성될 수 있다. 이차전지 배터리 팩에는 파우치형 이차전지가 복수 개 실장되도록 구성되기 때문에, 실장 효율성을 위하여 파우치형 이차전지의 양측 테라스를 폴딩하여 실장 크기를 줄이는 방식이 이용된다.
파우치형 이차전지의 테라스를 폴딩하기 전에는, 불필요한 부분을 미리 제거하고 폴딩을 용이하게 할 수 있도록 테라스의 에지 부분을 절단할 필요가 있다. 예를 들어, 선행문헌(한국 등록 특허 제10-1908586호, 이차전지 셀의 테라스부 모서리 자동 절단 장치)에 개시된 절단 장치는, 이차전지 셀의 테라스부를 절단하기 위해 상하 승하강 구동되는 커팅 금형과 지지 금형이 테라스부의 잔여 부위를 지지한 상태에서 커터가 개별 동작되어 테라스부의 잔여 부위를 절단하여 제거할 수 있다.
선행문헌에 개시된 절단 장치는 이차전지 셀의 크기나 형상에 따라 절단되는 위치와 각도를 조절할 수 있는 커팅 위치 조절부를 포함하며, 이는 스크류와 핸들을 통해 조정 가능하다. 그러나, 스크류와 핸들은 수동으로 조정되어야 하므로, 결과적으로 커팅 위치 조절부의 위치 조정은 신속하고 정밀하게 수행되기 어렵다. 또한, 각 공정에서 셀이 커팅을 위해 안착될 때마다, 미세한 이탈과 비틀림이 발생하지만, 선행문헌에 따른 절단 장치는 이를 감지하여 대응하지 못하는 문제점이 있다. 한편, 선행문헌에 개시된 절단 장치는 일 측의 전극 탭 부근에서 셀의 테라스를 고정하면서, 타 측의 전극 탭 부근에서 테라스의 에지를 절단하는 방식이다. 이로 인해, 선행 문헌에 따른 절단 장치를 사용할 경우, 셀의 일 측을 고정하여 2면의 에지를 절단한 후, 다시 셀을 재배치하여 타 측을 고정하고 남은 2면의 에지를 커팅해야 하기 때문에, 4면의 모든 에지를 절단하는 데 상당한 시간이 소요된다.
KR 10-1908586 B1
본 개시는 위 문제점을 해결하여 신속하면서도 정밀하게 이차전지 셀의 이탈 및 비틀림을 감지하고 커팅부의 위치를 자동 조정하여 테라스의 에지를 절단할 수 있는 테라스 에지 커팅 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 개시는 커팅 공정에 소요되는 시간을 감소시키기 위해 셀의 재배치 없이, 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서 테라스의 네 면의 에지를 절단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에 배치되어 폴딩 공정 전 셀의 테라스의 에지를 절단하기 위한 테라스 에지 커팅 장치가 개시된다. 테라스 에지 커팅 장치는 안착된 셀의 상방에서 셀을 촬영하는 비전 카메라; 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동하여 셀의 테라스의 에지를 절단하는 커팅날(cutting knife)이 설치된 상도 및 상도에 대향하고 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함하는 커팅부; 및 촬영된 셀의 영상에 기초하여, 셀의 비틀림을 감지하고 커팅부의 위치를 조정하는 커팅 조정부를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 커팅 조정부는 서보 모터를 포함할 수 있다. 서보 모터는 X 축 서보 모터, Y 축 서보 모터, 및 Θ 축 서보 모터를 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 서보 모터는 커팅부의 커팅날이 접하는 평면의 X 방향, Y 방향 또는 XY 평면 상에서 커팅날의 회전 방향인 Θ 방향 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 커팅 조정부는 셀의 탭을 기준점으로 하여 셀의 비틀림을 감지할 수 있다.
일 예시에서, 테라스 에지 커팅 장치는 커팅부의 상도를 상하로 구동하기 위한 실린더를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 실린더는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 커팅부는 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서, 셀의 테라스의 네 개의 에지를 절단할 수 있다.
일 예시에서, 비전 카메라는 제1 비전 카메라 및 제2 비전 카메라를 포함할 수 있다. 여기에서, 커팅 조정부는 제1 비전 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 커팅부의 위치를 초기 보정하고, 제2 비전 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 커팅부의 위치를 추가 보정할 수 있다.
일 예시에서, 커팅 조정부는 셀의 절단 후 하도에 맞물린 상도의 커팅날을 외측으로 이동시켜 절단된 부분을 완전히 탈락시킬 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 전술한 테라스 에지 커팅 장치를 포함하는 파우치형의 이차전지 셀을 배터리 팩에 실장하기 위해 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비가 개시된다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에서 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법이 개시된다. 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법은, 셀을 안착하는 단계 및 안착된 셀의 상방에서 셀의 영상을 촬영하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법은 촬영된 셀의 영상에 기초하여, 셀의 비틀림을 감지하고, 상도 및 상도에 대향하고 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함하는 커팅부의 위치를 조정하는 단계; 및 조정된 커팅부의 상도에 설치된 커팅날을 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동시켜 셀의 테라스의 에지를 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예시에서, 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 커팅부의 커팅날이 접하는 평면의 X 방향, Y 방향 또는 XY 평면 상에서 커팅날의 회전 방향인 Θ 방향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 셀의 탭을 기준점으로 하여 셀의 비틀림을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 에지를 절단하는 단계는 커팅부의 상도를 상하로 구동하도록 구성된 실린더를 통해 조정된 커팅부의 커팅날을 연직 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 에지를 절단하는 단계는 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서, 셀의 테라스의 네 개의 에지를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 영상을 촬영하는 단계는 제1 비전 카메라를 통해 제1 셀 영상을 획득하는 단계 및 제2 비전 카메라를 통해 제2 셀 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 제1 셀 영상에 기초하여 커팅부의 위치를 초기 보정하는 단계 및 제2 셀 영상에 기초하여 커팅부의 위치를 추가 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법은 에지를 절단한 후, 절단된 부분이 완전히 탈락되도록 하도에 맞물린 상도의 커팅날을 외측으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 간단한 요약 및 효과에 관한 설명은 단순히 예시적인 것으로서 본 개시에서 의도한 기술적 사항을 제한하기 위한 것이 아니다. 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조함으로써, 전술한 예시적인 실시예들과 기술적 특징들에 더하여, 추가적인 실시예와 기술적 특징들이 이해될 수 있을 것이다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스의 에지를 절단하기 위한 테라스 에지 커팅 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 커팅 전 이차전지 셀의 평면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 이차전지 셀의 테라스 에지를 절단하는 프로세스에 관한 흐름도이다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 폴딩 전의 이차전지 셀 및 폴딩 후의 이차전지 셀에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110) 및 파우치 외장재(120)로 구성되어 있다.
전극 조립체(110)는 소정의 크기의 단위로 절단한 다수의 양극판과 음극판들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체일 수 있다. 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)는 서로 대향하여 파우치 외장재(120)의 양측에서 노출될 수 있다. 다른 실시예의 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 동일한 측면에서 노출될 수도 있다.
파우치 외장재(120)는 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레에서 실링하도록 구성될 수 있다. 파우치 외장재(120)의 둘레는 실링부라고 지칭될 수 있으며, 파우치 외장재(120)에서 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)가 배치되지 않은 양쪽 측면의 실링부는 테라스(121)라고 지칭될 수 있다. 폴딩 전의 이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 파우치 외장재(120)가 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레를 실링한 다음, 소정의 크기만큼 재단되어 제조될 수 있다.
이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에서 폴딩 공정을 거침에 따라, 테라스(121)의 에지가 절단선(122)을 따라 절단될 수 있고, 제1 폴딩선(123)을 따라 180도 폴딩되고, 제2 폴딩선(124)을 따라 90도 폴딩될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비를 통과한 이차전지 셀(100)을 확인할 수 있다.
이차전지 셀(100)이 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 의해 폴딩 공정을 거침에 따라 폴딩 전보다 일정 길이(D)만큼 작은 폭을 가질 수 있다. 즉, 이차전지 셀(100)은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비를 통과하면 파우치 외장재(120)의 테라스(121)가 폴딩되어, 이차전지 셀(100)의 크기를 줄여 이차전지 배터리 팩에 실장될 때의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(305)의 테라스의 에지를 절단하기 위한 테라스 에지 커팅 장치를 도시한 사시도이다. 도 3에서 설명되는 테라스 에지 커팅 장치(300)는 폴딩 설비에 배치되는 장치로서, 폴딩 공정 전에 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 테라스 에지 커팅 장치(300)는 비전 카메라(310), 상도(320), 상도 업다운 실린더(322), 하도(325), 하도 레벨 조정 볼트(327), X 축 서보 모터(330), Y 축 서보 모터(335) 및 Θ 축 서보 모터(340)를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 단지 예시의 목적을 위한 것으로서, 일부 컴포넌트가 생략되거나, 추가될 수 있다.
비전 카메라(310)는 테라스 에지 커팅 장치(300)에 안착된 셀(305)의 상방에서 셀(305)을 촬영할 수 있다. 도 3에는 한 개의 비전 카메라(310)가 도시되어 있지만, 테라스 에지 커팅 장치(300)는 한 개 또는 복수 개의 비전 카메라, 예컨대 셀(305)의 두 개의 전극 탭 부분을 각각 촬영하는 두 개의 비전 카메라를 포함할 수 있다.
커팅부는 상도(320) 및 상도(320)에 대향하는 하도(325)를 포함할 수 있다. 상도(320)에는 셀의 테라스의 에지를 절단하는 커팅날이 설치될 수 있다. 상도 업다운 실린더(322)는 상도(320)를 상하로 구동하도록 구성된다. 예컨대, 실린더는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 커팅날은 프레스 타입의 나이프(press type knife)로서 상도 업다운 실린더(322)가 상도(320)의 커팅날을 셀(305)의 상방으로부터 연직 방향으로 이동하여 셀의 테라스의 에지를 절단할 수 있다. 여기에서, 커팅부는 네 개의 커팅날을 포함하여, 셀(305)이 안착된 후 고정된 상태로 각각의 커팅날이 대향하는 셀(305)의 테라스의 네 개의 에지를 절단할 수 있으므로, 일 측의 전극 탭에서 두 에지를 커팅하고, 타 측의 전극 탭의 나머지 두 에지를 커팅하기 전 다시 셀의 재배치가 요구된 종래 방식에 비해 커팅 공정이 신속하게 처리될 수 있다. 커팅부의 설계에 따라, 네 개의 커팅날은 연직 방향으로 동시에 이동하여 한 번에 네 개의 에지를 절단할 수도 있고, 각각의 에지를 개별적으로 절단할 수도 있으며, 두 개의 에지씩 순차적으로 절단하는 것도 가능하다.
하도(325)는 상도(320)와 기계적으로 연결되며, 셀(305)의 하방에 위치할 수 있다. 하도(325)는 하도 레벨 조정 볼트(327)에 의해 상하로 위치가 조정될 수 있다.
테라스 에지 커팅 장치(300)는 비전 카메라(310)로부터 촬영된 셀(305)의 영상에 기초하여, 커팅부의 위치를 조정하는 커팅 조정부를 포함할 수 있다. 커팅 조정부는 적어도 프로세서 및 메모리를 포함하는 임의의 컴퓨터 장치로서 테라스 에지 커팅 장치(300)의 각 컴포넌트를 제어하는 에지 커팅 제어부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
프로세서는 요구되는 구성에 따라, 마이크로 프로세서(μP), 마이크로 컨트롤러(μC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 프로세서는 레벨 1 캐시, 레벨 2 캐시와 같은 하나 이상의 레벨(level)의 캐시(cache), 하나 이상의 프로세서 코어, 및 레지스터를 포함할 수 있다. 프로세서 코어는 산술 논리 연산장치(arithmetic logic unit; ALU), 부동 소수점 장치(floating point unit; FPU), 디지털 신호 처리 코어(DSP Core), 또는 그들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
요구되는 구성에 따라, 메모리는 (RAM과 같은) 휘발성 메모리, (ROM, 플래시 메모리 등과 같은) 비휘발성 메모리, 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 메모리는 테라스 에지 커팅 장치(300)를 구동하기 위한 운영 체제, 하나 이상의 어플리케이션(application), 및/또는 프로그램 데이터를 포함할 수 있다. 프로그램 데이터는 예컨대, 이차전지 셀에 관한 특징(예컨대, 두께, 길이, 외장재의 재질 등)에 관한 데이터를 포함할 수 있으며, 어플리케이션의 동작 중에 사용될 수 있다.
조작 편의성을 위해, 제어부는 입출력(I/O) 인터페이스를 포함할 수 있다. I/O 인터페이스는 메모리에 저장되는 하나 이상의 어플리케이션 및/또는 프로그램 데이터와 같은 데이터를 프로세서에 직접 입력할 수 있거나 메모리에 저장할 수 있다. 또한, I/O 인터페이스는 테라스 에지 커팅 장치(300)에서 수행되는 테라스의 커팅에 관한 정보를 수신하여, 운영자가 확인 가능하도록 출력할 수 있다.
또한, 커팅 조정부는 에지 커팅 제어부로부터 수신되는 제어 신호에 의해 구동되는 서보 모터(330, 335, 340)를 포함할 수 있다. 서보 모터는 X 축 서보 모터(330), Y 축 서보 모터(335), 및 Θ 축 서보 모터(340)를 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 서보 모터는 커팅부의 커팅날이 접하는 평면의 X 방향, Y 방향 또는 XY 평면 상에서 커팅날의 회전 방향인 Θ 방향 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 본 실시예에서, 테라스 에지 커팅 장치(300)의 X 축 서보 모터(330)는 네 개, Y 축 서보 모터(335)는 두 개(예컨대, 네 개의 커팅날의 X 축 이동 두 개씩 Y 축 이동에 물려 있음), 그리고 Θ 축 서보 모터(340)는 네 개로 예시된다. 이 경우, 커팅부의 네 개의 커팅날의 위치는 X 방향과 Θ 방향에서는 개별적으로 조정되고, Y 방향에서는 물려 있는 커팅부의 두 개의 커팅날이 동시에 조정될 수 있다. 그러나, 각 서보 모터(330, 335, 340)의 개수 및 배치는 이러한 구성에 한정되지 않으며, 커팅부의 조정 편의에 따라 다양한 방식으로 설치될 수 있다.
셀(305)이 테라스 에지 커팅 장치(300)에 안착되면, 커팅 조정부는 우선 크기 및 형상이 상이한 셀(305)의 종류에 따라 서보 모터(330, 335, 340)로 커팅부의 위치를 자동 조정할 수 있다. 일 예시에서, 커팅 조정부는 미리 입력된 셀(305)에 관한 프로그램 데이터에 기초하여 서보 모터(330, 335, 340)를 자동 조정할 수 있다. 다른 예시에서, 커팅 조정부는 비전 카메라(310)로부터 촬영된 영상에 기초하여 서보 모터(330, 335, 340)를 자동 조정할 수 있다.
그 후, 커팅 조정부는 셀이 이송되어 테라스 에지 커팅 장치(300)에 안착될 때마다 발생할 수 있는 각각의 셀(305)의 위치 이탈 및 비틀림을 보정하기 위해, 서보 모터(330, 335, 340)를 미세 조정할 수 있다. 예컨대, 커팅 조정부는 셀(305)의 전극 탭을 기준점으로 하여 셀의 이탈 및 비틀림을 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 비전 카메라(310)는 한 개로서, 커팅 조정부는 양극 또는 음극 부근을 기준점으로 하여 셀의 비틀림을 감지할 수 있다. 다른 실시예에서, 비전 카메라(310)는 복수 개, 예컨대 두 개로서, 커팅 조정부는 양극과 음극 부근 모두를 기준점으로 하여 셀의 비틀림을 감지할 수 있다. 커팅 조정부의 미세 조정에 관해서는 도 4에서 보다 자세하게 설명될 것이다.
전술한 서보 모터(330, 335, 340)를 이용한 셀(305)의 기종 차이에 따른 자동 조정과 비틀림에 따른 미세 조정은 개별적, 순차적으로 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다.
한편, 커팅 조정부는 서보 모터(330, 335, 340)를 통해 커팅부에 의한 셀(305)의 절단 후 하도(325)에 맞물린 상도(320)의 커팅날을 외측으로 예컨대, 수 mm 이동시켜 절단된 에지 부분을 완전히 탈락시킬 수 있다.
다른 가능한 이점 중에서, 본 개시에서 설명된 테라스 에지 커팅 장치(300)는 비전 카메라(310)와 커팅 조정부를 사용한 카메라 영상 처리 기술을 사용하여 커팅 공정에서 커팅부의 조정을 자동화함으로써 공정 속도와 효율이 높아질 수 있으며, 정밀한 제어를 통해 이차전지 셀(305)의 테라스 에지 커팅에 기인하는 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 커팅 전 이차전지 셀(405)의 평면도이다. 이제부터 도 4를 참조하여, 도 3에서 설명된 커팅 조정부에 의한 커팅부의 미세 조정 방법을 설명한다. 도 4에서 이차전지 셀(405)은 그 길이 방향의 양 측면에 두 전극 탭(401, 403)을 포함하는 형상으로 도시되어 있으나, 이차전자 셀과 그 전극 탭은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 당업자라면 도 3의 테라스 에지 커팅 장치 및 도 4에서 설명되는 커팅부의 조정 방법을 적절하게 변경하여 사용할 수 있음이 이해될 것이다.
이차전지 셀(405)은 양극 또는 음극을 나타내는 두 전극 탭(401, 403)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 커팅 조정부는 각각의 전극 탭(401, 403)과 본방이 접하는 부분의 양 끝점을 기준점(R1, R2)으로 하여 셀(405)의 이탈 및 비틀림을 감지할 수 있다. 예컨대, 비전 카메라(310)가 전극 탭(401) 부근을 촬영하는 경우, R1의 두 점을 셀(405)이 이상적으로 안착되는 지점과 비교하거나 R1의 두 점과 조정 전 커팅부의 중심선을 이용하면, 셀(405)의 이탈 및 비틀림을 감지할 수 있다. 커팅 조정부는 감지 결과에 따라 계산된 보정 값에 기초하여 X 축 서보 모터(330), Y 축 서보 모터(335), 및 Θ 축 서보 모터(340)를 제어하여 에지 부분(E1, E2, E3, E4)을 커팅할 수 있다. 마찬가지로, 비전 카메라(310)가 전극 탭(403) 부근을 촬영하는 경우, R2의 두 점을 셀(405)이 이상적으로 안착되는 지점과 비교하거나 R2의 두 점과 조정 전 커팅부의 중심선을 이용하면, 셀(405)의 이탈 및 비틀림을 감지할 수 있고, 감지 결과에 따라 커팅부의 위치를 조정할 수 있다.
제1 실시예에서, 하나의 비전 카메라(310)가 두 전극 탭(401, 403) 중 하나 부근의 기준점(즉, R1 또는 R2)에서 보정 값을 계산하여 모든 커팅부의 위치를 조정하여 네 개의 에지(E1, E2, E3, E4)를 절단할 수 있다. 제2 실시예에서, 두 개의 비전 카메라(310)가 존재하여, 전극 탭(401) 부근 상방의 비전 카메라는 R1을 기준으로 보정 값을 계산하여 커팅부의 위치를 초기 보정하고, 전극 탭(403) 부근 상방의 비전 카메라는 R2를 기준으로 보정 값을 계산하여 커팅부의 위치를 추가 보정할 수 있다. 대안적으로, 두 개의 비전 카메라(310)에서 각각 촬영되는 두 전극 탭(401, 403) 부근의 기준점(즉, R1 및 R2)으로부터 네 커팅부의 보정 값을 일시에 계산할 수 있다. 제3 실시예에서, 두 개의 비전 카메라(310)가 존재하여, 전극 탭(401) 부근 상방의 비전 카메라는 R1을 기준으로 보정 값을 계산하여 E1, E2와 대향하는 커팅부의 위치를 보정하고, 전극 탭(403) 부근 상방의 비전 카메라는 R2를 기준으로 보정 값을 계산하여 E3, E4와 대향하는 커팅부의 위치를 보정할 수 있다.
두 개의 비전 카메라가 이용되는 경우 한 개의 비전 카메라를 이용하여 커팅부의 위치를 조정하는 경우보다 조정 정확도가 높아져 테라스 에지 커팅으로 인한 불량률을 더욱 감소시킬 수 있다. 그러나, 비전 카메라의 설치 및 커팅부의 위치 조정 방식은 전술한 실시예에 제한되지 않으며, 정확한 각도 및 위치에서 셀(405)의 에지(E1, E2, E3, E4)를 절단할 수 있는 여하한의 효율적인 방식이 고려될 수 있다.
한편, 커팅부의 조정 방식은 서보 모터(330, 335, 340)의 배치에도 영향을 받을 수 있다. 예컨대, Y 축 서보 모터(335) 하나가 두 개의 상도의 커팅날을 Y 방향에서 동시에 조정하는 경우, 하나의 Y 축 서보 모터(335)에 물려 있는 두 개의 커팅날은 Y 방향에서 동일한 위치만큼 조정될 수 있다. 즉, E1과 E3에 대향하는 두 커팅부는 Y 방향에서 동일한 보정 값으로 동시에 조정되고, E2와 E4에 대향하는 두 커팅부는 Y 방향에서 동일한 보정 값으로 동시에 조정될 수 있다. 여기에서, 하나의 서보 모터에 함께 물려 있는 두 개의 커팅날은 동시에 연직 방향으로 이동되어, 대향하는 에지를 일시에 절단할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 이차전지 셀의 테라스 에지를 절단하는 프로세스에 관한 흐름도이다. 도 5의 프로세스는 예컨대, 도 3에서 설명된 테라스 에지 커팅 장치(300)를 사용하여 실행될 수 있다. 예시적인 프로세스는 블록(501, 502, 503 및/또는 504) 중 하나 이상에 의해 도시된 하나 이상의 동작, 작용 또는 기능을 포함할 수 있다. 도 5에는 별개의 블록으로 도시되어 있으나, 요구되는 구현에 따라 다양한 블록들이 추가적인 블록들로 분할되거나, 더 적은 블록들로 조합되거나, 제거될 수 있다.
프로세싱은 블록 501 "셀을 안착함"에서 시작할 수 있다. 블록 501에서, 이차전지 셀은 폴딩 설비 상에서 이전 공정이 완료된 후 이송되어 테라스 에지 커팅 장치에 안착될 수 있으며, 셀은 테라스 에지 커팅 공정 시 움직이지 않도록 고정될 수 있다.
프로세싱은 블록 501에서 블록 502 “셀의 영상을 촬영함”으로 이어질 수 있다. 블록 502에서, 비전 카메라는 안착된 셀의 상방에서 셀의 영상을 촬영할 수 있다. 비전 카메라는 한 개 또는 복수 개(예컨대, 두 개) 사용될 수 있다.
프로세싱은 블록 502에서 블록 503 “셀의 비틀림을 감지하고, 커팅부의 위치를 조정함”으로 이어질 수 있다. 블록 503에서, 커팅 조정부는 비전 카메라로부터 촬영된 셀의 영상에 기초하여, 셀의 비틀림을 감지하고 커팅부의 위치를 조정할 수 있다. 커팅부는 커팅날이 설치된 상도 및 상도에 기계적으로 연결되고, 상도에 대향하여 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 X 축 서보 모터, Y 축 서보 모터 및/또는 Θ 축 서보 모터를 사용하여, 커팅부의 커팅날이 접하는 평면의 X 방향, Y 방향 또는 XY 평면 상에서 커팅날의 회전 방향인 Θ 방향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 셀의 탭을 기준점으로 하여 셀의 비틀림을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
프로세싱은 블록 503에서 블록 504 “조정된 커팅부로 셀의 에지를 절단함”으로 이어질 수 있다. 블록 504에서, 커팅 조정부는 조정된 커팅부의 커팅날을 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동시켜 셀의 테라스의 에지를 절단할 수 있다. 일 예시에서, 에지를 절단하는 단계는 상도를 상하로 구동하도록 구성된 실린더를 통해 조정된 커팅부의 커팅날을 연직 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 에지를 절단하는 단계는 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서, 셀의 테라스의 네 개의 에지를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 상세한 설명은 블록도 및/또는 예시의 사용을 통해 장치 및/또는 프로세스의 다양한 실시예를 설명하였다. 그러한 블록도 및/또는 예시가 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한, 당업자라면 그러한 블록도, 또는 예시 내의 각각의 기능 및/또는 동작은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 실질적으로 그들 임의의 조합의 넓은 범위에 의해 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
특정 예시적 기법이 다양한 방법 및 시스템을 이용하여 여기에서 기술되고 도시되었으나, 당업자라면, 청구된 대상에서 벗어남이 없이, 다양한 기타의 수정 또는 등가물로의 치환 가능성을 이해할 수 있다. 추가적으로, 여기에 기술된 중심 개념으로부터 벗어남이 없이 특정 상황을 청구된 대상의 교시로 적응시키도록 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 청구된 대상이 개시된 특정 예시로 제한되지 않으나, 그러한 청구된 대상은 또한 첨부된 청구범위 및 그 균등의 범위 내에 들어가는 모든 구현예를 포함할 수 있음이 의도된다.
본 개시 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 개시 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 나아가, 본 개시 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약," "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 개시의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에 배치되어 셀의 테라스를 절단하기 위한 테라스 에지 커팅 장치로서,
    상기 테라스 에지 커팅 장치에 안착된 셀의 상방에서 상기 셀을 촬영하는 비전 카메라;
    상기 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동하여 상기 셀의 테라스의 에지를 절단하는 커팅날(cutting knife)이 설치된 상도 및 상기 상도에 대향하고 상기 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함하는 커팅부; 및
    촬영된 셀의 영상에 기초하여, 상기 셀의 비틀림을 감지하고 상기 커팅부의 위치를 조정하는 커팅 조정부
    를 포함하고,
    상기 커팅 조정부는 상기 셀의 탭을 기준점으로 하여 상기 셀의 비틀림을 감지하는 것인 테라스 에지 커팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커팅 조정부는 서보 모터를 포함하고,
    상기 서보 모터는 상기 커팅부의 커팅날이 접하는 평면의 X 방향, Y 방향 또는 XY 평면 상에서 상기 커팅날의 회전 방향인 Θ 방향 중 적어도 하나를 조정하는 것인, 테라스 에지 커팅 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커팅부는 상기 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서, 상기 셀의 테라스의 네 개의 에지를 절단 가능한 것인, 테라스 에지 커팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 테라스 에지 커팅 장치는 상기 커팅부의 상도를 상하로 구동하기 위한 실린더를 더 포함하는 테라스 에지 커팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비전 카메라는 제1 비전 카메라 및 제2 비전 카메라를 포함하고,
    상기 커팅 조정부는 상기 제1 비전 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 상기 커팅부의 위치를 초기 보정하고, 상기 제2 비전 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 상기 커팅부의 위치를 추가 보정하는 것인, 테라스 에지 커팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커팅 조정부는 상기 셀의 절단 후 상기 하도에 맞물린 상기 상도의 커팅날을 외측으로 이동시키는 것인, 테라스 에지 커팅 장치.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 테라스 에지 커팅 장치를 포함하는 파우치형의 이차전지 셀을 배터리 팩에 실장하기 위해 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비.
  9. 이차전지 셀의 테라스를 처리하기 위한 폴딩 설비에서 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법으로서,
    셀을 안착하는 단계;
    상기 안착된 셀의 상방에서 상기 셀의 영상을 촬영하는 단계;
    촬영된 셀의 영상에 기초하여, 상기 셀의 비틀림을 감지하고, 상도 및 상기 상도에 대향하고 상기 셀의 하방에 위치하는 하도를 포함하는 커팅부의 위치를 조정하는 단계; 및
    조정된 커팅부의 상도에 설치된 커팅날을 상기 셀의 상방으로부터 연직 방향으로 이동시켜 상기 셀의 테라스의 에지를 절단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 커팅부의 위치를 조정하는 단계는 상기 셀의 탭을 기준점으로 하여 상기 셀의 비틀림을 감지하는 단계를 포함하는 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절단하는 단계는,
    상기 셀이 고정되어 동일한 안착 위치에서, 상기 셀의 테라스의 네 개의 에지를 절단하는 단계를 포함하는 셀의 테라스 에지를 절단하는 방법.
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KR101908586B1 (ko) 2018-07-16 2018-10-16 주식회사 셀텍 이차전지 셀의 테라스부 모서리 자동 절단 장치

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