KR102666324B1 - 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치 - Google Patents

파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치에 관한 것으로 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시키도록 하기 위해, 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)이 순차 적층되어 형성되는 파우치형 이차전지 셀(C)의 완제품을 검사하는 단독 장비의 이동라인(110) 상에서 위치정렬시키는 정렬부(101); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)은 상기 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)과, 상기 양극극판(2)의 일측부위 단부에 형성되는 전극(12)과, 상기 전극(12)에 겹침되는 양극단자(72)와, 상기 음극극판(3)의 타측부위 단부에 형성되는 전극(14)과, 상기 전극(14)에 겹침되는 음극단자(74)를 소정의 전해질과 함께 밀봉하는 알루미늄 재질의 파우치(20)가 구비되어지되, 상기 파우치(20)의 외측으로 양극단자(72) 및 음극단자(74) 만이 노출되게 구성되며, 상기 전극(12,14)을 압착하는 과정에서 양극극판(2)의 일측단부와 음극극판(3)의 타측단부는 절곡되어 절곡부위(P1)가 형성되고, 상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위 단부들 각각에는 양극단자(72)를 용접하기 위한 전극(12)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되고, 상기 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위 단부들 각각에는 음극단자(74)를 용접하기 위한 전극(14)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되며, 상기 정렬부(101)를 통해 위치정렬된 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동라인(110)을 따라 이동시켜 파우치형 이차전지 셀(C)의 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 “OK(정상)”및“NG(이상)”를 검사하는 검사부(102); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)에 유도전류가 흐르게 하고, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류를 통해 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)에서 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하는 검출센서(31∼38)가 구비되고, 상기 검사부(102)를 통해 검사된 파우치형 이차전지 셀(C)을 “OK(정상)”인 경우와, “NG(이상)”인 경우로 구분하는 선별부(103); 상기 선별부(103)에서 파우치형 이차전지 셀(C)이“OK(정상)”또는“NG(이상)”인 경우, 상기 이동라인(110)의 직교방향에 배치된 선별대(120) 상의 “OK(정상)”또는“NG(이상)”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동시키도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치{Stand-alone device equipped with a disconnection inspection sensor and inspection system for pouch-type secondary battery cells}
본 발명은 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시키도록 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치에 관한 것이다.
에너지원으로 널리 사용되고 있는 화석연료가 점차 고갈됨에 따라 가격이 지속적으로 상승하고 있다. 또한 화석원료는 매연 등을 비롯한 많은 공해물질을 배출하여 환경을 오염시키고 있다. 특히 화석 연료를 사용하는 차량들은, 많은 공해 물질을 배출하여 환경을 매우 심각하게 오염시키는 주요 요인의 하나로서 차량에서 화석연료를 사용하는 것을 줄일 수 있는 대책이 시급하게 요구되고 있는 실정이다.
이에 따라 공해물질을 배출하지 않으면서도 산업 전반에 걸쳐 널리 사용할 수 있는 친환경적인 대체 에너지원에 대한 요구가 필수 불가결한 요인으로 대두되고 있다.
공해물질을 배출하지 않는 친환경적인 대체 에너지원으로는 여러 가지가 알려져 있다. 이들 친환경적인 대체 에너지원의 하나로서, 전력을 반복적으로 충전 및 방전시키면서 동력장치를 구동시키는 것이 가능한 이차전지가 사용되고 있다.
상기 이차전지는 화석원료의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전력의 사용에 따른 공해물질 등의 부산물이 발생하지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성의 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
최근에는 스마트폰 등과 같은 휴대용 기기들이나, 전기차량(EV, Electric Vehicle) 및 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle)이나, 대용량의 전력을 필요로 하는 구동장치 등을 비롯하여 산업 전반에 걸쳐 이차전지가 널리 사용되고 있다. 또한 이차전지의 충전용량도 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
상기한 이차전지들 중의 하나로 파우치형 이차전지가 알려져 있다. 상기 파우치형 이차전지는 복수 개의 파우치형 이차전지 셀들을 결합하여 구성하고 있다.
상기 파우치형 이차전지 셀은, 양극극판과 음극극판의 사이에 분리막을 개재하여 반복하여 적층한 것이다. 그리고 적층한 양극극판의 전극 및 음극극판의 전극을 각각 압착하고, 압착한 양극극판의 전극 및 음극극판의 전극에 양극단자 및 음극단자를 각각 용접한다. 또한 적층한 양극극판, 분리막 및 음극극판을 전해질과 함께, 예를 들면, 알루미늄 재질의 필름으로 된 파우치로 감싸도록 구성하고 있다.
이러한 파우치형 이차전지 셀은 파우치의 외부로 양극단자 및 음극단자만이 노출되게 구성된다.
파우치형 이차전지 셀은 내부의 변형이 거의 발생되지 않고, 빈 공간이 발생되지 않게 제조할 수 있다. 또한 파우치형 이차전지 셀은 다양한 형상으로 제조할 수 있어 설계 자유도가 매우 높고, 무게가 가벼우며, 에너지 밀도가 매우 높은 장점이 있다.
이러한 파우치형 이차전지 셀을 제조할 경우에 여러 가지의 이상 요인이 발생될 수 있다.
예를 들면, 양극극판 및 음극극판의 사이에 분리막을 개재하여 적층하는 과정에서 양극극판 및 음극극판에 미세한 균열이나 단선 등의 이상이 발생될 수 있다.
또한 복수 개의 양극극판의 전극 및 음극극판의 전극을 각각 압착하는 과정에서 양극극판과 음극극판의 단부와 전극의 사이가 절곡되는 절곡부위가 발생되고, 그 절곡부위는 절곡되면서 미세한 균열 또는 단선 등의 이상이 발생될 수 있다.
또한 압착한 전극에 양극단자 및 음극단자를 용접하는 과정에서 전극이 양극단자 및 음극단자에 용접되지 않는 용접불량이 발생될 수 있다.
이러한 이상(이상)들은 파우치형 이차전지 셀에 충전 및 방전되는 전류의 흐름을 방해하게 된다. 이로 인하여 이상이 발생된 부위로 흐르는 전류가 감소하게 되고, 이상이 발생되지 않은 부위로는 상대적으로 전류의 흐름이 집중된다.
그러므로 이상이 발생되지 않은 부위에는 많은 전류가 흐르게 되어 과열현상이 발생될 수 있다. 또한 이상이 발생한 부위에서는 높은 저항 값으로 인하여 과열현상이 발생될 수 있다. 이러한 과열현상에 의하여 이차전지에 화재 등의 안전사고가 발생하게 될 수 있다.
따라서 파우치형 이차전지 셀을 제조한 이후에 파우치형 이차전지 셀의 전체 부위 즉, 양극극판 및 음극극판이나, 전극의 절곡부위 등에 균열 또는 단선 등의 이상이 발생되었는지의 여부와, 전극의 용접불량에 대하여 정밀하게 검사할 수 있는 높은 신뢰성의 검사장치가 요구되고 있는 실정이다.
파우치형 이차전지 셀의 품질을 검사하는 선행기술로서는 대한민국 등록특허 제10-2023739호(2019년 09월 16일, 등록)가 알려져 있다.
상기한 선행기술에 따르면, 이차전지 셀로 와전류를 유도하는 제 1 센서 및 상기 제 1 센서에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 제 2 센서를 포함하고, 이차전지 셀이 주행하는 동안에 와전류에 의한 검사를 수행하는 검사부와, 이차전지 셀이 투입되는 지점부터 반출되는 지점까지, 복수의 이차전지 셀을 순차적으로 이송하는 이송부와, 상기 검사부와 전기적으로 연결되며, 상기 검사부에 의해 감지된 와전류 신호를 수신하여 평가하고 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 검사부는, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서를 검사하고자 하는 위치로 이동할 수 있도록 설계되고, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서가 고정된 상태에서 와전류에 의한 검사를 수행하게 하는 것으로서 와전류를 이용하여 파우치형 이차전지 셀 내부의 균열(Crack)을 검출하게 구성하였다.
이러한 선행기술은 비파괴적인 방법으로 와전류를 이용하여 파우치형 이차전지 셀의 양극과 음극의 극판 및 전극의 부위에서 미세한 균열이나 단선 등이 발생하였는지의 유무와 위치 등을 검출하고, 또한 용접부의 용접불량 여부를 검출할 수 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지 셀을 제조할 경우에 절곡부위의 높이, 절곡 각도 및 폭 등은 일정하지 않고 다양한 형태로 발생된다. 또한 균열이나 단선 등이 발생된 부위의 위치, 방향, 폭 및 모양 등이 일정하지 않고, 다양한 형태로 발생된다. 또한 전해질 및 용접부 등의 영향으로 인하여 제조된 파우치형 이차전지 셀은 일률적이지 않고, 상호간에 약간의 차이가 발생하게 된다.
상기한 와전류 방식은, 파우치형 이차전지 셀과 센서들 사이의 측정거리에 매우 민감하게 반응하고 있다. 즉, 상기 측정거리에 따라 파우치형 이차전지 셀의 극판 및 절곡부위에서의 이상과, 전극의 용접부위의 용접불량 등을 검사한 특성이 상이하게 검출된다.
그러므로 상기한 선행기술은 파우치형 이차전지 셀의 이상 여부를 정밀하게 검사하는 데에는 한계가 있다.
또한 국소 부위에만 와전류를 발생시켜 파우치형 이차전지 셀의 이상여부를 검사하는 것으로서 파우치형 이차전지 셀의 전극, 전극 및 용접부의 전체를 모두 검사하는 데에는 한계가 있다.
또한 파우치형 이차전지 셀에 변형이 있거나, 파우치형 이차전지 셀과 센서 사이에 위치오차가 있을 경우에 파우치형 이차전지 셀의 이상 여부를 검출하는데 많은 어려움이 있다.
그러므로 상기한 선행기술은 거의 실용화되지 않고 있다.
등록특허 제10-2023739호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시키도록 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.
위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)이 순차 적층되어 형성되는 파우치형 이차전지 셀(C)의 완제품을 검사하는 단독 장비의 이동라인(110) 상에서 위치정렬시키는 정렬부(101); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)은 상기 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)과, 상기 양극극판(2)의 일측부위 단부에 형성되는 전극(12)과, 상기 전극(12)에 겹침되는 양극단자(72)와, 상기 음극극판(3)의 타측부위 단부에 형성되는 전극(14)과, 상기 전극(14)에 겹침되는 음극단자(74)를 소정의 전해질과 함께 밀봉하는 알루미늄 재질의 파우치(20)가 구비되어지되, 상기 파우치(20)의 외측으로 양극단자(72) 및 음극단자(74) 만이 노출되게 구성되며, 상기 전극(12,14)을 압착하는 과정에서 양극극판(2)의 일측단부와 음극극판(3)의 타측단부는 절곡되어 절곡부위(P1)가 형성되고, 상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위 단부들 각각에는 양극단자(72)를 용접하기 위한 전극(12)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되고, 상기 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위 단부들 각각에는 음극단자(74)를 용접하기 위한 전극(14)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되며, 상기 정렬부(101)를 통해 위치정렬된 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동라인(110)을 따라 이동시켜 파우치형 이차전지 셀(C)의 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 “OK(정상)”및“NG(이상)”를 검사하는 검사부(102); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)에 유도전류가 흐르게 하고, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류를 통해 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)에서 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하는 검출센서(31∼38)가 구비되고, 상기 검사부(102)를 통해 검사된 파우치형 이차전지 셀(C)을 “OK(정상)”인 경우와, “NG(이상)”인 경우로 구분하는 선별부(103); 상기 선별부(103)에서 파우치형 이차전지 셀(C)이“OK(정상)”또는“NG(이상)”인 경우, 상기 이동라인(110)의 직교방향에 배치된 선별대(120) 상의 “OK(정상)”또는“NG(이상)”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동시키도록 구성하며, 상기 정렬부(101)의 이전단계에 파우치형 이차전지 셀(C)을 다수개 준비해 두는 로딩부(105)가 더 구비되고, 상기 검출센서(31∼38)는 서보모터에 연결된 제1이동판(40)에 구비되어, 상기 제1이동판(40)에 의해 파우치형 이차전지 셀(C)의 길이방향으로 이동됨과 아울러, 이상 검사시 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)를 따라 파우치형 이차전지 셀(C)의 폭방향으로 이동되도록 구성하며, 상기 제1이동판(40) 상에 구비되어 검출센서(31∼38)의 이동거리를 측정하는 리니어스케일(61) 및 엔코더가 구성되고, 상기 리니어스케일(61) 및 엔코더의 측정된 이동거리에 따른 각각의 검출센서(31∼38)를 통해 검사과정의 값을 모니터링을 통해 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치를 제공한다.
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또한, 상기 검출센서는 8개의 검출센서(31∼38)로 구성되어지되, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(31)가 위치되고, 양극단자(72)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(33)가 위치되며, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(32)가 위치되고, 양극단자(72)측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(34)가 위치되며, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(35)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(37)가 위치되며, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(36)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(38)가 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각각의 검출센서(31∼38)와, 리니어스케일(61) 및 엔코더를 통해 1㎜ 단위로 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 판단하여 그 검사과정의 값을 모니터링을 통해 길이 단위로 “정상” 및 “단선”을 층간으로 구별하여 그래프화되게 표현토록 함과 아울러, 상기 그래프 상에 최종판정 및 단선길이합을 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 구성함을 특징으로 한다.
또한, 상기 검사과정의 값이 “단선”인 경우, 상기 그래프가 포함된 모니터 상에 절곡부위(P1)의 좌우측(A,B) 및 겹침부위(P2)의 좌우측(C,D)에 해당되는 측정부위(A,B,C,D)별 단선길이합을 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1이동판(40) 상에 수평레일(41)이 형성되고, 상기 수평레일(41) 상에서 수평이동되는 제2이동판(45)이 구비되며, 상기 제2이동판(45) 상에 수직레일(46)이 형성되고, 상기 수직레일(46) 상에서 수직이동되는 이동홀더(50)가 구비되며, 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 각각 상기 이동홀더(50)에 고정되어 제1이동판(40) 상에서 상하좌우로 각각 개별이동되게 하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 셀의 크기 및 형상에 따라 세팅된 각 검출센서(31∼38)의 위치에 정밀이동되게 함으로써 파우치형 이차전지 셀(C)의 단선을 검사할 검출센서(31∼38)의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시키도록 하는 등의 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치의 실시 예시도
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 파우치형 이차전지 셀의 측면 실시 예시도
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서의 실시 예시도
도 7 내지 도 11은 본 발명에 의한 파우치형 이차전지 셀의 검사시스템 실시 예시도
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시키도록 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치에 관한 것으로서, 도 1 내지 도 11을 참고하여 보면 아래의 설명과 같다.
본 발명의 구현을 위해 먼저 도 1의 (a)에서와 같이 파우치형 이차전지 셀(C)의 완제품을 검사하기 위해 작업자가 파우치형 이차전지 셀(C)을 직접 투입하는 단독 장비의 이동라인(110) 상에 정렬부(101), 검사부(102) 및 선별부(103)가 순차적으로 나열 구비되고, 상기 선별부(103) 상에서 직교방향으로 구비되는 선별대(120) 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동시키도록 구성된다.
상기 정렬부(101)는 도 1 및 도 2에서와 같이 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)이 순차 적층되어 형성되는 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동라인(110) 상에서 위치정렬시키도록 구성된다.
상기 파우치형 이차전지 셀(C)은 다수개의 양극극판(2)과, 다수개의 음극극판(3) 및 다수개의 분리막(5)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다수개의 양극극판(2)과 음극극판(3)들 각각의 사이 마다에 분리막(5)이 기재되어 반복적으로 순차 적층된다.
상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위는 상기 다수개의 분리막(5)의 일측 부위에서 약간 돌출되게 형성되고, 또한 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위도 다수개의 분리막(5)의 타측 부위에서 약간 돌출되게 형성된다.
여기서, 돌출 형성되는 상기 양극극판(2) 및 음극극판(3)의 길이는 예를 들면, 상기 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)의 전체 개수 및 전체 적층 높이 등에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
그리고, 상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위 단부들 각각에는 양극단자(72)를 용접하기 위한 전극(12)이 겹침되어 일체로 형성되어 있고, 또한 상기 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위 단부들 각각에는 음극단자(74)를 용접하기 위한 전극(14)이 겹침되어 일체로 형성된다.
이때, 상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위 단부에 전극(12)이 형성되고, 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위 단부에 전극(14)이 형성되는 것은 예를들어 도시하고 설명하였고, 본 발명을 실시함에 있어서는 이에 한정되지 않고 전극(12,14)들은 상호간에 쇼트되지 않도록 하는 다수개의 양극극판(2) 및 음극극판(3)의 측면 등을 비롯하여 다양한 위치에 형성될 수도 있다.
상기 전극(12,14)에 양극단자(72) 및 음극단자(74)를 각각 용접하여 접합할 경우에 다수개의 전극(12,14)을 상부 및 하부에서 소정의 압력으로 각각 압착하고, 압착한 전극(12,14)에 양극단자(72) 및 음극단자(74)를 각각 용접하여 접합시키게 된다.
그리고, 상기 다수개의 양극극판(2)과, 다수개의 음극극판(3)과, 다수개의 분리막(5)과, 전극(12,14)을 소정의 전해질과 함께 파우치(20)로 밀봉한다. 이때, 상기 파우치(20)는 예를 들면, 알루미늄 재질의 필름으로 구성할 수 있다.
그러므로 상기 파우치형 이차전지 셀(C)은 파우치(20)의 외측으로 양극단자(72) 및 음극단자(74) 만이 노출되게 구성된다.
이러한 구성을 갖는 파우치형 이차전지 셀(C)은 상기 전극(12,14)을 압착하는 과정에서 양극극판(2)의 일측단부와 음극극판(3)의 타측단부는 절곡되어 절곡부위(P1)가 발생하게 되고, 그 절곡부위(P1)에는 미세한 균열이나 단선 등의 이상이 발생될 수 있다.
이때, 상기 양극극판(2) 및 음극극판(3)이 분리막(5)에서 돌출되지 않고, 상기 전극(12,14)이 분리막(5)에서 돌출되게 형성하여 상기 절곡부위(P1)가 전극(12,14)에 형성되게 구성할 수도 있다.
그리고, 상기 전극(12,14)의 부위에 압착하여 양극단자(72) 및 음극단자(74)를 각각 용접하는 과정에서 상기 전극(12)과 양극단자(72)가 겹침부위(P2)에 정확하게 용접되지 않거나, 또는 전극(14)과 음극단자(74)가 겹침부위(P2)에 정확하게 용접되지 않는 용접불량이 발생될 수 있다.
이러한 미세한 균열이나 단선 등의 이상이나 용접불량은 파우치형 이차전지 셀(C)에 전력을 충전 및 방전시키는 과정에서 높은 온도의 발열을 유발하게 되고, 이로 인하여 화재 등의 안전사고가 발생될 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 파우치형 이차전지 셀(C)에 유도전류가 흐르게 하고, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류를 상기 절곡부위(P1)에서 검출하여, 상기 절곡부위(P1)에 미세한 균열이나 단선 등의 이상이 발생되었는지의 여부를 정밀하게 검출할 수 있도록 구성한다.
상기 정렬부(101)에서 파우치형 이차전지 셀(C)의 정렬이 완료되면 이동라인(110)을 따라 검사부(102)로 이동된다.
상기 검사부(102)는 정렬부(101)를 통해 위치정렬된 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동라인(110)을 따라 이동시켜 파우치형 이차전지 셀(C)의 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출토록 한다.
이때, 본 발명에서는 파우치형 이차전지 셀(C)에 유도전류가 흐르게 하고, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류를 겹침부위(P2)에서 검출하여, 상기 겹침부위(P2)의 용접불량 여부를 정밀하게 검출할 수 있도록 한다.
한편, 도 3에서와 같이 상기 양극극판(2) 및 음극극판(3)의 상부측에 자기장 발생수단(90)이 구비된다. 상기 자기장 발생수단(90)은 코어(91)에 코일(92)이 권선된 것으로, 이러한 자기장 발생수단(90)은 코일(92)에 자기장을 발생시키기 위한 소정 주파수의 자기장 발생신호가 인가된다.
그러면, 상기 자기장 발생수단(90)은 상기 자기장 발생신호에 따라 자기장을 발생하게 되고, 이때 발생한 자기장은 파우치형 이차전지 셀(C)로 유도되어, 파우치형 이차전지 셀(C)에는 상기 자기장신호에 따른 유도전류가 흐르게 된다.
예를 들면, 상기 자기장 발생수단(90)이 발생하는 자기장에 의하여 파우치형 이차전지 셀(C)에는 길이 방향으로 유도전류가 흐르게 된다.
이때, 상기 자기장 발생수단(90)은 파우치형 이차전지 셀(C)의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에 위치시켜 파우치형 이차전지 셀(C) 측으로 유도전류가 흐르게 할 수 있다.
그리고, 상기 자기장 발생수단(90)에 인가하여 자기장을 발생하도록 하는 자기장 발생신호는 예를 들면, 10㎐∼1㎒의 주파수를 가지는 정현파 또는 구형파 등을 비롯하여 다양한 형상의 교류신호를 사용할 수 있다.
상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류는 주파수 특성상, 주파수가 높을 경우에, 파우치형 이차전지 셀(C)의 표면층으로 흐르는 유도전류가 많고, 중간층으로 흐르는 유도전류는 표면층에 비하여 상대적으로 적다. 그리고 주파수가 낮아질 경우에는 중간층 부위로 흐르는 유도전류가 점차 증가하게 된다.
그러므로 본 발명을 실시함에 있어서는 상기 10㎐∼1㎒의 주파수 범위에서, 선택한 낮은 주파수와 높은 주파수를 합성한 이중 주파수의 교류신호를 사용하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 전체 층에서 이상이 있는지의 여부를 검사하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에서와 같이 이동라인 등의 이송수단(도면에 도시되지 않았음)에 의해 상기 파우치형 이차전지 셀(C)이 이송되어 검사위치에 도착하였을 경우에 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 인접위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 스캔하여 유도전류를 검출할 8개의 검출센서(31∼38)가 위치된다.
도 4를 좀 더 상세히 살펴 보면, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(31)가 위치되고, 양극단자(72)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(33)가 위치되며, 또한 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(32)가 위치되고, 양극단자(72) 측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(34)가 위치된다.
또한, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(35)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(37)가 위치되며, 또한 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(36)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(38)가 위치된다.
이와 같은 상태에서 자기장 발생수단(90)의 코일(92)에 교류신호를 인가할 경우에 자기장 발생수단(90)이 자기장을 발생하게 되고, 상기 자기장은 파우치형 이차전지 셀(C)로 유도되고, 이로 인하여 파우치형 이차전지 셀(C)에는 유도전류가 흐르게 된다.
그리고, 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 파우치형 이차전지 셀(C)을 폭 방향으로 스캔하여 각각 유도전류를 검출하게 한다.
여기서, 상기 절곡부위(P1) 또는 겹침부위(P2)에 등에 미세한 균열이나 단선 등의 이상이 있을 경우에 그 이상은 8개의 검출센서(31∼38)가 각각 검출하는 유도전류에 영향을 주게 된다.
그러므로 본 발명에서는 8개의 유도전류 검출센서(31∼38)가 각각 검출하는 유도전류를 미리 설정된 판정 기준범위와 비교하여 이상 여부를 판단한다.
이때, 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 양측 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)의 상하부에 각각 정확하게 위치되어야 하고, 특히 파우치형 이차전지 셀(C)의 크기 및 형상을 좌우하는 파우치형 이차전지 셀(C)의 극판이나 절곡부위(P1) 또는 겹침부위(P2)의 두께 및 간격에 따라 정밀하게 이동되어져야 한다.
이의 구현을 위해 본 발명에서는 도 4에서와 같이 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상하부와, 음극단자(74)측 상하부에 각각 한쌍의 검출센서가 구비되도록 한다.
이때, 도 5 및 도 6에서와 같이 상기 한쌍의 검출센서는 서보모터에 연결된 제1이동판(40)에 구비되어, 상기 제1이동판(40)에 의해 파우치형 이차전지 셀(C)의 길이방향으로 이동됨과 아울러, 이상 검사시 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)를 따라 파우치형 이차전지 셀(C)의 폭방향으로 이동되도록 구성한다.
이러한 구조로서 상기 한쌍의 검출센서는 1차적으로 일체로 이동된다.
이에 더하여, 상기 제1이동판(40) 상에 수평레일(41)이 형성되고, 상기 수평레일(41) 상에서 수평이동되는 제2이동판(45)이 구비되며, 상기 제2이동판(45) 상에 수직레일(46)이 형성되고, 상기 수직레일(46) 상에서 수직이동되는 이동홀더(50)가 구비되며, 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 각각 상기 이동홀더(50)에 고정되어 제1이동판(40) 상에서 상하좌우로 각각 개별이동되게 하여 2차적으로 8개의 검출센서(31∼38)는 각각 개별이동되도록 한다. 이는 검출센서 각각의 보다 정확한 위치로의 이동을 제어하기 위함이다.
이때, 상기 제2이동판(45) 및 이동홀더(50)는 각각 개별 서보모터에 연결 구동되도록 한다.
위 구조를 통해 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 셀의 크기 및 형상에 따라 세팅된 각 검출센서(31∼38)의 위치에 정밀이동되게 함으로써 파우치형 이차전지 셀(C)의 단선을 검사할 검출센서(31∼38)의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
한편, 도 5에서와 같이 상기 제1이동판(40) 상에 구비되어 검출센서(31∼38)의 이동거리를 측정하는 리니어스케일(61) 및 엔코더가 구성되는 것을 포함하여 구성된다.
상기 리니어스케일(61) 및 엔코더는 이동판(40) 상에 구비된 검출센서(31∼38)의 이동거리를 감지하고, 또한 단선길이를 정밀하게 측정하기 위한 것으로, 본 발명에서는 상기 리니어스케일(61) 및 엔코더의 측정된 이동거리에 따른 각각의 검출센서(31∼38)를 통해 검사과정의 값을 모니터링을 통해 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 구현하였다.
이의 구현을 위한 일실시예로서 도 7에서와 같이 상기 각각의 검출센서(31∼38)와, 리니어스케일(61) 및 엔코더를 통해 1㎜ 단위로 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 판단하여 그 검사과정의 값을 모니터링을 통해 길이 단위로 “정상” 및 “단선”을 층간으로 구별하여 그래프화되게 표현토록 함과 아울러, 상기 그래프 상에 최종판정 및 단선길이합을 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 하였다.
이때, 단선인 경우 정상의 수평선 보다 높은 위치에 수평선이 돌출형성되기 때문에 이를 한눈에 파악할 수 있으며, 특히 정상 수평선과는 다른 색상(일예 : 빨강색)으로 단선 수평선을 표시토록 하였고, 다른 색상으로 표시된 단선길이합을 최종판정과 함께 표시토록 하였다.
도 7의 (a) 경우 정상 수평선을 유지하기 때문에 최종판정 OK(정상)이고, 도 7의 (b) 경우 단선 수평선이 2㎜ 발생되었기 때문에 최종판정 NG(이상)이며, 도 7의 (c) 경우 단선 수평선이 8㎜ 발생되었기 때문에 최종판정 NG(이상)로 표시된다.
상기 모니터링의 다른 실시예로서 도 8에서와 같이 막대그래프로 “정상” 및 “단선”을 구별하여 그래프화되게 표현토록 하였다. 이에 대한 설명은 도 7에서와 동일하며, 단지 표시방식이 상이할 뿐이다.
상기 모니터링의 또 다른 실시예로서 도 9에서와 같이 상기 검사과정의 값이 “정상”인 경우, 모니터 상의 하단부에서와 같이 측정결과표시가 모두 “정상”으로 표시된다.
이에 비해 도 10 및 도 11에서와 같이 상기 검사과정의 값이 “단선”인 경우, 상기 그래프가 포함된 모니터 상에 절곡부위(P1)의 좌우측(A,B) 및 겹침부위(P2)의 좌우측(C,D)에 해당되는 측정부위(A,B,C,D)별 단선길이합을 모니터 상의 하단부에서 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 한다.
위 구조를 갖는 상기 검사부(102)에서 파우치형 이차전지 셀(C)의 검사가 완료되면 상기 검사부(102)를 통해 검사된 파우치형 이차전지 셀(C)을 “OK(정상)”인 경우와, “NG(이상)”인 경우로 구분하는 선별부(103)가 구비된다.
도 1의 (a)에서와 같이 상기 선별부(103)를 통해 파우치형 이차전지 셀(C)이 “OK(정상)”또는“NG(이상)”인 경우, 상기 이동라인(110)의 직교방향에 배치된 선별대(120) 상의 “OK(정상)”또는“NG(이상)”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동시키도록 구성한다. 그리고, 상기 선별부(103)를 통한 파우치형 이차전지 셀(C)의 “OK(정상)”또는“NG(이상)”의 판정 과정에서 “NG(이상)”를 “OK(정상)”로 잘못 판정한 경우를 나타내는 “과검”과, “OK(정상)”또는“NG(이상)”의 판정을 하지 못한 경우를 나타내는 “미검”을 더 구분하여 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 선별대(120) 상에 이동시킬 수 있다.
이때, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 이동라인(110) 상에서 선별대(120)로의 이동은 파우치형 이차전지 셀(C)의 상부에서 로봇암 등의 이동수단에 의해 파지되어 이동하는 방식으로 구현되며, 상기 선별대(120) 상에서 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”의 유형별로 각 위치에서 파우치형 이차전지 셀(C)이 적층되면, 이동수단 또는 작업자에 의해 파우치형 이차전지 셀(C)을 외부로 배출시키도록 구성한다.
본 발명의 변형 실시예로서 도 1의 (b)에서와 같이 상기 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치는 상기 정렬부(101)의 이전단계에 파우치형 이차전지 셀(C)을 다수개 준비해 두는 로딩부(105)가 더 구비되게 하여 이동수단에 의해 자동으로 정렬부(101)로 투입이동되도록 구현할 수 있다.
상술된 바와 같은 본 발명에 의하면, 파우치형 이차전지 셀의 완제품을 검사하는 단독 장비 상에서 파우치형 이차전지 셀의 양극 단선을 검사하여 최종판정에 따라 선별대 상의 “OK(정상)”, “NG(이상)”또는 “과검/미검”위치에 파우치형 이차전지 셀을 이동시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
C : 파우치형 이차전지 셀 P1 : 절곡부위
P2 : 겹침부위 2 : 양극극판
3 : 음극극판 5 : 분리막
12,14 : 전극 20 : 파우치
72 : 양극단자 74 : 음극단자
101 : 정렬부 102 : 검사부
103 : 선별부 110 : 이동라인
120 : 선별대

Claims (7)

  1. 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)이 순차 적층되어 형성되는 파우치형 이차전지 셀(C)의 완제품을 검사하는 단독 장비의 이동라인(110) 상에서 위치정렬시키는 정렬부(101); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)은 상기 다수개의 양극극판(2), 음극극판(3) 및 분리막(5)과, 상기 양극극판(2)의 일측부위 단부에 형성되는 전극(12)과, 상기 전극(12)에 겹침되는 양극단자(72)와, 상기 음극극판(3)의 타측부위 단부에 형성되는 전극(14)과, 상기 전극(14)에 겹침되는 음극단자(74)를 소정의 전해질과 함께 밀봉하는 알루미늄 재질의 파우치(20)가 구비되어지되, 상기 파우치(20)의 외측으로 양극단자(72) 및 음극단자(74) 만이 노출되게 구성되며, 상기 전극(12,14)을 압착하는 과정에서 양극극판(2)의 일측단부와 음극극판(3)의 타측단부는 절곡되어 절곡부위(P1)가 형성되고, 상기 다수개의 양극극판(2)의 일측 부위 단부들 각각에는 양극단자(72)를 용접하기 위한 전극(12)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되고, 상기 다수개의 음극극판(3)의 타측 부위 단부들 각각에는 음극단자(74)를 용접하기 위한 전극(14)이 겹침되어 일체로되면서 겹침부위(P2)가 형성되며,
    상기 정렬부(101)를 통해 위치정렬된 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동라인(110)을 따라 이동시켜 파우치형 이차전지 셀(C)의 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 “OK(정상)”및“NG(이상)”를 검사하는 검사부(102); 상기 파우치형 이차전지 셀(C)에 유도전류가 흐르게 하고, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)로 흐르는 유도전류를 통해 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)에서 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 검출하는 검출센서(31∼38)가 구비되고,
    상기 검사부(102)를 통해 검사된 파우치형 이차전지 셀(C)을 “OK(정상)”인 경우와, “NG(이상)”인 경우로 구분하는 선별부(103);
    상기 선별부(103)에서 파우치형 이차전지 셀(C)이“OK(정상)”또는“NG(이상)”인 경우, 상기 이동라인(110)의 직교방향에 배치된 선별대(120) 상의 “OK(정상)”또는“NG(이상)”위치에 파우치형 이차전지 셀(C)을 이동시키도록 구성하며,
    상기 정렬부(101)의 이전단계에 파우치형 이차전지 셀(C)을 다수개 준비해 두는 로딩부(105)가 더 구비되고,
    상기 검출센서(31∼38)는 서보모터에 연결된 제1이동판(40)에 구비되어, 상기 제1이동판(40)에 의해 파우치형 이차전지 셀(C)의 길이방향으로 이동됨과 아울러, 이상 검사시 상기 절곡부위(P1) 및 겹침부위(P2)를 따라 파우치형 이차전지 셀(C)의 폭방향으로 이동되도록 구성하며, 상기 제1이동판(40) 상에 구비되어 검출센서(31∼38)의 이동거리를 측정하는 리니어스케일(61) 및 엔코더가 구성되고,
    상기 리니어스케일(61) 및 엔코더의 측정된 이동거리에 따른 각각의 검출센서(31∼38)를 통해 검사과정의 값을 모니터링을 통해 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출센서는 8개의 검출센서(31∼38)로 구성되어지되,
    상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(31)가 위치되고, 양극단자(72)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(33)가 위치되며, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 양극단자(72)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(32)가 위치되고, 양극단자(72)측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(34)가 위치되며,
    상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(35)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 절곡부위(P1)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(37)가 위치되며, 상기 파우치형 이차전지 셀(C)의 음극단자(74)측 상부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(36)가 위치되고, 음극단자(74)측 하부 겹침부위(P2)를 스캔하여 유도전류를 검출할 검출센서(38)가 위치되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 검출센서(31∼38)와, 리니어스케일(61) 및 엔코더를 통해 1㎜ 단위로 미세한 균열이나 단선을 포함한 이상발생유무를 판단하여 그 검사과정의 값을 모니터링을 통해 길이 단위로 “정상” 및 “단선”을 층간으로 구별하여 그래프화되게 표현토록 함과 아울러, 상기 그래프 상에 최종판정 및 단선길이합을 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검사과정의 값이 “단선”인 경우, 상기 그래프가 포함된 모니터 상에 절곡부위(P1)의 좌우측(A,B) 및 겹침부위(P2)의 좌우측(C,D)에 해당되는 측정부위(A,B,C,D)별 단선길이합을 표시함으로써 작업자가 이상의 정도를 한눈에 정확하게 인지할 수 있도록 함을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1이동판(40) 상에 수평레일(41)이 형성되고, 상기 수평레일(41) 상에서 수평이동되는 제2이동판(45)이 구비되며, 상기 제2이동판(45) 상에 수직레일(46)이 형성되고, 상기 수직레일(46) 상에서 수직이동되는 이동홀더(50)가 구비되며, 상기 8개의 검출센서(31∼38)는 각각 상기 이동홀더(50)에 고정되어 제1이동판(40) 상에서 상하좌우로 각각 개별이동되게 하여 파우치형 이차전지 셀(C)의 셀의 크기 및 형상에 따라 세팅된 각 검출센서(31∼38)의 위치에 정밀이동되게 함으로써 파우치형 이차전지 셀(C)의 단선을 검사할 검출센서(31∼38)의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 셀의 단선 검출센서 및 검사시스템을 갖춘 단독 장치.
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KR102023739B1 (ko) 2019-04-17 2019-09-20 주식회사 엘지화학 와전류를 이용한 전지셀 내부의 균열 검사 방법 및 검사 장치
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