KR20210020576A

KR20210020576A - 크랙 검출력이 향상된 와전류 센서 및 이를 포함하는 와전류 검사 장치

Info

Publication number: KR20210020576A
Application number: KR1020190100183A
Authority: KR
Inventors: 김석진; 정수택; 구상현; 이정훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2021-02-24
Also published as: EP3978915A4; EP3978915A1; EP3978915B1; US20220268734A1; WO2021034178A1; CN114080544A; CN114080544B

Abstract

본 발명은, 전지셀의 크랙을 검출하기 위하여, 와전류를 유도하고, 유도된 와전류를 감지하는 와전류 센서로서, 자성 부재에 코일이 감긴 코어부; 및 상기 코어부를 수납하는 케이스; 를 포함하고, 적어도 두 개 이상의 코어부를 포함하고 있으며, 상기 코어부들은 각각, 상기 코일의 중심축이 전지셀의 두께 방향으로 배향되도록 배치된 와전류 센서이다.
본 발명의 와전류 센서는 원-포인트 센싱을 가능하게 하여, 검출 해상도가 높으면서도 미검 영역이 없어, 크랙 검출력을 향상시킨 효과가 있다.

Description

크랙 검출력이 향상된 와전류 센서 및 이를 포함하는 와전류 검사 장치{An eddy current sensor with improved crack detection and eddy current inspection device comprising the same}

본 발명은 비파괴적인 방법으로 리튬 이차전지 내부의 크랙(균열)을 검출하는 센서 및 검사 장치에 관한 것으로, 와전류를 이용하여 전지셀의 전극 크랙, 탭 크랙, 용접부 크랙 등을 검출하는 와전류 센서 및 이를 포함하는 와전류 검사 장치에 관한 것이다.

리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막에 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극 조립체 등으로 분류할 수 있다.

이러한 이차전지는 전극조립체가 전지 용기에 수납된 상태에서 액체 전해질인 전해액을 주입하고, 전지 용기를 실링함으로써 제조된다.

전극의 제조공정이나 전극조립체의 조립 공정 중에는, 유지부와 무지부의 연신율 차이, 용접에 의한 물리적 외력 등의 이유로 전극, 탭, 용접부 상에 균열이 발생할 수 있고, 나아가 이 같은 균열은 저전압 불량을 야기한다.

스택-폴딩형 전지셀의 경우 스택-폴딩 공정 특성 상, 폴딩 공정 중에 발생하는 조립 결함은 폴딩 셀 내부에 크랙이 생김으로 인해 비전 검사를 통해 불량 선별이 어렵고, 실링이 완료되어 밀봉된 전지셀 내부의 크랙을 비파괴적으로 검출하는 방법이 요구된다.

한편, 와전류는, 검사대상 표면의 상태, 위치, 결함, 재질 등의 변화에 다라 변화하는 특성을 가지는바, 이 같은 와전류의 특성을 이용해 검사대상의 이물이나 크랙 등을 검출하는 기술은 공지되어 있다.

도 1에는 종래 와전류 센서의 형상이 도시되어 있다. 이를 참조하면, 와전류를 유도하고 유도된 와전류를 감지하는 센서(10)가 펜슬 타입의 형상을 가지고 있으며, 구체적으로는 원통형 자성 부재에 코일이 감겨있는 코어부(11)가 케이스(12) 내에 내장되어 있다.

이 같은 펜슬 타입의 와전류 센서를 이용할 경우, 상기 코어부의 직경이 통상 수 밀리미터 단위를 가지므로, 와전류 센서가 검사 대상 물체를 스크리닝하는 방식으로 와전류 검사를 수행하게 된다. 그런데 이 같은 스크리닝 측정 방식은, 센서의 센싱 위치가 정확하지 않아 측정값의 오차 범위가 넓어져 과검률이 높은 문제가 있다.

따라서 전지셀 크랙을 검출함에 있어서, 와전류 센서를 이용하는 경우 검출력 개선을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제2009-0071708호 일본공개특허 제2009-229337호

본 발명은 검출력을 향상시킬 수 있는 신규한 와전류 센서와 이 같은 와전류 센서에 의한 전지셀 크랙의 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 전지셀의 크랙을 검출하기 위하여, 와전류를 유도하고, 유도된 와전류를 감지하는 와전류 센서로서, 자성 부재에 코일이 감긴 코어부; 및 상기 코어부를 수납하는 케이스; 를 포함하고, 적어도 두 개 이상의 코어부를 포함하고 있으며, 상기 코어부들은 각각, 상기 코일의 중심축이 전지셀의 두께 방향으로 배향되도록 배치된 와전류 센서이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 케이스는 전지셀 몸체로부터 전극 리드까지 연장되는 형상에 대응하여 계단형 단차를 가지고, 직육면체의 형상을 가지면서, 전지셀의 길이방향으로 연장되는 제 1 단; 및 직육면체의 형상을 가지면서, 상기 제 1 단으로부터 전지셀의 두께 방향으로 연장되는 제 2 단; 을 포함하며, 상기 제 1 단 및 상기 제 2 단이 통합되어 상기 계단형 단차가 형성되고, 지면과 평행하게 절단한 수평 단면의 면적에 있어서, 상기 제 1 단의 수평 단면의 면적이, 상기 제 2 단의 수평단면의 면적 보다 넓은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에 서로 이격되어 배치되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 와전류 센서는 두 쌍의 코어부를 포함하고, 이 중 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에서 이격되어 배치되고, 나머지 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭방향과 평행하되 상기 제 1 방향과는 다른 제 2 방향의 연장선 상에서 이격되어 배치되어 있을 수 있다. 이때, 상기 이격 거리가 전지셀 폭의 50 내지 100%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 센서는, 상기 코어부는 두 쌍이고, 한 쌍의 코어부는, 상기 제 1 단에 배치되고, 나머지 한 쌍의 코어부는, 상기 제 2 단에 배치되는 것일 수 있다.

본 발명의 와전류 센서는, 와전류를 유도하는 제 1 센서; 및 상기 제 1 센서에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 제 2 센서를 포함하고, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서는 각각 상기 코어부와 상기 케이스를 포함하고 있다.

본 발명의 코어부를 구성하는 자성 부재는 원통형 기둥 또는 사각 기둥 형상이다.

본 발명의 와전류 센서는 전지셀이 고정된 상태에서, 원-포인트(One-Point) 센싱에 의해 크랙을 검출할 수 있다. 여기서 상기 크랙이란, 전극 탭, 탭 용접부 및 리드 용접부 중에서 선택된 1개 이상의 곳에서 발생한 크랙이다.

본 발명은, 상기 와전류 센서; 전지셀이 투입되는 지점부터 반출되는 지점까지, 복수의 전지셀을 순차적으로 이송하는 이송부; 및 상기 와전류 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 와전류 센서에 의해 감지된 와전류 신호를 수신하여 평가하고, 제어하는 제어부; 를 포함하는 전지셀의 크랙 검출 장치이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송부는, 전지셀의 투입 지점부터 반출 지점까지 연장된 이송 다이; 및 전지셀을 이송하는 이송 수단; 을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송 수단은, 전지셀을 상기 이송 다이로부터 승강시키는 승강부; 및 상기 승강부가 이동 가능하게 결합되고, 상기 승강부를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구동부를 포함한다.

본 발명의 와전류 센서는 원-포인트 센싱을 가능하게 하여, 검출 해상도가 높으면서도 미검 영역이 없어, 크랙 검출력을 향상시킨 효과가 있다.

본 발명의 와전류 센서는 이상 자기장의 발생 가능성이 없어 검출력이 향상된 효과가 있다.

본 발명의 크랙 검출 장치는, 와전류 센서의 크랙 검출력이 향상됨에 따라 과검률이 낮은 효과가 있으며, 와전류를 이용하여 비파괴적으로 크랙을 검출하는 것을 자동화시킨 이점이 있다.

도 1은 종래의 와전류 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 와전류 센서의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 센서의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 크랙 검출 장치의 모식도이다.
도 5는 도 4의 크랙 검출 장치에서 이송부를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 이송 다이를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시양태에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 및 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 와전류 센서를 나타내고 있다. 도 2를 참조하면, 전지셀 크랙을 검출하기 위한 본 발명의 와전류 센서는(100, 100'),

자성 부재에 코일이 감긴 코어부(110); 및

상기 코어부를 수납하는 케이스(120); 를 포함하고,

적어도 두 개 이상의 코어부를 포함하고 있으며,

상기 코어부들은 각각, 상기 코일의 중심축이 전지셀의 두께 방향으로 배향되도록 배치되어 있다.

전술한 바와 같이 종래의 와전류 센서는 검사 대상 물체인 전지셀의 검사 영역을 스크리닝 방식으로 크랙을 검출한다. 스크리닝 방식이란, 센서가 일정한 축을 따라 검사영역을 변경해가면서 계속적으로 와전류 신호값을 측정하는 방식을 의미한다. 이 같은 스크리닝 방식에 의한 크랙 검출 방식은, 센서의 감지 위치가 정확하지 않아 와전류 신호의 측정 값의 오차범위가 넓어지는 결과 과검률이 높은 단점이 있었다.

이에 본 발명의 발명자들은 감지 위치 정밀도를 높이기 위하여, 원-포인트(One-Point) 측정방식에 최적화된 신규한 형상의 와전류 센서를 고안하게 된 것이다. 여기서 원-포인트 측정방식이란, 하나의 검사 지점 또는 검사 영역을 설정하여 와전류 신호값을 측정하는 방식을 의미한다.

본 발명의 와전류 센서는, 종래 펜슬 타입의 센서 형상을 변경하여, 복수의 코어부를 내장할 수 있도록 케이스의 크기를 변경하였고, 통상적으로 전지셀 내에서 크랙이 자주 발생 하는 부위인 전극 탭, 전극 탭 용접부, 리드 용접부가 위치한 영역인, 테라스부의 크랙 검출에 용이하도록, 케이스의 형태를 설계함에 있어서, 테라스부의 형상에 대응하는 단차를 가지고 있다.

본 발명에 있어서, 전지셀의 크랙이란, 전극 탭, 탭 용접부 및 리드 용접부 중에서 선택된 1곳 이상의 위치 상에서 발생한 크랙이다.

상기 전극 탭의 크랙이란 유지부와 무지부 사이의 연신율 차이로 발생한 전극 너울, 경계부의 주름에 응력이 쌓여 용접 시 진동이나 외력으로 인해 발생한 크랙일 수 있다.

용접부 상의 크랙이란, 용접 시 용접이 충분치 못해 생긴 미용접부나, 용접 공정 중 발생한 크랙일 수 있다.

상기 열거한 전극 탭, 탭 용접부 및 리드 용접부 상에 발생한 크랙들은, 전극조립체를 라미네이트 시트와 같은 전지케이스로 밀봉하는 실링 공정을 거치면, 전지케이스에 의해 전지셀 내부가 가려져 있으므로, 전지셀의 외부에서 관찰할 수 없는 크랙들이나, 본 발명의 와전류를 센서를 이용하면, 상기 크랙들을 검출할 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 하나의 예에서 상기 케이스(120)는,

전지셀 몸체로부터 전극 리드까지 연장되는 형상에 대응하여 계단형 단차를 가지고,

직육면체의 형상을 가지면서, 전지셀의 길이방향으로 연장되는 제 1 단(121); 및

직육면체의 형상을 가지면서, 상기 제 1 단(121)으로부터 전지셀의 두께 방향으로 연장되는 제 2 단(122); 을 포함하며,

상기 제 1 단 및 상기 제 2 단이 통합되어 상기 계단형 단차가 형성되고,

지면과 평행하게 절단한 수평 단면의 면적에 있어서, 상기 제 1 단의 수평 단면의 면적이, 상기 제 2 단의 수평단면의 면적 보다 넓은 것을 특징으로 한다. 상기 케이스는 외부 충격으로부터 와전류의 유도 및 유도된 와전류를 감지하는 코어부를 보호하는 역할을 한다.

이때, 적어도 한 쌍의 코어부는 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에 서로 이격되어 배치되어 있다. 이 때 상기 이격 거리는 전지셀 폭의 50 내지 100%일 수 있으며, 이격 거리는 미검 영역이 발생하지 않도록 적절하게 변경할 수 있을 것이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 하나의 예에서 와전류 센서(100)는 두 쌍의 코어부(110)를 포함하고 있으며, 이 때 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에서 이격되어 있고, 나머지 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭방향과 평행하되, 상기 제 1 방향과는 다른 제 2 방향의 연장선 상에서 이격되어 있다. 즉, 총 4 개의 코어부가 2 Ⅹ 2 행렬을 이루며 서로 이격되어 있다.

이때, 상기 한 쌍의 코어부는, 상기 제 1 단에 배치되고, 나머지 한 쌍의 코어부는, 상기 제 2 단에 배치되어 있으며, 이 같이 배치됨에 따라 미검 영역을 최소화하면서 검출 해상도가 높아질 수 있다.

와전류 센서(100, 100')는, 와전류를 유도하는 제 1 센서(100); 및 상기 제 1 센서에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 제 2 센서(100')를 포함한다.

상기 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(100')는 각각 코어부와 케이스를 포함하고 있으며, 와전류 유도 및 와전류 신호의 수신을 위해 외부와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 제 1 센서(100)의 코어부를 구성하는 코일에 교류 전류가 가해지면, 코일 주위에 1차 자기장이 형성된다. 상기 코일은 스프링 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 1차 자기장이 형성되는 제 1 센서를 검사 대상 물체인 전지셀의 인접 영역에 위치시키면 전자기 유도 현상에 의해 전지셀에 유도기전력이 발생하여 1차 자기장을 방해하는 와전류가 흐르게 된다. 이 같이 제 1 센서는 전지셀에 와전류를 유도한다.

제 2 센서(100')는 검사 대상 물체인 전지셀을 기준으로, 제 1 센서(100)의 대향 면에 위치한다. 제 2 센서는 제 1 센서에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 기능을 한다. 제 2 센서는, 제 1 센서에 의해 유도된 와전류가 검사 대상 물체인 전지셀의 상태, 위치, 결함, 재질과 같은 요인들로 인하여 형성, 방사, 흡수 등의 감쇠된 와전류 신호를 감지한다. 따라서 전극 탭, 전극 탭 용접부, 리드 용접부 상에 크랙이 있을 경우, 와전류 신호의 변화가 생기게 되고, 제 2 센서는 와전류 신호를 감지하는 것이다.

상기 코어부(110)는, 사각 기둥 형상의 자성 부재에 기둥의 길이방향으로 코일이 감겨져 있다. 자성 부재가 사각 기둥 형상을 가지고 있을 경우, 미검 영역이 없어지면서, 검출 해상도가 높아지는 장점이 있다. 그러나, 사각 기둥의 모서리부에 정상 자기장이 발생하지 못할 가능성이 있다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시양태에 따른 와전류 센서를 나타내고 있다. 도 3을 참조하면, 전지셀 크랙을 검출하기 위한 본 발명의 와전류 센서(200, 200')는,

자성 부재에 코일이 감긴 코어부(210); 및

상기 코어부를 수납하는 케이스(220); 를 포함하고,

적어도 두 개 이상의 코어부를 포함하고 있으며,

상기 코어부를 구성하는 자성 부재는 원통형 기둥 형상을 가진다. 자성 부재가 원통형 기둥 형상을 가지기 때문에, 자성 부재가 사각 기둥인 형상인 경우와 대비하여 이상 자기장의 발생 가능성은 상대적으로 낮을 수 있으나, 미검 영역이 있을 수 있다.

코어부의 개수, 배치 형태, 케이스의 형상 등은 위에서 설명한 내용과 동일하므로, 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 와전류 센서는 코어부의 개수를 증가시키고, 케이스의 형상을 변경시킴에 따라, 검사 대상 물체인 전지셀이 고정된 상태에서, 원-포인트 센싱에 의해 센싱 위치 정밀도가 높아짐에 따라 크랙 검출력을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은, 또한 상기 와전류 센서를 포함하는 전지셀의 크랙 검출 장치를 제공한다.

도 4는 본 발명의 전지셀의 크랙 검출 장치의 모식도이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 크랙 검출 장치(1000)는,

와전류 센서(1100);

전지셀이 투입되는 지점부터 반출되는 지점까지, 복수의 전지셀을 순차적으로 이송하는 이송부(1200); 및

상기 와전류 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 와전류 센서에 의해 감지된 와전류 신호를 수신하여 평가하고, 제어하는 제어부(미도시); 를 포함한다.

이하, 상기 이송부(1200)에 대하여 설명한다.

도 6은 도 5의 이송부(1200)의 상세 도면이다. 이들 도면을 참조하면, 이송부(1200)는 전지셀의 투입 지점부터 반출 지점까지 연장된 이송 다이(1210); 전지셀을 이송하는 이송 수단(1220, 1230, 1240); 을 포함하고 있다.

본 발명의 크랙 검출 장치의 투입된 전지셀(B)은, 상기 이송부(1200)에 의해 와전류 센서(1100)를 향해 이송되고, 와전류 센서(1100)에 의한 검사가 종료된 후 반출구로 이송되어 반출된다. 복수의 전지셀(B)은 상기 이송부(1200)에 순차적으로 투입되고, 전지셀들은 일정한 간격으로 배열되어 이송된다.

상기 이송 수단은, 전지셀을 상기 이송 다이로부터 승강시키는 승강부(1220); 및 상기 승강부(1220)가 이동 가능하게 결합되고, 상기 승강부를 전지셀의 이송 방향으로 이송시키는 구동부(1240)를 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 승강부를 이동시키는 한 다양한 형태가 적용될 수 있다.

상기 승강부는 유압이나 공압에 의해 상하로 왕복 운동되는 실린더일 수 있다. 아래에서는 상기 승강부의 일 실시예를 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 상기 승강부(1220)는, 전지셀(B)의 이송 방향과 평행한 방향으로 연장된 형태로, 폭이 좁고 길이가 긴 직육면체의 형태를 가지고 있으며, 두 개의 길다란 직육면체가 상기 이송 다이의 길이 방향(전지셀의 주행 방향)과 평행한 중앙선을 기준으로, 그 위와 아래에 각각 이격되어 배치되어 있다. 이들 직육면체 형상의 승강부는, 전지셀(B)을 지지하며, 상기 구동부(1240)가 이동함에 따라 함께 전지셀의 이송 방향으로 이동하면서, 전지셀을 이송하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 승강부는, 전지셀의 흡착을 위한 적어도 1 개 이상의 흡착 홀(1230)을 구비할 수 있다. 상기 흡착 홀(1230)의 개수는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다.

상기 승강부(1220)는 전지셀을 픽업(pick-up)하기 위해 전지셀을 흡착하는 것이고, 전지셀의 흡착을 위해 상기 구동부(1240)로부터 연장되어 상승된다. 상기 구동부(1240)는 상기 이송 다이를 기준으로 전지셀이 안착된 면과 대향되는 면이, 상기 이송 다이(1210)의 하부면에 설치되어 있을 수 있다. 상기 승강부가 상기 이송 다이를 관통하여 이송 다이의 상부로 상승하기 위해, 상기 이송 다이(1210)는 상기 승강부가 대응 되는 부위에 개구부(1250)를 구비하고 있을 수 있다.

상기 승강부가 상기 구동부로부터 연장되어 상기 이송 다이를 관통해 이송 다이의 상부로 상승하게 되면, 상기 흡착 홀(1230)을 통해 진공이 인가됨으로써 상기 승강부에 전지셀이 고정된다.

이와 같이 상기 승강부가 전지셀을 흡착할 수 있음에 따라, 본 발명의 크랙 검출 장치는, 전지셀의 정렬이 흐트러지거나, 상기 승강부로부터 전지셀이 탈거되거나, 전지셀의 진동을 억제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 승강부가 전지셀을 흡착하기 위해 흡착 홀을 통해 진공을 인가하는 실시 형태를 예시하였으나, 승강부가 전지셀을 고정할 수 있기만 한다면, 상기 방법에 한정되지 않고 다양한 형태가 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송부는 복수의 단위 이동 구간을 가질 수 수 있고, 상기 이송 수단은 하나의 단위 이동 구간 또는 두 개 이상의 단위 이동 구간을 왕복 이동하는 것일 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 이송부는 복수의 단위 이동 구간(a)을 가지고 있다. 상기 이송 수단은, 단위 이동 구간의 시작 지점에 놓여 있던 전지셀을 픽업(pick-up)해 인접한 단위 이동 구간의 시작 지점으로 이송한다. 단위 이동 구간에서의 전지셀의 이송을 완료한 상기 이송 수단은 다시 단위 이동 구간의 시작 지점으로 돌아온다. 상기 과정이 반복되어, 복수의 전지셀을 순차적으로 이송하게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 다이(1210)를 도시하고 있고, 이를 참조하면, 상기 이송 다이(1210)는, 하나의 단위 이동 구간과 인접한 단위 이동 구간과의 사이에 전지셀이 안착되는 네스트(1260)를 구비할 수 있다.

상기 네스트(1260)는, 전지셀의 형상에 대응하여 내부로 만입된 수용 홈이 형성되어 있으며, 전지셀(B)이 네스트에 안착된다. 전지셀이 투입 지점부터 검사 영역까지 이송되면서 전지셀의 정렬이 흐트러질 수 있는데, 본 발명의 균열 검출 장치는 상기 이송 다이에 네스트가 구비되어 있어, 네스트에 안착됨으로써 전지셀이 정렬되는 효과가 있다.

도 6을 참조하면, 상기 수용 홈이, 전지셀의 주행 방향과 평행한 방향 및 전지셀의 주행 방향과 직교하는 방향으로 각각 형성되어 십자 모양의 형상이 내부로 만입된 형상이다. 이는 전지셀의 검사 시, 전지셀의 길이 방향 및 전지셀의 폭 방향으로 검사를 위한 것이다.

검사 대상 전지셀(B)이 본 발명의 검사 장치에 투입되어 반출되는 과정에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 이송부를 구성하는 이송 다이는 복수의 네스트를 구비하고 있다.

전지셀 투입 지점에 위치한 네스트에 전지셀을 투입하면, 상기 구동부(1240)로부터 상기 승강부(1220)가 이송 다이의 방향으로 연장되면서 이송 다이(1210)의 개구부(1250)를 관통하여 상승한다.

이송 다이의 상부로 상승된 승강부는(1220)는, 네스트 상에 안착되어 있는 전지셀(B)을 흡착한다. 이는 이송 시 전지셀이 이송 수단으로부터 탈거되거나, 이송 도중 정렬이 흐트러지거나, 검사 도중, 전지셀의 움직임을 최소화 하기 위한 것이다. 상기 승강부가 전지셀을 흡착하는 방법은, 전지셀의 이송 중 움직임을 최소화시킬 수 있는 한, 상기한 실시 형태에 제한되는 것은 아니다.

상기 상승부(1220)는 이동 가능하게 상기 구동부(1240)와 결합되어 있고, 상기 구동부의 구동을 통해 왕복 이동이 가능하다. 전지셀을 흡착한 승강부(1220)는, 상승 상태를 유지한 채로, 상기 구동부의 구동을 통해 와전류 센서(1100)가 설치되어 있는 방향을 향해 이동한다. 이때, 상기 승강부가 지지 또는 흡착하고 있던 전지셀도 함께 이송되는 것이다.

상기 승강부는 흡착하고 있던 전지셀을 인접한 네스트까지 이송하게 되고, 인접 네스트로의 이송을 완료한 승강부는, 진공을 해제하게 된다. 진공을 해제한 승강부는 이송 다이의 하부에 설치된 구동부를 향해 다시 하강하게 되고, 상기 구동부는 상기 승강부와 함께 원위치로 돌아오게 된다. 이로써 하나의 전지셀이, 하나의 단위 이동 구간에서 인접한 이동 구간으로 이송된다. 그리고 순차적으로 이 같은 과정이 반복되어, 전지셀은 투입 지점부터 와전류 센서(1100)와 가장 인접한 네스트에 도달하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 내부 균열 검사 장치는, 검사부와 가장 인접한 네스트에 안착된 전지셀을 정렬하는 정렬부를 더 포함할 수 있다. 와전류 검사를 수행하기 직전에 전지셀을 정렬함으로써, 검사의 신뢰도가 향상될 수 있다.

상기 정렬부에 의해 정렬된 전지셀은 다시 상기 승강부(1220)에 흡착되어, 원-포인트 측정방식에 의해 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 의한 와전류 검사를 받게 된다.

상기 와전류 센서에 의한 와전류 검사를 완료한 전지셀은 상기 승강부와 구동부를 포함하는 이송 수단에 의해, 전지셀이 반출되는 지점까지 이송된다.

상기 제어부에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 균열 검출 장치를 구성하는 제어부는, 상기 와전류 센서와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 와전류 센서에 의해 감지된 와전류 신호를 수신하여 평가하고, 본 발명의 검출 장치를 제어하는 기능을 한다.

상기 제어부는 와전류 신호에 관한 정보를 수신하여 영상 표시할 수 있고, 표시된 영상에 의해 내부 크랙 유무와 위치 등을 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 와전류 센서에 의해 감지되는 와전류 신호는 전압일 수 있고, 이에 기초하여 크랙의 유무와 크랙의 위치를 검출할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 와전류 센서에 의해 감지된 전압을 수신하여 이를 기록하고, 감지 위치에 따른 측정 전압값으로부터 크랙의 유무와 위치를 검출한다.

상기 제어부는, 상기 와전류 센서 및 이송부를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 복수의 전지셀의 이송과 그 속도를 제어하기 위한 메모리와 결합되는 종래의 프로그램 가능한 전자 컴퓨터로 구성될 수 있다.

본 발명의 크랙 검출 장치는, 와전류 신호의 변화에 기초하여 크랙을 판별하는 것으로, 파우치형 리튬 이차전지의 크랙 검출 시 유용하다.

이하 검사 대상이 되는 본 발명의 파우치형 리튬 이차전지에 대해 상술한다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류될 수 있는데, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체. 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점착적으로 증가하고 있다.

파우치형 리튬 이차전지는, 전극조립체, 전극조립체로부터 연장되어 있는 전극 탭들, 전극 탭들에 용접되어 있는 전극리드 및 전극조립체를 수용하는 전지케이스를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들은 전극조립체의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드는 각 극판으로부터 연장된 복수개의 전극 탭들과, 예를 들면 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한 전극리드의 상하면 일부에는 전지케이스와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름이 부착되어 있다.

전지케이스는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체를 수용할 수 있는 수납 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 적층형 전극조립체의 경우, 다수의 양극 탭들과 다수의 음극 탭들이 전극리드에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스 내부 상단은 전극조립체로부터 이격되어 있다.

파우치형 리튬 이차전지는, 상술한 바와 같이 전극 탭, 탭 용접부 및 리드 용접부가 전지케이스의 내부에 있으므로, 그 균열을 외부에서 검출하기 어렵지만, 본 발명과 같이 와전류를 이용한 검출 장치를 이용하면, 파우치형 이차전지 내부의 균열을 검출할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

A: 스크리닝 방향 B: 전지셀
C: 크랙
10, 100, 100', 200, 200': 와전류 센서
11, 110, 210: 코어부
12, 120, 220: 케이스
121, 221: 제 1 단 122, 222: 제 2 단
123, 223: 모서리
1000: 크랙 검출 장치
1100: 검사부
1200: 이송부
1210: 이송 다이 1220: 승강부
1230: 흡착 홀 1240: 구동부
1250: 개구부 1260: 네스트
a: 단위 이동 구간

Claims

전지셀의 크랙을 검출하기 위하여, 와전류를 유도하고, 유도된 와전류를 감지하는 와전류 센서로서,
자성 부재에 코일이 감긴 코어부; 및 상기 코어부를 수납하는 케이스; 를 포함하고,
적어도 두 개 이상의 코어부를 포함하고 있으며,
상기 코어부들은 각각, 상기 코일의 중심축이 전지셀의 두께 방향으로 배향되도록 배치된 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 전지셀 몸체로부터 전극 리드까지 연장되는 형상에 대응하여 계단형 단차를 가지고,
직육면체의 형상을 가지면서, 전지셀의 길이방향으로 전지셀 몸체를 향하여 연장되는 제 1 단; 및
직육면체의 형상을 가지면서, 상기 제 1 단으로부터 전지셀의 두께 방향으로 전극 리드를 향하여 연장되는 제 2 단; 을 포함하며,
상기 제 1 단 및 상기 제 2 단이 통합되어 상기 계단형 단차가 형성되고,
지면과 평행하게 절단한 수평 단면의 면적에 있어서, 상기 제 1 단의 수평 단면의 면적이, 상기 제 2 단의 수평단면의 면적 보다 넓은 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 적어도 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 3 항에 있어서, 두 쌍의 코어부를 포함하고,
한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭 방향과 평행한 제 1 방향의 연장선 상에서 이격되어 배치되고,
나머지 한 쌍의 코어부는, 전지셀의 폭방향과 평행하되 상기 제 1 방향과는 다른 제 2 방향의 연장선 상에서 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 코어부는 두 쌍이고,
한 쌍의 코어부는, 상기 제 1 단에 배치되고,
나머지 한 쌍의 코어부는, 상기 제 2 단에 배치되는 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 이격 거리가 전지셀 폭의 50 내지 100%인 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 와전류를 유도하는 제 1 센서; 및
상기 제 1 센서에 의해 유도된 와전류 신호를 감지하는 제 2 센서를 포함하고,
상기 제 1 센서 및 제 2 센서는 각각 상기 코어부와 상기 케이스를 포함하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 자성 부재는 원통형 기둥 또는 사각 기둥의 형상인 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 자성 부재는 사각 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 전지셀이 고정된 상태에서, 원-포인트(One-Point) 센싱에 의해 크랙을 검출하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 크랙이란, 전극 탭, 탭 용접부 및 리드 용접부 중에서 선택된 1곳 이상의 곳에서 발생한 균열인 것을 특징으로 하는 와전류 센서.
제 1 항의 와전류 센서;
전지셀이 투입되는 지점부터 반출되는 지점까지, 복수의 전지셀을 순차적으로 이송하는 이송부; 및
상기 와전류 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 와전류 센서에 의해 감지된 와전류 신호를 수신하여 평가하고, 제어하는 제어부; 를 포함하는 전지셀의 크랙 검출 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 이송부는,
전지셀의 투입 지점부터 반출 지점까지 연장된 이송 다이; 및
전지셀을 이송하는 이송 수단; 을 포함하는 전지셀의 크랙 검출 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 이송 수단은,
전지셀을 상기 이송 다이로부터 승강시키는 승강부; 및
상기 승강부가 이동 가능하게 결합되고, 상기 승강부를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구동부를 포함하는 전지셀 내부의 균열 검출 장치.