KR20230058932A

KR20230058932A - 전지셀의 전극 탭 단선 검사장치

Info

Publication number: KR20230058932A
Application number: KR1020210142779A
Authority: KR
Inventors: 이주미; 김주영; 조인환
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-05-03
Also published as: WO2023075273A1; US20240110990A1; JP2024504394A; CN116897294A; EP4270032A1

Abstract

본 발명에 따른 전지 셀의 전극 탭 단선 검사장치는, 검사대상 전지셀의 전극 리드에 연결되어 주파수에 따른 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정부; 및
상기 임피던스 측정부에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 정상 전지셀들 또는 전극 탭이 단선된 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀의 단선 여부를 판정하는 판정부를 포함하고, 상기 판정부는, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는(nearest neighboring) 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

Description

전지셀의 전극 탭 단선 검사장치{Electrode tap disconnection inspection device of battery cell}

본 발명은 전지 셀의 전극 탭의 단선을 비파괴적으로 검사하기 위한 전극 탭 단선 검사장치에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.

이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.

도 1은 파우치형 전지 셀(10)의 전극 탭(13)에 단선이 발생하는 개소를 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이, 파우치형 전지 셀(10)의 전지 케이스(11) 내에는 전극 조립체(12)가 내장되어 있으며, 이 전극 조립체(12)로부터 전극 탭(13)들이 도출되어 전극 리드(14)와 용접된다. 전극 탭과 탭의 용접부, 전극 탭과 전극 리드의 상기 용접부들은 전지 셀의 제조과정에서 다양한 방향으로 힘을 받으므로, 용접 개소 중 하나 또는 여러 개소에서 단선(15)이 발생할 수 있다. 단선이 발생하면 저전압 등의 불량을 유발할 수 있다.

전극 탭의 단선을 검출하기 위하여 종래에는 특허문헌 1과 같이 전지 셀을 가압하여 가압에 따른 전지 셀의 임피던스 변화를 측정하거나, CT 촬영으로 용접 개소를 물리적으로 검사하는 방법이 사용되었다.

특허문헌 1의 기술에서는 임피던스 변화를 측정하기 위하여 전지 셀을 별도로 가압하는 가압기구가 필요하므로, 양산 수준의 검사를 적용하기 곤란하였다.

또한, CT촬영의 경우 전지 셀 1개당 검사에 1분 30초 정도가 소요되므로, 역시 양산 수준의 검사가 불가능하였다.

상기 문제를 극복하기 위하여, 본 출원인은 도 2와 같은 전극 탭 단선방법을 개발하였다. 즉, 특정 주파수 영역(예컨대 공진 주파수 영역)에서 측정된 검사대상 전지셀의 임피던스 값 혹은 임피던스의 실수부 저항값과, 탭 단선이 없는 정상 전지셀 및 탭 단선 전지셀의 동일 주파수 영역의 임피던스 값 혹은 임피던스의 실수부 저항값을 대비하여 탭 단선 전지셀을 검출하였다.

그러나, 상기 방법의 경우에도, 정상(양품) 전지셀의 임피던스 값 변화영역과 탭 단선(불량) 전지셀의 임피던스 값 변화영역이 오버랩되는영역이 발생하였으며, 이 오버랩 영역에 검사대상 전지셀의 임피던스 값 또는 실수부 저항값이 속하는 경우에는, 이를 정상으로 판정할지 탭 단선으로 판정할지 판단하기 곤란하였다.

또한, 전극 리드의 저항값 측정 위치에 따라 탭 단선 판정결과가 달라지는 등의 문제가 있었다.

따라서, 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있는 전극 탭 단선 검사기술의 개발이 요망된다 하겠다.

한국 공개특허공보 제10-2020-0035594호

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 이른바 K-최근접 이웃법(최근접 이웃 알고리즘)에 기초하여, 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 보다 정확하게 검출할 수 있는 전지셀의 전극 탭 단선 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전극 리드의 저항값 측정 위치에 따른 전극 탭 단선 여부까지 정확하게 판정할 수 있는 전지셀의 전극 탭 단선 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전지 셀의 전극 탭 단선 검사장치는, 검사대상 전지셀의 전극 리드에 연결되어 주파수에 따른 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정부; 및

상기 임피던스 측정부에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 정상 전지셀들 또는 전극 탭이 단선된 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀의 단선 여부를 판정하는 판정부를 포함하고, 상기 판정부는, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는(nearest neighboring) 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로서, 상기 선택된 소정 개수의 임피던스 값 데이터는 3 이상의 홀수이다.

다른 예로서, 상기 선택된 특정 주파수 범위는, 상기 정상 및 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터가 서로 오버랩되지 않거나, 오버랩되는 영역이 가장 작은 주파수 범위일 수 있다.

구체적으로, 상기 선택된 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 검사대상 전지셀을 정상 전지셀로 판정하고, 상기 선택된 데이터 중 탭 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 검사대상 전지셀을 탭 단선 전지셀로 판정한다.

또한, 상기 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군은, K-최근접 이웃 알고리즘(K- nearest neighbor algorism)에 의하여 반복 학습된 데이터군일 수 있다.

본 발명의 다른 예로서, 상기 전극 탭 단선 검사장치는, 검사대상 전지셀에 구비된 전극 리드의 복수의 측정 개소에 대응되는 복수개의 프로브를 구비하고, 각각의 프로브는 각 측정 개소와 교대로 전기적으로 연결되는 멀티 프로브부; 상기 멀티 프로브부의 각 프로브에 연결되어 상기 전극 리드의 각 측정 개소에 대하여 주파수에 따른 임피던스 값들을 측정하는 임피던스 측정부; 및 상기 임피던스 측정부에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 양품 전지셀들 및 단선된 불량 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀의 단선 여부를 판정하는 판정부를 포함하고, 상기 판정부는, 상기 전극 리드의 각각의 측정 개소에 대하여, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 전극 리드의 각 측정 개소와 연결된 전극 탭의 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 선택된 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선되지 않은 것으로 판정하고, 상기 선택된 데이터 중 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선된 것으로 판정한다.

하나의 예로서, 상기 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군은, K-최근접 이웃 알고리즘(K- nearest neighbor algorism)에 의하여 반복 학습된 데이터군일 수 있다.

하나의 예로서, 상기 전극 탭 단선 검사장치는, 상기 멀티 프로브부의 프로브를 교대로 각 측정 개소와 전기적으로 연결하는 스위칭 릴레이 박스; 및 상기 스위칭 릴레이 박스를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 전지셀의 극성이 다른 양극 리드 및 음극 리드 중 적어도 하나에 상기 멀티 프로브부가 연결되고, 상기 양극 리드 및 음극 리드 중 하나의 리드의 하나의 측정 개소에 프로브를 연결한 상태에서, 상기 양극 리드 및 음극 리드 중 다른 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 대하여 교대로 상기 임피던스 값들을 측정할 수 있다.

하나의 예로서, 상기 양극 리드 및 음극 리드의 각 측정 개소는 상기 각 리드의 끝단 또는 상기 전지셀의 케이스로부터 등간격으로 위치될 수 있다.

상기 전극 탭 단선 검사장치는, 상기 전극 리드 중 양극 리드 및 음극 리드 중 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 관한 전극 탭의 단선 여부 판정 결과와, 상기 전극 리드 중 양극 리드 및 음극 리드 중 다른 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 관한 전극 탭의 단선 여부 판정 결과를 조합하여 전체 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 판정할 수 있다.

다른 예로서, 상기 판정부는, 상기 전극 리드의 각 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율에 기초하여 상기 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 추가로 판정하고, 상기 추가 판정결과와 상기 조합된 단선 여부 판정 결과를 대비하여 검사대상 전지셀의 전극 탭의 최종 단선 여부를 판정할 수 있다.

본 발명에 의하여 정상 전지셀인지 탭 단선 전지셀인지 명확하지 않은 경우에도, K-최근접 이웃 알고리즘을 적용하여 전지셀의 전극 탭 단선을 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 전극 리드의 임피던스 값 측정 위치에 따른 전극 탭 단선 여부까지 검출함으로써, 전체 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

도 1은 파우치형 전지 셀의 전극 탭에 단선이 발생하는 개소를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 출원인이 제안한 임피던스 값 또는 실수부 저항값을 이용한 전지셀의 전극 탭 단선 검출원리를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 검사장치의 개략도이다.
도 4는 K-최근접 이웃 알고리즘의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 5는 K-최근접 이웃 알고리즘에 따른 데이터 학습과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 검사장치의 개략도이다.
도 7은, 전지셀의 전극 리드의 측정 개소에 따라 임피던스 값을 측정하는 일례를 나타낸 개략도이다.
도 8은 도 6의 실시예의 전지셀의 전극 탭 검사장치로 전지셀의 단선 여부를 검출하는 과정의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 9 및 도 10은, 음극 리드의 임피던스 값 측정 개소를 고정하고, 양극 리드의 측정 개소를 달리하여 임피던스 값을 측정하였을 때의 단선 여부 판정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율을 나타낸 개략도이다.
도 12는 도 6의 실시예의 전지셀의 전극 탭 검사장치로 전지셀의 단선 여부를 검출하는 다른 예를 나타낸 플로우차트이다.
도 13은 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율을 나타낸 다른 개략도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

한편, 본 출원에서 "길이 방향"이란 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향을 의미한다.

전지 셀의 전극 탭이 도 1과 같이 단선되면, 전지 셀의 임피던스 값에 변화가 있을 것으로 추정된다. 이에 기초하여 특허문헌 1은 전지 셀을 가압하여 임피던스 변화를 측정하여 단선 여부를 검출하는 방식을 채택하였다.

하지만, 상술한 바와 같이, 본 발명은 가압을 하지 않고도 임피던스 값에 기초하여 단선 여부를 검출하고자 한 것이다.

또한, 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 임피던스 값이 오버랩되는 경우에도 정확하게 탭 단선 여부를 검출하기 위한 것이다.

(제1 실시형태)

본 실시형태의 전극 탭 단선 검사장치(100)는 검사대상 전지셀(10)의 전극 리드(14,14')에 연결되어 주파수에 따른 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정부(110); 및 상기 임피던스 측정부(110)에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀(10)의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 정상 전지셀들 또는 전극 탭이 단선된 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀(10)의 단선 여부를 판정하는 판정부(120)를 포함하고, 상기 판정부(120)는, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는(nearest neighboring) 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 검사대상 전지셀(10)의 전극 탭 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 검사장치(100)의 개략도이다.

상기 전지셀(10)은 파우치형 셀로서 전지셀의 길이방향 양단부로부터 각각 다른 극성의 전극 리드가 도출되는 이른바 양방향 전지셀이다. 하지만, 이에 한하는 것은 아니며, 다른 극성의 전극 리드가 전지셀의 동일 단부로부터 도출되는 단방향 전지셀로 본 발명에 의하여 전극 탭 단선 여부를 판정할 수 있다.

본 발명은 검사대상 전지셀(10)의 전극 리드에 연결되는 임피던스 측정부(110)를 포함한다. 상기 임피던스 측정부(110)는 소정의 연결케이블 및 접속단자에 의하여 전지셀(10)의 전극 리드에 접속될 수 있다. 도 3에서는 프로브(P) 및 도선에 의하여 전극 리드(14,14')와 임피던스 측정부(110)가 연결되어 있다. 상기 임피던스 측정부(110)는 주파수에 따라 전지셀(10)의 임피던스 값을 측정할 수 있다. 임피던스 측정부(110)로서, 예컨대 EIS(Electochemical Impedance Spectroscopy) 측정기로 주파수가 다른 미소한 교류신호를 가하면 주파수에 따른 임피던스 값을 얻을 수 있다. EIS 측정기는 임피던스 값 외에 임피던스의 위상각, 소정의 연산을 통하여 실수부 저항값, 허수부 저항값 등 임피던스 값에 관련된 각종 파라미터들을 주파수에 따라 구할 수 있다.

본 발명의 전극 탭 단선 검사장치(100)는, 상기 임피던스 측정기(110)에 의하여 취득한 검사대상 전지셀(10)의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터를 소정의 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터군과 대비하여 검사대상 전지셀(10)의 단선 여부를 판정한다.

본 발명의 검사장치(100)는, 종래 본 출원인이 제안한 특정 주파수 범위에서의 임피던스 값의 대비에 의하여 단선 여부를 판정하는 기술과 궤를 같이한다. 그러나, 도 2에 나타난 바와 같이, 종래의 방법은 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 임피던스 값이 중첩되는 오버랩 영역에 해당하는 검사대상 전지셀(10)에 대해서는 정확하게 단선 여부를 판정할 수 없었다. 또는, 정상 전지셀의 임피던스 값 범위에 속하는지, 탭 단선 전지셀의 임피던스 값 범위에 속하는지 명확하지 않은 경우에도 단선 여부를 판정하기 어려웠다.

본 발명은 이른바 K-최근접 이웃법(K-최근접 이웃 알고리즘(K-nearest neighbor algorism, 약칭하여 K-NN 알고리즘))을 이용하여 상기 문제점을 해소한 것이다.

도 4는 K-NN 알고리즘의 원리를 설명하는 개략도이다.

K-최근접 알고리즘, 약칭하여 K-NN 알고리즘은 머신 러닝의 일종인 지도 학습(supervised learning)의 한 종류로 거리 기반 분류분석 모델이라고 할 수 있다. K-NN 알고리즘은 데이터로부터 거리가 가까운 'K'개의 다른 데이터의 레이블을 참조하여 분류하는 것으로서, 알고리즘이 간단하여 구현하기가 쉽다는 장점이 있다. 구체적으로, 도 4와 같이 소정의 좌표 평면에 삼각형 데이터와 사각형 데이터가 위치할 경우, 원형 데이터를 어느 쪽의 데이터에 속하는 것으로 분류하여야 할 것인가를 결정할 수 있다. 원형 데이터에 가장 근접한 데이터의 개수를 3개로 결정하면(즉, K=3) 상기 원형 데이터는 삼각형 데이터에 속하는 것으로 분류된다. 그러나, 가장 근접한 데이터의 개수를 5개로 결정하면(K=5), 상기 원형 데이터는 사각형 데이터에 속하는 것으로 분류된다. 따라서, 적절한 수의 K를 설정한다면, 어느 종류의 데이터에 속하는지 명확하지 않은 경우에도 해당 데이터의 종류를 결정할 수 있게 된다.

본 발명의 판정부(120)는 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값을 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 검사대상 전지셀(10)의 전극 탭 단선 여부를 판정한다. 본 명세서에서 '최근접 이웃'한다라는 것은, 반드시 가장 근접하게 이웃하는 1개의 데이터를 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 '최근접 이웃'한다라는 의미는, K-NN 알고리즘의 '최근접 이웃'의 개념에 해당하는 것으로, 특정 데이터 주위로 K개의 데이터가 선택될 때 특정 데이터에 '최근접 이웃'하는 복수개(K개)의 데이터가 선택된다는 의미이다.

도 4의 예를 기준으로 설명하면, 예컨대 삼각형 데이터가 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터이고, 사각형 데이터가 정상 전지셀들의 임피던스 값 데이터로 간주할 수 있다. 검사대상 전지셀(10)의 특정 주파수의 임피던스 값 데이터를 원형 데이터라고 간주하면, 도 4의 점선 또는 실선 원의 범주에 속하느냐에 따라 검사대상 전지셀(10)의 탭 단선 여부를 판정할 수 있다. 즉, K를 5로 할 경우에, 상기 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터(원형 데이터)는 정상 전지셀들의 임피던스 값 데이터(사각형 데이터)로 볼 수 있고, 따라서 상기 검사대상 전지셀(10)은 단선되지 않는 정상 전지셀로 판정되는 것이다. 부언하면, 최근접 이웃하는 것으로 선택된 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 검사대상 전지셀(10)은 정상 전지셀로 판정한다. 즉, K=5이고 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터에 최근접 이웃한 데이터 중 3개가 정상 전지셀이고 2개가 탭 단선 전지셀이면 해당 검사대상 전지셀(10)은 정상 전지셀로 판정된다.

반대로 선택된 최근접 이웃 데이터 중 탭 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 검사대상 전지셀(10)은 탭 단선 전지셀로 판정된다. 즉, K=5이고 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터에 최근접 이웃한 데이터 중 3개가 탭 단선 전지셀이고 2개가 정상 전지셀이면 해당 검사대상 전지셀(10)은 탭 단선 전지셀로 판정된다.

이와 같이, K-NN 알고리즘에 따라, 임피던스 값을 비교하면, 도 2와 같이 정상 및 탭 단선 전지셀의 임피던스 값이 오버랩되는 경우에도 단선 여부를 판정할 수 있다. 즉, K-NN 알고리즘에 따라 적절한 K값을 선정하여 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하면, 어떤 데이터든지 그 최근접 데이터 개수를 정할 수 있다. 그러므로, 도 2와 같이 전체적으로 임피던스 값이 오버랩되는 경우에도 해당 전지셀에 관하여 더 많은 개수의 임피던스 값 데이터를 차지하는 인접 전지셀의 종류를 결정할 수 있다.

한편, 본 발명에서 임피던스 값이란, 실수부와 허수부 성분을 갖는 전체 임피던스 값은 물론, 실수부 저항값(Rs)도 포함하는 개념이다. 즉, R= Z COSθ의 관계에 따라 임피던스 위상각과 임피던스 값을 알면 실수부 저항값을 구할 수 있고, 실수부 저항값도 임피던스 값으로 표현될 수 있어 실수부 성분의 저항값으로도 단선 여부를 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 K-NN 알고리즘이 적용되는 임피던스 값 데이터에는 상기 실수부 저항값 데이터도 포함된다.

또한, 전극 탭 단선 여부를 판정하기 위하여 선택되는 소정 개수의 임피던스 값 데이터, 즉 K값은 3 이상의 홀수인 것이 바람직하다. K가 1이면 변별력이 떨어지고, K값이 짝수이면, 최근접 데이터의 개수가 예컨대 2대 2로 동일할 경우 검사대상 전지셀(10)이 어디에 속하는지 판정하기 곤란하다. 따라서, K값은 3, 5, 7, 9 등의 홀수인 것이 바람직하다. 다만, K값이 너무 커지면 역시 판정의 변별력이 떨어지므로, 너무 크지 않은 K값을 선택하여야 한다. 바람직하게는, 3 또는 5의 K값이 좋다.

또한, 전극 탭 단선 여부 판정을 위하여 대비되는 임피던스 값 데이터는 특정 주파수 범위에서의 값일 수 있다.

도 2를 참조하면, 주파수에 따라 정상 전지셀의 임피던스 영역(양품 Zone)과 탭 단선 전지셀의 임피던스 영역(불량 Zone)이 비교적 명확하게 구분되는 영역도 있지만, 오버랩 존이 너무 커서 검사대상 전지셀(10)의 데이터와 비교하기 어려운 영역도 있다. 주로 저주파수의 영역에서 이러한 광범위한 오버랩 존이 발생한다. 또한, 오버랩 존의 위치나 크기는 전지셀의 종류, 물성, 내부 상태에 따라 달라질 수 있으므로, 전지셀에 따라 적절한 주파수 범위를 선택하여야 한다.

따라서, 전극 탭 단선 여부를 판정하기 위하여 선택되는 특정 주파수 범위란 상기 정상 및 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터가 서로 오버랩되지 않거나 혹은 오버랩되는 영역이 가장 작은 주파수 범위를 말한다.

도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 판정부(120)는 상술한 바와 같이, K-NN 알고리즘에 의하여 검사대상 전지셀(10)의 탭 단선 여부를 판정하는 것을 알 수 있다. 한편, 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터와 대비되는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정의 임피던스 값 데이터군 역시, 상기 K-NN 알고리즘에 의하여 반복 학습되어 얻어진 데이터군이다. 이러한 데이터군은 소정 데이터베이스 등의 저장부(130)에 저장되어 있으며, 판정부(120)는 이러한 저장부(130)의 데이터군과 대비하여 전지셀의 탭 단선 여부를 판정할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 저장부(130)는 판정부(120)와 별도의 서버나 DB형태로 구비될 수 있다. 혹은 판정부(120)에 메모리 형태의 저장부로 포함될 수도 있다. 상기 판정부(120)는 K-NN 알고리즘이 구현된 소프트웨어가 내장된 소정의 컴퓨팅 장치일 수 있다.

도 5는 K-최근접 이웃 알고리즘에 따른 데이터 학습과정의 일례를 나타내는 플로우차트이다.

예컨대, 인위적으로 양극 또는 음극의 탭을 단선시킨 전지셀을 소정 개수 제작하고, 이 탭 단선 전지셀과 동일 종류의 정상 전지셀을 섞어 소정 개수(예컨대 100개)의 데이터군 작성용 모집단의 전지셀을 준비할 수 있다. 이 모집단 전지셀 중 80% (예컨대 80개)의 전지셀을 랜덤하게 선택하고 그 선택된 전지셀의 임피던스 값 데이터를 측정하여 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터를 학습하여 비교 대상의 소정 데이터군으로 한다(S1).

나머지 20% (예컨대 20개)의 전지셀의 임피던스 값을 측정하여 상기 비교대상의 데이터군과 K-NN 알고리즘으로 대비하여 20%의 각 전지셀의 단선 여부를 소정 회수만큼 예측한다(S3).

다음으로, 예측된 결과와 실제 정상 및 탭 단선 전지셀인지 여부를 검증한다(S3).

셀 ID	예측 회수	단선으로 예측된 회수	정상으로 예측된 회수	실제 전지셀
11360	25회	0	25	정상 전지셀
11361	17회	0	17	정상 전지셀
22464	23회	23	0	탭단선 전지셀
22465	23회	23	0	탭단선 전지셀

상기 표 1로부터, 모집단의 선택된 80%의 전지셀의 임피던스 값 데이터군에 의하여 K-NN 알고리즘으로 특정 셀 ID의 전지셀의 정상 또는 단선 여부를 예측하였을 경우, 탭 단선 여부를 100% 정확하게 예측할 수 있는 것을 알 수 있다. 물론, 어떠한 데이터군을 선택하느냐에 따라 예측결과는 100%가 아니고 90%, 95% 등의 다른 정확도를 가질 수 있다. 이와 같이, 정확도가 검증된 데이터들은 탭 단선 예측을 위한 학습 데이터로 업데이트한다.

또한, 데이터군의 정확도를 높이기 위하여 이러한 데이터 학습과정을 예컨대 100회 반복하여 보다 신빙성 있고 정확한 K-NN 알고리즘을 위한 대조 데이터군을 취득할 수 있다(S4).

(제2 실시형태)

본 실시형태의 전극 탭 단선 검사장치(200)는, 검사대상 전지셀(10)에 구비된 전극 리드(14,14')의 복수의 측정 개소에 대응되는 복수개의 프로브(P1,P2,P3)를 구비하고, 각각의 프로브(P1,P2,P3)는 각 측정 개소와 교대로 전기적으로 연결되는 멀티 프로브부(240); 상기 멀티 프로브부(240)의 각 프로브(P1,P2,P3)에 연결되어 상기 전극 리드의 각 측정 개소에 대하여 주파수에 따른 임피던스 값들을 측정하는 임피던스 측정부(210); 및 상기 임피던스 측정부(210)에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀(10)의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 양품 전지셀들 및 단선된 불량 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀(10)의 단선 여부를 판정하는 판정부(220)를 포함하고, 상기 판정부(220)는, 상기 전극 리드의 각각의 측정 개소에 대하여, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀(10)의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 전극 리드의 각 측정 개소와 연결된 전극 탭의 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

도 6은 상기 제2 실시형태에 따른 전지셀의 전극 탭 검사장치(200)의 개략도이다.

본 실시형태의 전극 탭 검사장치(200)는, 멀티 프로브부(240)를 구비하고 있다. 상기 멀티 프로브부(240)는, 파우치형 전지셀의 길이방향 양단에 구비된 전극 리드의 복수의 측정 개소에 대응되는 위치에 복수개의 프로브(P1,P2,P3)를 구비하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 리드는 복수개의 탭 뭉치에 연결되어 있다. 만약 특정 탭에 단선이 발생하더라도, 다른 위치의 탭은 정상일 수 있으며 이러한 정상의 탭과 연결된 전극 리드의 위치에서 임피던스 값을 측정하면, 그 값은 정상 전지셀의 임피던스 값으로 측정될 수 있다. 따라서, 전극 리드의 하나의 측정 개소에서만 임피던스 값을 측정한 후, 불량 전지셀이 시장에 출하되는 경우가 발생할 수 있다.

본 실시형태의 발명은, 상기와 같은 경우를 방지하기 위하여, 복수개의 프로브(P1,P2,P3)로 전극 리드의 여러 위치에서 임피던스 값을 측정할 수 있도록 멀티 프로브부(240)를 구비하고 있다. 다만, 복수개의 프로브(P1,P2,P3)로 한꺼번에 임피던스 값을 측정하는 것은 아니며, 각각의 프로브(P1,P2,P3)를 각 측정 개소와 교대로 전기적으로 연결함으로써, 특정 위치의 임피던스 값을 순차 측정할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명의 검사장치(200)는, 상기 멀티 프로브부(240)의 각 프로브(P1,P2,P3)에 연결되어 상기 전극 리드(14,14')의 각 측정 개소에 대하여 주파수에 따른 임피던스 값들을 측정하는 임피던스 측정부(210)를 포함한다. 상기 임피던스 측정부(210)로서 EIS 측정기(210)를 사용할 수 있다. 임피던스 측정부(210)에 대해서는 제1 실시형태에서 충분히 설명하였으므로, 본 실시형태에서는 그에 관한 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시형태의 판정부(220)도, 제1 실시형태와 같이 K-NN 알고리즘에 의하여 전극 리드(14,14')의 각각의 측정 개소에 대하여 전극 탭의 단선 여부를 판정할 수 있다. 제1 실시형태와 달리, 본 실시형태는 각 측정 개소와 교대로 전기적으로 연결되는 복수개의 프로브(P1,P2,P3)를 구비하고 있으므로, 각 측정 개소에 대하여 각각 K-NN 알고리즘을 적용할 수 있다. 따라서, 본 실시형태는 전극 리드의 각 측정 개소에 대하여 정상 또는 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정 임피던스 값 데이터군과 대비하여 정상 또는 단선 여부를 판정할 수 있다. 이 경우, 동등한 비교를 위하여, 상기 전극 리드(14,14')의 특정 위치에서 측정된 임피던스 값과 대조되는 상기 소정의 임피던스 값 데이터군도 해당 전극 리드의 특정 위치와 동일한 위치에서 측정된 것이어야 한다.

또한, 최근접 이웃을 판단하기 위하여 선택되는 소정 개수의 임피던스 값 데이터가 3 이상의 홀수인 것은 제1 실시형태와 동일하다. 그리고, 각각의 측정 개소에 대하여 검사대상 임피던스 값 데이터와 대조되는 임피던스 값 데이터군의 주파수도 제1 실시형태와 같이, 정상 및 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터가 가능한 한 오버랩 되지 않는 범위에서 선택되어야 하는 점도 동일하다.

K-NN 알고리즘에 의하여, 본 실시형태의 각 측정 개소의 전극 탭 단선 여부 판정은 다음과 같이 행한다.

각 측정 개소에서 측정된 임피던스 값에 대하여 선택된 최근접 이웃 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선되지 않은 것으로 판정한다.

각 측정 개소에서 측정된 임피던스 값에 대하여 선택된 최근접 이웃 데이터 중 탭 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선된 것으로 판정한다.

이 경우, 상기 대조되는 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정 임피던스 값 데이터군 역시 도 5와 같이 K-NN 알고리즘에 의하여 반복 학습된 데이터군이다.

이러한 데이터군은 소정 데이터베이스 등의 저장부(230)에 저장되어 있으며, 판정부(220)는 이러한 저장부(230)의 데이터군과 대비하여 전지셀의 탭 단선 여부를 판정할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 저장부(230)는 판정부(220)와 별도의 서버나 DB형태로 구비될 수 있다. 혹은 판정부(220)에 메모리 형태의 저장부로 포함될 수도 있다. 상기 판정부(220)는 K-NN 알고리즘이 구현된 소프트웨어가 내장된 소정의 컴퓨팅 장치일 수 있다.

상기 복수개의 프로브(P1,P2,P3)를 교대로 각 측정 개소와 전기적으로 연결하기 위하여, 본 실시형태의 전극 탭 단선 검사장치(200)는, 스위칭 릴레이 박스(250)를 구비할 수 있다. 상기 스위칭 릴레이 박스(250)는 멀티 프로브부(240)의 각 프로브(P1,P2,P3)와 회로에 의하여 연결되며, 각 프로브(P1,P2,P3)를 전기적으로 스위칭하여 전기적으로 연결하는 스위치 또는 릴레이(SW)를 구비하고 있다. 이러한 전기적인 릴레이기구는 통상 공지되어 있으므로, 그에 관한 설명은 생략하도록 한다. 상기 멀티 프로브부(240)를 전지셀의 극성이 다른 양극 리드 및 음극 리드(14,14') 중 적어도 하나에 연결하면, 각 리드에서 복수의 측정 개소에 관한 임피던스 값을 EIS 측정기(210)로 각각 측정할 수 있다.

또한, 상기 각 프로브(P1,P2,P3)가 각 측정 개소와 교대로 연결되도록 상기 스위칭 릴레이 박스(250)를 제어하는 제어부가 구비될 수 있다. 상기 제어부는 판정부(220)와 별개 또는 도 6과 같이 판정부(220)를 포함하는 형태일 수 있다. 후자의 경우에는 상기 제어부가 K-NN 알고리즘이 구현된 소프트웨어가 내장된 판정부(220)를 구비한 제어컴퓨터일 수 있다.

도 6에서는, 각 전극 리드의 3개의 측정 개소에 대하여 임피던스 값을 측정하도록 되어 있다. 하지만, 필요에 따라 상기 측정 개소는 2개, 4개, 5개 또는 그 이상이 될 수 있다. 도 6에서 R, L은 전극 리드의 오른쪽, 왼쪽을 지칭하는 것이다. 특히, 전극 리드의 양측부에 인접한 탭부에 단선이 많이 발생한다. 도 6의 실시형태는 이를 감안하여 전극 리드 양측부인 R,L 부분에서 임피던스 값을 측정하는 것을 나타내고 있다. 상기 측정 개소는 동일한 기준으로 설정되는 것이 바람직하다. 예컨대, 각 리드(14,14')의 끝단 또는 전지셀 케이스 기준으로 동일한 간격에 나란하게 측정 개소를 설정하면, 각 측정 개소에 대하여 비교적 동등한 조건으로 임피던스 값을 측정하여 비교할 수 있다.

도 6의 스위칭 릴레이 박스(250)에서 점선으로 표시된 선은 스위치(SW)가 연결되지 않은 것을, 실선으로 표시된 선은 스위치(SW)가 연결된 것을 나타낸다. 따라서, 도 6은 양극 리드 및 음극 리드(14,14') 모두 R위치의 측정 개소에서의 임피던스 값을 측정하는 것을 나타내고 있다. 릴레이 박스(250)의 스위칭에 의하여 다른 측정 개소에서의 임피던스 값도 측정할 수 있다.

하나의 전극 리드의 복수 개소에 대하여 임피던스 값을 측정할 경우, 다른 전극 리드의 측정 개소는 고정될 필요가 있다. 그래야, 하나의 전극 리드의 복수 개소에 대한 탭 단선 여부를 객관적으로 비교할 수 있기 때문이다. 도 7은, 이러한 측정 모습을 나타낸 개략도이다. 도 7을 참조하면, 오른쪽의 전극 리드(14')(예컨대 음극 리드)의 측정 개소는 중앙의 1개소로 고정하고, 왼쪽의 전극 리드(14)(예컨대, 양극 리드)의 측정 개소를 R과 L의 2개소로 하여 교대로 임피던스 값을 측정하고 있다. 이에 의해서 양극 리드(14)의 R개소의 탭 단선 여부와 L개소의 탭 단선 여부를 객관적으로 비교할 수 있으며, 어느 1개소라도 단선으로 감지되면 상기 전지셀은 탭 단선 전지셀로 판정한다. 도 7에서는 도시의 편의를 위하여 오른쪽의 전극 리드(14')의 측정 개소가 1군데로 고정된다는 의미에서 프로브를 1개만 표시하였다. 하지만, 도 6과 같이 스위칭에 의하여 1개의 프로브만 해당 측정 개소와 전기적으로 연결할 수 있음은 물론이다. 도 7과 반대로, 왼쪽의 양극 리드(14)의 측정 개소를 중앙의 1개소로 고정하고, 오른쪽의 음극 리드(14')의 R과 L의 2개소에 대하여 임피던스 값을 측정하여 음극 리드에 연결된 탭의 단선 여부도 검출할 수 있다. 이와 같이, 멀티 프로브부(240)의 프로브들(P1,P2,P3)을 교대로 전극 리드의 각 측정 개소와 전기적으로 연결하여 임피던스 값을 측정하고, 각 측정 개소의 임피던스 값이 모두 정상 전지셀의 임피던스 값에 해당할 경우에만 해당 검사대상 전지셀(10)을 정상 전지셀로 판정하고, 어느 1개소의 임피던스 값이 탭 단선 전지셀의 임피던스 값에 속하는 경우에는 탭 단선 전지셀로 판정한다.

도 8은 도 6의 실시예의 전지셀의 전극 탭 검사장치로 전지셀의 단선 여부를 검출하는 과정의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

먼저, 전극 리드의 복수 개소의 임피던스 값 데이터를 상기 임피던스 측정부(210)에 의하여 취득한다.

예컨대, 도 7과 같이 음극 리드(14')의 측정 위치를 고정하고, 양극 리드(14)의 L과 R 개소의 임피던스 값 데이터를 취득한다. 다음으로, 양극 리드(14)의 측정 위치를 고정하고, 음극 리드(14')의 L과 R 개소의 임피던스 값 데이터를 취득한다(A1).

다음으로, 각 개소에 대한 임피던스 값 데이터와, 예컨대 K-NN 알고리즘에 의하여 학습된 동일한 개소에서의 대조 임피던스 값 데이터군을 최근접 이웃 알고리즘에 의하여 비교하여 해당 개소에서의 탭 단선을 검출한다(A2).

이 경우, 특정 개소에서 단선이 검출되지 않은 경우라도, 다른 개소에서는 단선이 검출될 수 있다. 따라서, 여러 개소의 단선 검출 결과를 조합하면 탭 단선이 미검출되는 경우를 줄일 수 있으므로, 측정된 각 개소의 검출 결과를 조합하여 단선을 검출한다(A3).

마지막으로, 조합된 검출 결과를 기초로 전체 전지셀의 단선 여부를 판정할 수 있다(A4).

아래 표 2는 양극 리드(14)의 복수개의 측정 개소(R,L)에 관한 전극 탭의 단선 여부 판정결과와, 음극 리드(14')의 복수개의 측정 개소(R,L)에 관한 전극 탭 단선 여부 판정결과를 조합하여 전체 검사대상 전지셀(10)의 전극 탭 단선을 검출한 것을 나타낸 것이다.

선택 주파수 범위:160~100Hz(2개 측정개소 분석)/K=5

시험 조건	K-NN 판정결과	1+2/3+4 조합 결과
1.정상품 27개 VS 양극 단선 27개(음극 리드 위치 고정+양극 리드 L 측정)	미검출: 3개	1개 미검출
2.정상품 27개 VS 양극 단선 27개(음극 리드 위치 고정+양극 리드 R 측정)	미검출: 4개	1개 미검출
3.정상품 27개 VS 음극 단선 27개(양극 리드 위치 고정+음극 리드 L 측정)	미검출: 3개	1개 미검출
4.정상품 27개 VS 음극 단선 27개(양극 리드 위치 고정+음극 리드 R 측정)	미검출: 4개	1개 미검출

도 9 및 도 10은, 음극 리드(14')의 임피던스 값 측정 개소를 고정하고, 양극 리드(14)의 측정 개소를 달리하여 임피던스 값을 측정하였을 때의 단선 여부 판정 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 9 및 도 10은 표 2의 1. 및 2.의 경우의 판정 결과의 조합에 의하여, 미검출 개수를 줄인 것을 나타내고 있다.

도 9는, 정상품(양품) 전지셀 27개와 양극 리드(14)의 L개소가 단선된 전지셀 27개에 대하여, 1kHz~0.1Hz의 주파수 범위 내에서 총 21개 포인트의 주파수에서 실수부 저항값 R을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 고주파수와 저주파수 영역에서는 정상품과 단선 전지셀의 임피던스 값 데이터군이 중첩되어 검사대상 전지셀(10)의 양부 판정을 위한 대조 데이터군이 되기 어렵다. 도 9에서 160~100Hz 사이에서는 비교적 오버랩이 적으므로, 이 주파수 범위에서 K-NN 알고리즘에 의하여 단선 여부를 검출하였다. 도시의 편의를 위하여 주파수(f)-실수부 저항값(R) 좌표 데이터들을 선으로 연결하였지만, 상술한 바와 같이 실제로는 EIS 측정기(210)로 각각 21개 포인트의 주파수-실수부 저항값 데이터를 취득하여 K-NN 알고리즘으로 대비하였다. 도 9의 검출결과, 셀 아이디. 본 실험은 사전에 정상/단선 전지셀인지 알고 있는 전지셀들을 이용하여 임피던스 값 데이터를 취득(학습)하여 행한 것이므로, 상기 검출방식에 의해서도 검출되지 않는 탭 단선 전지셀을 파악할 수 있었다. 도 9에 나타난 바와 같이, 셀 아이디 12672, 12684,12710의 3개의 단선 전지셀이 양품으로 판정되어 미검출되었다.

도 10은, 정상품(양품) 전지셀 27개와 양극 리드(14)의 R개소가 단선된 전지셀 27개에 대하여, 1kHz~0.1Hz의 주파수 범위 내에서 총 21개 포인트의 주파수에서 실수부 저항값 R을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 역시 160~100Hz의 주파수 범위에서 K-NN 알고리즘에 의하여 단선 여부를 검출하였다. 검출결과, 셀 아이디 12710,12705,12664,12671의 4개의 단선 전지셀이 양품으로 판정되어 미검출되었다.

도 9 및 도 10의 판정결과를 조합하면, 셀 아이디 12710의 단선 전지셀만 미검출되었다. 즉, 표 2와 같이 상기 1 및 2의 시험결과를 조합하면 미검출된 단선 전지셀은 54개 중 1개가 되므로, 단선 검출 정확도 내지 효율을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 양극 리드(14)의 위치를 고정하고, 음극 리드(14')의 측정 개소를 L과 R로 구분하여 탭 단선 여부를 검출하고, 이를 조합하여 판정한 결과 상기 도 9 및 도 10과 유사하게 1개의 전지셀만 미검출되어 검출 정확도가 역시 개선되었다.

한편, 본 실시형태와 같이 멀티 포인트 방식으로 여러 측정 개소의 임피던스 값을 측정할 경우, 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 임피던스 값 변화율은 측정 개소에 따라 다르게 나타난다.

도 11은 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율을 나타낸 개략도이다.

도 11은, 양극 리드(P:14)의 측정 개소는 고정하고, 음극 리드(N:14'))의 측정 개소를 5개소로 변경하면서, 각 개소별로 주파수에 따른 임피던스 값 변화율을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 정상 전지셀의 경우, 5개소에서의 임피던스 값 변화율이 거의 유사한 것을 알 수 있다. 하지만, 탭 단선 전지셀의 경우, 전반적으로 정상 전지셀에 비하여 임피던스 값이 크고, 그 변화율도 각각 다른 것을 알 수 있다. 특히, 탭 단선이 발생한 4번 위치의 임피던스 값 변화율은 나머지 개소의 임피던스 값 변화율과 크게 차이가 나는 것을 알 수 있다.

이로부터, 전극 리드의 복수 개소의 임피던스 값으로 탭 단선 여부를 판정하는 본 실시형태의 발명에 있어서, 이러한 멀티 포인트 측정에 의한 임피던스 값 변화율로 전극 탭 단선 여부를 추가로 판정하고, 이 추가 판정결과와 상기 K-NN 방식에 의하여 판정된 단선 여부 판정 결과를 조합한다면, 탭 단선 검출 결과를 더 높일 수 있을 것으로 판단된다.

도 12는 도 6의 실시예의 전지셀의 전극 탭 검사장치로 전지셀의 단선 여부를 검출하는 다른 예를 나타낸 플로우차트이다.

먼저 도 6에 도시된 전극 탭 검사장치로 전극 리드의 복수 개소의 임피던스 값 데이터를 각각 취득한다(B1).

다음에, 상기 임피던스 값 데이터를 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 소정의 임피던스 값 데이터군과 K-NN 알고리즘으로 대비하여 1차적으로 각 측정 개소의 단선 여부를 검출한다(B2). 이 경우, 도 8과 같이, 여러 개소의 단선 여부 판정 결과를 조합하여 검출 정확도를 높일 수 있다.

다음으로, 해당 전극 리드에 있어서, 복수 개소의 임피던스 값 데이터의 변화율을 각 측정 개소에 따라 대비하여 2차적으로 각 전지셀의 단선 여부를 검출한다(B3). 즉, B3의 검출 결과로 B2의 검출 결과를 검증할 수 있다.

마지막으로, 상기 1차 및 2차 검출결과를 종합하여 최종적인 단선 전지셀을 검출할 수 있다. 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율에 기초한 단선 여부 판단은 상기한 K-NN 알고리즘에 의한 단선 여부 판단과는 접근방식이 다소 상이하므로, 1,2차 검출결과는 일치할 수도 일부 상이할 수도 있다. 일부가 상이하다면, 미검출된 전지셀을 추가로 발견할 수 있으므로, 검출 정확도를 높일 수 있게 된다.

도 13은 정상 전지셀과 탭 단선 전지셀의 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율을 나타낸 다른 개략도이다.

도 13의 각 그래프에 도시된 2개의 선은 양극 리드의 L과 R개소에 대하여 각각 주파수에 따른 실수부 저항값을 측정한 것이다.

도시된 바와 같이, 위의 8개의 정상 전지셀은 측정 개소에 따른 임피던스 값 변화율이 거의 차이가 없는 반면, 아래의 탭 단선 전지셀들은 측정 개소에 따라 임피던스 값 변화율이 큰 차이를 나타낸다. 이로부터, 멀티 포인트 프루빙 방식으로 측정 개소를 달리하여 임피던스 값을 측정하고 그 변화율로부터 탭 단선 전지셀을 검출하는 방식도 상당한 정확성을 나타내는 것을 알 수 있다.

따라서, 도 12와 같은 플로우에 의하여 전지셀의 탭 단선 여부를 검사함으로써, 검출 정확도를 보다 높일 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

10: 전지 셀
11: 전지 케이스
12: 전극 조립체
13: 전극 탭
14: 전극 리드
15: 단선부
100: 전지 셀의 전극 탭 단선 검사장치
110: 임피던스 측정부
120: 판정부
130: 저장부
P: 프루브
14,14': 전극 리드
200: 전지 셀의 전극 탭 단선 검사장치
210: 임피던스 측정부
220: 제어부(판정부)
230: 저장부
240: 멀티 프로브부
250: 스위칭 릴레이박스
SW: 스위치 또는 릴레이
P1,P2,P3: 측정 개소에 따른 프루브

Claims

검사대상 전지셀의 전극 리드에 연결되어 주파수에 따른 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정부; 및
상기 임피던스 측정부에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 정상 전지셀들 또는 전극 탭이 단선된 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀의 단선 여부를 판정하는 판정부를 포함하고,
상기 판정부는, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는(nearest neighboring) 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 단선 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 선택된 소정 개수의 임피던스 값 데이터는 3 이상의 홀수인 전극 탭 단선 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 선택된 특정 주파수 범위는, 상기 정상 및 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터가 서로 오버랩되지 않거나, 오버랩되는 영역이 가장 작은 주파수 범위인 전극 탭 단선 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 선택된 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 검사대상 전지셀을 정상 전지셀로 판정하고,
상기 선택된 데이터 중 탭 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 검사대상 전지셀을 탭 단선 전지셀로 판정하는 전극 탭 단선 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군은, K-최근접 이웃 알고리즘(K- nearest neighbor algorism)에 의하여 반복 학습된 데이터군인 전극 탭 단선 검사장치.
검사대상 전지셀에 구비된 전극 리드의 복수의 측정 개소에 대응되는 복수개의 프로브를 구비하고, 각각의 프로브는 각 측정 개소와 교대로 전기적으로 연결되는 멀티 프로브부;
상기 멀티 프로브부의 각 프로브에 연결되어 상기 전극 리드의 각 측정 개소에 대하여 주파수에 따른 임피던스 값들을 측정하는 임피던스 측정부; 및
상기 임피던스 측정부에 의하여 취득한 상기 검사대상 전지셀의 주파수에 따른 임피던스 값 데이터와, 전극 탭이 단선되지 않은 양품 전지셀들 또는 단선된 불량 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군을 대비하여 검사대상 전지셀의 단선 여부를 판정하는 판정부를 포함하고,
상기 판정부는, 상기 전극 리드의 각각의 측정 개소에 대하여, 선택된 특정 주파수 범위에서의 상기 검사대상 전지셀의 임피던스 값 데이터와 최근접 이웃하는 정상 전지셀 또는 탭 단선 전지셀 또는 정상 및 탭 단선 전지셀들의 소정 개수의 임피던스 값 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터 중 더 많은 개수를 차지하는 전지셀의 종류에 따라 상기 전극 리드의 각 측정 개소와 연결된 전극 탭의 단선 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 단선 검사장치.
제6항에 있어서,
상기 선택된 소정 개수의 임피던스 값 데이터는 3 이상의 홀수인 전극 탭 단선 검사장치.
제6항에 있어서,
상기 선택된 특정 주파수 범위는, 상기 정상 및 탭 단선 전지셀들의 임피던스 값 데이터가 서로 오버랩되지 않거나, 오버랩되는 영역이 가장 작은 주파수 범위인 전극 탭 단선 검사장치.
제6항에 있어서,
상기 선택된 데이터 중 정상 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선되지 않은 것으로 판정하고,
상기 선택된 데이터 중 단선 전지셀들의 데이터가 더 많은 개수를 차지하면 상기 전극 리드의 해당 측정 개소와 연결된 전극 탭은 단선된 것으로 판정하는 전극 탭 단선 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 정상 전지셀들 및 탭 단선 전지셀들의 주파수에 따른 소정의 임피던스 값 데이터군은, K-최근접 이웃 알고리즘(K- nearest neighbor algorism)에 의하여 반복 학습된 데이터군인 전극 탭 단선 검사장치.
제6항에 있어서,
상기 멀티 프로브부의 프로브를 교대로 각 측정 개소와 전기적으로 연결하는 스위칭 릴레이 박스; 및
상기 스위칭 릴레이 박스를 제어하는 제어부를 더 포함하는 전극 탭 단선 검사장치.
제11항에 있어서,
상기 전지셀의 극성이 다른 양극 리드 및 음극 리드 중 적어도 하나에 상기 멀티 프로브부가 연결되고,
상기 양극 리드 및 음극 리드 중 하나의 리드의 하나의 측정 개소에 프로브를 연결한 상태에서 상기 양극 리드 및 음극 리드 중 다른 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 대하여 교대로 상기 임피던스 값들을 측정하는 전극 탭 단선 검사장치.
제11항에 있어서,
상기 양극 리드 및 음극 리드의 각 측정 개소는 상기 각 리드의 끝단 또는 상기 전지셀의 케이스로부터 등간격으로 위치되는 전극 탭 단선 검사장치.
제6항에 있어서,
상기 전극 리드 중 양극 리드 및 음극 리드 중 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 관한 전극 탭의 단선 여부 판정 결과와,
상기 전극 리드 중 양극 리드 및 음극 리드 중 다른 하나의 리드의 복수개의 측정 개소에 관한 전극 탭의 단선 여부 판정 결과를 조합하여 전체 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 판정하는 전극 탭 단선 검사장치.
제14항에 있어서,
상기 판정부는, 상기 전극 리드의 각 측정 개소에 따른 임피던스 값의 변화율에 기초하여 상기 검사대상 전지셀의 전극 탭 단선 여부를 추가로 판정하고, 상기 추가 판정결과와 상기 조합된 단선 여부 판정 결과를 대비하여 검사대상 전지셀의 전극 탭의 최종 단선 여부를 판정하는 전극 탭 단선 검사장치.