KR20230115923A - 전지 모듈 검사방법 - Google Patents

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KR20230115923A
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고영균
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이철
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전지 모듈 검사방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전지 모듈 검사방법은 다수개의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 검사하되, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 위치를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제1 비젼 검사과정; 및 상기 제1 비젼 검사과정을 거친 후, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 꺾임 상태를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제2 비젼 검사과정을 포함한다.

Description

전지 모듈 검사방법{battery module inspection method}
본 발명은 전지 모듈 검사방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전기, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다. 따라서, 상기 전지 팩에 포함되는 전지셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이렇게 설정된 전지 모듈은 상호 적층되는 복수 개의 전지셀들 및 상기 복수 개의 전지셀들의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바(Busbar) 프레임(Frame)을 포함하여 구성된다.
종래에는 ICB 버스바 프레임 어셈블리(Busbar Frame Assy)의 조립 전,후 검사를 작업자가 육안 검사 작업으로 진행하였다. 이에 따라, 작업자에 의존한 검사로 인해 휴먼 검사 에러 발생으로 인해 오검이 발생되었다. 또한, ICB 버스바 프레임 어셈블리(Busbar Frame Assy)의 수동 검사 진행으로 인건비가 증가되었다.
본 발명의 하나의 관점은 전지 모듈 제조과정에서 다수개의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 검사 시, 오검 발생을 방지할 수 있는 전지 모듈 검사방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법은 다수개의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 검사하되, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 위치를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제1 비젼 검사과정; 및 상기 제1 비젼 검사과정을 거친 후, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 꺾임 상태를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제2 비젼 검사과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지 모듈 제조과정에서 다수개의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 검사 시, 비젼 카메라를 통해 자동으로 비젼검사하여 오검 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 검사되는 전지모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 검사되는 전지모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제1 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제1 비젼 검사과정을 나타낸 요부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법의 제1 비젼 검사과정에서 비젼 카메라로 전극 리드를 촬영한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제2 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제2 비젼 검사과정 의 개념을 예시적으로 나타낸 요부 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법의 제2 비젼 검사과정에서 비젼 카메라로 전극 리드를 촬영한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제3 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제3 비젼 검사과정 의 개념을 예시적으로 나타낸 요부 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 검사되는 전지모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 검사되는 전지모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제1 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제1 비젼 검사과정을 나타낸 요부 사시도이며, 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제2 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이다.
도 1 내지 도 6를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법은 다수개의 전지셀(10)에 각각 구비된 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 비젼 카메라(Vision Carmera)(110,120)를 통해 검사하는 제1 비젼 검사과정 및 다수개의 전지셀(10)에 각각 구비된 전극 리드(20)의 수량 및 꺾임 상태를 비젼 카메라(110,120)를 통해 검사하는 제2 비젼 검사과정을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법은 비젼 카메라(110,120)를 통해 전극 리드(20)의 하부를 촬영하여 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 검사하는 제3 비젼 검사과정을 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 검사되는 전지 모듈(1)은 다수개의 전지셀(10)이 적층된 셀 적층체(S), 다수개의 전지셀(10)의 전극 리드(20)를 전기적으로 연결하는 버스바 프레임(60,70), 및 셀 적층체(S) 및 버스바 프레임(60,70)을 내부에 수용하는 모듈 케이스(30)를 포함할 수 있다. 또한, 전지모듈은 모듈 케이스(30)의 양측의 개구를 덮는 엔드 플레이트(40,50)를 더 포함할 수 있다.
셀 적층체(S)는 전해액을 포함하는 다수개의 전지셀(10)이 적층된 적층체를 형성할 수 있다.
전지셀(10)은 전극 조립체 및 전해액과, 전극 조립체 및 전해액을 내부에 수용하는 파우치를 포함할 수 있다.
전극 조립체는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극 및 분리막이 교대로 적층될 수 있다. 이때, 전극은 양극 및 음극을 포함하여, 양극, 분리막, 및 음극이 교대로 적층될 수 있다. 여기서, 분리막은 양극과 음극을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.
전지셀(10)은 일측부가 전극 조립체의 전극과 연결되고, 타측부가 파우치의 외부로 연장된 전극 리드(20)를 더 포함할 수 있다.
전극 리드(20)는 양극과 연결된 양극 리드(21) 및 음극과 연결된 음극 리드(22)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법의 제1 비젼 검사과정에서 비젼 카메라로 전극 리드를 촬영한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 2, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 제1 비젼 검사과정은 다수개의 전지셀(10)이 적층된 셀 적층체(S)를 검사하되, 다수개의 전지셀(10)에 각각 구비된 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 비젼 카메라(110,120)를 통해 검사할 수 있다.
제1 비젼 검사과정은 셀 적층체(S)를 버스바 프레임(60,70)에 조립하기 전에 수행할 수 있다.
제1 비젼 검사과정은 비젼 카메라(110,120)를 통해 절연 블록(Block)(150,160)에 삽입된 전극 리드(20)의 상부를 촬영하여 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 검사할 수 있다.
또한, 제1 비젼 검사과정은 다수개의 전극 리드(20)의 개수와 동일한 다수개의 가상의 사각형상(L1) 안에 전극 리드(20)의 단부(20a)를 검출하여 수량 및 위치를 확인할 수 있다. 여기서, 다수개의 가상의 사각형상(L1) 안에 전극 리드(20)가 하나라도 검출되지 않으면 불량으로 판별하고, 가상의 사각형상(L1) 안에 전극 리드(20)가 두개 이상 검출되면 중복 삽입으로 불량으로 판별할 수 있다. 이때, 구체적으로 예를 들어 양극 리드(21)의 상부를 비젼 카메라로 촬영하여 양극 리드(21)의 단부(21a)가 다수개의 가상의 사각형상(L1) 안에 각각 1개씩 위치되면 정상으로 판별할 수 있다. 음극 리드(22)의 불량 판별도 양극 리드(21)의 불량 판별과 동일하게 진행할 수 있다. 제1 비젼 검사과정은 비젼 카메라(110,120)를 통해 전극 리드(20)를 검사 시, 조명기(130,140)를 통해 전극 리드(20)를 조명할 수 있다. 여기서, 조명기(130,140)는 바(bar) 조명기(130,140)로 구비될 수 있다.
제1 비젼 검사과정, 제2 비젼 검사과정, 및 제3 비젼 검사과정은 전극 리드(20)가 연장된 방향에 대하여 상측 대각선 방향에서 조명기(130,140)를 통해 전극 리드(20)를 조명할 수 있다.
이에 따라, 제1 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)와 버스바 프레임(60,70)을 조립하기 전에 셀 적층체(S)의 적층된 전지셀(10) 개수 및 위치 불량을 용이하게 검출할 수 있다. 따라서, 제1 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)와 버스바 프레임(60,70)을 조립하기 전에, 셀 적층체(S)와 버스바 프레임(60,70)의 조립 가능여부를 용이하게 검사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제2 비젼 검사과정의 개념을 예시적으로 나타낸 요부 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법의 제2 비젼 검사과정에서 비젼 카메라로 전극 리드를 촬영한 상태를 나타낸 측면도이다. 도 7에서는 버스바 프레임을 개략적으로 간략히 나타내었다.
도 2, 도 6 도 8을 참고하면, 제2 비젼 검사과정은 다수개의 전지셀(10)에 각각 구비된 전극 리드(20)의 수량 및 꺾임 상태를 비젼 카메라(110,120)를 통해 검사할 수 있다.
또한, 제2 비젼 검사과정은 비젼 카메라(110,120)를 통해 전극 리드(20)의 정면을 촬영하여 전극 리드(20)의 수량 및 꺾임 상태를 검사할 수 있다. 여기서, 제2 비젼 검사과정은 셀 적층체(S)를 버스바 프레임(60,70)에 조립한 이후, 수행할 수 있다. 이에 따라, 제2 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)를 버스바 프레임(60,70)에 조립될 때 전극 리드(20)의 오삽입 및 꺾임 불량의 발생을 용이하게 검출할 수 있다. 아울러, 제2 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)와 버스바 프레임(60,70)의 조립 불량을 용이하게 검출할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8을 참고하면, 제2 비젼 검사과정에서 전극 리드(20)의 수량 검사 방법은 다수개의 전극 리드(20)의 개수와 동일한 다수개의 가상의 사각형상(L2) 안에 전극 리드(20)의 단부(20a)를 검출하여 수량을 확인할 수 있다. 여기서, 다수개의 가상의 사각형상(L2) 안에 전극 리드(20)가 하나라도 검출되지 않으면 불량으로 판별하고, 가상의 사각형상(L2) 안에 전극 리드(20)가 두개 이상 검출되면 중복 삽입으로 수량 불량으로 판별할 수 있다.
그리고, 제2 비젼 검사과정에서 전극 리드(20)의 꺾임 상태 검사 방법은 전극 리드(20)의 단부(20a)를 검출하여 길이를 트래킹(tracking)하여, 검출된 전극 리드(20) 단부 길이(E)가 정규격 전극리드의 단부 길이에 대하여 3.3% 이상 짧은 것으로 검출되면, 꺾임 불량으로 판별할 수 있다. 이때, 예를 들어 전극 리드(20)의 길이가 30mm 스펙이라고 할 때, 2mm 이상 꺽임 발생시 불량으로 판별할 수 있다.
아울러, 도 6 및 도 7을 참고하면, 제2 비젼 검사과정은 전극 리드(20)가 연장된 방향에 대하여 마주보는 방향에서 조명기(130,140)를 통해 전극 리드(20)를 조명할 수 있다. 이때, 제2 비젼 검사과정은 전극 리드(20)가 연장된 축방향과 조명기(130,140)의 조명축은 동축방향일 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제3 비젼 검사과정을 나타낸 정면도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법에서 제3 비젼 검사과정의 개념을 예시적으로 나타낸 요부 사시도이다. 도 10에서는 버스바 프레임을 개략적으로 간략히 나타내었다.
도 2, 도 9 및 도 10을 참고하면, 제3 비젼 검사과정은 셀 적층체(S)를 버스바 프레임(60,70)에 조립 후, 다수개의 전지셀(10)에 각각 구비된 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 비젼 카메라(110,120)를 통해 검사할 수 있다.
제3 비젼 검사과정은 비젼 카메라(110,120)를 통해 전극 리드(20)의 하부를 촬영하여 전극 리드(20)의 수량 및 위치를 검사할 수 있다.
제3 비젼 검사과정은 전극 리드(20)가 연장된 방향에 대하여 하측 대각선 방향에서 조명기(130,140)를 통해 전극 리드(20)를 조명할 수 있다.
따라서, 제3 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)가 버스바 프레임(60,70)에 조립 후, 전극 리드(20)가 버스바 프레임(60,70)에 오삽입되었는지, 삽입 길이의 불량은 없는지 용이하게 검사할 수 있다. 이에 따라, 제3 비젼 검사과정을 통해 셀 적층체(S)와 버스바 프레임(60,70)의 조립 상태 불량을 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 제3 비젼 검사과정은 제1 비젼 검사과정의 불량 판별 방식과 같이 다수개의 전극 리드(20)의 개수와 동일한 다수개의 가상의 사각형상 안에 전극 리드(20)의 단부를 검출하여 수량 및 위치를 확인할 수 있다. 여기서, 다수개의 가상의 사각형상 안에 전극 리드(20)가 하나라도 검출되지 않으면 불량으로 판별하고, 가상의 사각형상 안에 전극 리드(20)가 두개 이상 검출되면 중복 삽입으로 불량으로 판별할 수 있다.
한편, 제1 비젼 검사과정, 제2 비젼 검사과정, 및 제3 비젼 검사과정에서 사용되는 비젼 카메라(110,120) 및 조명기(130,140)는 이동수단에 의해 일정 위치로 이동될 수 있다.
비젼 카메라(110,120) 및 조명기(130,140)는 이동수단을 통해 제1 비젼 검사과정에서 전지셀(10)의 전극 리드(20)를 기준으로 상측 방향으로 이동하고, 제2 비젼 검사과정에서 전지셀(10)의 전극 리드(20)를 기준으로 전극 리드(20)와 동축 방향으로 이동하며, 제3 비젼 검사과정에서 전지셀(10)의 전극 리드(20)를 기준으로 하측 방향으로 이동할 수 있다.
여기서, 이동수단은 비젼 카메라(110,120) 및 조명기(130,140)가 장착되는 프레임 및 프레임을 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다. 이때, 회전부는 회전부의 회전축을 회전시키는 서보 모터를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 검사방법은 전지 모듈(1) 제조과정에서 다수개의 전지셀(10)이 적층된 셀 적층체(S)를 검사 시, 비젼 카메라(110,120)를 통해 자동으로 비젼검사하여 오검 발생을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 전지 모듈
10: 전지셀
20: 전극 리드
20a: 단부21: 양극 리드
21a: 단부22: 음극 리드
30: 모듈 케이스
40,50: 엔드 플레이트
60,70: 버스바 프레임
110,120: 비젼 카메라
130,140: 조명기
150,160: 절연 블록
S: 셀 적층체
E: 단부 길이

Claims (10)

  1. 다수개의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 검사하되, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 위치를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제1 비젼 검사과정; 및
    상기 제1 비젼 검사과정을 거친 후, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 꺾임 상태를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제2 비젼 검사과정을 포함하는 전지 모듈 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비젼 검사과정은 상기 셀 적층체를 버스바 프레임에 조립하기 전에 수행하고,
    상기 제2 비젼 검사과정은 상기 셀 적층체를 버스바 프레임에 조립한 이후, 수행하는 전지 모듈 검사방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비젼 검사과정은
    상기 비젼 카메라를 통해 절연 블록에 삽입된 상기 전극 리드의 상부를 촬영하여 상기 전극 리드의 수량 및 위치를 검사하는 전지 모듈 검사방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 비젼 검사과정은
    상기 비젼 카메라를 통해 상기 전극 리드의 정면을 촬영하여 상기 전극 리드의 수량 및 꺾임 상태를 검사하는 전지 모듈 검사방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 적층체를 버스바 프레임에 조립 후, 다수개의 상기 전지셀에 각각 구비된 전극 리드의 수량 및 위치를 비젼 카메라를 통해 검사하는 제3 비젼 검사과정을 더 포함하는 전지 모듈 검사방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 비젼 검사과정은
    상기 비젼 카메라를 통해 상기 전극 리드의 하부를 촬영하여 상기 전극 리드의 수량 및 위치를 검사하는 전지 모듈 검사방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 비젼 검사과정, 상기 제2 비젼 검사과정, 및 상기 제3 비젼 검사과정은 상기 비젼 카메라를 통해 상기 전극 리드를 검사 시, 조명기를 통해 상기 전극 리드를 조명하는 전지 모듈 검사방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 비젼 검사과정은
    상기 전극 리드가 연장된 방향에 대하여 상측 대각선 방향에서 상기 조명기를 통해 상기 전극 리드를 조명하는 전지 모듈 검사방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 비젼 검사과정은
    상기 전극 리드가 연장된 방향에 대하여 마주보는 방향에서 상기 조명기를 통해 상기 전극 리드를 조명하는 전지 모듈 검사방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 비젼 검사과정은
    상기 전극 리드가 연장된 방향에 대하여 하측 대각선 방향에서 상기 조명기를 통해 상기 전극 리드를 조명하는 전지 모듈 검사방법.
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