KR20230165172A - 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법 - Google Patents

배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법에 관한 것이다. 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법은 배터리 셀이 검사 위치로 이송되어 정렬되는 단계; 배터리 셀의 엑스레이 이미지의 획득을 위한 검사 모듈의 배터리 셀에 대한 검사 방향의 설정되는 단계; 및 검사 모듈에 의하여 내부에 적층된 극판에 대한 이미지가 획득되는 단계를 포함한다.

Description

배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법{A Method for Investigating an Arrangement of a Battery Cell}
본 발명은 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 판 형상의 배터리 셀의 정렬 상태를 엑스레이 이미지에 의하여 검사를 하는 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법에 관한 것이다.
비파괴 검사에 해당하는 엑스레이 검사 방법은 물품에 대한 손상이 없이 외관을 비롯한 내부의 검사가 가능하다는 장점을 가진다. 엑스레이에 의한 검사 방법은 검사 대상의 내부 결함의 조사가 가능하다는 장점을 가지지만 검사 장비가 복잡하면서 검사가 차폐 구조에서 이루어져야 한다는 단점을 가진다. 그러므로 검사가 효율적으로 이루어질 수 있는 구조에서 이루어질 필요가 있다. 엑스레이 검사와 관련된 다양한 기술이 이 분야에 공지되어 있고 예를 들어 특허등록번호 10-0978054는 검사대상이 다양한 각도로 회전될 수 있는 배터리 엑스레이 검사 장치에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 10-2019-0013014는 내부 결함 및 접합 부위의 검사가 가능한 엑스레이 검사 장치에 대하여 개시한다. 엑스레이 검사 방법은 예를 들어 파우치 또는 사각 판 형상의 자동차용 배터리 셀의 검사에 적용될 수 있다. 배터리 셀을 형성하는 다수 개의 양극판 또는 음극판이 적층되면서 전극 탭이 외부로 돌출될 수 있고, 각각의 판이 정해진 방향으로 정렬되어야 한다. 또한 양극판과 음극판에 전기적으로 연결되는 전극 탭이 정해진 방향으로 정렬되어야 하고 이와 같은 정렬 상태의 검사에 엑스레이 검사가 적용될 수 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 구조를 가지는 물품의 검사 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 10-0978054((주)자비스, 2010.08.25. 공고) 배터리 엑스레이 검사 장치 선행기술 2: 특허공개번호 10-2019-0013014((주)자비스, 2019.02.11. 공개) 내부 결함 및 접합 부위의 검사가 가능한 엑스레이 검사 장치
본 발명의 목적은 다수 개의 극판이 적층된 배터리 셀의 내부 정렬 상태를 엑스레이 이미지에 의하여 검사하는 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법은 배터리 셀이 검사 위치로 이송되어 정렬되는 단계; 배터리 셀의 엑스레이 이미지의 획득을 위한 검사 모듈의 배터리 셀에 대한 검사 방향의 설정되는 단계; 및 검사 모듈에 의하여 내부에 적층된 극판에 대한 이미지가 획득되는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적층된 극판은 교대로 적층되는 다수 개의 양극판과 음극판이 되고, 각각의 양극판 및 음극판의 상대적인 정렬 방향에 대한 이미지가 획득된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 설정된 배터리 셀에 대한 검사 방향이 변환되어 엑스레이 이미지가 획득되는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 검사 방향의 변환은 검사 모듈의 이동 또는 검사 대상의 이동 또는 회전을 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법은 예를 들어 비전 검사 또는 이와 유사한 검사 방법에 의하여 검사가 불가능한 배터리 셀의 내부 정렬 상태의 검사가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 검사 방법은 서로 적층된 음극판과 양극판의 적층 상태 및 각각의 전극 탭의 배열 상태의 검사가 가능하도록 한다. 또한 하나의 검사 영역에 대하여 서로 다른 검사 위치에서 획득된 엑스레이 이미지에 의하여 검사 오류가 발생되는 것이 방지되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 방법에 의하여 배터리 셀이 검사되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 검사 방법에서 발생될 수 있는 오류의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 배터리의 구조에 따라 발생될 수 있는 오류의 방지가 가능한 본 발명에 따른 검사 방법의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 검사 방법을 위한 엑스레이 검사 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법은 배터리 셀이 검사 위치로 이송되어 정렬되는 단계(S11); 배터리 셀의 엑스레이 이미지의 획득을 위한 검사 모듈의 배터리 셀에 대한 검사 방향의 설정되는 단계(S12); 및 검사 모듈에 의하여 내부에 적층된 극판에 대한 이미지가 획득되는 단계(S13)를 포함한다.
배터리 셀은 예를 들어 자동차용 배터리 셀이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 배터리 셀은 다수 개의 극판(14, 15)이 적층된 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 사각 판 형상의 양극판(14) 및 음극판(15)이 절연체(13)에 의하여 서로 분리된 구조를 가질 수 있다. 다수 개의 양극판(14) 및 음극판(15)이 절연체(13)에 의하여 분리되어 적층될 수 있고, 적층된 양극판(14) 및 음극판(15)이 필름 형태의 보호 필름(11, 12)에 의하여 배터리 파우치 또는 배터리 셀로 만들어질 수 있다. 이와 같은 구조를 가지는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀이 연속적으로 또는 불연속적으로 검사 대상이 배치된 검사 위치로 이송될 수 있다(S11). 배터리 셀이 검사 위치로 이송되어 정해진 방향으로 정렬이 될 수 있고, 배터리 셀은 이송 셔틀, 이송 트레이 또는 이와 유사한 수단에 의하여 검사 위치로 이송될 수 있다. 배터리 셀, 이송 셔틀, 이송 트레이 또는 이와 유사한 이송 수단이 검사 위치로 이송되어 예를 들어 전극 탭을 기준으로 정렬되면(S11), 엑스레이 이미지의 획득을 위한 검사 모듈의 방향이 설정될 수 있다(S12). 검사 모듈은 적어도 하나의 엑스레이 튜브 및 디텍터를 포함할 수 있고, 검사 모듈의 방향은 예를 들어 엑스레이 튜브의 초점이 될 수 있다. 엑스레이 튜브의 초점은 예를 들어 전극 탭을 기준으로 설정되거나 또는 사각 판 형상의 배터리 셀의 길이 방향의 이등분선에 위치할 수 있다. 예를 들어 엑스레이 튜브와 어느 하나의 전극 탭 또는 두 개의 전극 탭의 중간 부분이 초점으로 설정될 수 있다. 이와 같은 방법으로 검사 모듈의 방향이 설정되면(S12), 배터리 셀의 이미지가 획득될 수 있다(S13). 배터리 셀의 이미지는 다수 개의 배터리 셀의 전극 탭의 상대적인 위치 또는 다수 개의 전극 판의 배열 상태에 대한 이미지가 획득될 수 있다(S13). 전극 판의 배열 상태는 서로 다른 전극 탭의 적층 상태, 적층된 전극 탭의 각각의 정렬 형태 또는 적층된 각각의 전극 판의 정렬 상태와 같은 이미지가 될 수 있다. 이와 같은 배터리 셀의 내부의 정렬 상태에 대한 이미지에 기초하여 배터리 셀의 정상 여부가 확인될 수 있다. 다양한 배터리 셀의 내부 정렬 상태가 본 발명에 따른 검사 방법에 의하여 확인될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 방법에 의하여 배터리 셀이 검사되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 사각 판 형상을 가지는 양극판(14)과 음극판(15)이 서로 포개질 수 있고, 전극 탭(14a, 15a)이 길이 방향으로 서로 마주보도록 위치될 수 있다. 다수 개의 양극판(14)과 음극판(15)이 적층되어 배터리 셀이 형성될 수 있고, 배터리 셀의 중심 위치(XC)에 엑스레이 튜브가 위치할 수 있다. 배터리 셀의 정렬 기준선(RL)은 서로 다른 전극 탭(14a, 14b)을 연결하는 직선이 될 수 있고, 기준선(RL)은 가상 전극 탭에 의하여 형성되는 가상선이 될 수 있다. 엑스레이 튜브에 의하여 중심 위치(XC)로부터 엑스레이(X1, X2)가 방출되어 사각 판 형상의 양극판(14) 및 음극판(15)의 양쪽 모서리를 경계로 하는 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다. 도 2의 오른쪽을 참조하면, 전극 탭(14a, 15a)이 서로 인접하여 위치하도록 양극판(14) 및 음극판(15)이 배치될 수 있고, 정렬 기준선(RL)은 두 개의 인접하는 전극 탭(14a, 15a)의 중간 부분을 통과하는 직선이 될 수 있다. 그리고 중심 위치(XC)로부터 방출된 엑스레이(X1, X2)에 의하여 배터리 셀의 이미지가 획득될 수 있다. 획득된 배터리 셀의 엑스레이 이미지는 내부의 양극판(14) 및 음극판(15)의 상대적인 정렬 상태 또는 전극 탭(14a, 15a)의 정렬 상태를 나타낼 수 있다. 그리고 획득된 엑스레이 이미지로부터 양극판(14), 음극판(15) 및 전극 탭(14a, 15a)의 정렬 상태가 확인될 수 있고, 이에 의하여 배터리 셀이 결함을 가지는지 여부가 판단될 수 있다. 다수 개의 양극판(14) 및 음극판(15)이 적층될 수 있고, 엑스레이 이미지는 투과 이미지가 되므로 정렬 상태에 따라 검사 오류가 발생될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 검사 방법에서 발생될 수 있는 오류의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 절연 판에 의하여 분리된 다수 개의 양극판(14_1 내지 14_N)과 다수 개의 음극판(15_1 내지 15_N)이 적층되어 배터리 셀을 형성할 수 있다. 중심 위치(XC)에 배치된 엑스레이 튜브로부터 엑스레이(X11, X11)가 방출되어 배터리 셀을 투과할 수 있고, 디텍터에 의하여 배터리 셀에 대한 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다. 엑스레이 이미지는 극판(14_1 내지 15_N)의 배열 상태를 포함할 수 있고, 극판(14_1 내지 15_N)의 배열 상태는 서로 다른 크기를 가지는 양극판(14_1 내지 14_N)과 음극판(15_1 내지 15_N)의 모서리의 배열 상태에 의하여 확인될 수 있다. 배터리 셀을 형성하는 모든 극판(14_1 내지 15_N)이 정해진 방향으로 정렬되면 모서리가 정해진 형태로 배열될 수 있다. 이에 비하여 예를 들어 제1 양극판(14_1)과 제1 음극판(15_1)의 정렬 방향의 어긋나는 경우 획득된 엑스레이 이미지의 모서리는 해당 극판(15_1)에서 불규칙적인 형상을 나타낼 수 있다. 이에 의하여 배터리 셀의 결함이 탐지될 수 있고, 또한 전극 탭의 배열 이미지에 의하여 배터리 셀의 결함이 확인될 수 있다. 이와 같이 하나의 방향에서 획득된 배터리 셀의 엑스레이 이미지에 의하여 배터리 셀의 결함이 탐지될 수 있다. 그러나 정렬 방향이 어긋난 제1 양극판(15_1)의 정렬 방향에 따라 잘못된 정렬이 탐지되지 않을 수 있다. 예를 들어 도 3의 좌측에 도시된 것처럼, 중심 위치(XC)와 배터리 셀의 양쪽 모서리의 끝 부분의 통과하는 엑스레이(X11, X21)이 각각 45도의 각을 형성하고, 제1 양극판(15_1)의 양쪽 끝 부분을 엑스레이(X11, X21)가 통과하는 형태로 회전된 상태가 되는 경우 획득된 엑스레이 이미지에서 회전된 상태가 탐지되지 않을 수 있다, 이로 인하여 특정한 각으로 회전된 상태로 적층된 배터리 셀의 오류가 탐지되지 않을 수 있다. 그러므로 이와 같은 검사 오류가 방지될 수 있는 수단이 만들어질 필요가 있다. 예를 들어 도 3의 오른쪽에 도시된 것처럼, 중심 위치(XC)에서 엑스레이 이미지가 획득된 이후 이동 중심 위치(XC_1)에서 획득된 제2 엑스레이 이미지에 의하여 이와 같은 검사 오류가 탐지될 수 있다. 구체적으로 이동 중심 위치(XC_1)에서 엑스레이(X12, X22)가 조사될 수 있고, 이동 엑스레이(X12, X22)는 제1 양극판(15_1)의 양쪽 모서리를 통과하지 않고, 이에 의하여 제1 양극판(15_1)의 정렬 오류가 탐지될 수 있다. 예를 들어 정렬 기준선(RL)과 이동 엑스레이(X12, X22)는 각각 60도 및 30도가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 제2 엑스레이 이미지는 다양한 방법으로 획득될 수 있고, 예를 들어 엑스레이 튜브가 이동되거나, 배터리 셀이 미리 결정된 각도만큼 회전되거나 또는 배터리 셀이 미리 결정된 거리만큼 이동된 상태에서 제2 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다. 다양한 방법의 기준 위치에 대하여 변환된 이동 위치로부터 제2 엑스레이 이미지가 획득될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 배터리의 구조에 따라 발생될 수 있는 오류의 방지가 가능한 본 발명에 따른 검사 방법의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법은 설정된 배터리 셀에 대한 검사 방향이 변환되어 엑스레이 이미지가 획득되는 단계를 포함한다. 위에서 설명된 것처럼, 배터리 셀이 정해진 방향으로 정렬되면 이에 기초하여 제1 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다(S41). 제1 엑스레이 이미지에 의하여 배터리 셀의 결함 여부가 탐지될 수 있고, 만약 배터리 셀의 극판 또는 전극 탭의 정렬 불량이 탐지되면 불량으로 표시할 수 있다. 제1 엑스레이 이미지가 획득되면, 검사 대상이 되는 배터리 셀이 회전 또는 이동되거나, 엑스레이 튜브가 이동될 수 있다(S42). 그리고 변환된 위치에서 정상 상태로 판단된 제품에 대한 제2 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다(S43). 그리고 위에서 설명된 것처럼 제2 엑스레이 이미지로부터 극판이 특정한 각도로 회전되어 정렬되고, 이로 인하여 극판의 정렬이 잘못되었지만 정상적으로 판단된 검사 대상의 불량이 탐지될 수 있다. 검사 위치의 변환은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 검사 방법을 위한 엑스레이 검사 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 적어도 하나의 배터리 셀이 이송 셔틀과 같은 이송 수단에 적재되어 이송 가이드(53a)를 따라 검사 위치로 이동될 수 있다. 검사 위치에 적어도 하나의 검사 모듈이 배치될 수 있고, 예를 들어 이송 가이드(53a)의 서로 마주보는 위치에 엑스레이 튜브(51a) 및 디텍터(51b)가 배치될 수 있다. 배터리 셀은 양극판(14)과 음극판(15)이 적층된 구조를 가질 수 있고, 전극 탭(14a, 15a)은 동일한 면에 위치하거나, 서로 마주보도록 위치할 수 있다. 검사 위치에서 제1 엑스레이 이미지가 획득되면 배터리 셀이 미리 결정된 거리(D)만큼 이동될 수 있다. 또는 이송 셔틀이 미리 결정된 각도만큼 이동되거나, 엑스레이 튜브(51a) 및 디텍터(51b)이 조절 가이드(54a)를 따라 이동될 수 있다. 그리고 이와 같이 이동된 위치에서 제2 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다. 검사 대상 또는 검사 모듈의 이동 또는 회전되는 것에 대한 대안으로 두 개의 엑스레이 튜브(51a) 및 두 개의 디텍터(51b)에 의하여 제1, 2 엑스레이 이미지가 획득될 수 있다. 이와 같이 다양한 방법으로 획득된 제1,2 엑스레이 이미지에 의하여 양극판(14) 및 음극판(15)의 적층 상태가 정확하게 검사될 수 있다. 다양한 구조를 가지는 배터리의 정렬 상태의 검사를 위하여 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11, 12: 보호 필름 13: 절연체
14, 15: 극판 51a: 엑스레이 튜브
51b: 디텍터 53a: 이송 가이드

Claims (1)

  1. 절연체(13)에 의하여 분리된 다수 개의 사각 판 형상의 양극판(14) 및 음극판(15)이 교대로 적층되어 형성된 배터리 셀이 검사 위치로 이송되어 정렬되는 단계;
    배터리 셀의 엑스레이 이미지의 획득을 위한 검사 모듈의 배터리 셀에 대한 검사 방향이 설정되는 단계; 및
    검사 모듈에 의하여 내부에 적층된 극판에 대한 이미지가 획득되는 단계를 포함하고,
    검사 방향이 설정되는 단계는 서로 마주보도록 위치된 양극판(14)의 전극 탭(14a) 및 음극판(15)의 전극 탭(15a)을 연결하는 직선 또는 서로 인접하여 위치된 양극판(14)의 전극 탭(14a) 및 음극판(15)의 전극 탭(15a)의 중간 부분을 통과하는 직선인 정렬 기준선(RL)의 중심 위치(XC)로부터 양극판(14) 및 음극판(15)의 양쪽 모서리를 경계로 하는 엑스레이 이미지가 획득되도록 설정되고,
    내부에 적층된 극판에 대한 이미지는 음극판(14), 양극판(15) 및 전극 탭(14a, 15a)의 정렬 상태에 대한 이미지를 포함하고,
    특정한 각으로 회전된 상태로 적층된 배터리 셀의 오류를 탐지하기 위하여 배터리 셀에 대한 검사 방향이 변환되어 엑스레이 이미지가 획득되는 단계를 더 포함하고, 검사 방향의 변환은 검사 모듈의 이동 또는 검사 대상의 이동 또는 회전 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 정렬 상태의 검사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100978054B1 (ko) 2009-11-13 2010-08-25 (주)자비스 배터리 엑스레이검사장치
KR20190013014A (ko) 2017-07-31 2019-02-11 (주)자비스 내부 결함 및 접합 부위의 검사가 가능한 엑스레이 검사 장치

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