KR20240027233A - 이차전지용 전해액 주액장치 - Google Patents

이차전지용 전해액 주액장치 Download PDF

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이진수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

개시되는 발명은 전해액 주액장치에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상부가 개방된 파우치형 케이스를 이동시키는 컨베이어;와, 상기 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 개방된 상부를 통해 전해액을 주액하는 전해액 주액기;와, 상기 전해액 주액기에 대향하여 상기 파우치형 케이스의 하방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 주액 전의 중량인 제1 중량과 주액 후의 중량인 제2 중량을 하나의 무게측정기로 각각 측정하는 중량측정부; 및 상기 컨베이어 및 전해액 주액기와 연결되어 컨베이어에 의한 파우치형 케이스의 이동 및 전해액의 주액을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

이차전지용 전해액 주액장치{ELECTROLYTE INJECTION APPARATUS FOR SECONDARY BATTERY CELL}
본 발명은 이차전지의 셀 케이스에 전해액을 정량으로 주액하는 전해액 주액장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극 조립체에 리튬염을 포함하는 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다.
따라서, 상기와 같은 전극 조립체들을 포함하는 이차전지가 고용량 및 고에너지 밀도를 갖고 긴 수명을 유지하기 위해서는 전지 내부에 개재된 전극 조립체가 전해액에 완전히 함침되어 전극들 간의 전극반응이 활발히 일어날 수 있어야 하며, 전극 조립체가 전해액에 불완전하게 함침되는 경우에는 전극간의 반응이 원활하지 못하여 저항이 높아지고 출력 특성 및 전지의 용량이 급격히 떨어지며, 이로 인하여 전지 성능 저하, 수명 단축 현상 등이 나타나는 것은 물론, 높은 저항의 발현으로 전지의 열화 또는 폭발 현상이 일어날 수 있는 위험에 노출된다.
전해액은 리튬 이차전지 제조의 후반 단계에서 셀 케이스(예를 들어, 파우치 셀의 경우에는 파우치 케이스) 내로 주액되는데, 주액량은 허용 가능한 상한치와 하한치의 한계가 설정되어 있고, 주액량은 그 범위 안에서 관리된다. 전해액을 셀 케이스에 정량으로 주액하기 위해 전해액 주액장치가 사용된다.
도 1은 종래의 전해액 주액장치(1)의 구성을 도시한 것이다. 도 1은 파우치 셀(2)에 전해액을 주액하는 경우를 도시하고 있는데, 먼저 파우치 셀(2)은 전해액이 주입되지 않은 드라이 셀 상태에서 제1 저울(3)로 중량을 측정하고(1차 중량측정), 다음으로 컨베이어(5)에 의해 전해액 주액기(6)로 이송된다. 드라이 상태의 파우치 셀(2) 상부는 개방되어 있으며, 이 개방부를 통해 전해액이 주입된다.
전해액 주액이 완료되면, 파우치 셀(2)은 컨베이어(5)를 따라 제2 저울(4)로 이송되어 전해액 주액 후의 중량을 측정한다(2차 중량측정). 이와 같은 전해액 주액 전후의 무게를 각각 측정함으로써 전해액의 실제 주액량을 점검할 수 있고, 그 결과 주액량이 규정범위를 벗어난 불량 파우치 셀이 선별된다.
이러한 종래의 전해액 주액장치는 전해액을 주액하고 그 주액량을 파악하기 위해서, 1차 중량측정과 전해액 주액, 그리고 2차 중량측정을 위해 3차례 컨베이어가 3회 정지되어야 한다, 또한, 전해액 주액 전후의 무게를 각각 측정하기 위해 저울을 2군데 설치해야 한다.
이에 따라, 도 1의 전해액 주액장치는 전해액 주액장치의 설치공간이 넓어지게 되고, 또한 주액공정 중에 3차례나 정지됨에 따라 전해액 주입의 택 타임이 늘어나는 단점이 있다.
일본공개특허 제1997-063563호 (1997.03.07 공개)
본 발명은 파우치 셀에 정량으로 전해액을 주입하는 전해액 주액장치에 있어서, 전해액 주액장치의 설치공간을 절감하고 전해액 주입의 택 타임을 효과적으로 단축할 수 있는 전해액 주액장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 전해액 주액장치에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상부가 개방된 파우치형 케이스를 이동시키는 컨베이어;와, 상기 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 개방된 상부를 통해 전해액을 주액하는 전해액 주액기;와, 상기 전해액 주액기에 대향하여 상기 파우치형 케이스의 하방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 주액 전의 중량인 제1 중량과 주액 후의 중량인 제2 중량을 하나의 무게측정기로 각각 측정하는 중량측정부; 및 상기 컨베이어 및 전해액 주액기와 연결되어 컨베이어에 의한 파우치형 케이스의 이동 및 전해액의 주액을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 파우치형 케이스에 충진된 전해액의 액면을 감시하는 액면 감지부를 더 포함하고, 상기 중량측정부는 상기 액면 감지부와 연결되어 상기 전해액의 액면에 기준 미만의 유동이 남아있는 안정화 상태에 있는 것으로 판단되었을 때 상기 제2 중량을 측정한다.
상기 액면 감지부는, 상기 파우치형 케이스에 충진된 전해액의 액면에 대해 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에 의해 나타난 상기 전해액 액면을 촬영하는 비젼 카메라를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광원은 상기 전해액의 액면에 남아있는 물결에 음영이 발생하도록 경사지게 광을 조사할 수 있다.
그리고, 상기 중량측정부는, 상기 비젼 카메라가 촬영한 상기 전해액의 액면의 영상을 입력받고, 상기 비젼 카메라의 영상에 나타난 음영으로 구분된 물결을 분석하는 영상처리부를 구비할 수 있다.
상기 영상처리부는, 상기 음영으로 구분된 물결의 에지를 검출하고, 검출된 물결의 에지로부터 파악되는 물결의 면적이 전체 전해액 액면에서 차지하는 면적을 산출하는 영상처리 알고리즘을 탑재할 수 있다.
이에 따라, 상기 중량측정부는, 상기 영상처리 알고리즘이 산출한 전체 액면의 면적 대비 물결의 면적이 차지하는 비율이 사전에 설정된 기준값 미만인 경우에 안정화 상태인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 파우치형 케이스는 트레이에 수납되어 상기 컨베이어 상에 안착되고, 상기 컨베이어는 상기 트레이의 저면으로 접근할 수 있는 절개부를 구비하며, 상기 무게측정기는 상기 절개부를 통해 상기 트레이의 저면에 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 무게측정기는, 상기 트레이에 대해 승강 운동을 하여, 상기 트레이를 지지한 상태로 상기 컨베이어로부터 부상시키거나, 또는 컨베이어 상에 안착시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 중량측정부는, 상기 무게측정기가 상기 트레이를 상기 컨베이어로부터 부상시킨 상태에서 상기 제1 중량과 제2 중량을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 중량측정부는, 상기 제1 중량을 측정한 후 이를 영점으로 조정한 후 상기 제2 중량을 측정할 수 있다.
또한, 상기 중량측정부는, 상기 제1 중량이 제1 중량범위을 벗어나거나, 또는 상기 제2 중량이 제2 중량범위를 벗어나면 이를 상기 제어부에 통지할 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 전해액 주액장치는, 컨베이어의 1회 정지시에 파우치형 케이스의 주액 전후의 중량 모두를 하나의 무게측정기로 측정함에 따라 전해액 주액장치의 설치공간을 절감하는 것은 물론 전해액 주입의 택 타임을 효과적으로 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 전해액 주액장치는, 트레이에 수납된 파우치형 케이스를 컨베이어에서 이탈시키지 않고 그 자리에서 바로 주액 전후의 중량을 측정할 수 있으므로, 파우치형 케이스의 중량을 측정하기 위한 이동설비와 이동시간이 불필요해지고, 무게측정기의 설치공간이 절감되는 이점을 가진다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 전해액 주액장치에서 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 방식을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 전해액 주액장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 전해액 주액장치에서 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 방식을 도시한 도면.
도 4는 액면 감지부를 포함하는 전해액 주액장치의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전해액 주액장치의 구성을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 전해액 주액장치에서 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 방식을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 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 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전해액 주액장치에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상부가 개방된 파우치형 케이스를 이동시키는 컨베이어;와, 상기 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 개방된 상부를 통해 전해액을 주액하는 전해액 주액기;와, 상기 전해액 주액기에 대향하는 컨베이어 하부에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 주액 전의 중량인 제1 중량과 주액 후의 중량인 제2 중량을 하나의 무게측정기로 각각 측정하는 중량측정부; 및 상기 컨베이어 및 전해액 주액기와 연결되어 컨베이어에 의한 파우치형 케이스의 이동 및 전해액의 주액을 제어하는 제어부를 포함한다.
이러한 본 발명의 전해액 주액장치는, 컨베이어의 1회 정지시에 파우치형 케이스의 주액 전후의 중량 모두를 하나의 무게측정기로 측정함에 따라 전해액 주액장치의 설치공간을 절감하는 것은 물론 전해액 주입의 택 타임을 효과적으로 단축할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해액 주액장치의 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 2는 본 발명의 전해액 주액장치(10)의 구성을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 전해액 주액장치(10)는 컨베이어(200), 전해액 주액기(300), 중량측정부(400), 그리고 제어부(600)를 포함한다.
컨베이어(200)는 전해액 주액공정을 연속적으로 진행하기 위해, 상부가 개방된 파우치형 케이스(100)를 이동시키는 이송수단이다. 전해액 주액 전의 파우치형 케이스(100) 안에는 전극 조립체가 수납되어 있으며, 전해액을 주입하기 위해 파우치형 케이스(100)의 상부는 적어도 일부가 개방되어 있다.
컨베이어(200)의 상방에는 파우치형 케이스(100)의 개방된 상부를 통해 전해액을 주액하는 전해액 주액기(300)가 배치되어 있다. 전해액 주액기(300)는 컨베이어(200)를 따라 이송되는 파우치형 케이스(100)에 대해 순차적으로 전해액을 주입하며, 전해액 주액 중에는 컨베이어(200)가 일시적으로 정지된다. 전해액 주액기(300)는 전해액을 수용하는 전해액 공급탱크(310)와 연결되어 있으며, 인젝션 펌프(320)에 의해 전해액 공급탱크(310)의 전해액이 전해액 주액기(300)로 압송된다. 전해액 주액은 인젝션 펌프(320)의 구동에 의해 이루어지며, 이러한 전해액 주액의 유량, 주액시간 등의 주액의 시작과 종료에 관한 제어는 후술하는 제어부(600)에 의해 이루어진다.
그리고, 파우치형 케이스(100)의 상방에 전해액 주액기(300)가 배치되는 것에 대응하여, 파우치형 케이스(100)의 하방에는 중량측정부(400)가 배치된다. 중량측정부(400)는 파우치형 케이스(100)의 주액 전의 중량인 제1 중량과 주액 후의 중량인 제2 중량을 측정하는 무게측정기(410)를 구비한다. 특히 본 발명은 제1 중량과 제2 중량 각각을 하나의 무게측정기(410)로서 측정한다.
이러한 점에서, 도 1의 종래의 전해액 주액장치(1)가 전해액 주액 전후의 중량을 각각 측정하기 위한 2개의 저울을 구비하는 것에 비해, 본 발명은 하나의 무게측정기(410)로 전해액 주액 전후의 중량을 모두 측정함으로써 중량측정부(400)의 구성을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 전해액 주액장치(10)의 설치공간을 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명의 전해액 주액장치(10)는 자동제어를 위한 제어부(600)를 구비하며, 제어부(600)는 컨베이어(200) 및 전해액 주액기(300)와 연결되어 컨베이어(200)에 의한 파우치형 케이스(100)의 이동과 전해액의 주액을 제어한다. 또한, 제어부(600)는, 실시형태에 따라, 중량측정부(400)와도 연결되어 전해액 주액 전후의 파우치형 케이스(100)의 중량에 대한 정보를 취득할 수도 있다.
도 3은 도 2의 전해액 주액장치(10)에서 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 방식을 도시한 도면이다. 복수의 파우치형 케이스(100)는 컨베이어(200)에 놓여 전해액 주액기(300)로 이동한다. 각 파우치형 케이스(100)의 상부는 전해액을 주입하기 위해 적어도 일부가 개방되어 있다.
전해액 주액기(300)에 도달한 드라이 셀 상태의 파우치형 케이스(100)는 중량측정부(400)로 이동한다. 제1 실시형태에서, 중량측정부(400)는 전해액 주액기(300)의 하방에 위치하고 있으며, 중량측정부(400)와 전해액 주액기(300) 사이에 파우치형 케이스(100)가 위치한다. 공간효율과 주액시간 단축 등을 고려하여, 중량측정부(400)와 전해액 주액기(300)는 컨베이어(200)에 근접 재치되는 것이 바람직하다.
중량측정부(400)에 파우치형 케이스(100)가 안착되면, 중량측정부(400)에 구비된 무게측정기(410)가 전해액 주액 전의 중량, 즉 드라이 셀 상태에서의 파우치형 케이스(100)의 제1 중량을 측정한다. 제1 중량의 측정이 완료되면 중량측정부(400)는 해당 파우치형 케이스(100)의 제1 중량을 저장하며, 제어부(600)는 전해액 주액기(300)에 대해 전해액 주액의 시작과 종결에 대한 명령을 내린다. 제어부(600)의 제어하에서, 전해액 주액기(300)는 정량의 전해액을 해당 파우치형 케이스(100) 안으로 주입한다.
전해액 주액이 완료되면, 중량측정부(400)에 구비된 무게측정기(410)는 전해액 주액 후의 중량인 제2 중량을 측정한다. 제2 중량의 측정이 완료되면 중량측정부(400)는 해당 파우치형 케이스(100)의 제2 중량을 저장하며, 기저장된 제1 중량과의 차이가 전해액의 실제 주액량에 해당한다. 전해액의 실제 주액량이 사전에 설정된 범위 안이면 주액공정은 정상이고, 그 범위를 벗어나면 불량으로 취급된다.
중량측정부(400)는 제1 중량과 제2 중량에 관한 정보를 제어부(600)에 제공할 수 있으며, 제어부(600)는 이를 바탕으로 하여 해당 파우치형 케이스(100)에 대한 주액이 정상인지 불량인지를 판단하고 후속 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 해당 파우치형 케이스(100)에 대한 주액이 정상인지 불량인지를 작업자에게 알려 후속 처리하도록 알림을 출력하거나, 또는 자동화된 공정에 따라 정상품은 후속공정으로 이송하고 불량품은 공정라인에서 이탈시킬 수 있을 것이다.
한편, 제1 실시형태는 전해액 주액 후의 제2 중량 측정을 안정적으로 진행할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있으며, 이에 대한 구성은 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 액면 감지부(500)를 포함하는 전해액 주액장치(10)의 일 실시형태를 도시한 도면으로서, 중량측정부(400)는 파우치형 케이스(100)에 충진된 전해액의 액면을 감시하는 액면 감지부(500)를 더 포함한다. 드라이 셀 상태, 즉 전해액이 주액되지 않은 파우치형 케이스(100)의 제1 중량은 안정적인 측정이 용이하지만, 이에 비해 유체인 전해액이 가압 주액된 후에는 전해액의 출렁거림에 의한 교란으로 인해 제2 중량의 측정에는 오차가 발생하기 쉽다.
따라서, 전해액 주액 직후로부터 액면이 안정될 때까지 어느 정도의 시간이 지난 후에 제2 중량을 측정하는 것이 바람직하겠지만, 오랜 시간 대기하는 것은 전해액 주입의 택 타임에 악영향을 미치기 때문에, 제2 중량 측정시에 트레이드오프 관계에 있는 측정 정확도와 대기시간에 대한 객관적인 지표를 세우는 것이 가장 바람직할 수 있다.
도 4는 제2 중량 측정의 적절한 타이밍을 파악할 수 있도록 파우치형 케이스(100)에 충진된 전해액의 액면을 감시하는 액면 감지부(500)를 더 포함하고 있으며, 이에 따라 액면 감지부(500)와 연결된 중량측정부(400)는 전해액의 액면에 기준 미만의 유동이 남아있을 때 안정화 상태에 있는 것으로 판단하여 제2 중량을 측정한다.
도시된 실시형태에서, 액면 감지부(500)는, 파우치형 케이스(100)에 충진된 전해액의 액면에 대해 광을 조사하는 광원(510)과, 광원(510)의 빛에 의해 선명하게 나타난 전해액 액면을 촬영하는 비젼 카메라(520)를 포함하고 있다.
여기서, 광원(510)은 전해액의 액면에 남아있는 물결에 생기는 음영이 선명하게 부각되도록 경사지게 광을 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 그리고, 중량측정부(400)는 비젼 카메라(520)가 촬영한 전해액의 액면의 영상을 입력받고, 비젼 카메라(520)의 영상에 나타난 음영으로 구분된 물결을 분석하는 영상처리부(430)를 구비한다.
그리고, 영상처리부(430)는, 음영으로 구분된 물결의 영상에서 에지를 검출하고, 검출된 물결의 에지로부터 파악되는 물결의 면적이 전체 전해액 액면에서 차지하는 면적을 산출하는 영상처리 알고리즘(432)을 탑재하고 있다.
영상에서의 에지란 영상의 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로, 또는 이와 반대로 변하는 지점에 존재하는 부분을 가리킨다. 결국 에지는 영상 안에 있는 객체의 경계(boundary)를 가리키는 것으로서, 모양이나 방향성을 탐지할 수 있는 등 여러 정보가 담겨있다. 에지 검출이란 에지(윤곽선)에 해당하는 화소를 찾는 과정으로서, 공지된 에지 검출 알고리즘의 예로는 1차 미분, 소벨 윤곽선 검출, 프리윗 윤곽선 검출, 캐니 에지 추출 등이 있다.
경사진 조명은 전해액 액면의 영상에서 물결의 음영을 강조하여 밝기의 차이를 크게 만듬으로써 물결의 경계를 뚜렷하게 파악할 수 있도록 하고, 중량측정부(400)에 구비된 영상처리 알고리즘(432)은 물결의 에지를 추출하고 에지가 이루는 경계선이 점유하는 물결의 면적을 산출하게 된다.
이러한 과정을 거쳐 산출된 물결의 면적을 전해액 액면의 전체면적과 대비하였을 때, 물결의 면적 비율이 사전에 설정된 기준값 미만이면 물결이 충분히 잦아든 안정화 상태에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 중량측정부(400)는 영상처리 알고리즘(432)이 산출한 전체 액면의 면적 대비 물결의 면적이 차지하는 비율이 사전에 설정된 기준값 미만인 경우에 제2 중량을 측정하고 저장한다.
이와 같이, 본 발명의 전해액 주액장치(10)는 액면 감지부(500)를 통해 전해액 액면의 안정화를 객관적으로 확인한 후에 제2 중량을 측정함으로써, 제2 중량 측정시에 트레이드오프 관계에 있는 측정 정확도와 대기시간을 합리적으로 양립시킬 수 있게 된다.
[제2 실시형태]
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전해액 주액장치(10)의 구성을 도시한 도면이다. 도시된 제2 실시형태는 중량측정부(400)에서 파우치형 케이스(100)의 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 동선과 공간을 최소화함으로써 전해핵 주액의 택 타임을 효과적으로 단축하는 실시형태에 관한 것이다.
도 6은 제2 실시형태에 따른 전해액 주액장치(10)에서 전해액 주액 전후의 중량을 측정하는 방식을 도시한 도면으로서, 도 5 및 도 6을 참조하여 제2 실시형태에 대해 설명한다.
파우치형 케이스(100)는 트레이(110)에 수납되어 컨베이어(200) 상에 안착되어 이송된다. 여기서, 컨베이어(200)는 트레이(110)의 저면으로 접근할 수 있는 절개부(210)를 구비하고 있다. 절개부(210)는 트레이(110)의 저면 일부를 노출시키는 면적을 가지고 있으며, 각각의 트레이(110)는 컨베이어(200)에 일정하게 형성된 복수의 절개부(210)에 맞춰진 정렬된 상태로 이송된다.
전해액 주액기(300)와 중량측정부(400)는 컨베이어(200)를 사이에 두고 트레이(110)의 서로 바라보도록 전해액 주액기(300)는 컨베이어(200)의 상방에, 그리고 중량측정부(400)는 컨베이어(200)의 하방에 배치되어 있다. 컨베이어(200)의 이송에 의해 트레이(110)가 전해액 주액기(300) 아래에 도착하면 컨베이어(200)의 이송은 일시 정지된다.
그리고, 중량측정부(400)는 무게측정기(410)를 트레이(110)에 대해 승강시키는 승강장치(420)를 구비하고 있다. 승강장치(420)는, 예를 들어, 전동식이나 유압식의 실린더를 구비하는 리니어 구동기일 수 있다. 승강장치(420)는 평상시에는 무게측정기(410)가 컨베이어(200) 하방에 위치하도록 설정되어 있으며, 중량측정부(400)의 제어에 의해 승강장치(420)가 작동할 수 있다.
전해액 주액을 위해 트레이(110)가 전해액 주액기(300) 하방에 도착하고 컨베이어(200)가 일시 정지되면, 승강장치(420)가 작동하여 무게측정기(410)는 트레이(110) 쪽으로 상승한다. 컨베이어(200)의 절개부(210)를 통과한 무게측정기(410)는 트레이(110)에 접촉하고, 이 상태에서 승강장치(420)는 조금 더 상승함으로써 컨베이어(200)에서 이탈한 트레이(110)가 무게측정기(410)에만 지지되도록 한다.
컨베이어(200)에서 부상한 트레이(110)가 무게측정기(410)에 의해 지지되는 상태에서 제1 중량이 측정된다. 제1 중량이 측정되고 저장되면, 전해액 주액기(300)가 작동하여 정량의 전해액을 파우치 케이스(100) 안으로 주액한다. 전해액 주액이 완료되면, 무게측정기(410)는 제2 중량을 측정하며, 제2 중량 측정시에 제1 실시형태에서 설명한 액면 감지부(500)를 적용할 수 있다.
전해액 주액 및 제2 중량 측정이 완료되면 승강장치(420)는 무게측정기(410)를 하강시켜 원위치로 되돌아오고, 이 과정에서 파우치형 케이스(100)를 담은 트레이(110)는 다시 컨베이어(200) 위에 안착된다. 어느 하나의 파우치형 케이스(100)에 대한 전해액 주액과 무게측정이 끝나면 정지되었던 컨베이어(200)는 다시 작동하고, 다음번의 파우치형 케이스(100)에 대해 동일한 작업이 반복 수행된다.
한편, 제1 중량과 제2 중량을 각각 측정하는 것은 결국 파우치형 케이스(100)에 주입된 전해액의 주액량을 측정하기 위한 것이므로, 실시형태에 따라서는, 중량측정부(400)가 제1 중량을 측정한 후 이를 영점으로 조정한 후 제2 중량을 측정할 수 있다. 제1 중량을 측정한 후 이를 영점으로 조정하면, 그 다음에 측정된 제2 중량은 그 자체의 측정값이 전해액의 주액량에 해당하는 것이다. 따라서, 이러한 실시형태는, 전해액의 주액량을 직관적으로 확인할 수 있도록 함은 물론 중량측정부(400)가 저장해야할 무게 정보의 값을 절반으로 줄여줄 수 있다.
반면, 전해액 주액 전후의 제1 중량 및 제2 중량을 측정하고 저장하는 실시형태에서는, 중량측정부(400)가 제1 중량이 제1 중량범위을 벗어나거나, 또는 제2 중량이 제2 중량범위를 벗어나면 이를 제어부(600)에 통지하도록 구성할 수도 있다. 제1 중량범위는 드라이 셀 상태의 파우치형 케이스(100)의 규정중량을 지정하는 범위로서, 제1 중량범위를 벗어난 드라이 셀은 불량으로 취급할 수 있으므로, 전해액 주액 전에 미연에 불량품을 선별함으로써 전해액 주액에 소모되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 제2 중량범위는 전해액이 주액된 파우치형 케이스(100)의 규정중량을 지정하는 범위로서, 전해액이 주액된 파우치형 케이스(100)의 불량 여부를 판단하는 하나의 기준을 제공한다. 제2 중량범위를 벗어났다면, 제1 중량범위를 설정하지 않은 경우라면 드라이 셀 상태에서의 불량이거나 또는 전해액 주액량의 과부족이 원인일 것이며, 제1 중량범위를 설정한 경우라면 전해액 주액에 문제가 있었던 것으로 판단할 수 있을 것이다.
제어부(600)는 중량측정부(400)가 통지한 제1 및 제2 중량범위에 대한 판정결과를 바탕으로 하여 필요한 조치를 명령할 수 있다. 예컨대 불량품을 자동으로 선별하여 컨베이어(200)에서 분리하도록 할 수 있을 것이며, 이는 전술한 제1 실시형태의 기재 내용을 참조할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 전해액 주액장치 100: 파우치형 케이스
110: 트레이 200: 컨베이어
210: 절개부 300: 전해액 주액기
310: 전해액 공급탱크 320: 인젝션 펌프
400: 중량측정부 410: 무게측정기
420: 승강장치 430: 영상처리부
432: 영상처리 알고리즘 500: 액면 감지부
510: 광원 520: 비젼 카메라
600: 제어부

Claims (12)

  1. 상부가 개방된 파우치형 케이스를 이동시키는 컨베이어;
    상기 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 개방된 상부를 통해 전해액을 주액하는 전해액 주액기;
    상기 전해액 주액기에 대향하여 상기 파우치형 케이스의 하방에 배치되어 상기 파우치형 케이스의 주액 전의 중량인 제1 중량과 주액 후의 중량인 제2 중량을 하나의 무게측정기로 각각 측정하는 중량측정부; 및
    상기 컨베이어 및 전해액 주액기와 연결되어 컨베이어에 의한 파우치형 케이스의 이동 및 전해액의 주액을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 전해액 주액장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 케이스에 충진된 전해액의 액면을 감시하는 액면 감지부를 더 포함하고,
    상기 중량측정부는, 상기 액면 감지부와 연결되어 상기 전해액의 액면에 기준 미만의 유동이 남아있는 안정화 상태에 있는 것으로 판단되었을 때 상기 제2 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액면 감지부는,
    상기 파우치형 케이스에 충진된 전해액의 액면에 대해 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에 의해 나타난 상기 전해액 액면을 촬영하는 비젼 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은 상기 전해액의 액면에 남아있는 물결에 음영이 발생하도록 경사지게 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중량측정부는,
    상기 비젼 카메라가 촬영한 상기 전해액의 액면의 영상을 입력받고, 상기 비젼 카메라의 영상에 나타난 음영으로 구분된 물결을 분석하는 영상처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 음영으로 구분된 물결의 에지를 검출하고, 검출된 물결의 에지로부터 파악되는 물결의 면적이 전체 전해액 액면에서 차지하는 면적을 산출하는 영상처리 알고리즘을 탑재하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중량측정부는,
    상기 영상처리 알고리즘이 산출한 전체 액면의 면적 대비 물결의 면적이 차지하는 비율이 사전에 설정된 기준값 미만인 경우에 안정화 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 케이스는 트레이에 수납되어 상기 컨베이어 상에 안착되고,
    상기 컨베이어는 상기 트레이의 저면으로 접근할 수 있는 절개부를 구비하며,
    상기 무게측정기는 상기 절개부를 통해 상기 트레이의 저면에 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무게측정기는,
    상기 트레이에 대해 승강 운동을 하여, 상기 트레이를 지지한 상태로 상기 컨베이어로부터 부상시키거나, 또는 컨베이어 상에 안착시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중량측정부는,
    상기 무게측정기가 상기 트레이를 상기 컨베이어로부터 부상시킨 상태에서 상기 제1 중량과 제2 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중량측정부는,
    상기 제1 중량을 측정한 후 이를 영점으로 조정한 후 상기 제2 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중량측정부는,
    상기 제1 중량이 제1 중량범위을 벗어나거나, 또는 상기 제2 중량이 제2 중량범위를 벗어나면 이를 상기 제어부에 통지하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액장치.
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