TW201211523A - Air tightness test method and air tightness test device for sealed batteries - Google Patents

Description

201211523 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在層積膜等之電池外殻收裝電池本體之 軟封裝式的密閉電池之氣密檢查。 【先前技術】 曰本特許廳於2008年發行之特許第4089389號公報 提出了密閉電池的電池外殻之氣密檢查方法。 氣密檢查方法，係進行對收容密閉電池的密封容器供 給氣體而加壓之第1步驟，及排出密封容器內的氣體使密 閉容器內回到常壓的第2步驟，測定經過這些步驟的電池 之尺寸’與規格尺寸比較而判定電池外殼是否氣密。 於電池外殼有針孔或者龜裂時，在第1步驟會有氣體 侵入電池外殼內。在第2步驟密閉容器的壓力降低的話， 電池外殻內的氣體會由針孔或龜裂處排出，但其速度比密 封容器的壓力降低速度更慢，所以電池外殼會暫時膨脹。 亦即，測定此時的尺寸，藉由與規格尺寸比較，可以 判定在電池外殻是否有針孔或龜裂。 【發明內容】 在以層積膜等可能會變形的材料來構成電池外殼的場 合’會在製造過程於外殼的表面產生肉眼無法見到的鈹紋 狀之起伏，對於電池外殻的尺寸造成影響。此外，電池本 體的厚度之個體差也會對電池外殻的尺寸造成影響。因此

S -5- 201211523 ’關於這樣的軟封裝形式的密閉電池，根據從前技術的氣 密檢査方法，不一定能夠維持很高的檢查精度。 本發明之目的亦即提供適於軟封裝形式的密閉電池之 氣密檢查的高精度之檢查方法與檢查裝置。 爲了達成以上的目的，根據本發明之密閉電池的氣密 檢查方法’測定被收容於密封容器的密閉電池的表面起伏 形狀，減壓密封容器，測定減壓的密封容器內的密閉電池 的表面起伏形狀。接著，根據減壓前後攝影的密閉電池的 表面起伏形狀之變化判定密閉電池的氣密性。 本發明之詳細內容及其他特徵或優點，除了在說明書 之以下的記載之中加以說明，同時還顯示於附圖。 【實施方式】 參照圖式之圖1A與圖1B，軟封裝式之密閉電池1， 具備將鋁等金屬箔層積於樹脂之層積膜所構成的電池外殼 2，及由含浸電解液的層積體所構成的電池要素3，及一 對電極端子4 β 一對電極端子4由電池外殻2取出至外側。電池外殼 2成約略矩形之平面形狀，由在中央部具備凹部的層積膜 構成的一對構件所構成。這些構件之對向的凹部的內側被 收裝著電池要素3。藉由使這些構件的周緣部5在負壓環 境下相互黏接，而形成電池外殼2。 於這樣的軟封裝式之密閉電池1，電池外殼2容易變 形，容易在表面產生皴紋起伏。這些皴紋包含肉眼無法見 -6 - 201211523 到的皺紋。此外電池要素3的厚度之個體差會對電池外殼 2的厚度造成影響。根據本發明之氣密檢查裝置與氣密檢 查方法，排除肉眼無法見到的皴紋或電池要素3之厚度的 個體差異導致之影響，實現高精度的氣密檢查。 參照圖2’氣密檢查裝置1〇’具備：密封容器11、 將密封容器Π內減壓成真空狀態的減壓裝置15、使密封 容器11內由真空狀態回到大氣壓之大氣導入裝置20，將 密閉電池1搬入密封容器11內，或往密封容器11之外搬 出之搬送裝置25。 氣密檢查裝置1〇，進而具備：供照明密封容器11內 的密閉電池1的表面之用的照明裝置31、由固定方向拍 攝密封容器Π內的密閉電池1的表面之電荷結合元件（ CCD )攝影機30。 減壓裝置15、大氣導入裝置20、搬送裝置25、照明 裝置31、CCD攝影機30之各個的動作，係藉由控制器 35來控制的。控制器35，另外記憶藉由CCD攝影機30 拍攝的影像，解析記億的影像，判定密閉電池1之氣密性 是否良好。 控制器35係由具備中央演算裝置（CPU)，讀出專 用記億體（ROM)、隨機存取記憶體（RAM)及輸出入界 面（I/O界面）之微電腦所構成.。以複數之微電腦來構成 控制器亦爲可能。 氣密檢查裝置1〇，進而具備顯不CCD攝影機30攝 影的電池外殼2的影像，或是控制器35處理電池外殼2

S 201211523 的影像之結果的顯示裝置36。 密封容器11被保持於固定位置。密封容器11，被形 成爲上面以透明板12構成，開放下面之箱狀。於開放的 下面，藉由搬送裝置25之搭載密閉電池1的搬送台26密 接’而在密封容器1 1之內側創出被密封的空間。 爲了確保密封容器11的密封，於密封容器11的下面 被配置密封件13。密封件13藉由搬送台26由下方按壓 ，密封件1 3使密封容器丨丨的內側之空間與外氣隔斷。 照明裝置3 1，要對密封容器1 1內的密閉電池1提供 照明，所以設於密封容器1 1之上方。CCD攝影機30要 根據照明裝置3 1之照明而攝影密閉電池1的表面，而被 固定於密封容器11的上方。 照明裝置3 1，可以是以一燈來照射密閉電池1全體 的裝置，也可以是分別分割密閉電池1的四邊之附近而照 明的裝置。 於CCD攝影機30例如使用200萬畫素之CCD。CCD 攝影機3 0攝影背投影到攝影面的密閉電池1表面的凹凸 或鈹紋等之表面形狀，把攝影之影像送訊至控制器35。 換句話說，CCD攝影機30的攝影面之各畫素，係因應於 以照明裝置3 1所照射的密閉電池1表面之凹凸或皺紋等 之表面形狀的反射光所導致的亮度訊號來構成.的。於控制 器35之記憶體，記億著攝影面之各畫素的亮度。 又，攝影機限於藉由畫素之集積而顯示影像的攝影機 ，但不限於CCD攝影機。例如使用互補性金屬氧化膜半 201211523 導體（CMOS )攝影機亦爲可能。此外，攝影機的畫素數 ’只要具備可以檢測出肉眼無法見到的皺紋的程度之畫素 數即可，不以200萬畫素爲限。 搬送裝置25在前步驟把被載置於搬送台26的密閉電 池1’以圖之箭頭所示的方式，搬送至密封容器11的下 方。搬送裝置25於密封容器11的下方使搬送台26上升 ’於密封容器1 1之下面使搬送台26密接，使密閉電池i 在密封狀態下封入密封容器11內。搬送裝置25，進而使 搬送台26由密封容器11脫離，如圖之箭頭所示，將密閉 電池1往次一步驟搬送。 減壓裝置15，具備於密封容器11中介著配管而被連 接的真空泵16，及中介於配管途中的遮斷閥17，及檢測 密封容器11的內壓之壓力計18。減壓密封容器η內的 場合，因應於控制器35的指令訊號，打開遮斷閥丨7，運 轉真空泵16而減壓密封.容器1 1。控制器35，在壓力計 18之檢測壓力達到特定的負壓時，關閉遮斷閥1 7，使密 封容器11內維持負壓狀態。 於減壓裝置15設有負壓槽，使用負壓槽的負壓減壓 密封容器11內，同時使真空泵16逐次運轉，以負壓槽總 是維持特定的負壓的方式構成減壓裝置15亦爲可能。丰良 據這樣的構成的話，打開遮斷閥17的同時可以急速減壓 密封容器1 1，可以縮短密閉容器1 1之減壓過程之必要時 間。 大氣導入裝置20’具備：中介著過濾器21使密封容

S -9 - 201211523 器11開放於外氣之配管，及在配管的途中中介的遮斷閥 22。控制器35，可以開放遮斷閥22，對藉由減壓裝置15 減壓的密封容器11導入外氣，使密封容器11回復到大氣 壓。 參照圖3，說明在如以上所述地構成之氣密檢查裝置 1 〇 ’控制器3 5所執行的密閉電池1之氣密檢查程式。此 程式係於每1個密閉電池分別被執行。 在步驟S1，控制器35驅動搬送裝置25，把密閉電池 1收容於密封容器11內。具體而言，把載置密閉電池1 的搬送台26，移動至密封容器11的下方之特定位置，使 由特定位置上升，於密封容器11的下面由下方按壓搬送 台26。藉此，於被密封的密封容器11內收容密閉電池i 。在此階段，大氣導入裝置20的遮斷閥22打開，減壓裝 置15的遮斷閥17關閉。因此，密封容器11被維持在大 氣壓之1氣壓。 在步驟S2，控制器35，在照明裝置31由密閉電池1 之外側照射密閉電池1的表面的狀態下，藉由CCD攝影 機30攝影大氣壓環境之密閉電池1的表面。於CCD攝影 機30的CCD的攝影面，因應於藉由照明裝置3 1所照射 的密閉電池1表面之凹凸或皺紋等之表面形狀的反射光被 輸入》CCD之各畫素，將因應於反射光的明暗之亮度訊 號輸入至控制器35。控制器35，把輸入訊號作爲在大氣 壓狀態之攝影訊號記憶於RAM。 密閉電池1，藉由使電池外殼2的周緣部5在負壓環 -10- 201211523 境下相互黏接，被收裝於電池外殼2，在被收裝於電池外 殼2的狀態下在大氣壓環境下保存。 參照圖4，如果在電池外殻2存在著起因於密封不良 或者損傷等之針孔這樣的氣密不良的處所4〇的話，由於 電池外殼2內外之壓力差，電池外殼2的周圍的氣體由氣 密不良的處所40侵入電池外殻2內部，使電池外殼2的 內壓往大氣壓接近。軟封裝式之電池外殼2容易變形，容 易在表面產生肉眼看不見的皺紋起伏。電池要素3的厚度 之個體差也會對電池外殼2的尺寸造成影響。 因此，在此時間點即使以CCD攝影機3 0攝影密閉電 池1，也無法由CCD之各畫素的亮度訊號，來立刻判定 電池外殻2是否爲保持於製造時的負壓狀態下之良好的密 閉電池1，還是電池外殼2內的內壓會上升之不良品的密 閉電池1。 在步驟S3，控制器35，關閉大氣導入裝置20之遮斷 閥22，打開減壓裝置15的遮斷閥17，使真空泵16運轉 而減壓密封容器11。密封容器11內被減壓至特定的真空 狀態時，控制器3 5關閉減壓裝置1 5之遮斷閥1 7，使密 封容器11維持於特定的減壓狀態。

S 具有氣密不良處所40的不良品之密閉電池1，在密 封容器11內急速進行負壓化的話，呈現如下的變化。亦 即’藉由密封容器11之負壓化使得電池外殼2內的壓力 相對上升。電池外殻2內的此一壓力變化，如圖5B所示 ’會使電池外殼2產生些微膨脹，或是在電池外殼2的表 -11 - 201211523 面發生肉眼看不見的微小的皴紋，結果會對電池外殼2帶 來變形。 另一方面，沒有氣密不良處所40的良品之密閉電池 1，即使在大氣壓環境下，電池外殻2內的壓力也被保持 於製造時之負壓狀態。在此場合，密封容器11被減壓至 特定的減壓狀態，電池外殼2的內壓也約略等於密封容器 1 1的氛圍氣壓，所以電池外殻2如圖5A所示保持原型。 密封容器1 1之特定的減壓狀態，使負壓以絕對値來 表示，必須要是足以對不良品之密閉電池1造成變形的規 模之負壓，而且還要是製造時最終密封電池外殼2時之內 壓以下的負壓。 負壓的規模不足的話，電池外殼2產生的膨脹或變形 變小，不良品的檢測精度會降低。負壓的規模過大的話， 會有使良品的密閉電池1也膨脹或者變形的可能性。特定 的減壓狀態，係以預先之實驗或者模擬來決定最佳之値。 在步驟S 4，控制器3 5，在照明裝置3 1照射密閉電池 1之表面的狀態下，藉由CCD攝影機30攝影密閉電池1 。CCD攝影機30的CCD的攝影元件，輸出因應於藉由照 明裝置3 1所照射的密閉電池1的電池外殼2的表面之凹 凸或皸紋的反射光所產生的亮度訊號。於各個攝影元件輸 出的亮度訊號，被容納於控制器35的RAM。 根據CCD攝影機30的攝影結束之後’控制器35打 開大氣導入裝置20之遮斷閥22’對密封容器11內導入 大氣而使密封容器22內回復到大氣壓。 -12- 201211523 以上步驟S1〜S4之處理構成影像攝影步驟，步驟S5 〜S10之處理構成根據攝影影像之氣密判定步驟。又，於 流程圖雖未顯示，但倂行於氣密判定流程，搬送裝置25 使載置了密閉電池1的搬送台26由密封容器11往下方脫 離，搬送往次一步驟。 在步驟S5，控制器3 5把記億於RAM的減壓狀態下 攝影的影像與大氣壓下攝影的影像算出各個畫素之亮度訊 號之差。於各個畫素記億的亮度訊號之差被演算。 在步驟S6，控制器35把亮度訊號之差分超過了預先 設定的亮度差的畫素與其位置一起記憶於RAM。此外， 把在減壓狀態攝影的影像與大氣壓下攝影的影像，及顯示 這些之差分的影像顯示於顯示裝置36。預先設定的亮度 差例如爲30/256程度。 圖6、9、12顯示在步驟S2密封容器11在大氣壓狀 態下CCD攝影機30攝影之電池外殼2。圖7、10、13顯 示在步驟S4密封容器11在減壓狀態下CCD攝影機30攝 影之電池外殼2。圖8、1 1 ' 1 4分別相當於控制器3 5在 步驟S5計算的，圖6與7、圖8與10、圖12與圖13之 差分。具體而言在大氣壓狀態與減壓狀態，顯示有超過設 定亮度差的亮度變化之畫素。這些圖所示之矩形顯示電池 外殼2之存在區域。 又，圖6、7、9、1〇、12、13之任~，爲了顯示上容 易辨識，係以黑白反轉的狀態來顯示。亦即，顯示於顯示 裝置36的黑色部分51代表亮度高的畫素，白色部分52 -13- 201211523 代表亮度低的畫素。此外，關於圖8、11、14，顯示於顯 示裝置36的黑色部分61顯示產生了超過設定亮度差的亮 度差異的畫素，白色部分62顯示止於設定亮度差以下的 亮度的差異之畫素。 在步驟S7，控制器35計算在步驟S6所記憶的產生 超過設定亮度差的亮度差異畫素之數目。由計算的畫素數 與CCD攝影機30之解析度，計算畫素數對應的電池外殼 2的面積。 在步驟S8，控制器35判定在步驟S7計算的面積， 是否在預先設定的面積以下。在步驟S8的判定爲肯定的 場合，把檢查的密閉電池1爲正常的消息在步驟S 9顯示 於顯示裝置36。預先設定的面積，例如使CCD攝影機30 的畫素數爲100萬〜2G0萬畫素的話，設定爲相當於全畫 素的0.1〜0.3%程度的範圍之面積爲較佳。 在步驟S8的判定爲否定的場合，把檢查的密閉電池 1爲不良品的消息在步驟S 1 0顯示於顯示裝置3 6。 步驟S9或S10之處理後，控制器35結束程式》 圖6〜14顯示藉由以上之密閉電池1的氣密性檢查程 式之執行而被顯示於顯示裝置36的影像之例。圖6〜8因 爲肉眼無法看到的皺紋很少而且維持著氣密性，所以是顯 示被判定爲正常的密閉電池1之例。圖9〜1 1顯示存在著 肉眼無法看到的皺紋而且維持著氣密性，所以是顯示被判 定爲正常的密閉電池1之例。圖12〜14顯示未維持氣密 性顯示被判定爲不良品的密閉電池1之例。 -14- 201211523 關於圖6〜8之密閉電池1，根據差分演算亮度上有 所差異的畫素數爲10。關於圖9〜11之密閉電池1，根據 差分演算亮度上有所差異的畫素數爲33。在製造步驟即 使於密閉電池1的電池外殼2產生肉眼看不到的細小皺紋 的場合’也因爲在圖9與1 0均出現皺紋，所以在顯示差 分的圖11，排除了其影響。亦即，根據此氣密檢查裝置 1 〇 ’可以排除在密閉電池1的製造步驟產生的肉眼看不到 的細小皺紋對於氣密檢查所造成的影響。 另一方面，關於圖12〜14之密閉電池1，根據差分 演算亮度上有所差異的畫素數爲38771個。在此場合，減 壓狀態的影像之圖1 3，被檢測出很多的皴紋。此在大氣 壓狀態之影像之圖1 2是沒有被檢測出的。結果，顯示差 分的圖14反映了大量皺紋的發生，藉由差分演算發現亮 度有差異的畫素數大幅增加。 如此，CCD攝影機30連肉眼看不見的細小皺紋也可 以正確地檢測出》結果，電池外殼2的皺紋之有無，在不 存在針孔等氣密不良處所40的場合，對於氣密檢查不造 成影響，另一方面，因爲針孔等氣密不良處所40而藉由 步驟S3之減壓處理產生的鈹紋確實增加差分。 亦即，根據此氣密檢查裝置10，僅藉由CCD攝影機 3 〇檢測密閉電池1的表面起伏形狀的變化，可以高精度 地判定軟封裝之密閉電池1的氣密性。 在步驟S2進行的第1次之C CD攝影機30的密閉電 池1之攝影是在大氣壓下進行的，所以可在短時間內結束

S -15- 201211523 。此外，在步驟S4進行的第2次之CCD攝影機30的密 閉電池1之攝影，是在步驟S3使密封容器11急速減壓後 進行的。藉由急速減壓，促進電池外殼2的膨脹或變形， 另一方面可以抑制往電池外殻2之氣體的侵入量或者由電 池外殻2排出氣體之排出量爲很小，所以急速的減壓對於 檢察精度的提高帶來了很好的效果。此外，可以縮短往減 壓狀態之移動所需時間，結果可以縮短1個密閉電池1之 檢查所需要的檢査時間。進而，使由電池外殻2排出氣體 之排出量抑制爲很小，對於抑制由電池外殼2洩漏物質上 來看也是較佳的。 此外，藉由使用上面爲透明的密封容器11，可以將 CCD攝影機30設置於密封容器11之外。亦即，可以縮 小密封容器11的容積，縮短密封容器之1次減壓所需要 的時間。 [產業上利用可能性] 如以上所述，本發明提高軟封裝的密閉電池的氣密性 之判定精度。因此，帶來了提高例如汽車用充電電池的氣 密性的檢查精度或檢查效率之很好的效果。 本發明之實施例所包含的排他性質或者特長如以下之 申請專利範圍所主張的。 【圖式簡單說明】 圖1A與1B分別是軟封裝式的密閉電池之平面圖與 -16- 201211523 橫剖面圖。 圖2係根據本發明之氣密檢查裝置之槪略構成圖。 圖3係說明根據本發明之控制器所執行的氣密檢查程 式之流程圖。 圖4爲擴大密閉電池重要部位之橫剖面圖。 圖5A與5B爲減壓時之擴大密閉電池重要部位之橫 剖面圖。 . 圖6係電荷耦合元件（CCD )攝影機在丨氣壓之氛圍 狀態下攝影之密閉電池之攝影影像。 圖7係CCD攝影機在減壓氛圍狀態下攝影之密閉電 池之攝影影像。 圖8係顯示圖6的影像與圖7之影像之各個畫素之亮 度的差異之影像。 圖9係CCD攝影機在1氣壓之氛圍狀態下攝影之在 電池外殼存在微小的皴紋的場合之密閉電池之攝影影像。 圖10係CCD攝影機在減壓氛圍狀態下攝影之在電池 外殼存在微小的皺紋的場合之密閉電池之攝影影像。 圖1 1係顯示圖.8的影像與圖9之影像之各個畫素之 亮度的差異之影像。 圖12係C CD攝影機在1氣壓之氛圍狀態下攝影之在 電池外殼存在微小的皺紋’而且氣密性受損的場合之密閉 電池之攝影影像。 圖13係CCD攝影機在減壓氛圍狀態下攝影之在電池 外殼存在微小的皺紋’而且氣密性受損的場合之密閉電池

S -17- 201211523 之攝影影像。 圖14係顯示圖12的影像與圖13之影像之各個畫素 之亮度的差異之影像。 【主要元件符號說明】 1 :密閉電池 2 :電池外殼 3 :電池要素 4 :電極端子 5 :周緣部 1 〇 :氣密檢查裝置 1 1 :密封容器 15 :減壓裝置 20 :大氣導入裝置 25 :搬送裝置 2 6 :搬送台 30 : CCD攝影機 3 1 :照明裝置 3 5 :控制器 3 6 ·顯不裝置 18-

Claims (1)

1. 201211523 七、申請專利範圍： 1. 一種密閉電池之氣密檢查方法，其特徵爲： 測定被收容於密封容器的密閉電池的表面起伏形狀， 減壓密封容器， 測定減壓的密封容器內的密閉電池的表面起伏形狀， 根據減壓前後之密閉電池的表面起伏形狀之變化判定 密閉電池的氣密性。 2. 如申請專利範圍第1項之密閉電池之氣密檢查方 法，其中密封容器之減壓前的表面起伏形狀係使密封容器 處在大氣壓的狀態而進行的。 3. 如申請專利範圍第1或2項之密閉電池之氣密檢 査方法，其中減壓前後之密閉電池的表面起伏形狀之測定 ，係對密閉電池提供照明的狀態下藉由數位攝影裝置拍攝 密閉電池而進行的，密閉電池之表面起伏形狀的變化，係 以畫素單位比較減壓前後所攝影的密閉電池的影像而進行 的。 4. 如申請專利範圍第3項之密閉電池之氣密檢查方 法，其中判定減壓前攝影的影像的畫素之亮度與減壓後攝 影的影像之對應的畫素的亮度是否有超過設定的亮度差的 差異，根據有超過被設定的亮度差的差異之畫素的數目， 來判定密閉電池的氣密性是否保持著。 5 .如申請專利範圍第4項之密閉電池之氣密檢查方 法，其中由畫素與數位攝影裝置之解析度，計算表面起伏 形狀有差異的面積，根據表面起伏形狀有差異的面積，判 -19- 201211523 斷密閉電池的氣密性是否還保持著。 6. 如申請專利範圍第1至5項之任一項之密閉電池 之氣密檢查方法，其中密閉電池具備電池本體與收裝電池 本體的電池外殼，表面起伏形狀包含電池外殼之肉眼無法 看到的微小皺紋。 7. —種密閉電池之氣密檢查裝置，其特徵爲具備： 收容密閉電池的密封容器， 測定被收容於密封容器的密閉電池的表面形狀之測定 手段， 減壓密封容器的減壓手段， 根據減壓前後之密閉電池的表面起.伏形狀的變化判定 密閉電池的氣密性之判定手段。 8 ·如申請專利範圍第7項之密閉電池之氣密檢查裝 置，其中計測手段具備攝影密封電池的表面起伏形狀的數 位攝影裝置，判定手段具備以記億數位攝影裝置攝影的影 像’判定減壓前攝影的影像的畫素之亮度與減壓後攝影的 影像之對應的畫素的亮度是否有超過設定的亮度差的差異 ’根據有超過被設定的亮度差的差異之畫素的數目，來判 定密閉電池的氣密性是否保持著的方式被程式化的可程式 控制器。 9.如申請專利範圍第7或8項之密閉電池之氣密檢 查裝置’其中數位攝影裝置設於密封容器的外側，密封容 器的至少一部分係使根據數位攝影裝置之密封電池的攝影 變成可能之透明的材料所形成。 -20- 201211523 1〇_如申請專利範圍第7至9項之任—項之密閉電池 之氣密檢査裝置’其中密封容器進而具備具有朝向外氣開 放之一面’在載置了密封電池的狀態下移動，藉由卡合於 密封容器之一面，而在封入密封電池的狀態下密封住密封 容器的搬送裝置。 11 ·如申請專利範圍第7至1 〇項之任一項之密閉電 池之氣密檢查裝置’其中進而具備可以顯示在減壓前後數 位攝影裝置所攝影的影像’及有超過設定的亮度差的差異 之畫素的顯示裝置》 r*· -21 -