WO2019177288A1 - 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법 - Google Patents

배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법 Download PDF

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WO2019177288A1
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battery cell
vacuum
pressure
thickness
chamber
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이승재
강석근
류경선
김영민
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삼성에스디아이주식회사
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a leak test apparatus and a leak test method of a battery cell.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that is not rechargeable.
  • Secondary batteries are used as energy sources for mobile devices, electric vehicles, hybrid cars, electric bicycles, uninterruptible power supplies, etc., and may also be used in the form of a single battery cell, depending on the type of external devices.
  • a plurality of battery cells may be connected to each other and used as a battery pack.
  • One embodiment of the present invention includes a leak test apparatus and a leak test method of a battery cell capable of accurately and easily catching damage to a battery cell exterior material.
  • the leak inspection apparatus of the battery cell of the present invention In order to solve the above problems and other problems, the leak inspection apparatus of the battery cell of the present invention,
  • An apparatus for inspecting a leak of a battery cell for inspecting whether a battery cell is leaked
  • An upper chamber and a lower chamber disposed facing each other with the receiving space of the battery cell interposed therebetween to provide a seal for the receiving space, the vacuum for setting the receiving space to a controlled pressure different from an external first pressure; chamber;
  • a vacuum piping valve fluidly connected to an accommodation space of the battery cell to set the accommodation space to a second pressure lower than a first pressure
  • a thickness measuring sensor for measuring a thickness before vacuum of the battery cell under the first pressure and measuring a thickness after vacuum of the battery cell under the second pressure.
  • the leak test apparatus of the battery cell may further include a controller configured to determine whether the battery cell is leaked according to a thickness difference between the pre-vacuum thickness and the post-vacuum thickness.
  • the controller may determine that a leak has occurred in a battery cell in which swelling occurs by comparing the thickness before vacuum and the thickness after vacuum.
  • the controller may compare the thickness difference with a predetermined reference value to be large and determine that a leak has occurred in the battery cell in which the thickness difference exceeding the reference value is measured.
  • the leak test device of the battery cell For example, the leak test device of the battery cell
  • the apparatus may further include a TVOC sensor disposed on the suction flow path of the internal gas and configured to measure the concentration of the total volatile organic compound from the sucked internal gas.
  • the leak test device of the battery cell For example, the leak test device of the battery cell
  • the controller may further include a controller configured to determine whether the battery cell is leaked by combining the information about the pre-vacuum thickness and the post-vacuum thickness transmitted from the thickness measuring sensor and the information about the concentration of the total volatile organic compound transmitted from the TVOC sensor. have.
  • the leak test device of the battery cell For example, the leak test device of the battery cell
  • a discard piping valve for setting the accommodation space of the battery cell to a third pressure higher than the second pressure.
  • the TVOC piping valve may provide a negative pressure lower than the third pressure to forcibly suck the internal gas from within the accommodation space set to the third pressure.
  • the accommodation space is provided in plural,
  • the vacuum piping valve, the TVOC piping valve and the discarding piping valve are formed at a position between the plurality of accommodation spaces in the upper chamber to be fluidly connected to the plurality of accommodation spaces and to set a shared pressure for the plurality of accommodation spaces. I can do it.
  • the thickness measuring sensor may be formed at a position facing the accommodation space in the upper chamber and disposed to face the battery cell in the accommodation space.
  • the thickness measuring sensor is a non-contact eddy current sensor
  • An insulating block may be assembled in the upper chamber to surround and insulate the thickness measuring sensor.
  • the thickness measuring sensor may be provided in plurality in correspondence with each accommodation space.
  • the first pressure may correspond to atmospheric pressure.
  • a seating jig having a plurality of accommodation spaces may be assembled in the lower chamber.
  • the leak test apparatus of the battery cell may test the unit of the mounting jig.
  • a leak test method of a battery cell using a test apparatus including a vacuum chamber including an upper chamber and a lower chamber, and a vacuum piping valve for controlling pressure in the vacuum chamber,
  • Pre-vacuum thickness measurement for holding the vacuum piping valve off so that the first pressure as before the sealing of the vacuum chamber is maintained with respect to the accommodation space of the battery cell, and measuring the total vacuum thickness of the battery cell under the first pressure. step;
  • a post-vacuum thickness measuring step of measuring a post-vacuum thickness of the battery cell under the second pressure is a post-vacuum thickness measuring step of measuring a post-vacuum thickness of the battery cell under the second pressure.
  • the leak test method of the battery cell For example, the leak test method of the battery cell
  • the method may further include determining whether to leak the battery cell according to a thickness difference between the thickness before the vacuum and the thickness after the vacuum.
  • the goodness / failure determination step it may be determined that a leak has occurred in a battery cell in which swelling occurs by comparing the thickness before vacuum and the thickness after vacuum.
  • the leak test method of the battery cell For example, the leak test method of the battery cell
  • the method may further include a TVOC measuring step of forcibly sucking the internal gas from the accommodation space set to the third pressure and measuring the concentration of the total volatile organic compound from the sucked internal gas.
  • the leak test method of the battery cell For example, the leak test method of the battery cell
  • the method may further include determining whether to leak the battery cell by combining the thickness difference between the thickness before the vacuum and the thickness after the vacuum and the concentration of the total volatile organic compound.
  • the product input step For example, the product input step, the product input step, the product input step, and
  • the leak test method of the battery cell For example, the leak test method of the battery cell
  • the method may further include a vacuum chamber opening step of raising the upper chamber in a direction away from the lower chamber to discharge the inspected battery cell.
  • the present invention by calculating the thickness difference between the pre-vacuum thickness and the post-vacuum thickness of the battery cell under different pressures, and based on the calculated thickness difference, it is determined that the leaked defective product for the swelling battery cells In addition, it is possible to accurately and easily detect whether the battery cell exterior material is damaged.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a leak test apparatus for a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a leak test apparatus of the battery cell illustrated in FIG. 1, and illustrates a transfer operation for inserting a battery cell into an inspection stage in the leak test apparatus of the battery cell illustrated in FIG. 1. Is shown.
  • FIG. 3 is a view for explaining a transfer operation for inserting a battery cell into a test stage in the leak test apparatus of the battery cell shown in FIG. 1, and is a view for explaining a modified embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one embodiment of a battery cell to be inspected by the leak inspection apparatus of the present invention.
  • 5 is a process flowchart of the leak inspection method.
  • FIGS. 6 to 8 schematically show driving of the leak inspection apparatus applied to the leak inspection method
  • FIGS. 7 and 8 show schematic cross-sectional views of the leak inspection apparatus taken along the line VII-VII of FIG. 6. It is.
  • FIG. 9 is a view illustrating the valve on / off operation of the various pipe valves VA, VT, and R of the leak inspection apparatus illustrated in FIGS.
  • An apparatus for inspecting a leak of a battery cell for inspecting whether a battery cell is leaked
  • An upper chamber and a lower chamber disposed facing each other with the receiving space of the battery cell interposed therebetween to provide a seal for the receiving space, the vacuum for setting the receiving space to a controlled pressure different from an external first pressure; chamber;
  • a vacuum piping valve fluidly connected to an accommodation space of the battery cell to set the accommodation space to a second pressure lower than a first pressure
  • a thickness measuring sensor for measuring a thickness before vacuum of the battery cell under the first pressure and measuring a thickness after vacuum of the battery cell under the second pressure.
  • a leak test method of a battery cell using a test apparatus including a vacuum chamber including an upper chamber and a lower chamber, and a vacuum piping valve for controlling pressure in the vacuum chamber,
  • Pre-vacuum thickness measurement for holding the vacuum piping valve off so that the first pressure as before the sealing of the vacuum chamber is maintained with respect to the accommodation space of the battery cell, and measuring the total vacuum thickness of the battery cell under the first pressure. step;
  • a post-vacuum thickness measuring step of measuring a post-vacuum thickness of the battery cell under the second pressure is a post-vacuum thickness measuring step of measuring a post-vacuum thickness of the battery cell under the second pressure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a leak test apparatus for a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a leak test apparatus of the battery cell illustrated in FIG. 1, and illustrates a transfer operation for inserting a battery cell into an inspection stage in the leak test apparatus of the battery cell illustrated in FIG. 1. Is shown.
  • FIG. 3 is a view for explaining a transfer operation for inserting a battery cell into a test stage in the leak test apparatus of the battery cell shown in FIG. 1, and is a view for explaining a modified embodiment of FIG. 2.
  • Various piping valves (VA, VT, R) that can be turned on (ON) / off (OFF) for forced suction of the internal gas may be included.
  • the leak test apparatus of the battery cell B may include a thickness measuring sensor TS for measuring the thickness before the vacuum of the battery cell B and the thickness after the vacuum of the battery cell B.
  • the controller 100 may include a control unit 100 that controls and obtains the measurement results of the thickness measurement sensor TS and the TVOC sensor VTS and determines whether the battery cell B is leak based on the measurement result.
  • the vacuum chamber VC may provide a sealing for maintaining a second pressure (vacuum pressure) that is relatively lower than a first pressure corresponding to atmospheric pressure.
  • a second pressure vacuum pressure
  • first pressure ex. Atmospheric pressure
  • the thickness before vacuum is measured under the first pressure
  • the thickness after vacuum is measured under the second pressure
  • the thickness difference between the thickness before vacuum and after vacuum is calculated
  • the calculated thickness difference Based on this, it can be determined that the leaked product is a defective product for the battery cell B in which swelling has occurred.
  • the vacuum chamber VC provides a sealing of the accommodation space G of the battery cell B, the pressure of the accommodation space G can be easily controlled, and as described below, each step of the leak inspection Accordingly, the setting of the vacuum lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure) and the breaking of the vacuum can be easily controlled.
  • the first pressure may correspond to atmospheric pressure, which is an external pressure of the vacuum chamber VC. Even when the upper chamber UC and the lower chamber LC are in close contact with each other, the vacuum chamber VC is sealed. In a state in which various piping valves VA, VT, and R that are fluidly connected to the accommodation space G of the battery cell B do not operate, the accommodation space G of the battery cell B is It can be maintained at a first pressure.
  • the second pressure is a lower vacuum than the first pressure, and the upper chamber UC and the lower chamber LC are in close contact with each other to seal the vacuum cell VC, so that the battery cell B is accommodated.
  • the vacuum piping valve VA fluidly connected to the space G may be turned on to correspond to a pressure in which the accommodation space G of the battery cell B is set to vacuum.
  • the upper chamber UC and the lower chamber LC may be driven to approach each other or to be spaced apart from each other with an accommodation space G of the battery cell B interposed therebetween.
  • the upper chamber UC descends toward the lower chamber LC to be in close contact with the predetermined pressure on the lower chamber LC to seal the vacuum chamber VC, and to accommodate the battery cell B.
  • the space G can be sealed from the outside.
  • the upper chamber UC may be lifted away from the lower chamber LC to open the vacuum chamber VC and expose the accommodation space G of the battery cell B to the outside.
  • the battery cell B which is a test target
  • the battery cell B is continuously supplied along one direction (front and rear direction), and the tested battery cell B is discharged to move the test target to the next battery cell B.
  • It can be applied to the continuous inspection method.
  • one of the upper chamber UC and the lower chamber LC may be moved in one direction (forward and backward directions) to move the inspection stage IS from the inspected battery cell B to the next battery cell B.
  • FIG. ) the other of the upper chamber UC and the lower chamber LC waits for one of the chambers at the inspection stage IS.
  • the pressure can be easily controlled under the control of the controller 100, and is set to a second pressure of a vacuum lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure) or by discarding the vacuum. It may be set to a third pressure (eg, atmospheric pressure) higher than the second pressure.
  • a third pressure eg, atmospheric pressure
  • the lower chamber LC may function as a transfer means for supplying the battery cell B to be inspected while being driven along one direction (front and rear direction), and two or more batteries
  • the battery cell B may be supplied to the inspection stage IS in which the cell B is accommodated and the upper chamber UC is waiting.
  • the upper chamber UC is driven along one direction (front and rear direction), and the inspection stage in which the lower chamber LC on which the battery cell B to be inspected is seated stands by ( It may be driven along one direction (front and rear) toward the IS, and may perform a leak test on the battery cell B, which is waiting with the lower chamber LC, in the inspection stage IS.
  • a seating jig ZG having an accommodation space G of a plurality of battery cells B may be assembled in the lower chamber LC.
  • a jig groove in which the mounting jig ZG is assembled may be formed in the lower chamber LC.
  • the mounting jig ZG may be adaptively provided according to the shape and size of the battery cell B to be inspected.
  • the mounting jig ZG may include an accommodation space G having various shapes and sizes. It can be prepared variously to have. And, through the simple operation of replacing the mounting jig (ZG) in the lower chamber (LC) while using the same upper chamber (UC) and lower chamber (LC), the leak test for the battery cells (B) of various sizes and shapes Can be performed.
  • the leak test in order to perform the leak test for the battery cells (B) of various sizes and shapes, it is necessary to use one leak test device without having to provide various types of leak test devices individually, By replacing with a seating jig ZG matched according to the shape, the leak test can be performed on the battery cells B of various sizes and shapes by using one leak test device.
  • Positioning means may be provided in the mounting jig ZG and the lower chamber LC with respect to the assembly between the mounting jig ZG and the lower chamber LC.
  • a position alignment pin A may be formed in the lower chamber LC, and a position alignment groove is formed in the seating jig ZG, and there is a miss between the lower chamber LC and the seating jig ZG. Alignment can be prevented.
  • the alignment pins A and the alignment grooves may be formed at left and right sides with respect to the centers of the lower chamber LC and the mounting jig ZG.
  • the seating jig ZG and the lower chamber LC may be fixed to each other with respect to each other.
  • a bolt as the fastening means F may be fastened to the seating jig ZG.
  • F) is fastened to the lower chamber LC through the mounting jig ZG, whereby the mounting jig ZG and the lower chamber LC may be fixed to each other.
  • the seating jig ZG may be formed of an insulating material to insulate the battery cell B, to prevent electrical short from occurring even when the battery cell B is in contact with the battery cell B, and to block electrical interference with the battery cell B. Can be.
  • An accommodating space G may be provided in the seating jig ZG to accommodate the battery cell B.
  • the accommodating space G of the battery cell B is firmly fixed to the battery cell B while the battery cell B is physically interfered with the battery cell B when the battery cell B is attached or detached.
  • the battery cell B may be formed in a size such that a clearance of about 0.5 mm to 1 mm may be secured.
  • the accommodating space G of the battery cell B is caused by physical interference or friction with the battery cell B, in particular, the exterior material of the battery cell B, in particular, the battery cell B (see FIG. 4).
  • the edges can be rounded to avoid causing defects such as scratching or imprinting.
  • the mounting jig ZG may be provided with a plurality of accommodation spaces G for accommodating two or more battery cells B, respectively.
  • the leak test apparatus of the present invention may perform the leak test in units of one seating jig (ZG) instead of performing the leak test in units of each battery cell (B), and the plurality of battery cells (B).
  • ZG the leak test in units of one seating jig accommodated
  • one or more seating jigs ZG may accommodate two or more, for example, 20 battery cells B together.
  • the upper chamber UC When the lower chamber LC containing the plurality of battery cells B is transferred to the test stage IS facing the upper chamber UC, the upper chamber UC, which is in standby, may descend toward the lower chamber LC. Can be.
  • the upper chamber UC may be in close contact with the lower chamber LC to seal the receiving space G in the lower chamber LC, more specifically, the mounting jig ZG assembled to the lower chamber LC (vacuum chamber). Sealing of VC).
  • a first sealing member S1 may be interposed between the lower chamber LC and the upper chamber UC, and the lower chamber LC and the upper chamber UC may be predetermined through the first sealing member S1.
  • the first sealing member S1 may be embedded in a sealing groove of the lower chamber LC, and may protrude to a predetermined height from the sealing groove of the lower chamber LC with respect to the upper chamber UC. It may be in close contact with a predetermined pressure to seal between the upper chamber UC and the lower chamber LC.
  • the first sealing member S1 may be provided as an O-ring.
  • the upper chamber UC may be equipped with various types of pipe valves VA, VT, and R for controlling the pressure of the accommodation space G.
  • the piping valves VA, VT, and R are fluidly connected to the receiving space G enclosed by the upper chamber UC and the lower chamber LC, and are accommodated under the control of the controller 100. The pressure can be adjusted.
  • the piping valves VA, VT, R may include a vacuum piping valve VA, a TVOC piping valve VT, and a discarding piping valve R.
  • the pipe valves VA, VT, and R may be periodically operated with different timing and timing of driving as the steps of the leak test are repeated.
  • the vacuum piping valve VA may be operated to set a vacuum and provide a negative pressure to the receiving space G enclosed by the upper chamber UC and the lower chamber LC to receive the vacuum pressure.
  • the pressure in the space G can be set to a second pressure of vacuum lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure).
  • the TVOC piping valve VT may provide a negative pressure to suck the internal gas of the accommodation space G from within the accommodation space G enclosed by the upper chamber UC and the lower chamber LC for TVOC measurement. Can be.
  • the TVOC piping valve (VT) is driven to suck the internal gas of the accommodation space (G)
  • the suction of the internal gas A TVOC sensor (VTS) disposed on the flow path can be used to capture total volatile organic compounds (TVOC).
  • the discard piping valve (R) is driven on (ON) prior to the TVOC measurement, it is possible to destroy the vacuum state to enable the suction of the internal gas for TVOC measurement.
  • the said discharge piping valve R is switched ON when the accommodating space G of the battery cell B is set to the 2nd pressure of vacuum, and the pressure of the accommodating space G is carried out. May be set to a third pressure higher than the second pressure.
  • the discard pipe valve R connects the inside and the outside of the accommodation space G so that the vacuum in the storage space G sealed by the upper chamber UC and the lower chamber LC is released. Thereby setting the pressure in the receiving space G to a third pressure (ex. Atmospheric pressure) and providing a sound pressure lower than the third pressure (ex.
  • Atmospheric pressure in the TVOC measuring step after vacuum breaking.
  • gas inside the accommodation space G may be forced into the suction flow path where the TVOC sensor VTS is disposed.
  • a negative pressure relatively lower than the second pressure needs to be provided to suck the gas inside the accommodation space G in the second pressure state of the vacuum, and the inspection apparatus It is preferable that the TVOC measurement be performed after the vacuum is broken, because it can put an excessive burden on the driving power of the.
  • the pipe valves VA, VT, and R may be mounted in the upper chamber UC. More specifically, the pipe valves (VA, VT, R), can be acted in common for different receiving space (G), each other to provide a balanced pressure for different receiving space (G) It may be formed at a position between the other accommodation space (G). For example, different accommodating spaces G are sealed from the outside by being surrounded by the first sealing member S1 interposed between the upper chamber UC and the lower chamber LC, while different accommodating spaces ( G) can be fluidically connected to each other, the pressure can be controlled by the pipe valves (VA, VT, R) provided between the different receiving space (G).
  • a thickness measuring sensor TS for capturing swelling of the battery cell B may be mounted.
  • the thickness sensor TS has a contact sensor that measures the thickness by physically contacting the outer surface of the battery cell B, and a thickness without physically contacting the outer surface of the battery cell B. All non-contact sensors to measure can be applied. For example, an indicator may be applied as the contact sensor, and an eddy current sensor, a fiber sensor, a laser sensor, a vision sensor, or the like may be applied as the non-contact sensor.
  • the thickness measuring sensor TS may be assembled in the upper chamber UC, and may face the battery cell B by separate driving means (not shown) to enable separate driving independently of the upper chamber UC. It can be moved up or down to approach or move away from the battery cell (B). For example, the thickness measuring sensor TS may be moved up and down to be in direct contact with the battery cell B so as to measure the thickness of the battery cell B, or directly with respect to the battery cell B. Although not in contact with each other, the battery cell B may be moved up and down to maintain a sufficient measurable distance for thickness measurement.
  • a non-contact eddy current sensor may be applied as the thickness measuring sensor TS.
  • the eddy current sensor may be an insulation block IB. Can be disposed within. That is, the thickness measuring sensor TS may be assembled in the upper chamber UC together with the insulating block IB while being enclosed in the insulating block IB for electrical insulation.
  • a second sealing member S2 may be disposed at a boundary between the insulating block IB and the upper chamber UC. Can be.
  • the thickness measuring sensor TS may be mounted in plural so as to correspond to the number of accommodating spaces G at positions corresponding to the respective different accommodating spaces G.
  • the thickness measuring sensor TS may be in charge of measuring the thickness of each battery cell B accommodated in each accommodation space G.
  • the thickness measuring sensor TS may measure the thickness of the battery cell B before and after the vacuum and capture whether the swelling is performed according to the measured change in thickness.
  • the thickness measuring sensor TS may be driven according to a control signal of the controller 100, and the thickness before the vacuum and the thickness after the vacuum are measured through two thickness measurements for the same battery cell B, respectively. In comparison, it can be determined that a leak has occurred in the battery cell B in which the increase in thickness is captured.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one embodiment of a battery cell to be inspected by the leak inspection apparatus of the present invention.
  • the leak inspection apparatus of the present invention can make the battery cell B an inspection object.
  • the battery cell B may include an electrode assembly BC and an exterior member BP in which the electrode assembly BC is accommodated.
  • the exterior material BP may be provided as a flexible exterior material BP such as a pouch, and may include an insulating layer (not shown) formed on both sides of a metal thin plate (not shown).
  • the exterior material BP may be formed to have a thin thickness of 1 mm scale, and the scratch or exterior material of the exterior material BP may be formed in the formation of the exterior material BP such as a drawing or packaging of the electrode assembly BC using the exterior material BP. Damage such as tearing of BP) may occur.
  • a leakage phenomenon may be caused in which external impurity gas flows into the battery cell B through the damaged packaging material BP according to a pressure difference between the inside and the outside of the battery cell B. . Since the internal pressure of the exterior material BP, that is, the internal pressure of the battery cell B is set to a vacuum pressure lower than atmospheric pressure, external impurity gas penetrates into the battery cell B during leakage, and At the same time, the internal pressure of the battery cell B rises from a vacuum pressure lower than atmospheric pressure to an atmospheric pressure level as the external impurity gas penetrates.
  • the thickness (T, thickness before vacuum) of the battery cell B is measured under a first pressure (ex. Atmospheric pressure), and the upper chamber UC and the lower part are measured.
  • Thickness (T, post-vacuum thickness) of the battery cell B under a second pressure of vacuum lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure) in the receiving space G of the battery cell B sealed by the chamber LC Measure In the good-quality battery cell B which does not generate a leak, the difference between the thickness before vacuum and the thickness after vacuum does not arise. In the good battery cell B, even if it is the first pressure before vacuum (ex.
  • Atmospheric pressure or the second pressure of vacuum after vacuum
  • the battery cell B is external Is subjected to a compressive pressure of the tendency to shrink the battery cell B, as a result, no swelling occurs and there is no change in thickness before and after vacuum.
  • swelling is caused by a pressure change before and after vacuum, and as a result, a difference occurs between the thickness before vacuum and after vacuum. That is, in the defective battery cell B, an external impurity gas penetrates into the battery cell B due to damage such as scratching or tearing of the exterior material BP, so that the internal pressure of the battery cell B is initially set.
  • the battery cell (B) is in a state where the internal pressure (ex. Atmospheric pressure due to damage of the exterior material BP) is higher than the external pressure (second pressure, vacuum pressure), the battery according to the pressure difference between the inside and outside of the battery cell (B) Swelling in which cell B expands occurs.
  • the thickness after vacuum increases rather than the thickness before vacuum, and the quality goods / defective goods of the battery cell B may be determined according to the thickness change made before and after vacuum.
  • the thickness before the vacuum may mean a thickness T of the battery cell B measured under a relatively high first pressure (eg, atmospheric pressure) before the vacuum is set, and the main surface of the battery cell B, Therefore, the thickness T of the battery cell B can be measured by making the direction perpendicular to the main plane occupying the largest area of the battery cell B as the thickness direction.
  • the thickness before the vacuum may be measured under a relatively high first pressure (ex. Atmospheric pressure) before the vacuum is set, and the upper chamber UC and the lower chamber LC are in close contact with each other to form the vacuum chamber VC.
  • the accommodation space G may be maintained at a first pressure (ex. Atmospheric pressure) equivalent to the outside of the vacuum chamber VC.
  • Receiving space G can still maintain a pressure equal to the first pressure (ex. Atmospheric pressure) outside the vacuum chamber VC.
  • the total thickness of the vacuum of the battery cell B is in a state in which the upper chamber UC and the lower chamber LC, which provide a sealing for the accommodation space G, are in close contact with each other and the vacuum chamber VC is sealed.
  • the vacuum to the accommodation space G can be measured by the vacuum piping valve VA in a non-set state.
  • the upper chamber UC and the lower chamber LC may be in close contact with each other to measure the thickness before and after the vacuum, and the thickness measuring sensor TS mounted in the upper chamber UC may be disposed in the control unit 100.
  • the thickness measurement may be performed on the battery cells B that are disposed to face each other in the lower chamber LC. That is, the thickness measurement sensor TS and the battery cell B may be measured before the vacuum thickness in a state in which the upper chamber UC and the lower chamber LC are disposed to face each other at positions corresponding to each other. .
  • the thickness after the vacuum may mean a thickness T of the battery cell B measured under a relatively low second pressure after the vacuum is set, and the thickness direction is a direction perpendicular to the main surface of the battery cell B. In this way, the thickness T of the battery cell B can be measured.
  • the thickness after the vacuum may be measured under a relatively low second pressure after the vacuum is set, for example, a vacuum pressure lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure), and the sealing of the accommodation space G is performed.
  • the vacuum to the accommodation space G may be measured and maintained by the vacuum piping valve VA.
  • the upper chamber UC and the lower chamber LC may be in close contact with each other to measure the thickness before and after the vacuum, and the thickness measuring sensor TS mounted in the upper chamber UC may be disposed in the control unit 100. According to the control signal, the thickness measurement may be performed on the battery cell B disposed to face the thickness measurement sensor TS in the lower chamber LC. That is, the thickness after vacuum may be measured at a position where the thickness measuring sensor TS and the battery cell B are disposed to face each other in the upper chamber UC and the lower chamber LC.
  • the leak inspection apparatus of the present invention can capture the swelling of the battery cell B and determine whether the battery cell B is leaked, and in parallel with this, the storage space G of the battery cell B.
  • TVOC measurement By measuring the concentration of the total volatile organic compound (TVOC) in the gas forcibly sucked from (hereinafter, TVOC measurement), it is possible to determine more accurately whether the battery cell (B) is leaked.
  • the leak test apparatus of the present invention may include both a configuration for swelling measurement of the battery cell B and a configuration for TVOC measurement, and in the leak test using the apparatus of the present invention, the battery cell (
  • the measurement of the concentration of total volatile organic compounds (TVOC) is carried out incidentally by measuring the concentration of total volatile organic compounds (TVOC) as a main part of the swelling measurement of B). In addition, it is possible to precisely determine whether or not the battery cell B is leaked based on these measurement results.
  • the TVOC measurement may be performed after the swelling measurement of the battery cell B, and more specifically, after the vacuum atmosphere for swelling measurement of the battery cell B is discarded.
  • the TVOC measurement by providing a suction pressure provided at a relatively low pressure with respect to the accommodation space G of the battery cell B, the internal gas of the accommodation space G is sucked and disposed on the suction path of the internal gas.
  • the TVOC sensor VTS By operating the TVOC sensor VTS, the TVOC concentration can be measured from the sucked internal gas.
  • the TVOC piping valve VT connected to the accommodation space G of the battery cell B is turned ON and fluidly connected to the TVOC piping valve VT.
  • the internal gas of the accommodation space G may be introduced into the TVOC sensor VTS through the TVOC piping valve VT through a fluid pump (not shown).
  • the TVOC sensor VTS may be disposed on a flow path of the internal gas sucked from the inside of the accommodation space G to measure the concentration of the TVOC from the sucked internal gas.
  • An electrolyte (not shown) may be accommodated together with an electrode assembly BC (see FIG. 4) in the battery cell B, and the electrolyte (not shown) may include a volatile organic compound.
  • the organic compound component of the electrolyte may be extracted from the internal gas sucked in the defective battery cell B in which the exterior material BP is damaged or in the accommodation space G in which the defective battery cell B is accommodated.
  • the organic compound component of the electrolyte is not extracted from the internal gas sucked in the good quality battery cell B or the interior space in which the good battery cell B is accommodated.
  • the TVOC concentration measured at the TVOC stage may provide a criterion for determining whether the battery cell B is leaked.
  • the above-mentioned vacuum pre-vacuum thickness measurement and post-vacuum thickness measurement of battery cell B can be performed separately for each battery cell B, and the TVOC
  • the measurement may be performed in units of seating jigs (ZG). For example, even when judged as a defective product based on the TVOC measurement result, it is determined whether each battery cell B is a defective product among the plurality of battery cells B constituting the seating jig unit ZG. ) Can be determined based on swelling.
  • the swelling measurement of the battery cell B is the main, and incidentally, the TVOC measurement can be performed in parallel, and depending on whether swelling is captured It may be determined whether or not the individual battery cell B is leaked.
  • the TVOC concentration is measured for the internal gas sucked from the plurality of battery cells B accommodated in the same seating jig ZG, and the internal gas forcedly sucked through the TVOC pipe valve VT.
  • the TVOC pipe valve VT Corresponds to the sum of the internal gases sucked from the different accommodation spaces G.
  • different receiving spaces G may be fluidly connected to each other in the first sealing member S1 sealing between the upper chamber UC and the lower chamber LC, and these receiving spaces G This is because suction to the different accommodation spaces G can be made through the TVOC piping valve VT disposed between them.
  • the TVOC measurement is performed after vacuum setting and vacuum breaking, which sets the pressure in the accommodation space G where the battery cell B is accommodated to a second pressure which is a vacuum. Accordingly, the TVOC measurement may be performed in a state in which an external impurity gas is removed from the accommodating space G of the battery cell B, and the discard pipe valve R is turned ON in a vacuum discarding step. Even though the inner and outer parts of the vacuum chamber VC are connected to each other to be set to a relatively high third pressure (ex. Atmospheric pressure), the discharge pipe valve R is disposed so that external impurities are not introduced into the vacuum chamber VC. Since the outside air can be introduced through filtering, TVOC measurement can capture only volatile organic compounds due to damage to the battery cell (B) while minimizing the influence of external impurity gases, especially volatile organic compounds coming from outside. have.
  • the pressure of the accommodation space G in which the battery cell B is accommodated is a second vacuum of less than the first pressure (ex. Atmospheric pressure). Pressure is set.
  • the second pressure may be set lower than the atmospheric pressure corresponding to the first pressure, but higher than the internal pressure of the battery cell B of the good product in which no leakage occurs. If the second pressure set in the thickness measurement after vacuum is set lower than the internal pressure of the battery cell B of the good product in which the exterior material BP is not damaged, the swell in all the battery cells B, without distinguishing between the good product and the defective product.
  • the second pressure may be set lower than atmospheric pressure, which is the first pressure, and higher than the internal pressure of the non-leak good battery cell B, for example, The second pressure may be set within a range of 10 torr to 760 torr, which is lower than atmospheric pressure of 760 torr and higher than 10 torr which is the internal pressure of the good battery cell B.
  • FIG. 5 is a process flowchart of the leak inspection method. 6 to 8 schematically show driving of the leak inspection apparatus applied to the leak inspection method, and FIGS. 7 and 8 show schematic cross-sectional views of the leak inspection apparatus taken along the line VII-VII of FIG. 6. It is.
  • FIG. 9 is a view illustrating the valve on / off operation of the various pipe valves VA, VT, and R of the leak inspection apparatus illustrated in FIGS.
  • product input step (S10) vacuum chamber sealing step (S20), thickness before vacuum measurement step (S30), vacuum setting step (S40), thickness after vacuum Measurement step (S50), vacuum destruction step (S60), TVOC measurement step (S70), good quality / defective goods determination step (S80), and vacuum chamber opening step (S90) and product discharge step (S100) may be included.
  • the lower chamber LC moves in one direction to supply the battery cells B toward the inspection stage IS and to discharge the inspected battery cells B.
  • the lower chamber LC which is driven along the front-back direction, and accommodates two or more battery cells B, approaches the inspection stage IS in which the upper chamber UC is waiting, and the battery cell ( B) may be supplied and driven along one direction (front and rear direction) so as to move away from the inspection stage IS after the inspection is completed, and function as a conveying means for discharging the battery cell B which has been inspected.
  • the product input step (S10) the step of assembling a mounting jig (ZG) provided with a receiving space (G) of two or more battery cells (B) in the lower chamber (LC), a plurality of batteries
  • the method may include moving the lower chamber LC containing the cell B to a standby position of the upper chamber UL.
  • the upper chamber UC may wait for the lower chamber LC at the inspection stage IS at a position set along one direction (front and rear direction), and may face the inspection chamber facing the upper chamber UC ( With respect to the lower chamber LC approaching IS, the lower chamber LC may be lowered in a direction facing the lower chamber LC to be in close contact with the lower chamber LC.
  • the seating jig ZG accommodating the plurality of battery cells B in the lower chamber LC may be transferred together with the lower chamber LC, and the device of the present invention may be provided in each battery cell B unit.
  • the leak test may be performed in units of a mounting jig ZG in which two or more battery cells B are seated. That is, the upper chamber UC and the lower chamber LC, which are in close contact with each other at the inspection stage IS, may seal the plurality of accommodating spaces G together in the first sealing member S1 therebetween.
  • the plurality of receiving spaces G may be substantially fluidly connected to each other to share the set pressure according to the pressure control according to the ON / OFF of the pipe valve, Can be controlled. Accordingly, each inspection step, which will be described later, may be performed simultaneously on the plurality of accommodation spaces G.
  • the vacuum chamber sealing step (S20) is performed after the product input step (S10). That is, when the lower chamber LC reaches the inspection position (inspection stage IS), the upper chamber UC descends toward the lower chamber LC and may be in close contact with the lower chamber LC. Here, the upper chamber UC may be in close contact with the lower chamber LC at a constant pressure so as to be sufficiently sealed between the upper chamber UC and the lower chamber LC via the first sealing member S1.
  • the upper chamber UC and the lower chamber LC are brought into close contact with each other so that the vacuum chamber VC is sealed, and then the pressure of the accommodation space G in which the battery cell B is accommodated is controlled by the control signal of the controller 100.
  • Various piping valves driven in accordance with the ON (OFF) can be controlled by (ON) / (OFF), and under the controlled pressure the following inspection steps can be performed.
  • a thickness before vacuum measurement step S30 is performed. That is, the battery of the thickness measuring sensor TS and the lower chamber LC of the upper chamber UC in a state where the upper chamber UC and the lower chamber LC are in close contact with each other and the vacuum chamber VC is sealed.
  • the cell B is disposed at a positive position facing each other, and in this state, the thickness measuring sensor TS measures the total thickness of the vacuum of the battery cell B according to a control signal of the controller 100.
  • the vacuum thickness measurement may be performed under a relatively high first pressure (ex. Atmospheric pressure), for example, to measure the thickness of the battery cell B under the first pressure (ex. Atmospheric pressure).
  • the measurement of the thickness before vacuum is performed in a state where the upper chamber UC and the lower chamber LC are in close contact with each other and the vacuum chamber VC is sealed, but the upper chamber UC and the lower chamber ( Various piping valves fluidly connected to the receiving space G sealed by LC) are maintained in an OFF state, whereby the receiving space G is connected to the outside of the vacuum chamber VC. It may be set to the same first pressure (ex. Atmospheric pressure) state.
  • the thickness measuring sensor TS may individually perform thickness measurement on each battery cell B at a position above the battery cell B accommodated in each accommodation space G, and may be measured at different positions.
  • the thickness of the battery cell B measured from the thickness measurement sensor TS may be transmitted to the controller 100 together with identification information of the corresponding battery cell B.
  • a vacuum setting step S40 is performed. That is, after the vacuum pre-thickness measurement, the vacuum pipe valve VA is turned ON while the other pipe valve is OFF, and the vacuum fluid fluidly connected to the vacuum pipe valve VA.
  • a vacuum setting may be performed to drive the pump VAP to set the pressure in the accommodation space G to a relatively low second pressure. For example, in the vacuum setting, the pressure in the accommodation space G may be set to a vacuum pressure lower than the first pressure (ex. Atmospheric pressure).
  • the vacuum pipe valve (VA) may be connected to the upper chamber (UC), connected to a position between the different receiving space (G) of the upper chamber (UC) at the same time for a plurality of receiving space (G)
  • a negative pressure may be provided, and the plurality of accommodation spaces G are sealed in the first sealing member S1 between the upper chamber UC and the lower chamber LC so that the vacuum piping valve VA is ON. As converted to, it can be set and maintained at a low pressure of the second pressure.
  • each of the thickness measuring sensors TS disposed above each battery cell B may be configured to perform a corresponding battery cell under vacuum in which a relatively low second pressure is maintained.
  • the thickness of (B) is measured, and the measured thickness information may be transmitted to the controller 100 together with the identification information of the corresponding battery cell (B).
  • the control unit 100 may compare the information about the thickness before the vacuum and the thickness after the vacuum to determine whether the swelling, and may transmit the measured result to the worker to allow the worker to determine whether the swelling. have.
  • the vacuum destruction step (S60) is performed.
  • the other piping valve is turned off while the other piping valve is turned off to release the vacuum state of the storage space G, and the inside of the storage space G is turned off.
  • It can be set to a third pressure (ex. Atmospheric pressure) relatively higher than the second pressure (vacuum pressure).
  • the pressure in the accommodation space G may be set to an atmospheric pressure or a relatively high third pressure close to the atmospheric pressure.
  • the discard piping valve (R) may be driven on (ON) / off (OFF) to selectively connect the inside and the outside of the vacuum chamber (VC), since the discard piping valve (R) is turned on (ON) Accordingly, the pressure inside the vacuum chamber VC may be set to a third pressure (ex. Atmospheric pressure) such as the outside.
  • the discarding pipe valve R is mounted at a position between the plurality of storage spaces G in the upper chamber UC to be fluidly connected to the plurality of storage spaces G, and to form a plurality of storage spaces G. At the same time it can be set to a third pressure (ex. Atmospheric pressure).
  • the TVOC measurement step (S70) may proceed.
  • the TVOC piping valve VT is turned ON while other piping valves are turned off, the internal gas of the accommodation space G is sucked, and the concentration of the TVOC from the sucked internal gas. Can be measured.
  • the TVOC piping valve VT is turned ON, the gas inside the receiving space G is connected to the TVOC piping valve by a fluid pump (not shown) that is fluidly connected to the TVOC piping valve VT. It is forced into the suction flow path through VT).
  • the TVOC sensor VTS disposed on the suction flow path may measure the TVOC concentration from the internal gas forcibly introduced from the accommodation space G, and transmit the measurement result to the controller 100.
  • the TVOC measuring step unlike the pre-vacuum thickness measurement or the post-vacuum thickness measurement, no individual measurement is performed for each battery cell B, and the plurality of battery cells B are provided in units of seating jigs ZG. Can be carried out in batch measurements. That is, the swelling measurement obtained by measuring the thickness before vacuum and after vacuum before the TVOC measurement, rather than determining whether each battery cell B is leaked based on the measurement result from the TVOC sensor VTS. Incidentally, the leak can be checked again by referring to the TVOC measurement result and finally the leak can be determined.
  • the TVOC piping valve VT is mounted to the upper chamber UC, and is fluidly connected to the plurality of receiving spaces G at a position between the plurality of receiving spaces G in the upper chamber UC.
  • the TVOC sensor VTS may measure the TVOC concentration of the total gas forcibly introduced from the plurality of accommodation spaces G.
  • the TVOC sensor VTS may transmit a measurement result to the control unit 100, and the control unit 100 may determine whether the leakage is higher based on whether a concentration higher than a reference value is measured based on the information about the TVOC concentration.
  • the measurement result may be transmitted to the worker, so that the worker may determine whether or not the leak. For example, it can be judged that the TVOC concentration is higher than the reference value due to the volatile components of the electrolyte leaked from the defective battery.
  • the step of determining whether the battery cells good or bad (S80) can proceed. Determination of the good / bad product of the battery cell B may be performed by the controller 100 that has obtained information on the change in thickness measured in the thickness measurement step before the vacuum and the thickness measurement after the vacuum. That is, the controller 100 compares the pre-vacuum thickness with the post-vacuum thickness for each battery cell B obtained from the thickness sensor TS, and compares whether the battery cell B is swelled or not.
  • the battery cell B ie, the battery cell B in which swelling has occurred, may be determined to be defective in comparison with the thickness before vacuum, and the thickness after vacuum increases beyond the reference value.
  • the controller 100 may determine the corresponding battery cell B as defective according to whether the TVOC concentration detected in the TVOC measuring step is higher than a reference value. In this case, since the TVOC measurement is performed for the plurality of battery cells B in the seating jig unit, it is possible to determine whether the battery is good or bad based on the swelling of each battery, and the TVOC measurement result. May be used as additional information for confirming the existence of the defective battery.
  • Determination of good or bad can be made by the control unit 100 which has obtained the measurement result from each sensor, that is, the thickness measurement sensor TS and the TVOC sensor VTS, or the measurement result through the control unit 100. It can also be made by the worker received.
  • a clear judgment standard needs to be set. For example, a reference value is provided for a thickness difference between the thickness before vacuum and the thickness after vacuum, and the reference value is exceeded.
  • the change in thickness can be determined by swelling (or leak), and the TVOC measurement result can be determined as a reference value for the TVOC concentration, and can be determined as a leak for the TVOC concentration exceeding the reference value.
  • the vacuum chamber opening step S90 and the battery cell discharging step S100 may be performed. That is, as described above, after the leak test is completed, the upper chamber UC is driven to ascend in a direction away from the lower chamber LC to discharge the battery after the test is completed from the test stage IS. Open the chamber VC. In addition, the lower chamber LC released from the upper chamber UC is driven along one direction (front and rear direction) so as to move away from the upper chamber UC, and the inspected battery is accompanied by the inspection chamber IS together with the lower chamber LC.
  • the present invention can be applied to a leak test apparatus and a leak test method of a battery cell as an energy source capable of charging and discharging.

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Abstract

본 발명에서는 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법이 개시된다. 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는, 배터리 셀의 리크 여부를 검사하기 위한 배터리 셀의 리크 검사 장치로서, 배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 마주하게 배치되어 수용 공간에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 수용 공간을 외부의 제1 압력과 다른 제어된 압력으로 설정하기 위한 진공 챔버와, 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 배관 밸브와, 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하고, 제2 압력 하에서 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하기 위한 두께 측정 센서를 포함한다. 본 발명에 의하면, 배터리 셀의 외장재의 손상을 정밀하면서도 용이하게 포착해낼 수 있는 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법이 제공된다.

Description

배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법
본 발명은 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 배터리 셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 배터리 셀들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 배터리 팩의 형태로 사용되기도 한다.
본 발명의 일 실시형태는 배터리 셀 외장재의 손상을 정밀하면서도 용이하게 포착해낼 수 있는 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 셀의 리크 검사 장치는,
배터리 셀의 리크 여부를 검사하기 위한 배터리 셀의 리크 검사 장치로서,
배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 마주하게 배치되어 상기 수용 공간에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 수용 공간을 외부의 제1 압력과 다른 제어된 압력으로 설정하기 위한 진공 챔버;
상기 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 상기 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 배관 밸브; 및
상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하고, 상기 제2 압력 하에서 상기 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하기 위한 두께 측정 센서;를 포함한다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는, 상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이에 따라 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는, 상기 진공 전 두께와 진공 후 두께를 대조하여 스웰링이 발생한 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는, 사전에 설정된 기준치와 상기 두께 차이를 대소 비교하고, 기준치를 초과하는 두께 차이가 측정된 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는,
상기 배터리 셀의 수용 공간 내로부터 내부 가스를 흡인하기 위한 TVOC 배관 밸브; 및
상기 내부 가스의 흡인 유로 상에 배치되어 흡인된 내부 가스로부터 총휘발성 유기화합물의 농도를 측정하기 위한 TVOC 센서를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는,
상기 두께 측정 센서로부터 전송된 진공 전 두께와 진공 후 두께에 관한 정보 및 상기 TVOC 센서로부터 전송된 총휘발성 유기화합물의 농도에 관한 정보를 종합하여 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는,
상기 배터리 셀의 수용 공간을 상기 제2 압력 보다 높은 제3 압력으로 설정하기 위한 파기 배관 밸브를 더 포함하고,
상기 TVOC 배관 밸브는 상기 제3 압력으로 설정된 수용 공간 내로부터 내부 가스를 강제 흡인하도록 제3 압력 보다 낮은 음압을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 수용 공간은 다수로 마련되며,
상기 진공 배관 밸브, TVOC 배관 밸브 및 파기 배관 밸브는, 상기 상부 챔버 중, 다수의 수용 공간 사이의 위치에 형성되어 다수의 수용 공간과 유체적으로 연결되며 다수의 수용 공간에 대해 공유되는 압력을 설정해줄 수 있다.
예를 들어, 상기 두께 측정 센서는, 상기 상부 챔버 중, 상기 수용 공간과 마주하는 위치에 형성되어 수용 공간 내의 배터리 셀과 마주하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 두께 측정 센서는, 비접촉식 와전류 센서이며,
상기 상부 챔버에는 상기 두께 측정 센서를 둘러싸서 절연하기 위한 절연 블록이 조립되어 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 두께 측정 센서는, 각각의 수용 공간에 대응하여 다수로 마련될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 압력은 대기압에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 하부 챔버에는 다수의 수용 공간이 형성된 안착 지그가 조립될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 장치는, 상기 안착 지그 단위로 검사를 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 진공 배관 밸브를 포함하는 검사 장치를 이용한 배터리 셀의 리크 검사 방법으로서,
배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 상부 챔버와 하부 챔버가 서로 마주하게 배치되는 검사 스테이지가 제공되도록 배터리 셀을 검사 위치로 투입하는 제품 투입 단계;
상기 하부 챔버를 향하여 상기 상부 챔버를 하강시켜서, 상기 수용 공간을 밀봉하기 위한 진공 챔버 밀봉 단계;
상기 배터리 셀의 수용 공간에 대해, 진공 챔버의 밀봉 전과 같은 제1 압력이 유지되도록 상기 진공 배관 밸브를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하는 진공 전 두께 측정 단계;
상기 진공 배관 밸브를 온으로 전환하여 상기 배터리 셀의 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 설정 단계; 및
상기 제2 압력 하에서 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하는 진공 후 두께 측정 단계를 포함한다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이에 따라 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 양품/불량품 판정 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 양품/불량품 판정 단계에서는, 상기 진공 전 두께와 진공 후 두께를 대조하여 스웰링이 발생한 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
상기 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 있는 파기 배관 밸브를 온으로 전환하여 상기 수용 공간을 제2 압력 보다 높은 제3 압력으로 설정하기 위한 진공 파기 단계; 및
상기 제3 압력으로 설정된 수용 공간 내로부터 내부 가스를 강제 흡인하고, 흡인된 내부 가스로부터 총휘발성 유기화합물의 농도를 측정하기 위한 TVOC 측정 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이 및 상기 총휘발성 유기화합물의 농도를 종합하여 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 양품/불량품 판정 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제품 투입 단계는,
둘 이상 다수의 배터리 셀의 수용 공간이 마련된 안착 지그를 상기 하부 챔버에 조립하는 단계; 및
다수의 배터리 셀을 수용한 하부 챔버를, 상부 챔버의 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
검사 완료된 배터리 셀을 배출하기 위하여, 상기 하부 챔버로부터 멀어지는 방향으로 상기 상부 챔버를 상승시키는 진공 챔버 개방 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이를 산출하고, 산출된 두께 차이에 근거하여 스웰링이 발생한 배터리 셀에 대해 리크가 발생된 불량품으로 판정함으로써, 배터리 셀 외장재의 손상 여부를 정밀하면서도 용이하게 포착해낼 수 있다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 배터리 셀의 리크 검사 장치의 개략적인 도면이 도시되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치에서 배터리 셀을 검사 스테이지로 투입하기 위한 이송 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치에서 배터리 셀을 검사 스테이지로 투입하기 위한 이송 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 변형된 실시형태를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 리크 검사 장치가 검사 대상으로 하는 배터리 셀의 일 형태를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 5에는 리크 검사 방법의 공정 흐름도가 도시되어 있다.
도 6 내지 도 8에는 리크 검사 방법에 적용되는 리크 검사 장치의 구동을 개략적으로 도시한 도면들로서, 도 7 및 도 8에는 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 리크 검사 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
도 9에는 도 6 내지 도 8에 도시된 리크 검사 장치의 각종 배관 밸브(VA,VT,R)들의 밸브 온(ON)/밸브 오프(OFF) 동작을 공정 단계별로 도시한 도면이 도시되어 있다.
본 발명의 배터리 셀의 리크 검사 장치는,
배터리 셀의 리크 여부를 검사하기 위한 배터리 셀의 리크 검사 장치로서,
배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 마주하게 배치되어 상기 수용 공간에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 수용 공간을 외부의 제1 압력과 다른 제어된 압력으로 설정하기 위한 진공 챔버;
상기 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 상기 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 배관 밸브; 및
상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하고, 상기 제2 압력 하에서 상기 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하기 위한 두께 측정 센서;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀의 리크 검사 방법은,
상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 진공 배관 밸브를 포함하는 검사 장치를 이용한 배터리 셀의 리크 검사 방법으로서,
배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 상부 챔버와 하부 챔버가 서로 마주하게 배치되는 검사 스테이지가 제공되도록 배터리 셀을 검사 위치로 투입하는 제품 투입 단계;
상기 하부 챔버를 향하여 상기 상부 챔버를 하강시켜서, 상기 수용 공간을 밀봉하기 위한 진공 챔버 밀봉 단계;
상기 배터리 셀의 수용 공간에 대해, 진공 챔버의 밀봉 전과 같은 제1 압력이 유지되도록 상기 진공 배관 밸브를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하는 진공 전 두께 측정 단계;
상기 진공 배관 밸브를 온으로 전환하여 상기 배터리 셀의 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 설정 단계; 및
상기 제2 압력 하에서 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하는 진공 후 두께 측정 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 배터리 셀(B)의 리크 검사 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 배터리 셀의 리크 검사 장치의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치에서 배터리 셀을 검사 스테이지로 투입하기 위한 이송 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀의 리크 검사 장치에서 배터리 셀을 검사 스테이지로 투입하기 위한 이송 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 변형된 실시형태를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도면들을 함께 참조하면, 상기 배터리 셀(B)의 리크 검사 장치는, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)을 사이에 두고 서로 마주하게 배치되는 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)를 포함하는 진공 챔버(VC)와, 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)을 외부의 제1 압력과는 다른 제어된 압력으로 설정하거나 또는 배터리 셀(B)의 수용 공간(G) 내로부터 내부 가스의 강제 흡인을 위해 온(ON)/오프(OFF) 동작될 수 있는 각종 배관 밸브(VA,VT,R)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(B)의 리크 검사 장치는, 배터리 셀(B)의 진공 전 두께와 배터리 셀(B)의 진공 후 두께를 측정하기 위한 두께 측정 센서(TS)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G) 내로부터 강제 흡인된 내부 가스로부터 총휘발성 유기화합물(TVOC)의 농도를 측정하기 위하여, 흡인 유로 상에 배치되어 있는 TVOC 센서(VTS)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(B)의 리크 검사 장치는, 상기 진공 챔버(VC) 및 각종 배관 밸브(VA,VT,R)와, 두께 측정 센서(TS) 및 TVOC 센서(VTS)의 동작을 전반적으로 제어하고, 두께 측정 센서(TS) 및 TVOC 센서(VTS)의 측정 결과를 입수하여 측정 결과에 근거하여 배터리 셀(B)의 리크 여부를 판단하는 제어부(100)를 포함할 수 있다.
상기 진공 챔버(VC)는, 대기압에 해당되는 제1 압력 보다 상대적으로 낮은 제2 압력(진공 압력)을 유지하기 위한 실링을 제공할 수 있다. 본 발명의 리크 검사 장치에서는 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 제2 압력(진공 압력) 하에서 배터리 셀(B)의 스웰링을 포착함으로써 배터리 셀(B)의 리크 여부를 판단하며, 이를 위해 진공 압력이 유지될 수 있는 진공 챔버(VC) 내에서 배터리 셀(B)의 두께를 측정할 수 있다. 즉, 본 발명의 리크 검사 장치에서는, 제1 압력 하에서 진공 전 두께를 측정하고, 제2 압력 하에서 진공 후 두께를 측정하며, 진공 전 두께와 진공 후 두께 간의 두께 차이를 산출하고, 산출된 두께 차이에 근거하여 스웰링이 발생한 배터리 셀(B)에 대해 리크가 발생된 불량품으로 판정할 수 있다.
상기 진공 챔버(VC)가 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)에 대한 실링을 제공함으로써, 수용 공간(G)의 압력을 용이하게 제어할 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 리크 검사의 각 단계에 따라, 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 설정과 진공의 파기가 용이하게 제어될 수 있다.
본 명세서를 통하여 제1 압력이란, 진공 챔버(VC)의 외부 압력인 대기압에 해당될 수 있으며, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 서로 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태라도, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되어 있는 각종의 배관 밸브(VA,VT,R)가 동작하지 않는 상태에서, 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)은 제1 압력으로 유지될 수 있다. 상기 제2 압력은, 상기 제1 압력 보다 낮은 진공 상태로서, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 서로 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태에서, 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되어 있는 진공 배관 밸브(VA)가 온(ON) 으로 전환되어 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)이 진공으로 설정된 상태의 압력에 해당될 수 있다.
상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)는, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)을 사이에 개재하고 서로에 대해 접근하거나 또는 서로로부터 이격되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 챔버(UC)는 하부 챔버(LC)를 향하여 하강하여, 하부 챔버(LC) 상에 소정의 압력으로 밀착되어 진공 챔버(VC)를 밀봉하고, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)을 외부로부터 실링할 수 있다. 또한, 상기 상부 챔버(UC)는 하부 챔버(LC)로부터 멀어지도록 상승하여, 진공 챔버(VC)를 개방하고, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)을 외부로 노출시킬 수 있다.
본 발명의 리크 검사 장치는, 검사 대상인 배터리 셀(B)이 일 방향(전후 방향)을 따라 연속적으로 공급되면서 검사 완료된 배터리 셀(B)은 배출되고 다음 배터리 셀(B)로 검사 대상을 이동시키는 연속적인 검사 방식에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 중에서 어느 하나는 검사 완료된 배터리 셀(B)로부터 다음 배터리 셀(B)로 검사 스테이지(IS)를 이동시키기 위하여, 일 방향(전후 방향)을 따라 구동될 수 있으며, 상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 중에서 나머지 다른 하나는 검사 스테이지(IS)에서 상기 어느 하나의 챔버를 대기하게 된다. 그리고, 검사 스테이지(IS)에서 서로 마주하게 배치된 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)는 서로 마주하도록 접근하며 서로에 대해 밀착되어 수용 공간(G)을 실링하고(진공 챔버 VC의 밀봉), 이렇게 실링된 수용 공간(G)에서는 제어부(100)의 제어에 따라 압력이 용이하게 제어될 수 있으며, 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 제2 압력으로 설정되거나 또는 진공을 파기하여 제2 압력 보다 높은 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정될 수 있다. 그리고 검사 완료된 배터리 셀(B)을 배출하고, 검사 스테이지(IS)를 다음 배터리 셀(B)로 이동시키기 위하여, 상기 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC) 중 어느 하나는, 일 방향(전후 방향)을 따라 서로로부터 멀어지는 방향으로 구동될 수 있고, 이렇게 수용 공간(G)이 개방된 상태에서 검사 완료된 배터리 셀(B)은 배출될 수 있고, 상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 중에서 어느 하나는 다음 검사 대상인 배터리 셀(B)을 향하여 이동할 수 있다.
도 2에 도시된 실시형태에서, 상기 하부 챔버(LC)는, 일 방향(전후 방향)을 따라 구동되면서 검사 대상인 배터리 셀(B)을 공급하는 이송 수단으로 기능할 수 있으며, 둘 이상 다수의 배터리 셀(B)을 수용하고 상부 챔버(UC)가 대기하고 있는 검사 스테이지(IS)로 배터리 셀(B)을 공급할 수 있다.
도 3에 도시된 실시형태에서, 상기 상부 챔버(UC)는, 일 방향(전후 방향)을 따라 구동되면서, 검사 대상인 배터리 셀(B)이 안착된 하부 챔버(LC)가 대기하고 있는 검사 스테이지(IS)를 향하여 일 방향(전후 방향)을 따라 구동될 수 있으며, 검사 스테이지(IS)에서 하부 챔버(LC)와 함께 대기하고 있는 배터리 셀(B)에 대한 리크 검사를 수행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 하부 챔버(LC)에는, 다수의 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)이 마련된 안착 지그(ZG)가 조립될 수 있다. 상기 하부 챔버(LC)에는 안착 지그(ZG)가 조립되는 지그 홈이 형성될 수 있다. 상기 안착 지그(ZG)는, 검사 대상인 배터리 셀(B)의 형상 및 크기에 따라 적응적으로 제공될 수 있으며, 이를 위해, 상기 안착 지그(ZG)는, 다양한 형상과 크기의 수용 공간(G)을 갖도록 다양하게 준비될 수 있다. 그리고, 동일한 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)를 이용하면서 하부 챔버(LC) 내의 안착 지그(ZG)를 교체하는 단순 작업을 통하여, 다양한 크기와 형상의 배터리 셀(B)에 대한 리크 검사를 수행할 수 있다. 본 발명에서는, 다양한 크기와 형상의 배터리 셀(B)에 대한 리크 검사를 수행하기 위하여, 다양한 형태의 리크 검사 장치를 개별적으로 마련할 필요가 없이, 하나의 리크 검사 장치를 이용하되, 다양한 크기와 형상에 따라 그에 정합되는 안착 지그(ZG)로 교체함으로써, 하나의 리크 검사 장치를 이용하여 다양한 크기와 형상의 배터리 셀(B)에 대해 리크 검사를 수행할 수 있다.
상기 안착 지그(ZG)와 하부 챔버(LC) 간의 조립에 대해, 상기 안착 지그(ZG) 및 하부 챔버(LC)에는 위치 정렬 수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 챔버(LC)에는 위치 정렬 핀(A)이 형성될 수 있고, 상기 안착 지그(ZG)에는 위치 정렬 홈이 형성되어, 하부 챔버(LC)와 안착 지그(ZG) 간의 미스 얼라인을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 위치 정렬 핀(A)과 위치 정렬 홈은 하부 챔버(LC) 및 안착 지그(ZG)의 중심을 기준으로 좌우 측에 형성될 수 있다.
상기 안착 지그(ZG) 및 하부 챔버(LC)는 서로에 대해 위치 고정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 안착 지그(ZG)에는 고정 수단(F)으로서의 볼트가 체결될 수 있으며, 상기 고정 수단(F)은 안착 지그(ZG)를 관통하여 하부 챔버(LC)에 체결됨으로써, 안착 지그(ZG)와 하부 챔버(LC)를 서로 위치 고정시킬 수 있다.
상기 안착 지그(ZG)는 배터리 셀(B)을 절연시키고, 배터리 셀(B)과 접촉되더라도 전기적인 쇼트가 발생되지 않도록 하며 배터리 셀(B)과의 전기적인 간섭을 차단하도록 절연 소재로 형성될 수 있다.
상기 안착 지그(ZG)에는 배터리 셀(B)을 수용할 수 있는 수용 공간(G)이 마련될 수 있다. 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)은 배터리 셀(B)을 견고하게 위치 고정하면서도 배터리 셀(B)의 탈착시 배터리 셀(B)과의 물리적인 간섭에 의해 배터리 셀(B), 특히 배터리 셀(B)의 외장재(BP, 도 4 참조)가 손상되지 않도록 배터리 셀(B)의 외형 보다는 0.5mm ~ 1mm 정도의 유격이 확보될 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)은 배터리 셀(B)과의 물리적인 간섭이나 마찰에 의해 배터리 셀(B), 특히 배터리 셀(B)의 외장재(BP, 도 4 참조)에 대해 스크래치나 찍힘과 같은 불량을 야기하지 않도록 그 모서리 부분은 라운드 처리될 수 있다.
상기 안착 지그(ZG)에는 둘 이상 다수의 배터리 셀(B)을 각각 수용할 수 있는 다수의 수용 공간(G)이 마련될 수 있다. 본 발명의 리크 검사 장치는, 각각의 배터리 셀(B) 단위로 리크 검사를 수행하는 것이 아니라, 하나의 안착 지그(ZG) 단위로 리크 검사를 수행할 수 있으며, 다수의 배터리 셀(B)을 수용한 안착 지그(ZG) 단위로 리크 검사를 수행함으로써, 다수의 배터리 셀(B)에 대한 리크 검사를 동시에 수행할 수 있고, 이에 따라 다수의 배터리 셀(B)에 대해 리크 검사를 수행하기 위한 공정 시간을 감축할 수 있다. 예를 들어, 하나의 안착 지그(ZG)에는 둘 이상 다수, 예를 들어, 20개의 배터리 셀(B)이 함께 수용될 수 있다.
다수의 배터리 셀(B)을 수용한 하부 챔버(LC)가 상부 챔버(UC)와 마주하는 검사 스테이지(IS)로 이송되면, 대기 중이던 상부 챔버(UC)는 하부 챔버(LC)를 향하여 하강할 수 있다. 상기 상부 챔버(UC)는, 하부 챔버(LC, 보다 구체적으로, 하부 챔버 LC에 조립된 안착 지그 ZG) 내의 수용 공간(G)을 실링하도록 하부 챔버(LC) 상에 밀착될 수 있다(진공 챔버 VC의 밀봉). 상기 하부 챔버(LC)와 상부 챔버(UC) 사이에는 제1 실링 부재(S1)가 개재될 수 있으며, 하부 챔버(LC)와 상부 챔버(UC)가 제1 실링 부재(S1)를 개재하여 소정의 압력으로 접촉됨으로써 수용 공간(G)에 대한 압력 누설을 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 실링 부재(S1)는 하부 챔버(LC)의 실링 홈 내부에 매립될 수 있으며, 하부 챔버(LC)의 실링 홈으로부터 소정의 높이로 돌출되어 상부 챔버(UC)에 대해 소정의 압력으로 밀착되어 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC) 사이를 밀봉시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 실링 부재(S1)는 O-링으로 마련될 수 있다.
상기 상부 챔버(UC)에는, 수용 공간(G)의 압력을 제어하기 위한 다양한 종류의 배관 밸브(VA,VT,R)들이 장착될 수 있다. 상기 배관 밸브(VA,VT,R)들은 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)에 의해 밀폐된 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되며, 제어부(100)의 통제 하에서 수용 공간(G)의 압력을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 배관 밸브(VA,VT,R)는, 진공 배관 밸브(VA), TVOC 배관 밸브(VT), 파기 배관 밸브(R)를 포함할 수 있다. 상기 배관 밸브(VA,VT,R)들은, 리크 검사의 각 단계가 반복됨에 따라 서로 다른 구동의 시기와 종기를 갖고 주기적으로 작동될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 진공 배관 밸브(VA)는, 진공을 설정하기 위해 작동될 수 있으며, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)에 의해 밀폐된 수용 공간(G)에 대해 음압을 제공하여 수용 공간(G)의 압력을 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 제2 압력으로 설정할 수 있다.
상기 TVOC 배관 밸브(VT)는, TVOC 측정을 위해 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)에 의해 밀폐된 수용 공간(G) 내로부터 수용 공간(G)의 내부 가스를 흡인하도록 음압을 제공할 수 있다. 상기 TVOC 측정 단계에서는 수용 공간(G) 내부에 채워진 총휘발성 유기화합물(TVOC)을 포착하기 위하여, TVOC 배관 밸브(VT)를 구동하여 수용 공간(G)의 내부 가스를 흡인하며, 내부 가스의 흡인 유로 상에 배치된 TVOC 센서(VTS)를 이용하여 총휘발성 유기화합물(TVOC)을 포착해낼 수 있다.
상기 파기 배관 밸브(R)는, TVOC 측정 이전에 온(ON)으로 구동되며, TVOC 측정을 위한 내부 가스의 흡인이 가능하도록 진공 상태를 파기시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 파기 배관 밸브(R)는, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)이 진공의 제2 압력으로 설정된 상태에서 온(ON)으로 전환되어, 상기 수용 공간(G)의 압력을 제2 압력 보다 높은 제3 압력으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 파기 배관 밸브(R)는, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)에 의해 밀폐된 수용 공간(G)의 진공이 해제되도록 수용 공간(G)의 내부와 외부를 서로 연결시킴으로써, 수용 공간(G) 내의 압력을 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정하고, 진공 파기 이후의 TVOC 측정 단계에서 제3 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 음압을 제공하도록 TVOC 배관 밸브(VT)를 온(ON)으로 전환함에 따라 수용 공간(G)의 내부 가스가 TVOC 센서(VTS)가 배치되어 있는 흡인 유로로 강제 유입될 수 있도록 할 수 있다. 만일 진공 파기가 선행되지 않으면, TVOC 측정 단계에서는 진공의 제2 압력 상태에서 수용 공간(G)의 내부 가스를 흡인하기 위해, 제2 압력 보다 상대적으로 더 낮은 음압이 제공될 필요가 있으며, 검사 장치의 구동 동력에 과도한 부담을 줄 수 있기 때문에, 진공 파기 이후에 TVOC 측정이 진행되는 것이 바람직하다.
상기 배관 밸브(VA,VT,R)들은, 상부 챔버(UC)에 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배관 밸브(VA,VT,R)들은, 서로 다른 수용 공간(G)에 대해 공통적으로 작용될 수 있으며, 서로 다른 수용 공간(G)에 대해 균형적인 압력을 제공할 수 있도록 서로 다른 수용 공간(G) 사이의 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 수용 공간(G)은, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC) 사이에 개재된 제1 실링 부재(S1)에 둘러싸여 외부로부터 실링되어 있는 한편으로, 서로 다른 수용 공간(G) 사이는 유체적으로 서로 연결될 수 있으며, 서로 다른 수용 공간(G) 사이에 설치된 배관 밸브(VA,VT,R)들에 의해 압력이 제어될 수 있다.
상기 상부 챔버(UC)에는, 배터리 셀(B)의 스웰링을 포착하기 위한 두께 측정 센서(TS)가 장착될 수 있다. 본 발명에서 두께 측정 센서(TS)에는 배터리 셀(B)의 외부 면에 대해 물리적으로 접촉하여 두께를 측정하는 접촉식 센서와, 배터리 셀(B)의 외부 면에 대해 물리적으로 접촉하지 않고 두께를 측정하는 비접촉식 센서가 모두 적용될 수 있다. 예를 들어, 접촉식 센서로서는 인디케이터(indicator)가 적용될 수 있으며, 비접촉식 센서로는 와전류 센서, 화이버 센서, 레이저 센서, 비젼 센서 등이 적용될 수 있다.
상기 두께 측정 센서(TS)는 상부 챔버(UC)에 조립될 수 있으며, 상부 챔버(UC)와 독립적으로 별도의 구동이 가능하도록 별도의 구동 수단(미도시)에 의해 배터리 셀(B)을 향하여 접근하거나 또는 배터리 셀(B)로부터 멀어지도록 승하강될 수 있다. 예를 들어, 상기 두께 측정 센서(TS)는, 배터리 셀(B)에 대해 직접 접촉되어 배터리 셀(B)의 두께를 측정할 수 있도록 승하강될 수 있으며, 또는 배터리 셀(B)에 대해 직접적으로 접촉하지는 않더라도 배터리 셀(B)의 두께 측정을 위해 충분한 측정 가능 거리를 유지할 수 있도록 승하강될 수 있다.
예를 들어, 상기 두께 측정 센서(TS)로는 비접촉식의 와전류 센서가 적용될 수 있으며, 상기 와전류 센서를 전기적으로 절연시키고, 전기적인 간섭에 따른 측정 오류를 피하기 위해, 상기 와전류 센서는 절연 블록(IB) 내에 배치될 수 있다. 즉, 상기 두께 측정 센서(TS)는 전기적인 절연을 위하여 절연 블록(IB) 내에 둘러싸인 상태로 절연 블록(IB)과 함께, 상부 챔버(UC) 내에 조립될 수 있다. 이때, 상기 절연 블록(IB)과 상부 챔버(UC) 간의 틈새를 통한 진공 누출을 차단하기 위해, 상기 절연 블록(IB)과 상부 챔버(UC)의 경계에는 제2 실링 부재(S2)가 배치될 수 있다.
상기 두께 측정 센서(TS)는, 각각의 서로 다른 수용 공간(G)에 대응되는 위치에서, 수용 공간(G)의 개수에 대응되도록 다수로 장착될 수 있다. 상기 두께 측정 센서(TS)는, 각각의 수용 공간(G)에 수납된 각각의 배터리 셀(B)에 대한 두께 측정을 담당할 수 있다. 상기 두께 측정 센서(TS)는, 진공을 전후로 하여 배터리 셀(B)의 두께를 측정하고 측정된 두께의 변화에 따라 스웰링 여부를 포착할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 두께 측정 센서(TS)는, 제어부(100)의 제어신호에 따라 구동될 수 있으며, 동일한 배터리 셀(B)에 대해 각각 2회의 두께 측정을 통하여 진공 전의 두께와 진공 후의 두께를 비교하고, 두께의 증가가 포착된 배터리 셀(B)에 대해 리크가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 리크 검사 장치가 검사 대상으로 하는 배터리 셀의 일 형태를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 리크 검사 장치는, 배터리 셀(B)을 검사 대상으로 할 수 있다. 상기 배터리 셀(B)은, 전극 조립체(BC)와 상기 전극 조립체(BC)가 수용된 외장재(BP)를 포함할 수 있다. 상기 외장재(BP)는 파우치와 같은 유연성 외장재(BP)로 마련될 수 있으며, 금속 박판(미도시)의 양면에 형성된 절연층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 외장재(BP)는 1mm 스케일의 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 드로잉과 같은 외장재(BP)의 형성이나 외장재(BP)를 이용한 전극 조립체(BC)의 포장에서 외장재(BP)의 스크래치나 외장재(BP)의 찢김과 같은 손상이 발생될 수 있다. 외장재(BP)의 손상이 발생되면, 배터리 셀(B)의 내외부 간의 압력 차이에 따라 손상된 외장재(BP)를 통하여 배터리 셀(B) 내부로 외부의 불순가스가 유입되는 리크 현상이 야기될 수 있다. 상기 외장재(BP) 내부, 그러니까, 배터리 셀(B)의 내부 압력은, 대기압 보다 낮은 진공 압력으로 설정되어 있기 때문에, 리크 발생시 배터리 셀(B) 내부로 외부의 불순가스가 침투하며, 리크 발생과 동시에, 배터리 셀(B)의 내부 압력은 외부 불순가스의 침투에 따라 대기압 보다 낮은 진공 압력으로부터 대기압 수준의 압력으로 상승하게 된다.
본 발명의 리크 검사 장치에서는, 진공을 설정하기 이전, 그러니까, 제1 압력(ex. 대기압) 하에서 배터리 셀(B)의 두께(T, 진공 전 두께)를 측정하고, 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)에 의해 밀봉된 배터리 셀(B)의 수용 공간(G) 내에서 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 제2 압력 하에서 배터리 셀(B)의 두께(T, 진공 후 두께)를 측정한다. 리크가 발생되지 않은 양품의 배터리 셀(B)에서는 진공 전 두께와 진공 후 두께 간의 차이가 발생되지 않는다. 양품의 배터리 셀(B)에서는 진공 전의 제1 압력(ex. 대기압)이든, 진공 후 진공의 제2 압력이라고 하더라도, 여전히 배터리 셀(B)의 내부 압력 보다는 높기 때문에, 배터리 셀(B)은 외부로부터 배터리 셀(B)을 수축시키려는 경향의 압축 압력을 받게 되고, 그 결과 스웰링이 발생되지 않으며, 진공 전과 진공 후에서 두께의 변화가 없다. 그러나, 리크가 발생된 불량품의 배터리 셀(B)에서는 진공 전과 진공 후의 압력 변화에 따라 스웰링이 야기되며, 그 결과 진공 전 두께와 진공 후 두께 간에 차이가 발생된다. 즉, 불량품의 배터리 셀(B)에서는 외장재(BP)의 스크래치 또는 찢김과 같은 손상에 따라 배터리 셀(B)의 내부로 외부 불순가스가 침투하여 배터리 셀(B)의 내부 압력이 당초 설정된 내부 압력 보다 높은 대기압이나 대기압에 근접하는 수준으로 상승하게 된다. 이때, 불량품의 배터리 셀(B)에서는 진공 전의 제1 압력(ex. 대기압)에서는 특별한 이상 징후가 포착되지 않을 수 있으나, 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 제2 압력 하에서, 상기 배터리 셀(B)은 내부 압력(ex. 외장재 BP의 손상에 따라 대기압)이 외부 압력(제2 압력, 진공 압력) 보다 높은 상태에 놓이게 되고, 이러한 배터리 셀(B)의 내외부 간의 압력 차이에 따라 배터리 셀(B)이 팽창하는 스웰링이 발생된다. 이 때문에, 불량품의 배터리 셀(B)에서는 진공 전의 두께 보다 진공 후의 두께가 증가하게 되며, 진공 전후로 한 두께 변화에 따라 배터리 셀(B)의 양품/불량품의 판정이 가능할 수 있다.
진공 전의 두께란, 진공이 설정되기 이전의 상대적으로 높은 제1 압력(ex. 대기압) 하에서 측정되는 배터리 셀(B)의 두께(T)를 의미할 수 있으며, 배터리 셀(B)의 주된 면, 그러니까, 배터리 셀(B)의 가장 넓은 면적을 차지하는 주된 면과 수직한 방향을 두께 방향으로 하여, 배터리 셀(B)의 두께(T)를 측정할 수 있다. 이때, 상기 진공 전의 두께는, 진공이 설정되기 이전의 상대적으로 높은 제1 압력(ex. 대기압) 하에서 측정될 수 있고, 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)가 서로 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태라도, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되어 있는 각종의 배관 밸브(VA,VT,R)들이 동작하지 않는 상태에서, 상기 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)은 진공 챔버(VC)의 외부와 동등한 제1 압력(ex. 대기압)으로 유지될 수 있다. 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 밀봉된 직후라도 각종의 배관 밸브(VA,VT,R)들이 동작하지 않은 한은, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC) 사이의 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)은 여전히 진공 챔버(VC) 외부의 제1 압력(ex. 대기압)과 같은 압력을 유지할 수 있다.
상기 배터리 셀(B)의 진공 전 두께는, 수용 공간(G)에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)가 서로 마주하게 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태에서 진공 배관 밸브(VA)에 의해 수용 공간(G)에 대한 진공이 설정되지 않은 상태에서 측정될 수 있다. 상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)는, 진공 전후의 두께 측정을 위하여 서로 마주하게 밀착될 수 있고, 상부 챔버(UC)에 장착되어 있는 두께 측정 센서(TS)는 제어부(100)의 제어신호에 따라 하부 챔버(LC) 내에서 마주하게 배치되어 있는 배터리 셀(B)에 대한 두께 측정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 두께 측정 센서(TS)와 배터리 셀(B)은, 상부 챔버(UC)과 하부 챔버(LC)의 서로 대응되는 정 위치에서 마주하게 배치된 상태로 진공 전 두께 측정이 수행될 수 있다.
상기 진공 후의 두께란, 진공이 설정된 후의 상대적으로 낮은 제2 압력 하에서 측정되는 배터리 셀(B)의 두께(T)를 의미할 수 있으며, 배터리 셀(B)의 주된 면과 수직한 방향을 두께 방향으로 하여, 배터리 셀(B)의 두께(T)를 측정할 수 있다. 이때, 상기 진공 후의 두께는, 진공이 설정된 후의 상대적으로 낮은 제2 압력, 예를 들어, 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공 압력 하에서 측정될 수 있고, 수용 공간(G)에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)가 서로 마주하게 밀착된 상태에서 진공 배관 밸브(VA)에 의해 수용 공간(G)에 대한 진공이 설정 및 유지되고 있는 상태에서 측정될 수 있다. 상기 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)는, 진공 전후의 두께 측정을 위하여 서로 마주하게 밀착될 수 있고, 상부 챔버(UC)에 장착되어 있는 두께 측정 센서(TS)는 제어부(100)의 제어신호에 따라 하부 챔버(LC) 내에서 두께 측정 센서(TS)와 마주하게 배치되어 있는 배터리 셀(B)에 대한 두께 측정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 진공 후 두께는, 두께 측정 센서(TS)와 배터리 셀(B)이, 상부 챔버(UC)과 하부 챔버(LC)에서 서로 마주하게 배치되는 정 위치에서 측정될 수 있다.
본 발명의 리크 검사 장치는, 배터리 셀(B)의 스웰링을 포착하여, 배터리 셀(B)의 리크 여부를 판단할 수 있고, 이와 병행적으로, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)으로부터 강제 흡입된 가스 중 총휘발성 유기화합물(TVOC)의 농도를 측정(이후, TVOC 측정)함으로써, 배터리 셀(B)의 리크 여부를 보다 정밀하게 판단해낼 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 리크 검사 장치는, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정을 위한 구성과, TVOC 측정을 위한 구성을 모두 포함할 수 있으며, 본 발명의 장치를 이용한 리크 검사에서는 배터리 셀(B)의 스웰링 측정을 메인으로 하되, 총휘발성 유기화합물(TVOC)의 농도 측정을 부수적으로 진행하여, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정에 부수적으로 총휘발성 유기화합물(TVOC)의 농도를 측정하고, 이들의 측정 결과에 따라 종합적으로 배터리 셀(B)의 리크 여부를 정밀하게 판단해낼 수 있다.
상기 TVOC 측정은, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정 이후에 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정을 위한 진공 분위기를 파기한 이후에, 이루어질 수 있다. 상기 TVOC 측정에서는 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)에 대해 상대적으로 낮은 압력으로 제공되는 흡입 압력을 제공함으로써, 수용 공간(G)의 내부 가스를 흡입하고 내부 가스의 흡입 경로 상에 배치되어 있는 TVOC 센서(VTS)를 가동함으로써, 흡입된 내부 가스로부터 TVOC 농도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 TVOC 측정 단계에서는 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)에 연결되어 있는 TVOC 배관 밸브(VT)를 온(ON)으로 전환하고 TVOC 배관 밸브(VT)와 유체적으로 연결되어 있는 유체 펌프(미도시)를 통하여 수용 공간(G)의 내부 가스가 TVOC 배관 밸브(VT)를 통하여 TVOC 센서(VTS)로 유입되도록 할 수 있다. 상기 TVOC 센서(VTS)는 수용 공간(G) 내부로부터 흡입되는 내부 가스의 흐름 경로 상에 배치되어 흡입된 내부 가스로부터 TVOC의 농도를 측정할 수 있다.
상기 배터리 셀(B)의 내부에는 전극 조립체(BC, 도 4 참조)와 함께 전해질(미도시)이 수용될 수 있고, 상기 전해질(미도시)은 휘발성의 유기화합물을 포함할 수 있다. 이때, 외장재(BP, 도 4 참조)가 손상된 불량품의 배터리 셀(B) 또는 불량품의 배터리 셀(B)이 수용된 수용 공간(G)에서 흡입된 내부 가스로부터는 전해질의 유기화합물 성분이 추출될 수 있고, 외장재(BP, 도 4 참조)가 양호한 양품의 배터리 셀(B) 또는 양품의 배터리 셀(B)이 수용된 수용 공간(G)에서 흡입된 내부 가스로부터는 전해질의 유기화합물 성분이 추출되지 않는다. 이에 따라, TVOC 단계에서 측정된 TVOC 농도는 배터리 셀(B)의 리크 여부를 판단하는 기준을 제공할 수 있다.
앞서 설명된 배터리 셀(B)의 진공 전 두께 측정과 진공 후 두께 측정, 그러니까, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정은, 각각의 배터리 셀(B)에 대해 개별적으로 수행될 수 있고, 상기 TVOC 측정은 안착 지그(ZG) 단위로 수행될 수 있다. 예를 들어, TVOC 측정 결과에 근거하여 불량품으로 판단하더라도 안착 지그(ZG) 단위를 구성하는 다수의 배터리 셀(B) 중에서 어떤 배터리 셀(B)이 불량품인지의 여부는, 각각의 배터리 셀(B)의 스웰링 여부에 근거하여 판단될 수 있다. 본 발명의 장치가 적용된 배터리 셀(B)의 리크 검사에서는, 배터리 셀(B)의 스웰링 측정을 메인으로 하고, 이에 부수적으로 TVOC 측정이 병행될 수 있으며, 스웰링의 포착 여부에 따라 각각의 개별적인 배터리 셀(B)에 대한 리크 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 TVOC 측정에서는, 동일한 안착 지그(ZG)에 수용된 다수의 배터리 셀(B)로부터 흡입된 내부 가스에 대해 TVOC 농도를 측정하며, TVOC 배관 밸브(VT)를 통하여 강제 흡입되는 내부 가스는, 서로 다른 수용 공간(G)으로부터 흡입된 내부 가스의 총합에 해당된다. 예를 들어, 서로 다른 수용 공간(G)은, 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 사이를 실링하는 제1 실링 부재(S1) 내에서 서로 유체적으로 연결될 수 있으며, 이들 수용 공간(G) 사이에 배치된 TVOC 배관 밸브(VT)를 통하여 서로 다른 수용 공간(G)에 대한 흡입이 이루어질 수 있기 때문이다.
상기 TVOC 측정은, 배터리 셀(B)이 수용된 수용 공간(G)의 압력을 진공인 제2 압력으로 설정하는 진공 설정 및 진공 파기 이후에 수행된다. 이에 따라, 상기 TVOC 측정은, 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)으로부터 외부의 불순가스가 제거된 상태에서 진행될 수 있으며, 진공 파기 단계에서 파기 배관 밸브(R)를 온(ON)으로 전환하고 진공 챔버(VC)의 내외부를 서로 연결하여 상대적으로 높은 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정한다고 하더라도, 진공 챔버(VC)의 내부로 외부 불순가스가 유입되지 않도록 파기 배관 밸브(R)의 필터링을 통하여 외부 공기가 유입될 수 있으므로, TVOC 측정에서는 외부 불순가스, 특히 외부로부터 유입되는 휘발성 유기화합물의 영향을 최소화한 상태에서 배터리 셀(B)의 손상에 기인한 휘발성 유기화합물만을 포착해낼 수 있다.
배터리 셀(B)의 스웰링 여부를 판단하기 위한 진공 후 두께의 측정에서, 배터리 셀(B)이 수용되는 수용 공간(G)의 압력은 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공의 제2 압력으로 설정된다. 이때, 상기 제2 압력은, 제1 압력에 해당되는 대기압 보다는 낮되, 리크가 발생되지 않은 양품의 배터리 셀(B)의 내부 압력 보다는 높게 설정될 수 있다. 만일 진공 후 두께 측정에서 설정되는 제2 압력이 외장재(BP)가 손상되지 않은 양품의 배터리 셀(B)의 내부 압력 보다 낮게 설정되면, 양품과 불량품의 구분 없이, 모든 배터리 셀(B)에서 스웰링이 발생되어, 스웰링 여부에 따라 양품/불량품으로 판정할 수 없기 때문이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 압력은, 제1 압력인 대기압 보다는 낮게, 그리고, 리크가 발생되지 않은 양품의 배터리 셀(B)의 내부 압력 보다는 높게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제2 압력은, 대기압인 760 torr 보다는 낮고, 양품의 배터리 셀(B)의 내부 압력인 10 torr 보다는 높은 범위, 10 torr ~ 760 torr 범위 내에서 설정될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 리크 검사 방법에 대해, 각 공정 단계별로 설명하기로 한다.
도 5에는 리크 검사 방법의 공정 흐름도가 도시되어 있다. 도 6 내지 도 8에는 리크 검사 방법에 적용되는 리크 검사 장치의 구동을 개략적으로 도시한 도면들로서, 도 7 및 도 8에는 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 리크 검사 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 9에는 도 6 내지 도 8에 도시된 리크 검사 장치의 각종 배관 밸브(VA,VT,R)들의 밸브 온(ON)/밸브 오프(OFF) 동작을 공정 단계별로 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 장치가 적용된 리크 검사는, 제품 투입 단계(S10), 진공 챔버 밀봉 단계(S20), 진공 전 두께 측정 단계(S30), 진공 설정 단계(S40), 진공 후 두께 측정 단계(S50), 진공 파기 단계(S60), TVOC 측정 단계(S70), 양품/불량품 판정 단계(S80), 그리고 진공 챔버 개방 단계(S90)와 제품 배출 단계(S100)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제품 투입 단계(S10)에서는, 검사 스테이지(IS)를 향하여 배터리 셀(B)을 공급하고, 검사 완료된 배터리 셀(B)을 배출하도록 하부 챔버(LC)가 일 방향(전후 방향)을 따라 구동될 수 있으며, 둘 이상 다수의 배터리 셀(B)을 수용한 하부 챔버(LC)는, 상부 챔버(UC)가 대기하고 있는 검사 스테이지(IS)를 향하여 접근하며 배터리 셀(B)을 공급하고, 검사 완료 후 검사 스테이지(IS)로부터 멀어지도록 일 방향(전후 방향)을 따라 구동되어 검사 완료된 배터리 셀(B)을 배출하는 이송 수단으로 기능할 수 있다.
예를 들어, 상기 제품 투입 단계(S10)는, 둘 이상 다수의 배터리 셀(B)의 수용 공간(G)이 마련된 안착 지그(ZG)를 하부 챔버(LC)에 조립하는 단계와, 다수의 배터리 셀(B)을 수용한 하부 챔버(LC)를, 상부 챔버(UL)의 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 챔버(UC)는 일 방향(전후 방향)을 따라 설정된 위치의 검사 스테이지(IS)에서 하부 챔버(LC)를 대기할 수 있으며, 상부 챔버(UC)와 마주하는 검사 스테이지(IS)까지 접근한 하부 챔버(LC)에 대해, 하부 챔버(LC)와 마주하는 방향으로 하강하여 하부 챔버(LC) 상에 밀착될 수 있다.
상기 하부 챔버(LC) 내에서 다수의 배터리 셀(B)을 수용한 안착 지그(ZG)는, 하부 챔버(LC)와 함께 이송될 수 있으며, 본 발명의 장치는 각각의 배터리 셀(B) 단위로 리크 검사를 수행하지 않고, 둘 이상 다수의 배터리 셀(B)이 안착되어 있는 안착 지그(ZG) 단위로 리크 검사를 수행할 수 있다. 즉, 검사 스테이지(IS)에서 서로 마주하게 밀착된 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)는, 그 사이의 제1 실링 부재(S1) 내에서 다수의 수용 공간(G)을 함께 밀봉할 수 있으며, 다수의 수용 공간(G)은 실질적으로 서로에 대해 유체적으로 연결되어, 배관 밸브의 온(ON)/오프(OFF)에 따른 압력 조절에 따라 설정된 압력을 공유할 수 있고, 설정된 압력으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 각각의 검사 단계는, 다수의 수용 공간(G)에 대해, 동시에 수행될 수 있다.
도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 상기 제품 투입 단계(S10) 이후에는 진공 챔버 밀봉 단계(S20)가 진행된다. 즉, 상기 하부 챔버(LC)가 검사 위치(검사 스테이지(IS))에 도달하면, 상부 챔버(UC)는 하부 챔버(LC)를 향하여 하강하고, 하부 챔버(LC) 상에 밀착될 수 있다. 여기서, 상부 챔버(UC)는 제1 실링 부재(S1)를 개재하여 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 사이가 충분히 밀봉되도록, 하부 챔버(LC)에 대해 일정한 압력으로 밀착될 수 있다. 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 서로 마주하도록 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉되고, 이후 배터리 셀(B)이 수용된 수용 공간(G)의 압력은, 제어부(100)의 제어신호에 따라 구동되는 각종의 배관 밸브들에 온(ON)/오프(OFF)에 의해 제어될 수 있고, 제어된 압력 하에서 후술하는 검사 단계들이 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 진공 챔버 밀봉 단계(S20) 이후에는 진공 전 두께 측정 단계(S30)가 진행된다. 즉, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 서로에 대해 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태에서, 상부 챔버(UC)의 두께 측정 센서(TS)와 하부 챔버(LC)의 배터리 셀(B)은 서로 마주하는 정 위치에 배치되며, 이 상태에서 두께 측정 센서(TS)는 제어부(100)의 제어 신호에 따라 배터리 셀(B)의 진공 전 두께를 측정한다. 상기 진공 전 두께 측정은, 상대적으로 높은 제1 압력(ex. 대기압) 하에서 수행될 수 있으며, 예를 들어, 제1 압력(ex. 대기압) 하에서 배터리 셀(B)의 두께를 측정할 수 있다. 예를 들어, 진공 전 두께의 측정은, 상부 챔버(UC)와 하부 챔버(LC)가 서로에 대해 밀착되어 진공 챔버(VC)가 밀봉된 상태에서 진행되나, 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC)에 의해 실링된 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되어 있는 각종의 배관 밸브들은 오프(OFF) 상태로 유지되며, 이에 따라, 상기 수용 공간(G)은 진공 챔버(VC)의 외부와 같은 제1 압력(ex. 대기압) 상태로 설정될 수 있다.
상기 두께 측정 센서(TS)는 각각의 수용 공간(G)에 수용된 배터리 셀(B)의 상방 위치에서 각각의 배터리 셀(B)에 대해 개별적으로 두께 측정을 수행할 수 있으며, 각각 서로 다른 위치의 두께 측정 센서(TS)로부터 측정된 배터리 셀(B)의 두께는, 해당 배터리 셀(B)의 식별 정보와 함께, 제어부(100)로 전송될 수 있다.
상기 진공 전 두께 측정 단계(S30) 이후에는 진공 설정 단계(S40)가 진행된다. 즉, 진공 전 두께 측정 이후에는, 다른 배관 밸브는 오프(OFF) 시킨 상태에서 진공 배관 밸브(VA)를 온(ON)으로 전환하고, 진공 배관 밸브(VA)와 유체적으로 연결되어 있는 진공 유체 펌프(VAP)를 구동하여 수용 공간(G)의 압력을, 상대적으로 낮은 제2 압력으로 설정하는 진공 설정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 진공 설정에서는, 수용 공간(G)의 압력이 제1 압력(ex. 대기압) 보다 낮은 진공 압력으로 설정될 수 있다. 이때, 상기 진공 배관 밸브(VA)는, 상부 챔버(UC)에 연결될 수 있고, 상부 챔버(UC) 중에서 서로 다른 수용 공간(G) 사이의 위치에 연결되어 다수의 수용 공간(G)에 대해 동시에 음압을 제공할 수 있고, 다수의 수용 공간(G)은 상부 챔버(UC) 및 하부 챔버(LC) 사이의 제1 실링 부재(S1) 내에 밀봉되어 상기 진공 배관 밸브(VA)가 온(ON)으로 전환됨에 따라, 제2 압력의 낮은 압력으로 설정되고 유지될 수 있다.
상기 진공 설정 단계(S40) 이후에는, 진공 후 두께 측정 단계(S50)가 진행될 수 있다. 상기 진공 후 두께 측정에서는 진공 전 두께 측정과 유사하게, 각 배터리 셀(B)의 상방 위치에 배치된 각각의 두께 측정 센서(TS)가, 상대적으로 낮은 제2 압력이 유지되는 진공 하에서 해당 배터리 셀(B)의 두께를 측정하며, 측정된 두께 정보는, 해당 배터리 셀(B)의 식별 정보와 함께 제어부(100)로 전송될 수 있다. 상기 제어부(100)는, 진공 전 두께와 진공 후 두께에 관한 정보를 대조 비교하여, 스웰링 여부를 판단할 수 있고, 측정된 결과를 작업자에게 전달하여 작업자로 하여금 스웰링 여부를 판단하도록 할 수도 있다.
상기 진공 후 두께 측정 단계(S50) 이후에는, 진공 파기 단계(S60)가 진행된다. 상기 진공 파기에서는, 다른 배관 밸브는 오프(OFF) 시킨 상태에서 파기 배관 밸브(R)를 온(ON)으로 전환하여 수용 공간(G)의 진공 상태를 해제하고, 수용 공간(G)의 내부를 제2 압력(진공 압력) 보다 상대적으로 높은 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용 공간(G)의 압력은, 대기압 또는 대기압에 근접한 상대적으로 높은 제3 압력으로 설정될 수 있다. 상기 파기 배관 밸브(R)는 진공 챔버(VC)의 내부와 외부를 선택적으로 연결하도록 온(ON)/오프(OFF) 구동될 수 있고, 파기 배관 밸브(R)가 온(ON)으로 전환됨에 따라 진공 챔버(VC) 내부의 압력은 외부와 같은 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정될 수 있다. 상기 파기 배관 밸브(R)는, 상부 챔버(UC) 중에서 다수의 수용 공간(G) 사이의 위치에 장착되어 다수의 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되며, 다수의 수용 공간(G)을 동시에 제3 압력(ex. 대기압)으로 설정해줄 수 있다.
상기 진공 파기 단계(S60) 이후에는, TVOC 측정 단계(S70)가 진행될 수 있다. 상기 TVOC 측정에서는 다른 배관 밸브는 오프(OFF) 시킨 상태에서 TVOC 배관 밸브(VT)를 온(ON)으로 전환하고, 수용 공간(G)의 내부 가스를 흡입하며, 흡입된 내부 가스로부터 TVOC의 농도를 측정할 수 있다. TVOC 배관 밸브(VT)가 온(ON)으로 전환됨에 따라, TVOC 배관 밸브(VT)와 유체적으로 연결되어 있는 유체 펌프(미도시)에 의해 수용 공간(G)의 내부 가스는 TVOC 배관 밸브(VT)를 통하여 흡인 유로로 강제 유입된다. 그리고, 흡인 유로 상에 배치되어 있는 TVOC 센서(VTS)는 수용 공간(G)으로부터 강제 유입된 내부 가스로부터 TVOC 농도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(100)로 전송해줄 수 있다.
상기 TVOC 측정 단계에서는, 진공 전 두께 측정이나 진공 후 두께 측정과는 다르게, 각각의 배터리 셀(B)에 대해 개별적인 측정이 이루어지지 않고, 안착 지그(ZG) 단위로 다수의 배터리 셀(B)에 대한 일괄적인 측정으로 진행될 수 있다. 즉, 상기 TVOC 센서(VTS)로부터의 측정 결과에 근거하여, 각각의 배터리 셀(B)에 대한 리크 여부를 결정하기 보다는, TVOC 측정에 앞서 진공 전 두께 및 진공 후 두께를 측정하여 얻어진 스웰링 측정에 부수적으로 TVOC 측정 결과를 참조하여 리크 여부를 재차 확인하며 리크 여부를 최종적으로 판단할 수 있다. 상기 TVOC 배관 밸브(VT)는, 상부 챔버(UC)에 장착되며, 상부 챔버(UC) 중에서 다수의 수용 공간(G) 사이의 위치에서 다수의 수용 공간(G)과 유체적으로 연결되며, 상기 TVOC 센서(VTS)는 다수의 수용 공간(G)으로부터 강제 유입되는 전체 가스에 대한 TVOC 농도를 측정할 수 있다.
상기 TVOC 센서(VTS)는, 측정 결과를 제어부(100)로 전송할 수 있으며, 제어부(100)는 TVOC 농도에 관한 정보에 근거하여 기준치 보다 높은 농도가 측정되는지 여부에 따라 리크 여부를 판단할 수 있으며, 측정 결과를 작업자에게 전송하여, 작업자로 하여금 리크 여부를 판단하도록 할 수 있다. 예를 들어, TVOC 농도가 기준치 보다 높다는 것은, 불량품의 배터리로부터 누출된 전해질의 휘발성 성분에 기인한 것으로 판단할 수 있다.
상기 TVOC 측정 단계(S70) 이후에는 배터리 셀의 양품/불량품 판정 단계(S80)가 진행될 수 있다. 상기 배터리 셀(B)의 양품/불량품 판정은, 앞서 진공 전 두께 측정 단계와 진공 후 두께 측정 단계에서 측정된 두께의 변화에 관한 정보를 입수한 제어부(100)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 상기 제어부(100)는, 두께 측정 센서(TS)로부터 입수된 각각의 배터리 셀(B)에 대한 진공 전 두께와 진공 후 두께를 대조 비교하고, 해당 배터리 셀(B)의 스웰링 여부를 판단할 수 있고, 진공 전 두께에 비해, 진공 후 두께가 기준치 이상으로 증가한 배터리 셀(B), 즉, 스웰링이 발생한 배터리 셀(B)에 대해 불량품으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부(100)는, TVOC 측정 단계에서 검출된 TVOC 농도가 기준치 보다 높은 수치인지 여부에 따라 해당 배터리 셀(B)을 불량품으로 판단할 수 있다. 이때, TVOC 측정은, 안착 지그(ZG) 단위로 다수의 배터리 셀(B)에 대해 진행되므로, 각 배터리의 스웰링 여부에 근거하여 배터리 단위로 양품/불량품 여부를 판단할 수 있으며, TVOC 측정 결과는 불량품 배터리의 존재를 확인하기 위한 부가적인 정보로 활용될 수 있다.
양품/불량품의 판단은, 각각의 센서, 즉, 두께 측정 센서(TS) 및 TVOC 센서(VTS)로부터 측정 결과를 입수한 제어부(100)에 의해 이루어질 수 있고, 또는 제어부(100)를 통하여 측정 결과를 전달받은 작업자에 의해 이루어질 수도 있다. 제어부(100)에 의해 양품/불량품의 판단이 이루어지기 위해서는 명확한 판단 기준이 설정될 필요가 있고, 예를 들어, 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이에 대해 기준치를 마련하고, 기준치를 넘는 두께 변화에 대해 스웰링(또는 리크)으로 판단할 수 있으며, TVOC 측정 결과에 대해서도 TVOC 농도에 대한 기준치를 마련하고, 기준치를 넘는 TVOC 농도에 대해 리크로 판단할 수 있다.
상기 배터리 셀의 양품/불량품 판정 단계(S80) 이후에는 진공 챔버 개방 단계(S90) 및 배터리 셀의 배출 단계(S100)가 진행될 수 있다. 즉, 앞서 설명된 바와 같이, 리크 검사가 완료된 후, 상기 상부 챔버(UC)는, 검사가 완료된 배터리를 검사 스테이지(IS)로부터 배출하기 위해 하부 챔버(LC)로부터 멀어지는 방향으로 상승하도록 구동되어 진공 챔버(VC)를 개방한다. 그리고, 상부 챔버(UC)로부터 해방된 하부 챔버(LC)는 상부 챔버(UC)로부터 멀어지도록 일 방향(전후 방향)을 따라 구동되며, 검사 완료된 배터리는 하부 챔버(LC)와 함께 검사 스테이지(IS)로부터 배출된다. 검사 스테이지(IS)에서 벗어난 하부 챔버(LC)는, 새로운 배터리가 안착된 안착 지그(ZG)로 교체된 후, 새로운 배터리의 리크 검사를 위해 제품 투입 단계로부터 진행되는 일련의 검사 단계들에 재차 투입될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은, 충전 및 방전이 가능한 에너지원으로서의 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법에 적용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 배터리 셀의 리크 여부를 검사하기 위한 배터리 셀의 리크 검사 장치로서,
    배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 마주하게 배치되어 상기 수용 공간에 대한 실링을 제공하는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 수용 공간을 외부의 제1 압력과 다른 제어된 압력으로 설정하기 위한 진공 챔버;
    상기 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 상기 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 배관 밸브; 및
    상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하고, 상기 제2 압력 하에서 상기 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하기 위한 두께 측정 센서;를 포함하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이에 따라 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진공 전 두께와 진공 후 두께를 대조하여 스웰링이 발생한 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 사전에 설정된 기준치와 상기 두께 차이를 대소 비교하고, 기준치를 초과하는 두께 차이가 측정된 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 수용 공간 내로부터 내부 가스를 흡인하기 위한 TVOC 배관 밸브; 및
    상기 내부 가스의 흡인 유로 상에 배치되어 흡인된 내부 가스로부터 총휘발성 유기화합물의 농도를 측정하기 위한 TVOC 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 두께 측정 센서로부터 전송된 진공 전 두께와 진공 후 두께에 관한 정보 및 상기 TVOC 센서로부터 전송된 총휘발성 유기화합물의 농도에 관한 정보를 종합하여 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 수용 공간을 상기 제2 압력 보다 높은 제3 압력으로 설정하기 위한 파기 배관 밸브를 더 포함하고,
    상기 TVOC 배관 밸브는 상기 제3 압력으로 설정된 수용 공간 내로부터 내부 가스를 강제 흡인하도록 제3 압력 보다 낮은 음압을 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수용 공간은 다수로 마련되며,
    상기 진공 배관 밸브, TVOC 배관 밸브 및 파기 배관 밸브는, 상기 상부 챔버 중, 다수의 수용 공간 사이의 위치에 형성되어 다수의 수용 공간과 유체적으로 연결되며 다수의 수용 공간에 대해 공유되는 압력을 설정해주는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 두께 측정 센서는, 상기 상부 챔버 중, 상기 수용 공간과 마주하는 위치에 형성되어 수용 공간 내의 배터리 셀과 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 두께 측정 센서는, 비접촉식 와전류 센서이며,
    상기 상부 챔버에는 상기 두께 측정 센서를 둘러싸서 절연하기 위한 절연 블록이 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 두께 측정 센서는, 각각의 수용 공간에 대응하여 다수로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압력은 대기압인 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하부 챔버에는 다수의 수용 공간이 형성된 안착 지그가 조립되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 안착 지그 단위로 검사를 진행하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 장치.
  15. 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 진공 배관 밸브를 포함하는 검사 장치를 이용한 배터리 셀의 리크 검사 방법으로서,
    배터리 셀의 수용 공간을 사이에 두고 상부 챔버와 하부 챔버가 서로 마주하게 배치되는 검사 스테이지가 제공되도록 배터리 셀을 검사 위치로 투입하는 제품 투입 단계;
    상기 하부 챔버를 향하여 상기 상부 챔버를 하강시켜서, 상기 수용 공간을 밀봉하기 위한 진공 챔버 밀봉 단계;
    상기 배터리 셀의 수용 공간에 대해, 진공 챔버의 밀봉 전과 같은 제1 압력이 유지되도록 상기 진공 배관 밸브를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 압력 하에서 배터리 셀의 진공 전 두께를 측정하는 진공 전 두께 측정 단계;
    상기 진공 배관 밸브를 온으로 전환하여 상기 배터리 셀의 수용 공간을 제1 압력 보다 낮은 제2 압력으로 설정하기 위한 진공 설정 단계; 및
    상기 제2 압력 하에서 배터리 셀의 진공 후 두께를 측정하는 진공 후 두께 측정 단계를 포함하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이에 따라 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 양품/불량품 판정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 양품/불량품 판정 단계에서는, 상기 진공 전 두께와 진공 후 두께를 대조하여 스웰링이 발생한 배터리 셀에 대해 리크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 수용 공간과 유체적으로 연결되어 있는 파기 배관 밸브를 온으로 전환하여 상기 수용 공간을 제2 압력 보다 높은 제3 압력으로 설정하기 위한 진공 파기 단계; 및
    상기 제3 압력으로 설정된 수용 공간 내로부터 내부 가스를 강제 흡인하고, 흡인된 내부 가스로부터 총휘발성 유기화합물의 농도를 측정하기 위한 TVOC 측정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 진공 전 두께와 진공 후 두께 사이의 두께 차이 및 상기 총휘발성 유기화합물의 농도를 종합하여 배터리 셀의 리크 여부를 판단하는 양품/불량품 판정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제품 투입 단계는,
    둘 이상 다수의 배터리 셀의 수용 공간이 마련된 안착 지그를 상기 하부 챔버에 조립하는 단계; 및
    다수의 배터리 셀을 수용한 하부 챔버를, 상부 챔버의 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    검사 완료된 배터리 셀을 배출하기 위하여, 상기 하부 챔버로부터 멀어지는 방향으로 상기 상부 챔버를 상승시키는 진공 챔버 개방 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 리크 검사 방법.
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