WO2026019151A1 - 배터리 셀 용접용 정렬장치 및 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법 - Google Patents

배터리 셀 용접용 정렬장치 및 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법

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WO2026019151A1
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battery cell
alignment
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welding
respect
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이주호
김민태
이준오
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an alignment device for battery cell welding and a method for aligning a battery cell and a welding device, and more specifically, to a method for aligning a battery cell and a welding device, which can prevent defects by performing welding after checking whether a welding part is aligned, and an alignment device for battery cell welding to which such a method can be applied.
  • Cylindrical battery cells house jelly-roll-shaped electrode assemblies within a cylindrical metal can, making them more shock- and temperature-resistant than pouch-type batteries. Consequently, demand for can-shaped cells in vehicle battery packs is growing.
  • Conventional can-shaped battery cells electrically connect the electrodes and the can or terminals by bonding a separate tab member to the current collector of the electrode assembly and bonding the tab member to the can or terminal.
  • the structure for electrically connecting the electrodes and terminals takes up a significant amount of internal space within the can.
  • this electrical connection structure has limitations in reducing internal resistance because the current path is limited to the tab member. An electrical connection structure that makes it difficult to reduce internal resistance is unsuitable for application to large-capacity battery cells that carry high currents.
  • cylindrical battery cells are being developed with increasing volume. Furthermore, technological development is being focused on maximizing the internal space of cylindrical battery cells, maximizing the volume of the electrode assembly within the space. Furthermore, active technological development is underway to reduce the internal resistance between the electrodes and terminals or cans of the electrode assembly.
  • a structure has recently been developed in which a non-coated portion of the current collector is exposed to the axial end of the electrode assembly, folded in a radial direction so that the folded non-coated portion forms a flat surface facing the axial direction, a current collector plate is welded to the surface, and the current collector plate is again joined to a can or terminal.
  • the current path between the electrode and the can or terminal is widened to lower the internal resistance, while the space inside the can occupied by the electrical connection structure between the electrode and the can or terminal is minimized, thereby further increasing the energy density of the battery cell.
  • the welding positions of the current collector and the can are not precisely aligned when welding, the welding may be incomplete or weak, which may cause the current path to become narrower or the internal resistance to increase.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problem, and aims to provide an alignment method capable of accurately aligning a welding position of a battery cell with respect to a welding device for a welding process, and an alignment device capable of implementing the alignment method.
  • the present invention aims to provide an alignment method capable of accurately checking the alignment state of a battery cell with respect to a welding device immediately before welding of the battery cell, thereby preventing the occurrence of defects such as weak welding or no welding due to welding position alignment errors, and an alignment device capable of implementing such alignment method.
  • the present invention provides an alignment device including a photographing unit (75), a position correction unit (71), and a control unit (77).
  • the above-mentioned photographing unit (75) can photograph the battery cell (90) to obtain an image (I) of the battery cell (90).
  • the above position correction unit (71) can correct the position of at least a portion of the battery cell (90) with respect to the welding device (60).
  • the above control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) in the image (I) using the first information.
  • the above first information may be information that mathematically expresses a shape (form) that corresponds or can correspond to at least a part of at least one of the alignment target portions (45, 47, 48).
  • the above control unit (77) can calculate an offset amount, which is the difference between the alignment reference position and the detection position, for each of at least one of the detected alignment target parts (45, 47, 48).
  • the above control unit (77) can control the position correction unit (71) so that the offset amount is reduced.
  • the photographing unit (75) may include a coaxial light and a vision camera.
  • the above coaxial lighting can irradiate light to the battery cell (90) in a direction parallel to the axial direction of the battery cell (90).
  • the above vision camera can photograph the battery cell (90) in a direction parallel to the axial direction of the battery cell (90).
  • the position correction unit (71) may include a motor.
  • the above motor may be capable of controlling the rotation angle about the rotation center axis.
  • the first information may include vector information.
  • the above vector information may be information that expresses the shape as a vector or can be expressed as a vector.
  • the above control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) using the above vector information.
  • the photographing unit (75) can photograph the battery cell (90) to obtain the image (I) including the current collector (40) accommodated in the can (10) of the battery cell (90).
  • Each of the above alignment target portions (45, 47, 48) can be provided on the collector plate (40).
  • each of the alignment target portions (45, 47, 48) may include a first portion (47), a second portion (48), and an extension portion (45).
  • the above first portion (47) and second portion (48) can be provided in the battery cell (90).
  • the first part (47) and the second part (48) can be spaced apart from each other.
  • the above extension portion (45) can be extended between the first portion (47) and the second portion (48) to connect the first portion (47) and the second portion (48).
  • each of the extension portions (45) may extend radially with respect to the center (O) within the battery cell (90), or may extend obliquely with respect to the axial direction of the battery cell (90).
  • the first information may include information mathematically representing a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of first edges (V1).
  • the above pair of first edges (V1) can be defined by both ends in the width direction of the extension portion (45) of at least one of the alignment target portions (45, 47, 48).
  • the above width direction may intersect with the extension direction of the above extension portion (45).
  • the above control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) by detecting the pair of first edges (V1) in the image (I) using the above first information.
  • the first information may include information mathematically representing a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of second edges (V2).
  • the above pair of second edges (V2) can be defined by the first portion (47) and the second portion (48) of at least one of the alignment target portions (45, 47, 48).
  • the above control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) by detecting the pair of second edges (V2) in the image (I) using the above first information.
  • the pair of second edges (V2) may be substantially perpendicular to a radial direction with respect to a center (O) within the battery cell (90) or substantially parallel to a circumferential direction with respect to the center (O).
  • the normal direction of the surface of the extended portion (45) may intersect with the normal direction of the surface of the battery cell (90) outside the extended portion (45) with the first portion (47) as the boundary, or may intersect with the normal direction of the surface of the battery cell (90) outside the extended portion (45) with the second portion (48) as the boundary.
  • each of the alignment target portions (45, 47, 48) may be provided on a current collector plate (40) accommodated in a can (10) of the battery cell (90).
  • the above current collector (40) may be provided with one or more electrode contacts (42), one or more can contacts (44), and a current-carrying portion (46).
  • the above one or more electrode joints (42) can be joined to the tab (27) of the electrode (22) of the electrode assembly (20) accommodated in the can (10).
  • the one or more can joints (44) can be welded to the can (10) by the welding device (60) that welds the current collector (40) to the can (10).
  • the above-mentioned conductive portion (46) can be extended to electrically connect the one or more electrode contact portions (42) and the one or more can contact portions (44).
  • Each of the above extension portions (45) can be provided in the above power supply portion (46).
  • the collector plate (40) may include a plate portion (41), one or more pit portions (43), and one or more leg portions (45).
  • the above one or more pit portions (43) may be arranged radially outward and axially outward than the above plate portion (41).
  • the one or more leg portions (45) may be extended to connect the plate portion (41) and the one or more pit portions (43).
  • the above one or more electrode contact portions (42) may be provided on the plate portion (41).
  • the above one or more can joints (44) can be provided in the above one or more pit parts (43).
  • the above one or more leg portions (45) may constitute a part of the above conductive portion (46).
  • each of the first portions (47) may substantially correspond to each of the first bend portions (47) provided at the connection portions of the plate portion (41) and each of the leg portions (45).
  • Each of the second portions (48) can substantially correspond to each of the second bend portions (48) provided at the connection portions of each of the pit portions (41) and each of the leg portions (45).
  • the alignment reference position may correspond to the position of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60).
  • the above detection location may correspond to the location of the center point (C) of at least a portion of the alignment target area (45, 47, 48) detected in the image (I).
  • the alignment reference position may include a first azimuth angle (K) of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60) with respect to the center (O) within the battery cell (90).
  • the above detection location may include a second azimuth angle (K) of the alignment target portion (45, 47, 48) detected in the image (I) with respect to the center (O).
  • the above offset amount may include an offset angle which is the difference between the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K).
  • the first azimuth angle (K) may be the azimuth angle (K) of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60) with respect to the center (O).
  • the above second azimuth angle (K) may be the azimuth angle (K) of the center point (C) of at least a portion of the alignment target area (45, 47, 48) detected in the image (I) with respect to the center (O).
  • the position of the center (O) can be calculated using a plurality of the alignment reference positions or a plurality of the detection positions.
  • the offset amount may include an offset angle with respect to the rotation center axis of the position correction unit (71).
  • the above control unit (77) can control the position correction unit (71) to rotate at least a portion of the battery cell (90) so that the offset amount is reduced.
  • the present invention provides a welding system including a transport device (80) and the alignment device (70) of any one of claims 1 to 20.
  • the above transport device (80) can transport the battery cell (90) to the welding device (60).
  • the above alignment device (70) can align the position of the battery cell (90) with respect to the welding device (60).
  • the photographing unit (75) of the alignment device (70) can photograph the battery cell (90) being transported toward the welding device (60) by the transport device (80).
  • the position correction unit (71) of the alignment device (70) may be installed in the transport device (80).
  • the present invention provides an alignment method (S100) including a shooting step (S110), a detection step (S120), a calculation step (S130), and a correction step (S140).
  • the battery cell (90) can be photographed to obtain an image (I) of the battery cell (90).
  • At least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) can be detected in the image (I) using first information that mathematically expresses a shape (form) that corresponds or can correspond to at least a part of the alignment target portion (45, 47, 48).
  • an offset amount which is the difference between the alignment reference position and the detection position, can be calculated.
  • the position of at least a portion of the battery cell (90) can be corrected so that the offset amount is reduced.
  • the photographing step (S110) in the photographing step (S110), light is irradiated to the battery cell (90) in a coaxial direction and the battery cell (90) is photographed in a photographing direction parallel to the coaxial direction to obtain an image (I) of the battery cell (90).
  • the coaxial direction may be parallel to the axial direction of the battery cell (90) or perpendicular to an imaginary plane substantially including the current collector (40) accommodated in the battery cell (90).
  • the first information may include information mathematically expressing a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of first edges (V1).
  • the pair of first edges (V1) may be defined by both ends in the width direction intersecting the extension direction of at least one of the alignment target portions (45, 47, 48).
  • the detection step (S120) may include a process of detecting the pair of first edges (V1) in the image (I) using the first information.
  • the first information may include information mathematically expressing a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of second edges (V2).
  • the pair of second edges (V2) may be defined by a first portion (47) and a second portion (48) at opposite ends of at least one of the alignment target portions (45, 47, 48) in the extension direction.
  • the detection step (S120) may include a process of detecting the pair of second edges (V2) in the image (I) using the first information.
  • the alignment reference position may include a first azimuth angle (K) of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60) with respect to the center (O) within the battery cell (90).
  • the above detection location may include a second azimuth angle (K) of the alignment target portion (45, 47, 48) detected in the image (I) with respect to the center (O).
  • the above offset amount may include an offset angle.
  • the above calculation step (S130) may include a process of calculating the offset angle from the difference between the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K).
  • the correction step (S140) may align the position of the battery cell (90) with respect to the welding device (60) by rotating at least a portion of the battery cell (90) so that the offset amount is reduced.
  • an image of the battery cell is acquired and analyzed to align the transported battery cell with respect to the welding device, so that it can be applied to the transfer of battery cells in a production line.
  • the battery cell transferred to the welding device arrives in a state aligned with respect to the welding device, welding can be performed accurately at the welding location of the battery cell without a process of aligning the welding device with respect to the battery cell, that is, even when the welding device is fixed.
  • the present invention it is possible to completely manage the welding process of a battery cell so that no welding or weak welding occurs, thereby preventing defects from occurring in the welding process of a battery cell.
  • the alignment of the battery cell with respect to the welding device is performed immediately before the battery cell is transferred to the welding device, the alignment of the battery cell is not disturbed again during the transfer process, thereby ensuring welding quality.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of an electrode assembly of a battery cell to which a welding method of a battery cell according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the electrode assembly of Figure 1.
  • Figure 3 is a perspective view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a perspective view showing a state in which a first collector plate is joined to the axial first end of the electrode assembly of Fig. 3.
  • Fig. 5 is a perspective view showing a state in which a second collector plate is joined to the axial second end of the electrode assembly of Fig. 3.
  • Figure 6 is a cross-sectional perspective view of the housing of the battery cell.
  • Fig. 7 is a cross-sectional view showing an electrode assembly inserted into the housing of Fig. 6.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the side wall near the opening of the housing of Fig. 7 has been beaded.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating a welding system including a welding device, a transport device for transporting battery cells to the welding device, and an alignment device for the battery cells.
  • Figure 10 is a front view of Figure 9.
  • Figure 11 is a drawing showing an image taken by the photographing section of the alignment device of a battery cell being transported by a transport device.
  • FIG. 12 is a drawing showing a state in which a pair of first edges and a pair of second edges are detected using the first information in the image of FIG. 11, and an alignment target area is detected through these.
  • Fig. 13 is a drawing showing a state in which the center within the battery cell is selected through the center points of the alignment target portion of Fig. 12.
  • Fig. 14 is a drawing showing a state in which the azimuth of the alignment target portion relative to the center within the battery cell of Fig. 13 is calculated.
  • Figure 15 is a front view showing the process of aligning the battery cell to the welding device using an alignment device.
  • Fig. 16 is a flowchart showing a method of aligning battery cells for a welding device performed by the alignment device of the present invention.
  • Figure 17 is a cross-sectional view showing the process of welding battery cells aligned by an alignment device by a welding device.
  • Figure 18 is a perspective view of a battery cell after the welding process has been completed by a welding device.
  • Figure 19 is a cross-sectional view showing the state in which the opening of a completed battery cell in the welding process is covered with a cap.
  • Figure 20 is a cross-sectional view showing the edge of the cap covering the opening being pressed with a crimping portion.
  • Figure 21 is a cross-sectional view of a completed battery cell.
  • Figure 22 is a flowchart of a method for aligning battery cells according to one embodiment of the present invention.
  • Position compensation unit (motor, lifting unit, pressurizing unit)
  • first and second While terms including ordinal numbers, such as “first” and “second,” may be used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are used solely to distinguish one component from another. Therefore, unless otherwise stated, a “first” component may also be a “second” component.
  • the term "axial direction” refers to the direction in which the axis forming the winding center of the jelly-roll-shaped electrode assembly, i.e., the core axis, extends. This can be understood as a concept encompassing both directions in which the axis extends. Therefore, in the specification, when the term “axial direction” is used without any specific configuration limitation, it can be understood as the direction in which the core axis extends.
  • radial direction refers to a direction toward or away from the axis. This can be understood as a concept that includes both directions toward or away from the axis.
  • the circumferential direction or the circumferential direction refers to the direction surrounding the axis.
  • the width direction of the electrode assembly in the unfolded state corresponds to the axial direction of the jelly roll.
  • the length direction of the electrode assembly in the unfolded state corresponds to the circumferential direction of the jelly roll.
  • the normal direction to the electrode surface in the unfolded state of the electrode assembly corresponds to the radial direction of the jelly roll.
  • FIGS. 1 to 6 the manufacturing process and structure of an embodiment of a cylindrical battery cell manufactured using a welding system according to the present invention will be described.
  • the battery cell (90) of the embodiment may include a housing (10) having a side wall (11) extending in the axial direction, an end wall (12) connected to an axial first end of the side wall (11), and an open end or opening provided at an axial second end of the side wall (11).
  • the housing (10) may be a can (10) made of metal.
  • the battery cell (90) may have a jelly-roll-shaped electrode assembly (20) accommodated in a can (10).
  • the electrode assembly (20) can be manufactured in the form of a jelly-roll as shown in FIG. 3 by preparing a first electrode (21), a second electrode (22), and a separator (28) that extend in the longitudinal direction with a predetermined width as shown in FIG. 1, and forming a laminate by stacking the first electrode (21), the separator (28), the second electrode (22), and the separator (28) in that order as shown in FIG. 2 and winding it around a core shaft.
  • the first electrode (21) may be an anode
  • the second electrode (22) may be a cathode.
  • the opposite may also be the case.
  • the first electrode (21) and the second electrode (22) can be manufactured in the form of a roll sheet that extends in the longitudinal direction with a predetermined width.
  • the electrodes (21, 22) can be manufactured in the form of forming an active material layer by applying an active material (24) to the surface of a metal foil constituting a current collector (23) and rolling it.
  • the electrodes (21, 22) can have a holding portion (25) region where the active material (24) is applied, and a non-conductive portion (26) region where the active material (24) is not applied.
  • the first electrode (21) can have a non-conductive portion (26) region at a first end of the current collector (23) in the width direction
  • the second electrode (22) can have a non-conductive portion (26) region at a second end of the current collector (23) opposite the first end in the width direction.
  • the first electrode (21) and the second electrode (22) can be laminated such that their uncoated portions (26) extend further outward in the width direction than the separator (28) at the first and second ends in the width direction of the electrode assembly (20), respectively.
  • the uncoated portion (26) of the first electrode (21) can protrude from the axial first end of the rolled jelly-roll, and the uncoated portion (26) of the second electrode (21) can protrude from the axial second end of the jelly-roll.
  • the uncoated portion (26) itself can function as at least one electrode tab (27).
  • Notches may be formed at a predetermined interval in the non-conductive portion (26) to form flag-shaped notched tabs (27).
  • the notching tab (27) can be folded and flattened radially as shown in FIG. 3.
  • the notching tab (27) can be folded radially inward or outward.
  • the notching tabs (27) of the first electrode (21) and the notching tabs (27) of the second electrode (22), which are bent in the radial direction and overlapped in multiple numbers in the axial direction, can provide a plane that is substantially perpendicular to the axial direction at the axially opposite ends of the electrode assembly (20).
  • the first collector plate (30) and the second collector plate (40) can be joined to a substantially flat surface provided by bending the notched tabs (27) exposed at both axial ends of the electrode assembly (20), as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the first collector plate (30) may include a central portion (33) provided at a position corresponding to the core hollow portion of the electrode assembly (20), a peripheral portion (31) surrounding the central portion (33), and a bridge (35) extending radially to connect the central portion (33) and the peripheral portion (31).
  • the bridge (35) may function as a conductive portion (36) that electrically connects the peripheral portion (31) and the central portion (33).
  • An electrode connection portion (32) welded to a notched tab (27) of the first electrode (21) may be provided in the peripheral portion (31).
  • the second collector plate (40) may include a plate portion (41) laminated on the flat surface of the notched tabs (27) provided at the axial second end of the electrode assembly (20).
  • the plate portion (41) may be an annular flat plate having a center hole corresponding to the core hollow portion of the electrode assembly (20).
  • the surface of the plate portion (41) may form one or more electrode bonding portions (42) that are penetratedly welded to the electrode tabs (27) of the second electrode (22) by a laser.
  • the second collector plate (40) may include one or more legs (45) that extend obliquely axially outward from the edge of the plate portion (41) toward the radial outer side.
  • the one or more legs (45) are provided at 90-degree intervals along the circumferential direction.
  • the number of legs (45) is not limited thereto.
  • One or more feet (43) may be connected to the radially outer end of one or more leg portions (45).
  • Each foot portion (43) has an arc shape extending in the circumferential direction and may be connected to each leg portion (45) at the center of the arc shape.
  • the one or more feet (43) are arranged at a position offset axially outwardly with respect to the plate portion (41) and may be arranged radially further outward than the plate portion (41). It is exemplified that the one or more feet (43) are provided four at 90-degree intervals along the circumferential direction so as to correspond to the four leg portions (45), respectively.
  • the number of feet (43) is not limited thereto, and the number of feet (43) does not necessarily have to follow the number of legs (45).
  • the first collector plate (30) is exemplified as a positive collector plate and the second collector plate (40) is a negative collector plate.
  • the opposite may also be true.
  • the electrode assembly (20) can be accommodated inside the can (10) through the opening of the can (10), as illustrated in FIGS. 6 and 7.
  • an insulator (19) Prior to inserting the electrode assembly (20) into the can (10), an insulator (19) can be laminated on the inner surface of the end wall (12). The insulator (19) can electrically insulate the first collector plate (30) from the end wall (12).
  • the end wall (12) of the can (10) may have a disc shape with a hole formed in the center, and the side wall (11) may have a circular tube shape surrounding the internal volume of the can (10).
  • a first electrode terminal (15) can be fitted into the hole.
  • the first electrode terminal (15) can be fixed to the end wall (12) with a terminal gasket (16) interposed therebetween.
  • the terminal gasket (16) is interposed between the first electrode terminal (15) and the end wall (12), sealing the inside and outside of the can (10) to prevent leakage of the electrolyte and electrically insulating the first electrode terminal (15) from the end wall (12).
  • the first electrode terminal (15) may have a first polarity
  • the can (10) may have a second polarity. That is, the end wall (12) of the can (10) and the side wall (11) connected thereto may both have a second polarity.
  • the electrode assembly (20) can be accommodated in the can (10) in a state where the first collector plate (30) is aligned so as to face the end wall (12) of the can (10).
  • an insulator (19) can be interposed between the first collector plate (30) and the end wall (12) of the can (10) to electrically insulate the first collector plate (30) from the end wall (12).
  • the central portion (33) of the first collector plate (30) can be joined to the first electrode terminal (15) fixed to the can (10) by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding, or the like to define a terminal connection portion (34).
  • the electrode tab (27) of the second electrode (22) and the second collector plate (40) can be positioned to face the open end of the side wall (11), i.e., the opening of the housing (10).
  • the side wall (11) may be concavely formed radially inwardly from the axial outer side of the electrode assembly (20) by plastic processing to form a beading portion (13).
  • the beading portion (13) supports the electrode assembly (20) accommodated in the can (10) in the axial direction, and may also support the inner surface of the edge of the cap (50) that covers the open end of the can (10) in the axial direction.
  • one or more pit portions (43) of the second collector plate (40) can be positioned approximately above the beading portion (13).
  • one or more pit portions (43) and the plate portion (41) arranged so as to have a height difference can be connected by one or more leg portions (45) that extend obliquely in the radial outward direction and the axial outward direction from the plate portion (41).
  • a first bend portion (47) may be provided at the connection portion between the plate portion (41) and each leg portion (45), and a second bend portion (48) may be provided at the connection portion between each pit portion (43) and each leg portion (45).
  • the normal of the virtual plane including the plate portion (41) may be substantially parallel to the axial direction.
  • the normal of the virtual plane including each pit portion (43) may be substantially parallel to the axial direction.
  • the normal of the virtual plane including each leg portion (45) may extend in a direction inclined with respect to the axial direction.
  • Each pit portion (43) can be in contact with the axial upper surface of the bead portion (13).
  • the battery cell (90) on which the beading process has been completed is provided to a welding system described below, so that each pit portion (43) is welded to the bead portion (13) by a welding device (60), and the welded portion can form each can joint portion (44).
  • the second collector plate (40) may be provided with a conductive portion (46) that electrically connects one or more electrode contact portions (42) and one or more can contact portions (44).
  • each leg portion (45) may form a part of the conductive portion (46).
  • one or more alignment target portions (45, 47, 48) described below may be provided on the second collector plate (40).
  • a welding system may include a transport device (80), a welding device (60), and an alignment device (70). Each component will be described in detail below.
  • a transport device (80) can transport a battery cell (90) to a welding device (60).
  • the transport device (80) can include a rotary table (81), a rotary shaft (82), and one or more cell receiving portions (83).
  • a battery cell (90) having a beaded portion (13) formed thereon can be transported by a rotary table (81) rotating around a rotary shaft (82) while being received in one or more cell receiving portions (83) provided along the periphery of the rotary table (81).
  • the transport device (80) may include an elevating member (71).
  • the elevating member (71) is provided below the cell receiving member (83) of the rotary table (81) and can elevate a battery cell (90) seated in the cell receiving member (83) toward a welding mask (61) described later or lower it from the welding mask (61).
  • the lifting member (71) can raise the battery cell (90) relative to the welding mask (61) while supporting the bottom surface of the end wall (12) placed at the bottom of the battery cell (90), thereby bringing the battery cell (90) into close contact with the welding mask (61).
  • a welding device (60) may be provided on top of a rotary table (81) at a predetermined process position in the circumferential direction of the rotary table (81).
  • the welding device (60) may include a welding heating unit (68) and a welding mask (61).
  • the welding device (60) may weld a battery cell (90).
  • the welding device (60) may weld a second collector plate (40) to a can (10).
  • the welding heating unit (68) may be positioned above the rotary table (81) at the above process location.
  • the welding heating unit (68) may include a generator (68) that irradiates a laser to the battery cell (90).
  • the generator (68) may irradiate a laser to the welding area (44) of the second current collector (40) and the beading unit (13).
  • the welding heating unit (68) can be installed independently of the rotary table (81). That is, the welding heating unit (68) can be placed at a predetermined position independently of the rotation of the rotary table (81).
  • the welding mask (61) can pressurize the welding portion (44) of the battery cell (90). For example, the welding mask (61) can bring the bead portion (13) of the battery cell (90) and one or more pit portions (43) of the second current collector (40) into close contact with each other.
  • the welding mask (61) can be positioned above the rotary table (81). Although the drawing shows one welding mask (61) at the process position, a plurality of welding masks (61) can be installed along the circumference to correspond to the number of battery cells (90) transported by the rotary table (81), i.e., the number of cell receiving portions (83) of the rotary table (81), and can rotate together with the rotary table (81).
  • An alignment device (70) may be placed adjacent to a welding device (60).
  • the alignment device (70) may include a photographing unit (75), a position correction unit (71), and a control unit (77).
  • the alignment device (70) may align the position of the battery cell (90) with respect to the welding device (60).
  • the photographing unit (75) can photograph the battery cell (90) to obtain an image of the battery cell (90) (e.g., including the second collector plate (40)).
  • the photographing unit (75) can photograph the battery cell (90) being transported toward the welding device (60).
  • the photographing unit (75) may include a coaxial light (not shown) that irradiates light to the battery cell (90) (e.g., the second collector plate) in a direction parallel to the axial direction of the battery cell (90), and a vision camera (75) that photographs the battery cell (90) (e.g., the second collector plate) in a direction parallel to the axial direction of the battery cell (90).
  • a coaxial light not shown
  • irradiates light to the battery cell (90) e.g., the second collector plate
  • a vision camera 75
  • the embodiment exemplifies that the photographing direction of the photographing unit (75) is parallel to the axial direction of the battery cell (90).
  • the photographing direction is not necessarily limited thereto.
  • the photographing unit (75) can be installed independently of the rotary table (81). That is, the photographing unit (75) can be positioned at a predetermined position independently of the rotation of the rotary table (81). The photographing unit (75) can be installed immediately before the welding process position in the transport path of the transport device (80).
  • the photographing unit (75) can photograph the battery cell (90) being transported along the transport path of the transport device (80).
  • one or more leg portions (45) of the second current collector (40) may be expressed as darker than other portions of the second current collector (40), i.e., the plate portion (41) and one or more pit portions (43). This may be due to the fact that among the reflected light reflected from the coaxial lighting, light reflected by one or more leg portions (45) does not enter the vision camera (75).
  • the captured image (I) may include a reference image.
  • the battery cell (90) e.g., the second collector plate
  • each alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) e.g., the second collector plate
  • each alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) may be located at each alignment reference position.
  • the captured image (I) may include a target image.
  • a battery cell (90) e.g., a second collector plate
  • the target image at least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) (e.g., a second collector plate) may be positioned off from at least one alignment reference position.
  • the captured image (I) can be transmitted to the control unit (77).
  • the control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) (e.g., the second collector plate) in the image (I) using the first information.
  • the first information may be information that mathematically (e.g., vector or geometric) expresses a shape (form) that corresponds or can correspond to at least a portion (e.g., a one-dimensional line or a two-dimensional shape) of at least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) (e.g., the second current collector).
  • the first information may include vector information that expresses the shape as a vector or can be expressed as a vector.
  • the first information may include geometric information that geometrically expresses the shape.
  • the vector information may include information that can express the shape as a vector. This vector information may be identical to the geometric information. If the shape is a square, the vector information and the geometric information may include, for example, the positions of the four corners of the square. If the shape is a circle, the vector information and the geometric information may include, for example, the position of the center point and the radius of the circle. If the shape is one or more connected or separated straight lines or curves, the vector information and the geometric information may include the positions and curvatures of the two endpoints of each straight line or each curve.
  • the vector information may include information expressing the shape as a vector. This vector information may be different from the geometric information. For example, if the shape is a) a square, b) a circle, or c) a line, the vector information may include a') four vectors corresponding to the four sides of the square, b') a vector equation of the circle, or c') a vector or vector equation corresponding to each line.
  • the first information may be information about a reference shape. That is, the first information may be information that mathematically expresses a reference shape (e.g., within an image) corresponding to at least a portion of at least one alignment target portion (45, 47, 48) of a battery cell (90) (e.g., a second current collector).
  • the first information about the reference shape may be input by a user or automatically extracted from an image (e.g., a reference image).
  • the control unit (77) may automatically extract the first information about the reference shape by detecting a set of edges or contours in the reference image and detecting a shape (e.g., a square or a straight line) formed by at least some of the edges or contours.
  • the method for detecting edges or contours, the method for detecting a shape formed by the edges or contours, and the method for extracting the first information from the detected shape may follow or be derived from known techniques.
  • control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) by finding at least some edges or contours in the target image that are similar to the reference shape (e.g., similar in aspect ratio to the rectangle or similar in length and direction to the straight line) by using first information about a reference shape (e.g., a square or a straight line) after detecting a set of edges or contours in the target image.
  • the reference shape e.g., similar in aspect ratio to the rectangle or similar in length and direction to the straight line
  • control unit (77) can find at least some edges or contours in the target image that are similar to the reference shape by rotating or deforming the reference shape within a predetermined range or adjusting its size through a mathematical operation (e.g., a vector operation or a matrix operation) by using first information about the reference shape (e.g., vector information or geometric information).
  • a mathematical operation e.g., a vector operation or a matrix operation
  • the first information may be information about a candidate shape. That is, the first information may be information that mathematically expresses a candidate shape in a target image, which may correspond to at least a portion of at least one alignment target portion (45, 47, 48) of at least one battery cell (90) (e.g., a second current collector). There may be one or more candidate shapes. Each first information about each candidate shape may be automatically extracted from the target image. For example, the control unit (77) may automatically extract each first information about each candidate shape by detecting a set of edges or outlines in the target image and detecting each shape (e.g., a square or a straight line) formed by at least some of the edges or outlines.
  • each shape e.g., a square or a straight line
  • the control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) in the target image by finding a candidate shape that is similar to a reference shape (e.g., a square or a straight line) (e.g., similar in aspect ratio to the square or similar in length and direction to the straight line) using the respective first information for each candidate shape.
  • a reference shape e.g., a square or a straight line
  • the control unit (77) can find a candidate shape that is similar to the reference shape by rotating or deforming each candidate shape within a predetermined range or adjusting its size through a mathematical operation (e.g., vector operation or matrix operation) using the respective first information (e.g., vector information or geometric information) for each candidate shape.
  • the first information may be information about the reference shape and the candidate shape. That is, the first information may be information that mathematically expresses the reference shape and information that mathematically expresses the candidate shape. There may be one or more candidate shapes.
  • the control unit (77) can detect at least one alignment target portion (45, 47, 48) in the target image by finding a candidate shape similar to the reference shape using the first information about the reference shape and each first piece of information about each candidate shape.
  • control unit (77) can find a candidate shape similar to the reference shape by rotating or transforming the reference shape and each candidate shape within a predetermined range or adjusting the size using a mathematical operation (e.g., a vector operation or a matrix operation) using the first information about the reference shape and each first piece of information (e.g., vector information or geometric information) about each candidate shape.
  • a mathematical operation e.g., a vector operation or a matrix operation
  • control unit (77) uses the first information, even if, in the target image, i) the alignment target area (45, 47, 48) is partially omitted, distorted, or unclear, ii) the alignment target area (45, 47, 48) is rotated, deformed, or scaled, or iii) the brightness is not uniform, the control unit (77) can accurately detect the alignment target area (45, 47, 48).
  • Each of the alignment target portions (45, 47, 48) may include a first portion (47) and a second portion (48) spaced apart from each other on the battery cell (90) (e.g., the second current collector plate), and an extended portion (45) extending between the first portion (47) and the second portion (48) to connect the first portion (47) and the second portion (48).
  • each of the extended portions (45) is exemplified as a respective leg portion (45).
  • each of the first portions (47) may be a respective first bent portion (47) provided at a connection portion between the plate portion (41) and the respective leg portion (45), and each of the second portions (48) may be a respective second bent portion (48) provided at a connection portion between the respective pit portion (43) and the respective leg portion (45).
  • each extension portion (45) does not necessarily have to be limited to each leg portion (45)
  • each first portion (47) and second portion (48) does not necessarily have to be limited to each first bend portion (47) and second bend portion (48).
  • the alignment target area (45, 47, 48) can be selected in various ways depending on the shape of the battery cell (90) (e.g., the second collector plate) as long as it is an area that is easy to distinguish from other areas in the captured image (I) and can serve as a reference for alignment.
  • the four extension portions (45), i.e., the four leg portions (45), may extend radially at 90-degree intervals with respect to the center (O) within the battery cell (90) (e.g., the center of the battery cell or the second current collector (40)) and may extend obliquely with respect to the axial direction of the battery cell (90).
  • the normal direction of the surface of the extension portion (45) may intersect with the normal direction of the surface of the battery cell (90) outside the extension portion (45) with the first portion (47) as the boundary (e.g., the surface of the plate portion), or may intersect with the normal direction of the surface of the battery cell (90) outside the extension portion (45) with the second portion (48) as the boundary (e.g., the surface of the pit portion).
  • the control unit (77) can detect a pair of first edges (V1) defined by both ends in the width direction of an extension portion (45) of at least one alignment target portion (45, 47, 48) in the image (I) using the first information.
  • the width direction can intersect with the extension direction of the extension portion (45).
  • the first information can include information that mathematically expresses a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of first edges (V1) of at least one alignment target portion (45, 47, 48).
  • control unit (77) can detect a pair of second edges (V2) defined by a first portion (47) and a second portion (48) located at both ends of an extension portion (45) of at least one alignment target portion (45, 47, 48) in the image (I) using the first information.
  • the first information can include information that mathematically expresses a shape corresponding or capable of corresponding to a pair of second edges (V2) of at least one alignment target portion (45, 47, 48).
  • a pair of first edges (V1) may be detected as corner portions of both sides of the leg portion (45) in the circumferential direction of the battery cell (90), and a pair of second edges (V2) may be detected as portions of the first bent portion (47) and the second bent portion (48). That is, a pair of first edges (V1) may be parallel to the extension direction of an extension portion (45) extending between the first portion (47) and the second portion (48), and a pair of second edges (V2) may intersect the extension direction. That is, a pair of first edges (V1) may be substantially parallel to a radial direction with respect to a center (O) within the battery cell (90) (e.g., a center of the battery cell or the second current collector plate).
  • a pair of first edges (V1) may be parallel to a radial direction from the center of the second collector plate (40) toward the center of the alignment target portion (45, 47, 48).
  • a pair of second edges (V2) may be substantially perpendicular to a radial direction with respect to a center (O) within the battery cell (90) (e.g., a center of the battery cell or the second collector plate) or substantially parallel to a circumferential direction with respect to the center (O).
  • a pair of second edges (V2) may be perpendicular to a radial direction from the center of the second collector plate (40) toward the center of the alignment target portion (45, 47, 48).
  • the control unit (77) can recognize a portion forming an approximately square shape by a pair of first edges (V1) and a pair of second edges (V2) as an alignment target portion (45, 47, 48). According to an embodiment, four alignment target portions (45, 47, 48) can be recognized in the image (I).
  • the control unit (77) can calculate the center point (C) of at least a portion of each alignment target portion (45, 47, 48) (Fig. 13).
  • the alignment reference position and the detection position include a first azimuth angle (K) and a second azimuth angle (K), respectively, and ii) the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K) are azimuth angles (K) of a center point (C) of at least a portion of an alignment target portion (45, 47, 48) with respect to a center (O) (e.g., a center of a battery cell or a second current collector) within a battery cell (90), the control unit (77) can calculate the center (O) using the positions of the center points (C) of at least a portion of a plurality of alignment target portions (45, 47, 48) as illustrated in FIG. 13.
  • a center (O) e.g., a center of a battery cell or a second current collector
  • the position of the first center (O) used in calculating the first azimuth angle (K) can be calculated using a plurality of alignment reference positions (center points) in the reference image.
  • the location of the second center (O) used in calculating the second azimuth (K) can be calculated using multiple detection locations (center points) in the target image.
  • the control unit (77) can obtain a plurality of straight lines that intersect each other by connecting the center points (C) of the alignment target portions (45, 47, 48) that face each other with the center portion of the second collector plate (40) in between (Fig. 13).
  • the control unit (77) can calculate the position of one or more intersection points of the plurality of straight lines.
  • the control unit (77) can set the position of the first center (O) or the second center (O) to the position of one intersection point or to a position adjacent to at least some of the intersection points (Fig. 13).
  • control unit (77) can calculate the azimuth angle (K) formed by the center point (C) with respect to the center (O) within the battery cell (90), as shown in FIG. 14.
  • a plurality of alignment target portions (45, 47, 48) recognized in the image (I) are arranged at a plurality of spaced apart locations along the circumferential direction with respect to the center (O), and the edge of each alignment target portion (45, 47, 48) may include a portion extending in a direction parallel to the radial direction and a portion extending perpendicular to the radial direction or in the circumferential direction.
  • the alignment of the battery cell (90) is performed by rotation about the center (O) within the battery cell (90), and the alignment factor of the battery cell (90) may also correspond to the rotation angle.
  • the recognition accuracy for the edges of each alignment target area (45, 47, 48) can be further improved.
  • the average position based on the edges is calculated when calculating the center point (C) of at least a portion of each alignment target area (45, 47, 48), even if an error occurs in the recognition of a portion of the edge, the error can be reduced in the process of calculating the position of the center point (C).
  • the center (O) within the battery cell (90) is calculated based on the center points (C) of each alignment target area (45, 47, 48) with reduced errors in this way, even if there is an error in the position of some of the center points (C), the error can be further reduced in the process of calculating the center (O).
  • the calculated azimuth angle (K) may have almost no error occurrence compared to the rotation angle that requires actual alignment.
  • the control unit (77) can calculate an offset amount, which is a difference between an alignment reference position and a detection position, for each of at least one detected alignment target portion (45, 47, 48).
  • the alignment reference position may correspond to a position of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60).
  • the alignment reference position may be directly input by the user, calculated using information input by the user, or calculated from a reference image.
  • the detection position may correspond to a position of the alignment target portion (45, 47, 48) detected in the target image.
  • the alignment reference position may correspond to the position of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60).
  • the detection position may correspond to the position of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portion (45, 47, 48) detected in the image (I, target image).
  • the alignment reference position may include a first azimuth angle (K) of an alignment target portion (45, 47, 48) aligned with respect to a welding device (60) with respect to a center (O) within a battery cell (60).
  • the detection position may include a second azimuth angle (K) of an alignment target portion (45, 47, 48) detected in an image (I, target image) with respect to the center (O).
  • the offset amount may include an offset angle which is a difference between the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K).
  • the offset angle may be an angle with respect to a rotation center axis of a position correction unit (71) described later.
  • the first azimuth angle (K) may be the azimuth angle (K) of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portions (45, 47, 48) aligned with respect to the welding device (60) with respect to the center (O).
  • the second azimuth angle (K) may be the azimuth angle (K) of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portions (45, 47, 48) detected in the image (I, target image) with respect to the center (O).
  • the position of the center (O) can be calculated using a plurality of alignment reference positions or a plurality of detection positions.
  • the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K) are azimuth angles (K) of the center point (C) of at least a portion of the alignment target portion (45, 47, 48)
  • the method for calculating the center (O) is as described above.
  • the control unit (77) can calculate an offset angle, which is a difference between the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K), that is, 1 degree. If the absolute value of the allowable range of the offset angle is at most 2 degrees, the control unit (77) can determine that one alignment target portion (45, 47, 48) is at the alignment reference position. On the other hand, if the second azimuth angle (K) is 40 degrees, the control unit (77) can calculate an offset angle of 5 degrees and determine that the alignment target portion (45, 47, 48) is deviated from the alignment reference position.
  • the control unit (77) can control the position correction unit (71) described below to reduce the offset amount when the alignment target portion (45, 47, 48) is positioned outside the alignment reference position.
  • the control unit (77) can control the position correction unit (71) to reduce the offset angle, thereby rotating at least a portion of the battery cell (90).
  • the position correction unit (71) may be positioned adjacent to the welding device (60).
  • the position correction unit (71) may correct the position of at least a portion (e.g., the entire battery cell) of the battery cell (90) with respect to the welding device (60).
  • the position compensation unit (71) may include a motor capable of controlling a rotation angle about a rotation center axis.
  • the rotation center axis may be aligned with or correspond to a center (O) within the battery cell (90) (e.g., the center of the battery cell or the second current collector plate).
  • the rotation angle of the motor which is the position compensation unit (71) may be controlled by the control unit (77) so that the motor rotates about the rotation center axis by the offset angle.
  • the position correction unit (71) can be installed on the transport device (80).
  • the position correction unit (71) is exemplified as being installed together with the lifting unit (71).
  • the installation position of the position correction unit (71) is not limited thereto.
  • the position correction unit (71) can be installed on the rotary table (81) separately from the lifting unit (71). That is, as long as the structure is capable of rotating the battery cell (90), the installation position and configuration of the position correction unit (71) can be configured in various ways using known means.
  • the battery cell (90) whose alignment with respect to the welding device (60) is completed through the alignment device (70) as described above is raised by the lifting unit (71), and accordingly, the welding portion (44) of the battery cell (90), that is, the contact portion between the pit portion (43) of the second collector plate (40) and the beading portion (13) of the can (10), can be brought into close contact by the lifting unit (71).
  • the lifting unit (71) may be a pressing unit (71) that provides a pressing force to press the welding mask (61) to the second collector plate (40).
  • the welding mask (61) can pressurize the pit portion (43) of the second collector plate (40) to adhere to the axial outer surface of the bead portion (13) of the can (10). To this end, the edge portion of the bottom surface of the welding mask (61) can be in contact with the pit portion (43) of the second collector plate (40) and form a pressing surface (62) that presses the pit portion (43) downward.
  • the outer peripheral surface (63) of the welding mask (61) is in contact with the inner peripheral surface of the side wall (11) of the can (10) and can align the center of the battery cell (90) and the welding mask (61).
  • a chamfered surface (65) can be provided at the corner where the outer peripheral surface (63) of the welding mask (61) and the pressure surface (62) meet so that the lower part of the welding mask (61) can be inserted into the inside of the side wall (11).
  • the welding mask (61) may be provided with a passing hole (64) that opens toward the pressure surface (62) in an area corresponding to the welding portion of the second collector plate (40), i.e., the can joint portion (44) of the pit portion (43).
  • the passing holes (64) may be spaced apart from each other in multiples along the circumferential direction of the welding mask (61) so as to be arranged corresponding to the pit portion (43). In the embodiment, it is exemplified that four passing holes (64) are provided at 90-degree intervals.
  • the passing hole (64) may have a shape that penetrates the welding mask (61).
  • the passing hole (64) may extend parallel to the direction in which the pressing surface (62) presses the second collector plate (40) so as to intersect with the pressing surface (62).
  • the pressing direction may correspond to the axial direction of the electrode assembly (20).
  • the welding mask (61) may be equipped with a gas flow path (66) that supplies an inert gas and absorbs gas generated during welding to prevent byproducts generated during the welding process from entering the battery cell (90).
  • the gas flow path (66) may extend to the vicinity of a passing hole (64) opened toward the pressurized surface (62).
  • the welding heating unit (68) may be a generator (68) that irradiates a laser (L) to a welding area (44).
  • the laser (L) irradiated from the generator (68) may be irradiated to the welding area (44) through a passing hole (64).
  • the pit portion (43) is welded to the bead portion (13) at the can joint portion (44) as shown in Fig. 18, the can (10) and the second collector plate (40) can be electrically connected.
  • an electrolyte can be injected into the can (10). After the electrolyte is injected, the open end of the side wall member (11) can be covered and sealed with a cap (50) as shown in FIGS. 19 and 20.
  • the battery cell (90) of the embodiment may be provided with a cap (50) forming an end wall covering the open end of the can (10).
  • the cap (50) may be placed on the open end of the can (10) with a gasket (55) wrapped around its edge. Accordingly, the edge of the cap (50) may be placed on the beading portion (13) to which the pit portion (43) is welded.
  • the axial end of the side wall (11) can be caulked from the axial outer side to the radial inner side of the cap (50) to form a crimping portion (14).
  • the crimping portion (14) can press the edge of the outer surface of the cap (50) axially inward.
  • the gasket (55) surrounds the axial inner surface, the radial outer surface, and the axial outer surface of the edge of the cap (50) and is press-fitted between the cap (50) and the side wall (11), thereby allowing the can (10) to be sealed.
  • the gasket (55) can seal the gap between the crimping portion (14) and the cap (50) and electrically insulate the cap (50) from the side wall (11).
  • the battery cell (90) assembled in this manner can be positioned so that both the end wall (12) of the can (10) and the first electrode terminal (15) are positioned on the upper surface with the cap (50) positioned on the bottom, as shown in Fig. 21. Accordingly, all bus bars electrically connecting the battery cells (90) can be connected to the upper portion of the battery cells (90).
  • an alignment method (S100) may include a photographing step (S110), a detection step (S120), a calculation step (S130), and a correction step (S140).
  • the battery cell (90) can be shot to obtain an image (I) of the battery cell (90).
  • the coaxial direction can be a direction parallel to the axial direction of the battery cell (90) or a direction perpendicular to an imaginary plane that substantially includes the current collector (40) accommodated in the battery cell (90).
  • the battery cell (90) can be photographed in a photographing direction parallel to the coaxial direction to obtain an image (I) of the battery cell (90).
  • At least one alignment target portion (45, 47, 48) of the battery cell (90) can be detected in the image (I) using first information that mathematically expresses a shape (form) that corresponds or can correspond to at least a part of at least one alignment target portion (45, 47, 48).
  • the detection step (S120) may include a first step of detecting a pair of first edges (V1) in the image (I) using first information and/or a second step of detecting a pair of second edges (V2).
  • the first information may include information mathematically expressing a shape corresponding to or capable of corresponding to the pair of first edges (V1).
  • the detection step (S120) includes the second step the first information may include information mathematically expressing a shape corresponding to or capable of corresponding to the pair of second edges (V2).
  • the pair of first edges (V1) and the pair of second edges (V2) are as described above.
  • an offset amount which is the difference between the alignment reference position and the detection position, can be calculated.
  • the calculation step (S130) may include a process of calculating an offset angle from a difference between the first azimuth angle (K) and the second azimuth angle (K).
  • the position of at least a portion of the battery cell (90) can be corrected so that the offset amount is reduced.
  • the correction step (S140) may align the position of the battery cell (90) with respect to the welding device (60) by rotating at least a portion of the battery cell (90) so that the offset amount (e.g., offset angle) is reduced.
  • the offset amount e.g., offset angle

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Abstract

배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득하는 촬영부(75); 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정하는 위치 보정부(71); 및 상기 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하고, 적어도 한 개의 상기 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출하고 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 위치 보정부(71)를 제어하는 제어부(77)를 포함하는 정렬장치를 제공한다.

Description

배터리 셀 용접용 정렬장치 및 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법
본 출원은 2024년 07월 19일자 대한민국 특허출원 제10-2024-0095983호 및 2025년 07월 04일자 대한민국 특허출원 제10-2025-0090209호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 셀 용접용 정렬장치 및 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접 부위의 정렬 여부를 확인한 뒤 용접을 진행하여 불량을 방지할 수 있는 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법 및 이러한 방법을 적용할 수 있는 배터리 셀 용접용 정렬장치에 관한 것이다.
원통형 배터리 셀은 젤리-롤 형태의 전극 조립체를 원통형의 금속 캔 내부에 수용하는 구조로서, 파우치형 전지보다 충격이나 온도에 더 강건하다. 이에, 차량용 배터리 팩에 적용되는 전지 셀로서 캔 형태의 셀을 이용하고자 하는 수요가 증가하고 있다.
종래의 캔 형태의 배터리 셀은, 전극 조립체의 전극의 집전체에 별도의 탭 부재를 접합하고, 상기 탭 부재를 캔 또는 단자에 접합하여, 상기 전극과 상기 캔 또는 단자를 전기적으로 연결하였다. 그러나, 이러한 구조의 배터리 셀은, 전극과 단자를 전기적으로 연결하기 위한 구조가, 캔의 내부 공간을 상당히 차지하였다. 또한 이러한 전기적 연결 구조는, 전류 경로(path)가 탭 부재에 한정되어 내부 저항을 낮추는 데에 한계가 있다. 내부 저항을 낮추기 어려운 전기적 연결 구조는, 고전류가 흐르는 대용량 배터리 셀에 적용하기에 부적합하다.
최근 에너지 밀도를 높이기 위해, 원통형 배터리 셀은 점차 그 체적을 확대하는 방향으로 개발되어 나아가고 있다. 또한 원통형 배터리 셀 내부 공간을 최대한 효율적으로 활용하여, 상기 내부 공간에 전극 조립체가 수용되는 체적을 최대한 확보하는 방향으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 또한 이와 함께, 전극 조립체의 전극과 단자 또는 캔 사이의 내부 저항을 낮추기 위한 기술 개발도 활발히 이루어지고 있다.
이에 최근에는, 상기 집전체에 활물질을 코팅하지 않은 무지부를 상기 전극 조립체의 축 방향 단부로 노출시킨 뒤 방사 방향으로 접어, 접힌 무지부가 상기 축 방향을 바라보는 평평한 표면을 형성하도록 한 뒤, 상기 표면에 집전판을 용접하고 상기 집전판을 다시 캔 또는 단자와 접합하는 구조가 개발되었다. 이러한 구조에 따르면, 전극과 캔 또는 단자 사이의 전류 경로를 넓게 하여 내부 저항을 낮추면서도, 전극과 캔 또는 단자 사이의 전기적 연결 구조가 차지하는 캔 내부 공간을 최소화하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 더 높일 수 있다.
그러나, 이러한 최근의 배터리 셀 구조는, 집전판과 캔을 용접할 때 이들의 용접 위치가 정확히 정렬되지 않으면, 용접이 불완전하거나 약하게 이루어져, 오히려 전류 경로가 좁아지거나 내부 저항이 더 높아지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 용접 공정을 위해 상기 용접 장치에 대한 배터리 셀의 용접 위치를 정확히 정렬할 수 있는 정렬 방법과, 상기 정렬 방법이 실시 가능한 정렬 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 배터리 셀의 용접 직전에 용접 장치에 대한 배터리 셀의 정렬 상태를 정확하게 전수 확인할 수 있어, 용접 위치 정렬 오차로 인한 약 용접이나 미 용접 등의 불량의 발생을 방지할 수 있는 정렬 방법과, 이러한 정렬 방법이 실시 가능한 정렬 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 촬영부(75), 위치 보정부(71) 및 제어부(77)를 포함하는 정렬 장치를 제공한다.
상기 촬영부(75)는 배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득할 수 있다.
상기 위치 보정부(71)는 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정할 수 있다.
상기 제어부(77)는 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
상기 제1정보는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 정보일 수 있다.
상기 제어부(77)는 적어도 한 개의 상기 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출할 수 있다.
상기 제어부(77)는 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 위치 보정부(71)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 촬영부(75)는 동축 조명과 비전 카메라를 포함할 수 있다.
상기 동축 조명은 상기 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 상기 배터리 셀(90)에 광을 조사할 수 있다.
상기 비전 카메라는 상기 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 상기 배터리 셀(90)을 촬영할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위치 보정부(71)는 모터를 포함할 수 있다.
상기 모터는 회전 중심 축에 대한 회전 각도의 제어가 가능할 수 있다.
상기 회전 중심 축과 상기 배터리 셀(90) 내의 중심이 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1정보는 벡터정보를 포함할 수 있다.
상기 벡터정보는 상기 모양을 벡터로 표현하거나 벡터로 표현 가능한 정보일 수 있다.
상기 제어부(77)는 상기 벡터정보를 이용하여 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 촬영부(75)는 상기 배터리 셀(90)을 촬영하여 배터리 셀(90)의 캔(10)에 수용된 집전판(40)을 포함하는 상기 이미지(I)를 획득할 수 있다.
각각의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 상기 집전판(40)에 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 및 연장 부위(45)를 포함할 수 있다.
상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48)는 상기 배터리 셀(90)에 마련될 수 있다.
상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48)는 상호 이격 배치될 수 있다.
상기 연장 부위(45)는 상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 사이에서 제1 부위(47)와 제2 부위(48)를 연결하도록 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 상기 연장 부위(45)는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향으로 연장되거나, 상기 배터리 셀(90)의 축 방향에 대해 비스듬히 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1정보는 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 연장 부위(45)의 폭 방향의 양 단부에 의해 규정될 수 있다.
상기 폭 방향은 상기 연장 부위(45)의 연장 방향과 교차할 수 있다.
상기 제어부(77)는 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지함으로써 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향과 실질적으로 나란할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1정보는 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48)에 의해 규정될 수 있다.
상기 제어부(77)는 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지함으로써 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향과 실질적으로 수직하거나 상기 중심(O)에 대한 둘레 방향과 실질적으로 나란할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연장 부위(45)의 표면의 법선 방향은, 상기 제1 부위(47)를 경계로 상기 연장 부위(45)의 외측의 상기 배터리 셀(90)의 표면의 법선 방향과 교차하거나, 상기 제2 부위(48)를 경계로 상기 연장 부위(45)의 외측의 상기 배터리 셀(90)의 표면의 법선 방향과 교차할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 상기 배터리 셀(90)의 캔(10)에 수용된 집전판(40)에 마련될 수 있다.
상기 집전판(40)은, 한 개 이상의 전극접합부(42)와 한 개 이상의 캔접합부(44)와 통전부(46)를 구비할 수 있다.
상기 한 개 이상의 전극접합부(42)는 상기 캔(10)에 수용된 전극 조립체(20)의 전극(22)의 탭(27)에 접합될 수 있다.
상기 한 개 이상의 캔접합부(44)는 상기 집전판(40)을 상기 캔(10)에 용접하는 상기 용접 장치(60)에 의해 상기 캔(10)에 용접될 수 있다.
상기 통전부(46)는 상기 한 개 이상의 전극접합부(42)와 상기 한 개 이상의 캔접합부(44)를 전기적으로 연결하도록 연장될 수 있다.
각각의 상기 연장 부위(45)는 상기 통전부(46)에 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 집전판(40)은, 플레이트부(41)와 한 개 이상의 피트부(43)와 한 개 이상의 레그부(45)를 구비할 수 있다.
상기 한 개 이상의 피트부(43)는 상기 플레이트(41)부보다 반경방향 외측에 그리고 축방향 외측에 배치될 수 있다.
상기 한 개 이상의 레그부(45)는 상기 플레이트부(41)와 상기 한 개 이상의 피트부(43)를 연결하도록 연장될 수 있다.
상기 한 개 이상의 전극접합부(42)는 상기 플레이트부(41)에 마련될 수 있다.
상기 한 개 이상의 캔접합부(44)는 상기 한 개 이상의 피트부(43)에 마련될 수 있다.
상기 한 개 이상의 레그부(45)는 상기 통전부(46)의 일부를 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 상기 제1 부위(47)는, 상기 플레이트부(41)와 각각의 상기 레그부(45)의 연결 부위에 마련된 각각의 제1 절곡부(47)와 실질적으로 대응할 수 있다.
각각의 상기 제2 부위(48)는, 각각의 상기 피트부(41)와 각각의 상기 레그부(45)의 연결 부위에 마련된 각각의 제2 절곡부(48)와 실질적으로 대응할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 기준 위치는 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응될 수 있다.
상기 감지 위치는 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 기준 위치는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한, 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함할 수 있다.
상기 감지 위치는, 상기 중심(O)에 대한, 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함할 수 있다.
상기 오프셋 양은, 상기 제1방위각(K)과 제2방위각(K)의 차이인 오프셋 각도를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1방위각(K)은 상기 중심(O)에 대한, 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)일 수 있다.
상기 제2방위각(K)은 상기 중심(O)에 대한, 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중심(O)의 위치는 복수 개의 상기 정렬 기준 위치 또는 복수 개의 상기 감지 위치를 이용하여 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 오프셋 양은, 상기 위치 보정부(71)의 회전 중심 축에 대한 오프셋 각도를 포함할 수 있다.
상기 제어부(77)는, 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 위치 보정부(71)를 제어하여 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분을 회전시킬 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 이송 장치(80) 및 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항의 상기 정렬 장치(70)를 포함하는 용접 시스템을 제공한다.
상기 이송 장치(80)는 상기 배터리 셀(90)을 상기 용접 장치(60)로 이송할 수 있다.
상기 정렬 장치(70)는 상기 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 위치를 정렬할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 장치(70)의 상기 촬영부(75)는 상기 이송 장치(80)에 의해 상기 용접 장치(60)를 향해 이송 중인 상기 배터리 셀(90)을 촬영할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 장치(70)의 상기 위치 보정부(71)는 상기 이송 장치(80)에 설치될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 촬영 단계(S110), 감지 단계(S120), 산출 단계(S130) 및 보정 단계(S140)를 포함하는 정렬 방법(S100)을 제공한다.
상기 촬영 단계(S110)에서, 배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득할 수 있다.
상기 감지 단계(S120)에서, 상기 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
상기 산출 단계(S130)에서, 적어도 한 개의 상기 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출할 수 있다.
상기 보정 단계(S140)에서, 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 촬영 단계(S110)에서, 동축 방향으로 상기 배터리 셀(90)에 광을 조사하며 상기 동축 방향과 나란한 촬영 방향으로 상기 배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득할 수 있다.
상기 동축 방향은 상기 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란하거나 상기 배터리 셀(90)에 수용된 집전판(40)을 실질적으로 포함하는 가상의 평면에 수직할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1정보는, 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 연장 방향과 교차하는 폭 방향의 양 단부에 의해 규정될 수 있다. 이 때에, 상기 감지 단계(S120)는, 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지하는 과정을 포함할 수 있다.
또는, 상기 제1정보는, 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 연장 방향의 양단의 제1 부위(47)와 제2 부위(48)에 의해 규정될 수 있다. 이 때에, 상기 감지 단계(S120)는, 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정렬 기준 위치는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한, 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함할 수 있다.
상기 감지 위치는, 상기 중심(O)에 대한, 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함할 수 있다.
상기 오프셋 양은, 오프셋 각도를 포함할 수 있다.
상기 산출 단계(S130)는, 상기 제1방위각(K)과 상기 제2방위각(K)의 차이로부터 상기 오프셋 각도를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보정 단계(S140)는, 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분을 회전시키어 상기 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 위치 정렬을 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이송 장치에 의해 배터리 셀이 용접 장치로 이송되는 동안 배터리 셀의 이미지를 획득하고 이를 분석하여 이송 중인 배터리 셀을 용접 장치에 대해 정렬하므로, 생산 라인의 배터리 셀 전수에 대해 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 용접 장치에 이송된 배터리 셀이 용접 장치에 대해 정렬된 상태로 도달하므로, 용접 장치를 배터리 셀에 대해 정렬하는 과정 없이, 즉 용접 장치가 고정된 상태에서도 배터리 셀의 용접 예정 위치에 정확하게 용접할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 용접 공정에서 미 용접이나 약 용접이 발생하지 않도록 전수 관리할 수 있어, 배터리 셀의 용접 공정에서 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀이 용접 장치에 이송되기 직전에 상기 용접 장치에 대한 배터리 셀의 정렬이 이루어지므로, 이송 과정에서 배터리 셀의 정렬이 다시 흐트러지지 않아, 용접 품질이 보장된다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 배터리 셀의 용접 방법을 적용할 수 있는 배터리 셀의 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 전개 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 전극 조립체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 전극 조립체의 축 방향 제1 단부에 제1 집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 3의 전극 조립체의 축 방향 제2 단부에 제2 집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 배터리 셀의 하우징의 단면 사시도이다.
도 7은 도 6의 하우징에 전극 조립체가 삽입된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 하우징의 개구 부근의 측벽을 비딩 가공한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 용접 장치, 상기 용접 장치로 배터리 셀을 이송하는 이송 장치, 및 상기 배터리 셀의 정렬 장치를 포함하는 용접 시스템을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 정면도이다.
도 11은 이송 장치에 의해 이송 중인 배터리 셀을 정렬 장치의 촬영부로 촬영한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 이미지에서 제1정보를 이용하여 한 쌍의 제1 엣지와 한 쌍의 제2 엣지를 감지하고 이를 통해 정렬 대상 부위를 감지한 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 정렬 대상 부위의 중심점들을 통해 배터리 셀 내의 중심을 선정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 배터리 셀 내의 중심에 대한 정렬 대상 부위의 방위각을 산출한 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 정렬 장치로 상기 용접 장치에 대해 상기 배터리 셀을 정렬하는 과정을 나타낸 정면도이다.
도 16은 본 발명의 정렬 장치에 의해 수행되는 용접 장치에 대한 배터리 셀의 정렬 방법을 나타낸 순서도이다.
도 17은, 정렬 장치에 의해 정렬된 배터리 셀이 용접 장치에 의해 용접되는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 18은 용접 장치에 의해 용접 공정이 완료된 배터리 셀의 사시도이다.
도 19는 용접 공정의 완료된 배터리 셀의 개구를 캡으로 덮은 상태를 나타낸 단면도이다.
도 20은 개구를 덮은 캡의 가장자리를 크림핑부로 압착한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 21은 조립이 완료된 배터리 셀의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 정렬 방법의 순서도이다.
[부호의 설명]
10: 캔(하우징)
11: 측벽
12: 단부벽(제1 단부벽)
13: 비딩부
14: 크림핑부
15: 리벳단자(제1 전극단자)
16: 단자 가스켓
19: 인슐레이터
20: 전극 조립체
21: 제1 전극(양극)
22: 제2 전극(음극)
23: 집전체(금속 포일)
24: 활물질
25: 유지부
26: 무지부
27: 전극 탭(노칭 탭)
28: 분리막
30: 양극집전판(제1 집전판)
31: 주변부
32: 전극연결부
33: 중앙부
34: 단자연결부
35: 브릿지
36: 도전부
40: 음극집전판(제2 집전판)
41: 플레이트부
42: 전극접합부
43: 피트부
44: 캔접합부(용접 예정 부위)
45: 레그부(정렬 대상 부위)
46: 통전부
47: 제1 부위(제1 절곡부)
48: 제2 부위(제2 절곡부)
50: 캡(제2 단부벽)
55: 가스켓
60: 용접 장치
61: 용접 마스크
62: 가압면
63: 외주 둘레면
64: 패싱홀
65: 모따기면
66: 가스 유동로
68: 용접가열부(레이저 발진기)
L: 레이저
70: 정렬 장치
71: 위치 보정부(모터, 승강부, 가압부)
75: 촬영부(비전 카메라)
77: 제어부
C: 중심점
O: 중심
K: 방위각
80: 이송 장치
81: 로터리 테이블
82: 회전축
83: 셀 수용부
90: 배터리 셀
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 따라서 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예를 설명함에 있어서 축 방향이라 함은 젤리-롤 형태의 전극 조립체의 권취 중심을 이루는 축, 즉 권심 축이 연장되는 방향을 지칭한다. 이는 상기 축이 연장되는 방향으로서 양 방향을 모두 포함하는 개념으로 이해할 수 있다. 따라서 명세서에서 별 다른 구성의 한정 없이 축 방향이라고 하면, 상기 권심 축이 연장되는 방향으로 이해할 수 있을 것이다.
실시예를 설명함에 있어서 방사 방향 또는 반경 방향이라 함은 상기 축에 가까워지거나 축으로부터 멀어지는 방향을 지칭한다. 이는 상기 축에 가까워지거나 상기 축으로부터 멀어지는 양 방향을 모두 포함하는 개념으로 이해할 수 있다.
실시예를 설명함에 있어서 둘레 방향 또는 원주 방향이라 함은 상기 축을 둘러싸는 방향을 지칭한다.
이러한 방향에 대한 설명에 기초하면, 전극 조립체의 전개 상태에서의 폭 방향은 젤리-롤의 축 방향과 대응한다. 그리고 전극 조립체의 전개 상태에서의 길이방향은 젤리-롤의 둘레 방향과 대응한다. 그리고 전극 조립체의 전개 상태에서의 전극 표면에 대한 법선 방향은 젤리-롤의 반경 방향과 대응한다.
이하 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 용접 시스템을 이용하여 제조되는 실시 형태의 원통형 배터리 셀의 제조 과정과 구조에 대해 설명한다.
도 6을 참조하면, 실시예의 배터리 셀(90)은, 축 방향으로 연장되는 측벽(11)과, 측벽(11)의 축 방향 제1 단부에 연결된 단부벽(12)과, 측벽(11)의 축 방향 제2 단부에 마련된 개방 단부 내지 개구를 구비하는 하우징(10)을 포함할 수 있다. 하우징(10)은 금속으로 제작된 캔(10)일 수 있다.
배터리 셀(90)은, 캔(10)에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(20)를 구비할 수 있다.
전극 조립체(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이 소정의 폭을 가지고 길이방향으로 연장된 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 분리막(28)을 준비하고, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극(21), 분리막(28), 제2 전극(22), 분리막(28)의 순으로 적층한 적층체를 형성하며 이를 권심 축 둘레에 권취하여, 도 3에 도시된 젤리-롤 형태로 제작될 수 있다.
제1 전극(21)은 양극일 수 있고, 제2 전극(22)은 음극일 수 있다. 물론 그 반대일 수도 있다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 소정의 폭을 가지고 길이방향으로 길게 연장되는 롤-시트 형태로 제작될 수 있다. 전극(21, 22)은, 집전체(23)를 구성하는 금속 포일의 표면에 활물질(24)을 도포하고 압연하여 활물질층을 형성한 형태로 제작될 수 있다. 전극(21, 22)은, 활물질(24)이 도포된 유지부(25) 영역과, 활물질(24)이 도포되지 않은 무지부(26) 영역을 구비할 수 있다. 제1 전극(21)은 폭 방향으로 집전체(23)의 제1 단부에 무지부(26) 영역이 구비되고, 제2 전극(22)은 폭 방향으로 제1 단부와 대향하는 집전체(23)의 제2 단부에 무지부(26) 영역이 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은, 그들의 무지부(26) 영역이 각각 전극 조립체(20)의 폭 방향 제1 단부 및 제2 단부에서 분리막(28)보다 폭 방향 외측으로 더 연장되도록 적층될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 전극(21)의 무지부(26)는 권취된 젤리-롤의 축 방향 제1 단부에서 돌출되고, 제2 전극(21)의 무지부(26)는 젤리-롤의 축 방향 제2 단부에서 돌출될 수 있다. 무지부(26)는 그 자체가 적어도 하나의 전극탭(27)으로서 기능할 수 있다.
무지부(26)에는 소정의 간격을 두고 노치가 형성되어 플래그(flag) 형태의 노칭 탭(27)들이 형성될 수 있다.
젤리-롤 형태의 전극 조립체(20)에서, 노칭 탭(27)은 도 3에 도시된 바와 같이 반경 방향을 향하도록 접혀 평탄화 될 수 있다. 노칭 탭(27)은 반경 방향 내측으로 접히거나 외측으로 접힐 수 있다.
이렇게 반경 방향으로 절곡되며 축 방향으로 복수 개 포개어진 제1 전극(21)의 노칭 탭(27)들과 제2 전극(22)의 노칭 탭(27)들은, 각각 전극 조립체(20)의 축 방향 대향 단부에서 축 방향에 대해 실질적으로 수직한 평면을 제공할 수 있다.
전극 조립체(20)의 축 방향 양단부로 노출된 노칭 탭(27)이 절곡되어 제공되는 실질적으로 평평한 표면에는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 제1 집전판(30)과 제2 집전판(40)이 각각 접합될 수 있다.
제1 집전판(30)은, 전극 조립체(20)의 권심 중공부와 대응하는 위치에 마련된 중앙부(33)와, 중앙부(33)를 둘러싸는 주변부(31)와, 중앙부(33)와 주변부(31)를 연결하도록 반경 방향으로 연장되는 브릿지(35)를 포함할 수 있다. 브릿지(35)는 주변부(31)와 중앙부(33)를 전기적으로 연결하는 도전부(36)의 기능을 할 수 있다. 주변부(31)에는 제1 전극(21)의 노칭 탭(27)에 용접된 전극연결부(32)가 마련될 수 있다.
제2 집전판(40)은, 전극 조립체(20)의 축 방향 제2 단부에 마련된 노칭 탭(27)들의 평탄 표면에 적층된 플레이트부(41)를 포함할 수 있다. 플레이트부(41)는 전극 조립체(20)의 권심 중공부와 대응하는 중심홀을 구비하는 환형의 평판일 수 있다. 플레이트부(41)의 표면은 레이저에 의해 제2 전극(22)의 전극탭(27)에 관통 용접되는 한 개 이상의 전극접합부(42)를 구성할 수 있다.
또한 제2 집전판(40)은, 플레이트부(41)의 가장자리에서 반경 방향 외측으로 갈수록 축 방향 외측으로 비스듬히 연장되는 한 개 이상의 레그부(leg)(45)를 포함할 수 있다. 한 개 이상의 레그부(45)는 둘레 방향을 따라 90도 등 간격으로 4개 마련됨이 예시된다. 다만 레그부(45)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
한 개 이상의 레그부(45)의 반경 방향 외측 단부에는 한 개 이상의 피트부(feet)(43)가 연결될 수 있다. 각각의 피트부(43)는 둘레 방향으로 연장된 호 형상을 가지며, 호 형상의 중앙부에서 각각의 레그부(45)와 연결될 수 있다. 한 개 이상의 피트부(43)는 플레이트부(41)와 대비하여 축 방향 외측으로 오프셋 된 위치에 배치되고, 반경 방향으로 플레이트부(41)보다 더 외측에 배치될 수 있다. 한 개 이상의 피트부(43)는 4 개의 레그부(45)와 각각 대응하도록 둘레 방향을 따라 90도 등 간격으로 4개 마련됨이 예시된다. 다만 피트부(43)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 피트부(43)의 개수가 반드시 레그부(45)의 개수를 따라야 하는 것도 아니다.
실시예에서, 제1 집전판(30)은 양극 집전판이고, 제2 집전판(40)은 음극 집전판임이 예시된다. 물론 그 반대일 수도 있다.
전극 조립체(20)는, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 캔(10)의 개구를 통해 캔(10)의 내부에 수용될 수 있다. 전극 조립체(20)를 캔(10)에 삽입하기에 앞서, 인슐레이터(19)를 단부벽(12)의 내면에 적층할 수 있다. 인슐레이터(19)는 제1 집전판(30)을 단부벽(12)으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
캔(10)의 단부벽(12)은 중앙부에 홀이 형성된 원반 형태를 이루고, 측벽(11)은 캔(10)의 내부 체적을 둘러싸는 원형의 관 형상일 수 있다.
홀에는 제1 전극단자(15)가 끼움 결합될 수 있다. 제1 전극단자(15)는, 단자 가스켓(16)을 개재한 상태에서 단부벽(12)에 고정될 수 있다. 단자 가스켓(16)은 제1 전극단자(15)와 단부벽(12) 사이에 개재되어, 캔(10)의 내부와 외부를 밀봉하여 전해액의 누액을 방지하고, 제1 전극단자(15)를 단부벽(12)로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
제1 전극단자(15)는 제1극성을 띄고, 캔(10)은 제2극성을 띌 수 있다. 즉, 캔(10)의 단부벽(12), 및 이와 연결되는 측벽(11)은 모두 제2극성을 띌 수 있다.
전극 조립체(20)는, 제1 집전판(30)이 캔(10)의 단부벽(12)을 향하도록 정렬된 상태에서 캔(10)에 수용될 수 있다. 이 때, 제1 집전판(30)과 캔(10)의 단부벽(12) 사이에 인슐레이터(19)를 개재하여 제1 집전판(30)을 단부벽(12)로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
그리고, 제1 집전판(30)의 중앙부(33)는 캔(10)에 고정된 제1 전극단자(15)와 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접 등의 방식으로 접합되어 단자연결부(34)를 규정할 수 있다.
전극 조립체(20)가 캔(10)의 내부에 수용된 상태에서, 제2 전극(22)의 전극탭(27)과 제2 집전판(40)은 측벽(11)의 개방 단부, 즉 하우징(10)의 개구를 바라보도록 배치될 수 있다.
캔(10)에 전극 조립체(20)를 수용한 뒤, 도 8에 도시된 바와 같이 전극 조립체(20)보다 축 방향 외측에서 측벽(11)을 반경 방향 내측으로 오목하게 소성 가공하여 비딩부(13)를 형성할 수 있다. 비딩부(13)는 캔(10)에 수용된 전극 조립체(20)를 축 방향으로 지지하고, 또한 캔(10)의 개방 단부를 덮을 캡(50)의 가장자리 내면을 축 방향으로 지지할 수 있다.
비딩부(13)를 형성한 상태에서, 제2 집전판(40)의 한 개 이상의 피트부(43)는 대략 비딩부(13) 상부에 위치할 수 있다. 그리고 높이에 단차가 있도록 배치되는 한 개 이상의 피트부(43)와 플레이트부(41)는 플레이트부(41)로부터 방사 방향 외측과 축 방향 외측으로 비스듬히 연장되는 한 개 이상의 레그부(45)에 의해 연결될 수 있다.
이러한 단차가 있는 플레이트부(41)와 각각의 피트부(43)의 연결을 위해, 플레이트부(41)와 각각의 레그부(45)의 연결 부위에는 제1 절곡부(47)가 마련되고, 각각의 피트부(43)와 각각의 레그부(45)의 연결 부위에는 제2 절곡부(48)가 마련될 수 있다. 플레이트부(41)를 포함하는 가상의 평면의 법선은 축방향과 실질적으로 나란할 수 있다. 또한 각각의 피트부(43)를 포함하는 가상의 평면의 법선은 축방향과 실질적으로 나란할 수 있다. 반면, 각각의 레그부(45)를 포함하는 가상의 평면의 법선은 축방향에 대해 기울어진 방향으로 연장될 수 있다.
각각의 피트부(43)는 비딩부(13)의 축방향 상부면에 접할 수 있다. 비딩 가공이 완료된 배터리 셀(90)은 후술하는 용접 시스템에 제공되어 용접 장치(60)에 의해 각각의 피트부(43)가 비딩부(13)에 용접되고 용접되는 부위는 각각의 캔접합부(44)를 구성할 수 있다.
한편, 제2 집전판(40)은, 전기적으로 한 개 이상의 전극접합부(42)와 한 개 이상의 캔접합부(44) 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 통전부(46)를 구비할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 각각의 레그부(45)는 통전부(46)의 일부를 구성할 수 있다. 또한, 제2 집전판(40)에 후술하는 한 개 이상의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 마련될 수 있다.
도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템은 이송 장치(80), 용접 장치(60) 및 정렬 장치(70)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 구체적으로 살펴본다.
이송 장치(80)는 배터리 셀(90)을 용접 장치(60)로 이송할 수 있다. 이송 장치(80)는 로터리 테이블(81), 회전축(82) 및 한 개 이상의 셀 수용부(83)를 포함할 수 있다. 비딩부(13)가 형성된 배터리 셀(90)은 로터리 테이블(81) 둘레를 따라 마련된 한 개 이상의 셀 수용부(83)에 수용된 상태에서, 회전축(82)을 중심으로 회전하는 로터리 테이블(81)에 의해 선회 이송될 수 있다.
이송 장치(80)는 승강부(71)를 포함할 수 있다. 승강부(71)는 로터리 테이블(81)의 셀 수용부(83) 하부에 마련되어 셀 수용부(83)에 안착된 배터리 셀(90)을 후술하는 용접 마스크(61) 쪽으로 상승시키거나 용접 마스크(61)로부터 하강시킬 수 있다.
승강부(71)는 배터리 셀(90)의 하부에 배치된 단부벽(12)의 저면을 받친 상태에서 용접 마스크(61)에 대해 배터리 셀(90)을 상대적으로 상승시켜, 배터리 셀(90)을 용접 마스크(61)에 밀착시킬 수 있다.
용접 장치(60)는 로터리 테이블(81)의 원주 방향으로 소정의 공정 위치에서, 로터리 테이블(81) 상부에 마련될 수 있다. 용접 장치(60)는 용접가열부(68) 및 용접 마스크(61)를 포함할 수 있다. 용접 장치(60)는 배터리 셀(90)을 용접할 수 있다. 예를 들면, 용접 장치(60)는 제2 집전판(40)을 캔(10)에 용접할 수 있다.
용접가열부(68)는 상기 공정 위치에서 로터리 테이블(81)의 상부에 배치될 수 있다. 용접가열부(68)는 배터리 셀(90)에 레이저를 조사하는 발진기(68)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 발진기(68)는 제2 집전판(40)과 비딩부(13)의 용접 예정 부위(44)에 레이저를 조사할 수 있다.
용접가열부(68)는 로터리 테이블(81)에 대해 독립적으로 설치될 수 있다. 즉 용접가열부(68)는 로터리 테이블(81)의 회전과 독립적으로 소정의 위치에 배치될 수 있다.
용접 마스크(61)는 배터리 셀(90)의 용접 예정 부위(44)를 가압할 수 있다. 예를 들면, 용접 마스크(61)는 배터리 셀(90)의 비딩부(13)와 제2 집전판(40)의 한 개 이상의 피트부(43)를 상호 밀착시킬 수 있다.
용접 마스크(61)는 로터리 테이블(81)로부터 상부에 이격 배치될 수 있다. 도면 상에는 공정 위치에 있는 하나의 용접 마스크(61)를 도시하고 있으나, 용접 마스크(61)는 로터리 테이블(81)에 의해 이송되는 배터리 셀(90)의 개수, 즉 로터리 테이블(81)의 셀 수용부(83)의 개수와 대응하도록 원주방향을 따라 복수 개 설치될 수 있고, 로터리 테이블(81)과 함께 회전할 수 있다.
정렬 장치(70)는 용접 장치(60)에 인접하여 배치될 수 있다. 정렬 장치(70)는 촬영부(75), 위치 보정부(71) 및 제어부(77)를 포함할 수 있다. 정렬 장치(70)는 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 위치를 정렬할 수 있다.
촬영부(75)는 배터리 셀(90)을 촬영하여 (예컨대 제2 집전판(40)을 포함하는) 배터리 셀(90)의 이미지를 획득할 수 있다. 촬영부(75)는 용접 장치(60)를 향해 이송 중인 배터리 셀(90)을 촬영할 수 있다.
촬영부(75)는, 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)에 광을 조사하는 동축 조명(미도시)과, 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)을 촬영하는 비전 카메라(75)를 포함할 수 있다. 실시 형태는 촬영부(75)의 촬영방향이 배터리 셀(90)의 축방향과 나란함을 예시한다. 다만 촬영방향이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
촬영부(75)는 로터리 테이블(81)에 대해 독립적으로 설치될 수 있다. 즉 촬영부(75)는 로터리 테이블(81)의 회전과 독립적으로 소정의 위치에 배치될 수 있다. 촬영부(75)는 이송 장치(80)의 이송 경로에서, 상기 용접 공정 위치 직전에 설치될 수 있다.
촬영부(75)는 이송 장치(80)의 이송 경로에서 이송 중인 배터리 셀(90)을 촬영할 수 있다. 도 11을 참조하면, 촬영부(75)에 의해 촬영된 이미지(I)에서, 제2 집전판(40)의 한 개 이상의 레그부(45)는 제2 집전판(40)의 다른 부위, 즉 플레이트부(41) 및 한 개 이상의 피트부(43)보다 어둡게 표현될 수 있다. 이는 동축 조명에서 반사되는 반사광 중 한 개 이상의 레그부(45)에 의해 반사된 광이 비전 카메라(75)로 입사되지 않음에서 비롯될 수 있다.
촬영된 이미지(I)는 기준 이미지를 포함할 수 있다. 기준 이미지에서 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)은 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상태일 수 있다. 즉, 기준 이미지에서 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 각각의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 각각의 정렬 기준 위치에 위치할 수 있다.
촬영된 이미지(I)는 대상 이미지를 포함할 수 있다. 대상 이미지에서 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)은 용접 장치(60)에 대해서 정렬되지 않은 상태일 수 있다. 즉, 대상 이미지에서 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 적어도 한 개의 정렬 기준 위치에서 벗어나서 위치할 수 있다.
촬영된 이미지(I)는 제어부(77)에 전송될 수 있다.
제어부(77)는 제1정보를 이용하여 이미지(I)에서 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
여기에서, 제1정보는 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분(예컨대 1차원인 선 또는 2차원인 형상)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적(예컨대 벡터 또는 기하)으로 표현한 정보일 수 있다. 예를 들면, 제1정보는 상기 모양을 벡터로 표현한 또는 벡터로 표현 가능한 벡터정보를 포함할 수 있다. 제1정보는 상기 모양을 기하적으로 표현한 기하정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 벡터정보는 상기 모양(form)을 벡터로 표현 가능한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 벡터정보는 기하정보와 동일할 수 있다. 상기 모양이 사각형인 경우에, 벡터정보 및 기하정보는 예를 들면 사각형의 4개의 꼭지점의 위치를 포함할 수 있다. 상기 모양이 원(circle)인 경우에, 벡터정보 및 기하정보는 예를 들면 원의 중심점 위치 및 반경을 포함할 수 있다. 상기 모양이 서로 연결되거나 분리된 한 개 이상의 직선 또는 곡선인 경우에, 벡터정보 및 기하정보는 각 직선 또는 각 곡선의 양 끝점의 위치 및 곡률을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 벡터정보는 상기 모양(form)을 벡터로 표현한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 벡터정보는 기하정보와 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 모양이 a) 사각형, b) 원 또는 c) 선(line)인 경우에, 벡터정보는 a') 사각형의 4개의 변에 대응되는 4개의 벡터, b') 원의 벡터 방정식 또는 c') 각 선(line)에 대응되는 벡터나 벡터 방정식을 각각 포함할 수 있다.
이하, 제1정보의 대상에 따라 제1, 제2 및 제3실시예로 나누어 살펴본다.
제1실시예에서, 제1정보는 기준 모양에 대한 정보일 수 있다. 즉, 제1정보는 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되는 (예컨대 이미지 내에서의) 기준 모양을 수학적으로 표현한 정보일 수 있다. 기준 모양에 대한 제1정보는 사용자로부터 입력받거나 이미지(예컨대 기준 이미지)로부터 자동으로 추출될 수 있다. 후자와 관련하여 예를 들면, 제어부(77)가 기준 이미지에서 엣지 또는 윤곽의 집합을 검출하고 적어도 일부의 엣지 또는 윤곽이 이루는 모양(예컨대 사각형 또는 직선)을 감지함으로써 제어부(77)가 기준 모양에 대한 제1정보를 자동으로 추출할 수 있다. 엣지 또는 윤곽의 검출 방법, 엣지 또는 윤곽이 이루는 모양을 감지하는 방법 및 감지된 모양에서 제1정보를 추출하는 방법은 공지기술을 따르거나 공지기술로부터 도출될 수 있다.
제1실시예에서, 제어부(77)는 대상 이미지에서 엣지 또는 윤곽의 집합을 검출한 후에 기준 모양(예컨대 사각형 또는 직선)에 대한 제1정보를 이용하여 기준 모양과 유사(예컨대 사각형의 종횡비가 유사하거나 직선의 길이와 방향이 유사)한 적어도 일부의 엣지 또는 윤곽을 대상 이미지에서 찾음으로써 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다. 예를 들면, 제어부(77)는 기준 모양에 대한 제1정보(예컨대 벡터정보 또는 기하정보)를 이용하여 기준 모양을 수학적 연산(예컨대 벡터연산 또는 행렬연산)을 통해 소정 범위 내에서 회전 또는 변형시키거나 크기를 조절하면서 기준 모양과 유사한 적어도 일부의 엣지 또는 윤곽을 대상 이미지에서 찾을 수 있다.
제2실시예에서, 제1정보는 후보(candidate) 모양에 대한 정보일 수 있다. 즉, 제1정보는 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응될 수 있는, 대상 이미지 내에서의 후보 모양을 수학적으로 표현한 정보일 수 있다. 후보 모양은 한 개 이상일 수 있다. 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보는 대상 이미지로부터 자동으로 추출될 수 있다. 예를 들면, 제어부(77)가 대상 이미지에서 엣지 또는 윤곽의 집합을 검출하고 적어도 일부의 엣지 또는 윤곽이 이루는 각각의 모양(예컨대 사각형 또는 직선)을 감지함으로써 제어부(77)가 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보를 자동으로 추출할 수 있다.
제2실시예에서, 제어부(77)는 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보를 이용하여 기준 모양(예컨대 사각형 또는 직선)과 유사(예컨대 사각형의 종횡비가 유사하거나 직선의 길이와 방향이 유사)한 후보 모양을 찾음으로써 대상 이미지에서 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다. 예를 들면, 제어부(77)는 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보(예컨대 벡터정보 또는 기하정보)를 이용하여 각각의 후보 모양을 수학적 연산(예컨대 벡터연산 또는 행렬연산)을 통해 소정 범위 내에서 회전 또는 변형시키거나 크기를 조절하면서 기준 모양과 유사한 후보 모양을 찾을 수 있다.
제3실시예에서, 제1정보는 상기 기준 모양 및 후보 모양에 대한 정보일 수 있다. 즉, 제1정보는 상기 기준 모양을 수학적으로 표현한 정보 및 상기 후보 모양을 수학적으로 표현한 정보일 수 있다. 후보 모양은 한 개 이상일 수 있다. 제어부(77)는 기준 모양에 대한 제1정보 및 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보를 이용하여 기준 모양과 유사한 후보 모양을 찾음으로써 대상 이미지에서 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다. 예를 들면, 제어부(77)는 기준 모양에 대한 제1정보 및 각각의 후보 모양에 대한 각각의 제1정보(예컨대 벡터정보 또는 기하정보)를 이용하여 기준 모양 및 각각의 후보 모양을 수학적 연산(예컨대 벡터연산 또는 행렬연산)을 통해 소정 범위 내에서 회전 또는 변형시키거나 크기를 조절하면서 기준 모양과 유사한 후보 모양을 찾을 수 있다.
이처럼 제어부(77)가 제1정보를 이용하므로 대상 이미지에서, i) 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 부분적으로 생략 또는 왜곡되거나 불명확하거나 ii) 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 회전 또는 변형되거나 스케일이 변하거나 iii) 명도가 균일하지 않더라도 제어부(77)가 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 정확하게 감지할 수 있다.
각각의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는, 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판) 상에 상호 이격 배치된 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 및 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 사이에서 제1 부위(47)와 제2 부위(48)를 연결하도록 연장된 연장 부위(45)를 포함할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 각각의 연장 부위(45)는 각각의 레그부(45)임이 예시된다. 실시 형태에 따르면, 각각의 제1 부위(47)는 플레이트부(41)와 각각의 레그부(45)의 연결 부위에 마련된 각각의 제1 절곡부(47)이고, 각각의 제2 부위(48)는 각각의 피트부(43)와 각각의 레그부(45)의 연결 부위에 마련된 각각의 제2 절곡부(48)일 수 있다. 다만 각각의 연장 부위(45)가 반드시 각각의 레그부(45)에 국한되어야 하는 것은 아니고, 각각의 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 역시 각각의 제1 절곡부(47)와 제2 절곡부(48)에 국한되어야 하는 것은 아니다.
즉 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는, 촬영된 이미지(I)에서 다른 영역으로부터 구분하기 용이하고, 정렬의 기준이 될 수 있는 영역이기만 하면, 배터리 셀(90)(예컨대 제2 집전판)의 형태에 따라 다양하게 선정 가능할 수 있다.
실시 형태에서, 4개의 연장 부위(45), 즉 4개의 레그부(45)는, 배터리 셀(90) 내의 중심(O)(예컨대 배터리 셀 또는 제2 집전판(40)의 중심)에 대한 90도 간격으로 방사 방향으로 연장되고, 배터리 셀(90)의 축 방향에 대해 비스듬히 연장될 수 있다.
실시 형태에서, 연장 부위(45)의 표면의 법선 방향은, 제1 부위(47)를 경계로 연장 부위(45)의 외측의 배터리 셀(90)의 표면(예컨대 플레이트부의 표면)의 법선 방향과 교차하거나, 제2 부위(48)를 경계로 연장 부위(45)의 외측의 배터리 셀(90)의 표면(예컨대 피트부의 표면)의 법선 방향과 교차할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제어부(77)는 제1정보를 이용하여 이미지(I)에서 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 연장 부위(45)의 폭 방향의 양 단부에 의해 규정되는 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지할 수 있다. 상기 폭 방향은 연장 부위(45)의 연장 방향과 교차할 수 있다. 이 때에, 제1정보는 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(77)는 제1정보를 이용하여 이미지(I)에서 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 연장 부위(45)의 양단에 위치하는 제1 부위(47)와 제2 부위(48)에 의해 규정되는 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지할 수 있다. 이 때에, 제1정보는 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다.
실시 형태에 따르면, 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 배터리 셀(90)의 둘레방향으로 레그부(45)의 양측 모서리 부분으로 감지되고, 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 제1 절곡부(47)와 제2 절곡부(48) 부분으로 감지될 수 있다. 즉 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 사이에서 연장되는 연장 부위(45)의 연장 방향과 나란하고, 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 연장 방향과 교차할 수 있다. 즉, 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 배터리 셀(90) 내의 중심(O)(예컨대 배터리 셀 또는 제2 집전판의 중심)에 대한 방사 방향과 실질적으로 나란할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 제2 집전판(40)의 중심에서 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 중심을 향하는 방사방향과 나란할 수 있다. 또한, 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 배터리 셀(90) 내의 중심(O)(예컨대 배터리 셀 또는 제2 집전판의 중심)에 대한 방사 방향과 실질적으로 수직하거나 상기 중심(O)에 대한 둘레 방향과 실질적으로 나란할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 제2 집전판(40)의 중심에서 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 중심을 향하는 방사방향과 수직할 수 있다.
제어부(77)는 한 쌍의 제1 엣지(V1)와 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 의해 대략 사각형을 이루는 부분을 정렬 대상 부위(45, 47, 48)로 인식할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 이미지(I)에서 4 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 인식될 수 있다.
후술하는 바와 같이 정렬 기준 위치 및 감지 위치가 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응되는 경우에, 제어부(77)는, 각각의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)을 산출할 수 있다(도 13).
후술하는 바와 같이 i) 정렬 기준 위치 및 감지 위치가 제1방위각(K) 및 제2방위각(K)을 각각 포함하고, ii) 제1방위각(K) 및 제2방위각(K)이 배터리 셀(90) 내의 중심(O)(예컨대 배터리 셀 또는 제2 집전판의 중심)에 대한 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)인 경우에, 제어부(77)는, 도 13에 도시된 바와 같이 복수 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치를 이용하여 상기 중심(O)을 산출할 수 있다.예를 들면, 제1방위각(K) 산출 시 사용되는 제1중심(O)의 위치는 기준 이미지에서의 복수 개의 정렬 기준 위치(중심점)를 이용하여 산출될 수 있다. 제2방위각(K) 산출 시 사용되는 제2중심(O)의 위치는 대상 이미지에서의 복수 개의 감지 위치(중심점)를 이용하여 산출될 수 있다.
예를 들면, 복수 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 제2 집전판(40)의 중앙부를 중심으로 둘레방향으로 배열된 경우에 제어부(77)는, 제2 집전판(40)의 중앙부를 사이에 두고 서로 마주보는 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 중심점(C)을 연결하여 서로 교차하는 복수 개의 직선을 획득할 수 있다(도 13). 제어부(77)는 복수 개의 직선의 한 개 이상의 교차 지점의 위치를 산출할 수 있다. 제어부(77)는 상기 제1중심(O) 또는 제2중심(O)의 위치를 어느 한 개의 교차 지점의 위치 또는 적어도 일부의 교차 지점과 인접한 위치로 설정할 수 있다(도 13).
이후에 제어부(77)는, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 중심점(C)이 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대해 이루는 방위각(K)을 산출할 수 있다.
실시 형태에 따르면, 이미지(I)에서 인식된 복수 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 상기 중심(O)에 대해 둘레방향을 따라 복수 개소 이격 배치되고, 각각의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 가장자리는 방사방향과 나란한 방향으로 연장되는 부분과 방사방향과 수직하거나 둘레방향으로 연장되는 부분을 포함할 수 있다. 아울러 배터리 셀(90)의 정렬은 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 회전에 의해 이루어지고, 배터리 셀(90)의 정렬 인자 역시 회전각에 대응할 수 있다.
따라서 제1정보를 이용하여 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 인식하면, 각 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 가장자리에 대한 인식 정확도가 더욱 높아질 수 있다. 또한 각 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)을 산출할 때 상기 가장자리들에 기초한 평균적인 위치가 산출되므로, 가장자리 일부의 인식에 오차가 발생하더라도, 상기 중심점(C)의 위치 산출 과정에서 상기 오차가 줄어들 수 있다. 게다가 이렇게 오차가 축소된 각 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 중심점(C)들을 토대로 배터리 셀(90) 내의 중심(O)을 산출하므로, 일부 중심점(C)의 위치에 오차가 있다 하더라도 상기 중심(O) 산출 과정에서 그 오차가 한 차례 더 줄어들 수 있다.
따라서 가장자리 인식에 대한 오차 발생이 적은, 제1정보를 이용한 이미지 감지를 실시하고, 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)을 산출하여 오차를 한 차례 축소시키고, 상기 중심점(C)들로부터 다시 배터리 셀(90) 내의 중심(O)을 산출하여 오차를 한 차례 더 축소시킨 상태로 산출된 방위각(K)은, 실제 정렬이 필요한 회전 각도와 대비하여 거의 오차가 발생하지 않을 수 있다.
다음으로 제어부(77)는, 적어도 한 개의 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출할 수 있다. 여기에서, 정렬 기준 위치는 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 위치에 대응될 수 있다. 정렬 기준 위치는 사용자로부터 직접 입력받거나 사용자로부터 입력받은 정보를 이용하여 산출되거나 기준 이미지로부터 산출될 수 있다. 감지 위치는 대상 이미지에서 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 위치에 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 정렬 기준 위치는 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응될 수 있다. 감지 위치는 이미지(I, 대상 이미지)에서 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 정렬 기준 위치는, 배터리 셀(60) 내의 중심(O)에 대한, 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함할 수 있다. 감지 위치는, 상기 중심(O)에 대한, 이미지(I, 대상 이미지)에서 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함할 수 있다. 이 때에, 오프셋 양은, 제1방위각(K)과 제2방위각(K)의 차이인 오프셋 각도를 포함할 수 있다. 오프셋 각도는 후술하는 위치 보정부(71)의 회전 중심 축에 대한 각도일 수 있다.
여기에서, 제1방위각(K)은 상기 중심(O)에 대한, 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)일 수 있다. 제2방위각(K)은 상기 중심(O)에 대한, 이미지(I, 대상 이미지)에서 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)일 수 있다.
여기에서, 상기 중심(O)의 위치는 복수 개의 정렬 기준 위치 또는 복수 개의 감지 위치를 이용하여 산출될 수 있다. 제1방위각(K) 및 제2방위각(K)이 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 방위각(K)인 경우에 상기 중심(O)의 산출 방법은 전술한 바와 같다.
가령 어느 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)에 대해서, 정렬 기준 위치에 포함되는 제1방위각(K)이 45도이고 감지 위치에 포함되는 제2방위각(K)이 약 44도인 경우에 제어부(77)는 제1방위각(K)과 제2방위각(K) 차이인 오프셋 각도, 즉 1도를 산출할 수 있다. 오프셋 각도의 허용 범위의 절대값이 최대 2도라면, 제어부(77)는 어느 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 정렬 기준 위치에 있다고 판단할 수 있다. 반면 제2방위각(K)이 40도인 경우에, 제어부(77)는 오프셋 각도인 5도를 산출할 수 있고 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 정렬 기준 위치에서 벗어났다고 판단할 수 있다.
제어부(77)는, 정렬 대상 부위(45, 47, 48)가 정렬 기준 위치를 벗어나 위치하는 경우, 상기 오프셋 양이 감소하도록 후술하는 위치 보정부(71)를 제어할 수 있다. 오프셋 양이 오프셋 각도를 포함하는 경우에 제어부(77)는 오프셋 각도가 감소하도록 위치 보정부(71)를 제어하여 배터리 셀(90)의 적어도 일부분을 회전시킬 수 있다.
위치 보정부(71)는 용접 장치(60)에 인접하여 배치될 수 있다. 위치 보정부(71)는 용접 장치(60)에 대한 배터리 셀(90)의 적어도 일부분(예컨대 배터리 셀 전체)의 위치를 보정할 수 있다.
실시 형태에서 위치 보정부(71)는, 회전 중심 축에 대한 회전 각도의 제어가 가능한 모터를 포함할 수 있다. 상기 회전 중심 축은 배터리 셀(90) 내의 중심(O)(예컨대 배터리 셀 또는 제2 집전판의 중심)과 정렬되거나 대응할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 도 15와 도 16에 도시된 바와 같이 위치 보정부(71)인 모터가 상기 회전 중심 축에 대해 상기 오프셋 각도만큼 회전하도록 모터의 회전각도가 제어부(77)에 의해 제어될 수 있다.
실시 형태에서 위치 보정부(71)는 이송 장치(80)에 설치될 수 있다. 위치 보정부(71)는 승강부(71)에 함께 설치됨이 예시된다. 그러나, 위치 보정부(71)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 위치 보정부(71)는, 승강부(71)와 별도로 로터리 테이블(81)에 설치될 수도 있다. 즉 배터리 셀(90)을 회전시킬 수 있는 구조라면, 위치 보정부(71)의 설치 위치와 구성은 공지의 수단들로 다양하게 구성할 수 있다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 위와 같이 정렬 장치(70)를 통해 용접 장치(60)에 대한 배터리 셀(90)의 정렬이 완료된 배터리 셀(90)은, 승강부(71)에 의해 상승하고, 이에 따라 배터리 셀(90)의 용접 예정 부위(44), 즉 제2 집전판(40)의 피트부(43)와 캔(10)의 비딩부(13)의 접촉 부위가 승강부(71)에 의해 밀착될 수 있다. 즉 승강부(71)는 용접 마스크(61)를 제2 집전판(40)으로 가압하는 가압력을 제공하는 가압부(71)일 수 있다.
용접 마스크(61)는 제2 집전판(40)의 피트부(43)를 캔(10)의 비딩부(13)의 축 방향 외측 표면에 밀착하도록 가압할 수 있다. 이를 위해, 용접 마스크(61)의 저면의 가장자리부는 제2 집전판(40)의 피트부(43)와 접하며 피트부(43)를 하방으로 가압하는 가압면(62)을 구성할 수 있다.
용접 마스크(61)의 외주 둘레면(63)은 캔(10)의 측벽(11)의 내주면과 접촉하며 배터리 셀(90)과 용접 마스크(61)의 중심을 정렬할 수 있다. 아울러 용접 마스크(61)의 외주 둘레면(63)과 가압면(62)이 만나는 코너 부위에는, 측벽(11)의 내측으로 용접 마스크(61)의 하단부가 삽입될 수 있도록 안내하는 모따기면(65)이 마련될 수 있다.
용접 마스크(61)는, 제2 집전판(40)의 용접 예정 부위, 즉 피트부(43)의 캔접합부(44)와 대응하는 영역에서 가압면(62) 쪽으로 개방되는 패싱홀(64)을 구비할 수 있다. 패싱홀(64)은 피트부(43)와 대응하여 배치되도록, 용접 마스크(61)의 둘레 방향을 따라 복수 개 이격 배치될 수 있다. 실시 형태에서는 패싱홀(64)이 90도 간격으로 4개 마련됨이 예시된다.
패싱홀(64)은 용접 마스크(61)를 관통하는 형태를 가질 수 있다. 패싱홀(64)은 가압면(62)과 교차하도록 가압면(62)이 제2 집전판(40)을 가압하는 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 상기 가압 방향은 상기 전극 조립체(20)의 축 방향과 대응할 수 있다.
용접 마스크(61)는, 용접 과정에서 발생하는 부산물이 배터리 셀(90) 내부로 유입되지 않도록, 불활성 가스를 공급하고 용접 중에 발생하는 가스를 흡인하는 가스 유동로(66)를 구비할 수 있다. 가스 유동로(66)는 가압면(62) 쪽으로 개구된 패싱홀(64) 부근까지 연장될 수 있다.
용접가열부(68)는, 용접 예정 부위(44)에 레이저(L)를 조사하는 발진기(68)일 수 있다. 발진기(68)에서 발진한 레이저(L)는, 패싱홀(64)을 통해 용접 예정 부위(44)에 조사될 수 있다.
비딩부(13)에 피트부(43)가 도 18에 도시된 바와 같이 캔접합부(44)에서 용접 접합되면, 캔(10)과 제2 집전판(40)은 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 집전판(30)과 제1 전극단자(15)의 접합 및 제2 집전판(40)과 비딩부(13)의 접합이 이루어진 후, 캔(10) 내부에 전해액을 주입할 수 있다. 전해액을 주입한 뒤, 측벽부재(11)의 개방 단부는, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 캡(50)에 의해 덮이며 밀봉 마감될 수 있다.
실시 형태의 배터리 셀(90)은, 캔(10)의 개방 단부를 덮는 단부벽을 구성하는 캡(50)을 구비할 수 있다. 캡(50)은 그 가장자리에 가스켓(55)이 감싸진 상태에서 캔(10)의 개방 단부에 씌워질 수 있다. 이에 따라 캡(50)의 가장자리는 피트부(43)가 용접된 비딩부(13) 상에 올려질 수 있다.
그리고 측벽(11)의 축 방향 단부는 캡(50)보다 축 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 코킹 가공되어 크림핑부(14)를 구성할 수 있다. 크림핑부(14)는 캡(50)의 외면의 가장자리를 축 방향 내측으로 가압할 수 있다.
가스켓(55)은 캡(50)의 가장자리의 축 방향 내면, 반경 방향 외주면, 및 축 방향 외면을 감싸며 캡(50)과 측벽(11) 사이에 압착 개재되고, 이에 따라 캔(10)은 밀봉될 수 있다. 가스켓(55)은, 크림핑부(14)와 캡(50)의 간극 부위를 밀봉하고, 캡(50)을 측벽(11)으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
이렇게 조립이 완료된 배터리 셀(90)은, 도 21에 도시된 바와 같이 캡(50)이 바닥에 배치되도록 한 상태에서 캔(10)의 단부벽(12)과 제1 전극단자(15)가 모두 상부면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(90)을 전기적으로 연결하는 버스바는 모두 배터리 셀(90) 상부에 연결될 수 있다.
[정렬 방법]
도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 방법(S100)은 촬영 단계(S110), 감지 단계(S120), 산출 단계(S130) 및 보정 단계(S140)를 포함할 수 있다.
촬영 단계(S110)에서, 배터리 셀(90)을 촬영하여 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득할 수 있다.
여기에서, 동축 방향으로 배터리 셀(90)에 광을 조사할 수 있다. 동축 방향은 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란하거나 배터리 셀(90)에 수용된 집전판(40)을 실질적으로 포함하는 가상의 평면에 수직한 방향일 수 있다. 또한, 상기 동축 방향과 나란한 촬영 방향으로 배터리 셀(90)을 촬영하여 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득할 수 있다.
감지 단계(S120)에서, 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 제1정보를 이용하여 이미지(I)에서 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지할 수 있다.
감지 단계(S120)는, 제1정보를 이용하여 이미지(I)에서 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지하는 제1과정 및/또는 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지하는 제2과정을 포함할 수 있다. 감지 단계(S120)가 제1과정을 포함하는 경우에 제1정보는 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다. 감지 단계(S120)가 제2과정을 포함하는 경우에 제1정보는 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함할 수 있다. 여기에서, 한 쌍의 제1 엣지(V1) 및 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 전술한 바와 같다.
산출 단계(S130)에서, 적어도 한 개의 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출할 수 있다.
정렬 기준 위치가, 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한, 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함하고, 감지 위치가, 상기 중심(O)에 대한, 이미지(I)에서 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함하며, 오프셋 양이 오프셋 각도를 포함하는 경우에, 산출 단계(S130)는, 제1방위각(K)과 제2방위각(K)의 차이로부터 오프셋 각도를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
보정 단계(S140)에서, 상기 오프셋 양이 감소하도록 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정할 수 있다.
보정 단계(S140)는, 오프셋 양(예컨대 오프셋 각도)이 감소하도록 배터리 셀(90)의 적어도 일부분을 회전시키어 용접 장치(60)에 대한 배터리 셀(90)의 위치 정렬을 실시할 수 있다.
한편, 정렬 방법(S100)과 관련하여 언급되지 않은 사항은 전술한 정렬 장치(70)로부터 유추될 수 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (20)

  1. 배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득하는 촬영부(75);
    용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정하는 위치 보정부(71); 및
    상기 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하고, 적어도 한 개의 상기 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출하고 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 위치 보정부(71)를 제어하는 제어부(77);를 포함하는, 정렬 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 촬영부(75)는, 상기 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 상기 배터리 셀(90)에 광을 조사하는 동축 조명과, 상기 배터리 셀(90)의 축 방향과 나란한 방향으로 상기 배터리 셀(90)을 촬영하는 비전 카메라를 포함하는, 정렬 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1정보는 상기 모양을 벡터로 표현하거나 벡터로 표현 가능한 벡터정보를 포함하고,
    상기 제어부(77)는 상기 벡터정보를 이용하여 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하는, 정렬 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는, 상기 배터리 셀(90)에 마련되고 상호 이격 배치된 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 및 상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48) 사이에서 제1 부위(47)와 제2 부위(48)를 연결하도록 연장된 연장 부위(45)를 포함하는, 정렬 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    각각의 상기 연장 부위(45)는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향으로 연장되거나, 상기 배터리 셀(90)의 축 방향에 대해 비스듬히 연장된, 정렬 장치.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제1정보는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 연장 부위(45)의 폭 방향의 양 단부에 의해 규정되는 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함하고,
    상기 폭 방향은 상기 연장 부위(45)의 연장 방향과 교차하고,
    상기 제어부(77)는 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지함으로써 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하는, 정렬 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)는 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향과 실질적으로 나란한, 정렬 장치.
  8. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1정보는 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 제1 부위(47)와 제2 부위(48)에 의해 규정되는 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함하고,
    상기 제어부(77)는 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지함으로써 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하는, 정렬 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)는 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한 방사 방향과 실질적으로 수직하거나 상기 중심(O)에 대한 둘레 방향과 실질적으로 나란한, 정렬 장치.
  10. 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연장 부위(45)의 표면의 법선 방향은, 상기 제1 부위(47)를 경계로 상기 연장 부위(45)의 외측의 상기 배터리 셀(90)의 표면의 법선 방향과 교차하거나, 상기 제2 부위(48)를 경계로 상기 연장 부위(45)의 외측의 상기 배터리 셀(90)의 표면의 법선 방향과 교차하는, 정렬 장치.
  11. 청구항 4 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)는 상기 배터리 셀(90)의 캔(10)에 수용된 집전판(40)에 마련되고,
    상기 집전판(40)은, 상기 캔(10)에 수용된 전극 조립체(20)의 전극(22)의 탭(27)에 접합된 한 개 이상의 전극접합부(42)와, 집전판(40)을 상기 캔(10)에 용접하는 상기 용접 장치(60)에 의해 상기 캔(10)에 용접되는 한 개 이상의 캔접합부(44)와, 상기 한 개 이상의 전극접합부(42)와 상기 한 개 이상의 캔접합부(44)를 전기적으로 연결하도록 연장되는 통전부(46)를 구비하고,
    각각의 상기 연장 부위(45)는 상기 통전부(46)에 마련된, 정렬 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 기준 위치는 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응되고,
    상기 감지 위치는 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분의 중심점(C)의 위치에 대응되는, 정렬 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 기준 위치는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한, 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함하고,
    상기 감지 위치는, 상기 중심(O)에 대한, 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함하고,
    상기 오프셋 양은, 상기 제1방위각(K)과 제2방위각(K)의 차이인 오프셋 각도를 포함하는, 정렬 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 중심(O)의 위치는 복수 개의 상기 정렬 기준 위치 또는 복수 개의 상기 감지 위치를 이용하여 산출되는, 정렬 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오프셋 양은, 상기 위치 보정부(71)의 회전 중심 축에 대한 오프셋 각도를 포함하고,
    상기 제어부(77)는, 상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 위치 보정부(71)를 제어하여 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분을 회전시키는, 정렬 장치.
  16. 배터리 셀(90)을 용접하는 용접 장치(60);
    상기 배터리 셀(90)을 상기 용접 장치(60)로 이송하는 이송 장치(80); 및
    상기 용접 장치(60)에 대한 상기 배터리 셀(90)의 위치를 정렬하는, 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항의 상기 정렬 장치(70)를 포함하는,
    용접 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 정렬 장치(70)의 상기 촬영부(75)는 상기 이송 장치(80)에 의해 상기 용접 장치(60)를 향해 이송 중인 상기 배터리 셀(90)을 촬영하거나,
    상기 정렬 장치(70)의 상기 위치 보정부(71)는 상기 이송 장치(80)에 설치되는, 용접 시스템.
  18. 배터리 셀(90)을 촬영하여 상기 배터리 셀(90)의 이미지(I)를 획득하는 촬영 단계(S110);
    상기 배터리 셀(90)의 적어도 한 개의 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 적어도 일부분에 대응되거나 대응될 수 있는 모양(form)을 수학적으로 표현한 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)를 감지하는 감지 단계(S120);
    적어도 한 개의 상기 감지된 정렬 대상 부위(45, 47, 48) 각각에 대해서, 정렬 기준 위치와 감지 위치의 차이인 오프셋 양을 산출하는 산출 단계(S130); 및
    상기 오프셋 양이 감소하도록 상기 배터리 셀(90)의 적어도 일부분의 위치를 보정하는 보정 단계(S140);를 포함하는, 정렬 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1정보는, 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 연장 방향과 교차하는 폭 방향의 양 단부에 의해 규정되는 한 쌍의 제1 엣지(V1)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함하고,
    상기 감지 단계(S120)는, 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제1 엣지(V1)를 감지하는 과정을 포함하거나,
    상기 제1정보는, 적어도 한 개의 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 상기 연장 방향의 양단의 제1 부위(47)와 제2 부위(48)에 의해 규정되는 한 쌍의 제2 엣지(V2)에 대응되거나 대응될 수 있는 모양을 수학적으로 표현한 정보를 포함하고,
    상기 감지 단계(S120)는, 상기 제1정보를 이용하여 상기 이미지(I)에서 상기 한 쌍의 제2 엣지(V2)를 감지하는 과정을 포함하는, 정렬 방법.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 정렬 기준 위치는, 상기 배터리 셀(90) 내의 중심(O)에 대한, 상기 용접 장치(60)에 대해서 정렬된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제1방위각(K)을 포함하고,
    상기 감지 위치는, 상기 중심(O)에 대한, 상기 이미지(I)에서 감지된 상기 정렬 대상 부위(45, 47, 48)의 제2방위각(K)을 포함하고,
    상기 오프셋 양은, 오프셋 각도를 포함하고,
    상기 산출 단계(S130)는, 상기 제1방위각(K)과 상기 제2방위각(K)의 차이로부터 상기 오프셋 각도를 산출하는 과정을 포함하는, 정렬 방법.
PCT/KR2025/010021 2024-07-19 2025-07-09 배터리 셀 용접용 정렬장치 및 배터리 셀과 용접장치의 정렬 방법 Pending WO2026019151A1 (ko)

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