(57)【要約】  本発明は、渦電流を用いて電池セル内部の亀裂を検出する亀裂検出装置であって、渦電流を誘導する第１センサー及び前記第１センサーにより誘導された渦電流信号を感知する第２センサーを含み、電池セルが走行する間に、渦電流による検査を行う検査部と、電池セルが投入される地点から搬出される地点まで、複数の電池セルを順次に移送する移送部と、前記検査部と電気的に連結され、前記検査部により感知された渦電流信号を受信して評価し、制御する制御部とを含む亀裂検出装置である。本発明の亀裂検出装置は、非破壊的な方法で、電極、電極タップ、溶接部上に生じた亀裂の有無と位置を検出することができる。
2021536111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流を用いて電池セル内部の亀裂を検出する亀裂検出装置であって、
渦電流を誘導する第１センサーおよび前記第１センサーにより誘導された渦電流信号を感知する第２センサーを含み、電池セルが走行する間に渦電流による検査を行う検査部と、
電池セルが投入される地点から搬出される地点まで、複数の電池セルを順次に移送する移送部と、
前記検査部と電気的に連結され、前記検査部により感知された渦電流信号を受信して評価し、制御する制御部と
を含む、亀裂検出装置。
【請求項２】
前記電池セル内部の亀裂が、電極、電極タップ及び溶接部上に生じた亀裂である、請求項１に記載の亀裂検出装置。
【請求項３】
前記検査部は、前記第１センサー及び前記第２センサーを検査しようとする位置へと移動できるように設計され、前記第１センサー及び前記第２センサーが固定された状態で渦電流による検査を行う、請求項１又は２に記載の亀裂検出装置。
【請求項４】
前記検査部は、第１位置調整部材、第２位置調整部材、第３位置調整部材、及び第４位置調整部材を含み、
前記第１位置調整部材の一側は前記第１センサーと結合されており、前記第１位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって前記第３位置調整部材と結合され、
前記第２位置調整部材の一側は前記第２センサーと結合されており、前記第２位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって前記第３位置調整部材と結合され、
前記第３位置調整部材の一側は前記第１位置調整部材及び前記第２位置調整部材とそれぞれ結合されており、前記第３位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって前記第４位置調整部材と結合され、
前記第４位置調整部材は、位置固定ボルトによって前記第３位置調整部材と結合され、
前記第１位置調整部材及び前記第２位置調整部材がそれぞれ前記第３位置調整部材と結合される部位は、同一延長線上に所定の間隔で離隔されており、
前記第３位置調整部材は、前記第１位置調整部材及び前記第２位置調整部材の位置を調節するための所定の長さを有するスライディング溝を備えており、前記第１位置調整部材及び前記第２位置調整部材は、前記スライディング溝に沿って移動することができ、
前記第４位置調整部材は、前記第３位置調整部材の位置を調節するための所定の長さを有するスライディング溝を備えており、前記第３位置調整部材は、前記スライディング溝に沿って移動することができる、請求項１から３のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項５】
前記第１センサー及び前記第２センサーは、それぞれコイルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項６】
前記コイルの直径は０．５〜１０ｍｍである、請求項５に記載の亀裂検出装置。
【請求項７】
前記移送部は、前記電池セルの投入地点から搬出点まで延長された移送ダイと、電池セルを移送する移送手段とを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項８】
前記移送部は、複数の単位移動区間を有しており、
前記移送手段は、一つまたは二つ以上の単位移動区間を往復移動する、請求項７に記載の亀裂検出装置。
【請求項９】
前記移送ダイは、一つの単位移動区間と隣接する単位移動区間との間に電池セルが定着されるネストを備えており、
前記ネストは、電池セルの形状に対応して内部に湾入された受容溝が形成されている、請求項８に記載の亀裂検出装置。
【請求項１０】
前記移送手段は、
電池セルを前記移送ダイから昇降させる昇降部と、
前記昇降部が移動できるように結合され、前記昇降部を水平方向に往復移動させる駆動部と
を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項１１】
前記昇降部は電池セルを吸着するための吸着ホールを備えており、
前記吸着ホールを通じて真空を印加し、電池セルを吸着する、請求項１０に記載の亀裂検出装置。
【請求項１２】
前記昇降部は油圧や空気圧により上下へと往復運動をするシリンダーである、請求項１０又は１１に記載の亀裂検出装置。
【請求項１３】
前記検査部が渦電流検査を行う間、前記電池セルを一定の速度で走行させる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項１４】
検査領域内において電池セルの走行速度がその他の領域の走行速度とは異なるように制御される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項１５】
前記渦電流信号は電圧である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【請求項１６】
渦電流の発生及び検出の開始と終了の時点を、前記第１センサー及び前記第２センサーに伝達する光センサーをさらに含み、
前記光センサーは、電極リードの両端部を検出して、それを前記第１センサー及び前記第２センサーに伝達し、
第１端部の検出信号により渦電流検査が始まり、第２端部の検出信号により渦電流検査が終了する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の亀裂検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１９年０４月１７日付の韓国特許出願第１０−２０１９−００４４９５４号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、リチウム二次電池の内部の亀裂を検査する方法および装置に関するものであって、渦電流を用いて非破壊的に電極クラック、タップクラック、溶接部クラックを検出する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
化石燃料の枯渇によりエネルギー源の価格が上昇し、環境汚染に対する関心が増して、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が将来の生活のための必要不可欠な要因となっている。特に、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池に対する需要が急激に増加している。
【０００４】
代表的に、電池の形状面においては、薄い厚さで、携帯電話などの製品に適用され得る角形二次電池とパウチ型二次電池の需要が高い。材料面においては、エネルギー密度、放電電圧、出力安定性の高い、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池の需要が高い。
【０００５】
二次電池は、正極、負極及び上記正極と上記負極との間に介在された分離膜構造の電極組立体が、どのような構造からなっているのかによって分類されることもある。代表的には、長いシート形の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻取りした構造のゼリーロール（巻き取り型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った多数の正極と負極を分離膜に介在した状態で順次的に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極を分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ  Ｃｅｌｌ）などの単位セルを巻取した構造のスタックー折り畳み型電極組立体などが挙げられる。
【０００６】
また、二次電池は、電極組立体が電池容器に受納された状態に、液体電解質である電解液を注入し、電池容器をシーリングすることによって製造される。
【０００７】
上記のような電極の製造工程や電極組立体の組立工程中には、保持部と無地部の伸び率の違い、溶接による物理的な外力などを理由で、電極、タップ、溶接部上に亀裂が発生し得、ひいては、このような亀裂が低電圧不良をもたらすことになる。
【０００８】
問題は、スタックー折り畳み型電池セルの場合、スタックー折り畳み工程の特性上、折り畳み工程中に生じる組立欠陥は、折り畳みセル内部にクラックが生じることによりビジョン検査を通じた不良選別が難しい。また、シーリングが完了して密封された電池セル内部のクラックを非破壊的に検出する方法がない。
【０００９】
そこで、電池セル内部のクラックを非破壊的に検出する方法及び装置に関する技術開発の必要性が高いのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するために案出されたものであって、シーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）が完了されたリチウム二次電池内部のクラックを非破壊的に検出する装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は渦電流を用いて電池セル内部の亀裂（Ｃｒａｃｋ）を検出する亀裂検出装置であって、
渦電流を誘導する第１センサー及び上記第１センサーによって誘導された渦電流信号を感知する第２センサーを含み、電池セルが走行する間に渦電流により検査を行う検査部と、
電池セルが投入される地点から搬出される地点までに、複数の電池セルを順次的に移送する移送部と、 
上記検査部と電気的に連結され、上記検査部によって感知された渦電流信号を受信して評価し、制御する制御部と
を含む亀裂検出装置である。
【００１２】
本発明における上記電池セル内部の亀裂は、電極、電極タップ及び溶接部上に生じた亀裂であり得る。
【００１３】
本発明の一実施例において、上記検査部は、上記第１センサー及び上記第２センサーを検査しようとする位置へと移動できるように設計され、上記第１センサー及び上記第２センサーが固定された状態で渦電流により検査を行うことであり得る。
【００１４】
本発明の一実施例において、上記検査部は、第１位置調整部材、第２位置調整部材、第３位置調整部材、及び第４位置調整部材を含み、
上記第１位置調整部材の一側は第１センサーと結合されており、上記第１位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって上記第３位置調整部材と結合され、
上記第２位置調整部材の一側は上記第２センサーと結合されており、上記第２位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって上記第３位置調整部材と結合され、
上記第３位置調整部材の一側は上記第１位置調整部材及び上記第２位置調整部材とそれぞれ結合されており、上記第３位置調整部材の他側は位置固定ボルトによって上記第４位置調整部材と結合され、
上記第４位置調整部材は、位置固定ボルトによって上記第３位置調整部材と結合され、
上記第１位置調整部材及び上記第２位置調整部材がそれぞれ上記第３位置調整部材と結合される部位は、同一延長線上において所定の間隔で離隔されており、
上記第３位置調整部材は、第１位置調整部材及び第２位置調整部材の位置を調節するための所定の長さを有するスライディング溝を備えており、第１位置調整部材及び第２位置調整部材は、上記スライディング溝に沿って移動することができ、
上記第４位置調整部材は、上記第３位置調整部材の位置調節をするための所定の長さを有するスライディング溝を備えており、上記第３位置調整部材は、上記スライディング溝に沿って移動することができるものであり得る。
【００１５】
本発明の一実施例において、上記第１センサー及び第２センサーは、それぞれコイルを含む。
【００１６】
このとき、上記コイルの直径は０．５〜１０ｍｍであり得る。
【００１７】
本発明の一実施例において、上記移送部は、電池セルの投入地点から搬出地点までに、延長された移送ダイと、電池セルを移送する移送手段とを含むことができる。
【００１８】
本発明の一実施例において、上記移送部は、複数の単位移動区間を有しており、上記移送手段は、一つまたは二つ以上の単位移動区間を往復移動することができる。
【００１９】
本発明の一実施例において、上記移送ダイは、一つの単位移動区間と隣接の単位移動区間との間に電池セルが定着されるネストを備えている。上記ネストは、電池セルの形状に対応して内部に湾入された受容溝が形成され得る。
【００２０】
本発明の一実施例において、上記移送手段は、電池セルを上記移送ダイから昇降させる昇降部と、上記昇降部が移動できるように結合され、上記昇降部を往復移動させる駆動部とを含む。
【００２１】
本発明の一実施例において、上記昇降部は電池セルの吸着のための吸着ホールを備えており、上記吸着ホールを通して真空を印加し、電池セルを吸着するものであり得る。
【００２２】
本発明の一実施例において、上記昇降部は油圧や空気圧によって上下に往復運動するシリンダーであり得る。
【００２３】
本発明の一実施例において、上記電池セルはパウチ型リチウム二次電池である。
【００２４】
本発明の一実施例において、上記検査部が渦電流検査を行う間、上記電池セルを一定の速度で走行させる。
【００２５】
本発明の一実施例において、検査領域内での電池セルの走行速度は、その他の領域の走行速度とは異なるように制御され得る。
【００２６】
本発明の一実施例において、上記渦電流信号は電圧である。
【００２７】
本発明の一実施例において、渦電流の発生及び検出の開始と終了の時点を、上記第１センサー及び第２センサーに伝達する光センサーをさらに含み、
上記光センサーは、電極リードの両端部を検出し、それを上記第１センサー及び上記第２センサーに伝達する。第１端部の検出信号から渦電流検査が始まり、第２端部の検出信号から渦電流検査が終わる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電池セル内部の亀裂検出装置は、渦電流を用いて電極、電極タップ、溶接部上に生じた亀裂の有無と位置を検出するので、非破壊的な方法として電池セル内部の亀裂を検出する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】渦電流を用いた亀裂の検出原理を図示した概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る電池セル内部の亀裂検出装置の概要図である。
【図３】本発明の他の一実施例に係る検査部の詳細図面である。
【図４】図３の検査部を構成する第１センサー及び第２センサー内部のコイルの概要図である。
【図５】本発明の一実施例に係る検査部と移送部の詳細図面である。
【図６】図５の移送部を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例に係る移送ダイを示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本明細書および特許請求の範囲で使われた用語は、通常的、または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は彼自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚して、発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。したがって、本明細書に記載された実施例に図示された構成は、本発明の好ましい一実施様態に過ぎず、本発明の技術的思想を何れも代弁するものではない。そこで、本出願時点におけるこれらを代替し得る様々な均等物および変形例があり得ると理解すべきである。
【００３１】
本願明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素を含むことができることを意味する。
【００３２】
本願明細書の全体において使用される用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造及び物質許容誤差が提示されるとき、その数値またはその数値に近い意味で使用される。また、本願の理解を助けるため、正確または絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防ぐために使用される。
【００３３】
本願明細書の全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれる「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される一つ以上の混合、または組み合わせを意味するものであって、上記構成要素からなる群から選択される一つ以上を含むことを意味する。
【００３４】
本願明細書の全体において、「Ａおよび／またはＢ」という記載は、「ＡまたはＢまたは両方」を意味する。
【００３５】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３６】
図１は、渦電流を用いた亀裂検出原理を図示した概略図である。
【００３７】
図１を参照して説明すると、コイル（１０）に交流電流を付加すると、コイルの周りに１次磁場（２０）が発生する。このとき、１次磁場（２０）が形成されるコイル（１０）を検査対象（５０）の表面に持っていくと、電磁誘導現象により検査対象（５０）の表面内に誘導起電力が生じる。この誘導起電力は１次磁場（２０）を妨げる電流を流せるが、この電流を渦電流（４０、ｅｄｄｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ）という。
【００３８】
このような渦電流は、検査対象（５０）の表面の状態、位置、欠陥、材質などの変化に応じて変化することになる。本発明は、このような渦電流の特徴を用いて、電池セル内部のクラックを検出するものである。即ち、渦電流センサーの間に検査対象物体である電池セルを通過させて渦電流信号を測定し、渦電流信号に変化がある地点は、電極や電極タップ、溶接部の亀裂により渦電流信号が変化したものとして見なし、亀裂を検出するものである。
【００３９】
図２は、本発明の実施例に係る亀裂検出装置を示す模式図であり、図５は、本発明の一実施例に係る検査部と移送部の詳細図面である。これらの図面を参照すると、渦電流を用いて電池セル内部の亀裂を検出する本発明の電池セル内部の亀裂検出装置は、
渦電流を誘導する第１センサー及び上記第１センサーにより誘導された渦電流信号を感知する第２センサーを含み、電池セルが走行する間に渦電流により検査を行う検査部（１１０）と、
電池セルが投入される地点から搬出される地点までに、複数の電池セルを順次的に移送する移送部（１２０）と、
上記検査部と電気的に連結され、上記検査部によって感知された渦電流信号を受信して評価し、制御する制御部（１３０）とを含む。
【００４０】
本発明において、電池セル内部の亀裂とは、電極、電極タップ、溶接部上に生じた亀裂（Ｃｒａｃｋ）を意味する。
【００４１】
上記電極の亀裂とは、集電体上に電極活物質、バインダー、導電材などを含む電極合剤が塗布された後、乾燥及び圧延などの電極工程を経て製造された電極が、上記電極工程中、集電体と電極合剤の伸び率の違いなどが原因で生じた集電体上の亀裂であり得る。
【００４２】
上記電極タップの亀裂とは、保持部と無地部との間の伸び率の違いから生じた電極うねり、境界部のしわに応力がたまって溶接時の振動や外力により生じた亀裂であり得る。
【００４３】
上記溶接部上の亀裂とは、溶接時の溶接が不十分で生じた未溶接部や溶接工程中に生じた亀裂であり得る。
【００４４】
上記列挙した電極、電極タップ、溶接部上に生じた亀裂は、電極組立体をラミネートシートのような電池ケースで密封するシーリング工程を経ると、電池ケースによって電池セル内部が隠されるので、電池セル外部からは観察できない亀裂である。しかし、本発明の渦電流を用いた亀裂検出装置を利用すれば、上記クラックが検出できるという効果がある。
【００４５】
以下、上記検査部について詳しく説明する。図３は、本発明の一実施例に係る検査部の構造を示した図面であって、それを参照すると、本発明の検査部（１１０）は、上記第１センサー（１１１）及び第２センサー（１１２）が検査しようとする位置へと移動することがでる。また、第１センサー（１１１）及び第２センサー（１１２）が固定された状態で、渦電流の誘導および感知を行うように構成されている。
【００４６】
具体的に、検査部は、
渦電流を誘導する第１センサー（１１１）と、
上記第１センサー（１１１）によって誘導された渦電流信号を感知する第２センサー（１１２）と、
一側は上記第１センサー（１１１）と結合されており、他側は位置固定ボルト（１１５）によって下記第３位置調整部材（１１７）と結合される第１位置調整部材（１１３）と、
一側は上記第２センサー（１１２）と結合されており、他側は位置固定ボルト（１１６）によって下記第３位置調整部材（１１７）と結合される第２位置調整部材（１１４）と、
一側は、上記第１位置調整部材（１１３）及び上記第２位置調整部材（１１４）とそれぞれ結合されており、他側は位置固定ボルト（１１９）によって下記第４位置調整部材（１１８）と結合される第３位置調整部材（１１７）と、
位置固定ボルト（１１９）によって上記第３位置調整部材（１１７）と結合される第４位置調整部材（１１８）とを含んでいる。
【００４７】
上記第１位置調整部材（１１３）及び上記第２位置調整部材（１１４）がそれぞれ上記第３位置調整部材（１１７）と結合される部位は、同一延長線上に所定の間隔で離隔されており、上記第３位置調整部材（１１７）は、第１位置調整部材及び第２位置調整部材の位置を調節するために所定の長さを有するスライディング溝（図示せず）を備えており、第１位置調整部材及び第２位置調整部材は、上記スライディング溝に沿って移動することができる。
【００４８】
また、上記第４位置調整部材（１１８）は、上記第３位置調整部材（１１７）の位置調節のための所定の長さを有するスライディング溝を備えており、上記第３位置調整部材（１１７）は、上記スライディング溝に沿って移動することができる。
【００４９】
上記実施様態によると、上記第１センサー（１１１）及び上記第２センサー（１１２）を操作する人が求める位置へと移動させるために、それらと結合された第１位置調整部材（１１３）及び第２位置調整部材（１１４）がそれぞれ上下方向へと移動できるように設計されている。ここで、上下方向とは、検査対象物体である電池セル（２００）から垂直方向に離れる方向及び近よる方向と、定義され得る。
【００５０】
上記第３位置調整部材（１１７）の一側には、第１位置調整部材（１１３）と結合される部位に、第１位置調整部材が移動するためのスライディング溝（図示せず）が備えられ得る。上記第１位置調整部材は、上記移動溝の長さの範囲内で移動溝に沿って移動することができる。上記移動溝は電池セルの垂直方向に延長された形態である。第１位置調整部材（１１３）は、上記位置固定ボルト（１１５）の操作で、第３位置調整部材（１１７）に固定され得る。
【００５１】
上記第２センサー（１１２）も第１センサーと同じく、上下方向へと移動できるように、第２位置調整部材（１１４）の一側と結合されており、上記第１位置調整部材の他側は第３位置調整部材（１１７）の一側と結合されるように設計されている。第３位置調整部材（１１７）の一側には、第２位置調整部材と結合される部位に、第２位置調整部材（１１４）が移動するためのスライディング溝（図示せず）が備えられ得る。また、上記第２位置調整部材は、上記スライディング溝に沿って移動することができ、上記位置固定ボルト（１１６）の操作で、第２位置調整部材が第３位置調整部材に固定され得る。上記第１位置調整部材（１１３）及び上記第２位置調整部材（１１４）がそれぞれ上記第３位置調整部材（１１７）と結合される部位は、同一延長線上で所定の間隔で離隔されている。
【００５２】
上記第１位置調整部材及び第２位置調整部材が第３位置調整部材と結合されたことと同様の原理で、第３位置調整部材は第４位置調整部材と結合される。第４位置調整部材には、第３位置調整部材が位置を移動することができるスライディング溝（図示せず）が備えられ得、上記第３位置調整部材はスライディング溝の長さほど移動することができる。また、使用者は、上記スライディング溝を通して第３位置調整部材を求める位置へと移動させた後、位置固定ボルト（１１９）を操作して第３位置調整部材が第４位置調整部材に固定されるようにする。
【００５３】
図４は、第１センサー及び第２センサーを示した概略図であって、図４を参照すると、第１センサー（１１１）及び第２センサー（１１２）はそれぞれのコイルを含んでいる。
【００５４】
本発明の一実施例において、上記第１センサー及び第２センサーは、磁化部材（図示せず）にコイルが巻かれた構造で形成され、それを包むケースが備えられる。また、上記ケースの一端には、カバーが形成されており、他端はオープンされた形状を有することができる。上記ケースは、外部の衝撃から渦電流を用いる第１センサー及び第２センサーを保護できるようにし、第１センサー及び第２センサーを移送部または後述する位置固定部材のような他の場所に容易に装着できるようにする。
【００５５】
上記第１センサー（１１１）のコイルに交流電流が加わると、コイルの周りに１次磁場が形成される。本実施例において、コイルはスプリング形状であるが、それに限定されない。１次磁場が形成されるコイルを検査対象物体であるリチウム二次電池に持って行くと、電磁気誘導現象によって、リチウム二次電池に誘導起電力が発生し、１次磁場を妨げる渦電流が流れることになる。このように、第１センサーはリチウム二次電池に渦電流を誘導する。
【００５６】
第２センサー（１１２）は、検査対象物体である電池セルを基準として、第１センサー（１１１）の対向面に位置する。第２センサーは、第１センサーによって誘導された渦電流信号を感知する機能をする。第２センサーは、第１センサーによって誘導された渦電流が検査対象物体であるリチウム二次電池の状態、位置、欠陥、材質などの要因により形成、反射、吸収などの減衰された渦電流信号を検出する。したがって、電池セル内部に亀裂がある場合、渦電流信号の変化が生じることになり、第２センサーは渦電流信号を感知し、それを後述する制御部に伝送するのである。
【００５７】
本発明の好適な一実施例において、上記コイルの直径は０．５〜１０ｍｍである。ここで、上記コイルの直径というのは、磁性部材あるいは磁化部材を巻いたコイルの水平断面上の直径を意味する。上記コイルの直径が０．５ｍｍ未満であれば、直径が過度に小さくて渦電流信号の感知感応度が低く、二次電池内部の亀裂の精巧な検出が困難になり得る。逆に、コイルの直径が１０ｍｍを超えると、ノイズによって内部亀裂の検出に悪影響を及ぼすので好ましくない。したがって、コイルの直径を上記数値範囲内で適切に調整しながら、内部亀裂を検出するための最適なコイル直径を選択することが望ましい。
【００５８】
渦電流を用いた検査を実施するにあたって、コイルと検査対象の表面との間の距離をリフトオフというが、検査対象の表面欠陥を検出する能力を向上させるためには、リフトオフが一定に維持されるか、あるいは、それを最小化することが望ましい。
【００５９】
以下、上記移送部（１２０）について説明する。
【００６０】
図５は、本発明の一実施例に係る亀裂検査装置を上部から見た図面であって、検査部（１１０）及び移送部（１２０）を示しており、図６は、図５における移送部（１２０）の詳細図面である。これらの図面を参照すると、移送部（１２０）は、電池セルの投入地点から搬出地点までに延長された移送ダイ（１２１）；電池セルを移送する移送手段（１２２、１２３、１２４）；を含んでいる。
【００６１】
本発明の電池セル内部の亀裂検出装置に投入された電池セル（２００）は、上記移送部（１２０）によって検査部（１１０）に向かって移送され、検査部（１１０）により検査が終了した後に搬出口へと移送されて搬出される。複数の電池セル（２００）は、上記移送部（１２０）に順次的に投入され、一定の間隔で配置して移送される。
【００６２】
上記検査部（１１０）は、電池セルが検査領域を走行する間に、渦電流を用いて検査を行う。先行の電池セルを検査する間に、後続の電池セルは、先行の電池セルが留まっていた位置へと移送される。このとき、後続の電池セルは所定の検査待機時間を有することができ、先行の電池セルの検査が終了して検査領域から離れると、後続の電池セルが検査領域内へと移送されて検査が始まることになる。
【００６３】
本発明の検査装置は、必要に応じて、検査領域内での電池セルの走行速度を検査領域外での電池セルの移送速度とは異なるように調節することができる。即ち、検査領域内での電池セルの走行速度は、検査領域ではない領域での電池セルの移送速度より遅くなり得る。
【００６４】
図３、図５を参照すると、本発明の内部亀裂を検出する装置は、検査対象電である電池セル（２００）が第１センサー（１１１）と第２センサー（１１２）の間を通過する間に、第１センサーと第２センサーが作動し、上記電池セル（２００）が上記センサー（１１１、１１２）の間に介在された状態で、渦電流検査が行われる。このとき、上記電池セルは、後述する移送手段（１２２、１２３、１２４）によって、第１センサーと第２センサーの間を通過する。そして、上記第１センサー及び第２センサーによる渦電流検査が行われる間、上記電池セルは一定の速度で検査領域を走行することが望ましい。
【００６５】
本発明の移送部（１２０）の一実施例を図示した図６を参照すると、本発明の移送部（１２０）は、移送ダイ（１２１）；電池セルを移送する移送手段（１２２、１２３、１２４）を含むことができる。そして、上記移送手段は、電池セルを上記移送ダイから昇降させる昇降部（１２２）；及び上記昇降部（１２２）が移動できるように結合され、上記昇降部を電池セルの移送方向へと移送させる駆動部（１２４）を含むことができる。上記駆動部は、上記昇降部を移動させる限り、様々な形態が適用され得る。
【００６６】
上記昇降部は油圧や空気圧によって上下へと往復運動されるシリンダーであり得る。下では、上記昇降部の一実施例を説明する。
【００６７】
図６を参照すると、上記昇降部（１２２）は、電池セル（２００）の走行方向と平行した方向へと延長された形で、幅が狭くて長さが長いバー（ｂａｒ）の形態を有しており、二つの長いバー（ｂａｒ）が上記移送ダイの長さ方向（電池セルの走行方向）と平行した中央線を基準として、その上下にそれぞれ離隔して配置されている。これら直六面体形状の昇降部は、電池セル（２００）を支えながら、上記駆動部（１２４）が移動するにつれて一緒に電池セルの移送方向へと移動しながら、電池セルを移送することになる。
【００６８】
本発明の一実施例において、上記昇降部は、電池セルの吸着のために、少なくとも一つ以上の吸着ホール（１２３）を備えることができる。上記吸着ホール（１２３）の個数は、必要に応じて適切に調節することができる。
【００６９】
上記昇降部（１２２）は、電池セルをピックアップ（ｐｉｃｋ−ｕｐ）するために電池セルを吸着することであり、電池セルを吸着するために上記駆動部（１２４）から延長して上昇される。上記駆動部（１２４）は、上記移送ダイを基準として、電池セルが定着された面と対向する面が上記移送ダイ（１２１）の下部面に設置され得る。上記昇降部が上記移送ダイを貫通して移送ダイの上部へと上昇するために、上記移送ダイ（１２１）は上記昇降部が対応する部位に開口部（１２５）を備えられ得る。
【００７０】
上記昇降部が上記駆動部から延長され、上記移送ダイの開口部（１２５）を貫通して移送ダイの上部へと上昇することになると、上記吸着ホール（１２３）を通して真空が印加されることによって、上記昇降部に電池セルが吸着固定される。
【００７１】
このように、上記昇降部が電池セルを吸着し得ることによって、本発明の内部亀裂検出装置は、電池セルの整列の乱れ、上記昇降部から電池セルの脱却、電池セルの振動を抑制することができるという効果がある。電池セルが走行する間に渦電流の誘導及び渦電流信号の変化を感知する本発明において、検査信頼度を向上させるためには、電池セルの走行時に、電池セル整列の乱れ、電池セルの振動を最大限に抑制すべきであるが、本発明の亀裂検出装置は、昇降部に吸着部が備えられることにより、渦電流検査時に電池セルが走行しても振動を抑制する効果があるので、検査の信頼度が向上される。
【００７２】
本発明の一実施例においては、上記昇降部が電池セルを吸着するために吸着ホールを通して真空を印加する実施形態を例示したが、昇降部が電池セルを固定することができるのであれば、上記方法に限定されず、様々な形態が適用され得る。
【００７３】
本発明の一実施例において、上記移送部は複数の単位移動区間を有することができ、上記移送手段は、一つの単位移動区間、または、二つ以上の単位移動区間を往復移動することであり得る。従って、上記移送部は、複数の移送手段を有することができる。
【００７４】
図５を参照すると、上記移送部は、複数の単位移動区間（ａ）を有している。上記移送手段は、単位移動区間の開始地点に置かれていた電池セルをピックアップ（ｐｉｃｋ−ｕｐ）して、隣接の単位移動区間の開始地点へと移送する。単位移動区間での電池セルの移送を完了した上記移送手段は、再び単位移動区間の開始地点へと戻ってくる。上記プロセスが繰り返されて複数の電池セルを順次的に移送するようになる。
【００７５】
図７は、本発明の一実施例に係る移送ダイ（１２１）の一部分を図示しており、それを参照すると、上記移送ダイ（１２１）は、１つの単位移動区間と隣接した単位移動区間との間に電池セルが定着されるネスト（１２６）を備えることができる。
【００７６】
上記ネスト（１２６）には、電池セルの形状に対応して内部に湾入された受容溝が形成されているので、電池セル（２００）はネストに定着される。電池セルは、投入地点から検査領域まで移送される間に整列の乱れがあり得るが、本発明の亀裂検出装置は、上記移送ダイにネストが備えられており、ネストに定着されることによって電池セルが整列される効果がある。
【００７７】
図７を参照すると、上記受容溝が、電池セルの走行方向と平行な方向及び電池セルの走行方向と直交する方向へとそれぞれ形成され、十字状の形状が内部に湾入された形状である。これは電池セルの検査のとき、電池セルの長さ方向及び幅方向の検査をするためである。
【００７８】
検査対象の電池セル（２００）が、本発明の検査装置に投入されて搬出される過程について詳細に説明する。
【００７９】
本発明の移送部を構成する移送ダイは、複数のネストを備えている。
【００８０】
電池セルの投入地点に位置したネストに電池セルを投入すると、上記昇降部（１２２）が上記駆動部（１２４）から移送ダイの方向へと延長されながら、移送ダイ（１２１）の開口部（１２５）を貫通して上昇する。
【００８１】
移送ダイの上部へと上昇した昇降部（１２２）は、ネスト上に定着されている電池セル（２００）を吸着固定する。これは、移送時に、電池セルの移送手段からの脱却、移送途中の電池セルの整列の乱れ、検査中の電池セルの動きを最小化するためである。上記昇降部が電池セルを吸着する方法は、電池セルの移送中の動きを最小化する限り、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００８２】
上記昇降部（１２２）は、移動できるように上記駆動部（１２４）と結合されており、上記駆動部の駆動を通じて往復移動が可能である。電池セルを吸着した昇降部（１２２）は、上昇状態を維持したまま、上記駆動部の駆動を通じて検査部（１１０）が設置されている方向に向かって移動する。このとき、上記昇降部が支持または吸着していた電池セルも共に移送される。
【００８３】
上記昇降部は吸着していた電池セルを隣接のネストまで移送することになり、隣接のネストへの移送を完了した昇降部は真空を解除することになる。真空を解除した昇降部は、移送ダイの下部に設置された駆動部に向かって再び下降することになり、上記駆動部は、上記昇降部と共に元の位置に戻ることになる。これにより、一つの電池セルが、一つの単位移動区間から隣接の単位移動区間へと移送される。そして、順次に、このようなプロセスが繰り返され、電池セルが投入地点から検査部（１１０）と最も隣接するネストまでに到達することになる。
【００８４】
本発明の一実施例において、本発明の内部亀裂検査装置は、検査部と最も隣接したネストに定着された電池セルを整列する整列部をさらに含むことができる。渦電流検査を行う直前に電池セルを整列することにより、検査の信頼度が向上され得る。
【００８５】
上記整列部によって整列された電池セルは、再度上記昇降部（１２２）に吸着されて検査領域を走行し、上記第１センサー及び第２センサーにより渦電流検査を受けることになる。
【００８６】
上記検査部による検査領域内での電池セルの走行速度は、検査の正確度を高めるために、一定することが望ましい。また、電池セルが検査領域を通過する間の走行速度は、その他の領域における電池セルの移送速度とは異なるように制御され得る。
【００８７】
上記検査部により渦電流検査を完了した電池セルは、上記昇降部と駆動部を含む移送手段により、電池セルが搬出される地点まで移送される。
【００８８】
上記制御部（１３０）について詳細に説明する。本発明の亀裂検出装置を構成する制御部（１３０）は、上記検査部（１１０）と電気的に連結されており、上記検査部により感知された渦電流信号を受信して評価し、本発明の検出装置を制御する機能をする。
【００８９】
上記制御部は、渦電流信号に関する情報を受信して映像を表示することができ、表示された映像によって内部亀裂を判断することができる。
【００９０】
本発明の一実施例において、上記検査部により検出される渦電流信号は、電圧であり得る。電池セル内部に亀裂がある場合、亀裂がある部位には電圧の変化があるので、それに基づいて亀裂の有無と亀裂の位置を検出することができる。
【００９１】
上記制御部は、上記検査部により感知された電圧を受信してそれを記録し、感知位置に応じた電圧値のプロファイルから亀裂の有無と位置を検出する。
【００９２】
上記制御部は、上記検査部及び移送手段を制御することができる。上記制御部は、複数の電池セルの移送とその速度を制御するためのメモリと結合される従来のプログラム可能な電子コンピュータからなり得る。
【００９３】
本発明の亀裂検出装置は、渦電流信号の変化に基づいて亀裂を判別することであって、パウチ型リチウム二次電池の内部亀裂検出時に有用である。
【００９４】
以下、本発明のパウチ型リチウム二次電池について詳述する。
【００９５】
一般的に、リチウム二次電池は、正極／分離膜／負極という構造の電極組立体がどのような構造からなっているのかによって分類され得るが、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻取りした構造のゼリーロール（巻き取り型）電極組立体、所定の大きさの単位で切取りした多数の正極と負極を分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極を分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ−ｃｅｌｌ）を巻取した構造のスタック／折り畳み型電極組立体などが挙げられる。
【００９６】
最近では、スタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低製造コスト、少ない重量、容易な形態変形などを理由に多くの関心を集めており、それの使用量も上々に増加している。
【００９７】
パウチ型リチウム二次電池は、電極組立体、電極組立体から延長されている電極タップ、電極タップに溶接されている電極リード及び電極組立体を受容する電池ケースを含むもので構成されている。
【００９８】
電極組立体は、分離膜が介在された状態で、正極と負極が順次に積層されている発電素子であって、スタック型またはスタック／折り畳み型の構造からなっている。電極タップは、電極組立体の各極板から延長されており、電極リードは、各極板から延長された複数個の電極タップと、例えば、溶接によりそれぞれ電気的に連結されており、電池ケースの外部に一部が露出されている。また、電極リードの上下面の一部には、電池ケースとのシーリング度を高めながら、同時に電気的絶縁状態を確保するために絶縁フィルムが付着されている。
【００９９】
電池ケースは、アルミニウムラミネートシートからなっており、電極組立体を受容し得る受納スペースを提供し、全体的にパウチの形状を有している。積層型電極組立体の場合には、多数の正極タップと多数の負極タップが電極リードに一緒に結合されるように、電池ケース内部の上段は電極組立体から離隔されている。
【０１００】
パウチ型リチウム二次電池は、上述したように電極、電極タップ、溶接部が電池ケースの内部にあるので、その亀裂を外部から検出し難い。しかし、本発明のように渦電流を用いた検出装置を利用すると、パウチ型二次電池内部の亀裂を検出することができる。
【０１０１】
本発明の他の実施様態に係る亀裂検出装置は、渦電流誘導の時点及び渦電流信号感知の終了時点を、検査部に伝達する光センサーをさらに含むことができる。
【０１０２】
具体的に、上記光センサーが電極リードの両端部のうち、一番目の段部である第１端部を検出して、検出信号を上記検査部に伝達すると、上記検査部の第１センサー及び第２センサーが作動して渦電流誘導および渦電流信号の感知を開始する。そして、上記光センサーが電極リードの両端部のうち、二番目の段部である第２端部を検出して検出信号を上記検査部に伝達すると、上記検査部の第１センサー及び第２センサーの動作が終了する。上記のように検査部により渦電流検査の開始と終了の時点を電極リードの領域に限定することによって、検査範囲を電極リードの長さの内に含まれた領域に縮小させて、検出感応度を向上させる効果がある。
【０１０３】
前述したように、電極リードは、各極板から延長された複数個の電極タップと溶接によってそれぞれ電気的に連結されており、電池ケースの外部に引き出されているので、光センサーによる電極リード端部の認識が可能である。
【０１０４】
電極リードは、一側の第１端部と他側の第２端部を含んでおり、光センサーは第１端部から第２端部までを移動し、第１端部と第２端部を感知する。具体的に、光センサーは電極リードの一側の第１端部を認識して認識信号を第１センサーに伝達する。上記第１センサーは、光センサーから認識信号を伝達されると、渦電流コイルに電流を印加し、最終的には、リチウム二次電池に渦電流誘導を開始する。上記光センサーは、第１端部から第２端部に向かって移動しながら、第２端部を感知して第２端部を認識することになると、認識信号を第２センサーに伝達する。第２センサーは、光センサーから認識信号を伝達されると、第２センサーによる渦電流信号の受信を終了する。
【０１０５】
本発明は、図面に図示した実施例を参考にして説明したが、それは例示的なものに過ぎず、当該技術が属する分野において通常の知識を有する者であれば、そこから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解すべきである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定めなければならならない。
【符号の説明】
【０１０６】
１００：二次電池内部の亀裂検出装置
１１０：検査部
１１１：第１センサー
１１２：第２センサー
１１３：第１位置調整部材
１１４：第２位置調整部材
１１５、１１６、１１９：位置固定ボルト
１１７：第３位置調整部材
１１８：第４位置調整部材
１２０：移送部
１２１：移送ダイ
１２２：昇降部
１２３：吸着ホール
１２４：駆動部
１２５：開口部
１２６：ネスト
ａ：単位移動区間
１３０：制御部
２００：電池セル
【図１】
2021536111.tif 000003
【図２】
2021536111.tif 000004
【図３】
2021536111.tif 000005
【図４】
2021536111.tif 000006
【図５】
2021536111.tif 000007
【図６】
2021536111.tif 000008
【図７】
2021536111.tif 000009
【国際調査報告】
2021536111.tif 000010
2021536111.tif 000011
2021536111.tif 000012
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