Domaine technique de l'invention

L'invention concerne le domaine technique des batteries électriques, en particulier l'invention concerne un procédé et un système de détection d’une bavure sur un matériau actif d'électrode au cours de la fabrication d'une cellule lithium-ion.

Art antérieur

Lors de la fabrication d'une électrode destinée à être comprise dans une batterie, il peut se produire une formation de bords rugueux ou de nervures sur la surface de l'électrode. Cela survient parce que des opérations de découpe sont réalisées au cours de la fabrication de l'électrode. Ces bords rugueux ou de crêtes sont appelés bavure et ont un impact sur la qualité et les performances de la batterie. Une bavure peut percer le séparateur et, par conséquent, mettre directement en contact électrique deux électrodes de polarité opposée (une anode et une cathode). Il en résulte un court-circuit qui peut avoir des conséquences graves, telles que l'établissement d'un arc électrique et/ou une combustion spontanée pendant l'utilisation de la batterie, voire un incendie.

En raison de la nature même des matériaux actifs et en dépit des efforts pour réaliser des découpes franches de bonne qualité, la présence de bavures est souvent inévitable. Par conséquent, l'identification des bavures de surface et de sous-surface est cruciale afin de mieux détecter l'électrode qui présente un défaut afin qu'elle ne soit pas utilisée dans la fabrication de la batterie.

De nombreuses tentatives de détection de la présence d'un défaut lors de la fabrication d'une batterie ont été faites. Par exemple, la demande de brevet JP20150022094 divulgue un procédé d'inspection de la présence d'une défaillance sur une surface interne d'un boîtier métallique pour une batterie lithium-ion dans lequel, après qu'un ensemble d'électrodes et un électrolyte soient insérés dans un boîtier métallique, une surface du boîtier métallique est comprimée avec un dispositif de reliure, et la batterie lithium-ion à inspecter est ensuite chauffée. Afin d'inspecter la présence d'au moins une défaillance sur la surface interne du boîtier métallique, une distribution de température du boîtier métallique est observée pendant une période de temps définie jusqu'à ce que la température de la batterie revienne à un état normal.

Cependant, le procédé décrit dans la demande de brevet JP20150022094 n'identifie que le défaut sur le boîtier métallique et ne détecte pas le défaut des composants à l'intérieur de la batterie. En particulier le procédé décrit dans la demande de brevet JP20150022094 n'aide pas à détecter tout défaut d'électrode à l'intérieur de la batterie. De plus, le procédé décrit dans la demande de brevet JP20150022094 ne détecte le défaut qu'une fois la batterie assemblée à un stade ultérieur du processus de fabrication, ce qui signifie que si un défaut est détecté sur le boîtier métallique, toute la batterie et les composants à l'intérieur doivent être mis au rebus même si ces composants ne sont pas eux-mêmes défectueux.

Description Générale

Le but de la présente invention est de fournir un procédé de détection de défaut qui peut détecter un défaut d'électrode à un stade précoce du processus de fabrication sans perturber le processus de fabrication de la batterie tout en réduisant le nombre de composants dans la batterie susceptibles d’être jetés.

A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détection de défaut pour détecter un défaut dans une électrode destinée à être comprise dans une batterie lors de la fabrication de l’électrode, ledit procédé de détection comprenant les étapes suivantes :

- disposer l’électrode sur un convoyeur primaire et la faire circuler au moyen de ce convoyeur primaire à travers un stimulateur inductif et un champ de vision d’un imageur thermique ;

- chauffer une surface de ladite électrode à l’aide du stimulateur inductif ;

- obtenir des données thermographiques de différentes positions sur la surface de l’électrode à l’aide de l’imageur thermique à différents moments au fur et à mesure que l’électrode se déplace sur le convoyeur primaire, afin d’attribuer à l’électrode plusieurs séquences d’images thermiques;

- insérer les données thermographiques dans un programme informatique comprenant un algorithme d’extraction, l’algorithme d’extraction étant configuré pour extraire des caractéristiques de défaut à partir des plusieurs séquences d’images thermiques;

- trier les électrodes en fonction des caractéristiques de défaut extraites, telles que : si les caractéristiques de défaut extraites satisfont à un critère de sélection prédéfini, l'électrode est réputée fonctionnelle et l'électrode reste sur le convoyeur primaire afin d'être comprise dans la batterie, si les caractéristiques de défaut extraites ne satisfont pas au critère de sélection prédéfini, l'électrode est considérée comme défectueuse et l'électrode est transférée vers au moins un convoyeur secondaire.

Selon une caractéristique, le stimulateur inductif est configuré pour délivrer un courant à une fréquence de fonctionnement variable en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

Selon une caractéristique, le procédé de détection de défaut comprend en outre une étape consistant à : - ajuster la fréquence de fonctionnement du stimulateur inductif en fonction des caractéristiques de défaut extraites afin d'améliorer la détection du défaut d'électrode à la surface de l'électrode.

Selon une caractéristique, le stimulateur inductif est une sonde à courants de Foucault.

Selon une caractéristique, le procédé de détection de défauts comprend en outre une étape de :

- mise en forme des données thermographiques à l'aide d'un circuit de conditionnement préalablement à l'entrée des données thermographiques dans le programme informatique.

Selon une caractéristique, le procédé de détection de défaut comprend une étape d'adaptation d'au moins un paramètre du circuit de conditionnement en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

Selon une caractéristique, l'algorithme d'extraction est un algorithme d'apprentissage automatique, notamment un algorithme de détection d'anomalies ou un algorithme de classification.

L’invention concerne en outre un système de détection de défaut pour détecter un défaut d'électrode pendant la fabrication d'une électrode destinée à être comprise dans une batterie, ledit système de détection de défaut comprenant :

- un stimulateur inductif chauffant une surface de l'électrode ;

- un imageur thermique ;

- un convoyeur primaire sur lequel est disposée l’électrode et au moyen duquel l’électrode circule à travers un stimulateur inductif et un champ de vision d’un imageur thermique, l'imageur thermique générant des données thermographiques à partir de différentes positions sur la surface de l'électrode à différents moments au fur et à mesure que l’électrode se déplace sur le convoyeur primaire, de sorte que l'électrode se voit attribuer plusieurs séquences d'images thermiques;

- un programme informatique comprenant un algorithme d'extraction, dans lequel les données thermographiques sont insérées, l'algorithme d'extraction étant configuré pour extraire des caractéristiques de défaut des séquences d'images thermiques ;

- au moins un convoyeur secondaire ; l'électrode étant transférée vers l’au moins un convoyeur secondaire si les caractéristiques de défaut extraites ne répondent pas à un critère de sélection prédéfini que l'électrode est jugée défectueuse, et l'électrode restant sur le convoyeur primaire afin d'être comprise dans la batterie si les caractéristiques de défaut extraites satisfont au critère de sélection prédéfini et que l'électrode est jugée fonctionnelle. Selon une caractéristique, le stimulateur inductif est configuré pour délivrer un courant à une fréquence de fonctionnement variable selon les caractéristiques de défaut extraites.

Selon une caractéristique, le stimulateur inductif est une sonde à courants de Foucault.

Selon une caractéristique, le système de détection de défauts comprend en outre un circuit de conditionnement configuré pour formater les données thermographiques avant d’insérer les données thermographiques dans le programme informatique.

Brève description des figures

L’invention va maintenant être décrite, à titre d’exemple seulement, en référence à la figure ci-jointe :

[Fig.1] la figure 1 est une représentation schématique du système de détection de défauts selon l’invention.

Dans cette figure, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Pour des raisons de clarté, la figure n’est pas nécessairement reproduite à l'échelle. Des caractéristiques supplémentaires peuvent ressortir de la description suivante.

Description détaillée

L’invention concerne un procédé de détection de défaut pour détecter un défaut dans une électrode 1 destinée à être comprise dans une batterie, comme par exemple une batterie lithium-ion, lors de la fabrication de l’électrode 1.

Plus généralement, le procédé de détection de défaut décrit peut être appliqué à tout type de cellule secondaire.

Le procédé de détection comprend une première étape qui consiste à disposer l’électrode 1 sur un convoyeur primaire 5 et la faire circuler au moyen de ce convoyeur primaire 5 à travers un stimulateur inductif 2 et un champ de vision d’un imageur thermique 3 comme le montre la figure 1.

Une feuille d'électrode 1 peut être fournie en continu par un rouleau d'électrode 1 , et une découpeuse coupe la feuille d'électrode 1 afin d'obtenir l'électrode 1 à tester.

La découpeuse peut avoir une vitesse comprise entre 20 mètres/minute et 100 mètres/minute et de préférence sensiblement égale à 80 mètres/minute et un encodeur peut être utilisé pour mesurer la vitesse de la découpeuse.

L'imageur thermique 3 peut par exemple être une caméra infrarouge produisant une image bidimensionnelle générée à partir des données thermographiques.

L'imageur thermique 3 peut avoir une résolution comprise entre 100 et 2000 micromètres, et de préférence sensiblement égale à 700 micromètres à une cadence d'images par seconde de 1700. Selon une possibilité, l’imageur thermique 3 est configuré de telle sorte que l’imageur thermique 3 soit tourné vers un côté de l'électrode 1 comme le montre la figure 1. Par exemple l’imageur thermique 3 peut être configuré de manière à faire face à une face supérieure de l'électrode 1 et un autre imageur thermique peut être configurée de manière à faire face à une face inférieure de l'électrode 1.

Le stimulateur inductif 2 peut être configuré pour délivrer un courant à une fréquence de fonctionnement variable en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

Le stimulateur inductif 2 peut être une sonde à courants de Foucault.

Avantageusement, l'utilisation d'une sonde à courants de Foucault dans le procédé de détection de défaut décrit permet un contrôle non destructif de l'électrode 1.

Le procédé de détection de défaut peut comprendre en outre une étape consistant à ajuster la fréquence de fonctionnement du stimulateur inductif 2 en fonction des caractéristiques de défaut extraites afin d'améliorer la détection du défaut d'électrode 1 à la surface de l'électrode 1. La fréquence de fonctionnement peut varier entre 50Hz et 1000MHz par exemple.

Avantageusement, ajuster la fréquence de fonctionnement du stimulateur inductif 2 permet d'affiner la détection des défauts et donc de détecter minutieusement les défauts des électrodes.

Avantageusement, le fait d'avoir un stimulateur inductif 2 à fréquence variable permet d'affiner la fréquence du courant généré par le stimulateur inductif 2.

Le procédé de détection comprend également une étape qui consiste à chauffer une surface de ladite électrode 1 à l’aide du stimulateur inductif 2.

Suite au chauffage de la surface de l’électrode, on obtient des données thermographiques de différentes positions sur la surface de l’électrode 1 à l’aide de l’imageur thermique 3 à différents moments au fur et à mesure que l’électrode 1 se déplace sur le convoyeur primaire 5, afin d’attribuer à l’électrode 1 plusieurs séquences d’images thermiques.

Puis, est exécutée une étape qui consiste à insérer les données thermographiques dans un programme informatique 4 comprenant un algorithme d’extraction. L’algorithme d’extraction est configuré pour extraire des caractéristiques de défaut à partir des plusieurs séquences d’images thermiques.

L'algorithme d'extraction peut être un algorithme d'apprentissage automatique, notamment un algorithme de détection d'anomalies ou un algorithme de classification.

Par exemple, l'algorithme d'extraction peut être un réseau de neurones convolutifs CNN ou un réseau de mémoire longue à court terme LSTM.

Avantageusement, l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique permet de détecter automatiquement les défauts de manière rapide et efficace. Par exemple, peuvent être considérés comme des défauts :

- un premier défaut d'image dérivée au-dessus d'un rapport d'aspect de 1 , 1 ;

- un défaut d'image dérivée du 2 ^ème supérieur à 0,8 et

- le défaut d'image dérivée du 3 ^ème supérieur à 0,7.

Afin de détecter la bavure ou l’anomalie, une dérivée d’une valeur d'intensité f(x,y) sur l'image faite par l’imageur thermique est calculée afin de trouver un endroit où la dérivée est maximale. La bavure pourrait alors être localisée suite à une détection d’une forte intensité du gradient dans l'image.

Les composantes du gradient sont décrites par l'approximation suivante :

[Math 1] df x,y) f(x + dx,y) — f(x,y)

— - - = Ax = - - - dx dx

[Math 2]

Où les gradeurs dx et dy mesurent respectivement une distance le long des axes x et y de l’image.

Dans les images discrètes, dx et dy peuvent être mesurés en termes de nombres de pixels entre deux points. Le point pour lequel on a dx = dy = 1 est un point auquel les coordonnées des pixels sont appelés (i, j), on a donc :

[Math 3]

Ax = (i + 1,;) - f(i,j)

[Math 4]

Afin de détecter la présence d'une discontinuité de gradient, on pourrait calculer le changement de gradient au point de coordonnées (i, j). Cela peut être fait en trouvant la mesure de magnitude suivante :

[Math 5]

M = Inf^/Ax ² + Ay ² ) et la direction du gradient est donnée par :

[Math 6]

„ Ay

6 = tan ¹ — Ax

Ainsi, par exemple, si M > 1 ,1 , ce qui représente une valeur seuil, alors l'anomalie est classée comme une bavure.

Le rapport d'aspect est un rapport entre l'épaisseur du matériau et la profondeur du défaut. Selon une possibilité, les données thermographiques sont mises en forme à l'aide d'un circuit de conditionnement 6 préalablement à l'entrée des données thermographiques dans le programme informatique 4. Par exemple, les données thermographiques peuvent être triées et mises au format requis pour être analysées par le programme informatique 4.

Avantageusement, la mise en forme des données thermographiques préalablement à la saisie des données thermographiques dans le programme informatique 4 permet une meilleure analyse des données thermographiques et réduit le risque d'erreur lors de l'analyse.

Le circuit de conditionnement 6 peut comprendre un circuit analogique ou un circuit numérique. Par exemple, le circuit de conditionnement 6 peut comprendre un filtre médian utilisé pour supprimer le bruit poivre et sel ou le bruit impulsionnel d'une image thermique.

Par ailleurs, le procédé de détection de défaut peut comprendre une étape d'adaptation d'au moins un paramètre du circuit de conditionnement 6 en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

L’au moins un paramètre du circuit de conditionnement 6 peut être un noyau du filtre médian qui peut être modifié de manière adaptative sur la base d'une réponse du stimulateur inductif 2, et donc en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

Avantageusement, faire dépendre l’au moins un paramètre du circuit de conditionnement 6 des caractéristiques de défaut extraites permet d'adapter le circuit de conditionnement 6 aux caractéristiques de défaut extraites afin de caractériser le défaut de manière plus précise.

Une étape de tri des électrodes est ensuite exécutée en fonction des caractéristiques de défaut extraites.

Ainsi, si les caractéristiques de défaut extraites satisfont à un critère de sélection prédéfini, l'électrode 1 est réputée fonctionnelle et l'électrode 1 reste sur le convoyeur primaire 5 afin d'être comprise dans la batterie. Si, au contraire, les caractéristiques de défaut extraites ne satisfont pas au critère de sélection prédéfini, l'électrode 1 est considérée comme défectueuse et l'électrode 1 est transférée vers au moins un convoyeur secondaire 5’.

Le critère de sélection peut être un paramètre lié à la température tel qu’une dérivée logarithmique de température.

Selon un mode de réalisation, l'électrode 1 qui est transférée sur l’au moins un convoyeur secondaire 5’ peut être mise au rebut dans une machine de mise au rebut où sont placées les électrodes défectueuses.

De manière avantageuse, le procédé de détection de défaut décrit peut identifier les défauts d'électrode 1 de manière rapide et efficace sans interrompre le processus de fabrication de la batterie. De manière avantageuse, le procédé de détection de défauts peut être utilisé à n'importe quelle étape du processus de fabrication de la batterie afin d'identifier les défauts de surface et de sous-surface des électrodes 1.

L’invention concerne en outre un système de détection de défaut pour détecter un défaut d'électrode 1 pendant la fabrication d'une électrode 1 destinée à être comprise dans une batterie. Ce système de détection de défaut est présenté à la figure 1 .

Le système de détection de défaut comprend le stimulateur inductif 2 prédécrit et qui chauffe une surface de l'électrode 1.

Le stimulateur inductif 2 peut être configuré pour délivrer un courant à une fréquence de fonctionnement variable selon les caractéristiques de défaut extraites.

Avantageusement, le fait d'avoir un stimulateur inductif 2 à fréquence variable permet d'affiner la fréquence du courant généré par le stimulateur inductif 2.

Le stimulateur inductif 2 peut être une sonde à courants de Foucault.

Avantageusement, la sonde à courants de Foucault permet un test par courants de Foucault qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour détecter le défaut de l'électrode 1 de manière simple, économique et non invasive, ce qui signifie qu'il n'y a pas de rupture dans la surface de l'électrode 1.

Le système de détection de défaut comprend également :

- l’imageur thermique 3 ;

- le convoyeur primaire 5 sur lequel est disposée l’électrode 1 et au moyen duquel l’électrode 1 circule à travers le stimulateur inductif 2 et le champ de vision de l’imageur thermique 3, l'imageur thermique 3 générant des données thermographiques à partir de différentes positions sur la surface de l'électrode 1 à différents moments au fur et à mesure que l’électrode 1 se déplace sur le convoyeur primaire 5, de sorte que l'électrode 1 se voit attribuer plusieurs séquences d'images thermiques;

- le programme informatique 4 comprenant l’algorithme d'extraction, dans lequel les données thermographiques sont insérées, l'algorithme d'extraction étant configuré pour extraire des caractéristiques de défaut des séquences d'images thermiques ;

- l’au moins un convoyeur secondaire 5’.

Le système de détection de défauts peut comprendre en outre un circuit de conditionnement 6 configuré pour formater les données thermographiques avant d’insérer les données thermographiques dans le programme informatique 4.

Avantageusement, le circuit de conditionnement 6 traite les données thermographiques de manière à ce que lesdites données thermographiques répondent aux exigences du programme informatique 4 pour effectuer une analyse desdites données thermographiques. Le circuit de conditionnement 6 peut comprendre un dispositif de limitation de tension et de courant et un filtre anti-repliement.

Conformément à ce qui a été décrit précédemment, l'électrode 1 est transférée vers l’au moins un convoyeur secondaire 5’ si les caractéristiques de défaut extraites ne répondent pas à un critère de sélection prédéfini et que l'électrode 1 est jugée défectueuse.

Au contraire, l'électrode 1 reste sur le convoyeur primaire 5 afin d'être comprise dans la batterie si les caractéristiques de défaut extraites satisfont au critère de sélection prédéfini et que l'électrode 1 est jugée fonctionnelle.

Avantageusement, le système de détection de défauts permet la mise en œuvre du procédé de détection de défauts décrit précédemment.

Le procédé de détection et le système de détection décrits précédemment ont une application industrielle dans le domaine de la fabrication de cellules secondaires.

Ce qui s’applique dans cette description détaillée au procédé de détection s'applique également au système de détection, et vice versa. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.