KR102524747B1 - 배터리 전압 및 온도를 센싱하기 위한 플렉스 포일 (flex foil) 기판 커넥터 - Google Patents

배터리 전압 및 온도를 센싱하기 위한 플렉스 포일 (flex foil) 기판 커넥터 Download PDF

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Abstract

배터리를 위한 센싱 시스템은 제 1 커버 층을 포함하는 플렉스 포일 기판을 포함한다. 도전성 층은 트레이스들을 포함하는 트레이스 패턴을 규정한다. 제 2 커버 층은 제 1 개구부를 규정한다. 도전성 층은 제 1 커버 층과 제 2 커버 층 사이에 샌드위치된다. 제 1 개구부는 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스를 노출한다. 버스 바는 플렉스 포일 기판의 제 1 커버 층에 부착된다. 온도 센서는 제 1 커버 층의 제 1 개구부의 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스에 연결된다.

Description

배터리 전압 및 온도를 센싱하기 위한 플렉스 포일 (flex foil) 기판 커넥터
본 개시는 전기 커넥터들, 보다 구체적으로 배터리 시스템들을 위한 전기 커넥터들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
하이브리드 차량들은 내연 기관 (internal combustion engine; ICE), 전기 모터 및 배터리 시스템을 포함한다. 상황에 따라, ICE, 전기 모터 또는 모두가 차량을 구동하도록 사용될 수 있다. 순수 전기 차량들은 전기 모터 및 배터리 시스템을 포함하고 ICE는 포함하지 않는다. 하이브리드 차량 및 전기 차량의 배터리 시스템들은 일반적으로 ICE들에 의해서만 추진되는 종래의 차량들과 비교하여 보다 높은 저장 용량들을 갖는다.
보다 높은 저장 용량을 제공하기 위해, 배터리 시스템들은 함께 연결된 하나 이상의 배터리들을 포함한다. 배터리들 각각은 결국, 하나 이상의 배터리 셀들을 포함한다. 이들 배터리 시스템들을 제어하기 위해 사용되는 정교한 제어 및 모니터링 기법들이 증가하고 있다. 예를 들어, 동작 동안, 전류, 전압, 온도 및/또는 충전 상태와 같은 부가적인 배터리 파라미터들이 측정되고 모니터링된다. 그 결과, 복수의 연결들이 배터리들 각각으로 이루어질 수도 있다. 배터리 시스템의 동작은 모니터링된 파라미터들에 기초하여 조정된다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2020년 2월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 16/805,139 호의 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
배터리를 위한 센싱 시스템은 제 1 커버 층을 포함하는 플렉스 포일 기판을 포함한다. 도전성 층은 트레이스들을 포함하는 트레이스 패턴을 규정한다. 제 2 커버 층은 제 1 개구부를 규정한다. 도전성 층은 제 1 커버 층과 제 2 커버 층 사이에 샌드위치된다. 제 1 개구부는 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스를 노출한다. 버스 바는 플렉스 포일 기판의 제 1 커버 층에 부착된다. 온도 센서는 제 1 커버 층의 제 1 개구부의 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스에 연결된다.
다른 특징들에서, 버스 바는 감압성 접착제 (pressure sensitive adhesive; PSA) 를 사용하여 플렉스 포일 기판의 제 1 커버 층에 부착된다. 온도 센서는 부온도 계수 (negative temperature coefficient; NTC) 온도 센서를 포함한다. 온도 센서는 도전성 접착제를 사용하여 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스에 부착된다. 보호 층이 온도 센서 및 플렉스 포일 기판의 제 1 개구부 위에 배치된다.
다른 특징들에서, 보호 층은 코팅을 포함한다. 보호 층은 컨포멀한 (conformal) 코팅을 포함한다. 배터리 시스템은 프레임, 버스 바를 포함하는 복수의 버스 바 및 센싱 시스템을 포함한다. 복수의 버스 바들은 프레임에 부착된다.
다른 특징들에서, 플렉스 포일 기판은 버스 바의 상단 표면과 콘택트하여 배치된다. 플렉스 포일 기판은 제 2 커버 층에 제 3 트레이스 및 제 2 개구를 포함한다. 제 3 트레이스는 제 2 개구부를 통해 복수의 버스 바들 중 적어도 또 다른 버스 바의 하단 표면에 연결된다.
다른 특징들에서, 플렉스 포일 기판의 제 3 트레이스가 제 3 트레이스에 초음파로 용접된다. 버스 바 및 복수의 버스 바들 중 적어도 또 다른 하나의 버스 바는 서로 인접하게 배치된다.
배터리 시스템을 위한 커넥터는 프레임 및 프레임에 부착된 복수의 버스 바들을 포함한다. 플렉스 포일 기판은 제 1 커버 층, 제 2 커버 층 및 트레이스들을 포함하는 트레이스 패턴을 규정하고 제 1 커버 층과 제 2 커버 층 사이에 샌드위치된 도전성 층을 포함한다. 제 2 커버 층의 제 1 개구부는 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스를 노출한다. 트레이스 패턴의 제 3 트레이스를 노출하는 제 2 커버 층의 제 2 개구부. 복수의 버스 바들 중 제 1 버스 바의 제 1 표면에 부착된 제 1 커버 층의 외측 표면. 제 2 개구부의 플렉스 포일 기판의 제 3 트레이스는 복수의 버스 바들 중 제 2 버스 바의 제 2 표면에 연결된다. 온도 센서는 제 1 개구부에서 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스에 연결된다.
다른 특징들에서, 복수의 버스 바들 중 제 2 버스 바의 제 2 표면은 상기 커넥터의 배터리-대면 측면 상에 있고 복수의 버스 바들 중 제 1 버스 바의 제 1 표면은 커넥터의 배터리-대면 측면 반대편에 있다. 복수의 버스 바들 중 제 1 버스 바는 감압성 접착제를 사용하여 플렉스 포일 기판의 제 1 커버 층에 부착된다. 온도 센서는 부온도 계수 (negative temperature coefficient; NTC) 온도 센서를 포함한다. 온도 센서는 도전성 접착제를 사용하여 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스에 부착된다. 보호 층이 온도 센서 및 플렉스 포일 기판의 제 1 개구부 위에 배치된다.
다른 특징들에서, 보호 층은 코팅을 포함한다. 보호 층은 컨포멀한 (conformal) 코팅을 포함한다.
본 개시의 추가 적용 가능 영역들은 상세한 기술 (description), 청구항들 및 도면들로부터 자명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 프레임, 버스 바들 및 플렉스 포일 기판을 포함하는 배터리 커넥터 어셈블리의 일 예의 평면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 프레임, 버스 바들 및 플렉스 포일 기판을 포함하는 배터리 커넥터 어셈블리의 일 예의 확대된 부분 평면도이다.
도 3은 본 개시에 따른 인쇄 회로 기판의 일 예의 평면도이다.
도 4a는 본 개시에 따른 인쇄 회로 기판의 일 예의 평면도이다.
도 4b는 본 개시에 따른 도전성 접착제를 사용하여 플렉스 포일 기판에 연결된 인쇄 회로 기판의 일 예를 예시하는 측면도이다.
도 5는 본 개시에 따른 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리의 측단면도이다.
도 6은 본 개시에 따른 배터리 시스템의 버스 바들 및 온도 센서에 연결된 도 2의 플렉스 포일 기판의 측단면도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
상기 기술된 바와 같이, 배터리 시스템의 컴포넌트들의 온도는 몇몇 이유들로 측정될 수도 있다. 예를 들어, 충전 레이트 및/또는 방전 레이트는 배터리의 셀들에 대한 손상을 방지하고 그리고/또는 충전 효율을 개선하기 위해 배터리 온도에 기초하여 조정될 수도 있다. 일부 배터리 시스템들은 접착제를 사용하여 버스 바 (busbar) 에 부착된 온도 센서를 활용한다. 배선 (wiring) 은 온도 센서를 모니터링하는 제어기로 라우팅된다 (route).
플렉스 포일 기판들 (flex foil substrates) 은 하단 층, 트레이스들을 포함하는 트레이스 패턴을 규정하는 구리 (Cu) 또는 알루미늄 (Al) 과 같은 도전성 재료를 포함하는 중간 층 및 중간 층의 상단 상에 배치된 커버 층을 포함한다. 플렉스 포일 기판의 트레이스들은 배선 하니스들 (wiring harnesses) 의 배선들을 대체하도록 사용된다. 플렉스 포일 기판은 온도 센서를 배터리에 연결하고 버스 바 전압을 센싱하도록 사용될 수 있다.
플렉스 포일 기판을 사용한 버스 바로의 온도 센서의 배치 및/또는 부착은 몇몇 이유들로 문제가 될 수 있다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판은 버스 바들에 초음파로 용접된다. 온도 센서가 버스 바에 대한 초음파 용접 위치 근방에 또는 플렉스 포일 기판과 버스 바 사이에 배치될 때, 외부 힘들이 온도 센서로 하여금 버스 바와 콘택트하게 할 수 있고, 이는 단락 (short circuit) 을 야기할 수도 있다.
본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 (전압 센싱을 위해) 용접 위치들로부터 버스 바로 이격된 위치들에 하나 이상의 온도 센서들을 부착하는 플렉스 포일 기판들에 관한 것이다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판은 온도 센서들을 버스 바들의 상단 표면에 연결하는 한편, 플렉스 포일 기판은 또한 전압을 센싱하기 위해 버스 바들의 하단 표면들에 연결된다. 이 배열은 온도 센서를 손상으로부터 보호하는 경향이 있고 배터리 온도의 정확한 측정을 허용한다. 일부 예들에서, 배터리는 알루미늄 버스 바들을 포함하고 플렉스 포일 기판은 건식 밀링 (dry mill) 프로세스를 사용하여 밀링된 알루미늄 도전성 트레이스들을 포함한다.
플렉스 포일 기판의 도전성 층은 트레이스 패턴의 트레이스들을 생성하는 건식 밀링 프로세스를 사용하여 형성된다. 커버 층이 트레이스 위에 놓인다. 개구부들은 미리 절단되거나 (pre-cut) 그렇지 않으면 용접을 위한 위치들 및/또는 온도 센서들에 대응하는 위치들의 커버 층에 형성된다. 온도 센서들은 커버 층의 적용 및 밀링 프로세스 후에 플렉스 포일 기판에 부착된다. 셀 전압 센싱 트레이스들 및 온도 센싱 트레이스들은 공통 플렉스 포일 기판 상에 결합된다. 플렉스 포일 기판의 사용은 연결에 필요한 배선들 및 다른 컴포넌트들을 감소시킨다. 이에 더하여, 플렉스 포일 기판의 사용은 또한 신뢰성을 상승시키는 경향이 있다.
이제 도 1을 참조하면, 배터리 시스템을 위한 배터리 커넥터 어셈블리 (10) 가 도시된다. 일부 예들에서, 배터리 시스템은 2 이상의 열들의 배터리 셀들 (미도시) 을 포함한다. 일부 예들에서, 배터리 셀들의 열들은 버스 바들에 직렬로 연결된 8 개의 배터리 셀들을 포함하고 그리고 배터리 셀들의 열들은 또한 양극 배터리 단자 및 음극 배터리 단자에 직렬로 함께 연결된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 배터리 시스템은 단지 예시를 위한 것이고 다른 배열들, 셀들의 수, 및/또는 배터리 셀들의 병렬 및/또는 직렬 연결들, 등을 포함할 수도 있다.
배터리 커넥터 어셈블리 (10) 는 프레임 (14), 프레임 (14) 에 부착된 복수의 버스 바들 (18-1, 18-2, ... (집합적으로 버스 바들 (18))), 제 1 플렉스 포일 기판 (34-1), 및 제 2 플렉스 포일 기판 (34-2) (둘다 포괄적으로 플렉스 포일 기판 (34) 으로서 식별될 수도 있음) 을 포함한다. 제 1 플렉스 포일 기판 및 제 2 플렉스 포일 기판 (34-1 및 34-2) 이 버스 바들 (18) 아래에 위치되는 것으로 도시되지만, 제 1 플렉스 포일 기판 및 제 2 플렉스 포일 기판 (34-1 및 34-2) 은 기판 위, 아래 및/또는 위 및 아래 (예를 들어, 도 2) 에 위치되고 그리고/또는 부착될 수 있다.
일부 예들에서, 버스 바들 (18) 은 18-1 및 18-2에 도시된 바와 같이 그 사이에 위치된 확장 부분 (20) 과 나란히 (side-by-side) 연결될 수도 있다. 확장 부분 (20) 은 상대적인 이동을 허용하도록 벤딩되거나 커브된 금속을 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 버스 바들 (18) 은 18-3 및 18-4에 도시된 바와 같이 그 사이에 위치된 확장 부분 (21) 과 단 대 단 (end-to-end) 연결될 수도 있다. 일부 예들에서, 버스 바들 (18) 은 18-5 및 18-6에 도시된 바와 같이 개별 버스 바 또는 단일 버스 바를 포함한다.
일부 예들에서, 버스 바들 (18) 중 하나 이상은 일 표면으로부터 반대편 표면으로 통과하는 하나 이상의 홀들 (26) 을 포함한다. 버스 바들 (18) 의 마주 보는 표면은 대응하는 부착 위치들 (28) 에서 플렉스 포일 기판 (34) 에 부착될 수도 있다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판 (34) 은 초음파 용접을 사용하여 부착된다. 하나 이상의 홀들 (26) 은 부착 위치들 (28) 에 인접하게 배치될 수도 있다. 일부 예들에서, 접착제는 부착 위치들 (28) 에서 변형 완화 (strain relief) 를 제공하도록 홀들 (26) 중 선택된 홀들에 도포될 수도 있다.
프레임 (14) 은 버스 바들 (18) 로 하여금 프레임 (14) 내로 스냅-피팅되게 (snap-fit) 하고, 필요에 따라 유지되고 해제되게 하는 가요성 탭들 (22) 을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 가요성 탭들 (22) 은 프레임 (14) 의 마주 보는 측면들을 따라 위치된다. 부가적인 가요성 탭들 (22) 은 프레임 (14) 의 중심 부분에 인접한 제 1 열 및 제 2 열에 배치된다.
이제 도 2를 참조하면, 플렉스 포일 기판 (34) 은 하나 이상의 온도 센서들 (58) 이 복수의 버스 바들 (50) 중 하나 이상에 부착될 수 있도록 배치될 수 있다. 플렉스 포일 기판 (34) 은 버스 바 (50-1) 의 상단 상에 그리고 (버스 바 (50-1) 에 인접하게 배치된) 버스 바 (50-2) 아래에 배치된다. 온도 센서 (58) 는 버스 바 (50-1) 위의 플렉스 포일 기판 (34) 의 상단 표면에 부착된다. 유사하게, 버스 바 (50-2) 가 플렉스 포일 기판 (34) 의 상단 표면에 부착된다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판 (34) 은 버스 바 (50-2) 아래에 배치되고 56으로 나타낸 바와 같이 버스 바 (50-2) 의 하단 표면에 초음파 용접된다.
일부 예들에서, 접착제 (54) 는 플렉스 포일 기판 (34) 상에, 버스 바 (50-2) 에 걸쳐 그리고 플렉스 포일 기판 (34) 상에 플렉스 포일 기판 (34) 을 고정하도록 증착된다. 일부 예들에서, 접착제 (54) 는 초음파 용접부 (56) 의 제 1 측면 및 제 2 측면에 인접하게 증착된다.
이제 도 3을 참조하면, 플렉스 포일 기판 (34) 의 예가 도시된다. 플렉스 포일 기판 (34) 은 도전성 층 (60) 및 도전성 층 (60) 의 일 측면 또는 양 측면 상에 절연 층들 (62) (또는 커버 층들) 을 포함한다. 일부 예들에서, 도전성 층 (60) 은 Al 또는 Cu와 같은 금속으로 이루어지고 5 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위의 두께를 갖지만, 보다 두껍고 보다 얇은 트레이스들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 9 ㎛, 18 ㎛, 또는 35 ㎛의 두께를 갖는 Cu, 또는 9 ㎛ 또는 18 ㎛의 두께를 갖는 AI가 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 절연 층들 (62) 은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate; PEN), 또는 폴리이미드 (PI) 와 같은 막을 포함하지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다.
일부 위치들에서, 도전성 층 (60) 및/또는 절연 층 (62) 의 부분들은 트레이스 패턴들 및/또는 개구부들을 생성하도록 건식 밀링 프로세스를 사용하여 제거된다. 건식 밀링 프로세스의 적합한 예는 2011년 4월 5일 허여되고 명칭이 "Methods and Devices for Manufacturing of Electrical Components and Laminated Structures"인 미국 특허 제 7,919,027 호에 도시되고 기술되고, 이는 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된다. 건식 밀링 프로세스 동안, 플렉스 포일 기판의 웹 (web) 이 밀링 휠과 연판 (
Figure 112022102375129-pct00001
) 사이에 공급된다 (feed).
연판은 회전하는 드럼 및 상승된 부분들 및 상승되지 않은 부분들을 포함하는 패턴을 갖는 회전하는 드럼에 부착된 가요성 기판을 포함한다. 기판은 드럼에 부착된다. 일부 예들에서, 패턴은 포토리소그래피를 사용하여 이루어진다. 밀링 휠은 웹의 반대편에 배치된다. 연판 상의 패턴의 상승된 부분들은 도전성 층을 밀링 휠 내로 푸시하고 도전성 층의 대응하는 부분들은 제거된다. 유사한 방법이 절연 층을 밀링하도록 사용될 수 있다. 따라서 남아 있는 도전성 층은 트레이스들, 핑거들을 위한 패드들, 등을 제공하도록 패터닝되고, 도전성 층이 부재하는 개재 (intervening) 영역들이다. 도전성 층을 밀링한 후, 절연 층 또는 커버레이 층 (coverlay layer) 이 도전성 층 위에 배치될 수 있다. 트레이스들의 부분들을 노출하는 개구부들을 생성하기 위해 하나 이상의 부가적인 밀링 단계들이 사용될 수도 있다.
플렉스 포일 기판 (34) 은 연결 위치 (70) 및 연결 위치 (70) 로부터 플렉스 포일 기판 (34) 의 다른 위치들로 연장하는 트레이스들 (72) 을 포함한다. 절연 층 (62) 은 트레이스들 (72) 로의 외부 연결들을 허용하도록 연결 위치 (70) 에서 도전성 층 (60) 의 일 측면으로부터 제거된다. 일부 예들에서, 복수의 핑거들 (74) 은 플렉스 포일 기판 (34) 내에서 키스 컷되고 (kiss cut) 절연 층 (62) 은 82로 나타낸 바와 같이 복수의 핑거들 (74) 로부터 제거된다. 복수의 핑거들 (74) 의 에지들은 초음파 용접, 도전성 접착제 및/또는 접착제에 의해 버스 바들 (18) 로의 부착을 허용하도록 플렉스 포일 기판 (34) 으로부터 복수의 핑거들 (74) 의 일부를 해제하도록 78에서 절단된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 핑거들 (74) 은 직사각형 형상을 갖고, 컷은 복수의 핑거들 (74) 의 3 개의 에지들을 해제하도록 "U"-형상을 갖는다. 그러나, 다른 형상들이 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 트레이스들 (80) 의 제 1 그룹은 플렉스 포일 기판 (34) 의 일 측면을 따라 위치된 복수의 핑거들 (74) 로 연장한다. 트레이스들 (84) 의 제 2 그룹은 플렉스 포일 기판 (34) 의 또 다른 측면을 따라 위치된 복수의 핑거들 (74) 로 연장한다. 트레이스들 (86) 의 제 3 그룹은 제 1 위치 (88) 및 제 2 위치 (90) 로 연장한다. 일부 예들에서, 온도 센서들 (58) 또는 다른 센서들은 제 1 위치 및 제 2 위치 (88, 90) 또는 다른 위치들에 배치될 수도 있다. 플렉스 포일 기판 (34) 은 또한 프레임 (14) 및 플렉스 포일 기판 (34) 을 통한 기류 (airflow) 를 허용하도록 하나 이상의 이격된 홀들 (92) 을 포함할 수도 있다.
이제 도 4a 및도 4b를 참조하면, 플렉스 포일 기판에 대한 외부 연결이 도시된다. 도 4a에서, 인쇄 회로 기판 (150) 이 도시된다. 도 4b에서, 인쇄 회로 기판 (150) 은 플렉스 포일 기판 (34) 에 부착된 것으로 도시된다. 인쇄 회로 기판 (150) 은 연결 위치 (70) 에서 플렉스 포일 기판 (34) 의 트레이스들 (72) 과 정렬하는 트레이스들 (154) 을 포함한다. 도전성 접착제 (164) 가 연결 위치 (70) 를 포함하는 플렉스 포일 기판 (34) 의 단부와 인쇄 회로 기판 (150) (트레이스들 (154 및 72) 과 정렬됨) 사이에 도포된다. 일부 예에서, 도전성 접착제 (164) 는 일 방향 (인가된 압력의 방향에 대응) 으로 전도하고 에폭시 수지를 포함한다. 일부 예들에서, Delo® Monopox 열-경화 접착제가 사용된다. 접착제를 경화시키기 위해 미리 결정된 기간 동안 인쇄 회로 기판 (150) 을 가로 지르는 (transverse) 방향으로 열 및 압력이 인가된다. 인쇄 회로 기판 (150) 은 외부 연결들을 제공하기 위해 도금된 비아들 (160) 을 포함할 수도 있다.
이제 도 5를 참조하면, 배터리 시스템 (170) 은 복수의 배터리 셀들 (174) 을 둘러싸는 배터리 인클로저 (172) 를 포함한다. 프레임 (14) 은 배터리 인클로저 (172) 내의 복수의 배터리 셀들 (174) 에 부착되는 버스 바들 (18) (도 5에 도시되지 않음) 을 포함한다. 커넥터 (176) 는 파라미터 센싱 컴포넌트들 및/또는 셀 밸런싱 (상기 기술됨) 을 위해 배터리 시스템 (170) 에 대한 연결을 제공한다. 단자 연결부들 (미도시) 은 또한 배터리 시스템 (170) 에 연결된다.
이제 도 6을 참조하면, 플렉스 포일 기판 회로 (200) 는 온도 센서 (214) 에 대한 연결을 제공하는 플렉스 포일 기판 (212) 을 포함한다. 플렉스 포일 기판 (212) 이 연결된 단일 온도 센서 (214) 를 포함하는 것으로 도시되지만, 플렉스 포일 기판 (212) 은 임의의 수의 온도 센서들 (214) 에 대한 연결을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판 회로 (200) 는 배터리 시스템에서 국부적인 온도들을 측정하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 플렉스 포일 기판 회로 (200) 는 본 명세서에 기술된 바와 같이 배터리 시스템의 하나 이상의 버스 바들 (및/또는 배터리 시스템의 임의의 다른 컴포넌트들) 에 연결될 수도 있다.
제 1 버스 바 (220-1) 가 플렉스 포일 기판 (212) 의 커버 층 (224) 의 하단 대면 표면 상에 부착된다. 일부 예들에서, 접착제 (226) 는 플렉스 포일 기판 (212) 을 제 1 버스 바 (220-1) 에 물리적으로 부착하도록 사용된다. 일부 예들에서, 접착제 (226) 는 감압성 접착제 (pressure sensitive adhesive; PSA) 를 포함하지만, 다른 타입들의 접착제가 사용될 수도 있다. 제 2 버스 바 (220-2) 는 제 1 버스 바 (220-1) 로부터 이격된 위치에서 플렉스 포일 기판 (212) 의 동일한 측면 상에 부착된다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판 (212) 은 제 1 버스 바 (220-1) 의 상단 표면 및 제 2 버스 바 (220-2) 의 하단 표면에 부착된다. 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바들 (220-1 및 220-2) 이 서로 바로 인접하게 도시되지만, 온도 센싱 연결 및 전압 센싱 연결은 바로 인접한 버스 바들 상에서 이루어질 필요는 없다.
플렉스 포일 기판 (212) 은 도전성 층 (230) 을 포함한다. 도전성 층 (230) 은 복수의 트레이스들을 포함하는 트레이스 패턴 (232) 을 규정한다. 일부 예들에서, 트레이스 패턴 (232) 의 트레이스들은 서로 절연되고 독립적인 전기적 연결들을 규정한다. 도전성 층 (230) 은 (하단 상의) 커버 층 (224) 과 (상단 상의) 커버 층 (238) 사이에 샌드위치된다. 일부 예들에서, 커버 층들 (224 및/또는 238) 은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 또는 폴리이미드 (PI) 와 같은 절연 막으로 이루어지지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다.
커버 층 (238) 은 트레이스 패턴 (232) 의 트레이스들에 대한 부착을 허용하도록, 커버 층의 상단 대면 표면 상에 하나 이상의 개구부들 (250) 을 더 규정한다. 예를 들어, 온도 센서들 (214) 중 하나 이상이 플렉스 포일 기판 (212) 의 트레이스들에 부착될 수 있다.
하나 이상의 개구부들 (250) 은 트레이스 패턴 (232) 의 트레이스들에 대한 연결들이 필요한 영역들에 위치된다. 일부 예들에서, 플렉스 포일 기판 (212) 의 트레이스 패턴 (232) 은 건식 밀링된다. 일반적으로, 건식 밀링된 트레이스 패턴은 하부 (underlying) 층으로부터의 거리가 증가함에 따라 개구부에 대해 외향으로 경사지는 밀링된 에지들을 갖는 트레이스들을 포함한다. 대조적으로, 에칭된 트레이스 패턴들은 일반적으로 하부 층으로부터 거리가 증가함에 따라 개구부에 대해 내향으로 기울어지는 에칭된 에지들을 가질 것이다.
예를 들어, 트레이스 패턴 (232) 의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스 들 (254 및 256) 가 개구부 (250) 에서 노출된다. 일부 예들에서, 트레이스 패턴 (232) 의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스 들 (254 및 256) 는 상기 기술된 인쇄 회로 기판 (150) 과 같은 컴포넌트로 다시 라우팅된다.
예를 들어, 온도 센서 (214) 의 제 1 도전체 (260) 및 제 2 도전체 (262) 는 개구부 (250) 에서 플렉스 포일 기판 (212) 의 제 1 트레이스 (254) 및 제 2 트레이스 (256) 에 각각 부착된다. 일부 예들에서, 전기 도전성 접착제 (266) 는 플렉스 포일 기판 (212) 의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스 (254 및 256) 를 온도 센서 (214) 의 제 1 도전체 및 제 2 도전체 (260) 에 연결한다. 일부 예들에서, 온도 센서 (214) 는 부온도 계수 (NTC) 온도 센서를 포함한다.
보호 층 (272) 이 온도 센서 (214) 및 플렉스 포일 기판 (212) 의 하나 이상의 개구부들 (250) 위에 배치된다. 일부 예들에서, 보호 층 (272) 은 상기 기술된 것들과 같은 커버 층 또는 보호 코팅을 포함한다. 일부 예들에서, 보호 코팅은 컨포멀 스프레이 코팅 (conformal spray coating) 을 포함한다.
플렉스 포일 기판 (212) 은 제 3 트레이스 (280) 를 노출하는 커버 층 (238) 에 개구부 (282) 를 포함한다. 일부 예들에서, 제 3 트레이스 (280) 는 제 2 버스 바 (220-2) 의 하단-대면 표면에 연결된다. 일부 예들에서, 제 3 트레이스 (280) 는 제 2 버스 바 (220-2) 의 하단-대면 표면에 초음파 용접된다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시 예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시 예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 또 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 관계 및 기능적 관계는, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)" 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (19)

  1. 배터리를 위한 센싱 시스템에 있어서,
    플렉스 포일 기판 (flex foil substrate) 으로서,
    제 1 커버 층;
    트레이스들 (traces) 을 포함하는 트레이스 패턴을 규정하는 도전성 층; 및
    제 1 개구부 및 제 2 개구부를 규정하는 제 2 커버 층으로서,
    상기 도전성 층은 상기 제 1 커버 층과 상기 제 2 커버 층 사이에 샌드위치되고, 상기 제 1 개구부는 상기 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스를 노출하고, 그리고 상기 제 2 개구부는 상기 트레이스 패턴의 제 3 트레이스를 노출하는, 상기 제 2 커버 층을 포함하는, 상기 플렉스 포일 기판;
    상기 제 1 커버 층에 부착된 제 1 버스 바 (busbar) 로서, 상기 플렉스 포일 기판은 상기 제 1 버스 바의 상단 표면과 콘택트하여 배치되는, 상기 제 1 버스 바;
    상기 제 1 개구부의 상기 트레이스 패턴의 상기 제 1 트레이스 및 상기 제 2 트레이스에 연결된 온도 센서; 및
    상기 제 2 개구부를 통해 상기 제 3 트레이스에 연결된 하단 표면을 갖는 제 2 버스 바를 포함하는, 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 버스 바는 감압성 접착제 (pressure sensitive adhesive; PSA) 를 사용하여 상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 1 커버 층에 부착되는, 센싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 부온도 계수 (negative temperature coefficient; NTC) 온도 센서를 포함하는, 센싱 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 도전성 접착제를 사용하여 상기 제 1 트레이스 및 상기 제 2 트레이스에 부착되는, 센싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 센서 및 상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 1 개구부 위에 배치된 보호 층을 더 포함하는, 센싱 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호 층은 코팅을 포함하는, 센싱 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호 층은 컨포멀한 (conformal) 코팅을 포함하는, 센싱 시스템.
  8. 프레임;
    제 1 버스 바 및 제 2 버스 바를 포함하는 복수의 버스 바들로서, 상기 복수의 버스 바들은 상기 프레임에 부착되는, 상기 복수의 버스 바들; 및
    제 1 항에 기재된 센싱 시스템을 포함하는, 배터리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 3 트레이스는 상기 제 2 버스 바에 초음파 용접되는, 센싱 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바는 서로 인접하게 배치되는, 센싱 시스템.
  11. 배터리 시스템을 위한 커넥터에 있어서,
    프레임;
    상기 프레임에 부착된 복수의 버스 바들;
    플렉스 포일 기판으로서,
    제 1 커버 층;
    제 2 커버 층;
    트레이스들을 포함하고 상기 제 1 커버 층과 상기 제 2 커버 층 사이에 샌드위치된 트레이스 패턴을 규정하는 도전성 층;
    상기 트레이스 패턴의 제 1 트레이스 및 제 2 트레이스를 노출하는 상기 제 2 커버 층의 제 1 개구부;
    상기 트레이스 패턴의 제 3 트레이스를 노출하는 상기 제 2 커버 층의 제 2 개구부;
    상기 복수의 버스 바들 중 제 1 버스 바의 제 1 표면에 부착된 상기 제 1 커버 층의 외측 표면을 포함하고; 그리고
    상기 제 2 개구부의 상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 3 트레이스는 상기 복수의 버스 바들 중 제 2 버스 바의 제 2 표면에 연결되는, 상기 플렉스 포일 기판; 및
    상기 제 1 개구부에서 상기 트레이스 패턴의 상기 제 1 트레이스 및 상기 제 2 트레이스에 연결된 온도 센서를 포함하고,
    상기 복수의 버스 바들 중 상기 제 2 버스 바의 상기 제 2 표면은 상기 커넥터의 배터리-대면 측면 상에 있고 상기 복수의 버스 바들 중 상기 제 1 버스 바의 상기 제 1 표면은 상기 커넥터의 상기 배터리-대면 측면 반대편에 있는, 커넥터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 버스 바들 중 상기 제 1 버스 바는 감압성 접착제를 사용하여 상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 1 커버 층에 부착되는, 커넥터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 부온도 계수 (NTC) 온도 센서를 포함하는, 커넥터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 도전성 접착제를 사용하여 상기 제 1 트레이스 및 상기 제 2 트레이스에 부착되는, 커넥터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도 센서 및 상기 플렉스 포일 기판의 상기 제 1 개구부 위에 배치된 보호 층을 더 포함하는, 커넥터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보호 층은 코팅을 포함하는, 커넥터.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 보호 층은 컨포멀한 코팅을 포함하는, 커넥터.
  18. 삭제
  19. 삭제
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