KR20220093841A - 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판 및 파우치 셀의 내부 압력 측정 방법 - Google Patents

파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판 및 파우치 셀의 내부 압력 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판은, 압력 센서가 실장되어 있는 센싱부; 각 상기 도체선과 연결된 커넥터 핀들이 마련되어 있는 보드부; 및 상기 센싱부에서 상기 커넥터 보드부까지 연장 형성되는 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 미리 정해진 구간에 상기 절연 필름의 겉면을 감싸는 금속 재질의 보호막을 구비할 수 있다.

Description

파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판 및 파우치 셀의 내부 압력 측정 방법{A flexible printed circuit board for measuring the internal pressure of a pouch cell and a method for measuring the internal pressure of a pouch cell by using the same}
본 발명은 파우치 셀 내압 측정용 장치 및 이를 사용하는 파우치 셀의 내부압력 측정방법에 관한 것이다.
최근, 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북, 나아가 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학 소자의 연구 및 개발이 활발해지고 있다. 전기화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이며, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 Ni-MH 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
리튬 이차전지의 주요 연구과제 중의 하나는 리튬 이차전지의 안전성을 향상시키는 것이다. 리튬 이차전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등 이차전지의 안전성을 위협하는 여러 가지 문제가 있다.
특히, 이차전지의 폭발은 여러 가지 원인에서 비롯되지만 전해질 분해에 따라 이차전지 내부의 기체 압력 증가도 하나의 원인이 된다. 구체적으로, 이차전지를 반복적으로 충방전하면 전해질과 전극활물질에 의한 전기화학적 반응으로 기체가 발생하게 된다. 이때, 발생한 기체는 이차전지의 내부압력을 상승시켜 부품간의 체결 약화, 이차전지의 외부 전지케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 일으킨다.
상기와 같은 이차전지의 안전문제를 해결하기 위해서는 충방전 시 이차전지의 내압변화를 정확히 측정해 압력 데이터를 구하고, 이를 반영하여 BMS 보호회로의 충방전 알고리즘을 설계하거나 최대 내부압력을 충분히 견딜 수 있는 외부 전지 케이스를 제작할 필요가 있다.
이차전지 셀의 내압변화를 정확히 측정하려면 이차전지 셀의 내부에 압력 센서를 집어 넣는 것이 좋으나, 특히 파우치 셀의 경우, 파우치 외장재 내부에 압력 센서를 넣기가 어렵고 마땅한 방법이 없어 충방전시 파우치 셀의 내부 압력이 어떻게 변하는지 정확하게 파악하지 못하고 있었다. 그러다 최근 본 출원인은 3차원 배선이 가능하고 두께가 매우 얇은 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board)를 활용하여 압력 센서를 상기 연성인쇄회로기판의 일단부에 실장하고 이를 파우치 셀 내부에 넣어 내압을 측정하는 방안을 시도하고 있는 중이다. 그런데 상기 연성인쇄회로기판의 일단부를 파우치 셀의 내부에 넣고 파우치 셀의 파우치 외장재를 밀봉 처리하는데 어려움을 겪고 있다.
예컨대, 파우치 외장재(1)는 통상 2장의 파우치 시트로 구성되고, 상기 2장의 파우치 시트의 테두리를 열융착해 밀봉한다. 이때 연성인쇄회로기판(2)이 상기 2장의 파우치 시트 사이에 잘 접착될 수 있도록 상기 연성인쇄회로기판(2)의 겉면의 폴리이미드 필름을 벗겨내 접착하였데 열융착 시 연성인쇄회로기판(2)이, 도 1과 같이, 절단되거나 해당 부위의 도체 패턴들이 손상되어 통신이 진행되다가 멈추는 현상이 발생하고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 파우치 셀의 내부에 압력 센서를 집어넣고 기능적으로 문제없이 상기 파우치 셀의 내압을 측정할 수 있는 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판과 이를 사용한 파우치 셀 내압 측정방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판은, 압력 센서가 실장되어 있는 센싱부; 각 상기 도체선과 연결된 커넥터 핀들이 마련되어 있는 보드부; 및 상기 센싱부에서 상기 보드부까지 연장 형성되는 연장부를 포함하고, 상기 연장부는, 미리 정해진 구간에 상기 절연 필름의 겉면을 감싸는 금속 재질의 보호막을 구비할 수 있다.
상기 보호막은, 금 또는 구리 도금막으로 구성될 수 있다.
상기 센싱부는, 내압 측정 대상인 파우치 셀에 형성되는 가스포켓부의 폭과 같거나 그보다 작은 폭으로 형성되고, 상기 보호막은, 상기 파우치 셀에 형성되는 실링부의 폭과 같거나 그보다 길게 연장 형성될 수 있다.
상기 센싱부는 패럴린 코팅(Parylene Coating)될 수 있다.
상기 센싱부에서 상기 압력 센서와 상기 도체선들이 솔더링되는 부분은 언더필(under fill) 또는 컨포멀 코팅(conformal coating)이 추가될 수 있다.
상기 압력 센서는 방수 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)압력 센서일 수 있다.
상기 센싱부는 온도센서를 더 구비할 수 있다.
상기 센싱부는 복수 개이고, 상기 보드부는 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 파우치 셀 내용 측정용 연성인쇄회로기판을 이용하여 파우치 셀의 내압을 측정하는 파우치 셀 내압 측정방법으로서,
상기 파우치 셀은 전극조립체의 상부와 하부를 각각 덮는 상부 파우치 시트와 하부 파우치 시트로 구성된 파우치 외장재를 포함하고, 상기 센싱부를 상기 파우치 셀 내부의 가스포켓부에 배치한 상태에서 상기 보호막을 상기 상부 파우치 시트, 상기 하부 파우치 시트와 함께 열융착시켜서 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 압력 센서 설치단계; 및 상기 보드부에 데이터 분석장치를 연결하고 상기 파우치 셀에 충전과 방전을 반복하면서 상기 파우치 셀의 내압을 측정하는 내압 측정단계를 포함할 수 있다.
상기 압력 센서 설치단계에서, 상기 센싱부를 상기 가스포켓부에 배치하기 전 상기 파우치 셀은 상기 상부 파우치 시트와 상기 하부 파우치 시트의 테두리를 열융착하여 실링할 때 상기 센싱부를 삽입시킬 수 있게 실링하지 않은 상태로 남겨둔 미실링 구간을 구비하고, 상기 미실링 구간을 통해 상기 센싱부를 상기 파우치 외장재 내부에 넣은 후 상기 미실링 구간을 열융착시켜 상기 파우치 외장재를 밀봉할 수 있다.
상기 미실링 구간을 열융착할 때 상기 연장부의 보호막 형상에 대응하는 홈을 구비한 열 가압지그를 사용하여 상기 상부 파우치 시트, 상기 보호막, 상기 하부 파우치 시트를 일체로 열융착시킬 수 있다.
상기 센싱부는 2개이고 상기 보드부는 하나인 연성인쇄회로기판을 이용하여, 상기 압력 센서 설치단계에서, 상기 파우치 셀에서 양극 리드가 위치하는 쪽의 가스포켓부에 하나의 센싱부를 배치하고, 음극 리드가 위치하는 쪽의 가스포켓부에 다른 하나의 센싱부를 배치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치 셀의 내부에 압력 센서를 집어넣고 기능적으로 문제없이 상기 파우치 셀의 내압을 측정할 수 있는 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판과 이를 사용한 파우치 셀 내압 측정방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 파우치 외장재의 실링 과정에서 절단된 연성인쇄회로기판을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판을 파우치 셀에 설치한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 연성인쇄로기판의 압력 센서가 위치하는 파우치 셀의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 압력 센서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 A-A'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판의 보호막 부분이 개재된 파우치 외장재의 실링 부위를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀의 내압 측정방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연성인쇄회로기판을 이용한 파우치 셀의 내압 측정방법을 설명하기 위한 참고도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판을 파우치 셀에 설치한 예를 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3의 연성인쇄로기판의 압력 센서가 위치하는 파우치 셀의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판(100)은 베이스 필름(102a) 위에 동박 적층판을 배치하고 드라이 필름을 라미네이팅하여 노광, 현상 및 에칭 공정을 거쳐 일정 간격을 갖는 도체선(101)들을 형성하고, 그 후 커버레이 필름(102b)을 접착하는 방식으로 절연과 피복이 이루질 수 있다.
상기 도체선(101)은 구리(Cu) 또는 은(Ag) 등 전기 전도성이 우수한 금속 소재이고, 절연 필름(102)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terepthalate) 또는 폴리 이미드(Polyamide)와 같은 절연물질로 이루어지고 베이스 필름(102a)과 커버레이 필름(102b)로 구성될 수 있다.
이러한 연성인쇄회로기판(100)은 최소의 부피로 많은 양의 신호 및 부하 처리가 가능하고 절연성과 굴곡성을 가지며 두께가 매우 얇아 일단부에 압력 센서(111)를 실장하고 이를 파우치 셀(200)의 내부에 넣어 상기 파우치 셀(200)의 내부 압력을 측정하는데 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)은 센싱부(110), 연장부(120) 및 보드부(130)를 포함한다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 센싱부(110)는 내압 측정 대상인 파우치 셀(200)의 내부에 들어가는 부분으로 파우치 셀(200)에 형성되는 가스포켓부(230)에 배치 가능한 폭과 길이를 갖도록 제작된다. 특히, 상기 센싱부(110)의 폭은 가스포켓부(230)의 폭과 같거나 그보다 작은 폭을 갖도록 제작된다. 압력 센서(111)는 상기 센싱부(110)의 끝부분에 실장될 수 있다. 상기 압력 센서(111) 이외에도 온도 센서(112) 또는 가스 센서(미도시)를 상기 센싱부(110)에 실장하여 파우치 셀(200) 내부의 압력뿐만 아니라 온도, 가스 등의 데이터를 동시에 수집하는 것도 가능하다.
상기 센싱부(110)는 전체가 패럴린 코팅(Parylene Coating) 처리될 수 있다. 상기 패럴린 코팅은 상온의 진공상태에서 가스 형태로 형상에 관계없이 나노미터(nm) 또는 마이크로미터(um) 두께 단위로 피사체에 증착되는 고분자 코팅을 의미한다. 이러한 패럴린 코팅을 하면 센싱부(110)의 모든 표면에 얇고 투명한 폴리머 필름(Polymer fimm)막이 형성된다. 이 경우, 센싱부(110)를 파우치 셀(200) 내부에 넣더라도 전해액으로 인한 센싱부(110)의 부식이나 손상을 막을 수 있다.
추가적으로, 상기 센싱부에서 압력 센서와 도체선들이 연결되는 솔더링 부분에는 언더필(under fill) 또는 컨포멀 코팅(conformal coating)을 추가로 적용하여 상기 압력 센서가 실장되는 곳의 물리적 충격과 화학적 충격의 내성을 보강할 수도 있다.
여기서 언더필은 칩(chip) 등의 패키지 밑을 절연 수지를 이용하여 메우는 공법을 의미하고, 컨포멀코팅 (Conformal Coating)은 PCB (인쇄회로기판)나 여러 전기 기판에 코팅제로 아주 얇은 두께로 막을 형성시켜 외부 환경과 물리적인 영향으로부터 부품이나 회로 소자의 수명을 더 길게 유지시켜주는 작용을 하는 작업을 의미한다.
상기 압력 센서(111)로는 방수 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)압력 센서(111)가 채용될 수 있다.
상기 방수 MEMS 압력 센서(111)는, 도 5와 같이, 센서 칩(111c)이 점성형 젤(Gel, 111b)이 채워져 있는 원통형 두껑(111a) 내부에 위치하고, 상기 센서 칩(111c)과 연결된 인쇄회로기판(111d)은 상기 원통형 두껑(111a)의 하단부를 커버하는 구조로 이루어질 수 있다. 일반적인 MEMS 압력 센서들이 외부 유체(비부식성 기체)와 직접 접촉하여 압력을 측정하는 데 비해서 본 실시예에 적용한 방수 MEMS 압력 센서(111)는 점성형 젤(111b)이 원통형 두껑(111a)에 충진되어 있어 액체 및 다양한 종류의 가스의 압력을 직접 측정할 수 있으며, 전해액에 견딜 수 있고 방수 성능이 우수하다.
연장부(120)는 센싱부(110)에서 보드부(130)까지 연장 형성되는 부분이며, 상기 연장부(120)에서 일부 구간은 파우치 셀(200)의 실링부(240)에 열융착될 수 있다.
파우치 외장재(220)는 각각 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하고, 전극 조립체(210)의 위아래를 커버하는 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222)로 구성될 수 있다. 통상 파우치 외장재(220)를 밀봉시 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222)의 테두리를 열 융착하는데, 이때 상기 열 융착된 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222)의 테두리 영역을 실링부(240) 또는 테라스라 지칭한다.
상기 전극 조립체(210)는 전극판과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 전극 조립체(210)의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되어 전극 리드와 연결될 수 있다. 파우치 셀(200) 경우, 양극 리드(201)와 음극 리드(202)는 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222) 사이에 개재되고 일단이 외부로 노출됨으로써 전극 단자로서 기능할 수 있다.
이러한 파우치 셀(200)의 내부에 연성인쇄회로기판(100)의 센싱부(110)를 넣고 파우치 셀(200)의 내부압력이 새지 않게 하기 위해 상기 연장부(120)의 일부 구간을 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222) 사이에 배치한 상태에서 상기 파우치 외장재(220)를 밀봉한다.
이때, 가해지는 열과 압력으로 인한 손상을 방지하고 파우치 외장재(220)의 내부 접착층들과의 접착성을 강화하기 위해 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판(100)의 연장부(120)는 미리 정해진 구간에 보호막(121)을 구비한다. 상기 미리 정해진 구간이라 상기 연장부(120)에서 파우치 셀(200)의 실링부(240)에 개재할 구간을 의미한다.
상기 보호막(121)은, 도 4와 같이, 상기 파우치 셀(200)에 형성되는 실링부(240)의 폭과 같거나 그보다 길게 연장 형성될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 보호막(121)은 금(Au) 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속소재이고 상기 미리 정해진 구간의 절연 필름(102)의 겉면을 그대로 감싸는 도금막 형태로 제공될 수 있다. 통상 폴리이미드 재질의 절연 필름(102)이 내열성이 우수하기는 하나, 파우치 외장재(220)를 열 융착시 열과 압력이 함께 가해져 해당 부분이 절단되거나 내부의 도체선(101)들에 크랙이 발생하기 쉬우나, 본 발명의 경우 금속 계열의 보호막(121)이 상기 절연 필름(102)을 감싸고 있어 열 융착시 열과 압력으로부터 절연 필름(102)과 도체선(101)들을 보호한다. 또한, 금속 계열의 보호막(121)과 파우치 시트의 내부 접착층이 상호 강력하게 접착될 수 있어 해당 부분의 밀봉성이 향상될 수 있다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 보드부(130)는 파우치 셀(200)의 외부에 배치되는 부분으로 외부 장치와 접속 가능한 커넥터 핀(132)들을 구비한다. 커넥터 핀(132)들은 각 도체선(101)과 솔더링(131)되어 연결될 수 있다. 보드부(130)는 센싱부(110)나 연장부(120)보다 큰 폭으로 형성되고 도체선(101)들은 이러한 보드부(130)에서 큰 폭을 확장될 수 있다. 확장 형성된 각 도체선(101)에 각 커넥터 핀(132)이 솔더링(131)될 수 있다.
보드부(130)의 끝단에는 막대 형상의 지지체(133)가 구비되고, 각 커넥터 핀(132)은 상기 지지체(133)를 관통하여 곧게 연장되고 서로 일정 간격을 유지하며 외부 장치의 암 커넥터에 접속하도록 구성될 수 있다.
이어서, 위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)을 사용하여 파우치 셀(200)의 내부압력을 측정하는 방법을 설명하기로 한다.
파우치 셀(200)의 내부압력 측정방법은 압력 센서 설치단계와 내압 측정단계를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 파우치 셀(200)의 내부에는 전극 조립체(210)가 자리한 영역과 파우치 외장재(220)가 열 융착된 실링부(240) 사이에 가스포켓부(230)가 존재한다. 상기 가스포켓부(230)에 연성인쇄회로기판(100)의 센싱부(110)를 배치한다.
예컨대, 파우치 셀(200)의 제작 과정에서 파우치 외장재(220)에 전극 조립체(210)를 배치할 때, 상기 가스포켓부(230)에 해당하는 곳에 센싱부(110)를 배치하고 전해액 주입/젖음 공정 및 파우치 외장재(220) 밀봉 공정을 수행하여 상기 연성인쇄회로기판(100)이 부착된 상태로 파우치 셀(200)을 제작할 수 있다.
또는, 파우치 셀(200)을 제작 후 연성인쇄회로기판(100)을 상기 파우치 셀(200) 내부에 삽입하는 것도 가능하다. 이 경우, 센싱부(110)를 파우치 셀(200)의 내부에 쉽게 삽입할 수 있도록 미실링 구간을 구비한 파우치 셀(200)을 제작한다. 여기서 상기 미실링 구간은 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222)의 테두리를 열융착하여 파우치 외장재(220)를 실링할 때 상기 센싱부(110)를 삽입시킬 수 있게 실링하지 않고 남겨둔 구간을 의미한다. 상기 미실링 구간을 통해 연성인쇄회로기판(100)의 센싱부(110)를 파우치 셀(200) 내부로 밀어넣은 후 미실링 구간을 열융착해 파우치 외장재(220)를 밀봉한다. 이때, 연장부(120)의 보호막(121) 부분이 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222) 사이에 열 융착되도록 한다.
특히, 상기 미실링 구간을 열 융착할 때는, 연장부(120)의 보호막(121) 형상에 대응하는 홈(31)을 구비한 열 가압지그(30)를 사용한다. 연장부(120)의 보호막(121)이 개재되는 부분은 보호막(121)을 포함한 연장부(120)의 두께 때문에 파우치 외장재(220)의 다른 실링 영역에 비해 접합력이 떨어질 염려가 있다. 이는 보호막(121)의 양쪽 모서리 부근과 상부 파우치 시트(221) 및 하부 파우치 시트(222) 사이에 열과 압력이 제대로 가해지지 못하는 데서 비롯된 들뜸 현상 때문이라 할 수 있다.
본 실시예는 상기 들뜸 현상을 방지하기 위해서, 도 7과 같이, 홈(31)을 구비한 열 가압지그(30)를 사용하여 상부 파우치 시트(221)를 상부에서 눌러주고 동시에 평평한 열 가압지그(30)(미도시)를 사용하여 하부 파우치 시트(222)를 하부에서 눌러주어 상부 파우치 시트(221), 연장부(120)의 보호막(121), 하부 파우치 시트(222)를 일체로 열 융착시킨다. 이 경우, 보호막(121)의 상,하,좌,우 측면이 각각 상부 파우치 시트(221)와 하부 파우치 시트(222)에 긴밀하게 맞붙게 됨으로 파우치 외장재(220)의 밀봉성과 연성인쇄회로기판(100)의 고정성이 향상될 수 있다.
상기와 같이, 연성인쇄회로기판(100)을 설치한 파우치 셀(200)이 준비되면, 파우치 셀(200)에 충전과 방전을 반복하면서 상기 파우치 셀(200)의 내압을 측정한다. 상기 파우치 셀(200)을 충방전하기 위해, 예컨대 도 8에 도시한 바와 같은 충방전 지그(40)를 사용할 수 있다.
상기 충방전 지그(40)는 전압 그립퍼(41,42), 베이스 플레이트(44)와 가압 플레이트(45)로 구성될 수 있다. 정반의 베이스 플레이트(44)에 파우치 셀(200)을 놓고 상기 파우치 셀(200)의 상부에 가압 플레이트(45)를 배치한다. 충방전시 파우치 셀(200)에 일정 압력을 제공하기 하기 위해 베이스 플레이트(44)와 가압 플레이트(45)는 코너 부위에 볼트와 너트를 구비하고 상하 간격을 조절할 수 있게 구성될 수 있다.
파우치 셀(200)의 양극 리드(201)와 음극 리드(202)를 각각 전압 그립퍼(41,42)에 물리고 상기 전압 그립퍼(41,42)에 전압/전류 공급을 위한 충방전 공급원(미도시)을 연결하여 파우치 셀을 충방전시킬 수 있다.
연성인쇄회로기판(100)의 보드부(130)는 케이블 커넥터(C1)를 통해 제어장치(50)와 연결될 수 있고 제어장치(50)는 압력 센서(111)로부터의 값을 표시하는 디스플레이 장치(미도시)에 다른 케이블(C2)로 연결될 수 있다.
위와 같은 구성으로 파우치 셀(200)에 충방전을 반복하면서 파우치 셀(200) 내부의 압력 변화를 모니터링한다. 충방전시, 파우치 셀(200) 내부에 가스가 발생하게 되면 상기 가스가 가스포켓부(230)에 모이게 되고 가스의 압력이 압력 센서(111)에 의해 측정된다. 이렇게 측정된 가스의 압력 값은 실시간으로 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 또한, 온도 센서(112)에 의해 파우치 셀(200) 내부의 온도 변화도 압력 변화와 더불어 모니터링될 수 있다.
이상과 같이, 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)을 파우치 셀(200)의 가스포켓부(230)에 집어넣고 파우치 셀(200)을 밀봉하는 방식으로 설치하면, 압력 센서(111)를 파우치 셀(200)의 내부에 넣어도 기능적으로 문제없이 파우치 셀(200)의 내압을 직접 측정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연성인쇄회로기판을 이용한 파우치 셀의 내압 측정방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100) 및 이를 사용한 파우치 셀(200) 내압 측정방법을 설명하기로 한다.
전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)은 상기 센싱부(110)가 2개이고, 보드부(130)는 하나로 구성될 수 있다. 연장부(120)는 각 센싱부(110)에서 연장되어 상기 보드부(130)에서 하나로 합쳐지게 구성될 수 있다. 상기 2개의 센싱부(110)에는 각각 압력 센서(111)가 하나씩 실장될 수 있고, 보드부(130)는 2개의 센싱부(110)로부터의 신호 전송에 필요한 복수의 커넥터 핀(132)들을 구비하도록 구성될 수 있다.
이 같은 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)을 이용하면, 상기 파우치 셀(200)에서 양극 리드(201)가 위치하는 쪽의 가스포켓부(230)에 하나의 센싱부(110)를 배치하고, 음극 리드(202)가 위치하는 쪽의 가스포켓부(230)에 다른 하나의 센싱부(110)를 배치하는 것이 가능하다. 이 경우, 파우치 셀(200) 내부에서 영역별로 압력 분포가 어떠한지 측정할 수 있다.
본 실시예는 센싱부(110)가 2개이나 3개 또는 그 이상의 센싱부(110)를 갖도록 파우치 셀(200) 내압 측정용 연성인쇄회로기판(100)을 제작하고 이를 사용하여 파우치 셀(200) 내부의 여러 곳에 압력 센서(111)를 배치하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100 : 연성인쇄회로기판 101 : 도체선
102 : 절연 필름 110 : 센싱부
111 : 압력 센서 112 : 온도 센서
120 : 연장부 121 : 보호막
130 : 보드부 131 : 솔더링
132 : 커넥터 핀 133 : 지지체
200 : 파우치 셀 210 : 전극 조립체
220 : 파우치 외장재 230 : 가스포켓부
240 : 실링부

Claims (12)

  1. 복수 개의 도체선들, 절연성과 굴곡성을 가지며 상기 도체선들을 감싸는 절연 필름을 구비하는 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판으로서,
    상기 연성인쇄회로기판은,
    압력 센서가 실장되어 있는 센싱부;
    각 상기 도체선과 연결된 커넥터 핀들이 마련되어 있는 보드부; 및
    상기 센싱부에서 상기 보드부까지 연장 형성되는 연장부를 포함하고,
    상기 연장부는 미리 정해진 구간에 상기 절연 필름의 겉면을 감싸는 금속 재질의 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서
    상기 보호막은, 금 또는 구리 도금막인 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는, 내압 측정 대상인 파우치 셀에 형성되는 가스포켓부의 폭과 같거나 그보다 작은 폭으로 형성되고,
    상기 보호막은, 상기 파우치 셀에 형성되는 실링부의 폭과 같거나 그보다 길게 연장 형성된 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 패럴린 코팅(Parylene Coating)된 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센싱부에서 상기 압력 센서와 상기 도체선들이 솔더링되는 부분은 언더필(under fill) 또는 컨포멀 코팅(conformal coating)이 추가된 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센서는 방수 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)압력 센서인 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 온도센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 복수 개이고, 상기 보드부는 하나인 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판.
  9. 제1항에 따른 파우치 셀 내용 측정용 연성인쇄회로기판을 이용하여 파우치 셀의 내압을 측정하는 파우치 셀 내압 측정방법으로서,
    상기 파우치 셀은 전극조립체의 상부와 하부를 각각 덮는 상부 파우치 시트와 하부 파우치 시트로 구성된 파우치 외장재를 포함하고,
    상기 센싱부를 상기 파우치 셀 내부의 가스포켓부에 배치한 상태에서 상기 보호막을 상기 상부 파우치 시트, 상기 하부 파우치 시트와 함께 열융착시켜서 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 압력 센서 설치단계; 및
    상기 보드부에 데이터 분석장치를 연결하고 상기 파우치 셀에 충전과 방전을 반복하면서 상기 파우치 셀의 내압을 측정하는 내압 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 셀 내압 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압력 센서 설치단계에서,
    상기 센싱부를 상기 가스포켓부에 배치하기 전 상기 파우치 셀은 상기 상부 파우치 시트와 상기 하부 파우치 시트의 테두리를 열융착하여 실링할 때 상기 센싱부를 삽입시킬 수 있게 실링하지 않은 상태로 남겨둔 미실링 구간을 구비하고,
    상기 미실링 구간을 통해 상기 센싱부를 상기 파우치 외장재 내부에 넣은 후 상기 미실링 구간을 열융착시켜 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 파우치 셀 내압 측정방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미실링 구간을 열융착할 때 상기 연장부의 보호막 형상에 대응하는 홈을 구비한 열 가압지그를 사용하여 상기 상부 파우치 시트, 상기 보호막, 상기 하부 파우치 시트를 일체로 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치 셀 내압 측정방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 센싱부는 2개이고 상기 보드부는 하나인 연성인쇄회로기판을 이용하여,
    상기 압력 센서 설치단계에서, 상기 파우치 셀에서 양극 리드가 위치하는 쪽의 가스포켓부에 하나의 센싱부를 배치하고, 음극 리드가 위치하는 쪽의 가스포켓부에 다른 하나의 센싱부를 배치하는 것을 특징으로 하는 파우치 셀 내압 측정방법.
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