WO2023191473A1 - 절연성 검사 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2023191473A1
WO2023191473A1 PCT/KR2023/004147 KR2023004147W WO2023191473A1 WO 2023191473 A1 WO2023191473 A1 WO 2023191473A1 KR 2023004147 W KR2023004147 W KR 2023004147W WO 2023191473 A1 WO2023191473 A1 WO 2023191473A1
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insulation
pouch
probe
electrical signal
voltage
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PCT/KR2023/004147
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홍윤기
임대철
장윤민
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엘지전자 주식회사
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an insulation test method and device for determining the presence or absence of insulation damage in a pouch-type secondary battery based on the change tendency of the electrical signal value measured after stopping the voltage applied to the pouch-type secondary battery.
  • a secondary battery refers to a battery that converts external electrical energy into chemical energy, stores it, and generates electricity when needed.
  • Commonly used secondary batteries include lead acid batteries and nickel-cadmium batteries (Ni-Cd). , nickel hydride batteries (NiMH), lithium ion batteries (Li-ion), and lithium ion polymer batteries (Li-ion polymer).
  • a secondary battery consists of a positive and negative electrode plate coated with an active material on a current collector, a separator that separates the positive and negative plates, an electrolyte that transfers ions through the separator, a case that accommodates the positive plate, separator, and negative electrode plate, and a positive plate and It includes a lead tab that is connected to the negative electrode plate and pulled out.
  • Secondary batteries can be classified into cylindrical type, prismatic type, and pouched type depending on their shape.
  • pouch-type secondary batteries are widely used in the secondary battery industry because they include a case such as a flexible pouch, can be relatively free in shape, have a relatively easy manufacturing process, and have low manufacturing costs.
  • the pouch performs the function of protecting the battery cell made of electrolyte solution introduced into the pouch-type secondary battery through a subsequent process for manufacturing the pouch-type secondary battery.
  • the pouch is composed of a metal thin film interposed in order to complement the electrochemical properties of the battery cell and increase heat dissipation.
  • An insulating layer coated with an insulating material such as poly etylene terephthalate resin or nylon resin is formed on the outside.
  • the upper pouch and the lower pouch are joined on the outer peripheral surface of the pouch by heat fusion, etc., and the interface of the upper pouch and the lower pouch is made of non-stretched polypropylene (CPP, Casted Poly Propylene) or polypropylene (PP, An adhesive layer is formed by poly propylene.
  • CPP non-stretched polypropylene
  • PP polypropylene
  • An adhesive layer is formed by poly propylene.
  • the pouch has a predetermined layered structure having the following order: an insulating layer, a metal layer, an adhesive layer, a metal layer, and an insulating layer.
  • a pouch having the above-described structure may be damaged for various reasons during various processing processes. For example, during the process of storing a battery cell inside a pouch, damage such as cracks may occur in the adhesive layer or insulating layer.
  • damage to the adhesive layer or insulating layer, which is made up of a thin film may occur due to external factors in the form of physical factors such as dropping, impact, pressure, or compression.
  • the adhesive layer or insulating layer is damaged in this way, the internal electrolyte may leak into the metal layer, and the leaked electrolyte corrodes the metal layer and the corroded metal layer cannot perform its original function.
  • the battery cell will not be able to maintain a normal voltage, which may cause low voltage and swell. This may cause swelling, etc.
  • This problem can cause a chain of problems, such as the explosion of the pouch-type secondary battery, and can be fatal to the user or the devices or equipment on which the pouch-type secondary battery is installed.
  • the present invention provides an insulation test method and device, and more specifically, determines the presence or absence of insulation damage based on the change tendency of the electrical signal value measured after stopping the voltage applied to the pouch-type secondary battery, thereby determining the grounding state of the probe.
  • the purpose is to provide an insulation test method and device that can solve the reliability problem of insulation judgment according to.
  • the aim is to provide an insulation test method and device that can determine whether there is insulation damage using the voltage of the pouch-type secondary battery itself by forming an electric circuit by contacting each of the positive and negative electrodes of the pouch-type secondary battery with a probe. The purpose.
  • Forming an electric circuit by contacting a first probe and a second probe to each of the positive and negative electrodes of a pouch-type secondary battery; contacting a third probe to the metal layer of the pouch; applying a voltage to the metal layer by electrically connecting the electric circuit and the third probe by turning on a switch connected to the electric circuit and the third probe; turning off the switch to stop applying voltage to the metal layer; measuring continuous changes in the electrical signal value of the metal layer after stopping application of voltage through a signal measurement unit; and determining, through an insulation determination unit, whether insulation damage of the pouch-type secondary battery is present based on the change tendency of the measured electrical signal value.
  • the step of determining whether the insulation is damaged if the time taken to reach the reference signal value from the electrical signal value measured immediately after stopping application of voltage exceeds the first reference value, it is determined that the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged. can do.
  • the step of determining whether the insulation is damaged if the slope of the change in the electrical signal value measured at the reference point immediately after stopping the application of voltage is less than the second reference value, it may be determined that the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged.
  • the electrical signal of the metal layer may be filtered through a filter circuit, and the filtered electrical signal may be measured through the signal measurement unit.
  • a control unit that suspends authorization; a signal measuring unit that measures continuous changes in the electrical signal value of the metal layer after stopping application of voltage; and an insulation determination unit that determines whether insulation of the pouch-type secondary battery is damaged based on the change tendency of the measured electrical signal value.
  • the insulation determination unit may determine that the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged when the time taken to reach the reference signal value from the electrical signal value measured immediately after stopping application of voltage exceeds the first reference value.
  • the insulation determination unit may determine that the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged if the slope of change in the electrical signal value measured at the reference point immediately after stopping application of voltage is less than the second reference value.
  • the signal measurement unit may include a filter circuit that filters the electrical signal of the metal layer, and may measure the filtered electrical signal.
  • the insulation test method and device determines the reliability of insulation judgment according to the grounding state of the probe by determining the presence or absence of insulation damage based on the change tendency of the electrical signal value measured after stopping the voltage applied to the pouch-type secondary battery. The problem can be solved.
  • the presence or absence of insulation damage can be determined using the voltage of the pouch-type secondary battery itself.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an insulation testing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an insulation inspection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining a method of measuring an electrical signal using an insulation test device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram for explaining an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram for specifically explaining a method of determining whether there is insulation damage in a pouch-type secondary battery through an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 6 and 7 are diagrams for comparing and explaining the electrical signals measured when the insulation of the pouch-type secondary battery is not damaged and when the insulation is damaged through the insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing an insulation test device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram of an insulation testing device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining a method of measuring an electrical signal through the insulation test device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 10 accommodates a battery cell in an internal space provided in the pouch, and the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 are exposed to the outside for electrical connection to an external terminal, etc. do.
  • the pouch-type secondary battery 10 may have a positive electrode 11 and a negative electrode 12 formed on different sides, and depending on the embodiment, the positive electrode 11 and the negative electrode ( 12) may be formed on the same side.
  • the insulation testing device 100 includes a first probe 110, a second probe 120, a third probe 130, and a control unit 140. , may include an A/D conversion unit 160, a signal measurement unit 150, and an insulation determination unit 170.
  • the first probe 110 and the second probe 120 may be in contact with the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the pouch-type secondary battery 10, respectively, as shown in FIG. 3. Together, they can form an electric circuit. And, the third probe 130 may contact the metal layer 13 of the pouch.
  • control unit 140 can control the on and off of the switch. More specifically, referring to FIG. 3, the control unit 140 uses the above-described first probe 110 and second probe 120 to connect the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the pouch-type secondary battery 10. Turn on the switch connected to the electric circuit formed by contacting each and the third probe 130 to electrically connect the electric circuit and the third probe 130 to apply a voltage to the metal layer 13. , application of voltage to the metal layer 13 can be stopped by turning off the switch.
  • the insulation test device 100 uses the first probe 110 and the second probe 120 to connect the positive electrode 11 and the negative electrode of the pouch-type secondary battery 10. (12) By contacting each of them, the voltage of the pouch-type secondary battery 10 itself can be used as much as the voltage difference between V+ and V- shown in FIG. 3, and through this, the pouch-type secondary battery can be damaged by applying a high voltage during the insulation test process. (10) can solve the problem of damage.
  • the insulation test device 100 may also test insulation by applying voltage through a separate power supply means, and in this case, the control unit 140 controls the power supply means described above. Voltage can be applied.
  • the signal measurement unit 150 may measure continuous changes in the electrical signal value of the metal layer 13 after stopping application of voltage.
  • the electrical signal value may include one or more of voltage, current, or impedance, which is an example of an electrical signal value that can determine the insulation of the pouch-type secondary battery 10. It may also include other electrical signal values that can represent .
  • the signal measurement unit 150 may include a filter circuit 151 that filters the electrical signal of the metal layer 13 in order to more clearly measure continuous changes in the electrical signal value. And the signal measurement unit 150 can measure the electrical signal filtered through the filter circuit 151.
  • the filter circuit 151 may amplify or attenuate electrical signals of a predetermined size or greater. Alternatively, among electrical signals, electrical signals smaller than a certain size may be amplified or attenuated.
  • the filter circuit 151 filters electrical signals are not limited to the above. Therefore, in the insulation test device 100 according to an embodiment of the present invention, the filter circuit 151 can be set according to user convenience in a way that can measure the electrical signal more clearly. And through this, the signal measurement unit 150 measures the filtered electrical signal, thereby increasing the detection power of the pouch-type secondary battery 10 with damaged insulation.
  • the A/D converter 160 may serve to convert the electrical signal (analog signal) measured in the present invention into a digital signal.
  • the insulation determination unit 170 may determine whether the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is damaged based on the change trend of the electrical signal value measured through the signal measurement unit 150. A specific method of determining whether the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is damaged through the insulation determination unit 170 will be described later.
  • the block diagram of the insulation test device 100 shown in FIG. 2 is only a block diagram for one embodiment of the present invention, and each component of the block diagram is integrated according to the specifications of the insulation test device 100 that is actually implemented. , may be added, or omitted.
  • two or more components may be combined into one component, or one component may be subdivided into two or more components.
  • the functions performed in each block are for explaining embodiments of the present invention, and the specific operations or devices do not suggest the scope of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining a method of measuring an electrical signal through the insulation test device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the first probe 110 and the second probe 120 are brought into contact with each of the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 of the pouch-type secondary battery 10, and the metal layer of the pouch is
  • This is a diagram specifically showing the electric circuit when the third probe 130 is in contact with (13).
  • the pouch functions to protect the battery cell made of electrolyte solution introduced into the pouch-type secondary battery 10 during the subsequent process for manufacturing the pouch-type secondary battery 10 shown in FIG. 1.
  • the pouch is composed of a metal thin film interposed in order to complement the electrochemical properties of the battery cell and increase heat dissipation.
  • An insulating layer coated with an insulating material such as poly etylene terephthalate resin or nylon resin is formed on the outside.
  • the upper pouch and the lower pouch are joined on the outer peripheral surface of the pouch by heat fusion, etc., and the interface of the upper pouch and the lower pouch is made of non-stretched polypropylene (CPP, Casted Poly Propylene) or polypropylene (PP, An adhesive layer is formed by poly propylene.
  • CPP non-stretched polypropylene
  • PP polypropylene
  • An adhesive layer is formed by poly propylene.
  • the pouch is composed of a predetermined layered structure having the following order: an insulating layer, a metal layer 13, an adhesive layer, a metal layer 13, and an insulating layer.
  • the pouch having the above-described structure in the pouch-type secondary battery 10 may be damaged for various reasons during various processing processes. For example, during the process of storing a battery cell inside a pouch, damage such as cracks may occur in the adhesive layer or insulating layer.
  • damage to the adhesive layer or insulating layer, which is made up of a thin film may occur due to external factors in the form of physical factors such as dropping, impact, pressure, or compression.
  • the internal electrolyte may leak into the metal layer 13, and the leaked electrolyte corrodes the metal layer 13, and the corroded metal layer 13 cannot perform its original function.
  • the battery cell will not be able to maintain a normal voltage, which may cause low voltage. , it may also cause swelling phenomenon, etc.
  • the metal layer with which the third probe 130 contacts is shown in area A shown in FIG. 3. It is electrically connected to (13). That is, if the insulation is not damaged, it is electrically short-circuited with the metal layer 13 in area A, but if the insulation is damaged, it is electrically connected to the metal layer 13 in area A.
  • a switch is turned on through the control unit 140 in the area B to which the voltage is applied, thereby contacting the metal layer 13 with the third probe 130.
  • a voltage can be applied, and the application of voltage to the metal layer 13 with which the third probe 130 is in contact can be stopped by turning off the switch.
  • Figure 4 is a diagram for explaining an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram for specifically explaining a method of determining whether there is insulation damage in a pouch-type secondary battery through an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 6 and 7 are diagrams for comparing and explaining a case where the insulation of a pouch-type secondary battery is not damaged and a case where the insulation is damaged through electrical signals measured through an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 3 are diagrams for explaining an insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • the insulation test method according to an embodiment of the present invention first applies a first probe 110 to each of the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the pouch-type secondary battery 10. ) and the second probe 120 to form an electric circuit (S110). Then, the third probe 130 can be brought into contact with the metal layer 13 of the pouch-type secondary battery 10 (S120).
  • the switch connected to the electric circuit and the third probe 130 can be turned on to electrically connect the electric circuit and the third probe 130 to apply a voltage to the metal layer 13 ( S130). Then, the application of voltage to the metal layer 13 can be stopped by turning off the switch (S140).
  • the continuous change in the electrical signal value of the metal layer 13 after stopping application of voltage can be measured through the signal measurement unit 150 (S150). And, based on the change trend of the measured electrical signal value, the presence or absence of insulation damage of the pouch-type secondary battery 10 can be determined through the insulation determination unit 170 (S160).
  • Figure 5 is a diagram for specifically explaining a method of determining whether there is insulation damage in a pouch-type secondary battery through an insulation inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 (a) shows a case where the insulation of the pouch-type secondary battery is not damaged
  • Figure 5 (b) shows a case where the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged.
  • the electrical signal value measured through the insulation test method may include one or more of voltage, current, or impedance, where FIG. 5 illustrates the change trend of the measured voltage value. It is being done.
  • the method for determining insulation measures the continuous change in the electrical signal value after stopping (off) the application of voltage, and determines the pouch-type secondary battery based on the change trend in the measured electrical signal value.
  • the presence or absence of insulation damage in (10) can be determined.
  • the time (Td) taken to reach the reference signal value (Vd) from the electrical signal value measured immediately after stopping (off) the application of voltage is the first reference value. If it exceeds this, it can be determined that the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is damaged.
  • the first reference value is based on the case where the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is not damaged, it may be a value close to 0 as shown in (a) of FIG. 5.
  • the second reference value is based on the case where the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is not damaged, it may be a value close to infinity as shown in (a) of FIG. 5.
  • the insulation test method determines whether the pouch-type secondary battery 10 has insulation damage based on the change trend in the electrical signal value measured after stopping (off) the application of voltage.
  • one problem-solving principle is to solve the reliability problem of insulation judgment according to the grounding state of the probe.
  • the conventional general method of determining insulation determines whether the insulation is damaged by comparing the magnitude of the measured electrical characteristic value, the grounding state of the probe is bound to have a large impact on the insulation judgment, which leads to the reliability of the insulation judgment. This causes low problems.
  • the insulation test method according to an embodiment of the present invention is not a simple comparison of the magnitude of the measured electrical signal value, but a change in the measured electrical signal value after stopping (off) the application of voltage as shown in FIG. Since the presence or absence of insulation damage of the pouch-type secondary battery 10 is determined based on the tendency, the influence of the judgment result depending on the grounding state of the probe can be minimized.
  • the insulation test method even if the probe is not properly grounded, the change tendency of the measured electrical signal value after stopping the application of voltage depends on the presence or absence of insulation damage. Because it appears differently, the presence or absence of insulation damage can be clearly determined. In other words, according to the present invention, the reliability problem of insulation judgment according to the grounding state of the probe can be significantly solved.
  • Figures 6 and 7 are diagrams for comparing and explaining the electrical signals measured when the insulation of the pouch-type secondary battery is not damaged and when the insulation is damaged through the insulation test method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the change in the electrical signal measured when the insulation of the pouch-type secondary battery 10 is not damaged, and when the application of voltage is stopped as described above. It can be seen that the electrical signal measured later shows an immediate change.
  • Figures 7 (a), (b), and (c) are diagrams showing changes in electrical signals measured in different pouch-type secondary batteries 10 with damaged insulation, and Figures 6 and 7 with intact insulation. In comparison, it can be seen that the electrical signal measured after stopping the application of voltage does not show an immediate change as described above.
  • the insulation test method according to the present invention can determine whether the insulation of the pouch-type secondary battery is damaged based on the change tendency of the electrical signal measured after stopping the application of voltage depending on the presence or absence of insulation damage.

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Abstract

파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 제1 프로브 및 제2 프로브를 접촉하여 전기회로를 형성하는 단계; 파우치의 금속층에 제3 프로브를 접촉하는 단계; 상기 전기회로 및 상기 제3 프로브와 연결된 스위치를 온(on)하여 상기 전기회로와 상기 제3 프로브를 전기적으로 연결시켜 상기 금속층에 전압을 인가하는 단계; 상기 스위치를 오프(off)하여 상기 금속층에 전압의 인가를 중단하는 단계; 전압의 인가를 중단한 후의 상기 금속층의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 신호 측정부를 통해 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 상기 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 절연성 판단부를 통해 판단하는 단계를 포함하는 절연성 검사 방법은, 파우치형 이차전지에 인가한 전압을 중단한 후에 측정되는 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 절연성 손상 유무를 판단함으로써 프로브의 접지 상태에 따른 절연성 판단의 신뢰성 문제를 해결할 수 있다.

Description

절연성 검사 방법 및 장치
본 발명은 파우치형 이차전지에 인가한 전압을 중단한 후에 측정되는 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 절연성 검사 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 전지를 말하며, 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.
이차전지는 집전체에 활물질이 도포된 양극판 및 음극판과, 양극판과 음극판을 분리하는 분리막(separator)과, 분리막을 통하여 이온을 전달하는 전해액과, 양극판과 분리막 및 음극판을 수용하는 케이스와, 양극판과 음극판에 연결되어 밖으로 인출되는 리드탭 등을 포함한다.
이차전지는 그 형상에 따라 원통형(cylinder type), 각형(prismatic type) 및 파우치형(pouched type) 등으로 분류될 수 있다.
그 중 파우치형 이차전지는 유연성을 가진 파우치 등의 케이스를 포함하여 그 형상이 비교적 자유로울 수 있고, 제조 공정이 비교적 쉽고, 제조 비용이 낮아서 이차전지 업계에서 널리 사용되고 있다.
여기서, 파우치는 파우치형 이차전지의 제조를 위한 후속 공정에 의하여 내부로 유입된 전해액으로 이루어지는 전지셀을 보호하는 기능을 수행한다. 또한, 파우치는 전지셀의 전기 화학적 성질을 보완하고 방열성 등을 높이기 위하여 금속 박막이 개재된 형태로 구성되는데, 전지셀과 외부와의 절연성을 확보하기 위하여 상술한 금속 박막은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Poly Etylene Terephthalate)수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질로 코팅된 절연층이 외부에 형성된다.
일반적으로 파우치는 외주면 부분에서 상부 파우치와 하부 파우치가 열융착 등에 의하여 접합되는데, 상부 파우치와 하부 파우치의 계면에는 상호 간의 접착을 위하여 무연신 폴리프로필렌(CPP, Casted Poly Propylene) 또는 폴리프로필렌(PP, Poly Propylene)에 의한 접착층이 형성된다.
즉, 파우치는 절연층, 금속층, 접착층, 금속층 및 절연층 순서를 가지는 소정의 층상 구조로 이루어진다.
한편, 파우치형 이차전지에서 상술한 구조를 가지는 파우치는 다양한 공정 과정에서 다양한 이유로 손상을 입을 수 있다. 예를 들어, 전지셀을 파우치 내부에 수납하는 과정에서 접착층이나 절연층에 크랙(crack) 등에 의한 손상이 발생할 수 있다.
또한, 파우치를 실링하는 경우 외부에서 열을 가하게 되는데, 가해진 열에 의하여서도 미세한 핀홀이 발생하거나, 파우치가 내상을 입어 접착층이나 절연층에 크랙 등이 발생할 수 있다.
이러한 이유뿐만 아니라 낙하, 충격, 압력 또는 압착 등의 물리적 형태의 외부 요인에 의해서도 얇은 박막 형태로 구성되는 접착층이나 절연층에 손상이 발생할 수 있다.
이렇게 접착층이나 절연층이 손상되는 경우 내부 전해액이 금속층에 유출될 수 있고, 유출된 전해액은 금속층을 부식시키며 부식된 금속층은 원래의 제기능을 수행하지 못하게 된다.
이와 함께, 외부 물리적 충격 등에 의하여 파우치의 내부 층상 구조가 파손되거나 소손되어 파우치형 이차전지의 절연성이 손상되는 경우에는 전지셀은 정상 상태의 전압을 유지할 수 없게 되어, 저전압을 유발할 수 있고, 또한 스웰링(swelling) 현상 등을 초래할 수도 있다.
이러한 문제는 파우치형 이차전지의 폭발 등 연쇄적인 문제점을 야기할 수 있기 때문에 사용자 또는 파우치형 이차전지가 장착되는 장치나 장비 등에 치명적일 수 있다.
따라서, 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 철저히 검사하여 절연성이 손상된 불량품을 원천적으로 제거할 수 있도록 하는 수단이 요구된다.
본 발명은 절연성 검사 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 보다 구체적으로 파우치형 이차전지에 인가한 전압을 중단한 후에 측정되는 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 절연성 손상 유무를 판단함으로써, 프로브의 접지 상태에 따른 절연성 판단의 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 절연성 검사 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 프로브를 접촉하여 전기회로를 형성함으로써 파우치형 이차전지 자체의 전압을 이용하여 절연성 손상 유무를 판단할 수 있는 절연성 검사 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 제1 프로브 및 제2 프로브를 접촉하여 전기회로를 형성하는 단계; 파우치의 금속층에 제3 프로브를 접촉하는 단계; 상기 전기회로 및 상기 제3 프로브와 연결된 스위치를 온(on)하여 상기 전기회로와 상기 제3 프로브를 전기적으로 연결시켜 상기 금속층에 전압을 인가하는 단계; 상기 스위치를 오프(off)하여 상기 금속층에 전압의 인가를 중단하는 단계; 전압의 인가를 중단한 후의 상기 금속층의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 신호 측정부를 통해 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 상기 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 절연성 판단부를 통해 판단하는 단계를 포함하는 절연성 검사 방법을 제공한다.
상기 절연성 손상 유무를 판단하는 단계는, 전압의 인가를 중단한 직후에 측정된 전기적 신호값에서 기준 신호값까지 도달하는데 걸리는 시간이 제1 기준값을 초과하면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 절연성 손상 유무를 판단하는 단계는, 전압의 인가를 중단한 직후로부터 기준 시점에서 측정된 전기적 신호값의 변화 기울기가 제2 기준값 미만이면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정하는 단계는, 상기 금속층의 전기적 신호를 필터회로를 통해 필터링하고, 상기 필터링된 전기적 신호를 상기 신호 측정부를 통해 측정할 수 있다.
파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 접촉되어 전기회로를 형성하는 제1 프로브 및 제2 프로브; 파우치의 금속층에 접촉되는 제3 프로브; 상기 전기회로 및 상기 제3 프로브와 연결된 스위치를 온(on)하여 상기 전기회로와 상기 제3 프로브를 전기적으로 연결시켜 상기 금속층에 전압을 인가하고, 상기 스위치를 오프(off)하여 상기 금속층에 전압의 인가를 중단하는 제어부; 전압의 인가를 중단한 후의 상기 금속층의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정하는 신호 측정부; 및 상기 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 상기 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 절연성 판단부를 포함하는 절연성 검사 장치를 제공한다.
상기 절연성 판단부는, 전압의 인가를 중단한 직후에 측정된 전기적 신호값에서 기준 신호값까지 도달하는데 걸리는 시간이 제1 기준값을 초과하면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 절연성 판단부는, 전압의 인가를 중단한 직후로부터 기준 시점에서 측정된 전기적 신호값의 변화 기울기가 제2 기준값 미만이면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 신호 측정부는, 상기 금속층의 전기적 신호를 필터링하는 필터회로를 포함하고, 상기 필터링된 전기적 신호를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 절연성 검사 방법 및 장치는, 파우치형 이차전지에 인가한 전압을 중단한 후에 측정되는 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 절연성 손상 유무를 판단함으로써 프로브의 접지 상태에 따른 절연성 판단의 신뢰성 문제를 해결할 수 있다.
또한, 파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 프로브를 접촉하여 전기회로를 형성함으로써 파우치형 이차전지 자체의 전압을 이용하여 절연성 손상 유무를 판단할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치를 통해 전기적 신호를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 파우치형 이차전지의 절연성이 손상되지 않은 경우와 절연성이 손상된 경우에 측정된 전기적 신호를 비교 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 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.
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.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)의 블록도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)를 통해 전기적 신호를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 상술한 바와 같이 파우치형 이차전지(10)는 파우치에 마련되는 내부 공간에 전지셀이 수용되며, 외부 단자 등과의 전기적 접속을 위하여 양극 전극(11) 및 음극 전극(12)이 외부로 노출된다.
파우치형 이차전지(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 양극 전극(11) 및 음극 전극(12)이 각각 다른 측면에 형성될 수 있고, 실시형태에 따라서는 양극 전극(11) 및 음극 전극(12)이 동일 측면에 형성될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)는 제1 프로브(110), 제2 프로브(120), 제3 프로브(130), 제어부(140), A/D 변환부(160), 신호 측정부(150) 및 절연성 판단부(170)를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 프로브(110) 및 제2 프로브(120)는 파우치형 이차전지(10)의 양극 전극(11) 및 음극 전극(12) 각각에 접촉될 수 있고, 이를 통해 도 3에 도시된 바와 같이 전기회로를 형성할 수 있다. 그리고, 제3 프로브(130)는 파우치의 금속층(13)에 접촉될 수 있다.
그리고 제어부(140)는 스위치의 온앤오프(on and off)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 도 3을 함께 참조하면, 제어부(140)는 상술한 제1 프로브(110) 및 제2 프로브(120)를 파우치형 이차전지(10)의 양극 전극(11) 및 음극 전극(12) 각각에 접촉하여 형성되는 전기회로 및 제3 프로브(130)와 연결된 스위치(switch)를 온(on)하여 전기회로와 제3 프로브(130)를 전기적으로 연결시켜 금속층(13)에 전압을 인가하고, 스위치(switch)를 오프(off)하여 금속층(13)에 전압의 인가를 중단할 수 있다.
종래의 일반적인 절연성 판단 장치들은 하나의 전극에 하나의 프로브를 전기적으로 접촉시키고, 파우치의 금속층에 다른 하나의 프로브를 전기적으로 접촉시켜서, 별도의 장치에 구비된 외부 전원을 통해 전압을 인가하여 측정되는 전기적 특성값을 통해 절연성을 판단한다. 다만, 이 경우 외부 전원을 통해 인가되는 높은 전압에 의하여 절연성 검사 과정에서 이차전지가 손상될 가능성이 높은 문제가 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)는 상술한 바와 같이 제1 프로브(110) 및 제2 프로브(120)를 파우치형 이차전지(10)의 양극 전극(11) 및 음극 전극(12) 각각에 접촉하여 도 3에 도시된 V+와 V-의 전압 차이만큼 파우치형 이차전지(10) 자체의 전압을 이용할 수 있고, 이를 통해 절연성 검사 과정에서 높은 전압 인가에 의해 파우치형 이차전지(10)가 손상될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
물론, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)에서도 별도의 전원 공급 수단을 통해 전압을 인가하여 절연성을 검사할 수도 있고, 이 경우 제어부(140)는 상술한 전원 공급 수단을 제어하여 전압을 인가할 수 있다.
신호 측정부(150)는 전압의 인가를 중단한 후의 금속층(13)의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정할 수 있다. 여기서, 전기적 신호값은 전압, 전류 또는 임피던스 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이는 파우치형 이차전지(10)의 절연성을 판단할 수 있는 전기적 신호값의 예시로써 파우치형 이차전지(10)의 절연성을 대표할 수 있는 다른 전기적 신호값을 포함할 수도 있다.
또한, 신호 측정부(150)는 전기적 신호값의 연속적인 변화를 더욱 명확하게 측정하기 위하여 금속층(13)의 전기적 신호를 필터링하는 필터회로(151)를 포함할 수 있다. 그리고 신호 측정부(150)는 필터회로(151)를 통해 필터링된 전기적 신호를 측정할 수 있다.
예를 들어, 필터회로(151)는 전기적 신호 중 소정 크기 이상의 전기적 신호를 증폭 또는 감쇄시킬 수 있다. 또는, 전기적 신호 중 소정 크기 미만의 전기적 신호를 증폭 또는 감쇄시킬 수 있다.
한편, 필터회로(151)가 전기적 신호를 필터링하는 예시는 상술한 바에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)에서 필터회로(151)는 전기적 신호를 더욱 명확하게 측정할 수 있는 방식으로 사용자 편의에 따라 설정될 수 있다. 그리고 이를 통해 신호 측정부(150)가 필터링된 전기적 신호를 측정함으로써 절연성이 손상된 파우치형 이차전지(10)의 검출력을 높일 수 있다.
그리고 A/D 변환부(160)는 본 발명에서 측정되는 전기적 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환시키는 역할을 할 수 있다.
절연성 판단부(170)는 신호 측정부(150)를 통해 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 판단할 수 있다. 절연성 판단부(170)를 통해 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 판단하는 구체적인 방법은 이하에서 후술하기로 한다.
한편, 도 2에 도시된 절연성 검사 장치(100)의 블록도는 본 발명의 일 실시예를 위한 블록도일뿐, 블록도의 각 구성요소는 실제 구현되는 절연성 검사 장치(100)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제안하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 장치(100)를 통해 전기적 신호를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이는 도 1을 통해 상술한 바와 같이 파우치형 이차전지(10)의 양극 전극(11) 및 음극 전극(12) 각각에 제1 프로브(110) 및 제2 프로브(120)를 접촉하고, 파우치의 금속층(13)에 제3 프로브(130)를 접촉한 경우의 전기회로를 구체적으로 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 파우치는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지(10)의 제조를 위한 후속 공정에 의하여 내부로 유입된 전해액으로 이루어지는 전지셀을 보호하는 기능을 수행한다. 또한, 파우치는 전지셀의 전기 화학적 성질을 보완하고 방열성 등을 높이기 위하여 금속 박막이 개재된 형태로 구성되는데, 전지셀과 외부와의 절연성을 확보하기 위하여 상술한 금속 박막은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Poly Etylene Terephthalate)수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질로 코팅된 절연층이 외부에 형성된다.
일반적으로 파우치는 외주면 부분에서 상부 파우치와 하부 파우치가 열융착 등에 의하여 접합되는데, 상부 파우치와 하부 파우치의 계면에는 상호 간의 접착을 위하여 무연신 폴리프로필렌(CPP, Casted Poly Propylene) 또는 폴리프로필렌(PP, Poly Propylene)에 의한 접착층이 형성된다.
즉, 파우치는 절연층, 금속층(13), 접착층, 금속층(13) 및 절연층 순서를 가지는 소정의 층상 구조로 이루어진다.
한편, 파우치형 이차전지(10)에서 상술한 구조를 가지는 파우치는 다양한 공정 과정에서 다양한 이유로 손상을 입을 수 있다. 예를 들어, 전지셀을 파우치 내부에 수납하는 과정에서 접착층이나 절연층에 크랙(crack) 등에 의한 손상이 발생할 수 있다.
또한, 파우치를 실링하는 경우 외부에서 열을 가하게 되는데, 가해진 열에 의하여서도 미세한 핀홀이 발생하거나, 파우치가 내상을 입어 접착층이나 절연층에 크랙 등이 발생할 수 있다.
이러한 이유뿐만 아니라 낙하, 충격, 압력 또는 압착 등의 물리적 형태의 외부 요인에 의해서도 얇은 박막 형태로 구성되는 접착층이나 절연층에 손상이 발생할 수 있다.
이렇게 접착층이나 절연층이 손상되는 경우 내부 전해액이 금속층(13)에 유출될 수 있고, 유출된 전해액은 금속층(13)을 부식시키며 부식된 금속층(13)은 원래의 제기능을 수행하지 못하게 된다.
이와 함께, 외부 물리적 충격 등에 의하여 파우치의 내부 층상 구조가 파손되거나 소손되어 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되는 경우에는 전지셀은 정상 상태의 전압을 유지할 수 없게 되어, 저전압을 유발할 수 있고, 또한 스웰링(swelling) 현상 등을 초래할 수도 있다.
따라서, 상술한 이유에 의하여 파우치의 내부 층상 구조가 파손되거나 소손되어 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되는 경우, 도 3에 도시된 A 영역과 같이 제3 프로브(130)가 접촉하는 금속층(13)과 전기적으로 연결되게 된다. 즉, 절연성이 손상되지 않은 경우에는 A 영역에서 금속층(13)과 전기적으로 단락되나, 절연성이 손상된 경우에는 A 영역에서 금속층(13)과 전기적으로 연결된다.
따라서, 도 1 및 도 2를 통해 상술한 바와 같이, 전압을 인가하는 B 영역에서 제어부(140)를 통해 스위치(switch)를 온(on)하여 제3 프로브(130)가 접촉하는 금속층(13)에 전압을 인가할 수 있고, 스위(switch)치를 오프(off)하여 제3 프로브(130)가 접촉하는 금속층(13)에 전압의 인가를 중단할 수 있다.
그리고 전기적 신호를 측정하는 C 영역에서 제3 프로브(130)가 접촉하는 금속층(13)의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 측정된 전기적 신호를 통해 파우치형 이차전지의 절연성이 손상되지 않은 경우와 절연성이 손상된 경우를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법은 먼저, 파우치형 이차전지(10)의 양극 전극(11) 및 음극 전극(12) 각각에 제1 프로브(110) 및 제2 프로브(120)를 접촉하여 전기회로를 형성할 수 있다(S110). 그리고 파우치형 이차전지(10)의 금속층(13)에 제3 프로브(130)를 접촉할 수 있다(S120).
그 후, 전기회로 및 제3 프로브(130)와 연결된 스위치(switch)를 온(on)하여 전기회로와 제3 프로브(130)를 전기적으로 연결시켜 금속층(13)에 전압을 인가할 수 있다(S130). 그리고 스위치(switch)를 오프(off)하여 금속층(13)에 전압의 인가를 중단할 수 있다(S140).
그 후, 전압의 인가를 중단한 후의 금속층(13)의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 신호 측정부(150)를 통해 측정할 수 있다(S150). 그리고 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 절연성 판단부(170)를 통해 판단할 수 있다(S160).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)는 파우치형 이차전지의 절연성이 손상되지 않은 경우이고, 도 5의 (b)는 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 경우이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 측정되는 전기적 신호값은 전압, 전류 또는 임피던스 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 여기서 도 5는 측정되는 전압값의 변화 경향을 예시로 하고 있다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되지 않은 경우에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 금속층(13)에 전압을 인가(on)하고 전압의 인가를 중단(off)하면, 전압의 인가를 중단(off)한 후에 측정되는 전압값은 즉각적인 변화를 보이며 급격하게 하강한다. 이는, 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되지 않았기 때문에 상술한 바와 같이 도 3의 A 영역에서 제3 프로브(130)가 접촉되는 금속층(13)과 전기적으로 단락되기 때문이다.
반면, 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상된 경우에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 금속층(13)에 전압을 인가(on)하고 전압의 인가를 중단(off)하면, 전압의 인가를 중단(off)한 후에 측정되는 전압값은 즉각적인 변화를 보이지 않으며 완만하게 하강하게 된다. 이는, 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되었기 때문에 상술한 바와 같이 도 3의 A 영역에 도시된 것처럼 제3 프로브(130)가 접촉되는 금속층(13)과 전기적으로 연결되기 때문이다.
즉, 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무에 따라 전압의 인가를 중단(off)한 후의 전압값의 변화 경향은 확연한 차이가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 판단 방법은 전압의 인가를 중단(off)한 후의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정하고, 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 판단할 수 있다.
도 5의 (b)를 통해 보다 구체적으로 설명하면, 전압의 인가를 중단(off)한 직후에 측정된 전기적 신호값에서 기준 신호값(Vd)까지 도달하는데 걸리는 시간(Td)이 제1 기준값을 초과하면 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제1 기준값은 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되지 않은 경우를 기준으로 하기 때문에, 도 5의 (a)처럼 0에 근접한 값일 수 있다.
또한, 전압의 인가를 중단(off)한 직후로부터 기준 시점(Ta)에서 측정된 전기적 신호값의 변화 기울기(Sa)가 제2 기준값 미만이면 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제2 기준값은 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되지 않은 경우를 기준으로 하기 때문에, 도 5의 (a)처럼 무한대에 근접한 값일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법은 전압의 인가를 중단(off)한 후에 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 판단하는 점에서, 프로브의 접지 상태에 따른 절연성 판단의 신뢰성 문제를 해결하는 것을 하나의 과제해결 원리로 한다.
일반적으로 절연성을 검사하기 위해서 프로브를 접촉할 때, 프로브가 점 접촉으로 접촉되기 때문에 접지의 신뢰성이 높지 않다.
또한, 금속층과 프로브의 물리적 접촉을 위해서는 힘을 가하게 되고, 파우치 외주면은 재질적 특성 때문에 가해지는 힘을 제대로 지탱하지 못하여 변형되기가 쉽다. 따라서, 일반적으로 금속층과 프로브의 물리적 접촉을 제대로 유지하기 어려워 절연성 검사 과정은 어려워 지며, 마찬가지로 프로브의 접지 신뢰성이 높지 않은 문제가 있다.
특히, 종래의 일반적인 절연성을 판단하는 방법은 측정되는 전기적 특성값의 크기를 비교하여 절연성의 손상 유무를 판단하기 때문에, 프로브의 접지 상태가 절연성 판단에 미치는 영향이 클 수밖에 없고, 이는 절연성 판단의 신뢰성이 낮은 문제를 초래한다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법은 측정되는 전기적 신호값의 단순 크기 비교가 아닌, 도 5에 도시된 바와 같이 전압의 인가를 중단(off)한 후의 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 파우치형 이차전지(10)의 절연성 손상 유무를 판단하기 때문에, 프로브의 접지 상태에 따른 판단 결과의 영향을 최소화할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법에 의하면, 설령 프로브의 접지가 제대로 이루어지지 않았더라도 전압의 인가를 중단(off)한 후에 측정된 전기적 신호값의 변화 경향은 절연성 손상 유무에 따라 다르게 나타나기 때문에, 절연성 손상 유무를 확실하게 판단할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 프로브의 접지 상태에 따른 절연성 판단의 신뢰성 문제를 유의미하게 해결할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 검사 방법을 통해 파우치형 이차전지의 절연성이 손상되지 않은 경우와 절연성이 손상된 경우에 측정된 전기적 신호를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 도 6은 파우치형 이차전지(10)의 절연성이 손상되지 않은 경우에 측정되는 전기적 신호의 변화를 도시한 도면으로, 상술한 바와 같이 전압의 인가를 중단한 후에 측정되는 전기적 신호가 즉각적인 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 7의 (a)와 (b) 및 (c)는 절연성이 손상된 각기 다른 파우치형 이차전지(10)에서 측정되는 전기적 신호의 변화를 도시한 도면으로, 절연성이 손상되지 않은 도 6과 비교하면, 상술한 바와 같이 전압의 인가를 중단한 후에 측정되는 전기적 신호가 즉각적인 변화를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 절연성 검사 방법은 전압의 인가를 중단한 후에 측정되는 전기적 신호의 변화 경향이 절연성의 손상 유무에 따라 다르기 때문에 이를 기초로 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 제1 프로브 및 제2 프로브를 접촉하여 전기회로를 형성하는 단계;
    파우치의 금속층에 제3 프로브를 접촉하는 단계;
    상기 전기회로 및 상기 제3 프로브와 연결된 스위치를 온(on)하여 상기 전기회로와 상기 제3 프로브를 전기적으로 연결시켜 상기 금속층에 전압을 인가하는 단계;
    상기 스위치를 오프(off)하여 상기 금속층에 전압의 인가를 중단하는 단계;
    전압의 인가를 중단한 후의 상기 금속층의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 신호 측정부를 통해 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 상기 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 절연성 판단부를 통해 판단하는 단계를 포함하는 절연성 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 손상 유무를 판단하는 단계는,
    전압의 인가를 중단한 직후에 측정된 전기적 신호값에서 기준 신호값까지 도달하는데 걸리는 시간이 제1 기준값을 초과하면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 손상 유무를 판단하는 단계는,
    전압의 인가를 중단한 직후로부터 기준 시점에서 측정된 전기적 신호값의 변화 기울기가 제2 기준값 미만이면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정하는 단계는,
    상기 금속층의 전기적 신호를 필터회로를 통해 필터링하고, 상기 필터링된 전기적 신호를 상기 신호 측정부를 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 방법.
  5. 파우치형 이차전지의 양극 전극 및 음극 전극 각각에 접촉되어 전기회로를 형성하는 제1 프로브 및 제2 프로브;
    파우치의 금속층에 접촉되는 제3 프로브;
    상기 전기회로 및 상기 제3 프로브와 연결된 스위치를 온(on)하여 상기 전기회로와 상기 제3 프로브를 전기적으로 연결시켜 상기 금속층에 전압을 인가하고, 상기 스위치를 오프(off)하여 상기 금속층에 전압의 인가를 중단하는 제어부;
    전압의 인가를 중단한 후의 상기 금속층의 전기적 신호값의 연속적인 변화를 측정하는 신호 측정부; 및
    상기 측정된 전기적 신호값의 변화 경향을 기초로 상기 파우치형 이차전지의 절연성 손상 유무를 판단하는 절연성 판단부를 포함하는 절연성 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연성 판단부는,
    전압의 인가를 중단한 직후에 측정된 전기적 신호값에서 기준 신호값까지 도달하는데 걸리는 시간이 제1 기준값을 초과하면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연성 판단부는,
    전압의 인가를 중단한 직후로부터 기준 시점에서 측정된 전기적 신호값의 변화 기울기가 제2 기준값 미만이면 상기 파우치형 이차전지의 절연성이 손상된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 신호 측정부는,
    상기 금속층의 전기적 신호를 필터링하는 필터회로를 포함하고,
    상기 필터링된 전기적 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 절연성 검사 장치.
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