ES3036886T3 - Apparatus for battery cell pressure measurement - Google Patents

Apparatus for battery cell pressure measurement

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ES3036886T3 ES21864544T ES21864544T ES3036886T3 ES 3036886 T3 ES3036886 T3 ES 3036886T3 ES 21864544 T ES21864544 T ES 21864544T ES 21864544 T ES21864544 T ES 21864544T ES 3036886 T3 ES3036886 T3 ES 3036886T3
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Ki Young Lee
Dong Wan Ko
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

El aparato para medir la presión de una celda de batería, según una realización de la presente invención, comprende: una celda de batería; un sensor de presión para medir la presión superficial de la celda de batería; y una primera placa dispuesta entre la celda de batería y el sensor de presión de modo que esté en contacto con la celda de batería y el sensor de presión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para la medición de presión de celda de batería
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a un aparato para medir una presión de celdas de batería y, más particularmente, a un aparato para medir una presión de celdas de batería que puede medir la presión de celdas de batería cuando se produce un fenómeno de hinchamiento de las celdas de batería.
Antecedentes de la invención
Una batería secundaria ha llamado mucho la atención como una fuente de energía en varios productos, tal como un dispositivo móvil y un vehículo eléctrico. La batería secundaria es un recurso energético potente que puede sustituir el uso de los productos existentes que usan combustibles fósiles y está en el punto de mira como fuente de energía respetuosa con el medio ambiente ya que no genera productos secundarios debido al uso de energía.
Recientemente, junto con un aumento continuo de la necesidad de una estructura de batería secundaria de gran capacidad, incluyendo la utilización de la batería secundaria como una fuente de almacenamiento de energía, hay una creciente demanda de un paquete de baterías de una estructura de múltiples módulos que es un conjunto de módulos de batería en los que se conecta una pluralidad de baterías secundarias en serie/paralelo.
Entretanto, cuando se conecta una pluralidad de celdas de batería en serie/paralelo para configurar un paquete de baterías, un método para configurar un módulo de batería compuesto por al menos una celda de batería y luego añadir otros componentes al al menos un módulo de batería para configurar un paquete de baterías es común. Un paquete de baterías de este tipo se puede usar principalmente como una fuente de energía para un vehículo eléctrico.
Cuando se diseña un módulo de batería de este tipo, se ha desarrollado presionando las celdas de batería a una presión constante y, por tanto, las celdas de batería se hinchan en el proceso de repetición de carga y descarga. Sin embargo, a medida que se hinchan las celdas de batería, existe la preocupación de que se produzca hinchamiento hasta tal punto que se salgan del bastidor de módulo circundante y la carcasa de paquete de baterías.
Por lo tanto, si se puede medir la presión de celdas de batería, se puede actuar mediante la presión medida antes de la aparición del módulo de batería o de que el paquete de baterías se deforme, asegurando de esta forma la seguridad del módulo de batería y el paquete de baterías. En este momento, la presión de hinchamiento de las celdas de batería se puede medir usando un sensor de presión, pero en el caso de un sensor FSR (resistencia de detección de fuerza), que se ha usado previamente a menudo como un sensor de presión, existe el problema de que el tamaño es pequeño y, por tanto, no mide todas las presiones de hinchamiento generadas en toda la superficie de las celdas de batería.
Además, cuando el tamaño del sensor FSR se agranda conforme al tamaño de superficie de las celdas de batería, un separador que soporta una placa superior y una placa inferior entre la placa superior y la placa inferior ya no soporta la placa superior y la placa inferior, lo que provoca un problema ya que la presión de hinchamiento de las celdas de batería no se mide con exactitud.
Ejemplos de los antecedentes se pueden encontrar en los documentos KR20170112495A y CN109755624A.
Explicación de la invención
Problema técnico
Un objeto de la presente divulgación es proporcionar un aparato para medir una presión de las celdas de batería, que pueda medir con exactitud una presión de hinchamiento de las celdas de batería.
Los objetos de la presente divulgación no se limitan a los objetos mencionados anteriormente y los expertos en la técnica deben comprender otros objetos que no se describen en el presente documento a partir de la siguiente descripción detallada.
Solución técnica
Con el fin de lograr los objetos anteriores, se proporciona un aparato para medir una presión de celdas de batería según la reivindicación 1 independiente.
El aparato puede incluir una tercera placa formada a fin de estar en contacto con la celda de batería en una dirección opuesta del sensor de presión basándose en la celda de batería.
Las primera, segunda y tercera placas pueden acoplarse entre sí a través de un miembro de fijación.
La primera, segunda y tercera placas pueden formarse más amplias que el sensor de presión y la celda de batería, y el miembro de fijación se puede acoplar a la primera, segunda y tercera placas en el exterior del sensor de presión y la celda de batería.
La primera, segunda y tercera placas pueden formarse con un tamaño que cubra el sensor de presión y la celda de batería.
Al menos una de la primera, segunda y tercera placas pueden formarse con un grosor de 0,5 mm.
La primera, segunda y tercera placas pueden incluir aluminio.
El sensor de presión puede incluir una pluralidad de unidades de medición de presión, una unidad de conexión que conecta la pluralidad de unidades de medición de presión entre sí y una unidad de salida que está conectada a la unidad de conexión, y suma los valores de presión medidos a través de la unidad de medición de presión y emite el resultado.
La unidad de salida puede emitir por separado el valor de presión medido para cada columna o cada fila de la unidad de medición de presión.
Efectos ventajosos
El aparato para medir una presión de celdas de batería según una realización de la presente invención puede medir con exactitud la presión de hinchamiento mientras minimiza el desequilibrio de la solución electrolítica a través de la primera placa dispuesta a fin de estar en contacto con la celda de batería y el sensor de presión.
Los efectos de la presente divulgación no están limitados a los efectos mencionados anteriormente y los expertos en la técnica comprenderán claramente otros efectos adicionales no descritos anteriormente a partir de la descripción de las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un módulo de batería que incluye celdas de batería; la FIG 2 es una vista que ilustra una celda de batería de la FIG 1;
la FIG. 3 es una vista que ilustra un estado en el que un sensor de presión según una realización de la presente invención se forma en la superficie del cuerpo de celda de la FIG 2;
la FIG 4 es una vista que ilustra un estado en el que se forma una marca de sensor en la superficie de una celda durante la medición de presión según la FIG. 3;
la FIG 5 es una vista que ilustra el estado del aparato para medir una presión de celdas de batería según una realización de la presente invención; y
la FIG. 6 es una vista que ilustra una pluralidad de orificios formados en la segunda placa según una realización de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones
La invención se define en las reivindicaciones adjuntas. Se debe apreciar que las realizaciones ilustrativas, que se describirán a continuación, se describen de manera ilustrativa para ayudar a comprender la presente divulgación y la presente invención se puede modificar de diversas maneras para ser llevada a cabo de diferente manera que las realizaciones ilustrativas descritas en el presente documento. Sin embargo, en la descripción de la presente divulgación, las descripciones e ilustraciones específicas de funciones o elementos constitutivos públicamente conocidos se omite cuando se determina que las descripciones e ilustraciones específicas pueden confundir innecesariamente el objeto de la presente divulgación. Además, con el fin de ayudar a comprender la presente divulgación, los dibujos adjuntos no se ilustran basándose en escalas reales, sino que los elementos constitutivos pueden tener un tamaño exagerado.
Como se usa en el presente documento, los términos tales como primero, segundo y similares se pueden usar para describir diversos componentes y los componentes no se limitan por los términos. Los términos se usan únicamente para distinguir un componente de otro componente.
Además, los términos usados en el presente documento se usan únicamente para describir realizaciones ilustrativas específicas, y no está previsto que limiten el alcance de la presente invención. Una expresión en singular incluye una expresión en plural a menos que tengan significados definitivamente opuestos en el contexto. Debería entenderse que está previsto que los términos "comprender", "incluir" y "tener", como se usan en el presente documento, designen la presencia de características, números, etapas, elementos constitutivos o combinaciones expresados de los mismos, pero debería entenderse que no excluyen la posibilidad de la existencia o suma de una o más de otras características, números, etapas, elementos constitutivos o combinaciones de los mismos.
Ahora, una celda de batería y un sensor de presión unidos a la celda de batería según una realización de la presente invención se describirán con referencia a las FIGS. 1 a 3.
La FIG. 1 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un módulo de batería que incluye celdas de batería. La FIG 2 es una vista que ilustra una celda de batería de la FIG. 1. La FIG. 3 es una vista que ilustra un estado en el que un sensor de presión según una realización de la presente invención se forma en la superficie del cuerpo de celda de la FIG 2.
Haciendo referencia a las FIGS. 1 a 3, el aparato para medir una presión de celdas de batería según una realización de la presente invención incluye un sensor 200 de presión configurado para medir la presión de celdas 100 de batería apiladas dentro de un módulo 1000 de batería. El sensor 200 de presión incluye una pluralidad de unidades 210 de medición de presión, una unidad 220 de conexión configurada para conectar la pluralidad de unidades 210 de medición de presión entre sí y una unidad 230 de salida conectada a la unidad 220 de conexión y configurada para emitir los valores de presión medidos a través de las unidades 210 de medición de presión. La pluralidad de unidades 210 de medición de presión está dispuesta sobre las superficies de las celdas 100 de batería para medir las presiones de las celdas 100 de batería.
La celda 100 de batería es una batería secundaria y puede configurarse como una batería secundaria de tipo bolsa. Las celdas 100 de batería pueden formarse por una pluralidad de celdas de batería y la pluralidad de las celdas de batería puede apilarse a fin de conectarse eléctricamente entre sí, formando de esta forma la pila 101 de celda de batería.
Un bastidor 500 de módulo puede alojar la pila 101 de celda de batería y un conjunto 300 de bastidor de barra colectora para proteger los componentes electrónicos que constituyen el módulo de batería desde el exterior.
El conjunto 300 de bastidor de barra colectora puede incluir bastidores 310 de barra colectora configurados para cubrir las superficies delantera y trasera de la pila 101 de celda de batería y una placa superior 320 configurada para conectar dos bastidores 310 de barra colectora en una superficie superior de la pila 101 de celda de batería. El bastidor 310 de barra colectora puede conectar eléctricamente un cable de electrodo formado en la celda 100 de batería y la barra colectora a través de una barra colectora montada en el bastidor 310 de barra colectora. Una unidad de conexión (no ilustrada) se puede formar en un lado inferior de la placa superior 320 para conectar eléctricamente los bastidores 310 de barra colectora formados en ambos extremos de la pila 101 de celda de batería. El conjunto 300 de bastidor de barra colectora puede acoplarse a las superficies delantera y trasera y la superficie superior de la pila 101 de celda de batería.
Las placas 400 de extremo pueden disponerse a fin de cubrir las superficies delantera y trasera de la pila 101 de celda de batería. Las placas 400 de extremo se pueden acoplar mediante soldadura a porciones de borde del bastidor 500 de módulo.
Las celdas 100 de batería dispuestas dentro del módulo 1000 de batería padecen un fenómeno de hinchamiento, en el que el volumen de las celdas 100 de batería se expande mientras se repite la carga y descarga y, debido al hinchamiento de las celdas de batería, puede producirse la deformación en el módulo de batería y un paquete de baterías en el que se monta el módulo de batería. Por lo tanto, antes de que se deformen el módulo de batería y el paquete de baterías, es posible medir una presión de hinchamiento y aplicar un tratamiento previo basándose en el valor de presión medido.
Según la presente realización, la pluralidad de unidades 210 de medición de presión está dispuesta en cuadrículas rectangulares sobre la superficie de las celdas 100 de batería y las unidades 210 de medición de presión están conectadas entre sí por la unidad 220 de conexión para cubrir todos los rangos de las superficies de las celdas de batería. Además, debido a que la unidad 220 de conexión se conecta a una unidad 230 de salida, de tal manera que los valores de presión medidos a través de la pluralidad de las unidades 210 de medición de presión se pueden emitir sumando en un valor de salida a través de la unidad 230 de salida formado por uno, de modo que la presión de hinchamiento puede tomarse con mayor facilidad.
Además, la unidad 230 de salida puede emitir por separado los valores medidos en cada columna o cada fila de la unidad 210 de medición de presión. De esta forma, los valores de presión formados a fin de ser diferentes para cada posición en la superficie de la celda 100 de batería se pueden medir por separado.
Haciendo referencia a la FIG. 2, la celda 100 de batería puede incluir un cuerpo 110 de celda, una terraza 120 de celda y un cable 130 de electrodo, y la pluralidad de unidades 210 de medición de presión puede disponerse en la superficie de cuerpo del cuerpo 110 de celda.
Cada una de la pluralidad de unidades 210 de medición de presión puede incluir una unidad 211 de entrada de corriente y una unidad 212 de salida de corriente, y la unidad 220 de conexión puede incluir una unidad 221 de conexión lateral de entrada de corriente para conectar las unidades 211 de entrada de corriente y una unidad 222 de conexión lateral de salida de corriente para conectar las unidades 212 de salida de corriente. Aquí, la unidad 230 de salida se puede conectar a la unidad 221 de conexión lateral de entrada de corriente y la unidad 222 de conexión lateral de salida de corriente para emitir el valor de presión medido a partir de la pluralidad de unidades de medición de presión.
La pluralidad de unidades 210 de medición de presión puede formarse en una forma circular que tiene un patrón. En más detalle, con referencia a la FIG. 3, la unidad 221 de conexión lateral de entrada de corriente y la unidad 222 de conexión lateral de salida de corriente pueden formar una periferia de la unidad 210 de medición de presión de una forma circular y unidades de detección que se extienden desde la unidad 221 de conexión lateral de entrada de corriente y la unidad 222 de conexión lateral de salida de corriente pueden formar un patrón del interior de una forma circular.
A continuación, un aparato para medir una presión de celdas de batería según una realización de la presente invención se describirá con referencia a las FIGs .4 a 6.
La FIG. 4 es una vista que ilustra un estado en el que se forma una marca de sensor en la superficie de una celda durante la medición de presión según la FIG. 3. La FIG. 5 es una vista que ilustra el estado del aparato para medir una presión de celdas de batería según una realización de la presente invención. La FIG 6 es una vista que ilustra una pluralidad de orificios formados en la segunda placa según una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a las FIGS. 4 a 6, el aparato para medir una presión de celdas de batería según la presente invención incluye una celda 100 de batería, un sensor 200 de presión configurado para medir la presión de superficie de la celda 100 de batería y una primera placa dispuesta entre la celda 100 de batería y el sensor 200 de presión a fin de estar en contacto con la celda 100 de batería y el sensor 200 de presión.
Cuando la presión de superficie de la celda 100 de batería se mide solo con el sensor 200 de presión, puede formarse una marca de sensor M debido a la forma de la unidad 210 de medición de presión en la superficie del cuerpo 110 de celda como se muestra en la FIG. 4. La unidad 210 de medición de presión tiene una estructura en la que se mide la presión mientras la parte de extremo superior se presiona hacia abajo y el valor de resistencia cambia debido a un cambio de una corriente mínima y la presión se puede medir permitiendo que la unidad 210 de medición de presión presione la superficie del cuerpo 110 de celda, de tal manera que puede generarse una marca de sensor M en la superficie presionada del cuerpo 110 de celda. Debido a la marca de sensor M generada en este momento, la solución electrolítica dentro de la celda 100 de batería puede esparcirse de manera desequilibrada, que da como resultado el deterioro del rendimiento de la celda 100 de batería.
En este sentido, según la presente realización, la primera placa 600 está dispuesta entre la celda 100 de batería y el sensor 200 de presión para evitar que se produzca una marca de sensor M en la superficie del cuerpo 110 de celda de la celda 100 de batería, minimizando de esta forma el desequilibrio de la solución electrolítica dentro de la celda 100 de batería debido al sensor 200 de presión. Además, la exactitud de detección puede mejorarse permitiendo que la medición de presión de unidad de superficie del cuerpo 110 de celda se realice por la primera placa 600.
Según la invención reivindicada, el aparato incluye además una segunda placa 700 formada a fin de estar en contacto con el sensor 200 de presión en una dirección opuesta de la celda 100 de batería basándose en el sensor 200 de presión. A medida que la segunda placa 700 se cubre en la superficie superior del sensor 200 de presión, las primera y segunda placas 600 y 700 se disponen sobre los lados superior e inferior del sensor 200 de presión. De esta forma, incluso si un lado del sensor 200 de presión se presiona más que el otro lado, las primera y segunda placas 600 y 700 fijan de manera uniforme toda la superficie del sensor 200 de presión de un lado para otro, de modo que la presión de superficie del cuerpo 110 de celda se puede medir de manera uniforme a través del sensor 200 de presión.
Haciendo referencia a la FIG. 6, la segunda placa 700 incluye una pluralidad de orificios 700a formada en posiciones correspondientes a cada una de la pluralidad de unidades 210 de medición de presión. El aire puede acumularse dentro de las unidades 210 de medición de presión formadas en un patrón circular y las primera y segunda placas 600 y 700 están dispuestas en los lados superior e inferior del sensor 200 de presión, y están apiladas entre la primera y segunda placas 600 y 700 en un estado en el que el aire frío no puede escapar del interior de la unidad 210 de medición de presión, y puede no lograrse la medición de presión exacta. Por tanto, según la presente realización, se forma una pluralidad de orificios 700a en posiciones correspondientes a cada una de la pluralidad de unidades 210 de medición de presión, y el aire generado dentro de la unidad 210 de medición de presión se puede descargar al exterior para medir la presión de superficie de la celda 100 de batería con más exactitud.
Según la presente realización, el aparato puede incluir además una tercera placa 800 formada a fin de estar en contacto con la celda 100 de batería en una dirección opuesta del sensor 200 de presión basándose en la celda 100 de batería. La tercera placa 800 está dispuesta en el lado opuesto del sensor 200 de presión montada en una superficie de la celda 100 de batería, y fija la celda 100 de batería durante la medición de presión a través del sensor 200 de presión para realizar una medición de presión más exacta.
Haciendo referencia a la FIG. 5, con el fin de que el sensor 200 de presión mida con exactitud la presión de la celda 100 de batería, las primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 se pueden acoplar entre sí a través del miembro 900 de fijación. La primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 pueden formarse con un tamaño que cubra el sensor 200 de presión y la celda 100 de batería. En este momento, la primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 pueden formarse más amplias que el sensor 200 de presión y la celda 100 de batería. En este caso, el miembro 900 de fijación se puede acoplar a las primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 en el exterior del sensor 200 de presión y la celda 100 de batería.
Según la presente realización, al menos una de las primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 pueden formarse con un grosor de 0,5 mm. Además, las primera, segunda y tercera placas 600, 700 y 800 pueden incluir aluminio. Las placas están hechas de un material que hace que la transmisión de presión sea excelente mientras es liviana, que puede mejorar la exactitud de medición de presión de la celda de batería.
El método para medir la presión de celdas de batería según la presente realización incluye una etapa de aplicar una presión a un sensor 200 de presión mientras se hincha una celda 100 de batería, una etapa de transferir información de detección del sensor 200 de presión a un BMS (sistema de gestión de batería) y una etapa de transferir la información de detección a partir de una MCU (unidad de microcontrolador) en el interior del BMS a un usuario o una ECU (unidad de control eléctrico). En más detalle, en una celda de batería para un vehículo, se puede transferir información de detección desde la MCU a la ECU del vehículo y, en una celda de batería para un ESS (sistema de almacenamiento de energía), puede transferirse información de detección desde la MCU a un usuario.
La información de hinchamiento del sensor 200 de presión se transfiere a un usuario de modo que el usuario pueda aplicar un tratamiento previo en un producto antes de que el módulo de batería y el paquete de baterías se deformen.
Según la presente realización, en la etapa de transferir información de detección a un BMS, puede transmitirse una señal de advertencia cuando un valor de resistencia del sensor 200 de presión es de 100.000 Ohm o menos. Además, puede transmitirse una señal de peligro cuando un valor de resistencia del sensor 200 de presión es de 10.000 Ohm o menos. Esto significa que la presión actúa en el sensor 200 de presión de manera más fuerte a medida que el valor de resistencia disminuye. Además, a medida que el valor de resistencia del sensor 200 de presión disminuye, el tipo de la señal dependiendo del hinchamiento es diferente, de modo que un usuario puede reconocer inmediatamente el nivel de peligro dependiendo del nivel de hinchamiento según el tipo de la señal de antemano.
Con el fin de realizar con mayor exactitud la transmisión de la señal del sensor de presión, el método para medir la presión de la celda de batería puede incluir además una etapa de establecer un valor de resistencia del sensor de presión para que sea infinito antes de la etapa de aplicar la presión al sensor 200 de presión mientras la celda 100 de batería está hinchada. Cuando el valor de resistencia es infinito, significa que no se aplica presión y, a medida que disminuye el valor de resistencia, esto significa que la presión actúa de manera creciente en el sensor 200 de presión.
Descripción de los números de referencia
100: celda de batería 101 : pila de celda de batería
110: cuerpo de celda 120: terraza de celda
130: cable de electrodo 200 : sensor de presión
210: unidad de medición de presión 211: unidad de entrada de corriente
212: unidad de salida de corriente 220 : unidad de conexión
221: unidad de conexión lateral de entrada de corriente
222: unidad de conexión lateral de salida de corriente
230: unidad de salida 300 : conjunto de bastidor de barra colectora 310: bastidor de barra colectora 320 : placa superior
400: placa de extremo 500 : bastidor de módulo
600: primera placa 700 : segunda placa
700a:pluralidad de orificios 800 : tercera placa
900: miembro de fijación M: marca de sensor

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para medir una presión de celdas (100) de batería, comprendiendo el aparato:
una celda (100) de batería;
un sensor (200) de presión configurado para medir la presión de superficie de la celda (100) de batería;
una primera placa (600) dispuesta entre la celda (100) de batería y el sensor (200) de presión a fin de estar en contacto con la celda (100) de batería y el sensor (200) de presión, y
una segunda placa (700) formada a fin de estar en contacto con el sensor (200) de presión en una dirección opuesta de la celda (100) de batería basándose en el sensor (200) de presión,
en donde el sensor (200) de presión comprende una pluralidad de unidades (210) de medición de presión,caracterizado por quela segunda placa (700) comprende una pluralidad de orificios (700a) formados en posiciones correspondientes a cada una de la pluralidad de unidades (210) de medición de presión configuradas para permitir que el aire generado en el interior de las unidades (210) de medición de presión se descargue.
2. El aparato de la reivindicación 1,
que comprende además una tercera placa (800) formada a fin de estar en contacto con la celda (100) de batería en una dirección opuesta del sensor (200) de presión basándose en la celda (100) de batería.
3. El aparato de la reivindicación 2, en donde:
las primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) se acoplan entre sí a través de un miembro (900) de fijación.
4. El aparato de la reivindicación 3, en donde:
L
a primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) están formadas más amplias que el sensor (200) de presión y la celda (100) de batería, y
el miembro (900) de fijación se acopla a las primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) en el exterior del sensor (200) de presión y la celda (100) de batería.
5. El aparato de la reivindicación 2, en donde:
la primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) se forman con un tamaño que cubra el sensor (200) de presión y la celda (100) de batería.
6. El aparato de la reivindicación 2, en donde:
al menos una de la primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) se forman con un grosor de 0,5 mm.
7. El aparato de la reivindicación 2, en donde:
la primera, segunda y tercera placas (600, 700, 800) comprenden aluminio.
8. El aparato de la reivindicación 1, en donde:
el sensor (200) de presión comprende
una pluralidad de unidades (210) de medición de presión, una unidad (220) de conexión que conecta la pluralidad de unidades (210) de medición de presión entre sí y una unidad (230) de salida que está conectada a la unidad (220) de conexión, y suma los valores de presión medidos a través de la unidad (210) de medición de presión y emite el resultado.
9. El aparato de la reivindicación 8, en donde:
la unidad (230) de salida emite por separado el valor de presión medido para cada columna o cada fila de la unidad (210) de medición de presión.
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