JP2024519825A - 絶対湿度算出装置及びその動作方法 - Google Patents
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Abstract
本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置は、バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する第1測定部、前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する第2測定部、及び前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出するコントローラを含んでよい。
Description
[関連出願の相互参照]
本文書に開示された実施形態は、2021年12月14日に出願された韓国特許出願第10-2021-0179152号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本文書に開示された実施形態は、2021年12月14日に出願された韓国特許出願第10-2021-0179152号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本文書に開示された実施形態は、絶対湿度算出装置及びその動作方法に関する。
電気車両は、外部から電気が供給されてバッテリーセルを充電した後、バッテリーセルに充電された電圧でモータを駆動させて動力を得る。電気車両のバッテリーセルは、電極組立体を電池ケースに収容し、電池ケースの内部に電解液を注液して製造される。
バッテリーセルは、高容量及び高エネルギー密度を有し、長い寿命を維持するために、電極製造工程で電極集電体にコーティングされた電極活物質を乾燥しなければならない。ところが、電極製造工程で絶対湿度を制御せず、電極を十分に乾燥できないか、電極にクラック(Crack)が発生する場合、電極間の反応が円滑に行われないことから、バッテリーセルの性能が低下し、バッテリーセルの劣化又は爆発現象が発生する可能性がある。
本文書に開示された実施形態の一目的は、バッテリー製造空間の絶対湿度をリアルタイムで正確に算出できる絶対湿度算出装置及びその動作方法を提供することにある。
本文書に開示された実施形態の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解され得る。
本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置は、バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する第1測定部、前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する第2測定部、及び前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出するコントローラを含んでよい。
一実施形態によって、前記コントローラは、前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の蒸気圧データを獲得することができる。
一実施形態によって、前記コントローラは、前記温度データ及び前記蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して前記絶対湿度を算出することができる。
一実施形態によって、前記第1測定部は、前記バッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することができる。
一実施形態によって、前記第2測定部は、前記バッテリーの負極乾燥空間から排出される排気の露点データを獲得することができる。
一実施形態によって、前記コントローラは、前記絶対湿度を表示するディスプレイを含んでよい。
本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置の動作方法は、バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する段階、前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する段階、及び前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階を含んでよい。
一実施形態によって、前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階は、前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の蒸気圧データを獲得することができる。
一実施形態によって、前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階は、前記温度データ及び前記蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して前記絶対湿度を算出することができる。
一実施形態によって、前記バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する段階は、前記バッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することができる。
一実施形態によって、前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する段階は、前記バッテリーの負極乾燥空間から排出される排気の露点データを獲得することができる。
本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置及びその動作方法によれば、バッテリー製造空間の絶対湿度をリアルタイムで正確に算出することができる。
以下、本文書に開示された実施形態を例示的な図面を介して詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たり、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の符号が付されることに留意しなければならない。また、本文書に開示された実施形態を説明するに当たり、関連した公知の構成又は機能に対する具体的な説明が、本文書に開示された実施形態に対する理解を妨害すると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
本文書に開示された実施形態の構成要素を説明するに当たり、第1、第2、A、B、(a)、(b)などの用語を使用してよい。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語により当該構成要素の本質や順番、又は順序などが限定されるものではない。また、特に定義されない限り、技術的や科学的な用語を含めて、ここで用いられる全ての用語は、本文書に開示された実施形態の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって一般的に理解される意味と同一の意味を有する。一般的に用いられる辞典に定義されている用語と同様の用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味として解釈されなければならず、本出願において明らかに定義されていない限り、理想的かつ過度に形式的な意味に解釈されるものではない。
図1は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置を全般的に説明するための図である。
様々な実施形態によれば、バッテリーは、電気エネルギーを充放電して使用可能なバッテリーの基本単位であるバッテリーセルを含んでよい。バッテリーセルは、リチウムイオン(Li-ion)電池、リチウムイオンポリマー(Li-ion polymer)電池、ニッケルカドミウム(Ni-Cd)電池、ニッケル水素(Ni-MH)電池などであってよく、これに限定されない。バッテリーセルは、対象装置(未図示)に電源を供給することができる。このために、バッテリーセルは、対象装置と電気的に連結されてよい。ここで、対象装置は、複数のバッテリーセルを含むバッテリーパック(未図示)から電源が供給されて動作する電気的、電子的、又は機械的な装置を含んでよい。例えば、対象装置は、デジタルカメラ、P-DVD、MP3P、携帯電話、PDA、携帯型ゲーム機(Portable Game Device)、動力工具(Power Tool)及び電動自転車(E-bike)などの小型製品のみでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と余剰発電電力や新材生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置やバックアップ用電力貯蔵装置であってよいが、これに限定されるものではない。
バッテリーセルは、電極組立体、電極組立体が内部に収容される電池ケース、電池ケースの内部に注液されて電極組立体を活性化させる電解液から構成されてよい。電極組立体とは、正極集電体に正極活物質がコーティングして形成された正極と、負極集電体に負極活物質がコーティングして形成された負極との間に分離膜が介在して形成されたものであって、電極組立体は、電池ケースの種類に応じて、ゼリーロール型(jelly roll type)、スタック型(stack type)などに製作され、電池ケースの内部に収容されてよい。
実施形態によれば、バッテリーセルは、電極工程、組立工程、及び化成工程などを含む一連の製造工程を介して製造されてよい。ここで、電極工程(Electrode Process)は、正極材と負極材をそれぞれ正極集電体及び負極集電体に付着して正極と負極を製造する工程を含んでよい。具体的には、電極工程は、ミキシング工程、コーティング工程、プレス工程、及びスリッティング工程を含んでよい。
コーティング工程は、正極集電体の表面に正極活物質が含まれたスラリーを塗布し、負極集電体の表面には、負極活物質が含まれたスラリーを塗布し、負極集電体に塗布されるスラリーは、通常、水を溶媒として用いてよい。ここで、スラリーは、溶媒を多く含む流動状態であって、スラリーは、集電体に塗布された後、溶媒が除去されて活物質層が損傷されないようにしなければならない。したがって、コーティング工程は、スラリー内の溶媒及び水分を除去するために、集電体にコーティングされた電極活物質を乾燥する乾燥(Drying)工程を含む。
例えば、乾燥工程は、電極乾燥オーブンを使用して集電体にコーティングされた電極活物質を乾燥することができる。乾燥工程は、電極乾燥オーブンの絶対湿度を制御して電極を十分に乾燥すると同時に、電極にクラック(Crack)が発生することを防止しなければならない。
乾燥工程でクラックが発生する場合、電極にコーティング欠陥(Defect)が発生する可能性があり、電極組立体の組立時又はバッテリーセルの使用時に有/無機複合多孔層が容易に脱離されることがあるので、バッテリーセルの安全性を低下させる可能性がある。また、微細クラックは、測定装備や肉眼で識別が困難であって、バッテリーセルの最終生成後にクラックが発見される場合、製品の使用ができなくなり、工程歩留まりが低下するという問題がある。
以下、バッテリー工程は、電極乾燥工程を例として説明する。
図1は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置を全般的に説明するための図である。
図1は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置を全般的に説明するための図である。
図1を参照すれば、バッテリー製造空間10は、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13を含んでよい。図1において、バッテリー製造空間10は3個であると示されたが、これに限定されるものではなく、バッテリー製造空間10は、n(nは、3以上の自然数)個の装置を含んでよい。
絶対湿度算出装置100は、バッテリー工程で運営している設備のデータをリアルタイムで収集して使用者(ex.管理者)に伝達することができる。絶対湿度算出装置100は、リアルタイムでデータをスクリーンに表示することができる。例えば、絶対湿度算出装置100は、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13で運営している設備のデータをリアルタイムで収集してスクリーンに表示することができる。
ここで、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13は、電極集電体に塗布されたスラリーの溶媒を乾燥する電極乾燥オーブンを含んでよい。第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13は、水分が含まれた空気を外部に排出する排気部材(未図示)を含んでよく、排気部材を介して電極の表面から蒸発した湿気を排出することができる。
第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13の排気部材は、空気を外部に排出する排気ダクトと、吸入力を発生させて空気を排気ダクトを介して外部に強制排出させる排気ポンプを含んでよい。
絶対湿度算出装置100は、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13で運営している設備のデータをリアルタイムで収集して分析することができる。例えば、絶対湿度算出装置100は、第1バッテリー製造空間11で運営している設備から第1バッテリー製造空間11の温度、相対湿度、圧力、工程進行状況、通知発生有無、数量などのような第1バッテリー製造空間11から発生するデータ又はグラフデータを収集して分析することができる。
図2は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置の構成を示すブロック図である。
以下、図2を参照して、絶対湿度算出装置100の構成について具体的に説明する。また、以下では、バッテリー製造空間10の第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13のうち、第1バッテリー製造空間11を例として説明するが、第2バッテリー製造空間12及び第3バッテリー製造空間13にも実質的に同様に適用されてよい。
図2を参照すれば、絶対湿度算出装置100は、第1測定部110、第2測定部120、及びコントローラ130を含んでよい。
第1測定部110は、第1バッテリー製造空間11の温度を測定して温度データを獲得することができる。例えば、第1測定部110は、バッテリーの負極乾燥空間に配置されてバッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することができる。
第1測定部110は、第1バッテリー製造空間11の温度を測定して獲得した温度データをコントローラ130に電気的信号で伝送することができる。
第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の露点を測定して露点データを獲得することができる。ここで、露点(Dew Point)は、大気の温度が低くなって水蒸気が凝結し始めるときの温度であって、水蒸気の圧力が飽和蒸気圧と等しくなる温度として定義することができる。例えば、第2測定部120は、バッテリーの負極乾燥空間に配置されてバッテリーの負極乾燥空間から排出される排気の露点データを獲得することができる。
一実施形態によって、第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の水分が含まれた空気を外部に排出する排気ダクトに配置されてよい。第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させ、第1バッテリー製造空間11の露点データを獲得することができる。すなわち、第2測定部120は、内蔵したクーラーを駆動するか、第1バッテリー製造空間11の排気部材に含まれたクーラーを駆動して第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させることにより、第1バッテリー製造空間11の露点データを獲得することができる。
第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させて獲得した露点データを、コントローラ130に電気的信号で伝送することができる。
コントローラ130は、温度データ及び蒸気圧データに基づいて絶対湿度を算出する絶対湿度算出アルゴリズムを含んでよい。例えば、コントローラ130は、第1測定部110から獲得した第1バッテリー製造空間11の温度データ、及び第2測定部120から獲得した第1バッテリー製造空間11の露点データに基づいて第1バッテリー製造空間11の絶対湿度を算出することができる。
具体的には、コントローラ130の絶対湿度算出アルゴリズムは、湿度測定方式で対象バッテリー製造空間10の相対湿度に基づいて絶対湿度に換算する方式を用いることなく、露点データに基づいて絶対湿度を算出する方式を用いてよい。バッテリーの電極を乾燥する電極乾燥オーブンから発生する排気の場合、130℃~150℃以上の高温状態であって、飽和水蒸気量が異常に高いので、相対湿度が非常に低い値として測定されるため、絶対湿度を測定できないか、誤差が大幅に発生する可能性がある。一方、高温の排気を冷却させて露点データを獲得する場合、絶対湿度は、同一の露点で温度に応じて一定の割合に変化するので、露点データと温度データに基づいてバッテリー製造空間10の絶対湿度を算出することができる。
コントローラ130は、温度データ及び蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して絶対湿度を算出することができる。以下の[数式1]は、絶対湿度換算公式を意味する。
[数式1]において、Aは絶対湿度(Absolute Humidity)を意味し、単位はg/m3である。Cは定数(Constant)値であって、216.679gK/Jの値を有する。Pwは蒸気圧(Vapour Pressure)値であって、単位はhPaである。Pwは、同一の露点で温度変化による変化のないデータであって、露点データに基づいて獲得することができる。Tは絶対温度(Temperature)値であって、単位はKである。
[数式1]は、C、Pw、Tの総3つの値を求めるが、Cは固定定数値であり、Pwは露点データに基づいて獲得することができるので、絶対湿度換算公式[数式1]において、Tデータのみが絶対湿度に影響を与えるパラメータ(Paramaeter)として使用され得る。
コントローラ130は、[数式1]に第1測定部110から獲得した第1バッテリー製造空間11の温度データT、及び第2測定部120から獲得した第1バッテリー製造空間11の露点データに基づいて獲得した蒸気圧データPwを入力することにより、第1バッテリー製造空間11の絶対湿度Aを算出することができる。
一実施形態によって、コントローラ130は、絶対湿度を表示するディスプレイを含んでよい。コントローラ130は、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13の少なくともいずれか一つの絶対湿度を算出してディスプレイに表示することができる。
前述のように、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置100によれば、バッテリー製造空間の絶対湿度をリアルタイムで正確に算出することができる。
また、絶対湿度算出装置100は、別途の装置の具備及び連結なしに、リアルタイムで第1測定部110及び第2測定部120からデータを獲得し、絶対湿度を算出してバッテリー製造工程の絶対湿度を迅速に制御することができるので、絶対湿度分析費用及び絶対湿度分析時間を節減することができる。
図3は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置の動作方法を示すフローチャートである。
以下、図1~図2を参照して、絶対湿度算出装置100の動作方法について説明する。
絶対湿度算出装置100は、図1~図2を参照して説明した絶対湿度算出装置100と実質的に同一であってよいので、以下では、説明の重複を避けるために簡単に説明する。
図3を参照すれば、絶対湿度算出装置100の動作方法は、バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する段階(S101)、バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する段階(S102)、温度データ及び露点データに基づいてバッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階(S103)を含んでよい。
S101段階において、第1測定部110は、第1バッテリー製造空間11の温度を測定して温度データを獲得することができる。S101段階において、例えば、第1測定部110は、バッテリーの負極乾燥空間に配置され、バッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することができる。
S101段階において、第1測定部110は、第1バッテリー製造空間11の温度を測定して獲得した温度データをコントローラ130に電気的信号で伝送することができる。
S102段階において、第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の露点を測定して露点データを獲得することができる。S102段階において、例えば、第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させ、第1バッテリー製造空間11の露点データを獲得することができる。S102段階において、すなわち、第2測定部120は、内蔵したクーラーを駆動するか、第1バッテリー製造空間11の排気部材に含まれたクーラーを駆動して第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させることにより、第1バッテリー製造空間11の露点データを獲得することができる。
S102段階において、第2測定部120は、第1バッテリー製造空間11の排気温度を冷却させて獲得した露点データを、コントローラ130に電気的信号で伝送することができる。
S103段階において、コントローラ130は、温度データ及び露点データに基づいてバッテリー製造空間の絶対湿度を算出することができる。S103段階において、例えば、コントローラ130は、第1測定部110から獲得した第1バッテリー製造空間11の温度データ、及び第2測定部120から獲得した第1バッテリー製造空間11の露点データに基づいて第1バッテリー製造空間11の絶対湿度を算出することができる。
S103段階において、コントローラ130は、温度データ及び蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して絶対湿度を算出することができる。S103段階において、コントローラ130は、露点データに基づいて第1バッテリー製造空間11の蒸気圧データを獲得することができる。S103段階において、例えば、コントローラ130は、絶対湿度換算公式に、第1測定部110から獲得した第1バッテリー製造空間11の温度データ、及び第2測定部120から獲得した第1バッテリー製造空間11の露点データに基づいて獲得した蒸気圧データを入力することにより、第1バッテリー製造空間11の絶対湿度を算出することができる。
S103段階において、コントローラ130は、第1バッテリー製造空間11、第2バッテリー製造空間12、及び第3バッテリー製造空間13の少なくともいずれか一つの絶対湿度を算出してディスプレイに表示することができる。
図4は、本文書に開示された一実施形態による絶対湿度算出装置を具現するコンピューティングシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。
図4を参照すれば、本文書に開示された一実施形態によるコンピューティングシステム200は、MCU210、メモリー220、入出力I/F230、及び通信I/F240を含んでよい。
MCU210は、メモリー220に保存されている各種プログラム(例えば、絶対湿度算出装置100の絶対湿度を換算するプログラム)を実行させ、このようなプログラムを通じて各種データを処理し、前述した図1に示された絶対湿度算出装置100の機能を行うようにするプロセッサであってよい。
メモリー220は、絶対湿度算出装置100の作動に関する各種プログラムを保存することができる。また、メモリー220は、絶対湿度算出装置100の作動データを保存することができる。
このようなメモリー220は、必要に応じて複数個設けられてもよい。メモリー220は、揮発性メモリーであってもよく、非揮発性メモリーであってもよい。揮発性メモリーとしてのメモリー220は、RAM、DRAM、SRAMなどが使用されてよい。非揮発性メモリーとしてのメモリー220は、ROM、PROM、EAROM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリーなどが使用されてよい。前記列挙したメモリー220の例は単に例示であるだけで、これら例に限定されるものではない。
入出力I/F230は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置(未図示)とディスプレイ(未図示)などの出力装置とMCU210との間を連結してデータを送受信できるようにするインターフェースを提供することができる。
通信I/F240は、サーバと各種データを送受信できる構成であって、有線又は無線通信が支援可能な各種装置であってよい。例えば、通信I/F240を介して別途に設けられた外部サーバから抵抗測定及び異常診断のためのプログラムや各種データなどを送受信することができる。
このように、本文書に開示された一実施形態によるコンピュータプログラムは、メモリー220に記録され、MCU210によって処理されることにより、例えば、図1及び図2を参照して説明した絶対湿度算出装置100の各機能を行うモジュールとして具現されてもよい。
以上の説明は、本開示の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本開示の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本開示の本質的な特性から外れない範囲で様々な修正及び変形が可能である。
したがって、本開示に開示された実施形態は、本開示の技術思想を限定するためではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本開示の技術思想の範囲が限定されるものではない。本開示の保護範囲は、以下の特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等の範囲内の全ての技術思想は、本開示の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
Claims (11)
- バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する第1測定部と、
前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する第2測定部と、
前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出するコントローラと、を含む絶対湿度算出装置。 - 前記コントローラは、前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の蒸気圧データを獲得することを特徴とする、請求項1に記載の絶対湿度算出装置。
- 前記コントローラは、前記温度データ及び前記蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して前記絶対湿度を算出することを特徴とする、請求項2に記載の絶対湿度算出装置。
- 前記第1測定部は、バッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することを特徴とする、請求項1に記載の絶対湿度算出装置。
- 前記第2測定部は、バッテリーの負極乾燥空間から排出される排気の露点データを獲得することを特徴とする、請求項1に記載の絶対湿度算出装置。
- 前記コントローラは、前記絶対湿度を表示するディスプレイを含むことを特徴とする、請求項1に記載の絶対湿度算出装置。
- バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する段階と、
前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する段階と、
前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階と、を含む絶対湿度算出装置の動作方法。 - 前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階は、前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の蒸気圧データを獲得することを特徴とする、請求項7に記載の絶対湿度算出装置の動作方法。
- 前記温度データ及び前記露点データに基づいて前記バッテリー製造空間の絶対湿度を算出する段階は、前記温度データ及び前記蒸気圧データを絶対湿度換算公式に入力して前記絶対湿度を算出することを特徴とする、請求項8に記載の絶対湿度算出装置の動作方法。
- 前記バッテリー製造空間の温度を測定して温度データを獲得する段階は、バッテリーの負極乾燥空間の温度を測定することを特徴とする、請求項7に記載の絶対湿度算出装置の動作方法。
- 前記バッテリー製造空間の露点を測定して露点データを獲得する段階は、バッテリーの負極乾燥空間から排出される排気の露点データを獲得することを特徴とする、請求項7に記載の絶対湿度算出装置の動作方法。
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