KR101418982B1 - Method for monitoring electron behaviors of electrode matter surface using optical microscope and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 재료를 통과하는 전자 또는 이온 입자의 분포를 이용하여 전자수 변이를 감시할 수 있는 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for monitoring electron behavior on the surface of an electrode material using an optical microscope and, more particularly, to a method and an apparatus for monitoring electron movement of an electrode material using an optical microscope, And more particularly, to a method and an apparatus for monitoring an electronic behavior of a surface.
일반적으로 전극의 전하 전달과정은 충방전 초기단계에서 수집하는 전기화학적 임피던스 분석법(Electrochemical Impedance Spectra) 또는 임피던스 분석(pedance spectra)에 대한 나이키스트 선도(Nyquist diagram)를 이용하여 분석한다. 여기서, 주파수별 분석을 통해 전하전달 메커니즘을 유추한다.Generally, the charge transfer process of an electrode is analyzed using a Nyquist diagram for an electrochemical impedance spectra or a pedance spectra collected at the initial stage of charging / discharging. Here, the charge transfer mechanism is inferred through frequency analysis.
이러한 과정은 n차 사이클링(nth cycling) 충전과정, 교류 임피던스 측정, 측정 자료의 임피던스 등가 회로를 이용한 나이키스트 분석으로 이루어진다. 그리고 실시간 감시 시스템의 경우 실시간 임피던스, 나이키스트 분석결과, 전압 및 전류 결과를 제공한다. This process consists of the nth cycling charging process, AC impedance measurement, and Nyquist analysis using the impedance equivalent circuit of the measurement data. And provides real-time impedance, Nyquist analysis results, voltage and current results for real-time monitoring systems.
그런데, 이러한 기존의 방법들은 전자 및 이온 입자의 분포를 이용하여 충방전 상태를 감시하는 기법에는 해당되지 않는다. 또한, 전극을 통과하는 전자 및 이온 입자의 분포를 이용하여 전지의 충방전 상태를 감시하는 기법은 아직 개발되고 있지 않고 있다. 따라서 전극재료를 구성하는 물질 입자와 전지가 공급하는 전자 및 이온과의 반응을 감시하기 위한 기법이 요구된다.However, these conventional methods do not correspond to the technique of monitoring the charge / discharge state using the distribution of electrons and ionic particles. In addition, a technique for monitoring the charge / discharge state of a battery using the distribution of electrons and ion particles passing through the electrode has not been developed yet. Therefore, there is a need for a technique for monitoring the reaction between the material particles constituting the electrode material and the electrons and ions supplied by the battery.
본 발명의 배경이 되는 기술은 국내공개특허 제2011-0017748호(2011.02.22 공개)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 2011-0017748 (published on Feb. 22, 2011).
본 발명은, 광학현미경을 이용하여 전극 재료를 통과하는 전자 또는 이온 입자의 분포를 획득하고 이를 이용하여 전자수 변이를 감시할 수 있는 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for monitoring the electron mobility of an electrode material surface that can acquire the distribution of electrons or ion particles passing through an electrode material using an optical microscope and monitor the electronic water variation using the same. have.
본 발명은, 광학현미경을 이용하여 제1 전지의 전극 표면에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는 단계와, 상기 제1 전지에 제2 전지가 병렬 연결되면, 상기 제1 전지의 전극 표면에 대한 제2 촬상 영상을 시간 흐름 별로 입력받는 단계와, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상으로부터 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 단계와, 임의 그레이 스케일 범위에 대하여 상기 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포의 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 단계, 및 상기 시간 흐름 별로 연산되는 상기 차이 값으로부터, 상기 제1 전지의 전극 표면에서의 입자의 거동을 감시하는 단계를 포함하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrochemical cell, comprising the steps of: receiving a first sensing image with respect to an electrode surface of a first cell using an optical microscope; and, when the second cell is connected in parallel to the first cell, 2) of capturing the captured image by time, and calculating a gray scale value from the first captured image and the second captured image using the gray scale value of the pixels constituting the first captured image and the second captured image, Obtaining a first particle number distribution and a second particle number distribution according to the first particle number distribution and the second particle number distribution, respectively, and calculating a difference value between the first particle number distribution and the second particle number distribution for each gray- And monitoring the behavior of particles on the electrode surface of the first battery from the difference value calculated for each time flow. It provides electronic monitoring how behavior.
여기서, 상기 제1 전지는, 상기 제2 전지에 전자를 제공할 수 있다.Here, the first battery may provide electrons to the second battery.
또한, 상기 임의 그레이 스케일 범위는 0 내지 N의 범위로서, 상기 N은 Gmax(촬상 영상을 구성하는 최대 그레이 스케일 값)보다 작고, 상기 N은 상기 차이 값의 부호가 반전되기 직전의 그레이 스케일 값에 해당될 수 있다.Further, the arbitrary gray scale range is a range from 0 to N, where N is smaller than G max (maximum gray scale value constituting a sensed image), and N is a grayscale value immediately before the sign of the difference value is inverted . ≪ / RTI >
또한, 상기 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 단계는, 상기 임의 그레이 스케일 범위에 내에 속하는 그레이 스케일 값 별로 획득된 상기 차이 값의 합산을 이용하여, 상기 시간 흐름 별로 상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 입자수를 아래의 수학식으로 연산할 수 있다.In addition, the step of calculating the difference value on the basis of the time-series flow may include calculating a sum of the difference values obtained for each gray scale value belonging to the arbitrary gray scale range, The number of particles discharged into the battery can be calculated by the following equation.
여기서, j는 상기 N이고, pi는 상기 임의 그레이 스케일 범위 내에 속하는 i번째 그레이 스케일 값에서의 상기 차이 값을 나타낸다. Where j is the N, and p i represents the difference value at the i th grayscale value that falls within the arbitrary gray scale range.
또한, 상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 전자수는 아래의 수학식으로 계산할 수 있다.In addition, the number of electrons emitted from the first cell to the second cell can be calculated by the following equation.
여기서, α는 상기 광학현미경을 구성하는 CCD 센서의 각 픽셀에 대한 비트열의 LSB당 발생하는 전자수, gi는 i번째 그레이 스케일 값이다.Here,? Is the number of electrons generated per LSB of the bit string for each pixel of the CCD sensor constituting the optical microscope, and g i is the i-th gray scale value.
또한, 상기 입자의 거동을 감시하는 단계는, 상기 시간 흐름에 따른 상기 입자수 또는 상기 전자수를 기 저장된 기준 입자수 또는 기준 전자수와 비교하여, 상기 전극 표면에서의 전자수 변이의 정상 여부를 판단하고, 상기 정상 여부에 대응하는 알람을 발생시킬 수 있다.The monitoring of the behavior of the particles may include comparing the number of particles or the number of electrons with the previously stored reference number of particles or the reference number of electrons over time, And generate an alarm corresponding to the normal state.
그리고, 본 발명은 광학현미경을 이용하여 제1 전지의 전극 표면에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는 제1 영상 입력부와, 상기 제1 전지에 제2 전지가 병렬 연결되면, 상기 제1 전지의 전극 표면에 대한 제2 촬상 영상을 시간 흐름 별로 입력받는 제2 영상 입력부와, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상으로부터 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 입자 분포 획득부와, 임의 그레이 스케일 범위에 대하여 상기 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포의 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 분포차 연산부, 및 상기 시간 흐름 별로 연산되는 상기 차이 값으로부터, 상기 제1 전지의 전극 표면에서의 입자의 거동을 감시하는 입자 거동 감시부를 포함하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치를 제공한다.The first image input unit receives a first sensed image of the electrode surface of the first battery using an optical microscope. When the second battery is connected in parallel to the first battery, A second image input unit that receives a second captured image with respect to a surface of the first captured image and a second captured image using a gray scale value of pixels constituting the first captured image and the second captured image, A first particle number distribution and a second particle number distribution, respectively, for obtaining a first particle number distribution and a second particle number distribution corresponding to the gray scale value from the image, From the difference value calculated on a time-by-time basis, a particle size distribution calculating unit for calculating a particle size of the particle on the electrode surface of the first battery, A device for monitoring an electron behavior of a surface of an electrode material using an optical microscope including a magnetic behavior monitoring unit.
본 발명에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법 및 그 장치에 따르면, 광학현미경을 이용하여 전극 재료를 통과하는 전자 또는 이온 입자의 분포를 획득하여 이를 통해 전자수 변이를 감시할 수 있으며, 전지의 전극 표면을 촬영한 영상으로부터 전지의 충방전 상태를 감시할 수 있는 이점이 있다.According to the method and apparatus for monitoring electron behavior on the surface of an electrode material according to the present invention, the distribution of electrons or ion particles passing through the electrode material can be obtained by using an optical microscope, There is an advantage that the charging / discharging state of the battery can be monitored from the image of the electrode surface.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 광학현미경의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시를 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 스위치 동작에 따른 광학현미경의 촬상 영상의 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 장치를 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법의 흐름도이다.
도 6은 도 5의 S530 단계에서 획득된 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포의 예를 나타낸다.
도 7은 도 6의 두 분포 간의 차이값을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 임의 그레일 스케일 범위 내에서의 시간 흐름 별 전자수 변화를 나타낸 것이다.1 is a schematic configuration diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for monitoring the electron behavior of the electrode material surface according to the embodiment of the present invention.
Fig. 3 shows an example of a picked-up image of an optical microscope according to the switch operation of Fig.
4 is a configuration diagram of an electronic behavior monitoring apparatus for an electrode material surface according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart of a method for monitoring the electron behavior of the electrode material surface using the apparatus of FIG.
FIG. 6 shows an example of the first particle number distribution and the second particle number distribution obtained in step S530 of FIG.
Figure 7 shows the difference between the two distributions of Figure 6.
FIG. 8 shows the change in the number of electrons in time scale within an arbitrary rail scale range according to an embodiment of the present invention.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 광학현미경의 개략 구성도이다. 광학현미경은 레이저(Laser), 빔 분할기(Beam splitter), 마이크로 렌즈(Microscope Lens), 그리고 CCD(Charge Coupled Device) 센서로 구성된다. 레이저는 파장 532 nm의 Nd:YAG 모델을 이용하였으며, 이외의 다른 파장 대의 레이저를 사용해도 된다. 전자수 분포의 측정을 위해 100배 (x100) 이상의 배율을 가진 마이크로 렌즈를 사용하며, 스테이지에 놓인 샘플(측정 대상)과 마이크로 렌즈 사이의 간격은 1 mm 이내로 조정한다.1 is a schematic configuration diagram of an optical microscope for an embodiment of the present invention. The optical microscope consists of a laser, a beam splitter, a microscope lens, and a CCD (Charge Coupled Device) sensor. The laser is a Nd: YAG model with a wavelength of 532 nm, and other laser wavelengths may be used. Use a microlens with a magnification of at least 100 times (x100) to measure the distribution of the electron distribution. Adjust the distance between the sample (subject to be measured) placed on the stage and the microlens within 1 mm.
이하에서는 상기 광학현미경을 통해 촬상된 영상을 이용하여 전극물질 표면의 전자거동을 감시하는 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for monitoring the electron behavior of the surface of an electrode material using an image captured through the optical microscope will be described in detail.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시를 위한 개념도이다. 도 2에서 제1 전지(10)와 제2 전지(20)는 서로 병렬 연결되어 있다. 제1 및 제2 전지(10,20) 간의 전기적 연결 및 해제는 스위치 등으로 제어 가능하다.2 is a conceptual diagram for monitoring the electron behavior of the electrode material surface according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the
광학현미경은 제1 전지(10)의 전극 표면을 촬상한다. 이때, 제1 전지(10)는 피복이 제거된 상태로 존재한다. 즉, 제1 전지(10)는 피복이 제거되어 음극 몸체(ex, 음극 아연판; 음극 전극)가 외부로 노출된 상태를 의미한다. 일반적으로 전지(ex, 건전지)의 피복을 벗기면 전지의 모양에 대응하는 음극 몸체와, 이 음극 몸체의 일단부에 돌출형으로 작은 크기로 노출된 양극 부분이 확인 가능함은 자명하다.The optical microscope picks up an electrode surface of the first battery (10). At this time, the
여기서, 제1 전지(10)가 제2 전지(20)보다 고용량 또는 고전압인 경우, 두 전지(10,20)가 연결되면 제1 전지(10)는 제2 전지(20)에 전자를 제공하게 된다. 만약 스위치가 on되면 제1 전지(10)의 전류가 제2 전지(20)로 흐르면서 제1 전지(10)는 방전되고 제2 전지(20)는 충전된다. 이러한 충방전 과정에서 상기 광학현미경(30)은 제1 전지(10)의 전극 표면(음극 전극)에서의 입자 흐름을 모니터링하는 역할을 한다. Here, when the
도 3은 도 2의 스위치 동작에 따른 광학현미경의 촬상 영상의 예를 나타낸다. 도 3의 (a)는 스위치가 off 상태에서 촬상된 영상이고, (b)는 스위치가 off 상태에서 on 상태로 전환되어 10초 경과된 시점에서 촬상된 영상이다.Fig. 3 shows an example of a picked-up image of an optical microscope according to the switch operation of Fig. 3 (a) is an image captured when the switch is off, and FIG. 3 (b) is an image captured at 10 seconds after the switch is switched from off to on.
두 영상에서 동그라미 표시 지점을 비교하여 보면, 스위치가 on된 경우 전체적으로 검은 입자의 분포가 더욱 선명한 것을 확인할 수 있다. 이는 좌측 그림의 동그라미 안의 희미한 입자 분포가 우측 그림의 동그라미 안의 검은 입자 분포로 변경된 것이다. 이러한 과정은 스위치 on 시에 제1 전지(10)의 음극 아연판이 산화반응(Zn->Zn2 ++2e-)을 통해 전자를 방출하는 것과 관계된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 피복된 전지(배터리)의 전극 표면을 광학현미경을 통해 촬상하는 것에 의해 전극물질 표면의 전자거동을 감시할 수 있다.Comparing the circle display points in both images, it can be seen that the distribution of black particles is clearer when the switch is turned on as a whole. This is because the faint particle distribution in the circle in the left figure is changed to the black particle distribution in the circle in the right figure. This process is the first anode zinc plates of the
이하의 본 실시예에서는 1.5V 용량의 알칼리 배터리를 전지의 예로 사용하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 전지의 음극뿐만 아니라 양극 표면에서 촬상된 영상을 활용할 수도 있으며, 전극을 구성하는 금속의 종류가 아연으로 반드시 한정되지 않는다.In the following embodiments, an alkaline battery having a capacity of 1.5 V is used as an example of a battery, but the present invention is not limited thereto. Further, the present invention may utilize not only the cathode of the battery but also the image picked up on the anode surface, and the kind of metal constituting the electrode is not necessarily limited to zinc.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치의 구성도이다. 도 5는 도 4의 장치를 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법의 흐름도이다.4 is a configuration diagram of an electronic behavior monitoring apparatus for an electrode material surface according to an embodiment of the present invention. 5 is a flow chart of a method for monitoring the electron behavior of the electrode material surface using the apparatus of FIG.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자거동 감시 장치(100)는 제1 영상 입력부(110), 제2 영상 입력부(120), 입자 분포 획득부(130), 분포차 연산부(140), 입자 거동 감시부(150)를 포함한다.4 and 5, an electronic
먼저, 상기 제1 영상 입력부(110)는 광학현미경(30)을 이용하여 제1 전지(10)의 전극 표면에 대한 제1 촬상 영상을 입력받는다(S510). 이러한 제1 촬상 영상은 스위치가 off된 상태 즉, 제1 전지(10)와 제2 전지(20)가 접속되지 않은 상태에서 촬영된 전극 표면의 초기 영상에 해당된다.First, the first image input unit 110 receives the first captured image of the electrode surface of the
다음, 제2 영상 입력부(120)는 상기 제1 전지(10)에 제2 전지(20)가 전기적으로 병렬 연결되면, 상기 제1 전지(10)의 전극 표면에 대한 제2 촬상 영상을 시간 흐름 별로 입력받는다(S520). 이러한 제2 촬상 영상은 스위치가 on된 상태 즉, 제1 전지(10)와 제2 전지(20)가 접속된 상태에서 시간 흐름 별로 촬영된 전극 표면 영상에 해당된다.Next, when the
이후, 입자 분포 획득부(130)는 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상으로부터 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득한다(S530).Thereafter, the particle
즉, 제1 촬상 영상으로부터 제1 입자수 분포를 획득하고, 제2 촬상 영상으로부터 제2 입자수 분포를 획득한다. 제1 촬상 영상은 스위치 off 시에 획득된 제1 전지(10)의 전극 표면에 대한 초기 영상이며, 제2 촬상 영상은 스위치 on 시에 획득된 시간 흐름 별 영상으로서 복수 개가 존재한다.That is, the first particle number distribution is obtained from the first captured image, and the second particle number distribution is obtained from the second captured image. The first captured image is an initial image of the electrode surface of the
이러한 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상은 광학현미경을 이용하여 획득하되 광학현미경과 전극표면 간의 거리인 d 값을 0.001(=1 mm)로 설정한 후 복원한 영상을 획득하면 된다. 물론, 그레이 스케일 기준의 입자수 분포의 획득을 위해서는 원본 영상을 흑백 영상으로 변환하는 과정이 요구된다.The first captured image and the second captured image are acquired using an optical microscope, and a reconstructed image is obtained after setting the distance d between the optical microscope and the electrode surface to 0.001 (= 1 mm). Of course, in order to obtain the grayscale-based particle number distribution, a process of converting the original image into a monochrome image is required.
도 6은 도 5의 S530 단계에서 획득된 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포의 예를 나타낸다. 도 6에서 OFF 그래프(-○-)는 스위치 off 시에 획득된 제1 촬상 영상에 따른 제1 입자수 분포를 나타내고, ON 그래프(-△-)는 스위치 on 이후 10초 경과된 상태에서 획득된 제2 촬상 영상에 따른 제2 입자수 분포를 나타낸다.FIG. 6 shows an example of the first particle number distribution and the second particle number distribution obtained in step S530 of FIG. In FIG. 6, the OFF graph (- O-) shows the first particle number distribution according to the first sensed image acquired at the time of switch off, and the ON graph (- DELTA - And the second particle number distribution according to the second captured image.
이러한 도 6은 촬상 영상을 구성하는 픽셀들을 그레이 스케일 값 별로 분류하고, 각 그레이 스케일 값에 해당하는 픽셀들의 개수를 분포 형태로 나타낸 것이다. 즉, 가로 축은 그레이 스케일 값을 나타내고 세로 축은 촬상 영상 내에서 해당 그레이 스케일 값을 갖는 픽셀들의 개수(입자수)를 나타내다.6, the pixels constituting the sensed image are classified according to gray scale values, and the number of pixels corresponding to each gray scale value is represented in a distribution form. That is, the horizontal axis represents the gray scale value, and the vertical axis represents the number (number of particles) of the pixels having the corresponding gray scale value in the sensed image.
본 실시예의 경우 픽셀의 그레이 스케일 값을 8 비트로 사용하므로 그레이 스케일 값은 0~255 사이의 값을 가진다. 여기서 촬상 영상을 구성하는 최대 그레이 스케일 값 Gmax는 255이다. 도 6에서는 그 중에서 0~200의 그레이 스케일 범위의 데이터를 도시한 것이다.In this embodiment, since the gray scale value of the pixel is 8 bits, the gray scale value has a value between 0 and 255. [ Here, the maximum gray scale value G max constituting the sensed image is 255. FIG. 6 shows data in the gray scale range of 0 to 200 among them.
촬상 영상에서 어두운 부분은 그레이 스케일이 작은 값으로 나타나며 전자 입자(음이온)가 이온 입자(양이온)보다 우세한 부분에 해당된다. 참고로 도 6의 분포 그래프에서 그레이 스케일 값 0~30 범위에 해당하는 입자는 입자의 매스(mass)가 큰 입자이며, 그레이 스케일 값 31~49 범위에 해당하는 입자는 입자의 매스가 작은 입자를 나타낸다.In the captured image, the dark part is represented by a small gray scale value, and the electron particle (anion) corresponds to a part dominated by the ion particle (cation). For reference, in the distribution graph of FIG. 6, the particles corresponding to the grayscale values in the range of 0 to 30 are particles having a large mass, and the grayscale values in the range of 31 to 49 are small particles .
도 6에서 제2 입자수 분포는 특정 시간(10초 후)에 대해 획득된 1개 분포만 도시하고 있으나, 본 실시예에서 제2 촬상 영상은 시간 흐름에 따라 획득되므로 제2 입자수 분포 또한 시간에 따라 여러 개가 획득되게 된다.In FIG. 6, the second particle number distribution shows only one distribution obtained for a specific time (after 10 seconds), but in the present embodiment, the second captured image is obtained in accordance with time, And the number of the images is obtained.
이후, 분포차 연산부(140)는 임의 그레이 스케일 범위에 대하여 상기 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포 간의 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산한다(S540).Thereafter, the distribution
도 7은 도 6의 두 분포 간의 차이값을 도시한 것이다. 이러한 도 7은 도 6의 제2 입자수 분포에서 제1 입자수 분포를 뺀 값을 나타낸 것이다. 즉, 가로 축은 그레이 스케일 값을 나타내고, 세로 축은 두 입자수 분포의 차이 값을 나타낸다. Figure 7 shows the difference between the two distributions of Figure 6. FIG. 7 shows a value obtained by subtracting the first particle number distribution from the second particle number distribution in FIG. That is, the horizontal axis represents the gray scale value, and the vertical axis represents the difference value between the two particle number distributions.
상기 차이 값을 보면, 그레이 스케일 값 0부터 49까지는 양의 값을 나타내나 49 이후로는 음의 값으로 반전된 것을 확인할 수 있다. 또한 그레이 스케일 값 0~49 범위 내에서는 차이 값의 분포가 대략 산 모양을 형성하고 그 피크 값이 존재하고 있다.As a result of the difference, the
만약, 시간 흐름에 따른 제2 입자수 분포 별로 제1 입자수 분포와의 차이 값을 연산하여 본다면, 시간이 경과할수록 산이 모양이 점차 작아지면서 그 피크 값이 줄어드는 경향을 가지게 될 것이다. 이는 시간에 따른 전자의 방출과 관계된다.If the difference between the first particle number distribution and the first particle number distribution is calculated for each second particle number distribution with time, the peak will decrease as the shape of the acid becomes smaller with time. This is related to the emission of electrons over time.
이상과 같이, 그레이 스케일 49 이하의 입자의 경우 그 차이 값은 양의 값이 되며, 이는 제1 전지(10)의 음극에서 방출되는 전자에 기인한다. 그레이 스케일 50에서 173까지는 그 차이 값이 음의 값을 가지지만 그 변화는 미미하다. 따라서, 전자수 변이의 감시를 위한 적절한 그레이 스케일 감시의 범위는 0~49까지로 결정된다.As described above, in the case of particles of gray scale 49 or less, the difference value becomes a positive value, which is attributable to electrons emitted from the cathode of the
즉, S540 단계는 그레이 스케일 범위 0~49에 대하여 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포 간의 차이 값을 획득한다. 이러한 차이 값의 획득은 시간 흐름 별로 수행한다. That is, in step S540, a difference value between the first particle number distribution and the second particle number distribution is obtained for the gray scale range of 0 to 49. The acquisition of the difference value is performed by time flow.
이를 요약하면, S540 단계 시에 상기 차이 값을 연산하는 임의 그레이 스케일 범위 조건은 0 내지 N의 범위로서, N은 0과 Gmax 사이의 값이다. 이러한 N은 상기 차이 값의 부호가 반전되기 직전의 그레이 스케일 값 즉, 본실시예의 경우 49에 해당된다.In summary, any gray scale range condition for computing the difference value in step S540 is a range of 0 to N, and N is a value between 0 and G max . This N corresponds to the grayscale value immediately before the sign of the difference value is inverted, that is, 49 in this embodiment.
이러한 도 7과 같은 두 분포의 차이 값 결과를 시간 흐름 별로 획득하여 본다면 해당 전극재료의 효율을 측정할 수 있다. 예를 들어, 시간 흐름 별 차이 값 결과로부터 차이 값의 감소 속도를 획득할 수 있으며 이를 기준 속도와 비교하여 전극 재료의 충방전 효율을 확인할 수 있다.7, the efficiency of the electrode material can be measured. For example, it is possible to obtain the reduction rate of the difference value from the result of the difference value by time flow, and it is possible to confirm the charging / discharging efficiency of the electrode material by comparing it with the reference speed.
본 실시예에는 두 분포 간의 차이 값 중에서도 상기 임의 그레이 스케일 범위 즉, 0~49 구간 내의 차이 값을 모두 합산한 값을 이용한다. 이러한 합산 값은 제1 전지(10)의 전극 표면에서 제2 전지(20)로 방출된 입자수에 해당된다.In this embodiment, among the difference values between the two distributions, a value obtained by summing up the arbitrary gray scale range, that is, the difference values within the 0 to 49 interval is used. This sum value corresponds to the number of particles discharged from the electrode surface of the
상기 방출된 입자수는 아래의 수학식 1로 정의될 수 있다.The number of emitted particles can be defined by the following equation (1).
여기서, j는 상기 N으로서 본 실시예의 경우 49에 해당된다. pi는 상기 임의 그레이 스케일 범위 내에 속하는 i번째 그레이 스케일 값에서의 상기 차이 값을 나타낸다. Here, j corresponds to 49 in this embodiment as N. [ and p i represents the difference value at the i-th grayscale value falling within the arbitrary gray scale range.
즉, 본 실시예에서는 상기 임의 그레이 스케일 범위에 내에 속하는 그레이 스케일 값 별로 획득된 상기 차이 값의 합산을 이용하여, 상기 시간 흐름 별로 상기 제1 전지(10)에서 상기 제2 전지(20)로 방출된 입자수를 연산한다.That is, in the present embodiment, the sum of the difference values obtained for each gray scale value belonging to the arbitrary gray scale range is used to emit light from the
이외에도, 상기 방출된 입자수에 대응하는 전자수 즉, 제1 전지(10)에서 상기 제2 전지(20)로 방출된 전자수는 아래의 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.In addition, the number of electrons corresponding to the number of emitted particles, that is, the number of electrons emitted from the
여기서, α는 상기 광학현미경을 구성하는 CCD 센서의 각 픽셀에 대한 비트열의 LSB당 발생하는 전자수, gi는 i번째 그레이 스케일 값이다. 본 실시예와 같이 8bit의 픽셀의 경우 LSB당 발생하는 전자수 α는 180개이다. 여기서 j는 앞서와 같이 49에 해당된다.Here,? Is the number of electrons generated per LSB of the bit string for each pixel of the CCD sensor constituting the optical microscope, and g i is the i-th gray scale value. As in the present embodiment, in the case of an 8-bit pixel, the number of electrons alpha generated per LSB is 180. Where j equals 49 as before.
이상과 같은 수학식 1, 5에 의한 결과는 전극 재료마다 달라질 수 있으며 그 결과는 전극 재료의 전자 밀도에의 영향을 해석할 수 있게 하는 중요한 정보로 활용된다.The results of equations (1) and (5) as described above can be changed for each electrode material, and the result is utilized as important information for analyzing the influence of the electrode material on the electron density.
이상과 같은 본 실시예는 음극 표면을 예시로 하여 설명한 것이나 양극에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 수학식 1, 5를 양극에 대해서도 적용할 수 있는데, 이러한 경우 양극에 도달되는 전자수가 된다.The present embodiment as described above has been described by taking the negative electrode surface as an example, but it can also be applied to the positive electrode. That is, equations (1) and (5) can also be applied to an anode, in which case electrons reach the anode.
이후, 상기 입자 거동 감시부(150)는 상기 시간 흐름 별로 연산되는 상기 차이 값으로부터, 상기 제1 전지의 전극 표면에서의 입자의 거동을 감시한다(S550). Thereafter, the particle
이러한 입자 거동의 감시는 앞서 수학식 1 또는 수학식 2에 의해 연산된 방출된 입자수 또는 방출된 전자수를 이용하여 수행할 수 있다. 방출된 입자수 또는 전자수는 시간 흐름 별로 연산되는 값으로서, 이를 이용하면 입자수의 방출 속도 또는 전자수의 방출 속도를 연산할 수 있다.This monitoring of the particle behavior can be performed using the number of emitted particles or the number of emitted electrons calculated by equation (1) or (2). The number of emitted particles or the number of electrons is a value calculated on a time-by-time basis, and it can calculate the release rate of the number of particles or the release rate of the number of electrons.
또한, 상기 시간 흐름에 따른 상기 입자수 또는 상기 전자수를 기 저장된 기준 입자수 또는 기준 전자수와 비교한다면, 상기 전극 표면에서의 전자수 변이의 정상 여부를 판단할 수 있으며, 나아가 상기 정상 여부에 대응하는 알람을 발생킬 수 있다.In addition, if the number of particles or the number of electrons according to the time flow is compared with the stored reference number of particles or the reference number of electrons, it is possible to determine whether the variation of the number of electrons on the electrode surface is normal, A corresponding alarm may be generated.
또한, 전지의 음극 표면의 입구에서의 전자수와 음극 표면의 출구에서의 전자수를 각각 계산하면 음극 표면에서의 전자 손실 또는 전자 수송효율을 구할 수 있다. 전자손실율은 '음극 표면 입구에서의 전자수 - 음극 표면 출구에서의 전자수' 값을 '음극표면 입구에서의 전자수'로 나눈 값으로 정의될 수 있다.When the number of electrons at the entrance of the cathode surface of the cell and the number of electrons at the exit of the cathode surface are respectively calculated, the electron loss or electron transport efficiency at the surface of the cathode can be obtained. The electron loss rate can be defined as a value obtained by dividing the value of the number of electrons at the cathode surface entrance and the number of electrons at the cathode surface exit by the number of electrons at the cathode surface entrance.
이외에도, 도 7의 결과 패턴을 기준 패턴이라고 할 때, 임의 전극 표면에서 수집된 패턴이 이 기준 패턴에서 벗어난 정도를 판단하면 해당 전극의 전자 밀도 이상(anomaly)을 검출할 수 있다. 전자 밀도 이상이 발견되면 관련 제조 공정에서 이상이 있다는 것을 의미하므로 본 실시예는 제조 공정의 고장 탐지에도 응용될 수 있다.In addition, when the resultant pattern of FIG. 7 is referred to as a reference pattern, it is possible to detect an electron density anomaly of the electrode by determining the degree of deviation of the pattern collected from the arbitrary electrode surface from the reference pattern. If an electron density abnormality is found, it means that there is an abnormality in the related manufacturing process, so that this embodiment can be applied to the failure detection of the manufacturing process.
도 8은 본 발명의 실시예에서 임의 그레일 스케일 범위 내에서의 시간 흐름 별 입자수 변화를 나타낸 것이다. 도 8의 가로 축은 시간을 나타내고 세로 축(좌)은 시간에 따른 제1 전지(10)의 전압 변화를 나타내고 우측 세로축(우)은 시간에 따른 입자수 변화를 나타낸다. 이러한 도 8은 매 촬영 영상마다 수학식 1에 의한 값을 획득하여 시간 흐름 별로 도시한 것으로서, 임의 그레이 스케일 범위인 0~49 범위에서의 시간 흐름 별 입자수 변화에 해당된다. FIG. 8 shows a change in the number of particles in time scale within a certain scale range in an embodiment of the present invention. The horizontal axis in FIG. 8 represents the time, the vertical axis (left) represents the voltage change of the
도 8을 참조하면, 입자수 변이와 전압 변이가 유사한 추이를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 입자수의 계속적인 감소는 전자수의 계속적인 감소와 대응되며 방전 전압(Discharging voltage) 또한 그에 대응하는 방향으로 감소하고 있다. 이와 같이 전자수 변화와 방전 전압 간의 강한 상관성을 알 수 있으며 이는 본 발명의 시스템이 전자수 변이를 효과적으로 감시할 수 있음을 나타낸다.Referring to Fig. 8, it can be seen that the number of particles and the voltage variation show similar trends. That is, the continuous decrease of the number of particles corresponds to the continuous decrease of the number of electrons and the discharge voltage decreases in the corresponding direction. Thus, a strong correlation between the electron number change and the discharge voltage is known, which indicates that the system of the present invention can effectively monitor the electron number variation.
이러한 본 실시예의 경우 단일 아연판에서의 전자수 변이를 감시하는 것을 예시로 하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며, 기타 다른 전극 재료 혹은 임의 전극 재료와 나노 입자가 혼합된 전극 재료 등에도 응용될 수 있다.In this embodiment, it is exemplified to monitor the electronic water variation in a single zinc plate, but the present invention is not necessarily limited to this, and can be applied to other electrode materials or electrode materials mixed with arbitrary electrode materials and nanoparticles .
이상과 같은 본 발명에 따른 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법 및 그 장치에 따르면, 광학현미경을 이용하여 전극 재료를 통과하는 전자 또는 이온 입자의 분포를 획득하여 이를 통해 전자수 변이를 감시할 수 있으며, 전지의 전극 표면을 촬영한 영상으로부터 전지의 충방전 상태를 감시할 수 있는 이점이 있다.According to the method and apparatus for monitoring electron behavior on the surface of an electrode material according to the present invention, the distribution of electrons or ion particles passing through the electrode material can be obtained by using an optical microscope, , There is an advantage that the charging / discharging state of the battery can be monitored from the image of the electrode surface of the battery.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 제1 전지 20: 제2 전지
100: 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치
110: 제1 영상 입력부 120: 제2 영상 입력부
130: 입자 분포 획득부 140: 분포차 연산부
150: 입자 거동 감시부10: first battery 20: second battery
100: Electron behavior monitoring device of electrode material surface
110: first image input unit 120: second image input unit
130: Particle distribution obtaining unit 140: Distribution difference calculating unit
150: Particle behavior monitoring unit
Claims (12)
상기 제1 전지에 제2 전지가 병렬 연결되면, 상기 제1 전지의 전극 표면에 대한 제2 촬상 영상을 시간 흐름 별로 입력받는 단계;
상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상으로부터 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 단계;
임의 그레이 스케일 범위에 대하여 상기 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포의 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 단계; 및
상기 시간 흐름 별로 연산되는 상기 차이 값으로부터, 상기 제1 전지의 전극 표면에서의 입자의 거동을 감시하는 단계를 포함하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법.Receiving a first sensing image of an electrode surface of a first battery using an optical microscope;
Receiving a second sensing image for an electrode surface of the first battery by time flow when the second battery is connected in parallel to the first battery;
And a gray-scale value calculation unit for calculating a gray-scale value of the first and second captured images based on the gray-scale values of the pixels constituting the first captured image and the second captured image, Respectively;
Calculating a difference value between the first particle number distribution and the second particle number distribution for each arbitrary gray scale range by the time flow; And
And monitoring the behavior of particles on the electrode surface of the first battery from the difference value calculated for each time flow.
상기 제1 전지는,
상기 제2 전지에 전자를 제공하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법.The method according to claim 1,
The first battery includes:
And an electron microscope for providing electrons to the second battery.
상기 임의 그레이 스케일 범위는 0 내지 N의 범위로서, 상기 N은 Gmax(촬상 영상을 구성하는 최대 그레이 스케일 값)보다 작고,
상기 N은 상기 차이 값의 부호가 반전되기 직전의 그레이 스케일 값에 해당되는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법.The method of claim 2,
Wherein the arbitrary gray scale range is a range of 0 to N, N is smaller than G max (maximum gray scale value constituting a sensed image)
And N is a gray scale value immediately before the sign of the difference is inverted.
상기 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 단계는,
상기 임의 그레이 스케일 범위에 내에 속하는 그레이 스케일 값 별로 획득된 상기 차이 값의 합산을 이용하여, 상기 시간 흐름 별로 상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 입자수를 아래의 수학식으로 연산하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법:
여기서, j는 상기 N이고, pi는 상기 임의 그레이 스케일 범위 내에 속하는 i번째 그레이 스케일 값에서의 상기 차이 값을 나타낸다. The method of claim 3,
The step of calculating the difference value on a time-
Using the summation of the difference values obtained for each gray scale value belonging to the arbitrary gray scale range, calculating the number of particles emitted from the first battery to the second battery by the following equation Method of Monitoring Electron Behavior of Electrode Surface Using Microscope:
Where j is the N, and p i represents the difference value at the i th grayscale value that falls within the arbitrary gray scale range.
상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 전자수는 아래의 수학식으로 계산하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법:
여기서, α는 상기 광학현미경을 구성하는 CCD 센서의 각 픽셀에 대한 비트열의 LSB당 발생하는 전자수, gi는 i번째 그레이 스케일 값이다.The method of claim 4,
Wherein the number of electrons emitted from the first cell to the second cell is calculated by the following equation:
Here,? Is the number of electrons generated per LSB of the bit string for each pixel of the CCD sensor constituting the optical microscope, and g i is the i-th gray scale value.
상기 입자의 거동을 감시하는 단계는,
상기 시간 흐름에 따른 상기 입자수 또는 상기 전자수를 기 저장된 기준 입자수 또는 기준 전자수와 비교하여, 상기 전극 표면에서의 전자수 변이의 정상 여부를 판단하고, 상기 정상 여부에 대응하는 알람을 발생시키는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 방법.The method of claim 5,
The step of monitoring the behavior of the particles comprises:
Comparing the number of particles or the number of electrons according to the time flow with a previously stored reference number of particles or a reference number of electrons to determine whether or not the variation of the number of electrons on the electrode surface is normal, A method for monitoring electron behavior on the surface of an electrode material using an optical microscope.
상기 제1 전지에 제2 전지가 병렬 연결되면, 상기 제1 전지의 전극 표면에 대한 제2 촬상 영상을 시간 흐름 별로 입력받는 제2 영상 입력부;
상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상을 구성하는 픽셀들의 그레이 스케일 값을 이용하여, 상기 제1 촬상 영상 및 제2 촬상 영상으로부터 상기 그레이 스케일 값에 따른 제1 입자수 분포 및 제2 입자수 분포를 각각 획득하는 입자 분포 획득부;
임의 그레이 스케일 범위에 대하여 상기 제1 입자수 분포와 제2 입자수 분포의 차이 값을 상기 시간 흐름 별로 연산하는 분포차 연산부; 및
상기 시간 흐름 별로 연산되는 상기 차이 값으로부터, 상기 제1 전지의 전극 표면에서의 입자의 거동을 감시하는 입자 거동 감시부를 포함하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치.A first image input unit for receiving a first sensing image with respect to an electrode surface of the first battery using an optical microscope;
A second image input unit that receives a second sensing image of the electrode surface of the first cell in time series when the second cell is connected in parallel to the first cell;
And a gray-scale value calculation unit for calculating a gray-scale value of the first and second captured images based on the gray-scale values of the pixels constituting the first captured image and the second captured image, Respectively;
A distribution difference computing unit for computing a difference value between the first particle number distribution and the second particle number distribution for the arbitrary gray scale range for each time period; And
And a particle behavior monitoring unit for monitoring the behavior of particles on the electrode surface of the first battery from the difference value calculated for each time flow.
상기 제1 전지는,
상기 제2 전지에 전자를 제공하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치.The method of claim 7,
The first battery includes:
And an electron microscope for providing electrons to the second battery.
상기 임의 그레이 스케일 범위는 0 내지 N의 범위로서, 상기 N은 Gmax(촬상 영상을 구성하는 최대 그레이 스케일 값)보다 작고,
상기 N은 상기 차이 값의 부호가 반전되기 직전의 그레이 스케일 값에 해당되는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치.The method of claim 8,
Wherein the arbitrary gray scale range is a range of 0 to N, N is smaller than G max (maximum gray scale value constituting a sensed image)
And N is a gray scale value immediately before the sign of the difference is inverted.
상기 분포차 연산부는,
상기 임의 그레이 스케일 범위에 내에 속하는 그레이 스케일 값 별로 획득된 상기 차이 값의 합산을 이용하여, 상기 시간 흐름 별로 상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 입자수를 아래의 수학식으로 연산하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치:
여기서, j는 상기 N이고, pi는 상기 임의 그레이 스케일 범위 내에 속하는 i번째 그레이 스케일 값에서의 상기 차이 값을 나타낸다. The method of claim 9,
Wherein the distribution difference computing unit comprises:
Using the summation of the difference values obtained for each gray scale value belonging to the arbitrary gray scale range, calculating the number of particles emitted from the first battery to the second battery by the following equation Electron Behavior Monitoring of Electrode Surface Using Microscope:
Where j is the N, and p i represents the difference value at the i th grayscale value that falls within the arbitrary gray scale range.
상기 제1 전지에서 상기 제2 전지로 방출된 전자수는 아래의 수학식으로 계산하는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치:
여기서, α는 상기 광학현미경을 구성하는 CCD 센서의 각 픽셀에 대한 비트열의 LSB당 발생하는 전자수, gi는 i번째 그레이 스케일 값이다.The method of claim 10,
Wherein the number of electrons emitted from the first cell to the second cell is calculated by the following equation:
Here,? Is the number of electrons generated per LSB of the bit string for each pixel of the CCD sensor constituting the optical microscope, and g i is the i-th gray scale value.
상기 입자 거동 감시부는,
상기 시간 흐름에 따른 상기 입자수 또는 상기 전자수를 기 저장된 기준 입자수 또는 기준 전자수와 비교하여, 상기 전극 표면에서의 전자수 변이의 정상 여부를 판단하고, 상기 정상 여부에 대응하는 알람을 발생시키는 광학현미경을 이용한 전극물질 표면의 전자거동 감시 장치.The method of claim 11,
The particle behavior monitoring unit,
Comparing the number of particles or the number of electrons according to the time flow with a previously stored reference number of particles or a reference number of electrons to determine whether or not the variation of the number of electrons on the electrode surface is normal, An apparatus for monitoring the electronic behavior of an electrode material surface using an optical microscope.
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