KR102265423B1 - Battery safety status diagnostic monitoring system using ultrasonic sensor - Google Patents

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Abstract

초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템이 개시된다. 개시된 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템은 배터리모듈부에 초음파를 투사하고, 상기 배터리모듈로부터 반사된 초음파 신호를 수신하며, 수신된 초음파 신호를 전기적 신호형태의 검출신호로 변환하여 배터리 모니터링장치로 전송하는 초음파센서; 상기 초음파센서로부터 검출신호를 수신하고 디지털화하며, 디지털화된 상기 검출신호를 통해 배터리모듈부에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층이미지를 바탕으로 해당 배터리모듈의 상태정보를 산출하고, 상기 배터리모듈부의 상태정보를 디스플레이하는 배터리 모니터링장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Disclosed is a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor. The battery safety state diagnosis monitoring system using the disclosed ultrasonic sensor projects an ultrasonic wave to a battery module unit, receives an ultrasonic signal reflected from the battery module, and converts the received ultrasonic signal into a detection signal in the form of an electrical signal to monitor the battery Ultrasonic sensor that transmits to; Receives and digitizes the detection signal from the ultrasonic sensor, generates a tomographic image of the battery module unit through the digitized detection signal, calculates state information of the corresponding battery module based on the generated tomography image, and the battery module and a battery monitoring device for displaying negative status information.

Figure R1020190115685
Figure R1020190115685

Description

초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템{Battery safety status diagnostic monitoring system using ultrasonic sensor}Battery safety status diagnostic monitoring system using ultrasonic sensor

본 발명은 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파센서를 이용하여 비파괴검사방식으로 배터리의 상태를 실시간으로 진단 모니터링하고, 이상징후를 예측하여 안내할 수 있도록 한 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a battery safety state diagnostic monitoring system, and more particularly, using an ultrasonic sensor to diagnose and monitor the state of a battery in real time in a non-destructive test method using an ultrasonic sensor, and predict and guide abnormal symptoms. It relates to a battery safety condition diagnosis monitoring system.

최근, 4차 산업혁명의 영향에 의한 스마트화시대의 가장 중요한 기술로 이차전지 산업이 주목받고 있으며 이차전지종류의 하나인 리튬이차전지 산업은 전기차, 에너지저장장치에서부터 로봇에 이르는 다양한 응용분야의 핵심기술로 자리매김하고 있어 산업적 중요성이 더욱 더 커지고 있으며 현재까지는 초기 시장단계이지만 2020년 이후 폭발적으로 수요가 증가할 것으로 전망된다. Recently, the secondary battery industry is attracting attention as the most important technology in the smartization era due to the influence of the 4th industrial revolution, and the lithium secondary battery industry, one of the types of secondary batteries, is the core of various application fields from electric vehicles and energy storage devices to robots. As it is positioned as a technology, its industrial importance is growing, and although it is still in the initial market stage, demand is expected to increase explosively after 2020.

이와 같이, 이차전지 산업 시장 확대에 따라서 배터리관련 안전사고 발생 또한 증가하는 추세이며 전기차, 스마트폰등 가전기기, 전자담배, 에너지저장장치 등의 각종 분야에서 이차전지 화재 및 폭발 안전사고로 인하여 사회적 문제가 이슈로 떠오르고 있다. As such, as the secondary battery industry market expands, battery-related safety accidents are also on the rise, and there are social problems due to secondary battery fire and explosion safety accidents in various fields such as electric vehicles, smart phones, home appliances, e-cigarettes, and energy storage devices. is emerging as an issue.

특히, 에너지저장장치의 화재사고의 경우에는 민관합동 원인조사결과로부터 그 원인에 대한 대책으로 제품 및 시스템, 설치, 운영, 화재대응 등의 사후 안전관리 기준에 강화를 두었다.In particular, in the case of fire accidents of energy storage devices, the post-safety management standards such as products and systems, installation, operation, and fire response were strengthened as countermeasures for the cause from the results of the public-private joint cause investigation.

통상적으로, 전기자동차 및 전력저장장치 등 이차전지 사용의 최적화 및 안전성을 확보하기 위하여 배터리관리시스템(Battery Management System, 이하, 'BMS'라 함)이 적용되고 있다. In general, a battery management system (hereinafter, referred to as 'BMS') is applied to optimize the use of secondary batteries such as electric vehicles and power storage devices and secure safety.

BMS는 열에 약한 이차전지 배터리를 균등 냉각하여 동일한 성능 구현이 가능토록하기 위한 열관리 계측 및 제어기술, 배터리의 상태를 판단하여 최적 효율점에서 동작 제어하는 충전상태 및 수명(SOC,SOH)제어기술, 이상상황 발생 시 문제를 사전에 막아주는 기능적 안전성(Functional Safety) 제어기술 등을 포함한다.BMS is a thermal management measurement and control technology to uniformly cool a secondary battery battery that is weak to heat to realize the same performance, a state of charge and lifespan (SOC, SOH) control technology that controls the operation at an optimal efficiency point by determining the state of the battery, Functional safety control technology that prevents problems in advance when abnormal situations occur.

하지만, 2차전지의 열폭주 특성상 2차전지의 안전사고 예방은 1~2시간의 사전 감지로 대처하기에 충분하지 못한 시간이며, 기존 BMS의 온도감지, 가스감지, AC 임피던스 감지, 전압/전류 감지 센서 기술 만으로는 2차 전지의 안전사고 발생을 미연에 확실하게 감지하기 어려운 문제가 있었다. However, due to the thermal runaway nature of secondary batteries, the prevention of safety accidents of secondary batteries is insufficient time to respond with 1 to 2 hours of pre-detection, and the existing BMS temperature detection, gas detection, AC impedance detection, voltage/current There was a problem that it was difficult to reliably detect the occurrence of a safety accident in the secondary battery in advance only with the detection sensor technology.

대한민국 공개특허 10-2017-0141478호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0141478 대한민국 공개특허 10-2018-0084523호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0084523 대한민국 공개특허 10-2018-0097344호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0097344 대한민국 등록특허 10-1522795호Republic of Korea Patent No. 10-1522795

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 기존의 BMS를 개선하여 비파괴검사기술 중의 하나인 초음파센서를 이용한 초음파탐상을 통해 배터리 상태를 실시간으로 진단, 모니터링하고, 이상징후를 예측하여 안내하도록 한 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다. The present invention was devised to solve the problems of the prior art, as described above, by improving the existing BMS and diagnosing and monitoring the battery status in real time through ultrasonic flaw detection using an ultrasonic sensor, which is one of the non-destructive inspection technologies, and to detect abnormal symptoms. An object of the present invention is to provide a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor that predicts and guides.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템은, 배터리모듈부에 초음파를 투사하고, 상기 배터리모듈로부터 반사된 초음파 신호를 수신하며, 수신된 초음파 신호를 전기적 신호형태의 검출신호로 변환하여 배터리 모니터링장치로 전송하는 초음파센서; 상기 초음파센서로부터 검출신호를 수신하고 디지털화하며, 디지털화된 상기 검출신호를 통해 배터리모듈부에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층이미지를 바탕으로 해당 배터리모듈의 상태정보를 산출하고, 상기 배터리모듈부의 상태정보를 디스플레이하는 배터리 모니터링장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor of the present invention projects an ultrasonic wave to a battery module, receives an ultrasonic signal reflected from the battery module, and converts the received ultrasonic signal into an electrical signal. an ultrasonic sensor that converts a detection signal in the form of a signal and transmits it to a battery monitoring device; Receives and digitizes the detection signal from the ultrasonic sensor, generates a tomographic image of the battery module unit through the digitized detection signal, calculates state information of the corresponding battery module based on the generated tomography image, and the battery module and a battery monitoring device for displaying negative status information.

상기 배터리모듈의 상태정보는 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성 정보를 포함하도록 구성될 수 있다. The state information of the battery module may be configured to include battery internal/external defect information, battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information.

상기 배터리 모니터링장치는 상기 초음파센서에 전원을 공급하고, 상기 초음파센서에 구동신호를 전송하여 상기 초음파센서에서 초음파가 발생되도록 하여 상기 초음파센서의 구동을 제어하는 센서구동부;를 포함하도록 구성될 수 있다. The battery monitoring apparatus supplies power to the ultrasonic sensor, and transmits a driving signal to the ultrasonic sensor to generate ultrasonic waves from the ultrasonic sensor, thereby controlling the driving of the ultrasonic sensor; may be configured to include .

상기 배터리 모니터링장치와 통신망을 통해 통신가능하도록 구성되어, 상기 배터리모니터링장치로부터 상기 배터리모듈의 상태정보를 수신하고, 저장 및 관리하며, 모바일 웹 상에 상기 배터리모듈의 상태정보를 제공하는 관리서버;를 더 포함하도록 구성될 수 있다. a management server configured to communicate with the battery monitoring device through a communication network, receiving, storing and managing status information of the battery module from the battery monitoring device, and providing status information of the battery module on a mobile web; It may be configured to further include.

상기한 바에 따르면, 본 발명은 기존 BMS와는 전혀 다른 방식으로서, 초음파센서를 이용해 비파괴검사 방식으로 배터리모듈 모듈부에 대한 배터리 단층이미지 생성하고 표시하여 배터리결함상태를 확인할 수 있고, 특히, 배터리 단층이미지를 바탕으로 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보를 산출하고 표시하여 관리자에게 제공함으로써 관리자가 해당 배터리에 대한 이상징후를 신속하게 파악할 수 있어, 배터리 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. According to the above, the present invention is completely different from the existing BMS, and it is possible to check the battery defect state by generating and displaying a battery tomography image for the battery module module part in a non-destructive inspection method using an ultrasonic sensor, in particular, a battery tomography image Based on this, the battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information are calculated and displayed and provided to the manager so that the manager can quickly identify the abnormal symptoms of the battery, thereby preventing battery safety accidents in advance. be able to do

특히, 본 발명은 기존 BMS처럼 단순히 배터리 전압, 전류, 온도 만을 검출하는 방식이 아니라, 초음파 탐상방식으로 배터리 내외부의 결함상태를 확인할 수 있어, 배터리에 대한 신뢰성 있는 상태정보를 얻을 수 있으며, 전압, 전류, 온도를 통해 기존 방식에 비해 배터리에 대한 이상징후를 보다 사전에 감지하여 배터리 안전사고를 더욱더 미연에 방지할 수 있다. In particular, the present invention is not a method that simply detects battery voltage, current, and temperature like the conventional BMS, but can check the defect state inside and outside the battery by using an ultrasonic flaw detection method, so that reliable state information about the battery can be obtained, voltage, It is possible to prevent battery safety accidents in advance by detecting abnormal signs of the battery in advance compared to the conventional method through current and temperature.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템을 나타낸 블록 구성도이다. 1 is a block diagram illustrating a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed content for carrying out the invention. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템을 나타낸 블록 구성도이다. 1 is a block diagram illustrating a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템은 초음파센서(10), 배터리 모니터링 장치(20), 관리서버(30)를 포함하도록 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1 , a battery safety state diagnosis monitoring system using an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention may be configured to include an ultrasonic sensor 10 , a battery monitoring device 20 , and a management server 30 .

초음파센서(10)는 초음파탐상 센서로 구현되며, 배터리 모듈부(5)에 초음파를 주사하고, 배터리모듈(5)의 표면 크랙과 내부 결점 등의 배터리 결함을 감지하도록 배터리 모듈(5)로부터 반사된 초음파신호를 수신하고, 수신된 초음파신호를 전기적 신호로 변환하여, 변환된 전기적 신호를 검출신호로서 배터리 모니터링 장치(20)로 전송함으로써, 배터리 모니터링 장치(20)에서 이 검출신호를 통해 배터리의 결함상태를 입체적인 3차원 이미지 형태로 표시하도록 구성될 수 있다. The ultrasonic sensor 10 is implemented as an ultrasonic flaw sensor, and injects ultrasonic waves into the battery module unit 5 and reflects from the battery module 5 to detect battery defects such as surface cracks and internal defects of the battery module 5 . The received ultrasonic signal is received, the received ultrasonic signal is converted into an electrical signal, and the converted electrical signal is transmitted to the battery monitoring device 20 as a detection signal. It may be configured to display the defect state in the form of a three-dimensional three-dimensional image.

좀더 자세히 말하면, 초음파센서(10)가 배터리 모듈부(5)에 초음파를 투사하면 초음파는 배터리 모듈부(5)의 내부로 침투하여 진행하고, 초음파 경로상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 매질의 밀도가 변하는 경계면에서 초음파의 일부가 반향되어 되돌아 오며, 초음파센서(10)의 탐촉자는 반향된 초음파를 수신하고, 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하며, 이 전기적 신호를 검출신호로서 배터리 모니터링 장치(20)로 전송하도록 구성된다. More specifically, when the ultrasonic sensor 10 projects the ultrasonic wave to the battery module part 5, the ultrasonic wave penetrates into the battery module part 5 and proceeds, and if there is a defect in the ultrasonic path, the defect is caused by the defect. At the interface where the density of the medium changes, some of the ultrasonic waves are reflected and returned, and the transducer of the ultrasonic sensor 10 receives the reflected ultrasonic waves, converts the received ultrasonic waves into electrical signals, and uses this electrical signal as a detection signal to monitor the battery. to the device 20 .

본 발명은 적용되는 해당 시스템 또는 장치가 하나의 배터리 모듈부로 구성되지 않고 복수의 배터리 모듈부로 구성되는 경우, 각각의 배터리 모듈부(10) 마다 초음파센서(10)가 일 대 일로 대응되도록 각각 구성되고, 이 초음파센서(10)들이 배터리 모니터링 장치(20)에 연결되어, 각각의 배터리 모듈부(5)로부터 획득된 검출신호를 배터리 모니터링 장치(20)에 전송하도록 하여, 각각의 배터리 모듈부(5)에 대한 배터리 상태 모니터링이 수행되도록 구성될 수 있다. If the system or device to which the present invention is applied does not consist of one battery module unit but a plurality of battery module units, the ultrasonic sensor 10 for each battery module unit 10 is configured to correspond one-to-one, and , these ultrasonic sensors 10 are connected to the battery monitoring device 20, so that the detection signal obtained from each battery module unit 5 is transmitted to the battery monitoring device 20, each battery module unit 5 ) may be configured to perform battery status monitoring.

한편, 본 발명에서 적용되는 초음파센서(10)는 MEMS기반 Capacitive 방식 초음파센서로 이루어지는 것이 바람직하며, 이는 기존 Piezoelectric crystal 방식 보다 고온안정성이 강하고 초소형화가 가능하여, 시스템 반도체 형태로 배터리 모듈부(5)에 내장이 가능하고, 저가로 구현이 가능해 질 수 있다. On the other hand, the ultrasonic sensor 10 applied in the present invention is preferably made of a MEMS-based capacitive ultrasonic sensor, which has stronger high-temperature stability than the existing piezoelectric crystal method and can be miniaturized, so that the battery module unit 5 in the form of a system semiconductor It can be built-in in the , and can be implemented at a low cost.

배터리 모니터링 장치(20)는 초음파센서(10)로부터 검출신호를 수신하고 디지털화하며, 디지털화된 검출신호를 통해 배터리모듈부(5)에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층이미지를 바탕으로 해당 배터리모듈의 상태정보를 산출하고, 배터리모듈부(5)의 배터리 상태정보를 디스플레이하도록 구성될 수 있다. The battery monitoring device 20 receives and digitizes the detection signal from the ultrasonic sensor 10 , generates a tomographic image of the battery module unit 5 through the digitized detection signal, and based on the generated tomographic image, the corresponding battery It may be configured to calculate the state information of the module and display the battery state information of the battery module unit 5 .

구체적으로, 배터리 모니터링 장치(20)는 통신 인터페이스(21), 디지털신호 변환부(22), 센서구동부(23), 단층이미지 생성부(24), 배터리상태 진단부(25), 디스플레이부(26)를 포함하도록 구성된다. Specifically, the battery monitoring device 20 includes a communication interface 21 , a digital signal conversion unit 22 , a sensor driving unit 23 , a tomographic image generation unit 24 , a battery state diagnosis unit 25 , and a display unit 26 . ) is configured to include

본 발명에서 배터리 모니터링 장치(20)는 모든 구성, 즉, 인터페이스(21), 디지털신호 변환부(22), 센서구동부(23), 단층이미지 생성부(24), 배터리상태 진단부(25), 디스플레이부(26)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어가 통합된 형태로 구현될 수 있다. In the present invention, the battery monitoring device 20 includes all components, that is, the interface 21, the digital signal conversion unit 22, the sensor driving unit 23, the tomographic image generation unit 24, the battery state diagnosis unit 25, The display unit 26 may be implemented in hardware, software, or an integrated form of hardware and software.

통신 인터페이스(21)는 wifi, 인터넷 등 유무선 통신망을 통해 관리서버(30)의 통신가능하도록 구성되어 배터리 모니터링 장치(20)에서 획득되고 산출한 배터리에 대한 각종 정보데이터를 관리서버(30)로 전송하고, 관리서버(30)에서 대용량의 정보데이터를 저장하고 관리하도록 구성될 수 있다. The communication interface 21 is configured to enable communication of the management server 30 through a wired/wireless communication network such as wifi, the Internet, etc., and transmits various information data about the battery obtained and calculated by the battery monitoring device 20 to the management server 30 And, the management server 30 may be configured to store and manage a large amount of information data.

디지털신호 변환부(22)는 초음파센서(10)로부터 수신된 아날로그 형태의 전기적 신호로 이루어진 검출신호를 디지털화하여 디지털 검출신호를 변환하며, 디지털 검출신호는 단층이미지 생성부(24)에 제공된다. The digital signal converter 22 converts the digital detection signal by digitizing the detection signal made of an analog electrical signal received from the ultrasonic sensor 10 , and the digital detection signal is provided to the tomography image generator 24 .

센서구동부(23)는 초음파센서(10)에 전원공급 및 구동을 제어하도록 구성된다. 구체적으로, 센서구동부(23)는 초음파센서(10)에 전원공급을 제어하며, 초음파센서(10)에서 초음파진동이 발생되도록 구동신호를 초음파센서(10)에 인가하도록 구성된다. The sensor driving unit 23 is configured to control power supply and driving of the ultrasonic sensor 10 . Specifically, the sensor driving unit 23 controls the power supply to the ultrasonic sensor 10 and is configured to apply a driving signal to the ultrasonic sensor 10 so that ultrasonic vibration is generated in the ultrasonic sensor 10 .

단층이미지 생성부(24)는 디지털 신호변환부(22)에서 제공되는 디지털 검출신호를 수신하여 해당 배터리 모듈부(5)에 대한 배터리 단층이미지를 생성하며, 생성된 배터리 단층 이미지를 배터리 상태 진단부(25)에 제공하도록 구성된다. The tomographic image generation unit 24 receives the digital detection signal provided from the digital signal conversion unit 22 and generates a battery tomography image for the corresponding battery module unit 5, and uses the generated battery tomography image to the battery state diagnosis unit. (25) is configured to provide.

배터리 상태진단부(25)는 단층이미지 생성부(24)에서 제공된 배터리 단층 이미지를 바탕으로 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보를 포함하는 배터리 상태정보를 산출하도록 구성될 수 있다. The battery state diagnosis unit 25 is a battery including battery internal/external defect information, battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information based on the tomographic image provided by the tomographic image generation unit 24 . It may be configured to calculate state information.

구체적으로, 배터리 상태진단부(25)는 단층이미지 생성부(24)에서 제공된 배터리 단층 이미지를 바탕으로 배터리 내/외부 결함정보를 산출하고 저장하도록 구성된다. 여기서 배터리 내/외부 결함정보는 해당 배터리에 대한 결함위치정보, 결함크기정보 등을 포함하도록 구성된다. Specifically, the battery state diagnosis unit 25 is configured to calculate and store battery internal/external defect information based on the tomographic image of the battery provided by the tomographic image generation unit 24 . Here, the battery internal/external defect information is configured to include defect location information, defect size information, and the like for the corresponding battery.

또한, 배터리 상태진단부(25)는 실시간 또는 소정 주기로 배터리 내/외부 결함정보를 산출하고, 이상징후 분석 알고리즘을 통해 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 화재폭발 위험가능성 정보를 산출하여 해당 배터리에 대한 이상징후를 파악하도록 구성될 수 있다. In addition, the battery condition diagnosis unit 25 calculates battery internal/external defect information in real time or in a predetermined cycle, and calculates battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and fire explosion risk information through an abnormal symptom analysis algorithm. It may be configured to identify abnormal symptoms for the battery.

예를 들어, 배터리 상태진단부(25)는 배터리 내/외부 결함정보의 결함크기정보에 대한 시간경과별 변화를 통해 배터리 진행성 퇴화율 정보를 산출하도록 구성되며, 또한, 이 산출된 배터리 진행성 퇴화율을 바탕으로, 해당 배터리에 대한 사용가능 잔여시간정보를 포함하는 재사용 가능성 정보를 산출하며, 또한, 이 산출된 배터리 진행성 퇴화율을 바탕으로, 배터리 화재발생가능 잔여시간정보를 포함하는 화재폭발 위험성정보를 산출하도록 구성될 수 있다. For example, the battery state diagnosis unit 25 is configured to calculate the battery progressive deterioration rate information through time-dependent changes in the defect size information of the battery internal/external defect information, and further, the calculated battery progressive deterioration rate Based on this, reusability information including information on the remaining usable time for the battery is calculated, and based on the calculated battery progressive deterioration rate, fire explosion risk information including information on the remaining time that can cause a battery fire can be configured to calculate .

상기 배터리상태진단부(25)에서 생성되고 산출된 배터리 단층이미지, 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보는 디스플레이부(26)를 통해 표시되어, 관리자가 확인할 수 있도록 구성된다. The battery fault image, battery internal/external defect information, battery progressive degradation rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information generated and calculated by the battery condition diagnosis unit 25 are displayed through the display unit 26, , is configured so that the administrator can check it.

디스플레이부(26)는 배터리 상태진단부(25)에서 생성된 배터리 단층 이미지를 개별적으로 표시할 수 있고, 아울러, 배터리 단층이미지들을 입체적인 3차원 이미지로 표시할 수 있으며, 이 3차원 이미지 상에 배터리의 결함위치 및 결함크기를 추적하여 강조되게 표현하도록 구성될 수 있다. The display unit 26 may individually display the tomographic image of the battery generated by the battery condition diagnosis unit 25, and may also display the tomographic images of the battery as a three-dimensional three-dimensional image, and on the three-dimensional image, the battery It can be configured to highlight the defect location and size of the defect.

또한, 디스플레이부(26)는 배터리 상태진단부(25)에서 산출된 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성 정보를 표시할 수 있다. In addition, the display unit 26 may display battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information calculated by the battery state diagnosis unit 25 .

이처럼, 본 발명은 기존 BMS 와는 전혀 다른 방식으로서, 초음파센서(10)를 이용해 비파괴검사 방식으로 배터리모듈 모듈부(5)에 대한 배터리 단층이미지 생성하고 표시하여 배터리결함상태를 확인할 수 있고, 특히, 배터리 단층이미지를 바탕으로 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보를 산출하고 표시하여 관리자에게 제공함으로써 관리자가 해당 배터리에 대한 이상징후를 신속하게 파악할 수 있어, 배터리 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. As such, the present invention is completely different from the existing BMS, and it is possible to check the battery defect state by generating and displaying a battery tomography image for the battery module module unit 5 in a non-destructive inspection method using the ultrasonic sensor 10, in particular, Based on the tomographic image of the battery, battery progressive degradation rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information are calculated and displayed and provided to the manager so that the manager can quickly identify abnormal signs of the battery and prevent battery safety accidents. can be prevented in advance.

한편, 본 발명에서 각 배터리모듈부(5)에는 배터리 셀에 연결된 각 센서를 통해 배터리의 온도, 전류, 전압데이터, 충방전상태 데이터를 측정하는 BMS(6)가 구성될 수 있으며, 이 BMS(6)는 배터리 모니터링 장치(20)와 통신가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(26)는 BMS(6)로부터 수신된 배터리 온도, 전류, 전압데이터, 및 충방전 상태 데이터를 표시하도록 구성될 수 있다. On the other hand, in the present invention, each battery module unit 5 may be configured with a BMS 6 that measures the temperature, current, voltage data, and charge/discharge state data of the battery through each sensor connected to the battery cell, and the BMS ( 6) may be configured to be able to communicate with the battery monitoring device 20 . In this case, the display unit 26 may be configured to display battery temperature, current, voltage data, and charge/discharge state data received from the BMS 6 .

관리서버(30)는 크라우드 서버로 구현되며, 데이터수집부(31)와 정보 제공부(32)를 포함하도록 구성된다. The management server 30 is implemented as a crowd server, and is configured to include a data collection unit 31 and an information providing unit 32 .

데이터수집부(31)는 배터리 모니터링 장치(20)로부터 디지털화된 검출신호, 배터리 단층이미지, 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성 정보를 실시간 또는 소정 주기별로 수집하여 저장하고 관리하도록 구성된다. 즉, 본 발명은 배터리 모니터링 장치(20)가 복수의 배터리 모듈부(5) 마다 구성된 각 초음파센서(10)로부터 검출신호들을 수신하고, 이 검출신호들로부터 각종 배터리들 마다의 배터리 상태정보를 생성하고 산출하므로, 배터리 모니터링 장치(20)에서 처리되는 방대한 모든 정보를 관리서버(30)에서 수집하고, 저장관리하도록 함으로써, 데이터 저장 및 처리속도 등에서 효율적인 운용이 가능하다. The data collection unit 31 receives the digitized detection signal, the battery tomography image, the battery internal/external defect information, the battery progressive deterioration rate information, the battery reusability information, and the battery fire and explosion risk information in real time or predetermined from the battery monitoring device 20 . It is configured to collect, store and manage by cycle. That is, in the present invention, the battery monitoring device 20 receives detection signals from each ultrasonic sensor 10 configured for each of the plurality of battery module units 5, and generates battery state information for each battery from the detection signals. and calculated, by collecting, storing, and managing all vast amounts of information processed by the battery monitoring device 20 in the management server 30, efficient operation in data storage and processing speed is possible.

정보제공부(32)는 모바일 웹사이트를 제공할 수 있으며, 이 모바일 웹사이트에 접속된 모바일 단말에 배터리 모니터링장치(20)의 디스플레이부(26)에서 표시되는 배터리 단층이미지, 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성 정보 등의 각종 정보를 제공하여, 관리자가 배터리 모니터링장치(20)를 통해서 뿐 아니라, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 모바일단말을 통해 원격에서도 배터리에 대한 각종정보를 확인가능하도록 구성될 수 있다. The information providing unit 32 may provide a mobile website, and a battery tomography image displayed on the display unit 26 of the battery monitoring device 20 on a mobile terminal connected to the mobile website, internal/external defects of the battery Information, battery progressive degradation rate information, battery reusability information, and various information such as battery fire and explosion risk information are provided so that the administrator can use the battery monitoring device 20 as well as mobile terminals such as smartphones and tablet PCs. It may be configured to be able to check various information about the battery even remotely.

한편, 본 발명의 초음파센서를 이용한 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템에서는 각각의 초음파 센서(10)로부터 검출신호를 수신하고, 이 검출신호를 분석함으로써, 각 초음파 센서(10)의 동작상태를 실시간으로 분석하여 각 초음파 센서(10)의 정상/오동작 여부를 진단해 초음파 센서(10)의 고장여부를 판단하는 초음파 테스터(40)를 더 구성할 수 있다. On the other hand, in the battery safety state diagnosis monitoring system using the ultrasonic sensor of the present invention, a detection signal is received from each ultrasonic sensor 10 and the detection signal is analyzed to analyze the operating state of each ultrasonic sensor 10 in real time. Thus, the ultrasonic tester 40 for diagnosing whether each ultrasonic sensor 10 is normal or malfunctioning to determine whether the ultrasonic sensor 10 is malfunctioning may be further configured.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. In the above, the present invention has been shown and described in connection with preferred embodiments for illustrating the principles of the present invention, but the present invention is not limited to the construction and operation as shown and described as such. Rather, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable alterations and modifications and equivalents are to be considered as falling within the scope of the present invention.

5...배터리 모듈부
6...BMS
10...초음파 센서
20...배터리 모니터링 장치
21...통신 인터페이부
22...디지털신호 변환부
23...센서 구동부
24...단층이미지 생성부
25...배터리상태 진단부
26...디스플레이부
30...관리서버
31...데이터 수집부
32...정보 제공부5...Battery module part
6...BMS
10...ultrasonic sensor
20...Battery monitoring device
21...Communication interface part
22...digital signal converter
23...Sensor drive unit
24... tomographic image generator
25...Battery condition diagnosis unit
26...display unit
30...management server
31...data collection unit
32...Information Department

Claims (4)

복수의 배터리모듈부 각각에 설치되며, 상기 배터리모듈부에 초음파를 투사하고, 상기 배터리모듈로부터 반사된 초음파 신호를 수신하며, 수신된 초음파 신호를 전기적 신호형태의 검출신호로 변환하여 배터리 모니터링장치로 전송하는 MEMS기반 Capacitive 방식의 초음파센서;
상기 초음파센서로부터 검출신호를 수신하고 디지털화하며, 디지털화된 상기 검출신호를 통해 배터리모듈부에 대한 단층이미지를 생성하며, 생성된 단층이미지를 바탕으로 해당 배터리모듈의 상태정보를 산출하고, 상기 배터리모듈부의 상태정보를 디스플레이하는 배터리 모니터링장치;
상기 배터리 모니터링장치와 통신망을 통해 통신가능하도록 구성되어, 상기 배터리모니터링장치로부터 상기 배터리모듈의 상태정보를 수신하고, 저장 및 관리하는 관리서버; 및,
상기 초음파센서로부터 검출신호를 수신하고, 상기 검출신호를 실시간으로 분석하여 상기 초음파센서의 고장여부를 판단하는 초음파테스터;를 포함하며,
상기 배터리모듈의 상태정보는 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성 정보를 포함하도록 구성되며,
상기 배터리 모니터링장치는,
상기 배터리모듈의 상태정보를 상기 관리서버로 전송하도록 상기 관리서버와 통신가능하게 하는 통신인터페이스;
상기 초음파센서로부터 수신된 아날로그 형태의 전기적 신호로 이루어진 검출신호를 디지털화하여 디지털검출신호를 변환하며 단층이미지 생성부로 제공하는 디지털신호 변환부;
상기 초음파센서에 전원을 공급하고, 상기 초음파센서에 구동신호를 전송하여 상기 초음파센서에서 초음파가 발생되도록 하여 상기 초음파센서의 구동을 제어하는 센서구동부;
상기 디지털 신호변환부에서 제공되는 디지털 검출신호를 수신하여 상기 배터리모듈부에 대한 단층이미지를 생성하고 상태진단부에 제공하는 단층이미지 생성부;
상기 단층이미지 생성부에서 제공된 단층이미지를 바탕으로 결함위치정보와 결함크기정보를 포함하는 내/외부 결함정보를 산출하고 저장하며, 상기 내/외부 결함정보의 결함크기정보에 대한 시간경과별 변화를 통해 배터리 진행성 퇴화율 정보를 산출하며, 상기 배터리 진행성 퇴화율 정보를 바탕으로 배터리 잔여시간정보를 포함하는 배터리 재사용 가능성 정보를 산출하며, 상기 배터리 진행성 퇴화율 정보를 바탕으로 배터리 화재발생가능 잔여시간정보를 포함하는 화재폭발 위험성 정보를 산출하며, 상기 배터리 내/외부 결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보를 디스플레이부에 표시하는 배터리상태 진단부;를 포함하며,
상기 관리서버는 상기 단층이미지, 내/외부결함정보, 배터리 진행성 퇴화율 정보, 배터리 재사용 가능성 정보, 배터리 화재폭발 위험성정보를 모바일 웹상에 제공하여 모바일단말을 통해 원격에서도 확인가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전상태 진단 모니터링 시스템.



It is installed in each of the plurality of battery module parts, and projects ultrasonic waves to the battery module part, receives the ultrasonic signal reflected from the battery module, and converts the received ultrasonic signal into a detection signal in the form of an electrical signal to be used as a battery monitoring device. MEMS-based capacitive ultrasonic sensor that transmits;
Receives and digitizes a detection signal from the ultrasonic sensor, generates a tomographic image of the battery module unit through the digitized detection signal, calculates status information of a corresponding battery module based on the generated tomography image, and the battery module a battery monitoring device for displaying negative status information;
a management server configured to communicate with the battery monitoring device through a communication network, receiving, storing and managing status information of the battery module from the battery monitoring device; and;
and an ultrasonic tester that receives a detection signal from the ultrasonic sensor and analyzes the detection signal in real time to determine whether the ultrasonic sensor is faulty;
The state information of the battery module is configured to include battery internal/external defect information, battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire and explosion risk information,
The battery monitoring device,
a communication interface enabling communication with the management server to transmit the state information of the battery module to the management server;
a digital signal conversion unit digitizing a detection signal composed of an analog electrical signal received from the ultrasonic sensor, converting the digital detection signal, and providing the tomographic image generation unit;
a sensor driving unit that supplies power to the ultrasonic sensor and transmits a driving signal to the ultrasonic sensor to generate ultrasonic waves from the ultrasonic sensor to control driving of the ultrasonic sensor;
a tomographic image generation unit for receiving the digital detection signal provided by the digital signal conversion unit, generating a tomographic image of the battery module unit, and providing the tomographic image to the state diagnosis unit;
Based on the tomographic image provided by the tomographic image generator, internal/external defect information including defect location information and defect size information is calculated and stored, and changes over time of the defect size information of the internal/external defect information calculates battery progressive deterioration rate information through the method, calculates battery reusability information including remaining battery time information based on the battery progressive deterioration rate information, and calculates battery fire possibility remaining time information based on the battery progressive deterioration rate information A battery condition diagnosis unit that calculates fire explosion risk information including, and displays the battery internal/external defect information, battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire explosion risk information on the display unit;
The management server is configured to provide the tomographic image, internal/external defect information, battery progressive deterioration rate information, battery reusability information, and battery fire explosion risk information on the mobile web so that it can be checked remotely through a mobile terminal. Battery safety state diagnosis monitoring system, characterized in that.



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