KR102576613B1 - Electromagnetic field-based non-destructive tomography testing apparatus of permittivity and internal thermal change in electrolyte of the lithium ion battery of energy storage system and insulation fluid of power transformer - Google Patents

Electromagnetic field-based non-destructive tomography testing apparatus of permittivity and internal thermal change in electrolyte of the lithium ion battery of energy storage system and insulation fluid of power transformer Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 내부 유체의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 함체의 윗면을 뚫고 내려온 실린더; 상기 실린더 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나; 상기 함체 내부의 유체 및 상기 함체를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 복수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나; 상기 송신 안테나에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기; 및 상기 반사파 및 상기 복수의 수신 안테나로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체 내부의 유체의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기를 포함한다.An RF-based non-destructive tomography inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage systems and transformer insulating oil according to an embodiment of the present invention is a cylinder that penetrates the upper surface of the enclosure, which is a non-destructive test object for the dielectric constant of the internal fluid. ; An HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna disposed within the cylinder, which receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure. very high frequency), UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna; a plurality of HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that receive fluid inside the enclosure and electromagnetic transmission waves penetrating the enclosure, and are spaced apart from an outer surface or outer surface of the enclosure; a signal generator for providing a signal to the transmit antenna; and a dielectric constant estimator for estimating the dielectric constant of the fluid inside the enclosure based on the reflected wave and signals received from the plurality of receiving antennas.

Description

에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치{ELECTROMAGNETIC FIELD-BASED NON-DESTRUCTIVE TOMOGRAPHY TESTING APPARATUS OF PERMITTIVITY AND INTERNAL THERMAL CHANGE IN ELECTROLYTE OF THE LITHIUM ION BATTERY OF ENERGY STORAGE SYSTEM AND INSULATION FLUID OF POWER TRANSFORMER}RF-based non-destructive tomography test device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil STORAGE SYSTEM AND INSULATION FLUID OF POWER TRANSFORMER}

본 발명은 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 관한 것으로, 용기(Container)에 들어있는 액체나 유체의 유전율(절연체에 전기장 인가 시 절연체 내부에 발생하는 전기력 다발 밀도의 비율)을, 용기를 해체하지 않거나 훼손하지 않고 전기자기장 투과형 비파괴 검사 방식으로 알아내기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an RF-based non-destructive tomography inspection device for the dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage systems and transformer insulating oil. The dielectric constant of the liquid or fluid contained in the container (when an electric field is applied to the insulator, the insulator This relates to a device for determining the ratio of the density of electric force bundles generated inside) using an electromagnetic field-transmitting non-destructive testing method without dismantling or damaging the container.

또한, 본 발명은 용기내의 유체형 유전체의 온도 변화를 그에 해당하는 유전율의 변화로 나타낼 때, 비파괴 검사 장치의 전기자기장 투과 수치(크기와 위상)로 읽어내는 장치에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a device that reads the electromagnetic field penetration values (magnitude and phase) of a non-destructive testing device when the temperature change of the fluid dielectric in the container is expressed as the corresponding change in dielectric constant.

기존의 거대한 전력공급 체계는 규모, 계층, 경직성으로 인해 효율저하, 문제의 빠른 전파력, 낮은 적응성이 단점으로 지적되는데, 스마트 그리드의 유연성(자가 전력망, 지역 전력망), 효율 증진, 전기 차의 자체동력원의 확보와 함께 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System) 분야가 조명을 받고 크게 성장하였다.The existing huge power supply system is pointed out as disadvantages due to its size, hierarchy, and rigidity, such as low efficiency, fast propagation of problems, and low adaptability, but the flexibility of smart grid (self-power grid, regional power grid), efficiency improvement, and self-power source for electric vehicles. With the securing of ESS, the energy storage system (ESS) field has received attention and has grown significantly.

ESS 셀, 파우치, 모듈을 생산하는 기업들이 최고의 주가를 달리는 상황에서, ESS를 갖춘 전력공급장치에서 화재가 발생하고 그 숫자가 늘자 여러 곳에서 사용이나 구입을 중단하는 상황에 이르렀다.At a time when companies producing ESS cells, pouches, and modules were enjoying the highest stock prices, as fires broke out in power supplies equipped with ESS and the number of fires increased, many places stopped using or purchasing them.

ESS 기업들은 ESS 화재 문제를 해결하고 이점을 극대화하기 위해 다양한 관점에서 여러 기술들을 도입하려고 한다. ESS 파우치의 열폭주가 화재 원인이므로, 내부에 온도 센서를 삽입하여 관찰하겠다는 일각의 접근법이 있는데 이것은 내부를 변경한다는 점에서 기업들의 원래 배터리 내부 형상과 맞지 않아 옳지 않다. 파우치 내부 온도상승을 바깥에서 관찰하기 위해 초음파를 쏘고 받는 방안도 언급되는데, 그 기계력이 내부의 기구물에 충격을 주어 정상의 ESS에도 문제를 야기할 수 있다고 지적된다.ESS companies are trying to introduce various technologies from various perspectives to solve ESS fire problems and maximize benefits. Since thermal runaway of the ESS pouch is the cause of the fire, some approaches are to insert a temperature sensor inside to observe, but this is not correct because it does not match the company's original battery internal shape in that it changes the inside. A method of sending and receiving ultrasonic waves to observe the temperature rise inside the pouch from the outside is also mentioned, but it is pointed out that the mechanical force can shock the internal equipment and cause problems even in normal ESS.

따라서, 비파괴 방식으로 내부의 상황을 알기 위해 RF 기반의 방법이 필요하다. 전기자기장을 송신하여 반사파만 또는 반사파와 투과파를 동시에 분석하는 방식으로서, 혹자는 이미 알려진 방법이라고 할 것이다. 현재까지의 RF 비파괴 검사의 경우 시료의 내부 결함에 초점을 맞춰 내부 결함의 유무, 깊이, 크기, 영상을 얻는 목적이었다. 그러나, 본 발명을 통해 시료의 비파괴 토모그래피 검사를 하되 내부 유전체의 유전율은 물론 온도변화를 유전율의 복소수로서의 특징을 통해 해석해 내겠다는 것이 종래 기술을 능가하는 본 발명의 차별점이다. 본 발명은 인프라 구조(Infra-structure)인 전력 계통에서 핵심 요소인 변압기, 화재 폭발사고가 잦은 변압기의 내부 열 변화를 유전율 변화로 모니터링 하는데도 적용가능하다.Therefore, an RF-based method is needed to know the internal situation in a non-destructive manner. This is a method that transmits an electromagnetic field and analyzes only the reflected wave or both the reflected wave and the transmitted wave simultaneously. Some may say that it is an already known method. In the case of RF non-destructive testing to date, the purpose was to focus on the internal defects of the sample and obtain the presence, depth, size, and image of the internal defects. However, the present invention differentiates itself over the prior art by performing a non-destructive tomographic inspection of the sample through the present invention and analyzing the dielectric constant of the internal dielectric as well as temperature change through the complex characteristics of the dielectric constant. The present invention is also applicable to monitoring internal heat changes in transformers, which are key elements in the power system, which is an infrastructure structure, and transformers that frequently experience fire and explosion accidents, through changes in dielectric constant.

KRKR 10-173962810-1739628 B1B1

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에너지 저장 장치(ESS)용 파우치 내의 유체 또는 전해액의 유전율은 물론 유전율의 변화 요인인 온도 변화를 전기자기장 기반의 비파괴 방식으로 알아내는 장치로서, 소형 광대역이거나 소형이면서 저주파를 방사하는 송신 안테나와, 같은 특징의 수신 안테나 또는 여러 수신 안테나로 구성되어, 반사파 및 파우치 모듈의 면마다 복수개의 투과파 감지 센싱 장치를 두어 용기 내부의 유체의 복소 유전율을 추출하는 것은 물론, 온도 변화에 의한 유전율의 변화를 감지하기 위한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도 변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a device that detects the dielectric constant of the fluid or electrolyte in the pouch for an energy storage device (ESS) as well as the temperature change, which is a factor in changing the dielectric constant, in a non-destructive manner based on an electric and magnetic field. It consists of a transmitting antenna that radiates low frequencies and a receiving antenna or multiple receiving antennas with the same characteristics, and a plurality of sensing devices are installed to detect reflected waves and transmitted waves on each side of the pouch module to extract the complex dielectric constant of the fluid inside the container. To detect changes in dielectric constant due to temperature changes, we provide an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature changes of lithium-ion battery electrolyte for energy storage systems and transformer insulating oil.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 재1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는,In order to solve the above problems, an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention,

내부 유체의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 함체의 윗면을 뚫고 내려온 실린더;A cylinder that penetrates the upper surface of the enclosure, which is the subject of a non-destructive test for the dielectric constant of the internal fluid;

상기 실린더 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나;An HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna disposed within the cylinder, which receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure. very high frequency), UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna;

상기 함체 내부의 유체 및 상기 함체를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 복수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나;a plurality of HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that receive fluid inside the enclosure and electromagnetic transmission waves penetrating the enclosure, and are spaced apart from an outer surface or outer surface of the enclosure;

상기 송신 안테나에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기; 및a signal generator for providing a signal to the transmit antenna; and

상기 반사파 및 상기 복수의 수신 안테나로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체 내부의 유체의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기를 포함한다.and a dielectric constant estimator for estimating the dielectric constant of the fluid inside the enclosure based on the reflected wave and signals received from the plurality of receiving antennas.

본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 있어서, 상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파와 상기 함체 내부의 유체를 투과하는 전기자기 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율을 추정할 수 있다.In the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention, the dielectric constant estimator is a reflected wave reflected from the fluid inside the enclosure. The complex permittivity of the fluid can be estimated based on the electromagnetic transmission wave that penetrates the fluid inside the enclosure and the phase of the transmission wave.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 상기 유체의 온도를 조절하기 위한 히터를 더 포함하고,In addition, the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention further includes a heater for controlling the temperature of the fluid. ,

상기 유전율 추정기는, 상기 유체의 온도를 변화시키면서 상기 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 유체의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 유체의 온도를 추정할 수 있다.The dielectric constant estimator estimates a change in the complex dielectric constant of the fluid based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave while changing the temperature of the fluid, and determines the correlation between the temperature of the fluid and the estimated dielectric constant. Based on this, the temperature of the fluid can be estimated.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 상기 함체의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부를 더 포함하고,In addition, the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention provides signals in the X band to millimeter wave band on the surface of the enclosure. It further includes an X band to millimeter wave band transceiver for transmitting and receiving the reflected signal,

상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 온도 변화에 따라 상기 유체의 요동에 의해 상기 함체의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부에 의해 감지된 상기 함체의 표면의 진동에 따른 상기 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체의 표면의 진동과 상기 유체의 온도 변화의 상관 관계를 추정할 수 있다.The dielectric constant estimator responds to the vibration of the surface of the enclosure detected by the Based on the phase change of the reflected wave, the correlation between the vibration of the surface of the enclosure and the temperature change of the fluid can be estimated.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 있어서, 상기 함체는 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 변압기의 함체이고, In addition, in the RF-based non-destructive tomography inspection device of the dielectric constant and internal temperature change of the lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention, the enclosure is used to inspect the energy storage system (ESS) or transformer. It is a box body,

상기 함체가 에너지 저장 시스템인 경우 상기 유체는 상기 에너지 저장 시스템의 전해액이며,If the enclosure is an energy storage system, the fluid is an electrolyte of the energy storage system,

상기 함체가 변압기인 경우 상기 유체는 상기 변압기의 절연유일 수 있다.If the enclosure is a transformer, the fluid may be the insulating oil of the transformer.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는,In order to solve the above problems, an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention,

내부 유체의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 함체의 윗면을 뚫고 내려온 실린더;A cylinder that penetrates the upper surface of the enclosure, which is the subject of a non-destructive test for the dielectric constant of the internal fluid;

상기 실린더 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나;An HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna disposed within the cylinder, which receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure. very high frequency), UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna;

상기 함체 내부의 유체 및 상기 함체를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 복수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나;a plurality of HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that receive fluid inside the enclosure and electromagnetic transmission waves penetrating the enclosure, and are spaced apart from an outer surface or outer surface of the enclosure;

상기 송신 안테나에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기; 및a signal generator for providing a signal to the transmit antenna; and

상기 반사파 및 상기 복수의 수신 안테나로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체 내부의 유체의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기를 포함한다.and a dielectric constant estimator for estimating the dielectric constant of the fluid inside the enclosure based on the reflected wave and signals received from the plurality of receiving antennas.

본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 있어서, 상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파와 상기 함체 내부의 유체를 투과하는 전기자기 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율을 추정할 수 있다.In the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention, the dielectric constant estimator is a reflected wave reflected from the fluid inside the enclosure. The complex permittivity of the fluid can be estimated based on the electromagnetic transmission wave that penetrates the fluid inside the enclosure and the phase of the transmission wave.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는 상기 유체의 온도를 조절하기 위한 히터를 더 포함하고,In addition, the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention further includes a heater for controlling the temperature of the fluid,

상기 유전율 추정기는, 상기 유체의 온도를 변화시키면서 상기 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 유체의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 유체의 온도를 추정할 수 있다.The dielectric constant estimator estimates a change in the complex dielectric constant of the fluid based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave while changing the temperature of the fluid, and determines the correlation between the temperature of the fluid and the estimated dielectric constant. Based on this, the temperature of the fluid can be estimated.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 상기 함체의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부를 더 포함하고,In addition, the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention provides signals in the X band to millimeter wave band on the surface of the enclosure. It further includes an X band to millimeter wave band transceiver for transmitting and receiving the reflected signal,

상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 온도 변화에 따라 상기 유체의 요동에 의해 상기 함체의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부에 의해 감지된 상기 함체의 표면의 진동에 따른 상기 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체의 표면의 진동과 상기 유체의 온도 변화의 상관 관계를 추정할 수 있다.The dielectric constant estimator responds to the vibration of the surface of the enclosure detected by the Based on the phase change of the reflected wave, the correlation between the vibration of the surface of the enclosure and the temperature change of the fluid can be estimated.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 있어서, 상기 함체는 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 변압기의 함체이고, In addition, in the RF-based non-destructive tomographic inspection device of the dielectric constant and internal temperature change of the lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention, the enclosure is used to inspect the energy storage system (ESS) or transformer. It is a box body,

상기 함체가 에너지 저장 시스템인 경우 상기 유체는 상기 에너지 저장 시스템의 전해액이며,If the enclosure is an energy storage system, the fluid is an electrolyte of the energy storage system,

상기 함체가 변압기인 경우 상기 유체는 상기 변압기의 절연유일 수 있다.If the enclosure is a transformer, the fluid may be the insulating oil of the transformer.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.Additionally, the means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and the resulting advantages and effects can be understood in more detail by referring to the specific embodiments below.

도 1의 제안된 장치에서, 함체 내 실린더의 송신 안테나가 HF, VHF, UHF의 신호를 방사하면, 자기장의 우세한 힘으로 함체를 통과해 내부 유체를 통해 굴절되어 함체의 다른 부분으로 나오게 되며, 곳곳에 둔 HF, VHF, UHF 대역 메타재질형 소형 광대역 수신 안테나로 투과파를 수집한다.In the proposed device of Figure 1, when the transmitting antenna of the cylinder in the enclosure radiates a signal of HF, VHF, or UHF, it passes through the enclosure due to the dominant force of the magnetic field, is refracted through the internal fluid, and comes out to other parts of the enclosure, and is transmitted here and there. Transmitted waves are collected with a small broadband receiving antenna of metamaterial type in the HF, VHF, and UHF bands.

이 투과파와 송신 안테나가 획득한 반사파를 기반으로 NWS 알고리즘이나 Retrieval 알고리즘을 사용하여 복소 유전율을 추출한다. 특히, 위상 부분까지 이용하므로 복소 유전율의 정확도는 높아진다. Based on this transmitted wave and the reflected wave acquired by the transmit antenna, the complex permittivity is extracted using the NWS algorithm or Retrieval algorithm. In particular, the accuracy of complex permittivity increases because even the phase part is used.

또한, 내부 유체의 온도 변화는 유전율의 값과 기계적 거동을 일으켜 투과파의 위상을 변화시켜 결국 추출되는 복소 유전율이 온도 변화와 상관성을 가져, 내부 변화를 외부에서 알 수 있게 된다. 이 때, X 대역~밀리미터파 대역의 송수신부가 함체의 표면 진동이 만들어 내는 위상변화를 감지하면, 그 또한 온도 변화와의 연관성을 통해, 상기 함체 내부의 진동과 상기 전해액의 온도 변화의 상관 관계를 추정한다.In addition, changes in the temperature of the internal fluid cause the value of the dielectric constant and mechanical behavior to change the phase of the transmitted wave, so that the extracted complex dielectric constant has a correlation with the temperature change, allowing internal changes to be known from the outside. At this time, when the transmitter and receiver in the estimate.

도 3의 제안된 장치에서, 함체 밖에 위치한 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 송신 안테나가 신호를 방사하면, 자기장의 우세한 힘으로 함체를 통과해 내부 유체를 통해 굴절되어 함체의 다른 부분으로 나오게 되며, 곳곳에 둔 HF, VHF, UHF 대역 메타재질형 소형 광대역 수신 안테나로 투과파를 수집한다. 이 투과파와 송신 안테나가 획득한 반사파를 기반으로 NWS 알고리즘이나 Retrieval 알고리즘을 사용하여 복소 유전율을 추출한다. 특히, 위상부분까지 이용하므로 복소 유전율의 정확도는 높아진다. 또한, 내부 유체의 온도변화는 유전율의 값과 기계적 거동을 일으켜 투과파의 위상을 변화시켜 결국 추출되는 복소 유전율이 온도 변화와 상관성을 가져, 내부 변화를 외부에서 알 수 있게 된다. 이 때, X 대역~밀리미터파 대역의 송수신부가 함체의 표면 진동이 만들어 내는 위상 변화를 감지하면, 그 또한 온도 변화와 연관성을 통해, 내부 변화를 알아내게 된다.In the proposed device of Figure 3, when the HF, VHF, and UHF band metamaterial transmitting antenna located outside the enclosure radiates a signal, it passes through the enclosure due to the dominant force of the magnetic field, is refracted through the internal fluid, and comes out to another part of the enclosure. Transmitted waves are collected using small, wideband receiving antennas in the HF, VHF, and UHF band meta-materials placed throughout the area. Based on this transmitted wave and the reflected wave acquired by the transmit antenna, the complex permittivity is extracted using the NWS algorithm or Retrieval algorithm. In particular, the accuracy of complex permittivity increases because even the phase part is used. In addition, the temperature change of the internal fluid causes the value of the dielectric constant and mechanical behavior to change the phase of the transmitted wave, so that the extracted complex dielectric constant has a correlation with the temperature change, allowing the internal change to be known from the outside. At this time, when the transmitter and receiver in the

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치를 도시한 도면으로서, ESS와 같은 함체(Enclosure, 용기)의 내부 유체인 전해액의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 금속 함체와 함체의 윗면을 뚫고 내려온 좁은 실린더(유체와 송신 안테나 분리를 위함), 좁은 실린더 안의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 송신 안테나(소형 광대역 안테나, 소형 저주파 안테나), 기존의 비파괴 검출 장치가 송신기 바로 옆에 수신기를 두어 반사파만으로써 얻은 유전율이므로 부정확한 것을 해결하기 위해, 반사파는 물론 전기자기 투과파까지 유전율 검출에 쓰려는 목적의 함체의 표면 곳곳에 둘 수 있는 다수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나로 구성되어 있음.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치를 도시한 도면으로서, ESS와 같은 전해질을 담은 함체와 그 외부에 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 송신 안테나(소형 광대역 안테나, 소형 저주파 안테나), 기존의 비파괴 검출장치가 송신기 바로 옆에 수신기를 두어 반사파만으로써 얻은 유전율이므로 부정확한 것을 해결하기 위해, 반사파는 물론 전기자기 투과파까지 유전율 검출에 쓰려는 목적의 함체의 표면 곳곳에 둘 수 있는 다수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나로 구성되어 있음.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
Figure 1 is a diagram illustrating an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte and transformer insulating oil for an energy storage system according to the first embodiment of the present invention. ), a metal enclosure that is a non-destructive test object for the dielectric constant of the electrolyte, which is the internal fluid, a narrow cylinder coming down through the top of the enclosure (to separate the fluid and the transmitting antenna), and a HF, VHF, UHF band metamaterial transmitting antenna (small broadband) inside the narrow cylinder. Antenna, small low-frequency antenna), existing non-destructive detection devices have a receiver right next to the transmitter, so the dielectric constant is obtained only from reflected waves. In order to solve the inaccuracy, an enclosure is designed to use not only reflected waves but also electromagnetic transmission waves to detect dielectric constant. It consists of multiple HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that can be placed throughout the surface.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of a lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
Figure 3 is a diagram illustrating an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention, which includes an enclosure containing an electrolyte such as ESS and Outside of that, HF, VHF, and UHF band metamaterial transmission antennas (small broadband antennas, small low-frequency antennas), existing non-destructive detection devices place a receiver right next to the transmitter, so to solve the inaccuracy of the dielectric constant obtained only from reflected waves, It consists of a number of HF, VHF, and UHF band meta-material receiving antennas that can be placed on the surface of the enclosure for the purpose of detecting dielectric constant as well as electromagnetic transmission waves.
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of a lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 개체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. That is, the term 'unit' used in the present invention refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and the 'unit' performs certain roles. However, 'wealth' is not limited to software or hardware. The 'part' may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to run on one or more processors. Therefore, as an example, 'part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of a lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 내부 유체인 전해액(114)의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체(Enclosure, 용기)(112)의 윗면을 뚫고 내려온 좁은 실린더(100), 상기 실린더(100) 안에 배치된 단파(HF: high frequency), 초단파(VHF: very high frequency), 극초단파(UHF: ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(102), 상기 함체(112) 내부의 전해액(114)에서 반사하는 반사파 및 상기 함체(112) 내부의 전해액(114)을 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체(112)의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_1 내지 104_4), 상기 송신 안테나(102)에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기(106), 및 상기 반사파 및 상기 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_1 내지 104_4)로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체(112) 내부의 전해액(114)의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기(108)를 포함한다.The RF-based non-destructive tomographic inspection device of the dielectric constant and internal temperature change of the lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is based on the dielectric constant of the electrolyte 114, which is an internal fluid. A narrow cylinder 100 that penetrates the upper surface of the enclosure 112 of an energy storage system (ESS), which is a non-destructive test target, and a short wave (HF: high frequency) and very high frequency (VHF) device disposed within the cylinder 100. : very high frequency, very high frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna that receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure. ) Band metamaterial transmission antenna 102, receives a reflected wave reflected from the electrolyte 114 inside the enclosure 112 and an electromagnetic transmission wave penetrating the electrolyte 114 inside the enclosure 112, and the enclosure 112 First to fourth HF, VHF, UHF band metamaterial receiving antennas (104_1 to 104_4) disposed spaced apart from the outer surface or outer surface of (112), a signal generator for providing a signal to the transmitting antenna (102) 106), and estimating the dielectric constant of the electrolyte 114 inside the enclosure 112 based on the reflected wave and the signal received from the first to fourth HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas 104_1 to 104_4. It includes a dielectric constant estimator 108 to do this.

도 1에서, 제2 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_2)와 마주보는 함체(112)의 표면을 전면이라고 하면, 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_4)는 함체(112)의 후면에 배치되어 있는 것으로 가정한다.In Figure 1, if the surface of the enclosure 112 facing the second HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antenna 104_2 is referred to as the front, the fourth HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antenna 104_4 is located on the enclosure. It is assumed that it is placed at the rear of (112).

상기 좁은 실린더(100)는 전해액(114)과 송신 안테나(102)를 분리하기 위한 것이고, 상기 송신 안테나는(102)는 소형 광대역 저주파 안테나로서 사방으로 단파(HF: high frequency), 초단파(VHF: very high frequency), 극초단파(UHF: ultra high frequency) 대역의 신호를 송신하기 위한 것이며, 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_1 내지 104_4)는 기존의 비파괴 검출 장치가 송신기 바로 옆에 수신기를 두어 반사파만을 사용하여 얻은 유전율이므로 부정확한 것을 해결하기 위해, 반사파는 물론 전기자기 투과파까지 유전율 검출에 쓰려는 목적으로 함체(112)의 표면 곳곳에 배치된다.The narrow cylinder 100 is for separating the electrolyte 114 and the transmission antenna 102, and the transmission antenna 102 is a small broadband low-frequency antenna that spreads out short waves (HF: high frequency) and very high frequency (VHF: It is intended to transmit signals in the very high frequency (UHF) band, and the first to fourth HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas (104_1 to 104_4) are conventional non-destructive detection devices as transmitters. Since the dielectric constant is obtained using only reflected waves by placing a receiver right next to it, in order to solve the inaccuracy, not only reflected waves but also electromagnetic transmission waves are placed on the surface of the enclosure 112 for the purpose of detecting dielectric constant.

또한, 도 1에 도시되지 않았지만, 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 상기 함체(112)의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부(미도시)를 더 포함한다.In addition, although not shown in FIG. 1, the RF-based non-destructive tomography inspection device of the dielectric constant and internal temperature change of the lithium-ion battery electrolyte for the energy storage system and the transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention is a device for inspecting the housing 112. It further includes an X-band to millimeter-wave band transceiver (not shown) for transmitting signals in the

본 발명에서, HF 대역은 3~30MHz 대역, VF 대역은 30~300MHz 대역, UHF는 300~3000MHz 대역, X 대역은 8~12GHz 대역, 그리고 밀리미터파 대역은 30~300GHz 대역을 의미한다.In the present invention, the HF band refers to the 3 to 30 MHz band, the VF band refers to the 30 to 300 MHz band, the UHF band refers to the 300 to 3000 MHz band, the X band refers to the 8 to 12 GHz band, and the millimeter wave band refers to the 30 to 300 GHz band.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체(112) 내부의 전해액(114)의 유전율을 추정하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고, 변압기(미도시)의 함체 내부의 절연유의 유전율을 추정할 수 있다.In addition, in the first embodiment of the present invention, the dielectric constant of the electrolyte 114 inside the enclosure 112 of the energy storage system (ESS) is estimated, but the embodiment of the present invention is not limited to this, and the dielectric constant of the transformer (not shown) is estimated. The dielectric constant of the insulating oil inside the enclosure can be estimated.

도 1 및 도 2를 참조하면, 신호 생성기(106)는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호를 생성하여 실린더(100) 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(102)에 제공한다.1 and 2, the signal generator 106 generates high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band signals to generate high frequency (HF) band signals disposed in the cylinder 100. ), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) bands are provided to the metamaterial transmission antenna 102.

HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(102)는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호를 사방으로 송신한다.The high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna 102 transmits high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band signals. Transmit in all directions.

그러면, 도 2에 도시된 바와 같이, HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(102)에서 사방으로 송신되는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호는 전해액(114)을 투과하여 굴절되어 함체(112)의 여러 부분들을 통과하여 나오게 되거나 전해액(114)에서 반사된다.Then, as shown in FIG. 2, HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna 102 transmits in all directions HF (high frequency), VHF ( Very high frequency (UHF), ultra high frequency (UHF) band signals are refracted through the electrolyte 114 and come out through various parts of the enclosure 112 or are reflected from the electrolyte 114.

그다음, 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_1 내지 104_4)는 전기자기장의 우세한 힘으로 상기 함체(112) 내부의 전해액(114)을 투과하여 굴절되어 함체(112)의 여러 부분들을 통과하여 나오는 전기자기 투과파를 수신한다.Next, the first to fourth HF, VHF, and UHF band meta-material receiving antennas (104_1 to 104_4) are refracted through the electrolyte 114 inside the enclosure 112 by the dominant force of the electromagnetic field and are then refracted into the housing 112. It receives electromagnetic transmission waves that pass through various parts.

또한, 상기 함체(112) 내부의 전해액(114)에서 반사하는 반사파는 실린더(100) 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(102)에 의해 획득되어 신호 생성기(106)에 전달된다. 신호 생성기(106)는 획득한 반사파에 관한 정보를 유전율 추정기(108)로 전달한다.In addition, the reflected wave reflected from the electrolyte 114 inside the enclosure 112 is a high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna ( It is obtained by 102) and transmitted to the signal generator 106. The signal generator 106 transmits information about the acquired reflected wave to the dielectric constant estimator 108.

그다음, 유전율 추정기(108)는 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(104_1 내지 104_4)로부터 수신되는 신호 및 신호 생성기(106)로부터 수신되는 반사파에 관한 정보에 기반하여 함체(112) 내부의 전해액(114)의 유전율을 추정한다.Next, the dielectric constant estimator 108 generates an enclosure ( 112) Estimate the dielectric constant of the internal electrolyte 114.

본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에서 상기 유전율 추정기(108)는, 기존과 달리 전해액(114)에서 반사되는 반사파는 물론 전해액(114)을 투과하여 굴절되어 함체(112)를 통과하는 투과파를 이용하는데, 전기자기장이 함체(112) 및 전해액(114)을 통과할 때 굴절되는 다양한 방향에서 투과파들을 수신하여 높은 정확도로 유전율을 추출한다.In the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the first embodiment of the present invention, the dielectric constant estimator 108 is different from the existing one in the electrolyte 114. In addition to the reflected waves, the transmitted waves that are refracted through the electrolyte 114 and pass through the enclosure 112 are used. When the electromagnetic field passes through the enclosure 112 and the electrolyte 114, the transmitted waves are refracted in various directions. is received and the dielectric constant is extracted with high accuracy.

즉, 유전율 추정기(108)는 송신 안테나(102)가 획득한 반사파와 제1 내지 제4 수신 안테나(104_1 내지 104_4)가 획득한 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 NWS 알고르즘이나 Retrieval 알고리즘을 사용하여 전해액(114)의 복소 유전율을 추정한다. 유전율 추정기(108)는 특히 투과파의 위상 부분까지 이용하여 유전율을 추정하므로, 복소 유전율을 더 정확하게 추정할 수 있다.That is, the dielectric constant estimator 108 uses the NWS algorithm or Retrieval algorithm based on the reflected wave acquired by the transmitting antenna 102, the transmitted wave acquired by the first to fourth receiving antennas 104_1 to 104_4, and the phase of the transmitted wave. Estimate the complex permittivity of the electrolyte 114 using . Since the dielectric constant estimator 108 estimates the dielectric constant using even the phase portion of the transmitted wave, the complex dielectric constant can be estimated more accurately.

상기 유전율 추정기(108)는, 신호처리 시 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA), PSO(Particle Swarm of Optimization), 딥러닝 알고리즘(Deep Learning Algorithm)을 사용하여 기하구조, 실제 유전율 분포에 상응하는 수학적 유전율 값을 계산한다. 이 알고리즘들은 도함수 기반(Gradient method) 최적화법, 비선형 방정식의 해법과 결합될 수도 있다.The dielectric constant estimator 108 uses genetic algorithms (Genetic Algorithm, GA), PSO (Particle Swarm of Optimization), and deep learning algorithms during signal processing to determine the geometric structure and mathematical permittivity corresponding to the actual dielectric constant distribution. Calculate the value. These algorithms can also be combined with derivative-based (gradient) optimization methods and solutions of nonlinear equations.

그런데, 도 1 구조의 함체(112)의 바닥을 보면 기존의 특허나 논문에서도 볼 수 없는 히터(110)가 결합되어 있다.However, if you look at the bottom of the enclosure 112 of the structure of FIG. 1, a heater 110, which cannot be seen in existing patents or papers, is attached.

히터(110)는 전해액(114)의 온도를 조절하여 전해액(114)에 온도 변화를 가하기 위한 것으로서, 전해액(114)의 온도 변화에 따른 유전율의 변화, 그 변화에 의한 송신 전기자기장의 반사파와 투과파의 변화를 데이터베이스화하는 작업을 위한 것이다.The heater 110 is used to adjust the temperature of the electrolyte 114 to apply a temperature change to the electrolyte 114. The heater 110 controls the temperature of the electrolyte 114, changes the dielectric constant according to the temperature change, and reflects and transmits the electromagnetic field due to the change. This is for the task of creating a database of changes in waves.

미리 전해액(114)의 온도와 전해액(114)의 유전율, 반사파, 투과파의 상관관계를 데이터베이스를 통해 기록해 두면, 실제 상황에서의 반사파와 투과파로써 온도 변화를 읽어내는데, 기준(Referencing) 자료 역할을 하게 된다.If the correlation between the temperature of the electrolyte 114 and the dielectric constant of the electrolyte 114, reflected waves, and transmitted waves is recorded in advance through a database, temperature changes can be read as reflected waves and transmitted waves in actual situations, serving as reference data. will do.

전술한 유전율 추출을 통한 전해액(114)의 온도 변화 감지는, 반사파와 투과파 복소수 특성에 기반하여 유전율을 정확하게 추출하기 위해, 크기뿐만 아니라, 위상의 분포와 위상 변화까지 활용하는 것이 차별점이다. 이로써, 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체(112)에 감춰진 전해액(114) 또는 변압기에 감춰진 절연유의 물질 상수와 온도 변화를 외부 장치만으로 알아내게 된다.The difference between detecting the temperature change of the electrolyte 114 through the above-described dielectric constant extraction is that it utilizes not only the size but also the distribution and phase change of the phase to accurately extract the dielectric constant based on the complex characteristics of the reflected and transmitted waves. As a result, the material constant and temperature change of the electrolyte 114 hidden in the enclosure 112 of the energy storage system (ESS) or the insulating oil hidden in the transformer can be found out using only an external device.

즉, 상기 유전율 추정기(108)는, 히터(110)를 이용하여 상기 전해액(114)의 온도를 변화시키면서 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 전해액(114)의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 전해액(114)의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 전해액(114)의 온도를 추정한다.That is, the dielectric constant estimator 108 changes the complex dielectric constant of the electrolyte 114 based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave while changing the temperature of the electrolyte 114 using the heater 110. and estimate the temperature of the electrolyte 114 based on the correlation between the temperature of the electrolyte 114 and the estimated dielectric constant.

또한, 내부 전해액(114)의 온도 변화는 전해액(114)의 유전율의 값의 변화뿐만 아니라 온도 변화에 따른 기계적 거동을 일으켜 투과파의 위상을 변화시켜 결국 추출되는 복소 유전율이 전해액(114)의 온도 변화와 상관성을 가져, 내부 변화를 외부에서 알 수 있게 된다.In addition, the change in temperature of the internal electrolyte 114 not only changes the value of the dielectric constant of the electrolyte 114, but also causes mechanical behavior according to the temperature change to change the phase of the transmitted wave, so that the extracted complex dielectric constant is determined by the temperature of the electrolyte 114. By being correlated with change, internal changes can be seen from the outside.

이때, 상기 유전율 추정기(108)는, 상기 함체(112) 내부의 온도 변화에 따라 상기 전해액(114)의 요동에 의해 상기 함체(112)의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부(미도시)에 의해 감지된 상기 함체(112)의 표면의 진동에 따른 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체(112)의 표면의 진동과 상기 전해액(114)의 온도 변화의 상관 관계를 추정한다.At this time, the dielectric constant estimator 108 operates in the Based on the phase change of the reflected wave due to the vibration of the surface of the enclosure 112 detected by the band transceiver (not shown), the correlation between the vibration of the surface of the enclosure 112 and the temperature change of the electrolyte 114 Estimate the relationship.

한편, 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 내부 유체인 전해액(312)의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체(310)의 외부에 배치되어 상기 함체(310) 내부의 전해액(312)을 향해 전기자기 파를 송신하는 단파(HF: high frequency), 초단파(VHF: very high frequency), 극초단파(UHF: ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서, 상기 함체(310) 내부의 전해액(312)에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(300), 상기 함체(310) 내부의 전해액(312) 및 상기 함체(310)를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체(310)의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 제1 내지 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_1 내지 302_3), 상기 송신 안테나(300)에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기(304), 및 상기 반사파 및 상기 제1 내지 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_1 내지 302_3)로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체(310) 내부의 전해액(312)의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기(306)를 포함한다.Meanwhile, the RF-based non-destructive tomography inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. A short wave (HF: high frequency), ultrashort wave that is placed outside the enclosure 310 of an energy storage system (ESS), which is a non-destructive test object for dielectric constant, and transmits electromagnetic waves toward the electrolyte 312 inside the enclosure 310. (VHF: very high frequency), ultra high frequency (UHF: ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna, which receives reflected waves reflected from the electrolyte 312 inside the enclosure 310. high frequency), UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna 300, receives the electrolyte 312 inside the enclosure 310 and an electromagnetic transmission wave penetrating the enclosure 310, and the enclosure ( First to third HF, VHF, UHF band metamaterial receiving antennas (302_1 to 302_3) disposed spaced apart from the outer surface or outer surface of 310), and a signal generator 304 for providing a signal to the transmitting antenna 300. ), and estimating the dielectric constant of the electrolyte 312 inside the enclosure 310 based on the reflected wave and the signal received from the first to third HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas (302_1 to 302_3) It includes a dielectric constant estimator 306 for.

도 3에서, 제1 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_1)와 마주보는 함체(310)의 표면을 전면이라고 하면, 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_3)는 함체(310)의 후면에 배치되어 있는 것으로 가정한다.In FIG. 3, if the surface of the enclosure 310 facing the first HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antenna 302_1 is referred to as the front, the third HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antenna 302_3 is located on the enclosure. It is assumed that it is placed at the rear of (310).

또한, 도 3에 도시되지 않았지만, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는, 상기 함체(310)의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부(미도시)를 더 포함한다.In addition, although not shown in FIG. 3, the RF-based non-destructive tomography inspection device of the dielectric constant and internal temperature change of the lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention is a device for inspecting the housing 310. It further includes an X-band to millimeter-wave band transceiver (not shown) for transmitting signals in the

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체 내부의 전해액(312)의 유전율을 추정하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고, 변압기(미도시)의 함체 내부의 절연유의 유전율을 추정할 수 있다.In addition, in the second embodiment of the present invention, the dielectric constant of the electrolyte 312 inside the housing of the energy storage system (ESS) is estimated, but the embodiment of the present invention is not limited to this, and the dielectric constant inside the housing of the transformer (not shown) is estimated. The dielectric constant of insulating oil can be estimated.

도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치와 유사하다.The RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. It is similar to an RF-based non-destructive tomographic inspection device for the dielectric constant and internal temperature changes of lithium-ion battery electrolyte for energy storage systems and transformer insulating oil.

그러나, 도 1에 있는 송신 안테나(102)와 전해액(114) 분리용 실린더(100)가 도 2에는 없고, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에서는 송신 안테나(300)가 제1 내지 제3 수신 안테나(302_1 내지 302_3)와 함께 함체(310)의 외부에 위치해 있다. 그렇다 하더라도, 도 2에 도시된 검사 장치는 도 1에 도시된 검사 장치와 같은 유전율 추정, 온도 변화 감지 방식을 취한다.However, the transmission antenna 102 and the cylinder 100 for separating the electrolyte 114 shown in FIG. 1 are not in FIG. 2, and the dielectric constant of the lithium-ion battery electrolyte and transformer insulating oil for the energy storage system according to the second embodiment of the present invention In the RF-based non-destructive tomography inspection device for internal temperature changes, the transmitting antenna 300 is located outside the enclosure 310 along with the first to third receiving antennas 302_1 to 302_3. Even so, the inspection device shown in FIG. 2 uses the same dielectric constant estimation and temperature change detection methods as the inspection device shown in FIG. 1.

도 1과 도 2 공히, 함체 내는 물론 전해액이나 절연유를 전기자기장이 통과하기 위해서는 UHF 대역 이하의 전기자기장 안테나가 쓰이는 VHF 대역과 무선전력전송에 쓰이는 HF 대역의 저주파 광대역 안테나를 송신 안테나(102, 300)로서 사용한다.1 and 2, in order for the electromagnetic field to pass through the electrolyte or insulating oil as well as the inside of the enclosure, a low-frequency broadband antenna in the VHF band, which is used for an electromagnetic field antenna below the UHF band, and a low-frequency broadband antenna in the HF band, which is used for wireless power transmission, must be used as a transmission antenna (102, 300). ) is used as.

종래 기술은 송신 안테나로서 혼 안테나 역삼각형 안테나를 쓰는데, 주로 GHz 이상에서 광대역 동작용이므로 그 전기자기장은 함체는 물론 내부 유체를 통과할 수가 없다. 본 발명은 저주파 대역에서 소형이면서 광대역을 가지도록 메타재질구조를 사용한다.The prior art uses a horn antenna inverted triangle antenna as a transmission antenna, but since it is mainly for broadband operation above GHz, the electromagnetic field cannot pass through the housing as well as the internal fluid. The present invention uses a metamaterial structure to be compact and have a wide bandwidth in the low frequency band.

또한, 함체 내부의 온도 변화에 따른 유체의 요동에 의해 함체 표면의 기계적 진동을 투과파의 위상 변화로서 감지하기 위해, X 대역~밀리미터파 대역의 송수신부(미도시)를 더 포함한다.In addition, in order to detect mechanical vibration on the surface of the enclosure due to fluctuation of the fluid due to temperature changes inside the enclosure as a phase change in the transmitted wave, a transmitter and receiver (not shown) in the X band to the millimeter wave band is further included.

도 3 및 도 4를 참조하면, 신호 생성기(304)에서 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호를 생성하여 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(300)에 제공한다.3 and 4, the signal generator 304 generates high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band signals to generate high frequency (HF) and very high frequency (VHF) band signals. ), provided to the UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna 300.

HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(300)는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호를 함체(310) 내부의 전해액(312)을 향해 송신한다.The high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna 300 transmits high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band signals. It is transmitted toward the electrolyte 312 inside the enclosure 310.

그러면, 도 4에 도시된 바와 같이, HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(300)에서 송신되는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 신호는 함체(310)를 통과하여 전해액(312)을 투과하여 굴절되어 함체(310)의 여러 부분들을 통과하여 나오게 되거나 전해액(312)에서 반사된다.Then, as shown in FIG. 4, HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna 300 transmits HF (high frequency), VHF (very high frequency) frequency), UHF (ultra high frequency) band signals pass through the housing 310, pass through the electrolyte 312, are refracted, pass through various parts of the enclosure 310, and come out or are reflected from the electrolyte 312.

그다음, 제1 내지 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_1 내지 302_3)는 전기자기장의 우세한 힘으로 상기 함체(310)를 통과하여 함체(310) 내부의 전해액(312)을 투과하여 굴절되어 함체(310)의 여러 부분들을 통과하여 나오는 전기자기 투과파를 수신한다.Next, the first to third HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas (302_1 to 302_3) pass through the enclosure 310 with the dominant force of the electromagnetic field and penetrate the electrolyte solution 312 inside the enclosure 310. It receives electromagnetic transmission waves that are refracted and pass through various parts of the enclosure 310.

또한, 상기 함체(310) 내부의 전해액(312)에서 반사하는 반사파는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나(300)에 의해 획득되어 신호 생성기(304)에 전달된다. 신호 생성기(304)는 획득한 반사파에 관한 정보를 유전율 추정기(306)로 전달한다.In addition, the reflected wave reflected from the electrolyte 312 inside the enclosure 310 is acquired by the high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna 300 to transmit a signal. It is passed to the generator 304. The signal generator 304 transmits information about the acquired reflected wave to the dielectric constant estimator 306.

그다음, 유전율 추정기(306)는 제1 내지 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나(302_1 내지 302_3)로부터 수신되는 신호 및 신호 생성기(304)로부터 수신되는 반사파에 관한 정보에 기반하여 함체(310) 내부의 전해액(312)의 유전율을 추정한다.Next, the dielectric constant estimator 306 calculates the enclosure ( 310) Estimate the dielectric constant of the internal electrolyte 312.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치에서 상기 유전율 추정기(306)는, 기존과 달리 전해액(312)에서 반사되는 반사파는 물론 전해액(312)을 투과하여 굴절되어 함체(310)를 통과하는 투과파를 이용하는데, 전기자기장이 함체(310) 및 전해액(312)을 통과할 때 굴절되는 다양한 방향에서 투과파들을 수신하여 높은 정확도로 유전율을 추출한다.Referring to FIGS. 3 and 4, in the RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for energy storage system and transformer insulating oil according to the second embodiment of the present invention, the dielectric constant estimator 306 is , Unlike the existing method, not only the reflected wave reflected from the electrolyte 312 but also the transmitted wave that passes through the electrolyte 312 and is refracted and passes through the enclosure 310 is used. The electric magnetic field passes through the enclosure 310 and the electrolyte 312. The dielectric constant is extracted with high accuracy by receiving transmitted waves from various directions that are refracted.

즉, 유전율 추정기(306)는 송신 안테나(300)가 획득한 반사파와 제1 내지 제3 수신 안테나(302_1 내지 302_3)가 획득한 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 NWS 알고르즘이나 Retrieval 알고리즘을 사용하여 전해액(312)의 복소 유전율을 추정한다. 유전율 추정기(306)는 특히 투과파의 위상 부분까지 이용하여 유전율을 추정하므로, 복소 유전율을 더 정확하게 추정할 수 있다. 즉, 유전율 추정기(306)는 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 전해액(312)의 복소 유전율을 추정한다.That is, the dielectric constant estimator 306 uses the NWS algorithm or Retrieval algorithm based on the reflected wave acquired by the transmitting antenna 300, the transmitted wave acquired by the first to third receiving antennas 302_1 to 302_3, and the phase of the transmitted wave. Estimate the complex permittivity of the electrolyte 312 using . Since the dielectric constant estimator 306 estimates the dielectric constant using even the phase portion of the transmitted wave, the complex dielectric constant can be estimated more accurately. That is, the dielectric constant estimator 306 estimates the complex dielectric constant of the electrolyte 312 based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave.

상기 유전율 추정기(306)는, 신호처리 시 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA), PSO(Particle Swarm of Optimization), 딥러닝 알고리즘(Deep Learning Algorithm)을 사용하여 기하구조, 실제 유전율 분포에 상응하는 수학적 유전율 값을 계산한다. 이 알고리즘들은 도함수 기반(Gradient method) 최적화법, 비선형 방정식의 해법과 결합될 수도 있다.The dielectric constant estimator 306 uses genetic algorithms (Genetic Algorithm, GA), PSO (Particle Swarm of Optimization), and deep learning algorithms during signal processing to determine the geometric structure and mathematical permittivity corresponding to the actual dielectric constant distribution. Calculate the value. These algorithms can also be combined with derivative-based (gradient) optimization methods and solutions of nonlinear equations.

그런데, 도 3 구조의 함체(310)의 바닥을 보면 기존의 특허나 논문에서도 볼 수 없는 히터(308)가 결합되어 있다.However, if you look at the bottom of the enclosure 310 of the structure of FIG. 3, a heater 308, which cannot be seen in existing patents or papers, is attached.

히터(308)는 전해액(312)의 온도를 조절하여 전해액(312)에 온도 변화를 가하기 위한 것으로서, 전해액(312)의 온도 변화에 따른 유전율의 변화, 그 변화에 의한 송신 전기자기장의 반사파와 투과파의 변화를 데이터베이스화하는 작업을 위한 것이다.The heater 308 is used to adjust the temperature of the electrolyte 312 and apply a temperature change to the electrolyte 312. The heater 308 controls the temperature of the electrolyte 312, changes the dielectric constant according to the temperature change, and reflects and transmits the electromagnetic field due to the change. This is for the task of creating a database of changes in waves.

미리 전해액(312)의 온도와 전해액(312)의 유전율, 반사파, 투과파의 상관관계를 데이터베이스를 통해 기록해 두면, 실제 상황에서의 반사파와 투과파로써 온도 변화를 읽어내는데, 기준(Referencing) 자료 역할을 하게 된다.If the correlation between the temperature of the electrolyte 312 and the dielectric constant of the electrolyte 312, reflected waves, and transmitted waves is recorded in advance through a database, temperature changes can be read as reflected waves and transmitted waves in actual situations, serving as reference data. will do.

전술한 유전율 추출을 통한 전해액(312)의 온도 변화 감지는, 반사파와 투과파 복소수 특성에 기반하여 유전율을 정확하게 추출하기 위해, 크기뿐만 아니라, 위상의 분포와 위상 변화까지 활용하는 것이 차별점이다. 이로써, 에너지 저장 시스템(ESS)의 함체(310)에 감춰진 전해액(312) 또는 변압기에 감춰진 절연유의 물질 상수와 온도 변화를 외부 장치만으로 알아내게 된다.The difference between detecting the temperature change of the electrolyte 312 through the above-described dielectric constant extraction is that it utilizes not only the size but also the distribution and phase change of the phase to accurately extract the dielectric constant based on the complex characteristics of the reflected and transmitted waves. As a result, the material constant and temperature change of the electrolyte 312 hidden in the enclosure 310 of the energy storage system (ESS) or the insulating oil hidden in the transformer can be found out using only an external device.

즉, 상기 유전율 추정기(306)는, 히터(308)를 이용하여 상기 전해액(312)의 온도를 변화시키면서 상기 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 전해액(312)의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 전해액(312)의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 전해액(312)의 온도를 추정한다.That is, the dielectric constant estimator 306 changes the temperature of the electrolyte 312 using the heater 308 and calculates the complex dielectric constant of the electrolyte 312 based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave. The change is estimated, and the temperature of the electrolyte solution 312 is estimated based on the correlation between the temperature of the electrolyte solution 312 and the estimated dielectric constant.

또한, 내부 전해액(312)의 온도 변화는 전해액(312)의 유전율의 값의 변화뿐만 아니라 온도 변화에 따른 기계적 거동을 일으켜 투과파의 위상을 변화시켜 결국 추출되는 복소 유전율이 전해액(312)의 온도 변화와 상관성을 가져, 내부 변화를 외부에서 알 수 있게 된다.In addition, the change in temperature of the internal electrolyte 312 not only changes the value of the dielectric constant of the electrolyte 312, but also causes mechanical behavior according to the temperature change to change the phase of the transmitted wave, so that the complex dielectric constant extracted is determined by the temperature of the electrolyte 312. By being correlated with change, internal changes can be seen from the outside.

이때, 상기 유전율 추정기(306)는, 상기 함체(310) 내부의 온도 변화에 따라 상기 전해액(312)의 요동에 의해 상기 함체(310)의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부(미도시)에 의해 감지된 상기 함체(310)의 표면의 진동에 따른 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체(310)의 표면의 진동과 상기 전해액(312)의 온도 변화의 상관 관계를 추정한다.At this time, the dielectric constant estimator 306 operates in the Based on the phase change of the reflected wave due to the vibration of the surface of the enclosure 310 detected by the band transceiver (not shown), the correlation between the vibration of the surface of the enclosure 310 and the temperature change of the electrolyte 312 Estimate the relationship.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and attached drawings. For those skilled in the art to which the present invention pertains, it will be clear that components according to the present invention can be replaced, modified, and changed without departing from the technical spirit of the present invention.

100 : 실린더
102 : 단파(HF), 초단파(VHF), 극초단파(UHF) 대역 메타재질 송신 안테나
104_1 내지 104_4 : 제1 내지 제4 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나
106, 304 : 신호 생성기
108, 306 : 유전율 추정기
110, 308 : 히터
112, 310 : 함체
114, 312 : 전해액
300 : 단파(HF), 초단파(VHF), 극초단파(UHF) 대역 메타재질 송신 안테나
302_1 내지 302_3 : 제1 내지 제3 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나
100: cylinder
102: Shortwave (HF), very high frequency (VHF), and ultrahigh frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna
104_1 to 104_4: 1st to 4th HF, VHF, UHF band metamaterial receiving antennas
106, 304: signal generator
108, 306: dielectric constant estimator
110, 308: heater
112, 310: enclosure
114, 312: electrolyte
300: Shortwave (HF), very high frequency (VHF), and ultrahigh frequency (UHF) band metamaterial transmission antenna
302_1 to 302_3: first to third HF, VHF, UHF band metamaterial receiving antennas

Claims (10)

내부 유체의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 함체의 윗면을 뚫고 내려온 실린더;
상기 실린더 안에 배치된 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나;
상기 함체 내부의 유체 및 상기 함체를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 복수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나;
상기 송신 안테나에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기; 및
상기 반사파 및 상기 복수의 수신 안테나로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체 내부의 유체의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기를 포함하고,
상기 유체의 온도를 조절하기 위한 히터를 더 포함하며,
상기 유전율 추정기는, 상기 유체의 온도를 변화시키면서 상기 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 유체의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 유체의 온도를 추정하며,
상기 함체의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부를 더 포함하고,
상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 온도 변화에 따라 상기 유체의 요동에 의해 상기 함체의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부에 의해 감지된 상기 함체의 표면의 진동에 따른 상기 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체의 표면의 진동과 상기 유체의 온도 변화의 상관 관계를 추정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
A cylinder that penetrates the upper surface of the enclosure, which is the subject of a non-destructive test for the dielectric constant of the internal fluid;
An HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna disposed within the cylinder, which receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure. very high frequency), UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna;
a plurality of HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that receive fluid inside the enclosure and electromagnetic transmission waves penetrating the enclosure, and are spaced apart from an outer surface or outer surface of the enclosure;
a signal generator for providing a signal to the transmit antenna; and
A dielectric constant estimator for estimating the dielectric constant of the fluid inside the enclosure based on the reflected wave and signals received from the plurality of receiving antennas,
Further comprising a heater for controlling the temperature of the fluid,
The dielectric constant estimator estimates a change in the complex dielectric constant of the fluid based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave while changing the temperature of the fluid, and determines the correlation between the temperature of the fluid and the estimated dielectric constant. Based on this, estimate the temperature of the fluid,
It further includes an
The dielectric constant estimator responds to the vibration of the surface of the enclosure detected by the Based on the phase change of the reflected wave, the correlation between the vibration of the surface of the enclosure and the temperature change of the fluid is estimated. RF-based non-destructive tomography inspection device.
청구항 1에 있어서,
상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파와 상기 함체 내부의 유체를 투과하는 전기자기 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율을 추정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
In claim 1,
The dielectric constant estimator estimates the complex dielectric constant of the fluid based on a reflected wave reflected from the fluid inside the enclosure, an electromagnetic transmission wave passing through the fluid inside the enclosure, and the phase of the transmission wave. RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature changes of lithium-ion battery electrolyte for systems and transformer insulating oil.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 함체는 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 변압기의 함체이고,
상기 함체가 에너지 저장 시스템인 경우 상기 유체는 상기 에너지 저장 시스템의 전해액이며,
상기 함체가 변압기인 경우 상기 유체는 상기 변압기의 절연유인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
In claim 1,
The enclosure is an enclosure of an energy storage system (ESS) or transformer,
If the enclosure is an energy storage system, the fluid is an electrolyte of the energy storage system,
If the enclosure is a transformer, the fluid is an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil, wherein the fluid is the insulating oil of the transformer.
내부 유체의 유전율에 대한 비파괴 시험대상인 함체의 외부에 배치되어 상기 함체 내부의 유체를 향해 전기자기 파를 송신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나로서 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파를 수신하는 HF(high frequency), VHF(very high frequency), UHF(ultra high frequency) 대역 메타재질 송신 안테나;
상기 함체 내부의 유체 및 상기 함체를 투과하는 전기자기 투과파를 수신하고, 상기 함체의 외부면 또는 외부면에 이격되어 배치된 복수의 HF, VHF, UHF 대역 메타재질 수신 안테나;
상기 송신 안테나에 신호를 제공하기 위한 신호 생성기; 및
상기 반사파 및 상기 복수의 수신 안테나로부터 수신되는 신호에 기반하여 상기 함체 내부의 유체의 유전율을 추정하기 위한 유전율 추정기를 포함하고,
상기 유체의 온도를 조절하기 위한 히터를 더 포함하며,
상기 유전율 추정기는, 상기 유체의 온도를 변화시키면서 상기 반사파와 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율의 변화를 추정하고, 상기 유체의 온도와 상기 추정된 유전율의 상관 관계에 기반하여, 상기 유체의 온도를 추정하며,
상기 함체의 표면에 X 대역~밀리미터파 대역의 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하기 위한 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부를 더 포함하고,
상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 온도 변화에 따라 상기 유체의 요동에 의해 상기 함체의 표면에 진동이 발생하는 경우, 상기 X 대역~밀리미터파 대역 송수신부에 의해 감지된 상기 함체의 표면의 진동에 따른 상기 반사파의 위상 변화에 기반하여, 상기 함체의 표면의 진동과 상기 유체의 온도 변화의 상관 관계를 추정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
A metamaterial in the HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) bands that is placed on the outside of the enclosure, which is the subject of a non-destructive test for the dielectric constant of the internal fluid, and transmits electromagnetic waves toward the fluid inside the enclosure. HF (high frequency), VHF (very high frequency), and UHF (ultra high frequency) band metamaterial transmission antenna that receives reflected waves reflected from the fluid inside the enclosure as a transmission antenna;
a plurality of HF, VHF, and UHF band metamaterial receiving antennas that receive fluid inside the enclosure and electromagnetic transmission waves penetrating the enclosure, and are spaced apart from an outer surface or outer surface of the enclosure;
a signal generator for providing a signal to the transmit antenna; and
A dielectric constant estimator for estimating the dielectric constant of the fluid inside the enclosure based on the reflected wave and signals received from the plurality of receiving antennas,
Further comprising a heater for controlling the temperature of the fluid,
The dielectric constant estimator estimates a change in the complex dielectric constant of the fluid based on the reflected wave, the transmitted wave, and the phase of the transmitted wave while changing the temperature of the fluid, and determines the correlation between the temperature of the fluid and the estimated dielectric constant. Based on this, estimate the temperature of the fluid,
It further includes an
The dielectric constant estimator responds to the vibration of the surface of the enclosure detected by the Based on the phase change of the reflected wave, the correlation between the vibration of the surface of the enclosure and the temperature change of the fluid is estimated. RF-based non-destructive tomography inspection device.
청구항 6에 있어서,
상기 유전율 추정기는, 상기 함체 내부의 유체에서 반사하는 반사파와 상기 함체 내부의 유체를 투과하는 전기자기 투과파 및 상기 투과파의 위상에 기반하여 상기 유체의 복소 유전율을 추정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
In claim 6,
The dielectric constant estimator estimates the complex dielectric constant of the fluid based on a reflected wave reflected from the fluid inside the enclosure, an electromagnetic transmission wave passing through the fluid inside the enclosure, and the phase of the transmission wave. RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature changes of lithium-ion battery electrolyte for systems and transformer insulating oil.
삭제delete 삭제delete 청구항 6에 있어서,
상기 함체는 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 변압기의 함체이고,
상기 함체가 에너지 저장 시스템인 경우 상기 유체는 상기 에너지 저장 시스템의 전해액이며,
상기 함체가 변압기인 경우 상기 유체는 상기 변압기의 절연유인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 리튬이온 건전지 전해액, 변압기 절연유의 유전율과 내부 온도변화의 RF기반 비파괴 토모그래피 검사 장치.
In claim 6,
The enclosure is an enclosure of an energy storage system (ESS) or transformer,
If the enclosure is an energy storage system, the fluid is an electrolyte of the energy storage system,
If the enclosure is a transformer, the fluid is an RF-based non-destructive tomographic inspection device for dielectric constant and internal temperature change of lithium-ion battery electrolyte for an energy storage system and transformer insulating oil, wherein the fluid is the insulating oil of the transformer.
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