KR20230171065A - 초음파 및 ai센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 폐배터리의 충전상태(SOC), 성능상태(SOH) 정보 및 결함 정보 등 각종 정보를 파악하고, 재이용이 가능한 폐배터리를 선별할 수 있는 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래 폐배터리의 시험, 진단 및 평가 방식의 단점을 보완할 수 있는 기술로서 초음파를 활용한 비접촉 방식으로 폐배터리의 SOC, SOH 및 내부 결함 여부를 간단하고 빠르게 확인 가능한 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래 폐배터리의 시험, 진단 및 평가 방식의 단점을 보완할 수 있는 기술로서 초음파를 활용한 비접촉 방식으로 폐배터리의 SOC, SOH 및 내부 결함 여부를 간단하고 빠르게 확인 가능한 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
Description
본 발명은 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파와 머신러닝기반 인공지능 분석 처리 알고리즘을 이용하여 폐배터리의 충전상태(SOC), 성능상태(SOH) 정보, 내부온도 정보 및 결함 정보 등 각종 정보를 파악하고, 재사용이 가능한 폐배터리를 선별할 수 있는 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 관한 것이다.
최근 전기차 수요가 급속하게 확대됨에 따라 향후 전기차 배터리 교체로 인한 폐배터리의 처리 문제가 환경문제로 대두되고 있다.
폐배터리에 대한 처리 방법은 폐배터리에서 각종 물질을 추출하여 재활용하거나, 폐배터리의 상태를 검사하여 다른 용도(에너지저장장치용 등)로 사용할 수 있도록 하는 것이다.
폐배터리를 재사용함에 있어서 중요한 것은 폐배터리의 사용 가능 여부를 판단하는 시험, 진단 및 평가인데 기존의 충방전을 통한 OCV를 측정하는 방식은 시간이 많이 소요될 뿐만아니라, 이를 시험하는 장치에 대한 대규모 투자가 있어야 할 상황이어서, 시험후 폐배터리의 제품 가격이 결과적으로 상승하는 효과로 인해 폐배터리의 재사용 및 확대에 어려움이 예상된다. 또 다른 진단 및 평가 방식으로 내부 임피던스를 측정하여 폐배터리를 진단하는 방식은 정확도가 떨어지므로 적용에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 초음파와 머신러닝기반 인공지능분석처리모듈을 활용하여 비접촉 방식으로 폐배터리의 SOC, SOH 및 내부 결함 여부를 간단하고 빠르게 확인 가능한 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치는 폐배터리에 초음파를 전달하는 것으로서, 초음파를 출력하는 초음파 발신 피에조부와, 상기 초음파 발신 피에조부의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 상기 초음파 발신 피에조부에 출력하는 초음파 제어부를 포함하는 초음파발신모듈과; 상기 폐배터리를 통과하는 초음파를 수신하는 초음파 수신 피에조부와, 상기 초음파 수신 피에조부에 수신된 측정초음파신호에서 잡음을 제거하는 필터부와, 상기 필터부에 의해 잡음이 제거된 측정초음파신호를 증폭시키는 증폭부와, 상기 증폭부에 의해 증폭된 측정초음파신호를 머신러닝 기반 인공지능분석처리모듈을 이용하여 분석 및 처리하여 상기 폐배터리의 충전상태 정보와 성능상태 정보와 내부온도 정보 및 결함 정보를 포함하는 배터리상태정보를 출력하는 데이터분석처리부와, 상기 데이터분석처리부의 출력데이터를 외부로 송출하는 통신부를 포함하는 적어도 하나 이상의 초음파수신모듈과; 상기 초음파수신모듈에서 송출되는 출력데이터를 수집 및 모니터링하고, 저장부에 저장하는 데이터종합관리모듈;을 구비하고, 상기 초음파 제어부는 상기 초음파 발신 피에조부의 출력전류값과 연동하여 상기 초음파 발신 피에조부에 입력되는 입력전압 및 상기 초음파 발신 피에조부에서 출력되는 초음파의 세기 및 주파수를 연속 제어한다.
본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치의 상기 초음파제어부는 상기 초음파 발신 피에조부의 출력 주파수를 20KHz 내지 2.2MHz 범위 이내에서 가변되게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치의 상기 초음파제어부는 상기 초음파 발신 피에조부의 출력을 가변시킬 수 있도록 상기 초음파 발신 피에조부에 입력되는 전압을 10V 내지 200V 범위 이내에서 가변되게 제어하며, 상기 초음파 발신 피에조부에서 출력되는 초음파의 출력이 최대치일때의 입력전압을 레퍼런스 전압으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치는 종래 폐배터리의 시험, 진단 및 평가 방식의 단점을 보완할 수 있는 기술로서 초음파와 머신러닝기반 인공지능분석처리모듈을 활용한 비접촉 방식으로 폐배터리의 SOC, SOH 및 내부 결함 여부를 간단하고 빠르게 확인 가능하여 폐배터리의 재사용 여부를 신속하게 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
도 4 내지 도 12는 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 적용되는 데이터셋의 일 예를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
도 4 내지 도 12는 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 적용되는 데이터셋의 일 예를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치는 폐배터리에 초음파를 전달하는 초음파발신모듈(100)과, 폐배터리를 통과하는 초음파를 수신하는 초음파수신모듈(200)과, 초음파수신모듈(200)에서 송출되는 출력데이터를 수집 및 모니터링하고, 저장부에 저장하는 데이터종합관리모듈(310)을 구비한다.
초음파발신모듈(100)은 초음파를 출력하는 초음파 발신 피에조부(110)와, 상기 초음파 발신 피에조부(110)의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 상기 초음파 발신 피에조부(110)에 출력하는 초음파 제어부(120)를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치의 데이터종합관리모듈(310)은 컨트롤패널에 내장되어 있으며, 컨트롤패널(100)에는 디스플레이(320) 및 각종 조작부(330)가 구비되어 있고, 전원부(340)를 통해 전원을 공급받을 수 있으며, 초음파발신모듈(100)과 초음파수신모듈(200)이 각각 컨트롤패널에 전기적으로 연결된다.
초음파 발신 피에조부(110)는 초음파를 생성하여 출력하는 것으로서, 초음파를 발생시키며, 초음파의 최대 출력을 얻기 위한 매칭회로를 포함하여 구성할 수 있다.
초음파 발신 피에조부(110)는 파우치형 폐배터리(10)의 길이방향 일 측에 접속되어 초음파를 폐배터리(10)에 출력 및 전달한다. 초음파 발신 피에조부(230)는 초음파진동자를 포함한 최적의 초음파 파장을 전달하기 위한 기구적 모듈이다.
초음파 제어부(120)는 초음파 발신 피에조부(110)에서 출력되는 초음파의 세기 및 주파수를 제어한다. 초음파 제어부(120)는 후술하는 전류센서에서 측정된 초음파 발신 피에조부(110)의 출력전류값과 연동하여 초음파 발신 피에조부(110)에 입력되는 입력전압 및 초음파 발신 피에조부(110)에서 출력되는 초음파의 주파수를 연속 제어할 수 있다.
또한, 초음파 제어부(120)는 초음파 발신 피에조부(110)의 출력 주파수를 20KHz 내지 2.2MHz 범위 이내에서 가변되게 제어할 수 있다.
또한, 초음파 제어부(120)는 초음파 발신 피에조부(110)의 출력을 가변시킬 수 있도록 초음파 발신 피에조부(110)에 입력되는 전압을 10V 내지 200V 범위 이내에서 가변되게 제어할 수 있다. 그리고, 초음파 발신 피에조부(110)에서 출력되는 초음파의 출력이 최대치일때 초음파 발신 피에조부(110)로 입력되는 입력전압을 레퍼런스 전압으로 설정할 수 있다.
초음파수신모듈(200)은 초음파 수신 피에조부(210)와, 필터부(220)와, 증폭부(230)와, 데이터분석처리부(240)와, 통신부(250)를 포함하여 구성할 수 있다.
초음파 수신 피에조부(210)는 초음파 발신 피에조부(110)와 일정 거리 이격된 폐배터리(10)의 길이방향 타 측에 접속되어 폐배터리(10)를 경유하는 초음파를 수신한다.
필터부(220)는 초음파 수신 피에조부(210)에 수신된 측정초음파신호에서 잡음을 제거한다. 필터부(220)를 통과한 측정초음파신호는 초음파발신모듈(100) 측에서 출력된 초음파 신호와 동일한 주파수를 가진다.
증폭부(230)는 필터부(220)에 의해 잡음이 제거된 측정초음파신호를 분석이 가능할 정도의 레벨로 증폭시킨다.
데이터분석처리부(240)는 증폭부(230)에 의해 증폭된 측정초음파신호를 머신러닝 기반 인공지능분석처리모듈을 이용하여 분석 및 처리하여 폐배터리의 충전상태 정보와 성능상태 정보와 내부온도 정보 및 결함 정보를 포함하는 배터리상태정보를 출력한다.
데이터분석처리부(240)는 필터링 및 증폭 처리된 측정초음파신호를 머신러닝 기반 인공지능분석처리모듈을 이용하여 폐배터리의 충전상태(State Of Charge) 정보와 성능상태(State Of Health) 정보와 내부온도 정보 및 결함(Fault) 정보를 포함하는 각종 배터리 관련 정보를 진단 및 판정한다.
이와 다르게 데이터분석처리부(240)는 배터리의 사용 시간별 측정초음파신호 및 배터리 충전상태별 측정초음파신호들이 저장된 데이터셋을 구비할 수 있다. 일 예로, 데이터셋은 신품 배터리의 충전수치별로 배터리의 측정초음파신호들과, 배터리 제조사에서 제공하는 신품 배터리의 사양을 기준으로 하거나, 인정된 기관에서 측정된 배터리 사양을 레퍼런스로 할 수 있다.
데이터분석처리부(240)는 데이터셋과 폐배터리(10)에 대한 측정초음파신호를 비교하여 폐배터리(10)의 상태를 진단 및 판정할 수 있다.
통신부(250)는 데이터분석처리부(240)에서 분석 및 처리 완료된 출력데이터 즉, 배터리상태 정보를 데이터종합관리모듈(310)에 송출한다.
초음파발신모듈(100)와 초음파수신모듈(200)의 설치 위치는 달라질 수 있으며, 초음파수신모듈(200)은 복수가 구비될 수 있다.
그리고, 초음파발신모듈(100)에는 초음파 발신 피에조부(110)의 출력 전류를 측정하기 위한 전류센서가 더 구비될 수 있으며, 전류센서에서 측정된 전류정보는 초음파 제어부(120)에 실시간 전송된다.
도 4 내지 도 7에는 배터리를 충전하는 도중에 배터리에 초음파를 출력하는 초음파출력신호와, 배터리를 통과하여 전달되는 측정초음파신호가 그래프로 나타나 있다.
도 4는 배터리 SOC가 0%일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이고, 도 5는 배터리 충전중 SOC가 40%일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이며, 도 6은 배터리 충전중 SOC가 70%일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이며, 도 7은 배터리를 충전하여 SOC가 100%일 때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이다.
그래프에서 청색 신호는 초음파발신모듈(100)에서 출력되는 출력초음파신호이고, 황색은 초음파수신모듈(200)에서 수신되는 측정초음파신호이다.
배터리 SOC가 0%일때와 SOC가 40%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 40%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이 SOC가 0%일때보다 변화한 것으로 나타났다.
그리고, 배터리 SOC가 40%일때와 SOC가 70%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 70%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이 SOC가 40%일때보다 더 변화한 것으로 나타났다.
그리고, 배터리 SOC가 70%일때와 SOC가 100%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 100%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이이 SOC가 70%일때보다 더 변화한 것으로 나타났다.
이와 같이 배터리의 SOC 상태에 따라 측정초음파신호가 달라지는 것을 활용하여 측정초음파신호와 TOF(Time Of Flight)값에 따라 데이터분석처리부(240)는 폐배터리(10)의 SOC 정보 및 상태를 진단할 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 12에는 배터리를 방전하는 도중에 배터리를 통과하여 전달되는 측정초음파신호와 TOF(Time Of Flight)가 그래프로 나타나 있다.
도 8은 배터리 SOC가 100% 상태일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이고, 도 9는 배터리 충전중 SOC가 70%일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이며, 도 10은 배터리 충전중 SOC가 40%일때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이며, 도 11은 배터리를 충전하여 SOC가 0%일 때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이며, 도 12는 배터리 SOC가 0% 이후 2일간 방치한 상태일 때의 초음파출력신호와 측정초음파신호를 측정한 그래프이다.
배터리 SOC가 100%일때와 SOC가 70%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 700%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이 SOC가 100%일때보다 변화한 것으로 나타났다.
그리고, 배터리 SOC가 70%일때와 SOC가 40%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 40%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이 SOC가 70%일때보다 더 변화한 것으로 나타났다.
그리고, 배터리 SOC가 40%일때와 SOC가 0%일때의 측정초음파신호를 비교하면 SOC가 0%일때의 측정초음파신호의 중간지점 진폭과 TOF(Time Of Flight)값이 SOC가 40%일때보다 더 변화한 것으로 나타났다.
이와 같이 배터리의 SOC 상태에 따라 측정초음파신호가 달라지는 것을 활용하여 측정초음파신호에 따라 데이터분석처리부(240)는 폐배터리(10)의 SOC 정보 및 상태를 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치는 도 3에 도시된 바와 같이 주파수를 설정된 가변주파수범위 내에서 가변하여 초음파의 주파수를 가변함과 동시에 입력전압을 설정된 가변전압범위 내에서 가변하여 초음파의 최대 출력치를 검출하고, 초음파의 출력치가 최대일 때의 주파수와 입력전압을 저장 및 동작값으로 설정한다. 그리고, 초음파의 최대출력치가 변하는 경우 상술한 바와 같은 과정을 반복함으로써 초음파의 최대출력치를 지속적으로 추종한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 : 폐배터리
100 : 초음파발신모듈
110 : 초음파 발신 피에조부
120 : 초음파 제어부
200 : 초음파수신모듈
210 : 초음파 수신 피에조부
220 : 필터부
230 : 증폭부
240 : 데이터분석처리부
250 : 통신부
310 : 데이터종합관리모듈
320 : 전원부
330 : 조작부
100 : 초음파발신모듈
110 : 초음파 발신 피에조부
120 : 초음파 제어부
200 : 초음파수신모듈
210 : 초음파 수신 피에조부
220 : 필터부
230 : 증폭부
240 : 데이터분석처리부
250 : 통신부
310 : 데이터종합관리모듈
320 : 전원부
330 : 조작부
Claims (3)
- 폐배터리에 초음파를 전달하는 것으로서, 초음파를 출력하는 초음파 발신 피에조부와, 상기 초음파 발신 피에조부의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 상기 초음파 발신 피에조부에 출력하는 초음파 제어부를 포함하는 초음파발신모듈과;
상기 폐배터리를 통과하는 초음파를 수신하는 초음파 수신 피에조부와, 상기 초음파 수신 피에조부에 수신된 측정초음파신호에서 잡음을 제거하는 필터부와, 상기 필터부에 의해 잡음이 제거된 측정초음파신호를 증폭시키는 증폭부와, 상기 증폭부에 의해 증폭된 측정초음파신호를 머신러닝 기반 인공지능분석처리모듈을 이용하여 분석 및 처리하여 상기 폐배터리의 충전상태 정보와 성능상태 정보와 내부온도 정보 및 결함 정보를 포함하는 배터리상태정보를 출력하는 데이터분석처리부와, 상기 데이터분석처리부의 출력데이터를 외부로 송출하는 통신부를 포함하는 적어도 하나 이상의 초음파수신모듈과;
상기 초음파수신모듈에서 송출되는 출력데이터를 수집 및 모니터링하고, 저장부에 저장하는 데이터종합관리모듈;을 구비하고,
상기 초음파 제어부는 상기 초음파 발신 피에조부의 출력전류값과 연동하여 상기 초음파 발신 피에조부에 입력되는 입력전압 및 상기 초음파 발신 피에조부에서 출력되는 초음파의 세기 및 주파수를 연속 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치. - 제1항에 있어서,
상기 초음파제어부는 상기 초음파 발신 피에조의 출력 주파수를 20KHz 내지 2.2MHz 범위 이내에서 가변되게 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치. - 제1항에 있어서,
상기 초음파제어부는 상기 초음파 발신 피에조부의 출력을 가변시킬 수 있도록 상기 초음파 발신 피에조부에 입력되는 전압을 10V 내지 200V 범위 이내에서 가변되게 제어하며,
상기 초음파 발신 피에조부에서 출력되는 초음파의 출력이 최대치일때의 입력전압을 레퍼런스 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 및 AI센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220070725A KR20230171065A (ko) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | 초음파 및 ai센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| KR20230171065A true KR20230171065A (ko) | 2023-12-20 |
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ID=89377035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220070725A KR20230171065A (ko) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | 초음파 및 ai센서모듈을 활용한 폐배터리 상태 진단장치 |
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| KR (1) | KR20230171065A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101354081B1 (ko) | 2013-10-30 | 2014-01-24 | 부영주 | 배터리상태진단장치 및 그 방법 |
| KR101725496B1 (ko) | 2014-12-11 | 2017-04-10 | 현대오트론 주식회사 | 배터리 상태 진단 장치 및 방법 |
| KR20210007246A (ko) | 2019-07-10 | 2021-01-20 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 팩의 상태 진단 장치 및 방법 |
-
2022
- 2022-06-10 KR KR1020220070725A patent/KR20230171065A/ko unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101354081B1 (ko) | 2013-10-30 | 2014-01-24 | 부영주 | 배터리상태진단장치 및 그 방법 |
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| KR20210007246A (ko) | 2019-07-10 | 2021-01-20 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 팩의 상태 진단 장치 및 방법 |
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