[논문]건전지의 성능평가 장치

정헌

doi:10.5302/j.icros.2011.17.2.171

건전지의 성능평가 장치
A Performance Testing Device of Drycell 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.17 no.2, 2011년, pp.171 - 175

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, I have developed a high-speed and high-resolution measuring device in order to check the performance of drycell. The system is developed for the drycell manufacturing plant. Measuring time is one of key factors to inference on the production speed. So the developed system is designed to generate the classified result up to 1200ea/min. In the other words, each product can be classified within 25ms. There have been many studies to estimate both state of charge as well as state of health, such as OCV (Open Circuit Voltage), SC (Short Circuit) and measuring impedance with frequency pulse. But those methods take a few second due to surface discharge. To overcome the phenomenon, I developed the method to engage the reverse current to two electrodes of battery. As a result, I could achieve to measure the indigenous capacity without the problem of surface discharge.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 건전지의 고속측정을 수행하는 기기를 설계하였다. 측정기기는 앞에서 거론한 바와 같이 그림 6의 건전지에 역전압을 인가하여 측정시간을 단축시키는 방법을 사용하였으며, 전류측정을 위해 홀전류센서를 사용하였다.
따라서 기존의 방법으로는 25ms 이내에 건전지의 성능평가를 수행하는데 적합하지 않다. 본 논문에서는 고속으로 생산되는 건전지의 실시간 성능평가 시험기를 설계하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 방전전압측정방법의 방전시간을 단축시키기 위해 부전압을 인가하여 방전시간을 단축하는 방법이다.
본 논문에서는 고속이며, 고 분해능의 건전지 성능평가 장치의 동작 원리 및 시스템 구성에 대하여 기술하였다. 먼저 건전지의 모델링을 하였으며, 고속으로 건전지를 성능평 가하기 위해서는 표면용량의 장애요인을 극복하여야 함을 기술하였다.

가설 설정

가장 간단한 건전지의 성능평가 방법으로는 개방전압 측정일 것이다. 하지만 개방전압의 경우 표면방전(surface discharge) 때문에 짧은 시간의 측정은 무의미 할 것이다.

제안 방법

홀전류센서로서는 PP1A05를 사용하였으며, OCV 값 또는 CT의 값을 처리하는 소자는 16bit AD 변환기를 사용하였다. FET 스위칭 신호는 설정기준전압과 피드백 전압과의 차이에 의한 PWM 제어가 되도록 설계하였다.
개발제품의 성능평가를 수행하였으며, 그 방법은 400개 건전지를 대상으로 그림 10에 나타낸 고속 평가설비에 개발기기를 장착하여 실시하였다. 측정과정은 고속평가 설비의 자동 공급 기구에 의해 연속적으로 측정대상 건전지가 공급되면 그림 7과 같은 일련의 측정순서에 따라 OCV와 SC를 AD 변환기를 통해 검출하고, 설정된 양불의 기준치와 비교 판단하여 분류하는 과정으로 수행하였다.
먼저 건전지의 모델링을 하였으며, 고속으로 건전지를 성능평 가하기 위해서는 표면용량의 장애요인을 극복하여야 함을 기술하였다. 건전지의 표면용량으로 인한 검사오류를 줄이며, 건전지의 용적용량을 고속으로 계측하기 위한 방법으로 역전압을 가하는 방법을 사용하였다.
먼저 개발한 기기를 사용한 양품과 불량품을 판별하고, 수작업으로 400개의 건전지 전부를 방전 시험하여 개발기기의 오차발생 여부를 확인하는 것으로 하였다. 양품과 불량품을 선별하는 기준 전압인 활성화 전압을 0.
본 논문에서는 고속이며, 고 분해능의 건전지 성능평가 장치의 동작 원리 및 시스템 구성에 대하여 기술하였다. 먼저 건전지의 모델링을 하였으며, 고속으로 건전지를 성능평 가하기 위해서는 표면용량의 장애요인을 극복하여야 함을 기술하였다. 건전지의 표면용량으로 인한 검사오류를 줄이며, 건전지의 용적용량을 고속으로 계측하기 위한 방법으로 역전압을 가하는 방법을 사용하였다.
이러한 건전지의 측정 방법이 적용된 마이컴 기반의 성능평가 기기를 개발하였다. 개발된 기기는 약 400개의 건전지의 양품과 불량품을 분별하는 실험을 하였다.
본 논문에서는 고속으로 생산되는 건전지의 실시간 성능평가 시험기를 설계하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 방전전압측정방법의 방전시간을 단축시키기 위해 부전압을 인가하여 방전시간을 단축하는 방법이다. 이러한 제안방법은 표면방전을 마친 후 건전지의 내부 반응 특성을 측정할 수 있는 방법의 특징을 갖는다.
제안하는 시스템을 건전지 생산라인에 직접 설치하여 성능평가를 수행하였다. 수행결과 25ms 이내에 모든 양불 판별 기능을 수행하였음을 확인하였으며, 표면방전과 같은 일시적인 화학반응에 의해 판별오류가 발생되지 않음을 확인하였다.
개발제품의 성능평가를 수행하였으며, 그 방법은 400개 건전지를 대상으로 그림 10에 나타낸 고속 평가설비에 개발기기를 장착하여 실시하였다. 측정과정은 고속평가 설비의 자동 공급 기구에 의해 연속적으로 측정대상 건전지가 공급되면 그림 7과 같은 일련의 측정순서에 따라 OCV와 SC를 AD 변환기를 통해 검출하고, 설정된 양불의 기준치와 비교 판단하여 분류하는 과정으로 수행하였다.
본 논문에서는 건전지의 고속측정을 수행하는 기기를 설계하였다. 측정기기는 앞에서 거론한 바와 같이 그림 6의 건전지에 역전압을 인가하여 측정시간을 단축시키는 방법을 사용하였으며, 전류측정을 위해 홀전류센서를 사용하였다.

대상 데이터

이러한 건전지의 측정 방법이 적용된 마이컴 기반의 성능평가 기기를 개발하였다. 개발된 기기는 약 400개의 건전지의 양품과 불량품을 분별하는 실험을 하였다. 수작업에 의한 정밀 분류 때와 기기를 통한 분류의 경우가 모두 일치함을 확인하였다.
개발한 측정기의 시스템 블록도와 사진을 그림 8과 9에 나타내었다. 개발제품은 메인 제어부, FET 드라이브부, AD 변환부, 외부 입출력부로 이루어져 있다. 메인제어부와 입 출력부에는 각각 ATmega128의 마이컴이 사용되어 있으며, 이들 간에는 통신에 의한 정보교환이 이루어지도록 하였다.
메인제어부와 입 출력부에는 각각 ATmega128의 마이컴이 사용되어 있으며, 이들 간에는 통신에 의한 정보교환이 이루어지도록 하였다. 홀전류센서로서는 PP1A05를 사용하였으며, OCV 값 또는 CT의 값을 처리하는 소자는 16bit AD 변환기를 사용하였다. FET 스위칭 신호는 설정기준전압과 피드백 전압과의 차이에 의한 PWM 제어가 되도록 설계하였다.

성능/효과

또한 회복 전압발생 및 측정값 도출 시간이 10ms 정도 소요됨을 확인하였다. 따라서 성능평가 결과 모든 시료 건전지에 대하여 정확히 분류함을 확인하였으며, 25ms 이내에 건전지의 이송 및 평가과정이 수행될 수 있음을 확인하였다.
또한 측정 필요 시간적인 면에서 분석하였을 때, t₀에서 t₁까지 약 5ms 정도가 소요되며, t₁에서 t₄까지는 건전지의 용량에 따라 다르겠지만 LR20기준으로 약 10ms 정도가 소요된다. 따라서 전체 SC 과정에 필요한 시간으로 15ms 정도가 되며 제안한 방법에 의하여 건전지의 고속 성능평가가 가능하게 되었다.
수작업에 의한 정밀 분류 때와 기기를 통한 분류의 경우가 모두 일치함을 확인하였다. 또한 다양한 크기 및 용량의 건전지에 적용하였을 때도 100%의 성능평가가 이루어졌음을 확인하였다.
42V를 보였다. 또한 회복 전압발생 및 측정값 도출 시간이 10ms 정도 소요됨을 확인하였다. 따라서 성능평가 결과 모든 시료 건전지에 대하여 정확히 분류함을 확인하였으며, 25ms 이내에 건전지의 이송 및 평가과정이 수행될 수 있음을 확인하였다.
86V로 설정하였다. 성능평가 결과는 표 1과 같이 380개의 양품과 20개의 불량품을 선별하였으며, 수작업결과 오차율은 0%로 나타났다. 그림 11에는 실험을 통해 얻어진 불량과 양품의 회복전압 파형을 나타내었다.
개발된 기기는 약 400개의 건전지의 양품과 불량품을 분별하는 실험을 하였다. 수작업에 의한 정밀 분류 때와 기기를 통한 분류의 경우가 모두 일치함을 확인하였다. 또한 다양한 크기 및 용량의 건전지에 적용하였을 때도 100%의 성능평가가 이루어졌음을 확인하였다.
제안하는 시스템을 건전지 생산라인에 직접 설치하여 성능평가를 수행하였다. 수행결과 25ms 이내에 모든 양불 판별 기능을 수행하였음을 확인하였으며, 표면방전과 같은 일시적인 화학반응에 의해 판별오류가 발생되지 않음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일부의 건전지의 경우 얼마 사용하지 않았는데도 빨리 소모되어 버리는 원인은 무엇인가?	일부의 건전지의 경우 얼마 사용하지 않았는데도 빨리 소모되어 버리는 경우가 있다[3]. 자연방전에 의한 소모도 있겠지만, 다른 요인으로서 건전지 내부 화학반응의 비활성화가 있다. 비활성화는 제조과정상 결함으로 건전지내부에서의 반응이 활발히 이루어지지 못하여 지속적으로 일정전류를 공급하지 못하는 경우를 의미한다.
	건전지의 비활성화란 무엇인가?	자연방전에 의한 소모도 있겠지만, 다른 요인으로서 건전지 내부 화학반응의 비활성화가 있다. 비활성화는 제조과정상 결함으로 건전지내부에서의 반응이 활발히 이루어지지 못하여 지속적으로 일정전류를 공급하지 못하는 경우를 의미한다. 이런 불량전지를 걸러내지 못하고 출하를 해서는 안 될 것이다.
	건전지 생산라인에서 제품성능평가를 하는 시간은 얼마인가?	따라서 건전지 생산라인의 마지막 공정으로 제품성능평가를 수행 과정이 있다. 분당 1000개의 생산과 같이 많은 건전지의 생산라인에서는 약 25ms 이내에 성능평가를 수행하여야 한다.

참고문헌 (8)

“New Technology Batteries Guide,” Office of Science and Technology American National Institute of Justice, March 1997.
T. F. Fuller, M. Doyle, and J. Newman, “Simulation and optimization of the dual lithium ion insertion cell,” Journal of Electrochem. Soc., vol. 141, no. 4, pp. 1-10,

상세보기
D. Panigrahi, C. F. Chiasserini, S. Dey, R. R. Rao, A. Raghunathan, and K. Lahiri, “Battery life estimation for mobile embedded systems,” Proc. Int. Conf. VLSI Design, pp. 55-63, Jan. 2001.
F. Simjee and P. H. Chou, “Accurate battery lifetime estimation using high-frequency power profile emulation,” in Proc. of International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED), San Diego, CA, pp. 307-310, Aug. 2005.
A. Fasih, “Modeling and fault diagnosis of automotive lead-acid batteries,” Undergraduate Honors Thesis. The Ohio State University. 2006.
“Energizer Cylindrical Alkaline Application Manual,” Eveready Battery Co. Inc., 2001.
“Product Datasheet ENERGIZER E95,” Energizer Holdings, Inc.
P. H. Chou, C. S. Park, J. Park, K. Pham, and J. Liu, “A battery emulator and power profiling instrument,” Proceedings of the 2003 international symposium on

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증