KR-20260061456-A - 전기화학 장치 및 물질을 위한 음향 분석 시스템 및 방법

Abstract

전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 음향 분석 시스템이 제공된다. 이 시스템은 음향 분석을 위한 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 수용하도록 구성된 하우징을 포함하고; 그리고 하우징에 의해 수용된 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 비접촉식 음향 분석을 위해 구성된 적어도 하나의 전자기 음향 변환기를 포함한다. 바람직하게, 이 시스템은 하우징에 의해 수용된 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 적어도 하나의 전자기 음향 변환기의 이동 및/또는 회전을 가능하도록 구성된 모션 제어기를 추가로 포함한다. 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대한 음향 분석 방법도 제공되며, 이 방법은 전자기 음향 변환기를 사용하여 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대한 음향 분석을 수행하는 단계를 포함하며, 전자기 음향 변환기는 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에서 음향파를 유도하는 로렌츠 힘을 생성함으로써 비접촉식 음향 분석을 위해 구성된다.

Inventors

• 오웬, 로드리 엘리스
• 로빈슨, 제임스 브랜단
• 프라임, 프란시스
• 시어링, 폴 로버트
• 브렛, 다니엘 존 레슬리

Assignees

• 센션 테크놀로지스 리미티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241009

Priority Date

20231010

Claims (20)

1. 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 음향 분석 시스템에 있어서, 상기 시스템은, 음향 분석을 위한 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 수용하도록 구성된 하우징, 및 상기 하우징에 의해 수신된 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 비접촉식 음향 분석을 위해 구성된 적어도 하나의 전자기 음향 변환기 를 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 의해 수용된 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 상기 적어도 하나의 전자기 음향 변환기를 이동 및/또는 회전을 가능하게 구성된 모션 제어기 를 더 포함하는, 시스템.
3. 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 음향 분석 시스템에 있어서, 상기 시스템은, 음향 분석을 위한 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 수용하도록 구성된 하우징, 및 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 음향 분석을 위해 구성된 적어도 하나의 음향 변환기, 및 상기 하우징에 의해 수용된 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대하여 상기 적어도 하나의 음향 변환기의 이동 및/또는 회전을 가능하게 구성된 모션 제어기 를 포함하는, 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 음향 변환기는, 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 비접촉식 음향 분석을 위해 구성된 전자기 음향 변환기인, 시스템.
5. 제1항, 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자기 음향 변환기는, 상기 전자기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 사이에 커플란트를 사용하지 않고 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 음향 분석을 위해 구성되는, 시스템.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모션 제어기는, 상기 적어도 하나의 음향 변환기가 복수의 자유도에 따라 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 움직임이 가능하도록 구성되는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 모션 제어기는, 상기 적어도 하나의 음향 변환기가 적어도 3개의 자유도에 따라 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 이동 가능하도록 구성되는, 시스템.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모션 제어기는, 상기 적어도 하나의 음향 변환기가 적어도 하나의 자유도에 따라 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 회전 가능하도록 구성되는, 시스템.
9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 변환기는, 센서 헤드에 결합되고, 및 상기 센서 헤드는, 상기 센서 헤드의 움직임을 가능하도록 구성된 상기 모션 제어기와 결합되고, 상기 모션 제어기는, 다중 축 모션 제어기인, 시스템.
10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 변환기는, 센서 헤드에 결합되고, 및 상기 센서 헤드는, 분리 가능한 마운트를 통해 상기 모션 제어기에 결합되고, 상기 분리 가능한 마운트는, 복수의 상호 교환 가능한 센서 헤드에 결합하도록 구성되고, 상기 복수의 상호 교환 가능한 센서 헤드는, 각각 적어도 하나의 다른 센서 및/또는 다른 음향 변환기를 포함하는, 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 모션 제어기는, 상기 분리 가능한 마운트에 어떤 센서 헤드가 결합되어 있는지를 검출하도록 구성되고, 검출된 센서 헤드에 기초하여 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대해 상기 센서 헤드의 이동 및/또는 회전을 제어하도록 구성되는, 시스템.
12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모션 제어기와 상기 적어도 하나의 음향 변환기 사이에 결합된 탄성 바이어싱 수단 을 더 포함하고, 상기 탄성 바이어싱 수단은, 상기 적어도 하나의 음향 변환기를 제1 구성으로 바이어싱하도록 구성되어 있어, 상기 음향 변환기와 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 사이의 접촉이 발생할 경우 상기 음향 변환기가 동일한 위치로 복귀하도록 하는, 시스템.
13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모션 제어기와 상기 적어도 하나의 음향 변환기 사이에 결합된 탄성 바이어싱 수단 을 더 포함하고, 상기 탄성 바이어싱 수단은, 상기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 간의 접촉이 발생하는 경우 상기 음향 변환기의 손상을 방지하기 위하여 상기 음향 변환기 움직임을 허용하도록 구성되고, 및/또는 상기 음향 변환기가 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 표면에 순응하도록 움직임을 허용하도록 구성되는, 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 변환기에 적용되는 힘의 표시를 감지하도록 구성된 힘 센서 를 더 포함하고, 상기 모션 제어기는, 상기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 사이의 힘을 일정하게 유지하기 위하여 및/또는 상기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 간의 접촉이 발생하는 경우 상기 음향 변환기의 손상을 방지하기 위하여, 상기 힘 센서에 의해 감지된 힘의 표시에 기초하여 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 대한 상기 음향 변환기의 위치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 음향 변환기의 어레이 를 포함하고, 상기 어레이 내의 상기 음향 변환기는, 공간적으로 분해된 음향 측정을 가능하게 하도록, 상기 어레이가 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 표면의 적어도 부분을 덮도록 구성되는 방식으로 분산되는, 시스템.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 각 음향 변환기는, 펄스 수신기 를 포함하고, 상기 펄스 수신기는, (i) 투과파 및 (ii) 반사파 중 적어도 하나를 수신하기 위해, 음향 변환기로 하여금 음향 파형을 유도하거나 생성하도록 구성되는, 시스템.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질로부터 상기 음향 변환기의 상대적인 거리를 감지하도록 구성된 거리 프로파일링 수단 을 더 포함하고, 및 상기 모션 제어기는, 음향 분석 동안 상기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 사이의 거리를 일정하게 유지하고, 및/또는 상기 음향 변환기와 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질 간의 충돌을 방지하기 위하여, 상기 거리 프로파일링 수단에 의해 감지된 상대 거리의 표시에 기초하여 상기 음향 변환기의 위치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음향 변환기에 적용되는 힘이 임계값을 초과하는 경우 상기 모션 제어기의 움직임을 중단하도록 구성된 소형 스냅 액션 스위치 를 더 포함하는, 시스템.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 시각적 검사를 위해 구성된 광학 센서 를 더 포함하고, 시각적 검사에 의해 식별된 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 시각적 아티팩트는, 상기 시각적 아티팩트의 위치에서 상기 음향 변환기 측정과 상관되도록 구성되는, 시스템.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질에 관한 식별 정보를 획득하기 위해 구성된 센서 를 더 포함하고, 상기 식별 정보는, 상기 전기화학 장치 또는 전기화학 물질의 상기 음향 변환기 측정과 상관되는, 시스템.

Description

전기화학 장치 및 물질을 위한 음향 분석 시스템 및 방법 본 개시는 전기화학 장치(electrochemical device) 및 물질의 음향 분석(acoustic analysis)을 위한 시스템 및 방법, 특히 전자기 음향 변환기(electromagnetic acoustic transducer) 및/또는 모션 제어기(motion controller)를 사용하는 것에 관련된다. 음향 분석은 일반적으로 초음파 영역(ultrasonic regime)의 음향파(acoustic waves)를 이용하여 전기화학 장치의 탄성 특성(elastic properties) 및 내부 계면(internal interfaces)을 측정함으로써, 전기화학 셀(electrochemical cell) 및/또는 배터리(batteries)와 같은 전기화학 장치의 상태(condition) 및/또는 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 전기화학 장치 또는 물질을 통해 전파 후 수신되는 음향 신호(acoustic signa)는 물질 특성(material propert)과 내부 구조에 대한 정보를 개시 할 수 있다. 기존의 음향 분석 방법은 음향 변환기와 분석되는 전기화학 장치 또는 물질 사이의 접촉을 요구한다. 요구되는 접촉(required contact)으로 인해, 기존의 방법은 또한 변환기와 샘플 사이의 음향 감쇠(acoustic attenuation)를 줄이기 위해 음향 변환기와 전기화학 장치 또는 물질 사이의 액체, 젤 또는 고체 커플란트(couplant)를 사용해야한다. 이것은 물 기반 커플란트(water-based couplants)와 같은 외부 커플란트(external couplant)에 민감한 많은 전기화학 장치 및 물질에 문제가 발생할 수 있다. 사용되는 커플란트(couplant)의 양(quantity), 조성(composition) 및 물질 특성(material properties) 또한 측정의 음향 파형(acoustic waveform)에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 전기화학 장치에 대한 커플란트의 적용이 다양하고 일관되지 않을 경우 음향 측정(acoustic measurement)의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 또한, 커플란트(couplant)의 적용은 전기화학 장치 및 물질에 대한 음향 분석의 자동화(automation) 및 대규모화(scaling)에 있어 중대한 장애 요인으로 작용한다. 또한, 샘플 표면에 접촉하기 위해 변환기에 적용되는 힘은 또한 음향파의 특성과 측정의 품질, 특히 음향 신호(acoustic signal)의 진폭(amplitude)에 영향을 미칠 수 있다. 이제 개시의 실현 방법은, 예를 들면, 첨부된 도면을 참조하여, 다음과 같이 설명될 것이다. 도 1a는 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 일례의 음향 분석 시스템의 사시도를 도시한다. 도 1b는 도 1a의 사례 음향 분석 시스템의 정면도를 도시한다. 도 2a는 도 1a-1b의 예시의 음향 분석 시스템 같은, 음향 분석 시스템과 함께 사용되는 예시의 센서 헤드를 도시한다. 도 2b 는 1a-1b 의 예시의 음향 분석 시스템 같은, 음향 분석 시스템과 함께 사용되는 또 다른 예시의 센서 헤드를 도시한다. 도 3은 도 2b 의 센서 헤드와 같은 또 다른 일례의 센서 헤드를 도시하며, 이는 도 1a-1b의 일례의 음향 분석 시스템과 같은 음향 분석 시스템에 사용하기 위한 것이다. 도 4는 도 1a-1b의 일례의 음향 분석 시스템과 같은 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 음향 분석 시스템의 주요 구성 요소에 대한 개략적인 개요를 도시한다. 도 5a 및 5b는 패쇄형 하우징을 추가로 포함하는 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 일례의 음향 분석 시스템의 사시도를 도시한다. 도 5a는 오픈 구성으로 시스템을 도시하고, 그리고 도 5b는 부분적으로 폐쇄 구성으로 시스템을 도시한다. 도 6은 도 1 또는 도 5a 및 도 5b의 일례의 음향 분석 시스템과 같은 일례의 음향 분석 시스템의 사용 방법에 대한 개략적인 개요를 도시한다. 청구항의 실시예는 전기화학 장치 및 물질의 음향 분석을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전자기 음향 변환기 및/또는 모션 제어기를 이용하는 것에 관한 것이다. 도 1a 및 1b는 전기화학 장치 또는 전기화학 물질을 위한 일례의 음향 분석 시스템(acoustic analysis system)(100)을 도시한다. 분석되는 전기화학 장치 또는 물질은 샘플 S01에 의해 설명된다. 일례의 음향 분석 시스템(100)은 고정형 프레임(static frame)(102)과 센서 헤드(sensor head)(106)를 포함하며, 센서 헤드(106)는 이동형 프레임(moveable frame)(103)을 통해 고정형 프레임(102)에 결합된다. 고정형 프레임(102)은 음향 분석을 위해 전기화학 샘플 S01을 수용하도록 구성된 하우징을 제공할 수 있다. 이 예에서, 고정형 프레임(102)은 상당히 큐브 모양(cube shape)을 가지고 있으며, 복수의 수평 지주(102H)와 수직 지주(102V)를 포함하여 큐브 모양의 구조를 형성한다. 이동형 프레임(moveable frame)(103)은 고정형 프레임(102)의 상면을 가로질러 배치되며, 고정형 프레임(102)의 전방 및 후방 모서리와 평행한 수평 지주(horizontal strut)를 포함한다.이동형 프레임(103)은 고정형 프레임(102)에 대하여 이동하도록 구성된다. 특히 이동형 프레임(103)은 고정형 프레임(102)의 전방과 후방 모서리 사이에서 고정형 프레임(102)의 측면 모서리를 따라 x 방향과 병렬로 이동하도록 구성된다. 센서 헤드(sensor head)(106)는 이동형 센서 마운트(moveable sensor mount)(108)를 통해 이동형 프레임(103)에 연결되어 있다. 이동형 센서 마운트(108)는 이동형 프레임(103)의 수평 지주(horizontal strut)을 따라 고정형 프레임(102)의 반대 측면 모서리 사이에 y 방향과 병렬하게 이동하도록 구성된다. 이 예에서, 벨트(belts)와 풀리(pulleys)의 제1 시스템(first system)(110)은 센서 마운트(sensor mount)(108)와 이동형 프레임(103) 사이에 결합되고, 벨트(belts)와 풀리(pulleys)의 제2 시스템(second system)(110)은 이동형 프레임(103)과 고정형 프레임(102) 사이에 결합된다. 벨트와 풀리의 제1 시스템(110)은 이동형 프레임(103)에 대하여 센서 마운트(108)를 이동하도록 구성된다. 벨트와 풀리의 제2 시스템(112)은 고정형 프레임(102)에 대하여 이동형 프레임(103)을 변환하도록 구성된다. 벨트와 풀리의 제1 시스템(110)과 제2 시스템(112)은 센서 헤드(106)의 모션을 제어하도록 구성된 제어기와 결합된다. 따라서, 제어기는 벨트 및 풀리로 이루어진 제1 시스템(110) 및 제2 시스템(112)의 동작을 제어하도록 구성되며, 벨트 및 풀리의 제1 시스템(110)과 제2 시스템(112)은 센서 헤드(106)를 정적 프레임(102)의 상부 표면에 평행한 x-y 평면을 따라 이동시키기 위해 서로 협력하도록 구성되고, 이에 따라 센서 헤드(106)는 고정형 프레임(102) 및 샘플 베드(104)에 대해 x 방향 및 y 방향에 평행하게 이동되도록 구성될 수 있다. 이 예에서, 제어기와 관련된 제어 회로가 제어 박스(control box)(120) 안에 배치된다. 제어기는 시스템(100)의 모든 부분을 제어하기 위해 구성된다. 일부 예에서, 제어 박스(120)은 또한 제어기와 결합된 무선 통신 인터페이스(wireless communications interface)를 포함하며, 무선 통신 인터페이스는, 예를 들어 무선 통신 인터페이스와 무선 통신에서 원격 컴퓨팅 장치에 의해, 제어기와 관련된 시스템(100)을 원격으로 제어할 수 있도록 구성된다. 도시된 예에서, 제어 박스(120)은 또한 디스플레이 스크린(display screen)과 같은 디스플레이 장치(display device)(122)를 포함한다. 디스플레이 장치(122)는 시스템(100)에 의한 샘플의 분석 진행을 표시하도록 구성된다. 선택적으로, 제어 박스(120)는 사용자 상호작용을 통해 시스템(100)을 제어할 수 있도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 디스플레이 장치(122)는 터치스크린을 포함할 수 있거나, 또는 제어 박스(120)는 버튼과 같은 입력 장치를 더 포함하여 사용자가 시험 파라미터 등을 선택함으로써 시스템(100)을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 음향 분석 시스템(100)은 또한 샘플 베드(104)를 포함한다. 샘플 베드(104)는 샘플 S01을 수신하도록 구성된 플레이트(plate)를 포함한다. 이 예에서는 샘플 베드(104)가 수직 스레드 막대(vertical threaded rod)(114)에 의해 고정형 프레임(102)에 장착된다. 샘플 베드(104)는 센서 헤드(106)를 향하거나 이로부터 멀어지는 방향으로, z축에 평행하게 정적 프레임(102)에 대해 상승 및 하강하도록 구성될 수 있다. 특히, 샘플 베드(104)는 스레드 막대(114)를 따라 상승하고 낮추도록 구성된다. 샘플 베드(104)는 또한 제어기에 결합되며, 이에 따라 제어기는 샘플 베드(104)의 z 방향 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 1a 및 1b에 도시된 예에서, 음향 분석 시스템(100)은 CoreXY 또는 H-bot 방식의 3D 프린터 프레임과 유사한 프레임 시스템을 포함하며, 프린터 헤드 대신 센서 헤드(106)가 구비되어 센서 헤드(106)는 x-y 평면에서 이동되도록 구성되고, 샘플 베드(104)는 z 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 그러나, 당업자는 이것이 적합한 프레임의 하나의 예일 뿐이라는 것을 이해할 수 있으며, 다른 예에서는 다른 프레임 구성이 사용될 수 있으며, 프린터 헤드 대신 센서 헤드가 제공되는 다른 3D 프린터 프레임을 포함하지만 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 5a에서 도시된 예시적인 음향 분석 시스템(600)은 "카테시안(Cartesian)" 또는 "직