KR100578026B1 - Voltage equivalent circuit of super capacitor module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수퍼 커패시터 각 셀을 직렬로 여러 개 연결하여 고전압 모듈을 사용할 경우, 부가적인 회로를 구성하여 각 셀간의 전압 편차를 최소화하고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운 시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시킬 수 있는 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에 관한 것으로, 수퍼 커패시터 모듈 내에서 직렬로 연결된 각각의 수퍼 커패시터에 부가 회로를 구성하여 각 셀간의 전압 편차를 감소시키고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시킬 수 있다.According to the present invention, when a high voltage module is used by connecting multiple cells of each super capacitor in series, an additional circuit may be configured to minimize voltage variation between cells, and the voltage of a cell in which an overvoltage has occurred is reduced to provide stable dynamic characteristics between cells. The present invention relates to a voltage stabilization circuit of a supercapacitor module capable of satisfying the above, wherein an additional circuit is formed in each of the supercapacitors connected in series in the supercapacitor module to reduce voltage variation between cells and reduce the voltage of a cell in which an overvoltage occurs. It is possible to satisfy the stable dynamic characteristics between the cells.
수퍼 커패시터, 모듈, 전압, 저항Supercapacitors, Modules, Voltage, Resistance
Description
도 1은 종래 기술에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 구성을 도시한 도면.1 is a view showing the configuration of a super capacitor module according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a voltage stabilization circuit of a supercapacitor module according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에서 최대 허용 전압과 전류의 관계를 도시한 도면.3 is a diagram illustrating a relationship between a maximum allowable voltage and a current in a voltage stabilization circuit of a supercapacitor module according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage stabilization circuit of a super capacitor module.
통상적으로, 수퍼 커패시터(Super Capacitor)는 차세대 에너지 저장장치로 많은 주목을 받고 있으며 수퍼 커패시터를 주 에너지 저장장치 또는 보조 에너지 저장장치로 이용한 시스템의 실용화 내지는 상용화를 위한 연구가 활발하다.In general, supercapacitors have attracted much attention as next-generation energy storage devices, and research for the practical or commercial use of a system using the supercapacitors as a main energy storage device or an auxiliary energy storage device is active.
이러한 수퍼 커패시터의 여러 응용분야 중 수퍼 커패시터를 보조 에너지 저장장치로 사용한 전기 차량 시스템의 순간적인 에너지 수급을 수퍼 커패시터가 담당하므로 배터리의 수명을 연장하고 전기 에너지 시스템의 효율을 높일 수 있는 매 우 합리적인 방안으로 평가되고 있다.Among the many applications of these supercapacitors, supercapacitors are responsible for the instantaneous energy supply and demand of electric vehicle systems that use supercapacitors as auxiliary energy storage devices, which can extend battery life and increase the efficiency of electrical energy systems. It is evaluated.
도 1은 종래 기술에 따라 단위 셀(Cell)들을 직렬 연결한 수퍼 커패시터 모듈(Super Capacitor Module)(110)의 구조를 도시한 것이다.1 illustrates a structure of a
도 1에 도시된 바와 같이 대부분의 응용에서 수퍼 커패시터(112)는 각각의 단위 셀들을 직렬 연결하여 수퍼 커패시터 모듈(110)을 구성하고 인버터(Inverter)(120) 또는 컨버터(Converter)의 입력(Input)단에 연결하여 사용하고 있다.As shown in FIG. 1, in most applications, the
수퍼 커패시터를 직렬로 연결하여 사용할 경우 별도의 회로 없이 사용하거나 병렬로 저항을 연결하여 각 셀간의 균등한 전압을 유지하도록 하고 있다.When connected in series with a super capacitor, it is used without a separate circuit or a resistor is connected in parallel to maintain an equal voltage between each cell.
위와 같은 방법을 사용할 때 종래에는 수퍼 커패시터 각 셀간의 전압의 균등화를 제대로 수행할 수 없거나, 저항 쪽으로의 누설 전류의 과다로 심한 자기 방전을 초래할 소지가 있었다. When the above method is used, the voltage equalization between the cells of each supercapacitor cannot be properly performed, or excessive self-discharge may occur due to excessive leakage current toward the resistor.
그리고 수퍼 커패시터의 과전압에 대한 부가 회로로서의 안전 장치가 없어 셀간의 전압 불균형에 따른 과전압이 어느 한 셀에서 발생되었을 경우, 커패시터의 열화를 초래할 수 있는 문제점이 있었다.In addition, since there is no safety device as an additional circuit against the overvoltage of the supercapacitor, when an overvoltage due to voltage imbalance between cells occurs in one cell, there is a problem that may cause deterioration of the capacitor.
본 발명의 목적은 수퍼 커패시터 각 셀을 직렬로 여러 개 연결하여 고전압 모듈을 사용할 경우, 부가적인 회로를 구성하여 각 셀간의 전압 편차를 최소화하고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운 시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시킬 수 있는 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to configure the additional circuit to minimize the voltage variation between the cells, and to reduce the voltage of the cells over-voltage stable when the high voltage module is used by connecting each cell of the super capacitor in series in series It is to provide a voltage stabilization circuit of a super capacitor module that can satisfy the dynamic characteristics.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에 있어서, 수퍼 커패시터 모듈을 구성하는 각 셀에 병렬로 연결되어 각 셀간 전압 편차를 감소시키는 저항(Rn); 상기 각 셀과 병렬로 연결되어 출력 전압을 분배하는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)과; 상기 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)과 병렬 연결되어 최대 허용 출력 전압의 기준을 결정하는 제너 다이오드와; 상기 제너 다이오드의 캐소드 측에 직렬 연결되는 제3 저항(Rhn)을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage stabilization circuit of a supercapacitor module, comprising: a resistor (Rn) connected in parallel to each cell constituting the supercapacitor module to reduce voltage variation between cells; A first resistor (R1) and a second resistor (R2) connected in parallel with each of the cells to distribute an output voltage; A zener diode connected in parallel with the first resistor R1 and the second resistor R2 to determine a reference of the maximum allowable output voltage; It provides a voltage stabilization circuit of a super capacitor module comprising a third resistor (Rhn) connected in series with the cathode side of the Zener diode.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로를 설명한다.A voltage stabilization circuit of a super capacitor module according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
본 발명의 실시예는 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에 있어서, 수퍼 커패시터 모듈 내에서 직렬로 연결된 각각의 수퍼 커패시터에 부가 회로를 구성하여 각 셀간의 전압 편차를 감소시키고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시킬 수 있다.In the voltage stabilization circuit of the supercapacitor module, an embodiment of the present invention configures an additional circuit to each supercapacitor connected in series in the supercapacitor module to reduce the voltage deviation between cells and reduce the voltage of the cell in which the overvoltage occurs. By down, it is possible to satisfy stable dynamic characteristics between cells.
부가 회로는 각 셀에 병렬로 연결된 저항(Rn)을 통하여 수퍼 커패시터가 일정 전압으로 정지하였을 때, 여러 개의 수퍼 커패시터 중에서 전압이 다른 수퍼 커패시터에서 그 셀에 병렬로 연결된 저항(Rn)쪽으로(A 루트) 전류가 흘러 각 셀이 균등한 전압을 유지할 수 있도록 한다.The additional circuit is connected to the resistor Rn connected in parallel to the cell from a supercapacitor having a different voltage among the supercapacitors when the supercapacitor stops at a constant voltage through a resistor Rn connected in parallel to each cell (A root Current flows to ensure that each cell maintains an equal voltage.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 부가 회로는 도 2에 도시된 바와 같이 병렬로 연결된 또 하나의 부가적인 정류 회로를 추가하여 구성하며, 정류 회로를 통하여 일정 전압 이상에 도달한 셀은 해당 루트(B 루트)를 따라 다량의 누설 전류를 흐르게 하여 과전압을 방지한다.Meanwhile, the additional circuit according to the embodiment of the present invention is configured by adding another additional rectifier circuit connected in parallel as shown in FIG. A large leakage current flows along the B route to prevent overvoltage.
정류 회로는 전압을 분배하는 제1, 제2 저항(R1, R2)과, 제너 다이오드, 제3 저항(Rhn)을 포함하여 회로를 구성한다.The rectifier circuit includes a first and second resistors R1 and R2 for distributing a voltage, a zener diode, and a third resistor Rhn.
제너 다이오드는 제1, 제2 저항(R1, R2)과 병렬 연결되어 수퍼 커패시터의 최대허용 전압 출력 기준을 결정하며, 제3 저항(Rhn)은 제너 다이오드의 캐소드(Cathode) 측에 직렬 연결된다.The Zener diode is connected in parallel with the first and second resistors R1 and R2 to determine the maximum allowable voltage output reference of the supercapacitor, and the third resistor Rhn is connected in series to the cathode side of the Zener diode.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 수퍼 커패시터 각 셀을 직렬로 여러 개 연결하여 고전압 모듈을 사용할 경우, 부가적인 회로를 구성하여 각 셀간의 전압 편차를 최소화하고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운(Down) 시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시킬 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, when a high voltage module is used by connecting multiple cells of each super capacitor in series, an additional circuit may be configured to minimize voltage variation between cells, and to reduce the voltage of a cell in which an overvoltage occurs. Down can satisfy the stable dynamic characteristics of the entire cell.
예를 들어, 수퍼 커패시터 모듈 내에서 직렬로 연결된 각각의 수퍼 커패시터에 도 2에 도시된 바와 같이 부가 회로를 연결하여 다음과 같은 2가지 효과를 나타낼 수 있다.For example, an additional circuit may be connected to each of the supercapacitors connected in series in the supercapacitor module to have the following two effects.
1) 각 셀에 병렬로 연결된 30~60Ω의 저항(Rn)을 통하여 수퍼 커패시터가 일정 전압으로 정지하였을 때, 여러 개의 수퍼 커패시터 중에서 전압이 다른 수퍼 커패시터에서 그 셀에 병렬로 연결된 저항쪽으로(A 루트) 전류가 흘러 각 셀이 균등한 전압을 유지할 수 있다. 1) When the supercapacitor stops at a constant voltage through a resistor (Rn) of 30 to 60 Ω connected in parallel to each cell, the voltage from one of the supercapacitors to the resistor connected in parallel to that cell (A root The current flows to ensure that each cell maintains an equal voltage.
2) 또한 병렬로 연결된 또 하나의 부가적인 정류 회로를 통하여 일정 전압 (수퍼 커패시터의 최대 허용전압) 이상에 도달한 셀은 B 루트를 따라 다량의 누설 전류를 흐르게 하여 과전압을 방지한다. 2) Cells that reach a certain voltage (maximum permissible voltage of the supercapacitor) through another additional rectifier circuit connected in parallel also flow a large amount of leakage current along the B route to prevent overvoltage.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에서 최대 허용 전압과 전류의 관계를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a relationship between a maximum allowable voltage and a current in a voltage stabilization circuit of a supercapacitor module according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 2.5V 이하에서는 0.1A 이하의 매우 작은 전류만이 허용되나, 셀이 최대 허용 전압인 2.5V 이상이 되었을 경우에는 1A 이상의 대전류가 흘러 과전압이 발생한 셀의 전압을 낮추어 준다.Referring to FIG. 3, only a very small current of 0.1 A or less is allowed at 2.5 V or less, but when the cell reaches 2.5 V or more, which is the maximum allowable voltage, a large current of 1 A or more flows to lower the voltage of a cell in which an overvoltage occurs.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로는 수퍼 커패시터 모듈의 안정성, 균일한 셀전압에 따른 고장 방지 및 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the voltage stabilization circuit of the supercapacitor module according to the present invention has the effect of preventing the stability of the supercapacitor module, preventing failure due to a uniform cell voltage, and extending the lifespan.
또한, 실차에 장착시 각각의 셀전압 모니터링 장치를 축소하거나 생략할 수 있다.In addition, each cell voltage monitoring device may be reduced or omitted when mounted on a vehicle.
또한, 전압 균등화에 따른 전체 전압만으로 모듈의 제어가 가능하여 제어 상의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to control the module using only the entire voltage according to the voltage equalization, thereby improving the convenience of control.
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