KR100733394B1 - 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법 - Google Patents

전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법 Download PDF

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Abstract

전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 제 1 서브전기에너지 저장장치 및 전기용량이 제 1 서브전기에너지 저장장치 전기용량의 3 내지 200 배이고, 제 1 서브전기에너지 저장장치에 도체를 통하여 직렬로 연결되어 있는 제 2 서브전기에너지 저장장치를 포함하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법에 있어서, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정하는 단계 및 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 이용하여 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계를 포함한다. 따라서, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법{METHOD OF CHARGING AND DISCHARGING FOR ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE}
도 1은 종래 기술에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 4단자법에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법을 나타내는 회로도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 방전방법을 설명하기 위한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
S310 : 제 1 전기에너지 저장장치 양단전압 측정단계
S320 : 충전 및 방전 단계
본 발명은 전기에너지 저장장치에 관한 것으로, 특히 도체를 통하여 두 개의 전기에너지 저장장치를 직렬 연결한 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 캐패시터(capacitor, condenser)는 전기용량을 얻기 위한 장치로서, 축전지(storage battery) 등과 더불어 전기에너지 저장장치의 일종이라 할 수 있다. 전기이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitor: EDLC), 금속산화물 의사캐패시터, 또는 축전지와 전기이중층 캐패시터를 결합한 형태인 하이브리드 캐패시터 같은 울트라캐패시터(ultracapacitor, supercapacitor)는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 태양에너지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)와 같은 산업용 전원장치 등에 사용이 확대되고 있다.
울트라캐패시터는 슈퍼 캐패시터라고도 불리며, 활성탄소 또는 금속산화물에 물리적 반응 또는 반응속도가 빠른 전기화학 반응을 이용하여 전기에너지를 저장하는 전기에너지 저장장치로서 기존의 축전지에 비해 싸이클 특성 및 온도 특성이 우 수하다.
전기이중층캐패시터 등의 울트라캐패시터는 매우 긴 충/방전 수명, 온도에 대하여 적은 성능편차, 2차전지에 비해 상대적으로 작은 저항, 높은 충/방전 효율, 빠른 충전속도 등의 장점을 가지나 전기에너지가 활물질의 표면에 물리적으로 저장되므로 상대적으로 2차전지에 비해 저장할 수 있는 에너지 양이 작고 가격이 비싼 문제점이 있다.
한편, 2차전지는 전기화학반응에 의해 전기에너지를 충전하거나 방전시키는 전기에너지 저장장치로 납축전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴전지 및 리튬이온전지 등의 2차전지는 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다.
2차전지는 상대적으로 많은 전기에너지를 저장할 수 있고, 가격도 저렴하나 전기에너지를 충/방전시키기 위해 전기화학반응을 사용함에 따라 제한된 수명을 가지고, 온도에 따른 성능변화의 폭이 크고, 충/방전 효율이 낮으며, 충전에 많은 시간이 소요되는 등의 단점이 있다.
2004년 7월 6일 공개된 한국공개특허 제2004-0059796호에 "전기에너지 저장장치 및 이의 충방전방법"이 개시되어 있다. 한국공개특허 제2004-0059796호에 개시된 전기에너지 저장장치는 울트라 캐패시터 및 2차전지의 단점을 보완하기 위해 서로 특성이 상이한 두 전기에너지 저장장치를 도체를 통하여 직렬로 연결하여 새로운 전기에너지 저장장치를 구성함으로써 두 전기에너지 저장장치의 특성을 상호 보완할 수 있도록 하였다.
한국공개특허 제2004-0059796호에 개시된 바와 같이 2차전지와 울트라캐패시 터와 같이 특성이 상이한 두 개의 전기에너지 저장장치들을 직렬로 연결하여 새로운 전기에너지 저장장치를 구성하면 전기에너지 저장장치의 전체 전기용량은 울트라캐패시터의 전기용량에 가깝게 되며 2차전지는 충/방전에 불구하고 거의 일정한 전압을 유지하고, 대부분의 전압변화는 울트라캐패시터가 감당하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기에너지 저장장치의 충/방전 특성을 나타낸 그래프이다. 도 1에 도시된 그래프는 전기에너지 저장장치를 4.75V까지 1.25A로 정전류충전하고, 이후 4.75V로 10분간 정전압충전한 후 1.55V까지 1.25A로 정전류방전한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 전기용량이 2.5Ah이고, 정격전압이 2V인 납축전지(110)와, 전기용량이 200F이고, 정격전압이 2.7V인 울트라캐패시터(120)가 직렬 연결되어 전기용량이 200F이고, 정격전압이 4.7V정도인 전기에너지 저장장치(130)가 된다. 이 때, 울트라캐패시터(120)의 전기용량에 비하여 납축전지(110)의 전기용량이 휠씬 더 크므로 이들이 직렬 연결된 전기에너지 저장장치(130)의 전기용량은 울트라캐패시터(120)의 전기용량인 200F에 가깝게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기에너지 저장장치(130)의 충/방전에 따른 전압의 변화는 대부분 울트라캐패시터(120)에서 감당하고, 충/방전에 따른 납축전지(110)의 전압변화는 거의 없게 된다. 따라서, 충/방전 반복에 따른 납축전지의 성능저하를 줄일 수 있고, 납축전기의 전기용량이 감소하더라도 전체적인 전기에너지 저장장치의 전기용량은 거의 변하지 않게 되어 전기에너지 저장장치의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 납축전지 및 울트라캐패시터를 직렬 연결한 전기에너지 저장장치는 납축전지가 전압 버퍼의 역할을 하게 되어 에너지 측면에서도 효율적이다.
일반적으로, 전기에너지 저장장치의 충/방전을 위해 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전원라인을 연결하여 전류를 공급하고 전압을 검출하는 방법이 사용된다. 또한, 전기에너지 저장장치의 충/방전시 정확한 전압검출을 위해, 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전원라인을 연결하여 전류를 공급하고 이와 별도로 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전압검출라인을 연결하여 전압을 검출하는 4단자법이 사용되기도 한다.
도 2는 4단자법에 따른 전기에너지 저장장치의 충/방전방법을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 제 1 서브전기에너지 저장장치(210) 및 제 2 서브전기에너지 저장장치(220)가 직렬 연결된 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전원라인(Lc+, Lc-)이 연결되어 있고, 전원라인(Lc+, Lc-)과 별개로 전압검출라인(Lm+, Lm-)이 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 전원라인(Lc+, Lc-)과 별개로 전압검출라인(Lm+, Lm-)을 전기에너지 저장장치의 양 단자에 연결함으로써 전기에너지 저장장치의 전압을 효과적으로 측정할 수 있다.
그러나, 2차전지 및 울트라캐패시터와 같이 전기용량의 차이가 큰(3배 내지 200배) 두 개의 전기에너지 저장장치를 직렬로 연결한 전기에너지 저장장치는 저항성분이 증가되어 4단자법을 이용하더라도 전기에너지 저장장치의 시상수(time constant)가 커지게 되어 전기에너지 저장장치 양단의 전압 변화가 느려지고 대전류 충/방전시에 전압강하가 생기게 되어 전기에너지 저장장치의 충전속도 및 방전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전기용량의 차이가 큰 두 개의 전기에너지 저장장치가 직렬 연결되어 구성된 전기에너지 저장장치에 있어 충전 및 방전시의 효율을 높이기 위한 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 제 1 서브전기에너지 저장장치 및 전기용량이 제 1 서브전기에너지 저장장치 전기용량의 3 내지 200 배이고, 제 1 서브전기에너지 저장장치에 도체를 통하여 직렬로 연결되어 있는 제 2 서브전기에너지 저장장치를 포함하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법에 있어서, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정하는 단계 및 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 이용하여 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계를 포함한다.
이 때, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계는 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 올라가면 전기에너지 저장장치의 충전을 종료할 수 있다. 또한, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전류공급라인을 연결하여 전기에너지 저장장치의 충전을 위한 전류를 공급하고, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정할 수 있다.
이 때, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계는 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 떨어지면 전기에너지 저장장치의 방전을 종료할 수 있다. 또한, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 전기에너지 저장장치의 양 단자에 부하를 연결하여 전기에너지 저장장치로부터 전류를 공급받도록 하고, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정할 수 있다.
이 때, 제 1 서브전기에너지 저장장치는 울트라 캐패시터이고, 제 2 서브전기에너지 저장장치는 2차전지일 수 있다. 울트라 캐패시터는 전기이중층캐패시터, 의사캐패시터 및 하이브리드 캐패시터 중 하나일 수 있고, 2차전지는 리튬이온전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴전지 및 납축전지 중 하나일 수 있다.
따라서, 전기용량의 차이가 큰 두 개의 전기에너지 저장장치가 직렬로 연결된 전기에너지 저장장치를 효과적으로 충전 및 방전시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 제 1 서브전기에너지 저장장치 및 전기용량이 제 1 서브전기에너지 저장장치 전기용량의 3 내지 200 배이고, 제 1 서브전기에너지 저장장치에 도체를 통하여 직렬로 연결되어 있는 제 2 서브전기에너지 저장장치를 포함하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법에 있어서, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정한다(S310).
이 때, 제 1 서브전기에너지 저장장치는 제 2 서브전기에너지 저장장치에 비하여 전기용량이 적은 전기에너지 저장장치로 전기이중층캐패시터, 의사캐패시터 또는 하이브리드 캐패시터 등의 울트라 캐패시터일 수 있다. 이 때, 제 2 서브전기에너지 저장장치는 리튬이온전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴전지 또는 납축전지 등의 2차전지일 수 있다.
일반적으로, 제 2 서브전기에너지 저장장치는 그 저항성분이 제 1 서브전기에너지 저장장치의 저항성분보다 크다. 이는, 제 2 서브전기에너지 저장장치의 전기용량이 제 1 서브전기에너지 저장장치의 전기용량에 비하여 월등히 크고, 이를 위해 전기화학반응 등을 이용하는 경우도 있기 때문에 그에 따른 저항성분도 상대적으로 커지기 때문이다. 따라서, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 시상수(time constant)는 제 2 서브전기에너지의 시상수보다 작고 제 1 서브전기에너지 저장장치가 제 2 서브전기에너지 저장장치보다 외부에서 인가되는 전압변화를 빠르게 반영하게 된다.
다음에, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 이용하여 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행한다(S320).
이 때, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 올라가면 전기에너지 저장장치의 충전을 종료할 수 있다. 이 때, 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전류공급라인을 연결하여 전기에너지 저장장치의 충전을 위한 전류를 공급하고, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정할 수 있다.
이 때, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 떨어지면 전기에너지 저장장치의 방전을 종료할 수 있다. 이 때, 전기에너지 저장장치의 양 단자에 부하를 연결하여 전기에너지 저장장치로부터 전류를 공급받도록 하고, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정할 수 있다.
이와 같이, 제 1 서브전기에너지 저장장치 양단의 전압을 이용하여 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하게 되면 제 1 서브전기에너지 저장장치의 시상수가 제 2 서브전기에너지 저장장치 또는 전기에너지 저장장치 전체의 시상수보다 작아 전압변화를 빠르게 반영할 수 있고, 제 2 서브전기에너지의 큰 기생저항에 기인하는 전압강하의 영향을 배제할 수 있어 효과적으로 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법을 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 서브전기에너지 저장장치(210) 및 제 2 서브전기에너지 저장장치(220)가 직렬 연결된 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전원라인(Lc+, Lc-)이 연결되어 있고, 제 1 서브전기에너지 저장장치(210)의 양 단자에 전압검출라인(Lm+, Lm-)이 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 제 2 서브전기에너지 저장장치(220)는 그 저항성분이 커서 시상수가 크고, 전류가 흐를 때 상대적으로 큰 전압강하를 야기하므로 제 1 서브전기에너지 저장장치(110)에 걸리는 전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하면 효과적으로 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전기용량이 2200mAh이고, 충전상태(SOC; State Of Charge) 60%인 리튬이온전지와 전기용량이 100F이고 정격전압이 2.7V인 울트라캐패시터를 직렬 연결하여 구성된 전기에너지 저장장치가 각각 충전전류 0.1A 및 3A로 충전되는 것을 알 수 있다. 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬 연결되어 구성된 전기에너지 저장장치는 용량이 100F정도이고, 정격전압은 6.6V정도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 그래프의 시뮬레이션에 사용된 리튬이온전지의 저항은 AC 측정시 60mΩ, DC 측정시 100mΩ이고, 울트라캐패시터의 저항은 AC 측정시 8.5mΩ, DC 측정시 17mΩ이다. 따라서, 직렬 연결된 전기에너지 저장장치의 저항은 DC를 기준으로 117mΩ이며, 이 때의 시상수(time constant)는 117mΩX 100 = 11.7초이다.
울트라캐패시터의 시상수가 17m X 100 = 1.7초인 것을 감안하면, 울트라캐패시터에 리튬이온전지를 직렬로 연결하여 전기에너지 저장장치를 구성하게 되면 전 기에너지 저장장치 전체의 시상수가 울트라캐패시터의 시상수에 비하여 약 7배정도 커지게 되는 것을 알 수 있다.
리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬 연결된 전기에너지 저장장치의 양단전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전을 수행하게 되면 시상수가 11.7초이고, 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전을 수행하게 되면 시상수가 1.7초가 된다. 이는 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전을 수행하는 경우에 충전속도를 향상시킬 수 있음을 의미한다.
도 5에 도시된 그래프는 최대전류 0.1A로 정전압 충전을 한 경우의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 5에는 전기에너지 저장장치의 양단전압을 기준으로 6.61V 정전압 충전을 실시한 경우의 리튬이온전지 전압(510), 울트라캐패시터 전압(521), 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬연결된 전기에너지 저장장치 전압(531) 및 전기에너지 저장장치에 흐르는 전류(541)가 도시되어 있다.
또한, 도 5에는 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 2.7V 정전압 충전을 실시한 경우의 리튬이온전지 전압(510), 울트라캐패시터 전압(522), 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬연결된 전기에너지 저장장치 전압(532) 및 전기에너지 저장장치에 흐르는 전류(542)가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 그래프는 최대전류 3A로 정전압 충전을 한 경우의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 6에는 전기에너지 저장장치의 양단전압을 기준으로 6.61V 정전압 충전을 실시한 경우의 리튬이온전지 전압(611), 울트라캐패시터 전압(621), 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬연결된 전기에너지 저장장치 전압(631) 및 전기에너지 저장장치에 흐르는 전류(641)가 도시되어 있다.
또한, 도 6에는 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 2.7V 정전압 충전을 실시한 경우의 리튬이온전지 전압(612), 울트라캐패시터 전압(622), 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬연결된 전기에너지 저장장치 전압(632) 및 전기에너지 저장장치에 흐르는 전류(642)가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전기에너지 저장장치의 양단전압을 기준으로 6.61V 정전압 충전을 실시한 경우에 비하여 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 2.7V 정전압 충전을 실시한 경우에 충전전류가 0으로 수렴하는 속도가 빠른 것을 알 수 있다. 특히, 최대전류 0.1A에서 전류(541)와 전류(542)를 비교하고, 최대전류 3A에서 전류(641)와 전류(642)를 비교하면, 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 충전하는 경우에 충전전류가 최대전류에서 0으로 떨어지는 기울기가 크다는 것을 알 수 있다. 충전전류가 0으로 수렴하는 속도가 빠르고, 특히 충전전류가 최대전류에서 0으로 떨어지는 기울기가 크다는 것은 시상수가 작다는 증거이다.
따라서, 2차전지와 울트라캐패시터를 직렬 연결하여 구성된 전기에너지 저장장치에서 울트라캐패시터의 양단전압을 이용하여 충전 및 방전의 전압제어를 수행하게 되면 충전속도를 증가시킬 수 있어 자동차의 회생제동과 같은 고속충전에 적합하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 방전방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전기용량이 2200mAh이고, 충전상태(SOC; State Of Charge) 60%인 리튬이온전지와 전기용량이 100F이고 정격전압이 2.7V인 울트라캐패시터를 직렬 연결하여 구성된 전기에너지 저장장치가 3A 전류로 방전되는 것을 알 수 있다. 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬 연결되어 구성된 전기에너지 저장장치는 용량이 100F정도이고, 정격전압은 6.6V정도이다. 이 때, 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬 연결되어 구성된 전기에너지 저장장치는 전기에너지 저장장치 양단의 전압이 6.61V, 리튬이온전지 양단의 전압이 3.91V, 울트라캐패시터 양단의 전압이 2.7V로 충전되어 있는 상태에서 방전을 시작한다.
도 7 및 도 8에 도시된 그래프의 시뮬레이션에 사용된 리튬이온전지의 저항은 AC 측정시 60mΩ, DC 측정시 100mΩ이고, 울트라캐패시터의 저항은 AC 측정시 8.5mΩ, DC 측정시 17mΩ이다. 리튬이온전지와 울트라캐패시터가 직렬 연결된 전기에너지 저장장치의 저항성분이 117mΩ이고, 울트라캐패시터의 저항성분이 17mΩ으로 큰 차이가 나는 것을 알 수 있다. 이는 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전을 수행하는 경우에 저항성분에 기인한 전압강하의 영향을 크게 줄일 수 있음을 의미한다.
도 7은 전기에너지 저장장치의 양단전압을 이용하여 최대전류 3A로 전기에너지 저장장치를 방전시키는 경우의 전류 및 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 방전시작시점부터 방전종료시점까지의 리튬이온전지의 전 압(710), 울트라캐패시터의 전압(720) 및 전기에너지 저장장치의 전압(730)이 도시되어 있다.
도 7에 도시된 그래프는 전기에너지 저장장치의 전압(730)이 4.38V가 되는 시점(t1)에서 전기에너지 저장장치의 방전이 종료되는 것을 알 수 있다.
도 8은 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단전압을 이용하여 최대전류 3A로 전기에너지 저장장치를 방전시키는 경우의 전류 및 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 방전시작시점부터 방전종료시점까지의 리튬이온전지의 전압(810), 울트라캐패시터의 전압(820) 및 전기에너지 저장장치의 전압(830)이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 그래프는 제 1 서브전기에너지 저장장치인 울트라커패시터의 전압(820)이 0.5V가 되는 시점(t2)에서 전기에너지 저장장치의 방전이 종료되는 것을 알 수 있다.
도 7 및 도 8의 그래프를 비교하면, 전기에너지 저장장치 양단의 전압이 6.61V, 리튬이온전지 양단의 전압이 3.91V, 울트라캐패시터 양단의 전압이 2.7V인 동일한 충전상태에서 방전을 시작하였을 때, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단전압을 기준으로 방전을 하는 경우가 방전시간이 더 긴 것을 알 수 있다.
이는, 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단의 전압을 기준으로 방전하였을 경우에 리튬이온전지의 상대적으로 큰 저항성분에 기인한 전압강하의 영향을 배제할 수 있기 때문이다.
리튬이온전지와 울트라캐패시터를 직렬 연결한 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전에 있어 충전 및 방전전류가 크면 클수록 리튬이온전지의 저항성분에 기인한 전압강하는 더 큰 문제가 되며, 울트라캐패시터의 양단전압을 기준으로 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하면 이러한 문제점을 해결하여 전기에너지 저장장치에 저장된 전기에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법은 제 1 서브전기에너지 저장장치의 전압을 이용하여 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행함으로써, 전기에너지 저장장치의 충전속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법은 제 2 서브전기에너지 저장장치의 저항성분에 의한 전압강하의 영향을 받지 아니하여 효율적으로 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법은 전기에너지 저장장치에 저장된 전기에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
나아가, 제 1 서브전기에너지 저장장치는 그 온도특성 및 사이클 특성이 우수한 울트라캐패시터 등으로 구현되므로 온도 변화나 충전 및 방전의 반복에 따른 전압특성변화가 적어 온도변화나 충전 및 방전반복에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전성능저하를 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 제 1 서브전기에너지 저장장치 및 전기용량이 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치 전기용량의 3 내지 200 배이고, 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치에 도체를 통하여 직렬로 연결되어 있는 제 2 서브전기에너지 저장장치를 포함하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법에 있어서,
    상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 이용하여 상기 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전방법은
    상기 전기에너지 저장장치의 양 단자에 전류공급라인을 연결하여 상기 전기에너지 저장장치의 충전을 위한 전류를 공급하고, 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계는
    상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 올라가면 상기 전기에너지 저장장치의 충전을 종료하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법은
    상기 전기에너지 저장장치의 양 단자에 부하를 연결하여 상기 전기에너지 저장장치로부터 전류를 공급받도록 하고, 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단에 전압검출라인을 연결하여 상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전을 수행하는 단계는
    상기 제 1 서브전기에너지 저장장치의 양단 전압이 소정의 레벨까지 떨어지면 상기 전기에너지 저장장치의 방전을 종료하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서브전기에너지 저장장치는 울트라 캐패시터이고, 상기 제 2 서브전기에너지 저장장치는 2차전지인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 울트라 캐패시터는 전기이중층캐패시터, 의사캐패시터 및 하이브리드 캐패시터 중 하나인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 2차전지는 리튬이온전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴전지 및 납축전지 중 하나인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 충전 및 방전 방법.
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