KR100910428B1 - 균등 충전 단자를 포함한 울트라 커패시터 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 직렬 연결된 울트라 커패시터 각각의 내부 저항의 증가나 용량 감소를 보상하여 각 울트라 커패시터간의 편차를 줄일 수 있는 울트라 커패시터 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다수의 울트라 커패시터가 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 모듈은, 상기 직렬 연결된 울트라 커패시터 중 어느 것에서 불균일 충전이 발생할 경우 그 불균일 충전을 보상할 수 있는 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결하기 위해, 상기 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 각각의 양단에 균등 충전 단자가 구비되는 것을 특징으로 한다.

울트라 커패시터, 불균일 충전, 충전 단자, 병렬, 보상용 울트라 커패시터

Description

균등 충전 단자를 포함한 울트라 커패시터 모듈{ULTRA CAPACITOR INCLUDING EQUAL CHARGING TERMINAL}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 울트라 커패시터간 충전 전압 편차를 보상할 수 있는 울트라 커패시터 모듈을 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에서 직렬 연결된 울트라 커패시터간에 충전 전압 편차가 발생한 예를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 균등 충전 단자를 포함하는 울트라 커패시터 모듈에서 과충전이 발생한 울트라 커패시터에 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결한 것을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 3의 울트라 커패시터 모듈의 각 울트라 커패시터의 충전 전압을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 울트라 커패시터 모듈 101 : 울트라 커패시터

103 : 균등 충전 단자

본 발명은 울트라 커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 울트라 커패시터가 직렬 연결된 울트라 커패시터 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 커패시터(capacitor, condenser)는 전기용량을 얻기 위한 장치로서, 축전지(storage battery) 등과 더불어 전기 에너지 저장장치의 일종이라 할 수 있다. 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor: EDLC), 금속산화물 의사캐패시터, 또는 축전지와 전기 이중층 커패시터를 결합한 형태인 하이브리드 캐패시터 같은 울트라 커패시터(ultra capacitor)는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 태양에너지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)와 같은 산업용 전원장치 등에 사용이 확대되고 있다.

울트라 커패시터는 슈퍼 캐패시터(supercapacitor)라고도 불리며, 활성탄소 또는 금속산화물에 빠르게 반응하는 성질을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장장치로서 기존의 축전지에 비해 싸이클 특성 및 온도 특성이 우수하다.

이러한 울트라 커패시터는 일반적으로 직렬로 서로 연결되어 전원 장치 등에 사용된다. 그런데 울트라 커패시터를 직렬로 연결하여 사용하는 전원 장치는 과충전이나 과방전에 의해 각 울트라 커패시터의 전해액이 전기 분해되어 성능이 현저하게 떨어질 우려가 있다. 이에 일본특허공개 제2000-197277호는 울트라 커패시터가 직렬로 연결된 울트라 커패시터 모듈의 양 끝단에 전압 검출 수단을 연결하여 과충전 또는 과방전 여부를 측정하고, 만약 과충전 또는 과방전이 발생하는 경우 스위치를 통해 과충전 또는 과방전을 방지하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 울트라 커패시터를 직렬로 연결하여 사용을 하면 장기적으로 각 울 트라 커패시터간 편차가 발생하여 과충전 및 과방전의 빈도가 심해져 전체 에너지를 사용하지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있다. 이는 울트라 커패시터를 직렬로 연결하여 사용하면 각 울트라 커패시터 내부 저항이 증가하거나 용량이 감소하는 것에 기인한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직렬 연결된 울트라 커패시터 각각의 내부 저항의 증가나 용량 감소를 보상하여 각 울트라 커패시터간의 편차를 줄일 수 있는 울트라 커패시터 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 울트라 커패시터가 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 모듈로서, 상기 직렬 연결된 울트라 커패시터 중 어느 것에서 불균일 충전이 발생할 경우 그 불균일 충전을 보상할 수 있는 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결하기 위해, 상기 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 각각의 양단에 균등 충전 단자가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보상용 울트라 커패시터는, 불균일 충전이 발생한 울트라 커패시터에 병렬 연결됨으로써 내부 저항을 낮추고 용량을 높여 불균일 충전을 완 화한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 울트라 커패시터간 충전 전압 편차를 보상할 수 있는 울트라 커패시터 모듈을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(100)은, 다수의 울트라 커패시터(101)가 직렬로 연결되고, 각 울트라 커패시터(101)의 양 단자에는 균등 충전 단자(103)가 부착된다. 울트라 커패시터 모듈(100)을 구성하는 울트라 커패시터(101) 중 어느 것에 충전 전압의 편차가 발생할 경우, 그 충전 전압의 편차를 보상하기 위해 해당하는 울트라 커패시터의 양 단자에 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결한다.

보다 구체적으로, 2 개 이상의 울트라 커패시터(101)를 직렬로 연결하여 사용하게 되면, 각 울트라 커패시터(101)의 불균일성에 의해 불균일 충전이 발생하게 된다. 특히, 울트라 커패시터(101)를 직렬 연결하여 장시간 사용하게 되면 불균일 충전의 정도가 심해진다. 이는 울트라 커패시터 모듈(100)을 구성하는 울트라 커패시터(101) 중 어느 것이 내부 저항이 증가하거나 용량이 감소하는 것에 기인한다. 내부 저항이 증가하거나 용량이 감소하는 울트라 커패시터(101)의 경우 과전압이 발생한다. 따라서 내부 저항이 증가하거나 용량이 감소한 울트라 커패시터(101)마다 균등 충전 단자(103)를 이용하여 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결하여 과충전을 완화하고, 울트라 커패시터 모듈(100)을 구성하는 울트라 커패시터(101)들의 균등하게 충전이 되도록 한다.

과전압이 발생하는 울트라 커패시터에 병렬 연결되는 보상용 울트라 커패시터의 용량은 다음의 [수학식 1]에서 구해지는 값(Compen_C) 이내인 것이 바람직하다.

Compen_C = C×(Over_V/Aver_V -1)

여기서, Compen_C는 보상용 울트라 커패시터의 용량,

C는 과전압이 발생한 울트라 커패시터의 용량,

Over_V는 과전압이 발생한 울트라 커패시터의 과전압,

Aver_V는 울트라 커패시터 모듈을 구성하는 울트라 커패시터들의 평균 전압이다.

도 2는 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에서 직렬 연결된 울트라 커패시터간에 충전 전압 편차가 발생한 예를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 균등 충전 단자를 포함하는 울트라 커패시터 모듈에서 과충전이 발생한 울트라 커패시터에 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결한 것을 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 울트라 커패시터 모듈의 각 울트라 커패시터의 충전 전압을 나타낸 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 울트라 커패시터(201 내지 204)를 직렬 연결하여 장시간 사용하게 되면 각 울트라 커패시터(201 내지 204)간에 불균일 충전의 정도가 심해진다. 이는 울트라 커패시터 모듈(200)을 구성하는 울트라 커패시터 중 어느 것이 내부 저항이 증가하거나 용량이 감소하는 것에 기인한다.

그런데, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 과충전이 발생한 울트라 커패시터(301, 302)의 균등 충전 단자에 보상용 울트라 커패시터(401, 402)를 병렬 연결하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 울트라 커패시터 모듈(300)을 구성하는 울트라 커패시터(301 내지 304)간에 충전 전압 편차가 줄어든다. 즉, 과충전이 발생한 울트라 커패시터(301, 302)에 보상용 울트라 커패시터(401, 402)를 병렬 연결하면 저항은 줄어들고 용량은 늘어나게 되어 충전 전압이 낮아지고 다른 울트라 커패시터와의 편차가 줄어들게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 직렬 연결된 울트라 커패시터를 장시간 사용하게 되면 발생하는 울트라 커패시터간 불균일 충전을 보상하여 울트라 커패시터 사용 기간을 영구적으로 늘일 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 다수의 울트라 커패시터가 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 모듈에 있어서,

   상기 직렬 연결된 울트라 커패시터 중 어느 것에서 불균일 충전이 발생할 경우 그 불균일 충전을 보상할 수 있는 보상용 울트라 커패시터를 병렬 연결하기 위해, 상기 직렬 연결되어 있는 울트라 커패시터 각각의 양단에 균등 충전 단자가 구비되고,

   상기 보상용 울트라 커패시터는,

   불균일 충전이 발생한 울트라 커패시터에 병렬 연결됨으로써 내부 저항을 낮추고 용량을 높여 불균일 충전을 완화하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보상용 울트라 커패시터의 용량은 아래 수학식의 Compen_C 이내인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.

   (수학식)

   Compen_C = C×(Over_V/Aver_V -1)

   여기서, Compen_C는 보상용 울트라 커패시터의 용량,

   C는 과전압이 발생한 울트라 커패시터의 용량,

   Over_V는 과전압이 발생한 울트라 커패시터의 과전압,

   Aver_V는 울트라 커패시터 모듈을 구성하는 울트라 커패시터들의 평균 전압.
3. 삭제

Images