KR101492892B1 - 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 팩과 병렬로 연결되어 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 관한 것으로, 상기 발명은 하우징; 상기 하우징의 내부 하부면에 수용되고, 복수개의 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되어 사전에 정해진 개수로 블록화되며, 그 블록화된 모듈들 사이가 제1 부스바에 의해 직렬로 연결됨으로써 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압인 500~750V에 해당하는 전압 대역으로 설정되는 울트라커패시터 모듈; 상기 하우징의 내부를 냉각하기 위해 상기 하우징의 제1 측면에 설치되는 냉각팬; 및 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 울트라커패시터 셀들의 온도를 모니터링하며, 그 모니터링 결과를 이용하여 상기 냉각팬을 구동시키기 위한 커패시터관리장치(CMS)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 상용차에 적합한 사용 전력 범위 내의 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다.

Description

복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩{Ultra-capacitor pack applied to hybrid energy storage devices}

본 발명은 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 관한 것으로, 배터리 팩과 함께 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 관한 것이다.

현재 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 및 전기차(EV)는 상대적으로 에너지 밀도와 출력 밀도가 큰 Li-ion 배터리를 단독으로 장착하고 있으나, 하이브리드 차량 및 전기자동차에서 출발, 순간 등판 및 가속 능력과 회생 제동 효율을 높이기 위해, 신규의 배터리 개발이 되기 전까지 출력 밀도가 높은 울트라커패시터와 복합형으로 개발을 진행하고 있다.

일반적으로, 하이브리드 차량(HEV)이나 전기차(EV)등에서 사용되는 복합형 에너지저장장치는 슈퍼커패시터 또는 울트라커패시터와 같은 전기화학 콘덴서와 납산전지 혹은 Ni-MH, Li-ion, Li-PB등의 배터리를 병렬로 연결하여 사용하는 구조를 갖는다.

특히 에너지 소모가 상대적으로 많은 버스 및 트럭과 같은 중형 상용차의 주행거리를 확보하기 위해서는 복합형 에너지저장장치의 대용량 및 고출력의 구현이 요구된다.

특히, 중형 상용차의 전력원으로서 복합형 에너지저장장치의 적합도를 높이기 위해서는, 복합형 에너지저장장치에 적용되는 배터리 팩과 함께 울트라커패시터 팩의 설계가 중요하다.

그러나, 하이브리드 중형 상용차의 복합형 에너지저장장치에 적용되는 일 모듈로서 최적화된 사양을 갖춘 울트라커패시터 팩에 대한 개발이 미흡한 실정이다.

KR 10-0900280 B

본 발명의 목적은 복합형 에너지저장장치의 일 모듈로서 하이브리드 중형 상용차에 최적화된 울트라커패시터 팩의 사양을 찾아 설계함으로써 하이브리드 중형 상용차에 적합한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩을 제공하는 것이다.

상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 배터리 팩과 병렬로 연결되어 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 관한 것으로, 본 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩은 하우징; 상기 하우징의 내부 하부면에 수용되고, 복수개의 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되어 사전에 정해진 개수로 블록화되며, 그 블록화된 모듈들 사이가 제1 부스바에 의해 직렬로 연결됨으로써 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압인 500~750V에 해당하는 전압 대역으로 설정되는 울트라커패시터 모듈; 상기 하우징의 내부를 냉각하기 위해 상기 하우징의 제1 측면에 설치되는 냉각팬; 및 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 울트라커패시터 셀들의 온도를 모니터링하며, 그 모니터링 결과를 이용하여 상기 냉각팬을 구동시키기 위한 커패시터관리장치(CMS)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 배터리 팩과 병렬로 연결되어 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 관한 것으로, 본 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩은 하우징; 상기 하우징의 내부 하부면에 수용되고, 복수개의 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되어 사전에 정해진 개수로 블록화되며, 그 블록화된 모듈들 사이가 제1 부스바에 의해 직렬로 연결됨으로써 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되는 울트라커패시터 모듈; 상기 하우징의 내부를 냉각하기 위해 상기 하우징의 일 측면에 배치되는 냉각팬; 및 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 울트라커패시터 셀들의 온도를 모니터링하며, 그 모니터링 결과를 이용하여 상기 냉각팬을 구동시키기 위한 커패시터관리장치(CMS)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 전술한 본 발명의 두 측면에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩은 상기 하우징의 제2 측면에 상기 복합형 에너지저장장치 전체를 제어하는 상위 제어기와 통신하기 위해 설치되는 통신단자를 더 포함하고, 상기 커패시터관리장치(CMS)는 상기 울트라커패시터 모듈 전체의 전압과 전류를 모니터링하고 상기 모니터링되는 결과를 상기 통신단자를 통해 상기 상위 제어기로 전송할 수 있다.

전술한 본 발명의 두 측면에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 있어서, 상기 울트라커패시터 모듈은, 상기 하우징에 2단으로 배치되고, 그 2단으로 배치된 울트라커패시터 모듈 사이가 제2 부스바에 의해 직렬로 연결될 수 있다.

또한 상기 하우징은, 상기 블록화된 모듈들 각각이 독립적으로 장착되도록, 내측에 상기 블록화된 모듈들 별로 형성된 장착용 격벽들을 구비할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 상용차에 적합한 사용 전력 범위 내의 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 사시도로서, 하우징의 커버가 생략된 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 사양을 나타내는 표이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 대해 설명한다. 도면들에 표시된 구성들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도로서, 구성에 대한 설명 중 공지기술에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩(1)은 하우징(110), 울트라커패시터 모듈(120), 냉각팬(130), 출력단자(140), 통신단자(150) 및 커패시터관리장치(CMS)(160)로 이루어질 수 있다.

하우징(110)은 내부의 하측면에 울트라커패시터 모듈(120)이 배치되고, 제1 측면, 예를 들면 우측면에 냉각팬(130)이 설치되고, 제2 측면, 예를 들면 좌측면에는 통신단자(150)가 설치되며, 전면측에는 출력단자(140)가 설치될 수 있다.

하우징(110)은 도 1에 도시되지 않았지만, 커버를 구비할 수 있으며, 커버에는 하우징(110)의 내부의 통풍을 위한 통풍공이 형성될 수 있다.

또한, 도 1에 도시되지 않았지만, 하우징(110)은, 후술하는 울트라커패시터 모듈(120)의 블록화된 모듈(122)들을 독립적으로 장착하기 위해, 내측에 장착용 격벽들을 구비할 수 있다.

울트라커패시터 모듈(120)은 복수개의 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되어 사전에 정해진 개수로 블록화되며, 그 블록화된 모듈(122)들의 사이가 제1 부스바(124)에 의해 직렬로 연결됨으로써 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압인 500~750V에 해당하는 전압 대역으로 설정될 수 있다.

또한, 울트라커패시터 모듈(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(110)에 2단으로 배치될 수 있다. 이 경우 2단으로 배치된 울트라커패시터 모듈(120) 사이는 제2 부스바(126)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 여기서, 각 블록화된 모듈(122)들은 하우징의 내측에 형성된 장착용 격벽들에 의해 장착될 수 있다.

이와 같은 울트라커패시터 모듈(120)에 의해 본 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩(1)은 배터리 팩과 병렬로 연결되어 외부 부하로 사용전압인 500~750V을 공급할 수 있다.

냉각팬(130)은 하우징(110)의 내부를 냉각하기 위해 하우징(110)의 좌측면에 설치될 수 있다.

출력단자(140)는 울트라커패시터 모듈(120)의 전력을 외부 부하로 전달하기 위해 하우징(110) 전면에 설치될 수 있다.

통신단자(150)는 복합형 에너지저장장치 전체를 제어하는 상위 제어기와 통신하기 위해 하우징(110)의 좌측면에 설치될 수 있다.

커패시터관리장치(CMS)(160)는 울트라커패시터 모듈(120)을 모니터링 및 제어하기 위한 장치이다. CMS(160)는 단위 셀 및 팩의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 내부 연산에 의해 셀 밸런싱 등을 수행할 수 있다.

CMS(160)는 울트라커패시터 모듈(120) 전체의 전압과 전류와 온도를 모니터링하고 온도 상승 시 울트라커패시터 모듈(120)을 냉각하기 위한 냉각팬(130)을 구동시키고, 모니터링 결과를 통신단자(150)를 통해 상위 제어기(60)로 전송할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩(1)은 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 상용차에 적합한 사용 전력 범위 내의 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩 에 대하여, 구체적 사양을 제시하는 것에 의해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 개략적 사시도로서, 커버가 생략된 도면이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 사양을 나타내는 표이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩(2)은 전술한 실시예와 동일하게 하우징(210), 울트라커패시터 모듈(220), 냉각팬(230), 커패시터관리장치(CMS)(260)로 이루어질 수 있다.

다만, 본 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩(2)은 전술한 실시예와 달리 울트라커패시터 모듈(220)의 사이즈 및 전압 대역을 고려하여, 출력 전압을 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2에 해당하는 대략 240~340V로 설정될 수 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 울트라커패시터 모듈(220)의 운용 전압은 240~340V로 정해질 수 있고, 울트라커패시터 셀 2.7V가 126개 직렬 연결되는 것에 의해 구현될 수 있다.

또한, 울트라커패시터 모듈(220)은, 6개씩 블록화될 수 있고, 블록화된 모듈(222)들 사이는 제1 부스바(224)에 의해 직렬 연결된다. 울트라커패시터 모듈(120)은 좌측에 11개의 블록화된 모듈(222)과 우측에 10개의 블록화된 모듈(222)이 하우징(210) 내측에 2단으로 배치되고, 그 모듈들 사이는 제2 부스바(226)에 의해 직렬 연결될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210)은, 후술하는 울트라커패시터 모듈(220)의 블록화된 모듈(222)들을 독립적으로 장착하기 위해, 내측에 장착용 격벽(215)들을 구비할 수 있다.

울트라커패시터 셀의 용량은 하이브리드 자동차에 사용되는 60kW 모터를 시동 4회(시동 1회시 2초 소요로 가정)가능한 에너지로 계산하고, 손실 마진(20 ~ 30%)을 감안하여 산정된 것으로, 단위 셀에 대한 실제 계산된 용량 값은 2,500F ~ 2,750F이다.

이 계산된 용량 값을 고려하여 본 실시예에 따른 단위 울트라커패시터의 용량은 2500~3500F의 범위 내에서 구현될 수 있다. 여기서는 3000F으로 설정되었다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1, 2: 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩
110, 210: 하우징
120, 220: 울트라커패시터 모듈
122, 222: 블록화된 모듈
124, 224: 제1 부스바
126, 226: 제2 부스바
130, 230: 냉각팬
140: 출력단자
150: 통신단자
160, 260: 커패시터관리장치(CMS)

Claims (6)

1. 삭제
2. 배터리 팩과 병렬로 연결되어 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩에 있어서,
   하우징;
   상기 하우징의 내부 하부면에 수용되고, 복수개의 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되어 사전에 정해진 개수로 블록화되며, 그 블록화된 모듈들은 일정 간격으로 배치되고, 그 블록화된 모듈들 사이가 제1 부스바에 의해 직렬로 연결됨으로써 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되는 울트라커패시터 모듈;
   상기 하우징의 내부를 냉각하기 위해 상기 하우징의 일 측면에 배치되는 냉각팬; 및
   상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 울트라커패시터 셀들의 온도를 모니터링하며, 그 모니터링 결과를 이용하여 상기 냉각팬을 구동시키기 위한 커패시터관리장치(CMS)를 포함하되,
   상기 울트라커패시터 셀은, 용량이 2500~3500F로 마련되며,
   상기 울트라커패시터 모듈은, 상기 하우징에 좌측과 우측의 2단으로 배치되고, 그 2단으로 배치된 울트라커패시터 모듈 사이가 제2 부스바에 의해 직렬로 연결되며,
   상기 하우징은, 상기 블록화된 모듈들 각각이 독립적으로 장착되도록, 내측에 상기 블록화된 모듈들 별로 형성된 장착용 격벽들을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 하우징의 제2 측면에 상기 복합형 에너지저장장치 전체를 제어하는 상위 제어기와 통신하기 위해 설치되는 통신단자를 더 포함하고,
   상기 커패시터관리장치(CMS)는 상기 울트라커패시터 모듈 전체의 전압과 전류를 모니터링하고 상기 모니터링되는 결과를 상기 통신단자를 통해 상기 상위 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩.
   
5. 삭제
6. 삭제

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