KR102415512B1

KR102415512B1 - Ultra capacitor module

Info

Publication number: KR102415512B1
Application number: KR1020140181431A
Authority: KR
Inventors: 김춘택
Original assignee: 현대두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2022-07-01
Also published as: KR20160073078A

Abstract

울트라 커패시터 모듈은 울트라 커패시터부 및 전압 밸런싱 회로를 포함한다. 상기 울트라 커패시터부는 직렬로 연결되는 복수의 울트라 커패시터 셀을 포함한다. 상기 전압 밸런싱 회로는 상기 울트라 커패시터부와 병렬로 연결되어 상기 울트라 커패시터 셀들의 전압을 균등하게 조절한다. 이에 따라, 특정 울트라 커패시터 셀의 급격한 노화를 방지하여 울트라 커패시터 모듈의 수명을 연장할 수 있다.The ultra-capacitor module includes an ultra-capacitor unit and a voltage balancing circuit. The ultracapacitor unit includes a plurality of ultracapacitor cells connected in series. The voltage balancing circuit is connected in parallel with the ultra-capacitor unit to evenly adjust the voltages of the ultra-capacitor cells. Accordingly, the lifespan of the ultra-capacitor module can be extended by preventing rapid aging of a specific ultra-capacitor cell.

Description

Ultra Capacitor Module {ULTRA CAPACITOR MODULE}

본 발명은 울트라 커패시터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 건설기계, 차량 등을 구동하기 위한 울트라 커패시터 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an ultracapacitor module, and more particularly, to an ultracapacitor module for driving a hybrid construction machine, a vehicle, and the like.

울트라 커패시터 모듈은 직렬로 연결되는 복수의 울트라 커패시터 셀들을 포함할 수 있다. 상기 울트라 커패시터 셀들은 직렬로 연결되므로 상기 울트라 커패시터 셀들에 흐르는 전류는 동일하다. The ultracapacitor module may include a plurality of ultracapacitor cells connected in series. Since the ultracapacitor cells are connected in series, the current flowing through the ultracapacitor cells is the same.

상기 각 울트라 커패시터 셀들의 전압 변동은 상기 울트라 커패시터 셀들에 흐르는 전류의 적분에 비례하고, 상기 울트라 커패시터 셀들의 정전용량에 반비례한다. The voltage fluctuation of each of the ultra-capacitor cells is proportional to the integral of the current flowing through the ultra-capacitor cells, and is inversely proportional to the capacitance of the ultra-capacitor cells.

동일한 전류가 상기 울트라 커패시터 셀에 흐르더라도 상대적으로 정전 용량이 작은 셀의 전압이 증가하게 된다. 특정 울트라 커패시터 셀의 전압이 증가하면 노화가 빨리 진행되어 상기 특정 울트라 커패시터 셀의 정전 용량이 더욱 작아지게 된다. 상기 특정 울트라 커패시터 셀의 정전 용량이 더욱 작아지게 되면 상기 특정 울트라 커패시터 셀의 전압은 더욱 증가하여 노화가 빨리 진행되는 악순환이 발생하게 된다. Even when the same current flows through the ultracapacitor cell, the voltage of the cell having a relatively small capacitance increases. When the voltage of a specific ultracapacitor cell increases, aging proceeds faster, resulting in a smaller capacitance of the specific ultracapacitor cell. When the capacitance of the specific ultra-capacitor cell becomes smaller, the voltage of the specific ultra-capacitor cell further increases, resulting in a vicious cycle of rapid aging.

본 발명의 일 목적은 사용 수명이 증가된 하이브리드 건설기계용 울트라 커패시터 모듈을 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide an ultra-capacitor module for a hybrid construction machine with an increased service life.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터 모듈은 울트라 커패시터부 및 전압 밸런싱 회로를 포함한다. 상기 울트라 커패시터부는 직렬로 연결되는 복수의 울트라 커패시터 셀을 포함한다. 상기 전압 밸런싱 회로는 상기 울트라 커패시터부와 병렬로 연결되어 상기 울트라 커패시터 셀들의 전압을 균등하게 조절한다.In order to achieve the above-described object of the present invention, an ultra-capacitor module according to an embodiment of the present invention includes an ultra-capacitor unit and a voltage balancing circuit. The ultracapacitor unit includes a plurality of ultracapacitor cells connected in series. The voltage balancing circuit is connected in parallel with the ultra-capacitor unit to evenly adjust the voltages of the ultra-capacitor cells.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 울트라 커패시터 모듈은 상기 울트라 커패시터 셀들의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부, 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부 및 상기 울트라 커패시터 셀들의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 더 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the ultra-capacitor module compares a cell voltage sensing unit sensing the voltage of the ultra-capacitor cells, a reference voltage generating unit generating a reference voltage, and the voltage of the ultra-capacitor cells with the reference voltage It may further include a voltage comparator.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 밸런싱 회로는 제N 울트라 커패시터 셀의 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 제N 울트라 커패시터 셀의 전압을 감소시키고, 상기 제N 울트라 커패시터 셀을 제외한 울트라 커패시터 셀의 전압을 증가시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, the voltage balancing circuit reduces the voltage of the Nth ultracapacitor cell when the voltage of the Nth ultracapacitor cell is equal to or greater than the reference voltage, and the ultracapacitor except for the Nth ultracapacitor cell The voltage of the cell can be increased.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기준 전압은 상기 울트라 커패시터 셀들의 평균 전압에 문턱 전압을 더하여 생성할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the reference voltage may be generated by adding a threshold voltage to an average voltage of the ultracapacitor cells.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 울트라 커패시터 모듈은 상기 전압 비교부의 비교 신호를 수신하여 구동 신호를 발생시키는 구동 신호 발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 신호 발생부는 포토 커플러 및 게이트 드라이버를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the ultracapacitor module may further include a driving signal generator configured to receive the comparison signal of the voltage comparator and generate a driving signal. The driving signal generator may include a photo coupler and a gate driver.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 신호 발생부로부터 상기 구동 신호를 수신하고, 상기 전압 밸런싱부 회로로부터 상기 울트라 커패시터 셀의 전압을 수신하여, 상기 구동 신호에 전원을 공급하는 구동 신호 전원부를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 신호 전원부는 상기 울트라 커패시터 셀의 전압을 저장하는 전원 커패시터 및 상기 셀 전압을 상기 전원 커패시터로 흘려 보내는 전원 다이오드를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a driving signal power supply unit for receiving the driving signal from the driving signal generator, receiving the voltage of the ultra capacitor cell from the voltage balancing unit circuit, and supplying power to the driving signal may include more. The driving signal power supply unit may include a power capacitor for storing the voltage of the ultracapacitor cell and a power diode for flowing the cell voltage to the power capacitor.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 각각의 상기 울트라 커패시터 셀은 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, each ultracapacitor cell may include a plurality of capacitors.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 밸런싱 회로는 서로 병렬로 연결되는 스위치 및 다이오드 및 상기 스위치와 상기 울트라 커패시터 셀 사이에 배치되는 인덕터를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the voltage balancing circuit may include a switch and a diode connected in parallel to each other, and an inductor disposed between the switch and the ultracapacitor cell.

본 발명의 실시예들에 따르면, 울트라 커패시터 셀의 전압을 모니터링하여 특정 울트라 커패시터 셀의 전압이 높게 발생하게 되면 상기 특정 울트라 커패시터 셀의 전압을 다른 셀로 분배하여 울트라 커패시터 셀들의 전압을 균등하게 할 수 있다. 따라서, 특정 울트라 커패시터 셀의 급격한 노화를 방지하여 울트라 커패시터 모듈의 수명을 연장할 수 있다. According to embodiments of the present invention, when the voltage of a specific ultra capacitor cell is high by monitoring the voltage of the ultra capacitor cell, the voltage of the specific ultra capacitor cell is distributed to other cells to equalize the voltage of the ultra capacitor cells. have. Accordingly, the lifespan of the ultra-capacitor module can be extended by preventing rapid aging of a specific ultra-capacitor cell.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 전기 시스템을 나타나는 블록도이다.
도 2는 도 1의 울트라 커패시터 모듈을 나타내는 회로도이다.
도 3a는 도 2의 제2 스위칭 소자가 턴 온 될 때, 도 2의 전압 밸런싱 회로 및 울트라 커패시터부의 동작을 나타내는 회로도이다.
도 3b는 도 2의 제2 스위칭 소자가 턴 오프 될 때, 도 2의 전압 밸런싱 회로 및 울트라 커패시터부의 동작을 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1의 울트라 커패시터 모듈의 전압 밸런싱 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 전압 밸런싱 회로가 적용되지 않은 울트라 커패시터 모듈의 셀 전압을 나타내는 파형도이다.
도 6은 도 1의 울트라 커패시터 모듈의 셀 전압, 제어 필요 구간 및 구동 신호를 나타내는 파형도이다.1 is a block diagram showing an electric system of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the ultra-capacitor module of FIG. 1 .
FIG. 3A is a circuit diagram illustrating the operation of the voltage balancing circuit and the ultracapacitor of FIG. 2 when the second switching element of FIG. 2 is turned on.
FIG. 3B is a circuit diagram illustrating the operation of the voltage balancing circuit and the ultracapacitor of FIG. 2 when the second switching element of FIG. 2 is turned off.
4 is a flowchart illustrating a voltage balancing method of the ultra-capacitor module of FIG. 1 .
5 is a waveform diagram illustrating a cell voltage of an ultracapacitor module to which a voltage balancing circuit is not applied.
6 is a waveform diagram illustrating a cell voltage, a control required section, and a driving signal of the ultracapacitor module of FIG. 1 .

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural or functional descriptions are only exemplified for the purpose of describing the embodiments of the present invention, and the embodiments of the present invention may be embodied in various forms and the text It should not be construed as being limited to the embodiments described in .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof exists, but one or more other features or numbers , it is to be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted to have meanings consistent with the context of the related art, and are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. .

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and repeated descriptions of the same components are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 전기 시스템을 나타나는 블록도이다. 1 is a block diagram showing an electric system of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 하이브리드 건설기계의 전기 시스템은 엔진 보조 모터(100), 엔진 보조 모터 컨버터(150), 선회 모터(200), 선회 모터 인버터(250), 울트라 커패시터 모듈(300) 및 울트라 커패시터 컨버터(400)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the electric system of the hybrid construction machine includes an engine auxiliary motor 100 , an engine auxiliary motor converter 150 , a turning motor 200 , a turning motor inverter 250 , an ultra capacitor module 300 and an ultra A capacitor converter 400 is included.

상기 하이브리드 건설기계의 전기 시스템은 엔진과 전기 모터를 공통 동력원으로 사용하고, 전기 저장 장치를 포함한다. 상기 전기 저장 장치는 울트라 커패시터 모듈(300)을 포함할 수 있다. The electric system of the hybrid construction machine uses an engine and an electric motor as a common power source and includes an electric storage device. The electrical storage device may include an ultracapacitor module 300 .

상기 엔진 보조 모터 컨버터(150)는 상기 엔진 보조 모터(103)의 동력을 기초로 DC 링크 커패시터(CLINK)를 충전시킨다. 상기 엔진 보조 모터(100)는 엔진과 직접적으로 연결되어 있고, 엔진 구동시 엔진과 동일한 회전수로 회전할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔진 보조 모터 컨버터(150)는 AC/DC 컨버터일 수 있다. The engine auxiliary motor converter 150 charges the DC link capacitor CLINK based on the power of the engine auxiliary motor 103 . The engine auxiliary motor 100 is directly connected to the engine, and may rotate at the same rotation speed as the engine when the engine is driven. For example, the engine auxiliary motor converter 150 may be an AC/DC converter.

상기 선회 모터 인버터(250)는 울트라 커패시터 모듈(300)의 컨택터(UCC)가 온 상태가 되면, 충전된 전압에 따라 선회 모터(200)를 구동시킨다. 상기 선회 모터(200)는 굴삭기의 선회 동작에 필요한 동력을 발생 시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 선회 모터 인버터(250)는 DC/AC 인버터일 수 있다. The turning motor inverter 250 drives the turning motor 200 according to the charged voltage when the contactor UCC of the ultra capacitor module 300 is turned on. The turning motor 200 may generate power required for the turning operation of the excavator. For example, the swing motor inverter 250 may be a DC/AC inverter.

상기 하이브리드 건설기계의 전기 시스템은 상기 엔진 보조 모터 컨버터(150) 및 상기 선회 모터 인버터(250) 사이에 배치되는 DC 링크 커패시터(CLINK)를 더 포함할 수 있다. 상기 DC 링크 커패시터(CLINK)의 제1 단은 상기 엔진 보조 모터 컨버터(150)의 제1 단자 및 상기 선회 모터 인버터(250)의 제1 단자에 연결되고, 상기 DC 링크 커패시터(CLINK)의 제2 단은 상기 엔진 보조 모터 컨버터(150)의 제2 단자 및 상기 선회 모터 인버터(250)의 제2 단자에 연결될 수 있다. The electric system of the hybrid construction machine may further include a DC link capacitor CLINK disposed between the engine auxiliary motor converter 150 and the turning motor inverter 250 . A first end of the DC link capacitor CLINK is connected to a first terminal of the engine auxiliary motor converter 150 and a first terminal of the swing motor inverter 250, and a second terminal of the DC link capacitor CLINK The terminal may be connected to a second terminal of the engine auxiliary motor converter 150 and a second terminal of the turning motor inverter 250 .

상기 DC 링크 커패시터(CLINK)는 엔진 보조 모터 컨버터(150)에 의해 변환된 DC 전압을 충전한다. 상기 DC 링크 커패시터(CLINK)는 울트라 커패시터 컨버터(400)와 연결된다. The DC link capacitor CLINK charges the DC voltage converted by the engine auxiliary motor converter 150 . The DC link capacitor CLINK is connected to the ultra capacitor converter 400 .

상기 울트라 커패시터 컨버터(400)는 DC 링크 커패시터(CLINK)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 상기 울트라 커패시터 모듈(300)을 충전시킨다. 상기 울트라 커패시터 컨버터(400)는 상기 DC 링크 커패시터(CLINK)와 상기 울트라 커패시터 모듈(300) 사이에 배치된다. 상기 울트라 커패시터 모듈(300)에는 상기 울트라 커패시터 컨버터(400)에 의해 변환된 전압이 충전된다. 예를 들어, 상기 울트라 커패시터 컨버터(400)는 DC/DC 컨버터일 수 있다.The ultra-capacitor converter 400 charges the ultra-capacitor module 300 using electrical energy stored in the DC link capacitor CLINK. The ultra capacitor converter 400 is disposed between the DC link capacitor CLINK and the ultra capacitor module 300 . The ultra-capacitor module 300 is charged with the voltage converted by the ultra-capacitor converter 400 . For example, the ultra capacitor converter 400 may be a DC/DC converter.

도 2는 도 1의 울트라 커패시터 모듈(300)을 나타내는 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the ultracapacitor module 300 of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 울트라 커패시터 모듈(300)은 구동 신호 발생부(310), 구동 신호 전원부(320), 전압 밸런싱 회로(330), 울트라 커패시터부(340), 셀 전압 센싱부(350), 기준 전압 생성부(360) 및 전압 비교부(370)를 포함한다. 1 and 2 , the ultra capacitor module 300 includes a driving signal generator 310 , a driving signal power supply 320 , a voltage balancing circuit 330 , an ultra capacitor 340 , and a cell voltage sensing unit. 350 , a reference voltage generator 360 , and a voltage comparator 370 .

상기 울트라 커패시터부(340)는 직렬로 연결되는 복수의 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)을 포함한다. 각각의 상기 울트라 커패시터 셀은 직렬로 연결되는 복수의 커패시터들을 포함한다. The ultracapacitor unit 340 includes a plurality of ultracapacitor cells UC1, UC2, UC3, UC4, and UC5 connected in series. Each of the ultra capacitor cells includes a plurality of capacitors connected in series.

예를 들어, 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)은 직렬로 연결되는 제1 내지 제6 커패시터(C11, C12, C13, C14, C15, C16)를 포함한다. 예를 들어, 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)은 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)과 직렬로 연결된다. 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)은 직렬로 연결되는 제1 내지 제6 커패시터(C21, C22, C23, C24, C25, C26)를 포함한다. 예를 들어, 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)은 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)과 직렬로 연결된다. 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)은 직렬로 연결되는 제1 내지 제6 커패시터(C31, C32, C33, C34, C35, C36)를 포함한다.For example, the first ultra-capacitor cell UC1 includes first to sixth capacitors C11, C12, C13, C14, C15, and C16 connected in series. For example, the second ultra-capacitor cell UC2 is connected in series with the first ultra-capacitor cell UC1. The second ultracapacitor cell UC2 includes first to sixth capacitors C21, C22, C23, C24, C25, and C26 connected in series. For example, the third ultra-capacitor cell UC3 is connected in series with the second ultra-capacitor cell UC2. The third ultracapacitor cell UC3 includes first to sixth capacitors C31, C32, C33, C34, C35, and C36 connected in series.

상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 울트라 커패시터부(340)와 병렬로 연결되어 상기 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 균등하게 조절한다. The voltage balancing circuit 330 is connected in parallel with the ultra-capacitor unit 340 to equally adjust the voltages of the ultra-capacitor cells UC1, UC2, UC3, UC4, and UC5.

상기 전압 밸런싱 회로(330)는 서로 병렬로 연결되는 스위치 및 다이오드 및 상기 스위치와 상기 울트라 커패시터 셀 사이에 배치되는 인덕터를 포함할 수 있다. The voltage balancing circuit 330 may include a switch and a diode connected in parallel to each other, and an inductor disposed between the switch and the ultracapacitor cell.

제1 울트라 커패시터 셀(UC1)에 대응하여, 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 병렬로 연결되는 제1 스위치(Q1) 및 제1 다이오드(D1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스위치(Q1)의 제어 단자는 상기 구동 신호 전원부(320)에 연결되고, 상기 제1 스위치(Q1)의 입력 단자는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 제1 단에 연결되며, 상기 제1 스위치(Q1)의 출력 단자는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 제2 단에 연결된다. 예를 들어, 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 상기 제2 단에 연결되고, 상기 제1 다이오드(D1)의 캐소드는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 상기 제1 단에 연결된다.Corresponding to the first ultra capacitor cell UC1 , the voltage balancing circuit 330 may include a first switch Q1 and a first diode D1 connected in parallel. For example, the control terminal of the first switch Q1 is connected to the driving signal power supply unit 320 , and the input terminal of the first switch Q1 is the first terminal of the first ultra capacitor cell UC1 . is connected to, the output terminal of the first switch (Q1) is connected to the second terminal of the first ultra-capacitor cell (UC1). For example, the anode of the first diode D1 is connected to the second end of the first ultra capacitor cell UC1, and the cathode of the first diode D1 is the first ultra capacitor cell UC1 ) is connected to the first end of

이와 마찬가지로, 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)에 대응하여, 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 병렬로 연결되는 제2 스위치(Q2) 및 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 스위치(Q2)의 제어 단자는 상기 구동 신호 전원부(320)에 연결되고, 상기 제2 스위치(Q1)의 입력 단자는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 제1 단에 연결되며, 상기 제2 스위치(Q2)의 출력 단자는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 제2 단에 연결된다. 예를 들어, 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 상기 제2 단에 연결되고, 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 상기 제1 단에 연결된다.Likewise, in response to the second ultra-capacitor cell UC2 , the voltage balancing circuit 330 may include a second switch Q2 and a second diode D2 connected in parallel. For example, the control terminal of the second switch Q2 is connected to the driving signal power supply unit 320 , and the input terminal of the second switch Q1 is the first terminal of the second ultracapacitor cell UC2 . is connected to, and an output terminal of the second switch Q2 is connected to a second terminal of the second ultra capacitor cell UC2. For example, the anode of the second diode D2 is connected to the second end of the second ultra capacitor cell UC2, and the cathode of the second diode D2 is the second ultra capacitor cell UC2 ) is connected to the first end of

상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 인접한 스위치들과 상기 인접한 울트라 커패시터 셀 사이에 배치되는 인덕터를 포함한다. 예를 들어, 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 인접한 제1 및 제2 스위치들(Q1, Q2)과 상기 인접한 제1 및 제2 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2) 사이에 배치되는 제1 인덕터(L1)를 포함한다. 이와 마찬가지로, 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 인접한 제2 및 제3 스위치들(Q2, Q3)과 상기 인접한 제2 및 제3 울트라 커패시터 셀(UC2, UC3) 사이에 배치되는 제2 인덕터(L2), 상기 인접한 제3 및 제4 스위치들(Q3, Q4)과 상기 인접한 제3 및 제4 울트라 커패시터 셀(UC3, UC4) 사이에 배치되는 제3 인덕터(L3) 및 상기 인접한 제4 및 제5 스위치들(Q4, Q5)과 상기 인접한 제4 및 제5 울트라 커패시터 셀(UC4, UC5) 사이에 배치되는 제4 인덕터(L4)를 포함할 수 있다. The voltage balancing circuit 330 includes an inductor disposed between the adjacent switches and the adjacent ultra capacitor cell. For example, the voltage balancing circuit 330 may include a first inductor disposed between the adjacent first and second switches Q1 and Q2 and the adjacent first and second ultracapacitor cells UC1 and UC2 ( L1). Likewise, the voltage balancing circuit 330 includes a second inductor L2 disposed between the adjacent second and third switches Q2 and Q3 and the adjacent second and third ultracapacitor cells UC2 and UC3. ), a third inductor L3 disposed between the adjacent third and fourth switches Q3 and Q4 and the adjacent third and fourth ultracapacitor cells UC3 and UC4, and the adjacent fourth and fifth A fourth inductor L4 disposed between the switches Q4 and Q5 and the adjacent fourth and fifth ultra-capacitor cells UC4 and UC5 may be included.

반면, 상기 제1 스위치(Q1)의 상기 제1 단 및 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 제1 단 사이에는 인덕터가 배치되지 않고, 상기 제5 스위치(Q5)의 상기 제2 단 및 상기 제5 울트라 커패시터 셀(UC5)의 제2 단 사이에는 인덕터가 배치되지 않는다. 따라서, 전압이 상승하는 울트라 커패시터 셀의 전압이 다른 셀들로 골고루 분배될 수 있다. On the other hand, no inductor is disposed between the first end of the first switch Q1 and the first end of the first ultra capacitor cell UC1, and the second end of the fifth switch Q5 and the An inductor is not disposed between the second ends of the fifth ultra-capacitor cell UC5. Accordingly, the voltage of the ultra-capacitor cell whose voltage rises may be evenly distributed to other cells.

상기 셀 전압 센싱부(350)는 상기 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 센싱한다. 예를 들어, 상기 셀 전압 센싱부(350)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)에 병렬로 연결되어 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 센싱하는 제1 센서(S1)를 포함한다. 마찬가지로, 상기 셀 전압 센싱부(350)는 상기 제2 울트라 커패시터(UC2)에 병렬로 연결되어 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 센싱하는 제2 센서(S2), 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)에 병렬로 연결되어 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)의 전압을 센싱하는 제3 센서(S3), 상기 제4 울트라 커패시터 셀(UC4)에 병렬로 연결되어 상기 제4 울트라 커패시터 셀(UC4)의 전압을 센싱하는 제4 센서(S4) 및 상기 제5 울트라 커패시터 셀(UC5)에 병렬로 연결되어 상기 제5 울트라 커패시터 셀(UC5)의 전압을 센싱하는 제5 센서(S5)를 포함할 수 있다. The cell voltage sensing unit 350 senses voltages of the ultra capacitor cells UC1 , UC2 , UC3 , UC4 , and UC5 . For example, the cell voltage sensing unit 350 includes a first sensor S1 connected in parallel to the first ultra-capacitor cell UC1 to sense the voltage of the first ultra-capacitor cell UC1. . Similarly, the cell voltage sensing unit 350 is connected in parallel to the second ultra-capacitor UC2 to sense the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2, the second sensor S2, and the third ultra-capacitor A third sensor S3 connected in parallel to the cell UC3 to sense the voltage of the third ultra-capacitor cell UC3, and the fourth ultra-capacitor cell connected in parallel to the fourth ultra-capacitor cell UC4 A fourth sensor (S4) for sensing the voltage of (UC4) and a fifth sensor (S5) connected in parallel to the fifth ultra-capacitor cell (UC5) for sensing the voltage of the fifth ultra-capacitor cell (UC5) may include

상기 셀 전압 센싱부(350)는 센싱된 상기 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 상기 비교부(370)에 출력한다. The cell voltage sensing unit 350 outputs the sensed voltages of the ultracapacitor cells UC1 , UC2 , UC3 , UC4 , and UC5 to the comparator 370 .

상기 기준 전압 생성부(360)는 기준 전압을 생성한다. 상기 기준 전압은 상기 울트라 커패시터 셀들의 평균 전압에 문턱 전압을 더하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 문턱 전압은 상기 울트라 커패시터부(340)의 특성에 의해 적절히 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 문턱 전압은 시간의 흐름에 따라 가변할 수 있다. The reference voltage generator 360 generates a reference voltage. The reference voltage may be generated by adding a threshold voltage to an average voltage of the ultracapacitor cells. For example, the threshold voltage may be appropriately set according to the characteristics of the ultracapacitor unit 340 . For example, the threshold voltage may vary over time.

상기 기준 전압 생성부(360)는 상기 울트라 커패시터부(340)의 첫 울트라 커패시터 셀(UC1) 내지 마지막 울트라 커패시터 셀(UC5) 사이의 전압을 센싱하는 센서(SA) 및 연산부(OP)를 포함할 수 있다. 상기 연산부(OP)는 상기 울트라 커패시터부(340)의 전압을 이용하여 상기 울트라 커패시터 셀들의 평균 전압을 연산하고, 상기 울트라 커패시터 셀들의 평균 전압에 상기 문턱 전압을 합산할 수 있다. The reference voltage generator 360 may include a sensor SA and an arithmetic unit OP for sensing the voltage between the first ultra capacitor cell UC1 to the last ultra capacitor cell UC5 of the ultra capacitor unit 340 . can The operation unit OP may calculate an average voltage of the ultracapacitor cells using the voltage of the ultracapacitor unit 340 and add the threshold voltage to the average voltage of the ultracapacitor cells.

상기 기준 전압 생성부(360)는 상기 기준 전압을 상기 비교부(370)에 출력한다.The reference voltage generator 360 outputs the reference voltage to the comparator 370 .

상기 비교부(370)는 상기 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 상기 기준 전압과 비교한다. The comparator 370 compares the voltages of the ultracapacitor cells UC1 , UC2 , UC3 , UC4 , and UC5 with the reference voltage.

상기 비교부(370)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 제1 비교기(CM1)를 포함한다. 상기 제1 비교기(CM1)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과를 상기 구동 신호 발생부(310)로 출력한다. The comparator 370 includes a first comparator CM1 that compares the voltage of the first ultra capacitor cell UC1 with the reference voltage. The first comparator CM1 outputs a comparison result of the voltage of the first ultra-capacitor cell UC1 and the reference voltage to the driving signal generator 310 .

이와 마찬가지로, 상기 비교부(370)는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 제2 비교기(CM2), 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 제3 비교기(CM3), 상기 제4 울트라 커패시터 셀(UC4)의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 제4 비교기(CM4) 및 상기 제5 울트라 커패시터 셀(UC5)의 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 제5 비교기(CM5)를 포함한다. 상기 제2 비교기(CM2)는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과를 상기 구동 신호 발생부(310)로 출력한다. 상기 제3 비교기(CM3)는 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과를 상기 구동 신호 발생부(310)로 출력한다. 상기 제4 비교기(CM4)는 상기 제4 울트라 커패시터 셀(UC4)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과를 상기 구동 신호 발생부(310)로 출력한다. 상기 제5 비교기(CM5)는 상기 제5 울트라 커패시터 셀(UC5)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과를 상기 구동 신호 발생부(310)로 출력한다.Likewise, the comparator 370 compares the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 with the reference voltage, and compares the voltage of the third ultra-capacitor cell UC3 with the second comparator CM2 to the reference voltage. A third comparator CM3 comparing with, a fourth comparator CM4 comparing the voltage of the fourth ultra-capacitor cell UC4 with the reference voltage, and a voltage of the fifth ultra-capacitor cell UC5 are compared with the reference voltage and a fifth comparator CM5 for comparing with . The second comparator CM2 outputs a comparison result of the voltage of the second ultracapacitor cell UC2 and the reference voltage to the driving signal generator 310 . The third comparator CM3 outputs a comparison result of the voltage of the third ultra-capacitor cell UC3 and the reference voltage to the driving signal generator 310 . The fourth comparator CM4 outputs a comparison result of the voltage of the fourth ultracapacitor cell UC4 and the reference voltage to the driving signal generator 310 . The fifth comparator CM5 outputs a comparison result of the voltage of the fifth ultracapacitor cell UC5 and the reference voltage to the driving signal generator 310 .

상기 구동 신호 발생부(310)는 상기 전압 비교부(370)의 비교 신호를 수신하여 구동 신호를 발생시킨다. 상기 구동 신호 발생부(310)는 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)에 대응하는 제1 포토 커플러(PC1) 및 제1 게이트 드라이버(GD1)를 포함할 수 있다. 상기 제1 포토 커플러(PC1)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과에 대응하는 제1 비교 신호를 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)에 전달한다. 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)는 상기 제1 비교 신호를 기초로 제1 구동 신호를 생성한다. 예를 들어, 상기 제1 포토 커플러(PC1)는 상기 제1 비교 신호를 절연하여 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)에 전달하는 절연 회로 소자일 수 있다.The driving signal generator 310 receives the comparison signal of the voltage comparator 370 and generates a driving signal. The driving signal generator 310 may include a first photo coupler PC1 and a first gate driver GD1 corresponding to the first ultra-capacitor cell UC1 . The first photo coupler PC1 transmits a first comparison signal corresponding to a result of comparing the voltage of the first ultracapacitor cell UC1 and the reference voltage to the first gate driver GD1. The first gate driver GD1 generates a first driving signal based on the first comparison signal. For example, the first photo coupler PC1 may be an insulating circuit device that insulates the first comparison signal and transmits it to the first gate driver GD1 .

이와 마찬가지로, 상기 구동 신호 발생부(310)는 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)에 대응하는 제2 포토 커플러(PC2) 및 제2 게이트 드라이버(GD2)를 포함할 수 있다. 상기 제2 포토 커플러(PC2)는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압 및 상기 기준 전압의 비교 결과에 대응하는 제2 비교 신호를 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)에 전달한다. 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)는 상기 제2 비교 신호를 기초로 제2 구동 신호를 생성한다.Likewise, the driving signal generator 310 may include a second photo coupler PC2 and a second gate driver GD2 corresponding to the second ultra capacitor cell UC2 . The second photo coupler PC2 transmits a second comparison signal corresponding to a result of comparing the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 and the reference voltage to the second gate driver GD2. The second gate driver GD2 generates a second driving signal based on the second comparison signal.

상기 구동 신호 전원부(320)는 상기 구동 신호 발생부(310)로부터 상기 구동 신호를 수신하고, 상기 전압 밸런싱부 회로로부터 상기 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 수신하여, 상기 구동 신호에 전원을 공급한다. The driving signal power supply unit 320 receives the driving signal from the driving signal generator 310, and receives the voltage of the ultra capacitor cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5 from the voltage balancing unit circuit. , to supply power to the driving signal.

상기 구동 신호 전원부(320)는 상기 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 저장하는 전원 커패시터(CA1, CA2, CA3, CA4, CA5) 및 상기 울트라 커패시터 셀(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 상기 전원 커패시터(CA1, CA2, CA3, CA4, CA5)로 흘려 보내는 전원 다이오드(DA1, DA2, DA3, DA4, DA5)를 포함할 수 있다. The driving signal power supply unit 320 is a power capacitor (CA1, CA2, CA3, CA4, CA5) for storing the voltage of the ultra-capacitor cells (UC1, UC2, UC3, UC4, UC5) and the ultra-capacitor cells (UC1, UC2) , UC3, UC4, UC5 may include a power supply diode (DA1, DA2, DA3, DA4, DA5) for flowing the voltage of the power supply capacitor (CA1, CA2, CA3, CA4, CA5).

상기 구동 신호 전원부(320)는 상기 게이트 드라이버(GD1, GD2, GD3, GD4, GD5)의 구동 신호에 전원을 공급하여 상기 전압 밸런싱 회로(340)의 상기 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5)의 제어 단자에 전달한다.The driving signal power supply unit 320 supplies power to the driving signals of the gate drivers GD1 , GD2 , GD3 , GD4 , and GD5 to supply power to the switches Q1 , Q2 , Q3 , Q4 , Q5 of the voltage balancing circuit 340 . ) to the control terminal.

상기 구동 신호 전원부(320)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 저장하는 제1 전원 커패시터(CA1) 및 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 상기 제1 전원 커패시터(CA1)로 흘려 보내는 제1 전원 다이오드(DA1)를 포함할 수 있다. The driving signal power supply unit 320 converts the first power capacitor CA1 to store the voltage of the first ultracapacitor cell UC1 and the voltage of the first ultracapacitor cell UC1 to the first power capacitor CA1. It may include a first power diode (DA1) flowing through the.

이와 마찬가지로, 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 저장하는 제2 전원 커패시터(CA2) 및 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 상기 제2 전원 커패시터(CA2)로 흘려 보내는 제2 전원 다이오드(DA2)를 포함할 수 있다.Similarly, a second power capacitor CA2 for storing the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 and a second power supply capacitor CA2 for flowing the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 to the second power capacitor CA2 A power diode DA2 may be included.

예를 들어, 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우, 상기 제1 비교 신호는 하이 레벨을 갖고, 상기 제1 비교 신호는 상기 제1 포토 커플러(PC1)에 의해 절연되어 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)에 전달된다. 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)는 하이 레벨을 갖는 제1 구동 신호를 생성하며, 상기 제1 구동 신호는 상기 제1 전원 커패시터(CA1)에 저장된 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 기초로 전원을 공급받아, 상기 제1 스위치(Q1)의 제어 단자에 입력된다. 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 나머지 상기 제2 내지 제5 울트라 커패시터 셀들(UC2 내지 UC5)로 배분하여 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)이 급격히 노화되는 것을 방지할 수 있다.For example, when the voltage of the first ultracapacitor cell UC1 is equal to or greater than the reference voltage, the first comparison signal has a high level, and the first comparison signal is insulated by the first photocoupler PC1 and transmitted to the first gate driver GD1. The first gate driver GD1 generates a first driving signal having a high level, and the first driving signal is based on the voltage of the first ultra capacitor cell UC1 stored in the first power capacitor CA1. is supplied with power, and is input to the control terminal of the first switch Q1. The voltage balancing circuit 330 distributes the voltage of the first ultra-capacitor cell UC1 to the remaining second to fifth ultra-capacitor cells UC2 to UC5 so that the first ultra-capacitor cell UC1 rapidly ages. can be prevented from becoming

이와 마찬가지로, 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우, 상기 제2 비교 신호는 하이 레벨을 갖고, 상기 제2 비교 신호는 상기 제2 포토 커플러(PC2)에 의해 절연되어 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)에 전달된다. 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)는 하이 레벨을 갖는 제2 구동 신호를 생성하며, 상기 제2 구동 신호는 상기 제2 전원 커패시터(CA2)에 저장된 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 기초로 전원을 공급받아, 상기 제2 스위치(Q2)의 제어 단자에 입력된다. 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압을 나머지 상기 제1 및 제3 내지 제5 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC3, UC4, UC5)로 배분하여 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)이 급격히 노화되는 것을 방지할 수 있다.Likewise, when the voltage of the second ultracapacitor cell UC2 is equal to or greater than the reference voltage, the second comparison signal has a high level, and the second comparison signal is insulated by the second photocoupler PC2. It is transmitted to the second gate driver GD2. The second gate driver GD2 generates a second driving signal having a high level, and the second driving signal is based on the voltage of the second ultracapacitor cell UC2 stored in the second power capacitor CA2. is supplied with power, and is input to the control terminal of the second switch Q2. The voltage balancing circuit 330 divides the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 to the remaining first and third to fifth ultra-capacitor cells UC1, UC3, UC4, and UC5 to divide the second ultra-capacitor cell UC2. It is possible to prevent the cell UC2 from rapidly aging.

상기 전원 밸런싱 회로(330)의 동작에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 이하 상세히 설명한다. An operation of the power balancing circuit 330 will be described in detail below with reference to FIGS. 3A and 3B .

도 3a는 도 2의 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴 온 될 때, 도 2의 전압 밸런싱 회로(330) 및 울트라 커패시터부(340)의 동작을 나타내는 회로도이다. 도 3b는 도 2의 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴 오프 될 때, 도 2의 전압 밸런싱 회로(330) 및 울트라 커패시터부(340)의 동작을 나타내는 회로도이다. FIG. 3A is a circuit diagram illustrating operations of the voltage balancing circuit 330 and the ultracapacitor unit 340 of FIG. 2 when the second switching element Q2 of FIG. 2 is turned on. FIG. 3B is a circuit diagram illustrating operations of the voltage balancing circuit 330 and the ultracapacitor unit 340 of FIG. 2 when the second switching element Q2 of FIG. 2 is turned off.

도 3a 및 도 3b는 상기 울트라 커패시터부(340)의 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우를 예시하여 상기 전압 밸런싱 회로(330)의 동작을 설명한다.3A and 3B illustrate the operation of the voltage balancing circuit 330 by exemplifying a case in which the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 of the ultra-capacitor unit 340 is equal to or greater than the reference voltage.

도 1, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 상기 제2 센서(S2)에서 센싱된 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압이 상기 기준 전압 생성부(360)에서 생성된 기준 전압 이상인 경우, 상기 제2 비교기(CM2)의 제2 비교 신호는 하이 레벨을 갖는다. 1, 2 and 3A, when the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 sensed by the second sensor S2 is equal to or greater than the reference voltage generated by the reference voltage generator 360, The second comparison signal of the second comparator CM2 has a high level.

상기 제2 비교 신호는 상기 구동 신호 발생부(310)의 제2 포토 커플러(PC2)로 전달된다. 상기 제2 포토 커플러(PC2)는 상기 제2 비교 신호를 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)로 전달하고, 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)는 하이 레벨의 제2 구동 신호를 생성한다. 상기 제2 구동 신호는 상기 제2 전원 커패시터(CA2)에 의해 전원을 공급받아, 상기 제2 스위치(Q2)의 제어 단자에 전달된다. The second comparison signal is transmitted to the second photo coupler PC2 of the driving signal generator 310 . The second photo coupler PC2 transfers the second comparison signal to the second gate driver GD2 , and the second gate driver GD2 generates a second driving signal having a high level. The second driving signal is supplied with power by the second power capacitor CA2 and is transmitted to the control terminal of the second switch Q2.

상기 제2 스위치(Q2)는 하이 레벨의 상기 제2 구동 신호에 의해 턴 온된다. 상기 제2 스위치(Q2)가 턴 온되면, 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 에너지가 인접한 제1 및 제2 인덕터들(L1, L2)로 이동하게 된다. The second switch Q2 is turned on by the second driving signal having a high level. When the second switch Q2 is turned on, the energy of the second ultra capacitor cell UC2 moves to the adjacent first and second inductors L1 and L2.

상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 에너지가 인접한 상기 제1 및 제2 인덕터들(L1, L2)로 이동하게 되면, 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압은 서서히 감소하게 된다. 시간이 지나면, 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압이 상기 기준 전압 미만으로 감소하게 된다.When the energy of the second ultra-capacitor cell UC2 moves to the adjacent first and second inductors L1 and L2, the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 gradually decreases. As time elapses, the voltage of the second ultra-capacitor cell UC2 is reduced to less than the reference voltage.

도 1, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 상기 제2 센서(S2)에서 센싱된 상기 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 전압이 상기 기준 전압 생성부(360)에서 생성된 기준 전압 미만인 경우, 상기 제2 비교기(CM2)의 제2 비교 신호는 로우 레벨을 갖는다. 1, 2 and 3B, when the voltage of the second ultra capacitor cell UC2 sensed by the second sensor S2 is less than the reference voltage generated by the reference voltage generator 360, The second comparison signal of the second comparator CM2 has a low level.

상기 제2 비교 신호는 상기 구동 신호 발생부(310)의 제2 포토 커플러(PC2)로 전달된다. 상기 제2 포토 커플러(PC2)는 상기 제2 비교 신호를 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)로 전달하고, 상기 제2 게이트 드라이버(GD2)는 로우 레벨의 제2 구동 신호를 생성한다. 상기 제2 구동 신호는 상기 제2 전원 커패시터(CA2)에 의해 전원을 공급받아, 상기 제2 스위치(Q2)의 제어 단자에 전달된다. The second comparison signal is transmitted to the second photo coupler PC2 of the driving signal generator 310 . The second photo coupler PC2 transfers the second comparison signal to the second gate driver GD2, and the second gate driver GD2 generates a second driving signal of a low level. The second driving signal is supplied with power by the second power capacitor CA2 and is transmitted to the control terminal of the second switch Q2.

상기 제2 스위치(Q2)는 로우 레벨의 상기 제2 구동 신호에 의해 턴 오프된다. 상기 제2 스위치(Q2)가 턴 오프되면, 인덕턴스의 전류가 급격히 변하지 못하는 성질에 의해, 상기 제1 인덕터(L1)에 흐르던 전류는 상기 제1 스위치(Q1)에 병렬로 연결된 상기 제1 다이오드(D1)로 흐르고, 상기 제2 인덕터(L2)에 흐르던 전류는 상기 제3 스위치(Q3)에 병렬로 연결된 상기 제3 다이오드(D3)로 흐른다. The second switch Q2 is turned off by the second driving signal of a low level. When the second switch Q2 is turned off, due to the property that the inductance current does not change rapidly, the current flowing in the first inductor L1 is the first diode connected in parallel to the first switch Q1 ( D1) and the current flowing in the second inductor L2 flows into the third diode D3 connected in parallel to the third switch Q3.

상기 제1 다이오드(D1)로 흐르는 전류는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 증가시키고, 상기 제3 다이오드(D3)로 흐르는 전류는 상기 제3 울트라 커패시터 셀(UC3)의 전압을 증가시킨다. The current flowing through the first diode D1 increases the voltage of the first ultracapacitor cell UC1, and the current flowing through the third diode D3 increases the voltage of the third ultracapacitor cell UC3. make it

또한 도시하지 않았으나, 상기 제1 다이오드(D1)로 흐르는 전류 및 상기 제3 다이오드(D3)로 흐르는 전류는 제4 및 제5 울트라 커패시터 셀(UC4, UC5) 방향으로도 흘러 상기 제4 및 제5 울트라 커패시터 셀(UC4, UC5)의 전압을 함께 증가시킬 수 있다. Also, although not shown, the current flowing through the first diode D1 and the current flowing through the third diode D3 also flow in the directions of the fourth and fifth ultracapacitor cells UC4 and UC5 and the fourth and fifth The voltages of the ultra capacitor cells UC4 and UC5 can be increased together.

도 4는 도 1의 울트라 커패시터 모듈(300)의 전압 밸런싱 방법을 나타내는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a voltage balancing method of the ultra-capacitor module 300 of FIG. 1 .

상기 셀 전압 센싱부(350)는 각 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압을 센싱하고, 상기 기준 전압 생성부(360)는 상기 울트라 커패시터 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 평균 전압에 문턱 전압을 합산하여 기준 전압을 생성한다 (단계 S100).The cell voltage sensing unit 350 senses a voltage of each of the ultra-capacitor cells UC1, UC2, UC3, UC4, and UC5, and the reference voltage generator 360 includes the ultra-capacitor cells UC1, UC2, UC3, A reference voltage is generated by adding the threshold voltage to the average voltage of UC4 and UC5 (step S100).

상기 비교부(370)는 상기 각 셀들(UC1, UC2, UC3, UC4, UC5)의 전압과 상기 기준 전압을 비교한다 (단계 S200).The comparator 370 compares the voltages of the cells UC1 , UC2 , UC3 , UC4 , and UC5 with the reference voltage (step S200 ).

상기 셀 전압이 상기 기준 전압보다 크거나 같은 경우에 상기 전압 밸런싱 회로(330)가 동작하여 상기 셀 전압이 상기 기준 전압보다 큰 셀의 전압을 나머지 셀들로 분배한다. When the cell voltage is greater than or equal to the reference voltage, the voltage balancing circuit 330 operates to distribute the voltage of the cell having the cell voltage greater than the reference voltage to the remaining cells.

상기 셀 전압이 상기 기준 전압보다 크지 않은 경우에 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 동작하지 않는다. When the cell voltage is not greater than the reference voltage, the voltage balancing circuit 330 does not operate.

도 5는 전압 밸런싱 회로가 적용되지 않은 울트라 커패시터 모듈의 셀 전압을 나타내는 파형도이다. 도 6은 도 1의 울트라 커패시터 모듈의 셀 전압, 제어 필요 구간 및 구동 신호를 나타내는 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a cell voltage of an ultracapacitor module to which a voltage balancing circuit is not applied. 6 is a waveform diagram illustrating a cell voltage, a control required period, and a driving signal of the ultracapacitor module of FIG. 1 .

도 5 및 도 6에서는 설명의 편의 상 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1) 및 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압만을 도시하였다. 5 and 6 illustrate only cell voltages of the first ultra-capacitor cell UC1 and the second ultra-capacitor cell UC2 for convenience of description.

도 5를 참조하면, 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)보다 높은 값을 갖는다. 울트라 커패시터 모듈의 시동 시에 상기 울트라 커패시터 셀에 서로 다른 전압이 충전될 수 있다. Referring to FIG. 5 , the cell voltage VUC1 of the first ultra capacitor cell UC1 has a higher value than the cell voltage VUC2 of the second ultra capacitor cell UC2 . When the ultra-capacitor module is started, different voltages may be charged to the ultra-capacitor cells.

도 5의 울트라 커패시터 모듈은 상기 전압 밸런싱 회로를 포함하지 않으므로, 정상적인 동작에서도 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)보다 계속하여 높은 값을 유지한다. 상기 울트라 커패시터 모듈이 계속하여 동작되면서 상기 울트라 커패시터 셀 전압의 차이(VUC2-VUC1)는 더욱 커질 수 있고, 결과적으로 특정 울트라 커패시터 셀의 고장으로 발전할 수 있다. Since the ultracapacitor module of FIG. 5 does not include the voltage balancing circuit, even in normal operation, the cell voltage VUC1 of the first ultracapacitor cell UC1 is higher than the cell voltage VUC2 of the second ultracapacitor cell UC2. Continue to maintain high values. As the ultra-capacitor module continues to operate, the difference (VUC2-VUC1) of the ultra-capacitor cell voltage may become larger, and as a result, a specific ultra-capacitor cell may fail.

도 6을 참조하면, 도 5와 마찬가지로 시동 시에 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)보다 높은 값을 갖는다. Referring to FIG. 6 , similar to FIG. 5 , at startup, the cell voltage VUC1 of the first ultracapacitor cell UC1 has a higher value than the cell voltage VUC2 of the second ultracapacitor cell UC2 .

본 실시예의 울트라 커패시터 모듈(300)은 전압 밸런싱 회로(330)를 포함한다. 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)의 차이가 인지되는 제어 필요 구간에서, 상기 전압 밸런싱 회로(330)가 동작하게 된다. The ultracapacitor module 300 of this embodiment includes a voltage balancing circuit 330 . The cell voltage VUC1 of the first ultra-capacitor cell UC1 operates in a control-required period in which the difference between the cell voltage VUC2 of the second ultra-capacitor cell UC2 is recognized, and the voltage balancing circuit 330 operates. do.

상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압(VUC1)이 기준 전압 이상인 경우, 상기 제1 게이트 드라이버(GD1)는 제1 구동 신호 펄스를 생성한다. 상기 제1 구동 신호 펄스에 응답하여 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 전압을 나머지 울트라 커패시터 셀들(예컨대, UC2)로 배분한다. 따라서, 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)의 차이는 감소하게 된다. When the voltage VUC1 of the first ultracapacitor cell UC1 is equal to or greater than the reference voltage, the first gate driver GD1 generates a first driving signal pulse. In response to the first driving signal pulse, the voltage balancing circuit 330 distributes the voltage of the first ultra-capacitor cell UC1 to the remaining ultra-capacitor cells (eg, UC2). Accordingly, the difference between the cell voltage VUC1 of the first ultracapacitor cell UC1 and the cell voltage VUC2 of the second ultracapacitor cell UC2 is reduced.

상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)의 차이가 인지되지 않는 구간에서는 상기 전압 밸런싱 회로(330)가 동작하지 않는다. 다시, 상기 제1 울트라 커패시터 셀(UC1)의 셀 전압(VUC1)은 제2 울트라 커패시터 셀(UC2)의 셀 전압(VUC2)의 차이가 인지되면 상기 전압 밸런싱 회로(330)가 동작하여 상기 울트라 커패시터 셀들 간의 셀 전압의 차이를 감소시키게 된다.The voltage balancing circuit 330 does not operate in a period in which the difference between the cell voltage VUC1 of the first ultra-capacitor cell UC1 and the cell voltage VUC2 of the second ultra-capacitor cell UC2 is not recognized. Again, when the difference between the cell voltage VUC1 of the first ultracapacitor cell UC1 and the cell voltage VUC2 of the second ultracapacitor cell UC2 is recognized, the voltage balancing circuit 330 operates to operate the ultracapacitor The difference in cell voltage between cells is reduced.

본 실시예에 따르면, 상기 전압 밸런싱 회로(330)는 제N 울트라 커패시터 셀의 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 제N 울트라 커패시터 셀의 전압을 감소시키고, 상기 제N 울트라 커패시터 셀을 제외한 울트라 커패시터 셀의 전압을 증가시켜, 상기 제N 울트라 커패시터 셀의 전압이 급격히 노화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 울트라 커패시터 모듈(300)의 수명을 연장할 수 있다. According to this embodiment, the voltage balancing circuit 330 reduces the voltage of the Nth ultracapacitor cell when the voltage of the Nth ultracapacitor cell is equal to or greater than the reference voltage, and reduces the voltage of the Nth ultracapacitor cell, except for the Nth ultracapacitor cell. By increasing the voltage of the cell, it is possible to prevent the voltage of the Nth ultra-capacitor cell from rapidly aging. Accordingly, the lifespan of the ultracapacitor module 300 may be extended.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 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.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

100: 엔진 보조 모터 150: 엔진 보조 모터 컨버터
200: 선회 모터 250: 선회 모터 인버터
300: 울트라 커패시터 모듈 310: 구동 신호 발생부
320: 구동 신호 전원부 330: 전압 밸런싱 회로
340: 울트라 커패시터부 350: 셀 전압 센싱부
360: 기준 전압 생성부 370: 전압 비교부
400: 울트라 커패시터 컨버터100: engine auxiliary motor 150: engine auxiliary motor converter
200: slewing motor 250: slewing motor inverter
300: ultra-capacitor module 310: driving signal generator
320: driving signal power supply 330: voltage balancing circuit
340: ultra capacitor unit 350: cell voltage sensing unit
360: reference voltage generator 370: voltage comparator
400: Ultra Capacitor Converter

Claims

an ultra-capacitor unit including a plurality of ultra-capacitor cells connected in series; and
and a voltage balancing circuit connected in parallel with the ultra-capacitor unit to evenly adjust the voltages of the ultra-capacitor cells,
a cell voltage sensing unit sensing the voltage of the ultracapacitor cells;
a reference voltage generator generating a reference voltage; and
Further comprising a voltage comparator for comparing the voltage of the ultra-capacitor cells with the reference voltage,
Further comprising a driving signal generator for generating a driving signal by receiving the comparison signal of the voltage comparator,
The driving signal generator includes a photo coupler and a gate driver,
The photo coupler includes a first diode and a second diode, the gate driver includes a first switching device and a second switching device,
The first diode includes a first end to which the comparison signal is applied and a second end connected to the ground,
The second diode includes a first end directly connected to the gate electrode of the first switching element and a second end directly connected to the gate electrode of the second switching element,
Receiving the driving signal from the driving signal generator, receiving the voltage of the ultra-capacitor cell from the voltage balancing circuit, further comprising a driving signal power supply for supplying power to the driving signal,
The driving signal power supply unit
a power capacitor for storing the voltage of the ultracapacitor cell; and
and a power diode for flowing the voltage of the ultra-capacitor cell to the power capacitor,
The voltage balancing circuit is
switches and diodes connected in parallel with each other; and
an inductor disposed between the switch and the ultracapacitor cell;
The first end of the power diode is connected to the switch of the voltage balancing circuit, and the second end of the power diode is connected to the first switching element of the gate driver.

delete

According to claim 1, wherein the voltage balancing circuit, when the voltage of the N-th ultra-capacitor cell is equal to or greater than the reference voltage, the voltage of the N-th ultra-capacitor cell is reduced, and the voltage of the ultra-capacitor cell except for the N-th ultra-capacitor cell Ultracapacitor module, characterized in that increasing.

The ultracapacitor module of claim 1, wherein the reference voltage is generated by adding a threshold voltage to an average voltage of the ultracapacitor cells.

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2. The ultracapacitor module of claim 1, wherein each ultracapacitor cell comprises a plurality of capacitors.

delete