KR102422473B1 - Ultra Capacitor Module Having Voltage Sensing Function - Google Patents

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Abstract

울트라 커패시터 모듈의 전압을 정확하게 센싱할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈은, 서로 전기적으로 연결된 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n); 상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(220); 상기 전압 센싱부(220)에 의해 센싱된 전압의 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력하는 발광소자(230); 상기 발광소자(230)와 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자(230)로부터 출력되는 광신호를 상기 전압레벨로 변환하는 수광소자(240); 및 상기 수광소자(240)에서 출력되는 전압레벨을 외부 시스템으로 출력하는 제어모듈(250)을 포함하는 것을 특징으로 한다. An ultra-capacitor module having a voltage sensing function according to an aspect of the present invention capable of accurately sensing the voltage of the ultra-capacitor module includes: n ultra-capacitor groups 210a to 210n electrically connected to each other; a voltage sensing unit 220 for sensing a voltage of a target ultracapacitor group among the n ultracapacitor groups 210a to 210n; a light emitting device 230 for converting the voltage level of the voltage sensed by the voltage sensing unit 220 into an optical signal and outputting it; a light receiving element 240 electrically separated from the light emitting element 230 and converting an optical signal output from the light emitting element 230 into the voltage level; and a control module 250 for outputting the voltage level output from the light receiving element 240 to an external system.

Figure 112016124118211-pat00006
Figure 112016124118211-pat00006

Description

전압 센싱기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈{Ultra Capacitor Module Having Voltage Sensing Function}Ultra Capacitor Module Having Voltage Sensing Function}

본 발명은 울트라 커패시터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 복수개의 울트라 커패시터들로 구성된 울트라 커패시터 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an ultracapacitor, and more particularly, to an ultracapacitor module composed of a plurality of ultracapacitors.

울트라 커패시터(Ultra Capacitor)는 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 장치로써, 높은 효율과 반영구적인 수명 특성을 가지고 있고, 이차전지의 약점인 짧은 싸이클과 순간 고전압 문제를 보완할 수 있어 시장 규모가 점차 증대하고 있다.Ultracapacitor is a device with characteristics intermediate between electrolytic capacitor and secondary battery. It has high efficiency and semi-permanent lifespan, and it can compensate for short cycle and instantaneous high voltage, which are weaknesses of secondary batteries, and thus the market size. is gradually increasing.

울트라 커패시터는 빠른 충방전 특성을 가지므로 휴대폰, 테블릿 PC, 또는 노트북 등과 같은 모바일 디바이스의 보조 전원으로서뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등의 주전원 또는 보조전원으로도 이용된다.Ultracapacitors have fast charging and discharging characteristics, so they are not only used as auxiliary power sources for mobile devices such as cell phones, tablet PCs, or laptops, but also for electric and hybrid vehicles, solar cell power supplies, and uninterruptible power supplies (uninterruptible power supplies) that require high capacity. Power Supply: It is also used as main power or auxiliary power such as UPS).

상술한 바와 같은 울트라 커패시터 하나의 전압은 3V이하에 불과하므로 울트라 커패시터를 고전압 어플리케이션에 이용하고자 하는 경우, 다수개의 울트라 커패시터를 직렬로 연결하여 구성한 울트라 커패시터 모듈이 이용된다.Since the voltage of one ultracapacitor as described above is only 3V or less, when the ultracapacitor is to be used in a high voltage application, an ultracapacitor module configured by connecting a plurality of ultracapacitors in series is used.

도 1에 일반적인 울트라 커패시터 모듈의 일 예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 울트라 커패시터 모듈(140)은 복수개의 울트라 커패시터(100)들을 전기적으로 연결하여 구성된다. 예컨대, 복수개의 울트라 커패시터(100)들 중 제1 울트라 커패시터(100a)의 양극(132a)과 제1 울트라 커패시터(100a)에 인접한 제2 울트라 커패시터(100b)의 음극(134b)이 부스바(150)를 통해 체결됨으로써 제1 울트라 커패시터(100a)와 제2 울트라 커패시터(100b)가 서로 직렬로 연결된다.An example of a typical ultra-capacitor module is shown in FIG. 1 . As shown in FIG. 1 , a typical ultra-capacitor module 140 is configured by electrically connecting a plurality of ultra-capacitors 100 . For example, among the plurality of ultra-capacitors 100 , the anode 132a of the first ultra-capacitor 100a and the cathode 134b of the second ultra-capacitor 100b adjacent to the first ultra-capacitor 100a are connected to the busbar 150 . ) by being fastened through the first ultra-capacitor 100a and the second ultra-capacitor 100b are connected in series with each other.

이때, 울트라 커패시터 모듈(140)을 구성하는 울트라 커패시터(100)의 개수는 울트라 커패시터 모듈(140)이 적용될 어플리케이션에서 요구되는 동작전압에 따라 결정된다.At this time, the number of ultra capacitors 100 constituting the ultra capacitor module 140 is determined according to the operating voltage required in the application to which the ultra capacitor module 140 is applied.

예컨대, 울트라 커패시터 모듈(140)이 12V의 동작전압이 요구되는 고전압 어플리케이션에 적용되는 경우 최소 4개 이상의 울트라 커패시터(100)들을 직렬로 연결하여 울트라 커패시터 모듈(140)을 구성하여야 한다.For example, when the ultra-capacitor module 140 is applied to a high-voltage application requiring an operating voltage of 12V, at least four or more ultra-capacitors 100 are connected in series to configure the ultra-capacitor module 140 .

이러한 복수개의 울트라 커패시터(100)들이 직렬로 연결된 울트라 커패시터 모듈(140)의 경우, 울트라 커패시터 모듈(140)의 반복적인 충방전시 울트라 커패시터(100)간의 초기전압차이, 용량편차, 누설전류편차, 내부저항편차 등에 의해 각 울트라 커패시터에 충전되는 전압의 편차가 발생할 수 있고, 이러한 전압의 편차가 계속하여 증가하게 되면 울트라 커패시터(100) 및 울트라 커패시터 모듈(140)의 수명 또는 신뢰성에 영향을 주게 된다.In the case of the ultra capacitor module 140 in which the plurality of ultra capacitors 100 are connected in series, the initial voltage difference, capacity deviation, leakage current deviation, A deviation in the voltage charged in each ultracapacitor may occur due to internal resistance deviation, etc., and if the deviation of this voltage continues to increase, the lifespan or reliability of the ultracapacitor 100 and the ultracapacitor module 140 is affected. .

이러한 문제점을 해결하기 위해, 울트라 커패시터 모듈(140)의 전압을 센싱하여 울트라 커패시터 모듈(140)의 정상동작 여부를 판단하는 방법이 제시된 바 있다. 하지만, 울트라 커패시터 모듈(140)의 경우 대전류를 이용한 충/방전 수행으로 인해 충방전 전류의 변화가 커 EMC 노이즈가 발생하게 되고, 이러한 EMC 노이즈로 인해 울트라 커패시터 모듈의 전압을 정확하게 센싱할 수 없다는 문제점이 있다.In order to solve this problem, a method for determining whether the ultra-capacitor module 140 operates normally by sensing the voltage of the ultra-capacitor module 140 has been proposed. However, in the case of the ultra-capacitor module 140, EMC noise is generated due to a large change in charge/discharge current due to charging/discharging using a large current, and the voltage of the ultra-capacitor module cannot be accurately sensed due to the EMC noise. There is this.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 울트라 커패시터 모듈의 전압을 정확하게 센싱할 수 있는 울트라 커패시터 모듈을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is a technical feature to provide an ultra-capacitor module capable of accurately sensing the voltage of the ultra-capacitor module.

또한, 본 발명은 울트라 커패시터 모듈의 전압 센싱을 위한 구성을 최소화할 수 있는 울트라 커패시터 모듈을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.In addition, another technical task of the present invention is to provide an ultra-capacitor module capable of minimizing the configuration for voltage sensing of the ultra-capacitor module.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈은, 서로 전기적으로 연결된 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n); 상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(220); 상기 전압 센싱부(220)에 의해 센싱된 전압의 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력하는 발광소자(230); 상기 발광소자(230)와 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자(230)로부터 출력되는 광신호를 상기 전압레벨로 변환하는 수광소자(240); 및 상기 수광소자(240)에서 출력되는 전압레벨을 외부 시스템으로 출력하는 제어모듈(250)을 포함하는 것을 특징으로 한다.An ultra-capacitor module having a voltage sensing function according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes: n ultra-capacitor groups 210a to 210n electrically connected to each other; a voltage sensing unit 220 for sensing a voltage of a target ultracapacitor group among the n ultracapacitor groups 210a to 210n; a light emitting device 230 for converting the voltage level of the voltage sensed by the voltage sensing unit 220 into an optical signal and outputting it; a light receiving element 240 electrically separated from the light emitting element 230 and converting an optical signal output from the light emitting element 230 into the voltage level; and a control module 250 for outputting the voltage level output from the light receiving element 240 to an external system.

제1 실시예에 있어서, 상기 전압 센싱부(220)는, 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T2)가 입력포트(IP1~IPn + 1)에 연결되고, 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제1 전극단자(T1)가 연결된 제1 입력포트(IP1)를 제1 출력포트(OP1)에 연결시키고 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제2 전극단자(T2)가 연결된 제2 입력포트(IP2)를 제2 출력포트(OP2)에 연결시키는 다중화기(510); 및 제1 입력단자(IT1)가 상기 다중화기(510)의 제1 출력포트(OP1)에 연결되고, 제2 입력단자(IT2)가 상기 다중화기(510)의 제2 출력포트(OP2)에 연결되며, 상기 제1 입력단자(IT1) 및 상기 제2 입력단자(IT2)간의 전위차를 산출하여 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압으로 출력하는 비교기(520)를 포함할 수 있다.In the first embodiment, the voltage sensing unit 220, the first electrode terminal (T1) and the second electrode terminal (T2) of each ultracapacitor group (210a ~ 210n) input ports (IP1 ~ IP n +) 1 ), the first input port IP1 to which the first electrode terminal T1 of the target ultra-capacitor group is connected is connected to the first output port OP1, and the second electrode terminal of the target ultra-capacitor group ( a multiplexer 510 connecting the second input port IP2 to which T2 is connected to the second output port OP2; and a first input terminal IT1 is connected to a first output port OP1 of the multiplexer 510 , and a second input terminal IT2 is connected to a second output port OP2 of the multiplexer 510 . It may include a comparator 520 that is connected, calculates a potential difference between the first input terminal IT1 and the second input terminal IT2 and outputs the voltage of the target ultracapacitor group.

제2 실시예에 있어서, 상기 전압 센싱부(220)는, 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T2)간의 전위차를 산출하고, 산출된 전위차를 상기 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 전압으로 출력하는 n개의 비교기(610a~610n); 및 상기 n개의 비교기(610a~610n)의 출력단자(OT)가 입력포트(IP1~IPn)에 연결되고, 상기 n개의 비교기들(610a~610n) 중 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹에 연결된 비교기의 출력단자가 연결된 입력포트를 출력포트(OP1)에 연결시켜 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 출력하는 다중화기(620)를 포함할 수 있다.In the second embodiment, the voltage sensing unit 220 calculates the potential difference between the first electrode terminal T1 and the second electrode terminal T2 of each ultracapacitor group 210a to 210n, and the calculated potential difference n comparators (610a to 610n) for outputting the voltage of each ultracapacitor group (210a to 210n); and the output terminals OT of the n comparators 610a to 610n are connected to the input ports IP1 to IPn, and the output terminals of the comparators connected to the target ultracapacitor group among the n comparators 610a to 610n are It may include a multiplexer 620 for outputting the voltage of the target ultracapacitor group by connecting the connected input port to the output port OP1.

일 실시예에 있어서, 상기 발광소자(230)는 LED(Light Emitting Diode)이고, 상기 수광소자(240)는 포토다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)일 수 있다.In an embodiment, the light emitting device 230 may be a light emitting diode (LED), and the light receiving device 240 may be a photo diode or a photo transistor.

다른 실시예에 있어서, 상기 발광소자(230) 및 상기 수광소자(240)는, 1차측에 상기 발광소자(230)가 배치되고 2차측에 상기 수광소자(240)가 배치된 아날로그 옵토 커플러일 수 있다.In another embodiment, the light emitting device 230 and the light receiving device 240 may be analog optocouplers in which the light emitting device 230 is disposed on the primary side and the light receiving device 240 is disposed on the secondary side. have.

상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)은, 서로 직렬로 연결된 복수개의 울트라 커패시터들(212); 및 각 울트라 커패시터(212) 별로 연결되고, 동일한 울트라 커패시터 그룹에 포함된 울트라 커패시터(212)들의 전압이 균등해지도록 각 울트라 커패시터(212)들 간의 전압 밸런싱을 수행하는 복수개의 전압 밸런싱부(214)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The n ultra capacitor groups 210a to 210n include a plurality of ultra capacitors 212 connected in series with each other; and a plurality of voltage balancing units 214 connected for each ultracapacitor 212 and performing voltage balancing between each ultracapacitor 212 so that the voltages of the ultracapacitors 212 included in the same ultracapacitor group are equalized. It is characterized in that it includes.

이때, 상기 복수개의 전압 밸런싱부(214)는 해당 전압 밸런싱부(214)가 연결된 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하면 해당 울트라 커패시터(212)의 전압을 방전시켜 해당 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되게 하는 것을 특징으로 한다.At this time, the plurality of voltage balancing unit 214 discharges the voltage of the corresponding ultra-capacitor 212 when the voltage of the ultra-capacitor 212 to which the corresponding voltage balancing unit 214 is connected exceeds a predetermined reference voltage. It is characterized in that the voltage of (212) becomes a predetermined reference voltage.

이러한 실시예에 따르는 경우, 상기 제어모듈(250)은, 상기 수광소자(240)에서 출력된 전압레벨을 미리 정해진 기준전압레벨과 비교하고, 상기 전압레벨이 상기 기준전압레벨과 상이하면 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹에 포함된 복수개의 전압 밸런싱부(214)의 오류 발생을 나타내는 플래그를 외부 시스템으로 전달할 수 있다.According to this embodiment, the control module 250 compares the voltage level output from the light receiving element 240 with a predetermined reference voltage level, and when the voltage level is different from the reference voltage level, the target ultra A flag indicating the occurrence of errors in the plurality of voltage balancing units 214 included in the capacitor group may be transmitted to an external system.

한편, 상기 제어모듈(250)은, 상기 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹을 선택하기 위한 포트 선택신호를 생성하여 상기 전압 센싱부(220)로 제공하고, 상기 전압 센싱부(220)는 복수개의 입력포트들 중 상기 포트 선택신호에 상응하는 타겟 울트라 커패시터 그룹이 전기적으로 연결된 입력포트를 출력포트에 연결시키는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the control module 250 generates a port selection signal for selecting the target ultra-capacitor group from among the plurality of ultra-capacitor groups 210a to 210n and provides it to the voltage sensing unit 220 , The voltage sensing unit 220 connects an input port to which a target ultracapacitor group corresponding to the port selection signal is electrically connected to an output port among a plurality of input ports.

본 발명에 따르면, 전압 센싱부에 의해 센싱된 울트라 커패시터 모듈의 전압을 광신호로 변환하여 제어모듈로 전달하기 때문에 센싱된 전압에 대한 EMC 노이즈의 영향을 최소화할 수 있어, 울트라 커패시터 모듈의 전압을 보다 정확하게 센싱할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the voltage of the ultra-capacitor module sensed by the voltage sensing unit is converted into an optical signal and transmitted to the control module, the effect of EMC noise on the sensed voltage can be minimized, thereby reducing the voltage of the ultra-capacitor module. It has the effect of being able to sense more accurately.

또한, 본 발명에 따르면, 다중화기를 이용하여 복수개의 울트라 커패시터 그룹들 중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압만을 선택적으로 센싱할 수 있어, 울트라 커패시터 모듈의 전압 모니터링을 위한 구성을 최소화할 수 있고, 이로 인해 울트라 커패시터 모듈의 제조단가 및 부피를 절감할 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to selectively sense only the voltage of the target ultra capacitor group among the plurality of ultra capacitor groups using a multiplexer, thereby minimizing the configuration for voltage monitoring of the ultra capacitor module, thereby There is an effect that the manufacturing cost and volume of the capacitor module can be reduced.

도 1은 종래의 울트라 커패시터 모듈의 구성을 보여주는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터 모듈의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 울트라 커패시터의 분해사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 밸런싱부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 전압 밸런싱부의 예시적인 회로 구성을 보여주는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압 센싱부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압 센싱부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 발광소자 및 수광소자가 하나의 패키지에 포함된 아날로그 옵토 커플러의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional ultra-capacitor module.
2 is a block diagram showing the configuration of an ultra-capacitor module according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of an ultra capacitor according to the present invention.
4A is a block diagram illustrating a configuration of a voltage balancing unit according to an embodiment of the present invention.
4B is a circuit diagram illustrating an exemplary circuit configuration of the voltage balancing unit illustrated in FIG. 4A .
5 is a diagram illustrating a configuration of a voltage sensing unit according to a first embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the configuration of a voltage sensing unit according to a second embodiment of the present invention.
7 is a diagram exemplarily showing the configuration of an analog optocoupler in which a light emitting device and a light receiving device according to the present invention are included in one package.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described herein should be understood as follows.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The singular expression is to be understood as including the plural expression unless the context clearly defines otherwise, and the terms "first", "second", etc. are used to distinguish one element from another, The scope of rights should not be limited by these terms.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that terms such as “comprise” or “have” do not preclude the possibility of addition or existence of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.The term “at least one” should be understood to include all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first, second, and third items" means 2 of the first, second, and third items as well as each of the first, second, or third items. It means a combination of all items that can be presented from more than one.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터 모듈의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈(200, 이하, '울트라 커패시터 모듈'이라 함)은 울트라 커패시터 그룹(210a~210n), 전압 센싱부(220), 발광소자(230), 수광소자(240), 및 제어모듈(250)을 포함한다.As shown in FIG. 2 , the ultra-capacitor module 200 (hereinafter, referred to as “ultra-capacitor module”) having a voltage sensing function according to an embodiment of the present invention includes ultra-capacitor groups 210a to 210n, and a voltage sensing unit. 220 , a light emitting device 230 , a light receiving device 240 , and a control module 250 .

n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)은 서로 직렬로 연결된다. 각 울트라 커패시터 그룹(210)은 서로 직렬로 연결된 복수개의 울트라 커패시터(212)들 및 울트라 커패시터(212)들간의 전압 밸런싱을 수행하는 복수개의 전압 밸런싱부(214)를 포함한다.The n ultra capacitor groups 210a to 210n are connected in series with each other. Each ultracapacitor group 210 includes a plurality of ultracapacitors 212 connected in series with each other and a plurality of voltage balancing units 214 for performing voltage balancing between the ultracapacitors 212 .

울트라 커패시터(212)는 전기 화학적 에너지를 저장하거나 저장된 에너지를 외부 기기로 제공한다. 일 실시예에 있어서, 각 울트라 커패시터(210)는 부스바(미도시)를 통해 서로 직렬로 연결될 수 있다.The ultracapacitor 212 stores electrochemical energy or provides the stored energy to an external device. In one embodiment, each ultra capacitor 210 may be connected to each other in series through a bus bar (not shown).

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터의 구성에 대해 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a configuration of an ultra capacitor according to an embodiment of the present invention will be schematically described with reference to FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터의 분해 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 울트라 커패시터(212)는 베어셀(312), 제1 내부 터미널(313), 제2 내부 터미널(314), 제1 외부 터미널(315), 제2 외부 터미널(316), 및 케이스(317)를 포함한다.3 is an exploded perspective view of an ultra capacitor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , the ultra capacitor 212 includes a bare cell 312 , a first internal terminal 313 , a second internal terminal 314 , a first external terminal 315 , and a second external terminal 316 . ), and a case 317 .

베어셀(312)은 전극소자라 불리는 것으로서, 양극(미도시), 음극(미도시), 및 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극을 전기적으로 분리시키는 분리막(Separator, 미도시)이 권취되어 형성된다.The bare cell 312 is called an electrode device, and a separator (not shown) is wound between an anode (not shown), a cathode (not shown), and a separator (not shown) disposed between the anode and the cathode to electrically separate the anode and the cathode. is formed

일 실시예에 있어서, 베어셀(312)은 양극, 음극, 및 분리막을 원형, 타원형, 또는 각형으로 권취하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the bare cell 312 may be formed by winding an anode, a cathode, and a separator in a circular, oval, or prismatic shape.

양극은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소(Activated Carbon)를 이용하여 형성된 활성물질층(미도시)과 그 일측에 연결된 양극 리드부(미도시)를 포함한다. 이때, 양극 리드부는 집전체에서 활성물질층이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.The positive electrode includes an active material layer (not illustrated) formed using activated carbon on a metal current collector (not illustrated) and a positive electrode lead portion (not illustrated) connected to one side thereof. At this time, the positive electrode lead portion is composed of a region in the current collector where the active material layer is not formed.

음극은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소를 이용하여 형성된 활성물질층(미도시)과 그 일측에 연결된 음극 리드부(미도시)를 포함한다. 이때, 음극 리드부는 집전체에서 활성물질층이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.The negative electrode includes an active material layer (not illustrated) formed using activated carbon on a metal current collector (not illustrated) and a negative electrode lead portion (not illustrated) connected to one side thereof. At this time, the negative lead part is composed of a region in the current collector where the active material layer is not formed.

상술한 실시예에 있어서, 양극 및 음극을 구성하는 집전체는 금속 포일(Foil)을 이용하여 구성될 수 있고, 활성물질층은 집전체의 양면에 코팅되어 구성될 수 있다. 활성물질층은 전기에너지가 저장되는 부분이며, 집전체는 활성물질층으로부터 방출되거나 공급되는 전하의 이동통로 역할을 한다.In the above-described embodiment, the current collector constituting the positive electrode and the negative electrode may be configured using a metal foil, and the active material layer may be coated on both surfaces of the current collector. The active material layer is a portion in which electrical energy is stored, and the current collector serves as a passage for electric charges emitted or supplied from the active material layer.

일 실시예에 있어서, 양극 및 음극은, 양극 리드부가 베어셀(312)의 하측에 위치되고 음극 리드부가 베어셀(312)의 상측에 위치될 수 있도록 권취된다.In one embodiment, the positive electrode and the negative electrode are wound such that the positive lead part is positioned below the bare cell 312 and the negative lead part is positioned above the bare cell 312 .

제1 내부 터미널(313)은 베어셀(312)의 양극 리드부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 형태로 형성된다. 구체적으로, 제1 내부 터미널(313)은 베어셀(312)의 하측에서 베어셀(312)의 하측에 배치된 양극 리드부의 일부가 수용될 수 있도록 형성된다. 이를 통해 제1 내부 터미널(313)은 양극 리드부와 전기적으로 연결된다.The first internal terminal 313 is formed to wrap at least a portion of the anode lead portion of the bare cell 312 . Specifically, the first internal terminal 313 is formed so as to accommodate a portion of the anode lead disposed under the bare cell 312 at the lower side of the bare cell 312 . Through this, the first internal terminal 313 is electrically connected to the positive lead part.

일 실시예에 있어서, 제1 내부 터미널(313)은 양극 리드부에 레이저 또는 초음파 용접을 통해 결합될 수 있고, 제1 외부 터미널(315)과 일체화되도록 제1 외부 터미널(315)의 상부 가장자리에 결합될 수 있다.In one embodiment, the first inner terminal 313 may be coupled to the anode lead portion through laser or ultrasonic welding, and is located on the upper edge of the first outer terminal 315 so as to be integrated with the first outer terminal 315 . can be combined.

제2 내부 터미널(314)은 베어셀(312)의 음극 리드부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 형태로 형성된다. 구체적으로, 제2 내부 터미널(314)은 베어셀(312)의 상측에서 베어셀(312)의 상측에 배치된 음극 리드부의 일부가 수용될 수 있도록 형성된다. 이를 통해 제2 내부 터미널(314)은 음극 리드부와 전기적으로 연결된다.The second internal terminal 314 is formed to wrap at least a portion of the negative lead portion of the bare cell 312 . Specifically, the second internal terminal 314 is formed so that a portion of the negative lead portion disposed on the upper side of the bare cell 312 can be accommodated on the upper side of the bare cell 312 . Through this, the second internal terminal 314 is electrically connected to the negative lead part.

일 실시예에 있어서, 제2 내부 터미널(314)은 음극 리드부에 레이저 또는 초음파 용접을 통해 결합될 수 있고, 제2 외부 터미널(316)과 일체화 되도록 제2 외부 터미널(316)의 하부 가장자리에 결합될 수 있다.In one embodiment, the second inner terminal 314 may be coupled to the cathode lead portion through laser or ultrasonic welding, and is formed on the lower edge of the second outer terminal 316 so as to be integrated with the second outer terminal 316 . can be combined.

제1 및 제2 내부 터미널(313, 313)에는 전해액이 베어셀(312) 내로 함침될 수 있도록 하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 홀(318, 319)이 각각 형성된다. 이러한 하나 이상의 홀(318, 319)을 통해 베어셀(312)내로 전해액이 함침됨과 동시에 베어셀(312) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.As shown in FIG. 3 , one or more holes 318 and 319 are respectively formed in the first and second inner terminals 313 and 313 to allow the electrolyte to be impregnated into the bare cell 312 . The electrolyte may be impregnated into the bare cell 312 through one or more of the holes 318 and 319 and the gas inside the bare cell 312 may be discharged to the outside.

일 실시예에 있어서, 전해액의 함침이 용이해지도록 하기 위해 제1 및 제2 내부 터미널(313, 314)에 형성된 각 홀(318, 319)들은 제1 및 제2 내부 터미널(313, 314)의 테두리 부분에 배치되되, 제1 및 제2 내부 터미널(313, 314)의 중심을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.In one embodiment, each of the holes 318 and 319 formed in the first and second inner terminals 313 and 314 in order to facilitate the impregnation of the electrolyte is formed in the first and second inner terminals 313 and 314, respectively. It is disposed on the edge portion, and may be disposed to face each other based on the center of the first and second inner terminals (313, 314).

제1 및 제2 내부 터미널(313, 314)은 양극 리드부 및 음극 리드부와의 결합력을 증대시키기 위해 양극 리드부 및 음극 리드부와 동일한 재질(예컨대, 알루미늄)로 형성될 수 있다.The first and second internal terminals 313 and 314 may be formed of the same material (eg, aluminum) as the anode lead part and the cathode lead part in order to increase the bonding force between the anode lead part and the cathode lead part.

제1 외부 터미널(315)은 케이스(317)의 하단에 제1 내부 터미널(313)에 결합되어 케이스(317)의 하단을 캡핑하는 동시에 전류 이동경로를 제공한다. 제1 외부 터미널(315)은 케이스(317)의 형상에 대응하는 형상의 외주면을 가지며 전체적으로 3차원 형태로 구성될 수 있다.The first external terminal 315 is coupled to the first internal terminal 313 at the lower end of the case 317 to provide a current movement path while capping the lower end of the case 317 . The first external terminal 315 may have an outer peripheral surface of a shape corresponding to that of the case 317 and may be configured in a three-dimensional form as a whole.

일 실시예에 있어서, 제1 외부 터미널(315)의 중심에는 부스바와 체결을 위한 제1 전극단자(320a)가 형성된다.In an embodiment, a first electrode terminal 320a for fastening with a bus bar is formed in the center of the first external terminal 315 .

제2 외부 터미널(316)은 케이스(317)의 상단에 제2 내부 터미널(316)에 결합되어 케이스(317)의 상단을 캡핑하는 동시에 전류 이동경로를 제공한다. 제2 외부 터미널(316)은 케이스(317)의 형상에 대응하는 형상의 외주면을 가지며 전체적으로 3차원 형태로 구성될 수 있다.The second outer terminal 316 is coupled to the second inner terminal 316 at the upper end of the case 317 to cap the upper end of the case 317 while providing a current movement path. The second external terminal 316 may have an outer peripheral surface having a shape corresponding to that of the case 317 and may be configured in a three-dimensional form as a whole.

일 실시예에 있어서, 제2 외부 터미널(316)의 중심에는 부스바와 체결을 위한 제2 전극단자(330a)가 형성된다.In one embodiment, a second electrode terminal 330a for fastening with a bus bar is formed in the center of the second external terminal 316 .

한편, 제2 외부 터미널(316)의 제2 전극단자(330a)에는 제2 외부 터미널(316)의 두께 방향으로 연장된 중공(332a)이 추가로 형성될 수 있다. 이러한 중공(332a)은 전해액을 주입하기 위한 경로 및 진공 작업을 위한 에어 벤트(Air Vent)로 사용된다.Meanwhile, a hollow 332a extending in the thickness direction of the second external terminal 316 may be additionally formed in the second electrode terminal 330a of the second external terminal 316 . The hollow 332a is used as an air vent for vacuum operation and a path for injecting the electrolyte.

케이스(317)는 베어셀(312)을 수용하기 위한 내부 공간이 형성된 하우징을 갖는다. 이때, 케이스(317)의 내부공간은 베어셀(312)의 권취형상에 따라 그 모양이 결정될 수 있다. 예컨대, 베어셀(312)이 원형으로 권취되어 있는 경우 케이스(317)는 원형의 내부공간을 갖도록 형성되고, 베어셀(312)이 타원형으로 권취되어 있는 경우 케이스(317)는 타원형의 내부공간을 갖도록 형성되며, 베어셀(312)이 각형으로 권취되어 있는 경우 케이스(317)는 각형의 내부공간을 갖도록 형성될 수 있다.The case 317 has a housing in which an inner space for accommodating the bare cell 312 is formed. In this case, the shape of the inner space of the case 317 may be determined according to the winding shape of the bare cell 312 . For example, when the bare cell 312 is wound in a circular shape, the case 317 is formed to have a circular inner space, and when the bare cell 312 is wound in an oval shape, the case 317 has an oval inner space. is formed to have, and when the bare cell 312 is wound in a square shape, the case 317 may be formed to have a square internal space.

일 실시예에 있어서, 케이스(317)는 알루미늄으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the case 317 may be formed of aluminum.

케이스(317)가 세위진 상태에서 길이방향을 기준으로 하단에는 제1 내부 터미널(313) 및 제1 외부 터미널(315)이 베어셀(312)의 양극에 연결되어 배치되고, 상단에는 제2 내부 터미널(314) 및 제2 외부 터미널(316)이 베어셀(312)의 음극에 연결되어 배치된다.In a state where the case 317 is erected, the first inner terminal 313 and the first outer terminal 315 are disposed at the lower end in the longitudinal direction connected to the positive electrode of the bare cell 312 , and at the upper end, the second inner terminal 313 and the first outer terminal 315 are disposed. A terminal 314 and a second external terminal 316 are disposed to be connected to the negative electrode of the bare cell 312 .

다시 도 2를 참조하면, 복수개의 전압 밸런싱부(214)는, 동일한 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 포함된 복수개의 울트라 커패시터(212)들간의 전압 편차 발생을 방지하기 위해 동일한 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 내에 포함된 각 울트라 커패시터(212)들간의 전압 밸런싱을 수행한다.Referring back to Figure 2, the plurality of voltage balancing unit 214, the same ultra capacitor group (210a ~ 210n) to prevent voltage deviation between the plurality of ultra capacitors 212 included in the same ultra capacitor group ( Voltage balancing is performed between each ultra-capacitor 212 included in 210a to 210n.

일 실시예에 있어서, 전압 밸런싱부(214)는 해당 전압 밸런싱부(214)가 연결된 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하는 경우 울트라 커패시터(212)의 전압을 방전시킴으로써 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되도록 한다.In one embodiment, the voltage balancing unit 214 by discharging the voltage of the ultra capacitor 212 when the voltage of the ultra capacitor 212 to which the voltage balancing unit 214 is connected exceeds a predetermined reference voltage, the ultra capacitor Let the voltage of (212) be a predetermined reference voltage.

이를 위해, 전압 밸런싱부(214)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전압 검출부(410a), 스위칭 소자(420), 제1 저항(432), 제2 저항(434), 및 레퍼런스 설정용 저항(440)을 포함한다.To this end, the voltage balancing unit 214 includes a voltage detection unit 410a, a switching element 420, a first resistor 432, a second resistor 434, and a reference setting resistor ( 440).

전압 밸런싱부(214)는 전압 검출부(410)에 의해 검출된 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 설정된 전압을 초과하게 되면 스위칭 소자(420)를 턴온시켜 울트라 커패시터(212)의 전압이 상기 설정된 전압 이하가 될 때까지 울트라 커패시터(212)의 전압을 제1 저항(432) 및 제2 저항(434)를 통해 방전시키다. 이후 방전이 완료되면, 전압 밸런싱부(214)는 스위칭 소자(420)를 턴오프 시킨다. 이때, 상기 미리 설정된 전압은 레퍼런스 설정용 저항(440)의 값을 조절함으로써 가변시킬 수 있다.The voltage balancing unit 214 turns on the switching element 420 when the voltage of the ultra-capacitor 212 detected by the voltage detection unit 410 exceeds a preset voltage, so that the voltage of the ultra-capacitor 212 is the set voltage. Discharge the voltage of the ultra capacitor 212 through the first resistor 432 and the second resistor 434 until the following. After the discharge is completed, the voltage balancing unit 214 turns off the switching element 420 . In this case, the preset voltage may be varied by adjusting the value of the reference setting resistor 440 .

도 4b는 도 4a에 도시된 전압 밸런싱부의 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.4B is a circuit diagram exemplarily illustrating the configuration of the voltage balancing unit illustrated in FIG. 4A .

상술한 실시예에 있어서, 울트라 커패시터 모듈(200)이 전압 밸런싱부(214)를 필수적으로 포함하는 것으로 설명하였다. 하지만 변형된 실시예에 있어서, 동일한 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 포함된 복수개의 울트라 커패시터(212)들을 미리 설정된 오차 범위 내에서 동일한 초기전압(Open Circuit Voltage: OCV)을 갖는 울트라 커패시터들로 선정함으로써, 각 울트라 커패시터들(212)간의 전압 밸런싱을 위한 전압 밸런싱부(214)를 생략할 수도 있을 것이다.In the above-described embodiment, it has been described that the ultra-capacitor module 200 essentially includes the voltage balancing unit 214 . However, in a modified embodiment, the plurality of ultra capacitors 212 included in the same ultra capacitor group 210a to 210n are used as ultra capacitors having the same initial voltage (Open Circuit Voltage: OCV) within a preset error range. By selection, the voltage balancing unit 214 for balancing the voltage between the respective ultracapacitors 212 may be omitted.

다시 도 2를 참조하면, 전압 센싱부(220)는 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 제어모듈(250)에 의해 선택되는 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 센싱한다.Referring back to FIG. 2 , the voltage sensing unit 220 senses a voltage of a target ultracapacitor group selected by the control module 250 from among the n ultracapacitor groups 210a to 210n.

이하, 본 발명에 따른 전압 센싱부의 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of the voltage sensing unit according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6 .

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압 센싱부를 포함하는 울트라 커패시터 모듈의 구성을 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram showing the configuration of an ultracapacitor module including a voltage sensing unit according to a first embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압 센싱부(220)는 다중화기(510) 및 비교기(520)를 포함한다.As shown in FIG. 5 , the voltage sensing unit 220 according to the first embodiment of the present invention includes a multiplexer 510 and a comparator 520 .

도 5에 도시된 바와 같이, 다중화기(510)의 입력포트(IP1~IPn + 1)에는 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T2)가 연결된다. 구체적으로, 제1 울트라 커패시터 그룹(UCG#1)의 제1 전극단자(1-T1)가 다중화기(510)의 제1 입력포트(IP1)에 연결되고, 제1 울트라 커패시터 그룹(UCG#2)의 제2 전극단자(1-T2)가 다중화기(510)의 제2 입력포트(IP2)에 연결된다.As shown in FIG. 5 , the input ports IP1 to IP n + 1 of the multiplexer 510 have a first electrode terminal T1 and a second electrode terminal T2 of each ultracapacitor group 210a to 210n. is connected Specifically, the first electrode terminals 1-T1 of the first ultra-capacitor group UCG#1 are connected to the first input port IP1 of the multiplexer 510, and the first ultra-capacitor group UCG#2 ) of the second electrode terminal (1-T2) is connected to the second input port (IP2) of the multiplexer (510).

이때 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)이 서로 직렬로 연결되어 있기 때문에 제1 울트라 커패시터 그룹(UCG#1)의 제2 전극단자(1-T2)는 제1 울트라 커패시터 그룹(UCG#1)에 직렬로 연결된 제2 울트라 커패시터 그룹(UCG#2)의 제1 전극단자(2-T1)와 동일하게 된다. 따라서, 제2 울트라 커패시터 그룹(UCG#2)의 경우 제2 전극단자(2-T2)만을 다중화기(510)의 제3 입력포트(IP3)에 연결하게 된다. 이와 유사한 연결방법에 따라 제n 울트라 커패시터 그룹(UCG#n)의 제2 전극단자(n-T2)가 다중화기(10)의 제n+1 입력포트(IPn + 1)에 연결된다.At this time, since each ultracapacitor group 210a to 210n is connected in series with each other, the second electrode terminals 1-T2 of the first ultracapacitor group UCG#1 are connected to the first ultracapacitor group UCG#1. It is the same as the first electrode terminal 2-T1 of the second ultracapacitor group UCG#2 connected in series. Accordingly, in the case of the second ultracapacitor group UCG#2, only the second electrode terminal 2-T2 is connected to the third input port IP3 of the multiplexer 510. According to a similar connection method, the second electrode terminal n-T2 of the n-th ultra-capacitor group UCG#n is connected to the n+1-th input port IP n + 1 of the multiplexer 10 .

이러한 다중화기(510)는 입력포트들(IP1~IPn +1) 중 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T1)가 연결된 입력포트들(IP1~IPn + 1)을 제1 및 제2 출력포트(OP1, OP2)에 연결시킴으로써 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압이 비교기(520)에 의해 산출될 수 있도록 한다.The multiplexer 510 includes the first electrode terminal T1 and the second electrode terminal T1 of the target ultra capacitor group among the plurality of ultra capacitor groups 210a to 210n among the input ports IP1 to IP n +1 . By connecting the connected input ports IP1 to IP n + 1 to the first and second output ports OP1 and OP2, the voltage of the target ultracapacitor group can be calculated by the comparator 520 .

일 실시예에 있어서, 다중화기(510)는 제어모듈(250)으로부터 수신되는 포트 선택신호에 따라 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제1 및 제2 전극단자(T1, T2)가 연결된 입력포트(IP1~IPn + 1)를 선택하게 된다. 이때, 타겟 울트라 커패시터 그룹의 선택은 미리 정해진 알고리즘에 따라 순차적으로 선택되거나 랜덤하게 선택될 수 있다. 다른 예로, 타겟 울트라 커패시터 그룹은 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 사용자로부터 입력 받을 수도 있다.In an embodiment, the multiplexer 510 includes first and second electrode terminals ( T1, T2) connected input port (IP1~IP n + 1 ) is selected. In this case, the selection of the target ultracapacitor group may be sequentially or randomly selected according to a predetermined algorithm. As another example, the target ultra-capacitor group may be input from a user among the plurality of ultra-capacitor groups 210a to 210n.

이에 따라, 다중화기(510)는, 제어모듈(250)로부터 포트 선택신호가 입력되면 입력된 포트 선택신호에 상응하는 울트라 커패시터 그룹을 타겟 울트라 커패시터 그룹으로 결정하고, 결정된 타켓 울트라 커패시터 그룹의 제1 및 제2 전극단자(T1, T2)가 연결된 입력포트(IP1~IPn + 1)를 출력포트(OP1, OP2)에 연결시키게 된다.Accordingly, when the port selection signal is input from the control module 250, the multiplexer 510 determines an ultra capacitor group corresponding to the input port selection signal as a target ultra capacitor group, and the first of the determined target ultra capacitor group. and the input ports IP1 to IP n + 1 to which the second electrode terminals T1 and T2 are connected are connected to the output ports OP1 and OP2.

비교기(520)는 제1 입력단자(IT1)가 다중화기(510)의 제1 출력포트(OP1)에 연결되고, 제2 입력단자(IT2)가 다중화기(510)의 제2 출력포트(OP2)에 연결된다. 이에 따라, 비교기(520)는 제1 입력단자(IT1) 및 제2 입력단자(IT2)간의 전위차를 산출한다. 비교기(520)는 산출된 전위차를 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압의 전압레벨로 결정하고, 결정된 전압레벨을 출력단자(OT)를 통해 발광소자(230)로 출력한다.In the comparator 520 , a first input terminal IT1 is connected to a first output port OP1 of the multiplexer 510 , and a second input terminal IT2 is connected to a second output port OP2 of the multiplexer 510 . ) is connected to Accordingly, the comparator 520 calculates a potential difference between the first input terminal IT1 and the second input terminal IT2 . The comparator 520 determines the calculated potential difference as the voltage level of the voltage of the target ultracapacitor group, and outputs the determined voltage level to the light emitting device 230 through the output terminal OT.

제1 실시예에서는 전압 센싱부(210)가 하나의 다중화기(510) 및 하나의 비교기(520)로 구성되는 것으로 설명하였다. 하지만, 제2 실시예에 있어서는 도 6에 도시된 바와 같이 전압 센싱부(210)가 복수개의 비교기(610a~610n) 및 하나의 다중화기(620)로 구성될 수도 있을 것이다.In the first embodiment, it has been described that the voltage sensing unit 210 includes one multiplexer 510 and one comparator 520 . However, in the second embodiment, as shown in FIG. 6 , the voltage sensing unit 210 may include a plurality of comparators 610a to 610n and one multiplexer 620 .

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압 센싱부의 구성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of the voltage sensing unit according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6 .

제2 실시예에 따른 전압 센싱부는 도 6에 도시된 바와 같이 복수개의 비교기(610a~610n) 및 하나의 다중화기(620)를 포함한다.As shown in FIG. 6 , the voltage sensing unit according to the second embodiment includes a plurality of comparators 610a to 610n and one multiplexer 620 .

비교기(610a~610n)는 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 별로 각각 연결된다. 구체적으로, 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1)는 해당 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 연결된 비교기(610a~610n)의 제1 입력단자(IT1)에 각각 연결된다. 또한, 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제2 전극단자(T2)는 해당 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 연결된 비교기(610a~210n)의 제2 입력단자(IT2)에 연결된다. 이를 통해, 각 비교기(610a~610n)는 제1 입력단자(IT1) 및 제2 입력단자(IT2)간의 전위차를 산출함으로써 산출된 전위차를 해당 비교기(610a~610n)에 연결된 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 전압의 전압레벨로 결정한다. 비교기(610a~610n)는 결정된 전압레벨을 출력단자(OP)를 통해 다중화기(620)로 출력한다.The comparators 610a to 610n are respectively connected to each ultracapacitor group 210a to 210n. Specifically, the first electrode terminal T1 of each ultracapacitor group 210a to 210n is connected to the first input terminal IT1 of the comparators 610a to 610n connected to the corresponding ultracapacitor group 210a to 210n, respectively. . In addition, the second electrode terminal T2 of each ultracapacitor group 210a to 210n is connected to the second input terminal IT2 of the comparators 610a to 210n connected to the corresponding ultracapacitor group 210a to 210n. Through this, each comparator (610a to 610n) is the electric potential difference calculated by calculating the potential difference between the first input terminal (IT1) and the second input terminal (IT2) ultracapacitor group (210a ~) connected to the comparator (610a ~ 610n) 210n) is determined by the voltage level of the voltage. The comparators 610a to 610n output the determined voltage level to the multiplexer 620 through the output terminal OP.

다중화기(620)는 n개의 비교기(610a~610n)의 출력단자(OP)들이 입력포트(IP1~IPn)에 각각 연결된다. 이에 따라, 제어모듈(250)에서 수신되는 포트 선택신호에 따라 n개의 비교기들(610a~610n) 중 타겟 울트라 커패시터 그룹에 연결된 비교기(610a~610n)의 출력단자(OP)가 연결된 입력포트(IP1~IPn)를 출력포트(OP1)에 연결시킴으로써 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압레벨을 발광소자(230)로 출력시킨다.In the multiplexer 620, the output terminals OP of the n comparators 610a to 610n are respectively connected to the input ports IP1 to IPn. Accordingly, according to the port selection signal received from the control module 250, the input port IP1 to which the output terminal OP of the comparators 610a to 610n connected to the target ultra capacitor group among the n comparators 610a to 610n is connected. ~IPn) is connected to the output port OP1 to output the voltage level of the target ultracapacitor group to the light emitting device 230 .

이와 같이, 본원발명의 경우, 발광소자(230) 및 수광소자(240)가 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 별로 구비되는 것이 아니라 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들이 하나의 발광소자(230) 및 하나의 수광소자(240)를 공유하기 때문에 울트라 커패시터 모듈(200)의 부피는 물론 제조단가를 절감할 수 있게 된다.As such, in the case of the present invention, the light emitting device 230 and the light receiving device 240 are not provided for each ultra capacitor group 210a to 210n, but a plurality of ultra capacitor groups 210a to 210n are formed as one light emitting device ( 230) and one light receiving element 240, it is possible to reduce the volume of the ultra capacitor module 200 as well as the manufacturing cost.

특히, 제1 실시예의 경우 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)이 비교기(520)도 모두 공유하게 되므로 제2 실시예에 비해 비교기(520)의 개수도 추가로 감소시킬 수 있어 제2 실시예에 따른 울트라 커패시터 모듈(200)에 비해 부피 및 제조단가를 추가적으로 절감할 수 있게 된다.In particular, in the case of the first embodiment, since the plurality of ultracapacitor groups 210a to 210n also share the comparators 520, the number of comparators 520 can be further reduced compared to the second embodiment, so that in the second embodiment It is possible to additionally reduce the volume and manufacturing cost compared to the ultra-capacitor module 200 according to the present invention.

다시 도 2를 참조하면, 발광소자(230)는 전압 센싱부(220)에 의해 센싱된 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력한다. 일 실시예에 있어서 발광소자는 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the light emitting device 230 converts the voltage level sensed by the voltage sensing unit 220 into an optical signal and outputs it. In an embodiment, the light emitting device may be implemented as a light emitting diode (LED).

수광소자(240)는 발광소자(230)와 전기적으로 분리되고, 발광소자(230)로부터 출력되는 광신호를 전압레벨로 다시 변환한다. 즉, 수광소자(240)는 발광소자(230)에서 출력되는 광신호를 다시 아날로그 값을 갖는 전압레벨로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 수광소자는 포토다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)로 구현될 수 있다.The light receiving device 240 is electrically separated from the light emitting device 230 , and converts the optical signal output from the light emitting device 230 back to a voltage level. That is, the light receiving device 240 converts the optical signal output from the light emitting device 230 back to a voltage level having an analog value. In an embodiment, the light receiving device may be implemented as a photodiode or a phototransistor.

이와 같이, 본 발명에 따르면 전압 센싱부(220)에 의해 센싱된 아날로그 값을 갖는 전압레벨을 제어모듈(250)로 전송함에 있어서, 전압 센싱부(220)측에서는 아날로그 값을 갖는 전압레벨을 발광소자(230)를 통해 광신호 형태로 변환하여 전달하고, 제어모듈(250)측에서는 수광소자(240)를 통해 전압레벨을 광신호 형태로 수신한 후 이를 다시 아날로그 값을 갖는 전압레벨로 변환하여 수신하기 때문에, 전압레벨의 전송시 EMC 노이즈의 영향을 최소화할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, when the voltage level having the analog value sensed by the voltage sensing unit 220 is transmitted to the control module 250 , the voltage sensing unit 220 transmits the voltage level having the analog value to the light emitting device. 230 converts it into an optical signal form and transmits it, and the control module 250 receives the voltage level in the form of an optical signal through the light receiving element 240, and then converts it back to a voltage level having an analog value and receives it Therefore, it is possible to minimize the influence of EMC noise during voltage level transmission.

상술한 실시예에 있어서는 발광소자(230) 및 수광소자(240)가 분리된 구성인 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서 발광소자(230) 및 수광소자(240)는 하나의 패키지 내에 구성될 수도 있을 것이다.In the above-described embodiment, the light-emitting device 230 and the light-receiving device 240 have been described as having separate configurations, but in a modified embodiment, the light-emitting device 230 and the light-receiving device 240 are configured in one package. it might be

이러한 실시예에 따르는 경우, 발광소자(230) 및 수광소자(240)는 도 7에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 아날로그 옵토 커플러를 이용하여 구현될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 아날로그 옵토 커플러는 1차측에 발광소자(230)가 배치되고 2차측에 수광소자(240)가 배치됨으로써 발광소자(230) 및 수광소자(240)가 전기적으로 절연된다.According to this embodiment, the light emitting device 230 and the light receiving device 240 may be implemented using an analog optocoupler having a structure as shown in FIG. 7 . As shown in FIG. 7 , in the analog optocoupler, the light emitting device 230 is disposed on the primary side and the light receiving device 240 is disposed on the secondary side, whereby the light emitting device 230 and the light receiving device 240 are electrically insulated. .

다시 도 2를 참조하면, 제어모듈(250)은 수광소자(240)에서 출력되는 전압레벨을 외부 시스템으로 출력한다. 일 실시예에 있어서, 제어모듈(250)은 수광소자(240)로부터 출력되는 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압레벨을 미리 정해진 기준전압레벨과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 타겟 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 동작 상태를 나타내는 플래그를 생성하여 외부 시스템으로 출력할 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the control module 250 outputs the voltage level output from the light receiving element 240 to an external system. In one embodiment, the control module 250 compares the voltage level of the target ultracapacitor group output from the light receiving element 240 with a predetermined reference voltage level, and according to the comparison result, the target ultracapacitor group 210a to 210n ) can be generated and output to an external system by generating a flag indicating the operating state of the

구체적으로, 제어모듈(250)은 타겟 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 전압레벨이 기준전압레벨과 상이하면 타겟 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 포함된 전압 밸런싱부(214)들의 동작에 오류가 발생된 것으로 판단하고, 이러한 오류 발생을 나타내는 플래그를 생성하고, 생성된 플래그를 외부 시스템으로 전달한다.Specifically, when the voltage level of the target ultra-capacitor group 210a to 210n is different from the reference voltage level, the control module 250 causes an error in the operation of the voltage balancing units 214 included in the target ultra-capacitor group 210a to 210n. is determined to have occurred, generates a flag indicating the occurrence of such an error, and transmits the generated flag to an external system.

한편, 제어모듈(250)는 내부에 포함된 알고리즘을 이용하여 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 타겟 울트라 커패시터 그룹을 선택하기 위한 포트 선택신호를 생성하고, 생성된 포트 선택신호를 전압 센싱부(220)로 전달한다. 다른 실시예에 있어서, 제어모듈(250)은 사용자의 입력에 따라 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 타겟 울트라 커패시터 그룹을 선택하기 위한 포트 선택신호를 생성할 수도 있다.Meanwhile, the control module 250 generates a port selection signal for selecting a target ultra capacitor group from among the plurality of ultra capacitor groups 210a to 210n using an algorithm included therein, and applies the generated port selection signal to a voltage. It is transmitted to the sensing unit 220 . In another embodiment, the control module 250 may generate a port selection signal for selecting a target ultra capacitor group from among the plurality of ultra capacitor groups 210a to 210n according to a user input.

상술한 바와 같은 전압 센싱부(220), 발광소자(230), 수광소자(240), 및 제어모듈(250)은 하나의 인쇄회로기판(PCB, 미도시)상에 실장될 수 있다. 이러한 경우, n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)은 모듈 케이스(미도시) 내에 수용되고, 인쇄회로기판은 모듈 케이스의 외부에 별도의 하우징을 통해 장착될 수 있다.As described above, the voltage sensing unit 220 , the light emitting device 230 , the light receiving device 240 , and the control module 250 may be mounted on one printed circuit board (PCB, not shown). In this case, the n ultra capacitor groups 210a to 210n are accommodated in a module case (not shown), and the printed circuit board may be mounted on the outside of the module case through a separate housing.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the above-described present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

200: 울트라 커패시터 모듈 210: 울트라 커패시터 그룹
212: 울트라 커패시터 220: 전압 센싱부
230: 발광소자 240: 수광소자
250: 제어모듈 510, 620: 다중화기
520, 610: 비교기200: ultra-capacitor module 210: ultra-capacitor group
212: ultra capacitor 220: voltage sensing unit
230: light emitting element 240: light receiving element
250: control module 510, 620: multiplexer
520, 610: comparator

Claims (10)

서로 전기적으로 연결된 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n);
상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n) 중 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(220);
상기 전압 센싱부(220)에 의해 센싱된 전압의 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력하는 발광소자(230);
상기 발광소자(230)와 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자(230)로부터 출력되는 광신호를 상기 전압레벨로 변환하는 수광소자(240); 및
상기 수광소자(240)에서 출력되는 전압레벨을 외부 시스템으로 출력하는 제어모듈(250)을 포함하고,
상기 제어모듈(250)은,
상기 복수개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)들 중 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹을 선택하기 위한 포트 선택신호를 생성하여 상기 전압 센싱부(220)로 제공하고,
상기 전압 센싱부(220)는 복수개의 입력포트들 중 상기 포트 선택신호에 상응하는 타겟 울트라 커패시터 그룹이 전기적으로 연결된 입력포트를 출력포트에 연결시키는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.n ultra-capacitor groups 210a to 210n electrically connected to each other;
a voltage sensing unit 220 for sensing a voltage of a target ultracapacitor group among the n ultracapacitor groups 210a to 210n;
a light emitting device 230 for converting the voltage level of the voltage sensed by the voltage sensing unit 220 into an optical signal and outputting it;
a light receiving element 240 electrically separated from the light emitting element 230 and converting an optical signal output from the light emitting element 230 into the voltage level; and
and a control module 250 for outputting the voltage level output from the light receiving element 240 to an external system,
The control module 250,
A port selection signal for selecting the target ultra-capacitor group from among the plurality of ultra-capacitor groups 210a to 210n is generated and provided to the voltage sensing unit 220,
The voltage sensing unit 220 connects an input port to which a target ultra capacitor group corresponding to the port selection signal is electrically connected to an output port among a plurality of input ports. 제1항에 있어서,
상기 전압 센싱부(220)는,
각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T2)가 입력포트(IP1~IPn + 1)에 연결되고, 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제1 전극단자(T1)가 연결된 제1 입력포트(IP1)를 제1 출력포트(OP1)에 연결시키고 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 제2 전극단자(T2)가 연결된 제2 입력포트(IP2)를 제2 출력포트(OP2)에 연결시키는 다중화기(510); 및
제1 입력단자(IT1)가 상기 다중화기(510)의 제1 출력포트(OP1)에 연결되고, 제2 입력단자(IT2)가 상기 다중화기(510)의 제2 출력포트(OP2)에 연결되며, 상기 제1 입력단자(IT1) 및 상기 제2 입력단자(IT2)간의 전위차를 산출하여 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압으로 출력하는 비교기(520)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The voltage sensing unit 220,
The first electrode terminal T1 and the second electrode terminal T2 of each ultracapacitor group 210a to 210n are connected to the input ports IP1 to IPn + 1 , and the first electrode terminal of the target ultracapacitor group (T1) is connected to the first input port (IP1) is connected to the first output port (OP1), and the second input port (IP2) to which the second electrode terminal (T2) of the target ultracapacitor group is connected is connected to a second output port a multiplexer 510 connecting to (OP2); and
A first input terminal IT1 is connected to a first output port OP1 of the multiplexer 510 , and a second input terminal IT2 is connected to a second output port OP2 of the multiplexer 510 . and a comparator 520 that calculates a potential difference between the first input terminal IT1 and the second input terminal IT2 and outputs the voltage of the target ultracapacitor group as a voltage sensing function having a voltage sensing function Ultracapacitor module. 제1항에 있어서,
상기 전압 센싱부(220)는,
각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 제1 전극단자(T1) 및 제2 전극단자(T2)간의 전위차를 산출하고, 산출된 전위차를 상기 각 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)의 전압으로 출력하는 n개의 비교기(610a~610n); 및
상기 n개의 비교기(610a~610n)의 출력단자(OT)가 입력포트(IP1~IPn)에 연결되고, 상기 n개의 비교기들(610a~610n) 중 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹에 연결된 비교기의 출력단자가 연결된 입력포트를 출력포트(OP1)에 연결시켜 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹의 전압을 출력하는 다중화기(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The voltage sensing unit 220,
Calculating the potential difference between the first electrode terminal T1 and the second electrode terminal T2 of each ultracapacitor group 210a to 210n, and outputting the calculated potential difference as the voltage of each ultracapacitor group 210a to 210n n comparators 610a to 610n; and
The output terminals OT of the n comparators 610a to 610n are connected to the input ports IP1 to IPn, and the output terminals of the comparators connected to the target ultracapacitor group among the n comparators 610a to 610n are connected to each other. Ultracapacitor module having a voltage sensing function, characterized in that it comprises a multiplexer (620) for outputting the voltage of the target ultracapacitor group by connecting the input port to the output port (OP1). 제1항에 있어서,
상기 발광소자(230)는 LED(Light Emitting Diode)이고, 상기 수광소자(240)는 포토다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The light emitting device 230 is a light emitting diode (LED), and the light receiving device 240 is a photodiode (Photo Diode) or a photo transistor (Photo Transistor), characterized in that the ultracapacitor module having a voltage sensing function. 제1항에 있어서,
상기 발광소자(230) 및 상기 수광소자(240)는, 1차측에 상기 발광소자(230)가 배치되고 2차측에 상기 수광소자(240)가 배치된 아날로그 옵토 커플러인 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The light emitting device 230 and the light receiving device 240 are analog optocouplers in which the light emitting device 230 is disposed on the primary side and the light receiving device 240 is disposed on the secondary side. Ultracapacitor module with 제1항에 있어서,
상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)은,
서로 직렬로 연결된 복수개의 울트라 커패시터들(212); 및
각 울트라 커패시터(212) 별로 연결되고, 동일한 울트라 커패시터 그룹에 포함된 울트라 커패시터(212)들의 전압이 균등해지도록 각 울트라 커패시터(212)들 간의 전압 밸런싱을 수행하는 복수개의 전압 밸런싱부(214)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The n ultra capacitor groups 210a to 210n are,
a plurality of ultra capacitors 212 connected in series with each other; and
A plurality of voltage balancing units 214 connected for each ultracapacitor 212 and performing voltage balancing between each ultracapacitor 212 so that the voltages of the ultracapacitors 212 included in the same ultracapacitor group are equalized. Ultra-capacitor module having a voltage sensing function, characterized in that it comprises. 제6항에 있어서,
상기 복수개의 전압 밸런싱부(214)는 해당 전압 밸런싱부(214)가 연결된 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하면 해당 울트라 커패시터(212)의 전압을 방전시켜 해당 울트라 커패시터(212)의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되게 하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.7. The method of claim 6,
The plurality of voltage balancing units 214 discharge the voltage of the corresponding ultra-capacitors 212 when the voltage of the ultra-capacitor 212 to which the corresponding voltage balancing unit 214 is connected exceeds a predetermined reference voltage. ) Ultracapacitor module having a voltage sensing function, characterized in that the voltage of the predetermined reference voltage. 제6항에 있어서,
상기 제어모듈(250)은,
상기 수광소자(240)에서 출력된 전압레벨을 미리 정해진 기준전압레벨과 비교하고, 상기 전압레벨이 상기 기준전압레벨과 상이하면 상기 타겟 울트라 커패시터 그룹에 포함된 복수개의 전압 밸런싱부(214)의 오류 발생을 나타내는 플래그를 외부 시스템으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.7. The method of claim 6,
The control module 250,
The voltage level output from the light receiving device 240 is compared with a predetermined reference voltage level, and when the voltage level is different from the reference voltage level, an error in the plurality of voltage balancing units 214 included in the target ultracapacitor group Ultra-capacitor module with a voltage sensing function, characterized in that for transmitting a flag indicating the occurrence to an external system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 n개의 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)은 서로 직렬로 연결되고,
동일한 울트라 커패시터 그룹(210a~210n)에 포함된 복수개의 울트라 커패시터(212)들은 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전압 센싱 기능을 갖는 울트라 커패시터 모듈.According to claim 1,
The n ultra capacitor groups 210a to 210n are connected in series with each other,
Ultra capacitor module having a voltage sensing function, characterized in that the plurality of ultra capacitors 212 included in the same ultra capacitor group (210a ~ 210n) are connected in series with each other.
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