KR20090103132A - Balenced charging apparatus of ultracapacitors and balenced charging method thereof - Google Patents

Balenced charging apparatus of ultracapacitors and balenced charging method thereof

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KR20090103132A
KR20090103132A KR1020080028528A KR20080028528A KR20090103132A KR 20090103132 A KR20090103132 A KR 20090103132A KR 1020080028528 A KR1020080028528 A KR 1020080028528A KR 20080028528 A KR20080028528 A KR 20080028528A KR 20090103132 A KR20090103132 A KR 20090103132A
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ultracapacitor
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권윤혁
송정용
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엘에스엠트론 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An ultra capacitor balanced charging device and a charging method thereof are provided to increase a life of a capacitor assembly and offer a stable charging/discharging characteristic. CONSTITUTION: A capacitor assembly(101) includes a plurality of ultra capacitors(100) which are serially connected. A switching element(102) is connected in parallel to an ultra capacitor to bypass the current selectively. An individual voltage measuring unit(103) measures the voltage of both ends of each ultra capacitor. A reference voltage setting unit(105) sets the reference voltage by calculating an average voltage of the capacitor assembly. A controller(104) compares the reference voltage with the measured result of the individual voltage measuring unit. If the measured result exceeds the reference voltage, the controller bypasses the current flowing in the ultra capacitor by driving a switching element corresponding to the ultra capacitor.

Description

울트라 커패시터 균등 충전장치 및 그 충전방법{Balenced charging apparatus of ultracapacitors and balenced charging method thereof}Balanced charging apparatus of ultracapacitors and balenced charging method

본 발명은 커패시터 충전장치 및 그 충전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상호 직렬 연결된 복수개의 울트라 커패시터(ultracapacitor)들을 각각 균등하게 충전시킬 수 있는 울트라 커패시터 균등 충전장치 및 그 충전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitor charging device and a charging method thereof, and more particularly, to an ultracapacitor equal charging device capable of equally charging a plurality of ultracapacitors connected in series with each other, and a charging method thereof.

통상적으로 충전장치는 필요한 출력전압을 얻을 수 있도록 복수개의 충전용 커패시터가 상호 직렬로 연결된 커패시터 어셈블리(capacitor assembly)를 포함하도록 구성되고, 각 커패시터에 적정 전원을 공급하고 충/방전 모드를 제어하는 회로도 구비된다. 이러한 종래의 충전장치는 소정의 파워 서플라이(power supply)로부터 공급되는 직류 전원을 적정 전압 및 전류로 조정한 후 각각의 커패시터에 인가하고, 과충전이나 이상전류 발생시에는 콘트롤러에서 커패시터 어셈블리를 일괄적으로 파워 서플라이와 분리하여 충전을 중단시키도록 동작하게 된다.Typically, the charging device is configured to include a capacitor assembly (capacitor assembly) in which a plurality of charging capacitors are connected in series with each other so as to obtain the required output voltage, a circuit diagram for supplying the appropriate power to each capacitor and control the charge / discharge mode It is provided. Such a conventional charging device adjusts DC power supplied from a predetermined power supply to an appropriate voltage and current, and then applies them to respective capacitors. In the event of overcharge or abnormal current, the controller collectively powers the capacitor assembly. It is separated from the supply and operated to stop charging.

그런데, 이와 같은 충전장치는 커패시터 어셈블리를 이루는 개별 커패시터의 충전 특성에 대한 고려없이 일괄적으로 충전 중단동작을 수행하게 되므로 특정의 커패시터가 다른 커패시터에 비해 과충전되거나, 다른 커패시터와는 달리 완전히 충전되지 않은 상태에서 전원 공급이 중단되는 커패시터가 존재할 수 있는 취약점이 있다. 이와 같은 불균등 충전은 결국 커패시터의 수명에 악영향을 끼칠 수 있으며, 충전 용량이 감소되거나 필요한 동작 전압이 얻어지지 않는 등 충전장치의 품질을 저하시키는 등의 문제점을 초래하게 된다.However, such a charging device performs a charging stop operation collectively without considering the charging characteristics of the individual capacitors constituting the capacitor assembly, so that a specific capacitor is not overcharged compared to other capacitors or, unlike other capacitors, is not fully charged. There is a vulnerability in which a capacitor may be present in which the power supply is interrupted. Such unbalanced charging may adversely affect the life of the capacitor, resulting in problems such as a decrease in the quality of the charging device, such as a reduced charging capacity or the required operating voltage is not obtained.

상기와 같은 문제점의 대안으로서, 미국공개특허 제2003-214267호, 일본공개특허 제2005-86900호 등에서는 밸런싱(balancing) 회로를 이용해 각 커패시터의 충전을 개별적으로 제어하는 기술을 개시하고 있다. 이와 같이 밸런싱 회로를 사용하는 종래의 충전장치는 미리 고정적으로 설정된 전압 기준치에 대하여 각 커패시터 양단의 전압 측정값을 비교하여 기준치 도달시 충전을 중단시키도록 구성된다.As an alternative to the above problems, US Patent Publication No. 2003-214267, Japanese Patent Publication No. 2005-86900, and the like disclose a technique for individually controlling the charging of each capacitor using a balancing circuit. The conventional charging device using the balancing circuit as described above is configured to stop the charging when the reference value is reached by comparing the voltage measurement values across each capacitor with respect to the voltage reference value which is fixed in advance.

그러나, 상기 공개특허들에 따르면 특정 커패시터의 동작 특성이 변화하여 커패시터 어셈블리 전체의 특성이 변화한 경우에도 고정적으로 설정된 전압 기준치를 그대로 이용해 충전 제어를 수행하게 되므로 결과적으로 커패시터들이 불균일하게 충전되는 현상이 발생할 수 있는 우려가 있다.However, according to the above-mentioned patents, even when the characteristic of the entire capacitor assembly is changed due to the change in the operation characteristics of a specific capacitor, charging control is performed using the fixed voltage reference value as it is, resulting in uneven charging of the capacitors. There is a fear that it may occur.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 커패시터 어셈블리의 실제 특성이 반영된 바이패스 기준전압을 제공하여 커패시터 어셈블리의 각 울트라 커패시터들을 균등하게 충전할 수 있는 울트라 커패시터 균등 충전장치 및 그 충전방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention was devised in consideration of the above problems, and provides an ultra-capacitor equal charging device capable of equally charging each ultracapacitor of the capacitor assembly by providing a bypass reference voltage reflecting actual characteristics of the capacitor assembly. The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 울트라 커패시터 균등 충전장치는 커패시터 어셈블리 전체의 전압을 측정하여 이를 바이패스 기준전압으로 사용하도록 구성된다.In order to achieve the above object, the ultracapacitor equal charging device according to the present invention is configured to measure the voltage of the entire capacitor assembly and use it as a bypass reference voltage.

즉, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 균등 충전장치는 상호 직렬 연결된 복수개의 울트라 커패시터를 구비한 커패시터 어셈블리; 각각의 울트라 커패시터에 대하여 선택적으로 전류를 바이패스하도록 상기 울트라 커패시터에 병렬 연결된 스위칭 소자; 각각의 울트라 커패시터에 대응하여 병렬 접속되어 각 울트라 커패시터 양단의 전압을 측정하는 개별전압 측정부; 상기 커패시터 어셈블리 전체의 평균전압을 산출하여 기준전압을 설정하는 기준전압 설정부; 및 상기 개별전압 측정부의 측정결과와 상기 기준전압을 비교하고, 상기 개별전압 측정부의 측정결과가 상기 기준전압을 넘어서는 경우 해당 울트라 커패시터에 대응하는 스위칭 소자를 구동하여 상기 울트라 커패시터에 흐르는 전류를 바이패스시키는 제어부;를 포함한다.That is, the ultracapacitor equal charging device according to the present invention includes a capacitor assembly having a plurality of ultracapacitors connected in series; A switching element connected in parallel to said ultra capacitor to selectively bypass current for each ultra capacitor; An individual voltage measuring unit connected in parallel with each ultra capacitor to measure a voltage across each ultra capacitor; A reference voltage setting unit configured to set a reference voltage by calculating an average voltage of the entire capacitor assembly; And comparing the measurement result of the individual voltage measuring unit with the reference voltage and, when the measurement result of the individual voltage measuring unit exceeds the reference voltage, drives a switching element corresponding to the corresponding ultracapacitor to bypass current flowing through the ultracapacitor. The control unit;

바람직하게, 상기 기준전압 설정부는 상기 커패시터 어셈블리 양단의 측정전압을 상기 울트라 커패시터의 개수로 나누어서 상기 평균전압을 산출한다.Preferably, the reference voltage setting unit calculates the average voltage by dividing the measured voltage across the capacitor assembly by the number of the ultracapacitors.

상기 울트라 커패시터는 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터 또는 하이브리드 전기이중층 커패시터인 것이 바람직하다.The ultra capacitor is preferably a super capacitor, an electric double layer capacitor, or a hybrid electric double layer capacitor.

상기 스위칭 소자로는, 상기 울트라 커패시터의 양단에 각각 소스 단자와 드레인 단자가 연결되고, 상기 제어부에 의해 게이트-소스 간 전압이 제어되는 모스 전계효과트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: MOS FET)가 채용될 수 있다.The switching element may include a MOS FET having a source terminal and a drain terminal connected to both ends of the ultracapacitor, and a gate-source voltage controlled by the controller. Can be employed.

대안으로 상기 스위칭 소자로는, 상기 울트라 커패시터의 양단에 각각 이미터 단자와 컬렉터 단자가 연결되고, 상기 제어부에 의해 베이스 전류가 제어되는 바이폴라 트랜지스터(BJT)가 채용될 수 있다.Alternatively, as the switching element, a bipolar transistor (BJT) having an emitter terminal and a collector terminal respectively connected to both ends of the ultra capacitor, and having a base current controlled by the controller, may be employed.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상호 직렬 연결된 복수개의 울트라 커패시터를 구비한 커패시터 어셈블리 전체의 전압을 측정하는 단계; 상기 커패시터 어셈블리 전체의 평균전압을 산출하고, 상기 평균전압을 이용해 기준전압을 설정하는 단계; 각각의 울트라 커패시터 양단의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 기준전압과 상기 울트라 커패시터 양단의 전압 측정값을 비교하고, 상기 전압 측정값이 상기 기준전압을 넘어서는 경우 해당 울트라 커패시터에 흐르는 전류를 바이패스시키는 단계;를 포함하는 울트라 커패시터 균등 충전방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the steps of measuring the voltage across the capacitor assembly having a plurality of ultra capacitors connected in series; Calculating an average voltage of the entire capacitor assembly and setting a reference voltage using the average voltage; Measuring the voltage across each ultra capacitor; And comparing the reference voltage with a voltage measurement value across the ultra capacitor, and bypassing current flowing through the ultra capacitor when the voltage measurement value exceeds the reference voltage. do.

본 발명에 의하면 커패시터 어셈블리의 전체 전압에 따라 기준전압을 설정하여 울트라 커패시터에 흐르는 전류에 대한 바이패스 동작을 수행하게 되므로 커패시터 어셈블리의 실제 동작특성을 반영하여 각 울트라 커패시터들을 균등하게 충전할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by setting a reference voltage according to the total voltage of the capacitor assembly to perform the bypass operation for the current flowing in the ultra capacitor, it is possible to equally charge each ultra capacitor by reflecting the actual operating characteristics of the capacitor assembly. There is this.

따라서, 커패시터 어셈블리의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전원공급 대상이 되는 전자제품에 대하여 안정적인 충/방전 특성을 제공할 수 있다.Therefore, not only the life of the capacitor assembly can be improved, but also stable charge / discharge characteristics can be provided for the electronic products to be powered.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention includes matters described in such drawings. It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터 균등 충전장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an ultracapacitor equal charging device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 스위칭 소자로서 MOS FET이 채용된 예를 개략적으로 도시한 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating an example in which a MOS FET is employed as the switching element in FIG. 1.

도 3은 도 1에서 스위칭 소자로서 BJT가 채용된 예를 개략적으로 도시한 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating an example in which BJT is employed as the switching element in FIG. 1.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터 균등 충전방법을 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an ultracapacitor equal charging method according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>

100: 울트라 커패시터 101: 커패시터 어셈블리100: ultracapacitor 101: capacitor assembly

102: 스위칭 소자 103: 개별전압 측정부102: switching element 103: individual voltage measuring unit

104: 제어부 105: 기준전압 설정부104: control unit 105: reference voltage setting unit

107: 전압 공급부 108: 전류 공급부107: voltage supply 108: current supply

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터 균등 충전장치의 구성을 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an ultracapacitor equal charging device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 울트라 커패시터 균등 충전장치는 소정의 파워 서플라이(미도시)로부터 제공되는 전기 에너지를 저장하기 위한 복수개의 울트라 커패시터(100)로 이루어진 커패시터 어셈블리(101)와, 각각의 울트라 커패시터(100)에 대하여 병렬 연결된 복수개의 스위칭 소자(102)와, 각 울트라 커패시터(100) 양단의 전압을 측정하는 복수개의 개별전압 측정부(103)와, 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압에 따라 기준전압을 설정하는 기준전압 설정부(105)와, 개별전압 측정부(103)의 전압 측정값이 기준전압을 넘어서는 경우 해당 스위칭 소자(102)를 구동하여 전류를 바이패스시키는 제어부(104)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an ultracapacitor equal charging device includes a capacitor assembly 101 including a plurality of ultracapacitors 100 for storing electrical energy provided from a predetermined power supply (not shown), and each ultracapacitor ( A plurality of switching elements 102 connected in parallel with respect to 100, a plurality of individual voltage measuring units 103 measuring voltages across the respective ultra capacitors 100, and reference voltages according to the total voltages of the capacitor assemblies 101. A reference voltage setting unit 105 for setting a voltage and a control unit 104 for bypassing a current by driving the corresponding switching element 102 when the voltage measurement value of the individual voltage measuring unit 103 exceeds the reference voltage. .

커패시터 어셈블리(101)는 울트라 커패시터(100)들이 상호 직렬 연결되어 필요한 출력전압과 충전 용량을 제공한다. 울트라 커패시터(100)는 기존 커패시터의 낮은 에너지 밀도와 이차전지의 낮은 출력특성을 보완할 수 있는 에너지 저장장치로서, 낮은 저항특성과 약 -40℃~70℃의 넓은 작동 온도범위, 뛰어난 장기 신뢰성 등의 특성을 갖는다. 이러한 울트라 커패시터(100)는 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터 또는 하이브리드 전기이중층 커패시터 형태로 상용화된 제품이 채용되는 것이 바람직하다.The capacitor assembly 101 has ultracapacitors 100 connected in series to provide the required output voltage and charge capacity. The ultracapacitor 100 is an energy storage device that can compensate for the low energy density of a conventional capacitor and the low output characteristics of a secondary battery. The ultracapacitor 100 has a low resistance characteristic, a wide operating temperature range of about -40 ° C to 70 ° C, and excellent long-term reliability. Has the characteristics of. The ultracapacitor 100 is preferably a product commercialized in the form of a super capacitor, an electric double layer capacitor or a hybrid electric double layer capacitor.

스위칭 소자(102)는 각각의 울트라 커패시터(100)에 대응하여 병렬 연결되고, 선택적으로 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류를 바이패스(bypass)함으로써 울트라 커패시터(100) 양단에 걸리는 충전 전압을 조절한다. 스위칭 소자(102)로는 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)나 바이폴라 트랜지스터(BJT)와 같은 반도체 스위치가 채용되는 것이 바람직하다.The switching elements 102 are connected in parallel to each of the ultracapacitors 100, and selectively adjust the charging voltage across the ultracapacitors 100 by bypassing current flowing through the ultracapacitors 100. . As the switching element 102, a semiconductor switch such as a MOS field effect transistor (MOS FET) or a bipolar transistor (BJT) is preferably used.

도 2에는 스위칭 소자(102)로서 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)가 채용된 예가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)의 소스(source) 단자와 드레인(drain) 단자는 울트라 커패시터(100)의 양단에 각각 연결되고, 전압공급부(107)로부터 게이트-소스 간 전압을 선택적으로 공급받아 온(on)/오프(off) 구동됨으로써 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류를 바이패스 시킨다. 부가적으로, 스위칭 소자(102)에는 안정화저항(106)이 직렬 연결되어 바이패스 동작시 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 것이 바람직하다.2 schematically shows an example in which a MOS field effect transistor (MOS FET) is employed as the switching element 102. In this case, the source terminal and the drain terminal of the MOS FET are connected to both ends of the ultracapacitor 100, and selectively supply the gate-source voltage from the voltage supply unit 107. It is driven on / off to bypass the current flowing in the ultracapacitor 100. In addition, it is preferable that the stabilizing resistor 106 is connected to the switching element 102 in series to prevent an overcurrent from flowing in the circuit during the bypass operation.

도 3에는 스위칭 소자(102)로서 바이폴라 트랜지스터(BJT)가 채용된 예가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우 바이폴라 트랜지스터(BJT)의 이미터(emitter)와 컬렉터(collector) 단자는 울트라 커패시터(100)의 양단에 각각 연결되고, 전류공급부(108)로부터 베이스 전류를 선택적으로 공급받아 온(on)/오프(off) 구동됨으로써 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류를 바이패스 시킨다. 3 schematically shows an example in which a bipolar transistor BJT is employed as the switching element 102. In this case, the emitter and collector terminals of the bipolar transistor BJT are connected to both ends of the ultracapacitor 100, and are selectively supplied with a base current from the current supply unit 108. It is driven off to bypass the current flowing in the ultracapacitor 100.

개별전압 측정부(103)는 각각의 울트라 커패시터(100)에 대응하여 병렬 연결되어 해당 울트라 커패시터(100) 양단의 전압을 측정한다. 울트라 커패시터(100)의 개별전압을 측정하기 위한 기술적 구성으로는 공지되어 있는 다양한 형태의 전압 측정회로가 채택 가능하다. The individual voltage measuring unit 103 is connected in parallel to each of the ultracapacitors 100 to measure voltages across the corresponding ultracapacitors 100. As a technical configuration for measuring an individual voltage of the ultracapacitor 100, various types of known voltage measuring circuits may be adopted.

기준전압 설정부(105)는 커패시터 어셈블리(101) 전체의 평균전압을 산출하여 전류 바이패스를 위한 기준전압을 설정한다. 이를 위해, 기준전압 설정부(105)는 커패시터 어셈블리(101)의 양단에 연결되어 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압을 측정하고, 측정된 전압을 울트라 커패시터(100)의 개수로 나누어서 평균전압을 산출한다. 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압을 측정하기 위한 기술적 구성으로는 공지되어 있는 다양한 형태의 전압 측정회로가 채택 가능하다.The reference voltage setting unit 105 calculates an average voltage of the entire capacitor assembly 101 to set a reference voltage for current bypass. To this end, the reference voltage setting unit 105 is connected to both ends of the capacitor assembly 101 to measure the total voltage of the capacitor assembly 101, and divides the measured voltage by the number of ultracapacitors 100 to calculate the average voltage. do. As a technical configuration for measuring the total voltage of the capacitor assembly 101, various types of known voltage measuring circuits can be adopted.

제어부(104)는 기준전압 설정부(105)에서 설정한 기준전압과 개별전압 측정부(103)의 측정결과를 서로 비교하고, 개별전압 측정부(103)의 측정결과가 기준전압을 넘어서는 경우 해당 울트라 커패시터(100)에 대응하는 스위칭 소자(102)를 구동하여 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류의 일부 혹은 전부를 바이패스시킨다.The control unit 104 compares the reference voltage set by the reference voltage setting unit 105 with the measurement results of the individual voltage measuring unit 103, and when the measurement result of the individual voltage measuring unit 103 exceeds the reference voltage. The switching element 102 corresponding to the ultra capacitor 100 is driven to bypass some or all of the current flowing through the ultra capacitor 100.

제어부(104)는 스위칭 소자(102)가 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)인 경우에는 해당 전압공급부(107)를 제어하여 스위칭 소자(102)를 온/오프 구동하고, 스위칭 소자(102)가 바이폴라 트랜지스터(BJT)인 경우에는 전류공급부(108)를 제어하여 스위칭 소자(102)를 온/오프 구동한다.If the switching element 102 is a MOS FET, the control unit 104 controls the voltage supply unit 107 to drive the switching element 102 on and off, and the switching element 102 is bipolar. In the case of the transistor BJT, the current supply unit 108 is controlled to drive the switching element 102 on / off.

상기 기준전압 설정부(105)와 제어부(104)는 동일한 콘트롤러 모듈 내에 포함되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 상호 별개의 모듈로 구성될 수도 있다.The reference voltage setting unit 105 and the control unit 104 may be included in the same controller module, but the present invention is not limited thereto.

도 4에는 이상과 같은 구성을 갖는 울트라 커패시터 균등 충전장치에 의해 수행될 수 있는 울트라 커패시터 균등 충전방법이 도시되어 있다.4 illustrates an ultracapacitor equal charging method which may be performed by an ultracapacitor equal charging device having the above configuration.

도 4를 참조하면, 본 발명은 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압에 따라 기준전압을 설정하고, 각 울트라 커패시터(100)의 양단 전압을 측정하여 기준전압과 비교함으로써 울트라 커패시터(100)의 충전을 개별적으로 제어한다.Referring to FIG. 4, the present invention sets the reference voltage according to the total voltage of the capacitor assembly 101, measures the voltage across both of the ultracapacitors 100, and compares the reference voltage with the reference voltage to thereby charge the ultracapacitor 100. Individually controlled.

즉, 먼저 커패시터 어셈블리(101)의 양단 전압을 계측하여 전체 전압을 측정한 후 평균전압을 산출하여 기준전압을 설정하는 과정을 수행하고(단계 S100 및 단계S110), 이후 커패시터 어셈블리(101)를 구성하는 각각의 울트라 커패시터(100) 양단의 전압을 측정하여 기준전압과 비교한다(단계 S120 및 단계 S130). That is, first measuring the voltage across the capacitor assembly 101 to measure the total voltage, and then calculates the average voltage to set the reference voltage (steps S100 and S110), and then configure the capacitor assembly 101 The voltage across the respective ultracapacitors 100 is measured and compared with the reference voltage (steps S120 and S130).

단계 S110에서는 커패시터 어셈블리(101)의 양단에 연결되어 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압을 측정하고, 측정된 전압을 울트라 커패시터(100)의 개수로 나누어서 평균전압을 산출한다.In step S110, the total voltage of the capacitor assembly 101 is connected to both ends of the capacitor assembly 101, and the average voltage is calculated by dividing the measured voltage by the number of ultracapacitors 100.

단계 S130에서는 각 울트라 커패시터(100) 양단의 전압 측정값이 기준전압을 넘어서는지 여부를 판단한다. 각 울트라 커패시터(100) 양단의 전압은 울트라 커패시터(100)마다 병렬 연결된 개별전압 측정부(103)에 의해 측정된다.In operation S130, it is determined whether the voltage measurement value across each ultra capacitor 100 exceeds the reference voltage. The voltage across each ultracapacitor 100 is measured by an individual voltage measurement unit 103 connected in parallel to each ultracapacitor 100.

단계 S130의 판단 결과, 전압 측정값이 기준전압 미만인 경우에는 울트라 커패시터(100)에 대한 충전모드를 유지하고(단계 S140), 전압 측정값이 기준전압 이상인 경우에는 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류를 바이패스하는 처리를 수행한다(단계 S150).As a result of the determination in step S130, when the voltage measurement value is less than the reference voltage, the charging mode for the ultra capacitor 100 is maintained (step S140), and when the voltage measurement value is greater than or equal to the reference voltage, the current flowing through the ultra capacitor 100 is determined. The bypassing process is performed (step S150).

단계 S140 및 단계 S150의 처리를 위해, 커패시터 어셈블리(101)를 이루는 각 울트라 커패시터(100)에는 스위칭 소자(102)가 병렬 연결된다. 따라서, 단계 S140에서는 해당 스위칭 소자(102)를 오프(off) 상태로 유지함으로써 충전모드를 유지할 수 있고, 단계 S150에서는 해당 스위칭 소자(102)를 온(on) 상태로 전환함으로써 해당 울트라 커패시터(100)에 흐르는 전류를 스위칭 소자(102) 쪽으로 바이패스시킬 수 있다. 바이패스 동작 이후에 해당 울트라 커패시터(100)의 전압이 전체 평균치에 근접하면 다시 스위칭 소자(102)를 오프시키는 제어가 수행되고, 해당되는 울트라 커패시터(100)들에 대하여 이와 같은 동작들을 반복함에 따라 커패시터 어셈블리(101)는 전체적으로 균등하게 충/방전을 수행하게 된다.For the processing of steps S140 and S150, a switching element 102 is connected in parallel to each ultra capacitor 100 constituting the capacitor assembly 101. Therefore, in step S140, the charging mode may be maintained by keeping the switching element 102 in an off state, and in step S150, the corresponding ultracapacitor 100 is turned on by switching the switching element 102 in an on state. The current flowing through the N-B may be bypassed toward the switching element 102. After the bypass operation, when the voltage of the corresponding ultracapacitor 100 approaches the average value, the control to turn off the switching element 102 is performed again, and the above operations are repeated for the corresponding ultracapacitors 100. The capacitor assembly 101 performs charge / discharge evenly.

상술한 바와 같이 본 발명은 커패시터 어셈블리(101)의 전체 전압과 각각의 울트라 커패시터(100)의 개별전압 상태에 따라 개별적인 충전 제어를 수행함으로써 각 울트라 커패시터(100)의 충전 전압 및 충전량을 균등하게 유지할 수 있다.As described above, the present invention maintains the charge voltage and the charge amount of each ultra capacitor 100 evenly by performing individual charge control according to the total voltage of the capacitor assembly 101 and the individual voltage state of each ultra capacitor 100. Can be.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

Claims (8)

상호 직렬 연결된 복수개의 울트라 커패시터를 구비한 커패시터 어셈블리;A capacitor assembly having a plurality of ultra capacitors connected in series; 각각의 울트라 커패시터에 대하여 선택적으로 전류를 바이패스하도록 상기 울트라 커패시터에 병렬 연결된 스위칭 소자;A switching element connected in parallel to said ultra capacitor to selectively bypass current for each ultra capacitor; 각각의 울트라 커패시터에 대응하여 병렬 연결되어 각 울트라 커패시터 양단의 전압을 측정하는 개별전압 측정부;An individual voltage measuring unit connected in parallel with each ultra capacitor to measure a voltage across each ultra capacitor; 상기 커패시터 어셈블리 전체의 평균전압을 산출하여 기준전압을 설정하는 기준전압 설정부; 및A reference voltage setting unit configured to set a reference voltage by calculating an average voltage of the entire capacitor assembly; And 상기 개별전압 측정부의 측정결과와 상기 기준전압을 비교하고, 상기 개별전압 측정부의 측정결과가 상기 기준전압을 넘어서는 경우 해당 울트라 커패시터에 대응하는 스위칭 소자를 구동하여 상기 울트라 커패시터에 흐르는 전류를 바이패스시키는 제어부;를 포함하는 울트라 커패시터 균등 충전장치.The measurement result of the individual voltage measuring unit and the reference voltage are compared, and when the measurement result of the individual voltage measuring unit exceeds the reference voltage, the switching element corresponding to the corresponding ultra capacitor is driven to bypass the current flowing in the ultra capacitor. Ultracapacitor equal charging device comprising a control unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준전압 설정부는 상기 커패시터 어셈블리 양단의 측정전압을 상기 울트라 커패시터의 개수로 나누어서 상기 평균전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전장치.And the reference voltage setting unit calculates the average voltage by dividing the measured voltage across the capacitor assembly by the number of the ultracapacitors. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 울트라 커패시터는 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터 또는 하이브리드 전기이중층 커패시터인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전장치.The ultracapacitor is a supercapacitor, an electric double layer capacitor or a hybrid electric capacitor, characterized in that the hybrid electric double layer capacitor. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스위칭 소자는, 상기 울트라 커패시터의 양단에 각각 소스 단자와 드레인 단자가 연결되고, 상기 제어부에 의해 게이트-소스 간 전압이 제어되는 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전 장치.The switching element is an ultracapacitor equal charging, characterized in that the source terminal and the drain terminal are connected to both ends of the ultracapacitor, the MOS field effect transistor (MOS FET) is controlled by the control unit the gate-source voltage. Device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스위칭 소자는, 상기 울트라 커패시터의 양단에 각각 이미터 단자와 컬렉터 단자가 연결되고, 상기 제어부에 의해 베이스 전류가 제어되는 바이폴라 트랜지스터(BJT)인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전 장치.The switching element is an equalizer charging device, characterized in that the bipolar transistor (BJT) is connected to the emitter terminal and the collector terminal, respectively, and the base current is controlled by the control unit, both ends of the ultra capacitor. 상호 직렬 연결된 복수개의 울트라 커패시터를 구비한 커패시터 어셈블리 전체의 전압을 측정하는 단계;Measuring a voltage across the capacitor assembly having a plurality of ultracapacitors connected in series; 상기 커패시터 어셈블리 전체의 평균전압을 산출하고, 상기 평균전압을 이용해 기준전압을 설정하는 단계;Calculating an average voltage of the entire capacitor assembly and setting a reference voltage using the average voltage; 각각의 울트라 커패시터 양단의 전압을 측정하는 단계; 및Measuring the voltage across each ultra capacitor; And 상기 기준전압과 상기 울트라 커패시터 양단의 전압 측정값을 비교하고, 상기 전압 측정값이 상기 기준전압을 넘어서는 경우 해당 울트라 커패시터에 흐르는 전류를 바이패스시키는 단계;를 포함하는 울트라 커패시터 균등 충전방법.Comparing the reference voltage with a voltage measurement value across the ultra capacitor, and bypassing a current flowing through the corresponding ultra capacitor when the voltage measurement value exceeds the reference voltage. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 커패시터 어셈블리 전체의 평균전압은, 상기 커패시터 어셈블리 전체의 전압을 상기 울트라 커패시터의 개수로 나누어서 산출하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전방법.Ultracapacitor equal charging method characterized in that the average voltage of the entire capacitor assembly is calculated by dividing the voltage of the entire capacitor assembly by the number of the ultracapacitor. 제6항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 울트라 커패시터로는 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터 또는 하이브리드 전기이중층 커패시터를 사용하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 균등 충전방법.The ultracapacitor equal charging method, characterized in that using a supercapacitor, an electric double layer capacitor or a hybrid electric double layer capacitor.
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