KR20110047928A - 슈퍼 커패시터 성능 평가 방법 및 슈퍼 커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치. - Google Patents

슈퍼 커패시터 성능 평가 방법 및 슈퍼 커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치. Download PDF

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Abstract

슈퍼커패시터 성능 평가 방법 및 슈퍼커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치에 관한 기술이 개시된다. 이러한 기술에 따르면, 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 입력 받는 단계; 및 상기 임피던스 정보 및 상기 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 상기 등가 회로에 대한 파라미터를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이며, 상기 파라미터는 상기 등가 회로의 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값인 슈퍼커패시터 성능 평가 방법이 제공된다.
슈퍼커패시터, 임피던스

Description

슈퍼 커패시터 성능 평가 방법 및 슈퍼 커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치.{METHOD FOR PERFORMANCE EVALUATION OF SUPERCAPACITOR AND APPARATUS FOR PARAMETER MEASUREMENT EVALUATION FOR PERFORMANCE EVALUATION OF THE SUPERCAPACITOR}
본 발명은 슈퍼 커패시터 성능 평가 방법 및 슈퍼 커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치에 관한 것이다.
슈퍼커패시터(supercapacitor)는 전력밀도가 높고 사이클 수명이 길다. 이러한 슈퍼커패시터의 특성으로 인하여, 슈퍼커패시터는 신재생 에너지원의 동특성 보상이나 순간적인 고출력을 요구하는 응용 분야에 널리 사용되고 있다. 그리고 풍력발전, 전기자동차 및 철도, UPS 시스템과 같은 대용량의 시스템에서 슈퍼커패시터는 다수의 셀을 포함하는 모듈로 구성되어 사용된다.
성능이 균일하지 않은 슈퍼커패시터가 모듈에 사용될 경우, 슈퍼커패시터 모듈의 성능이 최적화 될 수 없으며, 추후 슈퍼커패시터 모듈 사용 시에 슈퍼커패시 터 모듈의 고장 원인이 될 수 있다. 따라서 슈퍼커패시터 생산 단계에서 불량한 슈퍼커패시터를 선별하여 배제시키고 균일한 성능을 갖는 슈퍼커패시터만을 출고하는 것이 매우 중요하다.
슈퍼커패시터의 성능을 결정하는 대표적인 요인으로는 자연 방전률, 정전용량(capacitance) 및 등가직렬저항(ESR) 등이 있다. 슈퍼커패시터를 SOC(State of Charge) 100%까지 충전시키고, 이후 24시간정도 방치하면서 슈퍼커패시터의 단자전압을 측정하여 슈퍼커패시터의 자연 방전율을 측정할 수 있으며, IEC(International Electrotechnical Commission) 62391-1 규정에 의거하여 SOC가 80%에서 40%가 되도록 슈퍼커패시터를 정전류 방전시키고, 정전류 방전에 인한 슈퍼커패시터의 전압변화 측정을 통해 슈퍼커패시터의 정전용량 값을 계산할 수 있다. 또한 중요한 평가요소 중 하나인 등가직렬저항의 경우, 계측기와 같은 별도의 장비를 이용함으로써 특정 주파수에서의 등가직렬저항 값을 측정할 수 있다.
하지만 전술된 방법에 따라 슈퍼커패시터의 성능을 평가하는 경우, 평가 시간이 상당히 길고, 동시에 여러가지 성능 평가 요인을 구할 수 없기 때문에 슈퍼커패시터 생산성이 저하될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 슈퍼커패시터 성능 측정에 대한 정확도를 유지하면서 보다 단시간에 슈퍼커패시터의 성능을 평가하기 위한 슈퍼커패시터 성능 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 슈퍼커패시터 성능 평가에 따른 시간을 감소시킬 수 있는 슈퍼커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 입력받는 단계; 및 상기 임피던스 정보 및 상기 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 상기 등가 회로에 대한 파라미터를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이며, 상기 파라미터는 상기 등가 회로의 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값인 슈퍼커패시터 성능 평가 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 섭동 전류가 유도되는 복수의 슈퍼커패시터를 이용하여, 상기 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 전류 값 및 전압 값을 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 전류 값 및 전압 값을 슈퍼커패시터 성능 평가 장치로 전송하는 전송부를 포함하며, 상기 슈퍼커패시터 성능 평가 장치는 상기 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여, 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 임피 던스 정보를 생성하고, 상기 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 상기 등가 회로에 대한 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값을 생성하는 슈퍼커패시터 성능 평가를 위한 파라미터 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보와 슈퍼커패시터에 대한 등가회로를 이용하여, 슈퍼커패시터 성능 측정에 대한 정확도를 유지하면서 보다 단시간에 슈퍼커패시터의 성능을 평가할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 슈퍼커패시터에 대한 전류 값 및 전압 값을 한번에 측정함으로써, 보다 단시간에 슈퍼커패시터 성능 평가에 필요한 파라미터를 측정할 수 있다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 시스템(100)은 슈퍼커패시터(101), 임피던스 측정장치(103) 및 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)를 포함한다.
임피던스 측정장치(103)는 슈퍼커패시터(101)의 임피던스를 측정하는 장치로서, 예를 들어 전기화학적 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 슈퍼커패시터(101)의 임피던스를 측정할 수 있다. 전기화학적 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)은 주파수가 다른 미소한 교류신호를 대상물질에 부여하여 임피던스를 계측하는 방법이다.
슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 임피던스 측정장치(103)에 의해 측정된 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터(101)의 등가회로를 이용하여 등가회로에 대한 파라미터를 생성한다.
슈퍼커패시터(101)의 물리적 특성을 반영하는 슈퍼커패시터(101)의 등가회로는 일반적으로 등가직렬저항과 슈퍼커패시터(101)의 전극 임피던스로 구성될 수 있다. 등가회로 및 임피던스는 슈퍼커패시터(101)의 물리적 특성을 반영하기 때문에, 슈퍼커패시터(101)의 임피던스 정보를 이용하여 등가회로의 등가직렬저항값 및 전극 임피던스 값을 산출할 수 있다. 여기서, 파라미터는 등가회로의 등가직렬저항값 및 전극 임피던스값이다. 전극 임피던스는 전극의 CPE(Constant Phase Element)를 나타내는 것으로서, 등가회로의 파라미터를 통해 슈퍼커패시터(101)의 성능이 측정, 평가될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 슈퍼커패시터(101)의 제1임피던스 정보 및 슈퍼커패시터(101)의 등가회로를 이용하여, 슈퍼커패시터(101) 성능 측정 요인인 등가회로의 파라미터 값을 생성할 수 있다. 결국, 본 발명에 따르면, 슈퍼커패시터에 대한 충방전 및 자연방전 실험 등이 없이, 슈퍼커패시터의 성능을 평가할 수 있으므로 슈퍼커패시터 성능 측정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 슈퍼커패시터 생산 단계에서 불량한 슈퍼커패시터를 효과적으로 선별할 수 있음으로써 출하되는 제품의 불량률을 낮출 수 있다.
한편, 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)가 파라미터를 생성하기 위한 구체적인 방법은 도 3 내지 도 6에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는 도 1의 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)의 슈퍼커패시터 성능 평가방법이 일실시예로서 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가방법은 단계 S201로부터 시작된다.
단계 S201에서 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 수신 즉, 입력받는다. 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값으로서, 도 1의 임피던스 측정장치(103)로부터 임피던스 정보를 입력받을 수 있다.
단계 S203에서 슈퍼 커패시터 성능 평가 장치(105)는 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 등가 회로에 대한 파라미터를 생성한다. 등가 회로에 대한 파라미터는 등가 회로의 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스의 전극저항과 CPE 값으로서, 전술된 바와 같이, 등가 회로에 대한 파라미터는 슈퍼커패시터의 성능을 평가할 수 있는 요소이다.
본 발명에 따르면, 슈퍼커패시터 성능 평가를 위해 슈퍼커패시터를 장시간 동안 충방전시켜 정전용량을 측정하거나, 계측기를 이용하여 등가직렬저항 값을 측정하는 등의 실험없이, 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 이용하여 등가회로의 파라미터를 추출하고 분석함으로써, 등가직렬저항에 의한 충방전 손실 및 자연 방전율을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 측정할 수 있다. 따라서 슈퍼커패시터 성능 평가에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
그리고 이 때, 생성되는 등가회로의 등가직렬저항 값 또는 전극 임피던스 값은 임피던스 정보와 등가회로를 이용함으로써 이하 도 3내지 도 6에서 후술되는 바와 같이, 측정 결과에 있어서 높은 정확도가 제공될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 이용하여, 본 발명에 따른 구체적 실시예를 설명하기로 한다. 이하에서는 도 1의 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)가 2.7V 2600F 규격의 슈퍼커패시터의 성능을 평가하는 방법이 일실시예로서 설명된다.
먼저, 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값으로서, 전기 화학적 임피던스 분광법에 의해 임피던스 측정장치(103)에서 생성될 수 있다. 보다 구체적으로 측정대상인 슈퍼커패시터 양단에 Potentiostat 및 Bipolar Power Supply를 연결하여 슈퍼커패시터를 충방전하고, 슈퍼커패시터에 전압 섭동(perturbation)을 인가할 수 있다. 이 때, 슈퍼커패시터에는 섭동 전류가 유도되며 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이 구해질 수 있다. 또한 이 때, 임피던스 측정장치(103)의 선형성 보장을 위해 인가된 섭동 전압의 크기는 슈퍼커패시터의 충전 전하량의 2%이하로 제한될 수 있다. Potentiostat 및 Bipolar Power Supply는 임피던스 측정장치(103)에 포함되거나 또는 별도의 장치로 구성될 수 있다.
슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 임피던스 측정장치(103)로부터 입력된 제1임피던스 정보를 도 3에 도시된 슈퍼커패시터 등가회로에 커브피팅하여 등가회로에 대한 파라미터를 생성할 수 있다. 도 3에서 Rs는 등가직렬저항을 나타내며, Zpore는 전극 임피던스를 나타내며, 슈퍼커패시터 등가회로에 대한 전체 임피던스(ZSC)는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현된다.
Figure 112009072183587-PAT00001
[수학식 1]에서 Re는 전극 임피던스(Zpore)에 포함된 전극 저항(Re)이며, 1/(jw)dQd는 CPE(Constant Phase Element)이다. 여기서, 'd'는 0과 1사이의 유리수 이며, 'd'에 따라 CPE는 저항과 정전용량 값을 포함할 수 있다.
즉, 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 [수학식 1]을 사용하여 임피던스 정보를 등가회로에 커브피팅하여 등가회로에 대한 파라미터를 생성할 수 있다. 일반적으로 등가직렬저항(Rs) 값은 나이키스트 임피던스 스펙트럼에서 50Hz 근처에서 나타나며, 정전용량은 후술되는 [수학식 2]를 이용하여 각각의 주파수 별로 계산될 수 있으며, 0.01Hz 이하에서 큰 값으로 수렴한다.
도 4 및 도 5는 종래의 슈퍼커패시터 성능 평가 방법과 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 방법을 비교하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로 도 4에서 실선은 슈퍼커패시터 충전 후 방치에 의한 자연 방전실험에 따른 결과를 나타내며, 빨간색 점선은 본 발명에 따른 평가 방법에서 얻어진 등가회로에 대한 파라미터를 이용하여 자연 방전률을 계산한 결과를 나타낸다. 그리고 도 5에서 실선은 슈퍼커패시터 충방전 실험에 따른 결과를 나타내며, 빨간색 점선은 본 발명에 따른 평가 방법에서 얻어진 등가회로에 대한 파라미터를 이용하여 얻어진 충방전 손실 결과를 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 실선과 빨간색 점선이 거의 일치하여 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가방법의 정확도가 종래 방법과 차이가 없음을 알 수 있다. 한편, 일반적인 정전류에 의한 슈퍼커패시터 방전실험은 SOC 80%~40%의 방전곡선으로 슈퍼커패시터의 정전용량을 계산하기 때문에 평균적으로 약 SOC 60% 에서의 정전용량 값이 계산되게 된다. 따라서 도 4 및 도 5에서 이용된 임피던스 정보는 일실시예로서, 슈퍼커패시터의 SOC가 60%일 때에 수행된 전기화학적 임피던스 분광법에 따른 임피던스 정보이다.
전술된 바와 같이, 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 임피던스 정보를 등가회로에 커브 피팅을 통해 등가회로에 대한 파라미터를 생성할 수 있다. 이 때, 임피던스 정보 생성에 사용되는 기 설정된 주파수는 0.01Hz이하의 소정 구간의 저주파를 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 추가 실시예에 따르면 슈퍼커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 범위내의 2개 이상의 특정 주파수에 대한 임피던스 정보만을 이용하여 기하학적인 방법으로 등가회로에 대한 파라미터를 생성한다. 저주파의 특성상 저주파 영역에서 임피던스 측정에는 상당한 시간이 필요하나 이하 설명되는 실시예는 2개 이상의 특정 주파수의 성분을 중첩시켜 한번에 인가하고 임피던스를 계산함으로써 슈퍼커패시터 성능을 평가할 수 있기 때문에 성능 평가 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 중첩된 2개 이상의 특정 주파수의 성분을 통해 얻어진 임피던스를, 필터를 이용하여 주파수에 따라 필터링함으로써 주파수 각각에 대한 임피던스가 한번에 측정될 수 있다. 필터는 예를 들어, Digital Lock-in Amplifier가 사용될 수 있다.
도 6은 추가 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 슈퍼커패시터의 나이키스트 임피던스 스펙트럼과 추가 실시예에 따라 구해진 빨간색 직선이 함께 도시되어 있다.
도 6의 임피던스 스펙트럼에 따르면, 특성 주파수(슈퍼커패시터 다공성 전극의 임피던스 특성곡선과 CPE의 특성곡선이 교차하는 곳에서의 주파수, characteristic frequency)를 중심으로 고주파 영역에서 임피던스 값은 45°정도의 점근선에 수렴하며, 저주파 영역에서 임피던스 값은 90° 정도의 점근선에 수렴함을 알 수 있다. 따라서 도 6의 실시예에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 슈퍼 커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 주파수 범위 내에 존재하며, 특성 주파수보다 높은 2개 이상의 제1샘플 주파수 및 특성 주파수보다 낮은 2개 이상의 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 정보를 이용하여, 등가회로에 대한 파라미터를 생성할 수 있다.
도 6에서는 2개의 제1샘플 주파수(H1, H2)가 및 2개의 제2샘플 주파수(L1, L2) 이용되고, 측정과 연산의 정밀도를 높이기 위해 4개의 주파수 중 가장 낮은 주파수는 다른 주파수의 공배수가 되는 경우가 일실시예로서 설명된다.
제1샘플 주파수(H1, H2) 및 제1샘플 주파수(H1, H2)에 대한 임피던스 값으로부터 얻어진 제1직선과 실수축의 교점은 임피던스 값 중 허수값을 포함하지 않는 등가직렬저항(Rs)을 나타낸다. 여기서, 제1직선은 제1샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여 생성되는 직선을 나타낸다. 즉, 제1직선은 제1샘플 주파수에 대한 임피던스 값만을 이용하여 생성된 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 임피던스 값일 수 있다.
그리고 제2샘플 주파수(L1, L2) 및 제2샘플 주파수(L1, L2)에 대한 임피던스 값으로부터 얻어진 제2직선과 실수축의 교점은 Rs+Re/3를 나타낸다. 상기 [수학식1]에서 coth 함수를 테일러 급수로 전개하여 2번째 항까지 취할 경우, 실수 성분은 Rs+Re/3가 될 수 있다. 여기서, 제2직선은 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여 생성되는 직선이며, 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 임피던스 값일 수 있다. 즉, 제2직선은 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여 생성되는 근사화된 임피던스 값을 나타내며, 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 임피던스 값일 수 있다. 제1샘플 주파수(H1, H2)를 이용해 등가직렬저항(Rs)을 구할 수 있으므로 전극 임피던스 값에 포함된 전극 저항 값(Re)을 구할 수 있다.
그리고 제2샘플 주파수(L1, L2) 및 제2샘플 주파수(L1, L2)에 대한 임피던스 값으로부터 얻어진 제2직선과 90° 점근선과의 각도로부터 [수학식 1]의 'd'를 구할 수 있다. 그리고 가장 낮은 주파수(L2)에서의 임피던스 정보와 전극 임피던스 중 정전용량을 나타내는 [수학식 2]를 이용하면, CPE(ZL2)를 구할 수 있다.
Figure 112009072183587-PAT00002
결국, 등가직렬저항(Rs), 전극 저항 값(Re), 'd' 및 CPE(ZL2)를 모두 구할 수 있으므로 [수학식 1]에 의해 슈퍼커패시터의 임피던스 정보를 알 수 있으며, [수학식 3]에 의해 슈퍼커패시터의 정전용량을 구할 수 있다.
Figure 112009072183587-PAT00003
즉, 본 발명에 따르면, 4개의 특정 주파수에 대한 임피던스 정보만을 이용하여 기하학적인 방법으로 등가회로에 대한 파라미터를 생성할 수 있다.
도 6에서 설명된 일실시예에 따라 도 2의 단계 S203의 슈퍼커패시터 성능 평가방법을 보다 구체적으로 정리하면 다음과 같다.
슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 제1샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여, 상기 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 제1임피던스 값을 생성하고, 근사화된 제1임피던스 값을 이용하여, 등가직렬저항(Rs) 값을 생성한다. 이 때, 단계 S201의 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이며, 기 설정된 복수의 주파수는 슈퍼커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 주파수 범위 내에 존재하며, 특성 주파수보다 높은 2개 이상의 제1샘플 주파수를 포함한다.
또한 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여, 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 제2임피던스 값을 생성하고, 등가직렬저항 값 및 근사화된 제2임피던스 값을 이용하여, 전극 임피던스 값에 포함 된 전극 저항 값을 생성한다. 이 때, 기 설정된 복수의 주파수는 상기 슈퍼커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 범위 내에 존재하며, 특성 주파수보다 낮은 2개 이상의 제2샘플 주파수를 포함한다.
또한 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)는 등가 직렬 저항 값, 상기 전극 저항 값 및 근사화된 제2임피던스 값을 이용하여 슈퍼커패시터의 정전용량을 생성한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 시스템(700)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슈퍼 커패시터 성능 평가 시스템(700)은 Potentiostat 및 Bipolar Power Supply(701), 파라미터 측정장치(703) 및 슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)를 포함한다.
파라미터 측정장치(703)는 섭동 전류가 유도되는 복수의 슈퍼커패시터(SC1 내지 SCn)를 이용하여, 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 전류 값 및 전압 값을 측정하는 측정부 및 측정된 전류 값 및 전압 값을 슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)로 전송하는 전송부를 포함한다. 즉, 파라미터 측정장치(703)는 Potentiostat 및 Bipolar Power Supply(701)에 의해 섭동 전류가 유도되는 복수의 슈퍼커패시터로부터 동시에 다수의 슈퍼커패시터에 대한 파라미터를 입력받을 수 있다. 따라서 후술되는 슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)에 의해 동시에 다수의 슈퍼커패시터에 대한 성능이 측정될 수 있으므로 성능 측정 시간이 더욱 감소될 수 있다.
이 때, 측정부는 커패시터의 특성상, 직렬 연결된 상기 복수의 슈퍼커패시터 각각의 양단으로부터 전류 값 및 전압 값을 측정하는 것이 바람직하다. 그리고 전송부는 측정된 전류 값 및 전압 값을 샘플링하여 디지털 신호 형태로 슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)로 전송할 수 있다.
슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)는 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여, 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 임피던스 정보를 생성하고, 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 등가 회로에 대한 파라미터, 즉 등가 회로에 대한 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값을 생성한다. 즉, 도 7의 슈퍼커패시터 성능 평가장치(705)는 도 1의 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105)와 달리, 파라미터 측정장치(703)로부터 수신된 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여, 복수의 슈퍼커패시터에 대한 등가회로의 파라미터를 추가적으로 생성할 수 있다. 슈퍼커패시터 성능 측정장치(705)는 Digital Lock-in Amplifier를 이용하여 시험 주파수 대역의 신호를 추출한 후에 임피던스 정보를 생성하고 임피던스 스펙트럼을 생성할 수 있다.
한편, 도 1의 슈퍼커패시터 성능 평가장치(105) 역시 직렬로 연결된 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 임피던스 정보를 입력 받을 수 있으며, 임피던스 정보를 이용하여 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 등가회로의 파라미터를 생성할 수 있다.
이상은 본 발명이 프로세스적 관점에 의해 설명되었으나, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 방법을 구성하는 각 단계는 장치적 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 평가 방법에 포함된 각 단계는 슈퍼커패시터 성능 평가 장치에 포함된 구성 요소로 이해될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 평가 장치는 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 입력받는 정보 입력부 및 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 등가 회로에 대한 파라미터를 생성하는 정보 생성부를 포함한다. 여기서, 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이며, 등가 회로에 대한 파라미터는 등가 회로의 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값이다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 슈퍼 커패시터 성능 평가 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체(CD, DVD와 같은 유형적 매체뿐만 아니라 반송파와 같은 무형적 매체)를 포함한다.
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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 슈퍼커패시터 측정 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼커패시터 측정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 슈퍼커패시터의 등가회로를 나타내는 도면,
도 4 및 도 5는 종래의 슈퍼커패시터 성능 측정 방법과 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 성능 측정 방법을 비교하기 위한 도면,
도 6은 슈퍼커패시터의 나이키스트 임피던스 스팩트럼과 추가 실시예에 따라 구해진 빨간색 직선이 함께 도시되어 있는 도면,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 슈퍼 커패시터 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (10)

  1. 슈퍼커패시터에 대한 임피던스 정보를 입력받는 단계; 및
    상기 임피던스 정보 및 상기 슈퍼커패시터의 등가 회로를 이용하여, 상기 등가 회로에 대한 파라미터를 생성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 임피던스 정보는 기 설정된 복수의 주파수에서의 임피던스 값이며,
    상기 파라미터는 상기 등가 회로의 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값인
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 임피던스 정보를 상기 등가 회로에 커브 피팅하여 상기 파라미터를 생성하는
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 임피던스 정보는
    전기 화학적 분광법에 의해 생성된 정보인
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기 설정된 복수의 주파수는
    상기 슈퍼커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 주파수 범위 내에 존재하며, 상기 특성 주파수보다 높은 2개 이상의 제1샘플 주파수를 포함하며,
    상기 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 제1샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여, 상기 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 제1임피던스 값을 생성하는 단계; 및
    상기 근사화된 제1임피던스 값을 이용하여, 상기 등가 직렬 저항 값을 생성하는 단계
    를 포함하는 슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기 설정된 복수의 주파수는
    상기 슈퍼커패시터의 특성 주파수로부터 기 설정된 범위 내에 존재하며, 상 기 특성 주파수보다 낮은 2개 이상의 제2샘플 주파수를 더 포함하며,
    상기 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 이용하여, 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 제2임피던스 값을 생성하는 단계; 및
    상기 등가 직렬 저항 값 및 상기 근사화된 제2임피던스 값을 이용하여, 상기 전극 임피던스 값에 포함된 전극 저항 값을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 등가 직렬 저항 값, 상기 전극 저항 값 및 상기 근사화된 제2임피던스 값을 이용하여 상기 슈퍼커패시터의 정전용량을 생성하는
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  7. 제 제 5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값 각각은
    중첩된 상기 제1 및 제2샘플 주파수에 대한 임피던스 값을 필터링하여 생성되는 임피던스 값인
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 임피던스 정보를 입력받는 단계는
    직렬로 연결된 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 임피던스 정보를 입력받으며,
    상기 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 등가회로의 파라미터를 생성하는
    슈퍼커패시터 성능 평가 방법.
  9. 섭동 전류가 유도되는 복수의 슈퍼커패시터를 이용하여, 상기 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 전류 값 및 전압 값을 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 전류 값 및 전압 값을 슈퍼커패시터 성능 평가 장치로 전송하는 전송부
    를 포함하며,
    상기 슈퍼커패시터 성능 평가 장치는
    상기 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여, 복수의 슈퍼커패시터 각각에 대한 임피던스 정보를 생성하고, 상기 임피던스 정보 및 슈퍼커패시터의 등가 회로 를 이용하여, 상기 등가 회로에 대한 등가 직렬 저항값 또는 전극 임피던스 값을 생성하는
    슈퍼커패시터 성능 측정을 위한 파라미터 측정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 측정부는
    직렬 연결된 상기 복수의 슈퍼커패시터 각각의 양단으로부터 상기 전류 값 및 전압 값을 측정하는
    슈퍼커패시터 성능 측정을 위한 파라미터 측정 장치.
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