KR20180085623A - Ultra Capacitor Module Having Voltage Sensing Board - Google Patents
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Abstract
Description
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.Ultra Capacitor (Ultra Capacitor) is a device with intermediate characteristics between electrolytic capacitor and secondary battery. It has high efficiency and semi-permanent lifetime characteristics. It can compensate short cycle and instantaneous high voltage problems which are weak points of secondary battery, 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.Ultra capacitors have fast charging and discharging characteristics, and thus can be used not only as an auxiliary power source for mobile devices such as mobile phones, tablet PCs, or notebook computers, but also for electric vehicles, hybrid vehicles, solar cell power supplies, and uninterruptible power supplies Power Supply: 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 of the above-described ultracapacitors is only 3V or less, when an ultracapacitor is to be used in a high-voltage application, an ultracapacitor module formed 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 ultracapacitor module is shown in Fig. As shown in FIG. 1, a
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
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
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
이러한 문제점을 해결하기 위해, 울트라 커패시터 모듈(140)을 구성하는 각 울트라 커패시터(100)들의 전압을 센싱하는 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 커패시터의 전압을 정확하게 센싱할 수 없다는 문제점이 있다.In order to solve such a problem, a method of sensing the voltage of each
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 울트라 커패시터의 전압을 정확하게 센싱할 수 있는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is a technical feature of the present invention to provide an ultracapacitor module having a voltage sensing board capable of accurately sensing a voltage of an ultracapacitor.
또한, 본 발명은 울트라 커패시터의 전압센싱을 위한 비교기의 오프셋을 정확하게 보정할 수 있는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide an ultracapacitor module having a voltage sensing board capable of accurately correcting an offset of a comparator for voltage sensing of an ultracapacitor.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈은, 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 n개의 울트라 커패시터(212a~212n); 및 상기 n개의 울트라 커패시터(212a~212n)의 제1 전극 및 제2 전극간의 양단전압을 센싱하는 전압센싱보드(202)를 포함하고, 상기 전압센싱보드(202)는, 상기 n개의 울트라 커패시터(212a~212n)에 각각 연결되어 각 울트라 커패시터(212a~212n)의 제1 전극 및 제2 전극간의 전위차를 산출하고, 산출된 전위차를 상기 각 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압레벨로 출력하는 n개의 비교기(220a~220n); 상기 n개의 비교기(220a~220n)에서 출력되는 전압레벨을 디지털 값으로 변환하는 n개의 아날로그-디지털 변환기(240a~240n); 상기 n개의 아날로그-디지털 변환기(240a~240n)에 의해 디지털 값으로 변환된 전압레벨을 외부 시스템으로 출력하는 제어모듈(260); 및 상기 n개의 아날로그-디지털 변환기(240a~240n)의 출력단과 상기 제어모듈(260)의 입력단 사이에 배치되어 상기 n개의 아날로그-디지털 변환기(240a~240n) 및 상기 제어모듈(260)을 전기적으로 절연시키는 n개의 아이솔레이터(250a)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultracapacitor module having a voltage sensing board, comprising: n ultracapacitors (212a to 212n) having a first electrode and a second electrode; And a
일 실시예에 있어서, 상기 n개의 아이솔레이터(250a~250n)는, 상기 아날로그-디지털 변환기(240a~240n)로부터 출력되는 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력하는 발광소자(252); 및 상기 발광소자(252)와 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자(252)로부터 출력되는 광신호를 상기 전압레벨로 변환하는 수광소자(254)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the
이때, 상기 발광소자(252)는 LED(Light Emitting Diode)이고, 상기 수광소자(254)는 포토다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)일 수 있다.The
한편, 상기 발광소자(252) 및 상기 수광소자(254)는, 1차측에 상기 발광소자(252)가 배치되고 2차측에 상기 수광소자(254)가 배치된 옵토 커플러로 구현될 수 있다.The
일 실시예에 있어서, 상기 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈은 상기 n개의 비교기(220a~220n)의 오프셋을 보정하기 위한 n개의 디지털 포텐쇼미터(240a~240n)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the ultracapacitor module having the voltage sensing board may further include n
또한, 상기 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈은 상기 n개의 비교기(220a~220n)의 출력단자에 각각 연결되어 상기 n개의 비교기(220a~220n)에서 출력되는 전압레벨을 미리 정해진 스케일링 비율에 따라 선형적으로 변경시키는 n개의 스케일러(270a~270n)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 n개의 아날로그-디지털 컨버터(240a~240n)는 상기 n개의 스케일러(270a~270n)의 출력단에 각각 연결되어 해당 스케일러(270a~270n)에 의해 변경된 전압레벨을 디지털 값으로 변경한다.The ultracapacitor module having the voltage sensing board is connected to the output terminals of the
상기 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈은 각 울트라 커패시터(212a~212n) 별로 연결되어 각 울트라 커패시터(212a~212n)들의 전압이 균등해지도록 각 울트라 커패시터(212a~212n)들 간의 전압 밸런싱을 수행하는 n개의 전압 밸런싱부(214a~214n)를 더 포함할 수 있다.The ultracapacitor module having the voltage sensing board is connected to each of the
이러한 실시예에 따르는 경우, 상기 n개의 전압 밸런싱부(214a~214n)는 해당 전압 밸런싱부(214a~214n)가 연결된 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하면 해당 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압을 방전시켜 해당 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되게 하는 것을 특징으로 한다.According to this embodiment, when the voltages of the
상기 제어모듈(260)은, 상기 n개의 아이솔레이터(250a~250n)에서 출력된 전압레벨을 미리 정해진 기준전압레벨과 비교하고, 상기 전압레벨이 상기 기준전압레벨과 상이하면 해당 울트라 커패시터(212a~212n) 또는 해당 울트라 커패시터(212a~212n)에 연결된 전압 밸런싱부(214a~214n)의 오류 발생을 나타내는 플래그를 상기 외부 시스템으로 전달한다.The
본 발명에 따르면, 비교기를 통해 센싱된 울트라 커패시터의 전압을 광신호로 변환하여 제어모듈로 전달하기 때문에 센싱된 전압에 대한 EMC 노이즈의 영향을 최소화할 수 있어, 울트라 커패시터의 전압을 보다 정확하게 센싱할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the voltage of the ultracapacitor sensed by the comparator is converted into an optical signal and transmitted to the control module, the influence of the EMC noise on the sensed voltage can be minimized and the voltage of the ultracapacitor can be more accurately sensed Can be effective.
또한, 본 발명에 따르면, 비교기의 오프셋 보정을 위해 디지털 포텐쇼미터를 이용하기 때문에 울트라 커패시터 모듈의 이동으로 인한 충격에도 비교기의 오프셋 보정을 위한 저항값이 변경되지 않아 비교기를 이용한 울트라 커패시터 전압의 센싱 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the digital potentiometer is used for offset correction of the comparator, the resistance value for offset correction of the comparator is not changed even when the impact of the ultracapacitor module is shifted, so that the sensing accuracy of the ultracapacitor voltage using the comparator There is an effect that it can be improved.
도 1은 종래의 울트라 커패시터 모듈의 구성을 보여주는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압센싱보드를 갖는 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 도 2에 도시된 아이솔레이터의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is an exploded perspective view showing a configuration of a conventional ultracapacitor module.
2 is a block diagram illustrating a configuration of an ultracapacitor module having a voltage sensing board according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of an ultracapacitor 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 showing an exemplary circuit configuration of the voltage balancing unit shown in FIG. 4A.
FIG. 5 is a view showing an example of the isolator shown in FIG. 2. FIG.
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 word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right 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 the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, 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.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of 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 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an ultracapacitor module having a voltage sensing board according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈(200, 이하, '울트라 커패시터 모듈'이라 함)은 적어도 하나의 울트라 커패시터(212a~212n) 및 적어도 하나의 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압을 센싱하는 전압센싱보드(202)를 포함한다. 전압센싱보드(202)는 비교기(220), 디지털 포텐쇼미터(230), 아날로그-디지털 컨버터(240), 아이솔레이터(250), 및 제어모듈(260)을 포함한다. 전압센싱보드(202)는 스케일러(270)를 더 포함할 수 있다.2, an ultracapacitor module 200 (hereinafter, referred to as 'ultracapacitor module') having a voltage sensing board according to an embodiment of the present invention includes at least one
일 실시예에 있어서, 울트라 커패시터 모듈(200)이 서로 직렬로 연결된 복수개의 울트라 커패시터(212a~212n)들을 포함하는 경우, 전압센싱보드(202)는 각 울트라 커패시터(212a~212n)의 출력단에 연결되는 복수개의 비교기(220a~220n), 복수개의 비교기(220a~220n)에 각각 연결되는 복수개의 디지털 포텐쇼미터(230a~230n), 복수개의 비교기(220a~220n)의 출력단에 각각 연결되는 복수개의 아날로그-디지털 컨버터(240a~240n), 및 복수개의 아날로그-디지털 컨버터(240a~240n)의 출력단에 각각 연결되는 복수개의 아이솔레이터(250a~250n)를 포함할 수 있다.In one embodiment, when the
이하에서는 설명의 편의를 위해 1개의 울트라 커패시터(도번을 212로 표기하기로 함), 1개의 비교기(도번을 220으로 표기하기로 함), 1개의 디지털 포텐쇼미터(도번을 230으로 표기하기로 함), 1개의 아날로그-디지털 컨버터(도번을 240으로 표기하기로 함), 및 1개의 아이솔레이터(도번을 250으로 표기하기로 함)를 기준으로 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(200)의 특징을 설명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of explanation, one ultracapacitor (denoted by numeral 212), one comparator (denoted by numeral 220), one digital potentiometer (denoted by numeral 230) , One analog-to-digital converter (denoted by a drawing number of 240), and one isolator (denoted by a drawing number of 250) according to an embodiment of the present invention. .
울트라 커패시터(212)는 전기 화학적 에너지를 저장하거나 저장된 에너지를 외부 기기로 제공한다. 일 실시예에 있어서, 울트라 커패시터 모듈(200)이 n개의 울트라 커패시터(210a~210n)을 포함하는 경우, 각 울트라 커패시터(212a~212n)들은 부스바(미도시)를 통해 서로 직렬로 연결될 수 있다.The
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터의 구성에 대해 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a configuration of an ultracapacitor according to an embodiment of the present invention will be schematically described with reference to FIG.
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 ultracapacitor according to an embodiment of the present invention. 3, the
베어셀(312)은 전극소자라 불리는 것으로서, 제1 전극(예컨대, 양극), 제2 전극(예컨대, 음극), 및 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극을 전기적으로 분리시키는 분리막(Separator)이 권취되어 형성된다.The
일 실시예에 있어서, 베어셀(312)은 양극, 음극, 및 분리막을 원형, 타원형, 또는 각형으로 권취하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the
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 anode includes an active material layer (not shown) formed using activated carbon on a current collector (not shown) made of a metal and a cathode lead portion (not shown) connected to one side of the active material layer. At this time, the positive electrode lead portion is composed of a region in which the active material layer is not formed in the current collector.
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 cathode includes a layer of active material (not shown) formed using activated carbon on a metal current collector (not shown) and a cathode lead portion (not shown) connected to one side thereof. At this time, the negative electrode lead portion is constituted of a region where the active material layer is not formed in the current collector.
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 constituted by using the metal foil Foil, and the active material layer may be coated on both sides of the current collector. The active material layer is a portion in which electric energy is stored, and the current collector serves as a path for transferring charge supplied or discharged 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 electrode lead portion is located below the
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
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
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
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
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.The first and second
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, the
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
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
일 실시예에 있어서, 제1 외부 터미널(315)의 중심에는 부스바와 체결을 위한 제1 전극단자(320a)가 형성된다.In one embodiment, a
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
일 실시예에 있어서, 제2 외부 터미널(316)의 중심에는 부스바와 체결을 위한 제2 전극단자(330a)가 형성된다.In one embodiment, a
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
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
일 실시예에 있어서, 케이스(317)는 알루미늄으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the
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.The first
다시 도 2를 참조하면, 울트라 커패시터 모듈(200)이 n개의 울트라 커패시터(212a~212n)를 포함하는 경우, 울트라 커패시터 모듈(200)은 각 울트라 커패시터(212a~212n)들간의 전압 밸런싱을 수행하는 복수개의 전압 밸런싱부(214a~214n)을 더 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 2, when the
일 실시예에 있어서, 복수개의 전압 밸런싱부(214a~214n)는 해당 전압 밸런싱부(214a~214n)가 연결된 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하는 경우 해당 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압을 방전시킴으로써 각 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되도록 한다.In one embodiment, the plurality of
일 실시예에 있어서, 전압 밸런싱부(214a~214n)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 전압 검출부(410a), 스위칭 소자(420), 제1 저항(432), 제2 저항(434), 및 레퍼런스 설정용 저항(440)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the
전압 밸런싱부(214a~214n)는 전압 검출부(410)에 의해 검출된 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 미리 설정된 전압을 초과하게 되면 스위칭 소자(420)를 턴온시켜 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압이 상기 설정된 전압 이하가 될 때까지 울트라 커패시터(212a~212n)의 전압을 제1 저항(432) 및 제2 저항(434)를 통해 방전시키다. 이후 방전이 완료되면, 전압 밸런싱부(214a~214n)는 스위칭 소자(420)를 턴오프 시킨다. 이때, 상기 미리 설정된 전압은 레퍼런스 설정용 저항(440)의 값을 조절함으로써 가변시킬 수 있다.The
도 4b는 도 4a에 도시된 전압 밸런싱부의 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.4B is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of the voltage balancing unit shown in FIG. 4A.
상술한 실시예에 있어서, 울트라 커패시터 모듈(200)이 복수개의 울트라 커패시터(212a~212n)를 포함하는 경우, 울트라 커패시터 모듈(200)이 복수개의 전압 밸런싱부(214a~214n)를 필수적으로 포함하는 것으로 설명하였다. 하지만 변형된 실시예에 있어서, 복수개의 울트라 커패시터(212a~212n)들을 미리 설정된 오차 범위 내에서 동일한 초기전압(Open Circuit Voltage: OCV)을 갖는 울트라 커패시터들로 선정함으로써, 각 울트라 커패시터들(212a~212n)간의 전압 밸런싱을 위한 전압 밸런싱부(214a~214n)를 생략할 수도 있을 것이다.In the above-described embodiment, when the
다시 도 2를 참조하면, 비교기(220)는 울트라 커패시터(212)의 양극 및 음각 간의 전위차를 산출하고, 산출된 전위차를 해당 울트라 커패시터(212)의 전압레벨로 출력한다.2, the comparator 220 calculates the potential difference between the positive and negative angles of the
구체적으로, 비교기(220)의 제1 입력단자(IT1)는 울트라 커패시터(212)의 양극에 연결되고, 비교기(220)의 제2 입력단자(IT2)는 울트라 커패시터(212)의 음극에 연결된다. Specifically, the first input terminal IT1 of the comparator 220 is connected to the anode of the
이를 통해, 비교기(220)는 제1 입력단자(IT1) 및 제2 입력단자(IT2)간의 전위차를 산출함으로써 산출된 전위차를 울트라 커패시터(212)의 전압레벨로 결정한다. 비교기(220)는 결정된 전압레벨을 출력단자(OP)를 통해 출력한다.The comparator 220 determines the potential difference calculated by calculating the potential difference between the first input terminal IT1 and the second input terminal IT2 as the voltage level of the
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(200)은 비교기(220)의 오프셋 보정을 위한 디지털 포텐쇼미터(230)를 더 포함할 수 있다. 디지털 포텐쇼미터(230)는 가변저항과 동일한 기능을 수행하는 것으로서, SPI(Serial Peripheral Interface)통신이나 I2C(Inter Integrated Circuit)통신을 통해 제어모듈(260)로부터 전달되는 디지털 값에 따라 저항값이 변경된다.In one embodiment, the
비교기(220)의 오프셋 보정을 위해 일반적인 가변저항을 사용하게 되면 울트라 커패시터 모듈(200)의 이동 시 발생되는 충격으로 인해 가변저항의 노브가 회전할 수 있어 저항 값이 원치 않게 변경될 수 있고, 이로 인해 비교기(220)의 오프셋이 정확하게 보정될 수 없다.If a general variable resistor is used for offset correction of the comparator 220, the knob of the variable resistor may be rotated due to an impact generated when the
하지만, 본 발명에는 비교기(220)의 오프셋 보정을 위해 디지털 포텐쇼미터(230)를 사용하기 때문에, 울트라 커패시터 모듈(200)의 이동시 충격이 발생되더라도 저항 값이 변경되지 않아 비교기(220)의 오프셋을 정확하게 보정할 수 있어 비교기(230)의 전압 센싱 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.However, since the digital potentiometer 230 is used for the offset correction of the comparator 220, the resistance value is not changed even if an impact occurs when the
다음으로, 아날로그-디지털 컨버터(240, ADC)는 비교기(220)에 의해 센싱된 아날로그 값의 전압레벨을 디지털 값으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 아날로그-디지털 컨버터(240)는 16비트 아날로그-디지털 컨버터(240)일 수 있다.Next, the analog-to-digital converter 240 (ADC) converts the voltage level of the analog value sensed by the comparator 220 into a digital value. In one embodiment, the analog-to-digital converter 240 may be a 16-bit analog-to-digital converter 240.
아이솔레이터(250, Isolator)는 아날로그-디지털 컨버터(240)의 출력단과 제어모듈(260)의 입력단 사이에 연결되어 아날로그-디지털 컨버터(240)와 제어모듈(260)을 전기적으로 절연시킨다.The
일 실시예에 있어서, 아이솔레이터(250)는 발광소자(252) 및 수광소자(254)로 구성될 수 있다. 발광소자(252)는 아날로그-디지털 컨버터(240)에서 출력되는 디지털 값의 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력한다. 일 실시예에 있어서 발광소자(252)는 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다.In one embodiment, the
수광소자(254)는 발광소자(252)와 전기적으로 분리되고, 발광소자(252)로부터 출력되는 광신호를 디지털 값의 전압레벨로 다시 변환한다. 예컨대, 수광소자(254)는 발광소자(252)에서 광신호가 출력되면 출력되는 광신호를 수신하여 수신된 광신호의 세기에 따른 전압레벨을 출력할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 수광소자(254)는 포토다이오드(Photo Diode)로 구현되거나, 포토 트랜지스터(Photo Transistor)로 구현될 수 있다.The
이와 같이, 본 발명에 따르면 아날로그-디지털 컨버터(240)에 의해 디지털 값으로 변환된 전압레벨을 제어모듈(260)로 전송함에 있어서, 아날로그-디지털 컨버터(240)측에서는 디지털 값을 갖는 전압레벨을 발광소자(252)를 통해 광신호 형태로 변환하여 전달하고, 제어모듈(260)측에서는 수광소자(254)를 통해 전압레벨을 광신호 형태로 수신한 후 이를 다시 디지털 값을 갖는 전압레벨로 변환하여 수신하기 때문에, 전압레벨의 전송시 EMC 노이즈의 영향을 최소화할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, in transmitting the voltage level converted to the digital value by the analog-to-digital converter 240 to the
상술한 실시예에 있어서는 발광소자(252) 및 수광소자(254)가 분리된 구성인 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서 발광소자(252) 및 수광소자(254)는 하나의 패키지 내에 구성될 수도 있을 것이다.The
이러한 실시예에 따르는 경우, 발광소자(252) 및 수광소자(254)는 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 옵토 커플러를 이용하여 구현될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 옵토 커플러는 1차측에 발광소자(252)가 배치되고 2차측에 수광소자(254)가 배치됨으로써 발광소자(252) 및 수광소자(254)가 전기적으로 절연된다.According to this embodiment, the
제어모듈(260)은 수광소자(254)에서 출력되는 전압레벨을 외부 시스템으로 출력한다. 일 실시예에 있어서, 제어모듈(260)은 수광소자(254)로부터 출력되는 울트라 커패시터의 전압레벨에 따라 울트라 커패시터(212)의 동작 상태를 나타내는 플래그를 생성하여 외부 시스템으로 출력할 수 있다.The
구체적으로, 제어모듈(260)은 수광소자(254)로부터 출력된 전압레벨이 미리 정해진 기준전압레벨과 상이한 경우, 해당 울트라 커패시터(212) 또는 해당 울트라 커패시터(212)에 연결된 전압 밸런싱부(214)에 오류가 발생된 것으로 판단하여 오류발생을 나타내는 플래그를 생성하고, 생성된 플래그를 외부 시스템으로 전달한다.The
한편, 제어모듈(260)은 미리 정해진 알고리즘에 따라 비교기(230)의 오프셋 보정을 위해 디지털 포텐쇼미터(230)의 저항값 조절을 위한 디지털 값을 생성하여 디지털 포텐쇼미터(240)로 출력한다.The
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 비교기(220)의 출력단과 아날로그-디지털 컨버터(240)의 입력단 사이에 연결되는 스케일러(270)를 더 포함할 수 있다.2, the
본 발명에 따른 스케일러(270)는 미리 정해진 스케일링 비율에 따라 비교기(220)에서 출력되는 전압레벨을 선형적으로 변경시킨다. 이러한 스케일러(270)에 따라 비교기(220)에서 출력되는 전압레벨을 원하는 레벨로 업스케일링 시키거나 원하는 레벨로 다운스케일링 시킬 수 있게 된다.The scaler 270 according to the present invention linearly changes the voltage level output from the comparator 220 according to a predetermined scaling ratio. According to the scaler 270, the voltage level output from the comparator 220 can be up-scaled to a desired level or down-scaled to a desired level.
상술한 바와 같은 울트라 커패시터(212)는 모듈 케이스(미도시) 내에 수용되고, 전압센싱보드(202)는 모듈 케이스의 외부에 별도의 하우징을 통해 장착될 수 있다.The
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.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the 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.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
200: 울트라 커패시터 모듈
212: 울트라 커패시터
214: 전압 밸런싱부
220: 비교기
230: 디지털 포텐쇼미터
240: 아날로그-디지털 컨버터
250: 아이솔레이터
260: 제어모듈200: ultracapacitor module 212: ultracapacitor
214: voltage balancing unit 220: comparator
230: Digital potentiometer 240: Analog-to-digital converter
250: Isolator 260: Control module
Claims (9)
상기 n개의 울트라 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극간의 양단전압을 센싱하는 전압센싱보드를 포함하고,
상기 전압센싱보드는,
상기 n개의 울트라 커패시터에 각각 연결되어 각 울트라 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극간의 전위차를 산출하고, 산출된 전위차를 상기 각 울트라 커패시터의 전압레벨로 출력하는 n개의 비교기;
상기 n개의 비교기에서 출력되는 전압레벨을 디지털 값으로 변환하는 n개의 아날로그-디지털 변환기;
상기 n개의 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 값으로 변환된 전압레벨을 외부 시스템으로 출력하는 제어모듈; 및
상기 n개의 아날로그-디지털 변환기의 출력단과 상기 제어모듈의 입력단 사이에 배치되어 상기 n개의 아날로그-디지털 변환기 및 상기 제어모듈을 전기적으로 절연시키는 n개의 아이솔레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.N ultracapacitors having a first electrode and a second electrode; And
And a voltage sensing board for sensing voltages across the first and second electrodes of the n ultracapacitors,
The voltage sensing board includes:
N comparators each connected to the n ultracapacitors to calculate a potential difference between the first electrode and the second electrode of each ultracapacitor and output the calculated potential difference to the voltage level of each ultracapacitor;
N analog-to-digital converters for converting the voltage levels output from the n comparators into digital values;
A control module for outputting a voltage level converted into a digital value by the n analog-to-digital converters to an external system; And
And n isolators disposed between the output of the n analog-to-digital converters and the input of the control module to electrically isolate the n analog-to-digital converters and the control module. Ultra-Capacitor Module.
상기 n개의 아이솔레이터는,
상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 전압레벨을 광신호로 변환하여 출력하는 발광소자; 및
상기 발광소자와 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자로부터 출력되는 광신호를 상기 전압레벨로 변환하는 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
The n <
A light emitting element for converting a voltage level output from the analog-to-digital converter into an optical signal and outputting the optical signal; And
And a light receiving element electrically separated from the light emitting element and converting an optical signal output from the light emitting element into the voltage level.
상기 발광소자는 LED(Light Emitting Diode)이고, 상기 수광소자는 포토다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)인 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the light emitting device is a light emitting diode (LED), and the light receiving device is a photodiode or a phototransistor.
상기 발광소자 및 상기 수광소자는, 1차측에 상기 발광소자가 배치되고 2차측에 상기 수광소자가 배치된 옵토 커플러인 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the light emitting element and the light receiving element are optocouplers in which the light emitting element is disposed on a primary side and the light receiving element is disposed on a secondary side.
상기 n개의 비교기의 오프셋을 보정하기 위한 n개의 디지털 포텐쇼미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
Further comprising n digital potentiometers for correcting the offset of the n comparators. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 n개의 비교기의 출력단자에 각각 연결되어 상기 n개의 비교기에서 출력되는 전압레벨을 미리 정해진 스케일링 비율에 따라 선형적으로 변경시키는 n개의 스케일러를 더 포함하고,
상기 n개의 아날로그-디지털 컨버터는 상기 n개의 스케일러의 출력단에 각각 연결되어 해당 스케일러에 의해 변경된 전압레벨을 디지털 값으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
And n scalers connected respectively to the output terminals of the n comparators for linearly varying the voltage level output from the n comparators according to a predetermined scaling ratio,
Wherein the n analog-to-digital converters are connected to output terminals of the n scalers to change the voltage level changed by the corresponding scaler to a digital value.
각 울트라 커패시터 별로 연결되어 각 울트라 커패시터들의 전압이 균등해지도록 각 울트라 커패시터들 간의 전압 밸런싱을 수행하는 n개의 전압 밸런싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.The method according to claim 1,
Further comprising n voltage balancing units for performing voltage balancing between the respective ultracapacitors so that the voltages of the respective ultracapacitors are connected to each other by the respective ultracapacitors.
상기 n개의 전압 밸런싱부는 해당 전압 밸런싱부가 연결된 울트라 커패시터의 전압이 미리 정해진 기준전압을 초과하면 해당 울트라 커패시터의 전압을 방전시켜 해당 울트라 커패시터의 전압이 미리 정해진 기준전압이 되게 하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.8. The method of claim 7,
Wherein the n voltage balancing unit discharges the voltage of the ultracapacitor so that the voltage of the ultracapacitor becomes a predetermined reference voltage when the voltage of the ultracapacitor to which the voltage balancing unit is connected exceeds a predetermined reference voltage. Ultra-capacitor module with board.
상기 제어모듈은,
상기 n개의 아이솔레이터에서 출력된 전압레벨을 미리 정해진 기준전압레벨과 비교하고, 상기 전압레벨이 상기 기준전압레벨과 상이하면 해당 울트라 커패시터 또는 해당 울트라 커패시터에 연결된 전압 밸런싱부의 오류 발생을 나타내는 플래그를 상기 외부 시스템으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전압센싱보드를 갖는 울트라 커패시터 모듈.8. The method of claim 7,
The control module includes:
And comparing a voltage level output from the n isolators with a predetermined reference voltage level, and when the voltage level is different from the reference voltage level, a flag indicating occurrence of an error in a voltage balancing unit connected to the ultracapacitor or the ultracapacitor, And a voltage sensing board connected to the voltage sensing board.
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KR1020170009405A KR20180085623A (en) | 2017-01-19 | 2017-01-19 | Ultra Capacitor Module Having Voltage Sensing Board |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102029282B1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-10-07 | 전남대학교산학협력단 | Voltage sensing circuit using opto coupler |
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2017
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102029282B1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-10-07 | 전남대학교산학협력단 | Voltage sensing circuit using opto coupler |
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