WO2020004819A1 - 울트라 캐패시터 모듈 - Google Patents

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WO2020004819A1
WO2020004819A1 PCT/KR2019/006429 KR2019006429W WO2020004819A1 WO 2020004819 A1 WO2020004819 A1 WO 2020004819A1 KR 2019006429 W KR2019006429 W KR 2019006429W WO 2020004819 A1 WO2020004819 A1 WO 2020004819A1
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WO
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signal
relay
voltage
connector
output
Prior art date
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PCT/KR2019/006429
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English (en)
French (fr)
Inventor
유용현
김신원
김희수
강호림
김성현
Original Assignee
엘에스엠트론 주식회사
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • H01G11/16—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors against electric overloads, e.g. including fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • the present invention relates to an ultracapacitor module, and more particularly, to an ultracapacitor module having a signal isolation device for isolating a digital signal.
  • Ultra-Capacitor also called Super Capacitor
  • UC Ultra-Capacitor
  • Super Capacitor is an energy storage device with intermediate characteristics between an electrolytic capacitor and a secondary battery. It can be used and replaced with a secondary battery with high efficiency and semi-permanent life characteristics. Next generation energy storage device.
  • the voltage of the ultracapacitor is only 3V or less, if the ultracapacitor is to be applied to a high voltage application, an ultracapacitor module formed by connecting a plurality of ultracapacitors in series is used.
  • the ultracapacitor module 10 houses a cell assembly (not shown) and a circuit board assembly (not shown) including a plurality of ultracapacitors.
  • One side of the ultracapacitor module 10 is provided with electrode terminals 12 and 14 for charging / discharging a plurality of ultracapacitors.
  • one side of the ultracapacitor module 10 may be provided with a digital signal connector 16 for monitoring the operating state of the plurality of ultracapacitors.
  • the lifespan of the ultracapacitors constituting the module may be different due to voltage unbalance of each ultracapacitor due to initial voltage, capacitance variation, leakage current variation, and internal resistance variation of each ultracapacitor. have. Therefore, when the lifetime of the ultracapacitor having the highest voltage among the ultracapacitors is reached, even if the remaining life of the remaining ultracapacitors is inevitable, the lifetime of the corresponding module is inevitably shortened.
  • a voltage balancing circuit for balancing the voltage of the ultracapacitors is mounted on the ultracapacitor module.
  • the ultracapacitor module is equipped with an overvoltage notification circuit to warn that the voltage of some ultracapacitors increases above a certain level.
  • the energy storage system (ESS) applied to industrial systems is generally designed with a high voltage of several hundred volts (V) or more, a constant withstand voltage between the electrode terminal and the case of the energy storage device for safety. (I.e., insulation level).
  • V several hundred volts
  • insulation level a constant withstand voltage between the electrode terminal and the case of the energy storage device for safety.
  • FIG. 2 in the state in which the positive terminal 22 and the negative terminal 24 of the energy storage device 20 are connected with a cable 26, The measurement terminals are connected to the electrode terminals 22 and 24 and the case 28, respectively, and a predetermined high voltage (for example, 4.2 kV) is applied to the electrode terminals 22 and 24 and the case 28 through the measurement terminals.
  • the energy storage device is designed so that the insulation resistance is not destroyed between the electrode terminals 22 and 24 and the case 28.
  • the safety standard not only requires a high withstand voltage between the electrode terminal and the case of the energy storage device, but also requires a constant withstand voltage between the electrode terminal and the digital signal connector and between the case and the digital signal connector.
  • the first cable 37 is connected between the positive terminal 32 and the negative terminal 34 of the conventional energy storage device 30, the digital signal connector 36 and the case.
  • the measurement terminals of the withstand voltage test apparatus 50 are connected to the electrode terminals 32 and 34 and the digital signal connector 36, respectively, to determine a predetermined high voltage (4.2).
  • kV high voltage
  • Another object of the present invention is to solve the above and other problems. Another object is to provide an ultracapacitor module that meets the industrial safety standards required by international standard regulations.
  • Another object is to provide an ultracapacitor module having a signal isolating device for isolating the digital signal output from the cell management device.
  • Yet another object is to provide an ultracapacitor module having a signal isolating device for improving high voltage insulation resistance between an electrode terminal and a digital signal connector.
  • a plurality of ultra-capacitor is electrically connected to the cell assembly;
  • a cell management device for outputting a digital signal associated with the operation of the plurality of ultracapacitors;
  • a case module accommodating the cell assembly and the cell management device;
  • a signal isolator which always insulates the digital signal output from the cell management device and selectively outputs the isolated digital signal to an external management system.
  • the cell management apparatus may include a voltage balancer for balancing voltages of ultracapacitors, and an overvoltage detector for sensing overvoltage generated in the ultracapacitors.
  • the digital signal may be an overvoltage alarm signal output from the overvoltage detector of the cell management apparatus.
  • the signal isolation device may output a switching operation signal corresponding to the overvoltage alarm signal based on a DC voltage signal corresponding to the overvoltage alarm signal.
  • the signal isolation device may electrically insulate between a DC voltage signal corresponding to an input signal and a switching operation signal corresponding to an output signal.
  • the signal isolation device may be mounted between the positive terminal and the negative terminal disposed on one side of the case module.
  • a digital signal connector mounted on one side of the signal isolation device may be used to remotely monitor the operating state of the plurality of ultracapacitors.
  • the signal isolation device may be disposed between the output connector of the cell management device and the digital signal connector to electrically insulate between the output connector of the cell management device and the digital signal connector.
  • the signal isolation device may output a digital signal insulated through a signal isolation relay to an external management system through a digital signal connector.
  • the signal isolation device may include a signal isolation relay that insulates the digital signal output from the cell management device.
  • the signal isolation relay may include an electromagnet and a mechanical switch.
  • the signal isolation relay may include a solid state relay without a mechanical contact.
  • the signal insulation device may further include a relay power supply unit for applying driving power to the signal insulation relay, and a relay driver outputting a driving signal for driving the signal insulation relay.
  • the relay power supply unit may convert a voltage output from the electrode terminal of the ultracapacitor module into a relay driving voltage.
  • the relay power supply may also include one or more DC / DC converters.
  • the relay driver may drive the signal isolation relay in response to a digital signal received from the cell management apparatus.
  • the relay driver may include one or more transistor elements.
  • the signal isolating device is composed of a substrate assembly and a housing module for accommodating the substrate assembly, wherein the substrate assembly is mounted on a circuit board by mounting the electronic components corresponding to the relay power supply, the relay driver and the signal insulation relay Can be formed.
  • the first electronic components connected to the input terminal of the signal isolation relay are mounted in the first region of the circuit board
  • the second electronic components connected to the output terminal of the signal isolation relay are mounted in the second region of the circuit board.
  • the first region and the second region of the circuit board may be disposed to be spaced apart by a predetermined distance or more.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a conventional ultracapacitor module
  • FIG. 2 illustrates a method of testing the withstand voltage between an electrode terminal and a case of a conventional ultracapacitor module
  • FIG. 3 illustrates a method of testing the withstand voltage between an electrode terminal and a case and a digital signal connector of a conventional ultracapacitor module
  • FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a signal isolation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a detailed circuit diagram of a signal isolation device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a detailed circuit diagram of a signal isolation device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a method of testing the withstand voltage between an electrode terminal and a digital signal connector of an ultracapacitor module according to the present invention.
  • the present invention proposes an ultracapacitor module that satisfies the industrial safety standard required by international standard regulations.
  • the present invention proposes an ultracapacitor module having a signal isolating device for isolating a digital signal output from the cell management device, in particular an over voltage alarm signal (OVA signal).
  • OVA signal over voltage alarm signal
  • the present invention also proposes an ultracapacitor module having a signal isolating device for improving the high voltage insulation resistance between the electrode terminal and the digital signal connector.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an ultracapacitor module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an embodiment of the present invention.
  • the ultracapacitor module 400 includes a cell assembly 410, a cell management device 420 electrically connected to the cell assembly 410, and the cell assembly 410. And a case module 430 accommodating the cell management device 420 and a signal isolation device 440 mounted to one side of the case module 430.
  • the cell assembly 410 may be formed by at least two ultracapacitor cells 411 electrically connected to each other.
  • the ultracapacitor 411 constituting the cell assembly 410 has a fast charge / discharge characteristic, and thus, not only as an auxiliary power source of a mobile communication information device such as a mobile phone, a notebook, a PDA, but also an electric vehicle requiring high capacity, It may be used as a main power source or an auxiliary power source of a hybrid vehicle, a solar cell power supply unit, an uninterruptible power supply (UPS), and the like.
  • UPS uninterruptible power supply
  • Each of the ultracapacitors 411 may be formed in a cylindrical or cuboid shape, and may be electrically connected to other ultracapacitors in the longitudinal direction in which the electrodes are formed to constitute the cell assembly 410.
  • the electrical connection between the neighboring ultracapacitors may be connected by a connecting member, for example, a nut and / or a bus bar.
  • the ultracapacitor 411 may include a bare cell, first and second internal terminals, first and second external terminals, and a case.
  • the bare cell is called an electrode element, and is formed by winding an anode, a cathode, and a separator.
  • the first inner terminal is formed to be electrically connected to the anode of the bare cell
  • the second inner terminal is formed to be electrically connected to the cathode of the bare cell.
  • the first outer terminal is integrally coupled with the first inner terminal and is formed to seal the top of the case
  • the second outer terminal is integrally coupled with the second inner terminal and is formed to seal the bottom of the case.
  • the case is formed to have an inner space for accommodating the bare cell.
  • the cell management device (or cell balancing device 420) may be formed by mounting passive and active elements on a circuit board for managing and monitoring an operating state (eg, a cell voltage state) of a plurality of ultracapacitors.
  • the cell management device 420 may be formed to be electrically connected to the plurality of ultracapacitors 411 constituting the cell assembly 410.
  • the cell management apparatus 420 may include a first voltage balancer 421 for performing a passive cell balancing function, a second voltage balancer 422 for performing an active cell balancing function, and an overvoltage for detecting overvoltages of ultracapacitors.
  • the detector 423 may include an output connector 425 for outputting a digital signal related to an operating state of the ultracapacitors.
  • the first voltage balancing unit 421 may be connected to each of the ultracapacitors 411 in parallel to perform a function of continuously discharging the voltages of the ultracapacitors 411.
  • the first voltage balancing unit 421 may be formed of a resistor R having a predetermined resistance value.
  • the second voltage balancing unit 422 is connected to each of the ultracapacitors 411 in parallel, and when the voltage of each of the ultracapacitors 411 exceeds a predetermined first threshold voltage, the voltage of the ultracapacitor 411 is increased.
  • the function of actively discharging the voltage of the ultracapacitor 411 may be performed until the first threshold voltage is lower than or equal to the first threshold voltage.
  • the second voltage balancing unit 422 may include first to third resistors R 1 to R 3 , a first voltage detector, and a first switch.
  • the first and second resistors R 1 and R 2 are resistance elements for adjusting the value of the first threshold voltage, and the value of the first threshold voltage is adjusted by adjusting the resistance value.
  • the third resistor R 3 is connected in series with the ultracapacitor 411 when the first switch is turned on to discharge the voltage of the ultracapacitor 411.
  • the first voltage detector detects the voltage of the ultracapacitor 411, and when the voltage of the ultracapacitor 411 exceeds the first threshold voltage, turns on the first switch so that the voltage of the ultracapacitor 411 is the third resistor ( Discharge through R 3 ). When the voltage of the ultracapacitor 411 becomes less than or equal to the first threshold voltage, the first voltage detector turns off the first switch to stop the voltage discharge of the ultracapacitor 411.
  • the first switch is turned on or off according to a turn on command or a turn off command transmitted from the first voltage detector to connect or disconnect the third resistor R 3 and the ultracapacitor 411 in series. do.
  • the first switch may be implemented as a Filed Effect Transistor (FET) device or a Bipolar Junction Transistor (BJT) device, which is a semiconductor device, but is not limited thereto.
  • FET Filed Effect Transistor
  • BJT Bipolar Junction Transistor
  • the overvoltage detector 423 may be connected to each of the ultracapacitors 411 in parallel, and may perform a function of outputting an overvoltage alarm signal when the voltage of each ultracapacitor 411 exceeds a second predetermined threshold voltage. .
  • the overvoltage detector 423 may include fourth to sixth resistors R 4 to R 6 , a second voltage detector, a second switch, and a photo coupler. Can be.
  • the fourth and fifth resistors R 4 and R 5 are resistance elements for adjusting the value of the second threshold voltage, and the value of the second threshold voltage is adjusted by adjusting the resistance value.
  • the sixth resistor R 6 is connected to the ultracapacitor 411 and the photo coupler in series when the second switch is turned on to drive the photo coupler.
  • the second voltage detector detects the voltage of the ultracapacitor 411, turns on the second switch when the voltage of the ultracapacitor 411 exceeds the second threshold voltage, and sets the voltage of the ultracapacitor 411. When the voltage falls below the second threshold voltage, the second switch is turned off.
  • the second switch is turned on or off according to a turn on command or a turn off command transmitted from the second voltage detector, thereby connecting the sixth resistor R 6 , the ultra-capacitor 411, and the photo coupler in series. Block the connection.
  • the second switch may be implemented as a FET device or a BJT device, which is a semiconductor device, but is not necessarily limited thereto.
  • the photo coupler is composed of a light emitting element and a light receiving element, and is a device that transmits a signal with light while electrically insulating between an input signal and an output signal.
  • the photo coupler When the second switch is turned on, the photo coupler outputs an output signal (ie, an overvoltage alarm signal) based on an input signal input to an input terminal.
  • the photo coupler when the second switch is turned off, the photo coupler does not output a separate output signal because there is no input signal.
  • the overvoltage alarm signal output from the output terminal of the photo coupler may be a digital signal composed of a voltage of 5V.
  • the output connector 425 may be connected to an input terminal of the signal isolation device 440 to perform a function of transferring a digital signal input from the cell management device 420 to the signal isolation device 440.
  • the cell management device 420 may further include a temperature sensor (not shown) for measuring the internal temperature of the ultracapacitor module 400 and a voltage sensing circuit (not shown) for measuring an intermediate voltage of the ultracapacitor module 400.
  • the temperature sensor may be an NTC thermistor (Negative Temperature Coefficient Thermistor) or a PTC thermistor (Positive Temperature Coefficient Thermistor).
  • the case module 430 may accommodate a cell assembly 410 formed by a plurality of ultracapacitors 411 connected in series and a cell management device 420 disposed adjacent to the cell assembly 410.
  • the case module 430 may accommodate the cell assembly 410 by including a receiving part having a shape corresponding to an outer side surface of the ultracapacitors 411.
  • the case module 430 may be formed by combining at least two case blocks having the same shape.
  • An accommodation part accommodating the cell assembly 410 may be formed by coupling the case block.
  • the case module 430 may be implemented with an insulating material.
  • One side of the case module 430 may be provided with electrode terminals 450 and 460 for electrical connection with the cell assembly 410.
  • the electrode terminals 450 and 460 are used to charge / discharge the plurality of ultracapacitors 411 mounted on the ultracapacitor module 400. Therefore, the electrode terminals 450 and 460 may be connected to an external power source or a load.
  • the signal insulation device 440 may be provided at one side of the case module 430.
  • the signal isolation device 440 may be mounted between the positive terminal 450 and the negative terminal 460 disposed on one side of the case module 430, but is not limited thereto.
  • One side of the signal isolation device 440 may be provided with a digital signal connector 470 protruding to the outside.
  • the digital signal connector 470 is used to remotely monitor an operating state such as an intermediate voltage, an internal temperature of the ultracapacitor module 400, an overvoltage of the ultracapacitors, and the like. Therefore, the digital signal connector 470 may be electrically connected to an external management system (or an external management device 500).
  • the input terminal of the signal isolation device 440 may be configured to be electrically connected to the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 and the output connector 425 of the cell management device 420. Accordingly, the signal isolation device 440 may receive driving power from the electrode terminals 450 and 460, and may be related to an operation state of the ultracapacitor module 400 from the output connector 425 of the cell management device 420. Can receive digital signal.
  • the digital signal may include an overvoltage alarm signal, an intermediate voltage signal or an internal temperature signal.
  • the digital signal to be subjected to signal isolation will be described by way of example as an overvoltage alarm signal.
  • the output terminal of the signal isolation device 440 may be configured to be electrically connected to the digital signal connector 470. Accordingly, the output terminal of the signal isolation device 440 may be connected to the external management system 500 through the digital signal connector 470.
  • the signal isolator 440 is configured to switch to the overvoltage alarm signal based on a DC voltage signal (eg, a 5V signal) corresponding to the overvoltage alarm signal received from the cell management device 420 of the ultracapacitor module 400.
  • Signal eg, a switch on / off signal
  • the DC voltage signal corresponding to the overvoltage alarm signal corresponds to the input signal of the signal isolator 440
  • the switching operation signal corresponding to the overvoltage alarm signal corresponds to the output signal of the signal isolator 440.
  • the signal isolation device 440 may insulate a digital signal (that is, an overvoltage alarm signal) output from the cell management device 420 of the ultracapacitor module 400. That is, the signal isolation device 440 may electrically insulate between the DC voltage signal corresponding to the input signal and the switching operation signal corresponding to the output signal.
  • a digital signal that is, an overvoltage alarm signal
  • the signal isolator 440 is disposed between the output connector 425 of the cell management apparatus 420 and the digital signal connector 470 regardless of whether or not an overvoltage alarm signal is generated. And electrically insulate between the output connector 425 and the digital signal connector 470. Through this insulation structure, the signal isolation device 440 may improve high voltage insulation resistance between the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 and the digital signal connector 470. A detailed description of the configuration and operation of the signal isolation device 440 will be described later with reference to the drawings.
  • the ultracapacitor module according to the present invention includes a signal insulator for isolating the digital signal output from the cell management device, thereby improving high voltage insulation resistance between the electrode terminal of the ultracapacitor module and the digital signal connector. You can. That is, the ultracapacitor module according to the present invention can satisfy the withstand voltage safety standard required by international standard regulations by using a signal isolation device disposed between the cell management device and the digital signal connector.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a signal isolation device according to an embodiment of the present invention.
  • the signal insulation devices 440 and 700 may include a relay power supply unit 710, a relay driver 720, and a signal insulation relay 730.
  • the relay power supply unit 710 generates a driving voltage V relay of the signal isolation relay 730 using the output voltage V in input from the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400. A function of providing the generated driving voltage V relay to the signal isolation relay 730 may be performed.
  • the input terminal of the relay power supply unit 710 may be configured to be electrically connected to the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 730. Can be configured.
  • the voltage V in output from the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 is a high voltage having a predetermined voltage range (eg, 15 V to 400 V), and drives the signal isolation relay 730.
  • the voltage V relay is a low voltage with a constant voltage value (eg 5V).
  • the relay power supply 710 may include one or more DC / DC converter for converting a high voltage into a low voltage.
  • the DC / DC converter a step-down converter or a buck converter may be used.
  • the relay power supply unit 710 receives the relay driving power from the ultracapacitor module 400, but the present invention is not limited thereto, and the relay power supply unit 710 receives the relay driving power from the external management system 500 or separately. It will be apparent to those skilled in the art that the relay drive power source can be received from a power source (not shown).
  • the relay driver 720 may perform a function of driving the signal isolation relay 730 based on the presence or absence of a digital signal output from the cell management device 420 of the ultracapacitor module 400.
  • the digital signal will be described with an example of an overvoltage alarm signal V ova output from the overvoltage detector 423 of the cell management apparatus 420.
  • the relay driver 720 controls the signal isolation relay 730 to be driven when the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is received from the output connector 425 of the cell management apparatus 420.
  • the signal insulation relay 730 is not driven.
  • the input terminal of the relay driver 720 may be configured to be electrically connected to the output connector 425 of the cell management apparatus 420, and the output terminal may be configured to be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 730.
  • the relay driver 720 may be composed of one or more semiconductor switch elements (ie, transistor elements).
  • the signal insulation relay 730 may perform a function of providing an overvoltage alarm signal to the digital signal connector 470 while electrically insulating between the input signal and the output signal of the signal isolation device 700.
  • the input terminal of the signal isolation relay 730 may be configured to be electrically connected to the output terminal of the relay power supply unit 710 and the relay driver 720, the output terminal is configured to be electrically connected to the digital signal connector 470. Can be.
  • the signal isolation relay 730 is a device that transmits an overvoltage alarm signal while electrically insulating between an input signal and an output signal of the signal isolation device 700 according to a driving command of the relay driver 720.
  • the input signal of the signal isolator 700 is a DC voltage signal (eg, 5V signal) corresponding to the overvoltage alarm signal
  • the output signal is a switching operation signal (eg, switch on / off signal) corresponding to the overvoltage alarm signal. )to be.
  • the signal isolation relay 730 may be composed of an electromagnet and a mechanical switch.
  • the signal insulation relay 730 turns on the mechanical switch by operating the magnet. Therefore, when the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is received from the output connector 425 of the cell management device 420 to the input terminal of the relay driver 720, the signal isolation relay 730 is a relay driver.
  • the driving signal of 720 a switch-on signal electrically isolated from the DC voltage signal is output to the digital signal connector 470.
  • the signal isolation relay 730 may be configured as a solid state relay (SSR) having no mechanical contact.
  • SSR solid state relay
  • the signal isolation device 700 may be composed of a substrate assembly (not shown) and a housing module (not shown) for accommodating the substrate assembly.
  • the substrate assembly may be formed by mounting electronic components for implementing the relay power supply unit 710, the relay driver 720, and the signal insulation relay 730 on a circuit board.
  • First electronic components connected to the input terminal of the signal isolation relay 730 may be disposed in a first area of the circuit board, and second electronic components connected to the output terminal of the signal isolation relay 730 may be disposed on the second portion of the circuit board. May be placed in the area.
  • the first region and the second region of the circuit board may be arranged to be physically spaced apart by a predetermined distance or more. This is not only to electrically insulate between the input signal and the output signal of the signal isolator 700 but also physically.
  • the signal insulation device insulates the overvoltage alarm signal output from the cell management device of the ultracapacitor module, and at the same time, the high voltage insulation resistance between the electrode terminal of the ultracapacitor module and the digital signal connector. Can be improved.
  • FIG. 8 is a detailed circuit diagram of a signal isolation device according to a first embodiment of the present invention.
  • the signal insulation device 800 may include a first connector 810, a relay power supply unit 820, a relay driver 830, a signal insulation relay 840, and a second connector. It may include a connector 850.
  • the first connector 810 may transmit voltage signals output from the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 to the relay power supply unit 820, and may be transferred from the cell management apparatus 420 of the corresponding module 400.
  • the output digital signal ie, the overvoltage alarm signal
  • the relay driver 830 may transmit voltage signals output from the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 to the relay power supply unit 820, and may be transferred from the cell management apparatus 420 of the corresponding module 400.
  • the output digital signal ie, the overvoltage alarm signal
  • the input terminal of the first connector 810 may be electrically connected to the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 and the output connector 425 of the cell management apparatus 420.
  • the first terminal of the first connector 810 may be connected to the positive terminal 450 of the ultracapacitor module 400, and the fifth terminal of the first connector 810 may be connected to the ultracapacitor module 400.
  • the negative terminal 460 may be connected, and the third terminal of the first connector 810 may be connected to the output connector 425 of the cell management apparatus 420.
  • the output terminal of the first connector 810 may be electrically connected to the relay power supply unit 820 and the relay driver 830.
  • the first terminal of the first connector 810 may be connected to an input terminal of the relay power unit 820
  • the fifth terminal of the first connector 810 may be connected to ground
  • the first connector The third terminal of 810 may be connected to the input terminal of the relay driver 830.
  • the relay power supply 820 may convert the output voltage V in of the ultracapacitor module 400 input from the first connector 810 into a driving voltage of the signal isolation relay 840. That is, the relay power supply unit 820 may convert the high DC voltage into a low DC voltage and output the converted signal to the signal isolation relay 840.
  • the relay power supply 820 may be configured as one DC / DC converter.
  • the DC / DC converter 820 includes first to fifth resistors R 1 to R 5 , first to fourth capacitors C 1 to C 4 , an inductor L 1 , and an integrated circuit IC. can do.
  • the input terminal of the DC / DC converter 810 may be electrically connected to the first terminal of the first connector 810, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 840. Accordingly, the DC / DC converter 820 decompresses the voltage V in of the ultra-capacitor module 400 input from the first terminal of the first connector 810 to a predetermined voltage (for example, 5V). After that, the voltage may be output to the signal isolation relay 840.
  • a predetermined voltage for example, 5V
  • the relay driver 830 may drive the signal isolation relay 840 according to whether the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is received from the first connector 810.
  • the relay driver 830 may include a sixth resistor R 6 , a seventh resistor R 7 , and a transistor element Q 1 .
  • a transistor device a FET device or a BJT device may be used, but is not necessarily limited thereto.
  • the transistor device Q 1 will be described with an example of an N-type MOSFET device.
  • the input terminal of the relay driver 830 may be electrically connected to the third terminal of the first connector 810, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 840.
  • the relay driver 830 When the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is input from the third terminal of the first connector 810, the relay driver 830 turns on the transistor element Q 1 to turn on the signal. The current is controlled to flow through the electromagnet of the insulation relay 840. Meanwhile, when the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is not input from the third terminal of the first connector 810, the relay driver 830 turns off the transistor element Q 1 . To prevent current from flowing through the electromagnet of the signal insulation relay 840.
  • the signal isolation relay 840 may transmit an overvoltage alarm signal to the external management system 500 while electrically insulating between the input signal and the output signal of the signal isolation device 800.
  • the signal isolation relay 840 may electrically insulate between the output connector 425 of the cell management apparatus 420 and the digital signal connector 470, and thus, the electrode terminal of the ultracapacitor module 400 may be formed.
  • the high voltage insulation resistance between the 450 and 460 and the digital signal connector 470 may be improved.
  • the signal isolation relay 840 may include a diode D 1 , an electromagnet, and a mechanical switch.
  • the input terminal of the signal isolation relay 840 may be electrically connected to the output terminal of the DC / DC converter 820 and the relay driver 830, and the output terminal may be electrically connected to the second connector 850.
  • the transistor element Q of the relay driver 830 is used. 1 ) is in a turn off state, and the mechanical switch of the signal isolation relay 840 is in an off state. Accordingly, the signal isolation relay 840 outputs a switch off signal to the second connector 850.
  • the user (or operator) of the external management system 500 may remotely confirm that the operation mode of the ultracapacitor module 400 is a normal mode through the switch off signal.
  • V ova DC voltage signal
  • the signal isolation relay 840 may output an output signal (ie, a switch on signal) electrically isolated from an input signal (ie, a DC voltage signal) of the signal isolation device 800 to the second connector 850. Will be printed.
  • the user (or operator) of the external management system 500 may remotely confirm that the overvoltage alarm signal is generated in the ultracapacitor module 400 through the switch-on signal.
  • the second connector 850 may transfer the output signal of the signal isolation relay 840 to the external management system 500 through the digital signal connector 470.
  • the input terminal of the second connector 850 may be electrically connected to the output terminal of the signal isolation relay 840, and the output terminal may be electrically connected to the digital signal connector 470.
  • FIG. 9 is a detailed circuit diagram of a signal isolation device according to a second embodiment of the present invention.
  • the signal isolation device 900 may include a first connector 910, a relay power supply unit 920, a relay driver 930, a signal insulation relay 940, and a second connector. It may include a connector 950.
  • the first connector 910, the signal insulation relay 940, and the second connector 950 of the signal isolation device 900 may be connected to the first connector 810 and the signal of the signal isolation device 800 shown in FIG. 8. Since it is the same as the insulation relay 840 and the second connector 850, a detailed description thereof will be omitted.
  • the first connector 910 may transfer voltage signals output from the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 to the relay power supply unit 920, and may be transferred from the cell management apparatus 420 of the corresponding module 400.
  • the output digital signal (ie, the overvoltage alarm signal) may be transmitted to the relay driver 930.
  • the input terminal of the first connector 910 may be electrically connected to the electrode terminals 450 and 460 of the ultracapacitor module 400 and the output connector 425 of the cell management device 420, and the first connector 910.
  • the output terminal of may be electrically connected to the relay power supply unit 920 and the relay driver 930.
  • the relay power supply 920 may convert the output voltage V in of the ultracapacitor module 400 input from the first connector 910 into a driving voltage of the signal isolation relay 940. That is, the relay power supply unit 920 may convert a high DC voltage into a low DC voltage and output the converted signal to the signal isolation relay 940.
  • the relay power supply 920 may be composed of two DC / DC converters (921, 923). This is a constant voltage (for example, at the output terminal of the relay power supply unit 920 even if the voltage V in of the ultra-capacitor module 400 having a very wide voltage range (for example, 15V to 400V) is input to the input terminal of the relay power supply unit 920. , 5V).
  • the first DC / DC converter 921 includes first and second resistors R 1 and R 2 , first to third capacitors C 1 to C 3 , inductor L 1 , and first and second diodes. (D 1 , D 2 ) and the first integrated circuit U 1 .
  • the input terminal of the first DC / DC converter 921 may be electrically connected to the first terminal of the first connector 910, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the second DC / DC converter 923. Accordingly, the first DC / DC converter 921 converts (decompresses) the voltage V in of the ultracapacitor module 400 input from the first connector 910 into a predetermined first voltage, and converts the converted voltage into a predetermined first voltage. The first voltage may be output to the second DC / DC converter 923.
  • the second DC / DC converter 923 includes a third resistor R 3 , fourth to sixth capacitors C 4 to C 6 , a third diode D 3 , and a second integrated circuit U 2 . can do.
  • the input terminal of the second DC / DC converter 923 may be electrically connected to the output terminal of the first DC / DC converter 921, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 940. Accordingly, the second DC / DC converter 923 converts (decompresses) the output voltage of the first DC / DC converter 921 into a predetermined second voltage, and converts the converted second voltage into the signal isolation relay 940.
  • the relay power supply 920 may use a regulator instead of the second DC / DC converter 923. That is, the relay power supply unit 920 may be configured of a DC / DC converter and a regulator.
  • the relay driver 930 may drive the signal isolation relay 940 according to whether a DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is received from the first connector 910. Unlike the relay driver 830 of FIG. 8, the relay driver 930 may include two transistor elements. This is to reverse the switching operation signal output from the signal isolation relay 940 of FIG. 9 when the overvoltage event occurs.
  • the relay driver 930 may include the fourth to eighth resistors R 4 to R 8 , the seventh and eighth capacitors C 7 and C 8 , and the first and second transistor elements Q 1 and Q. It may include 2 ).
  • the first and second transistor elements Q 1 and Q 2 an FET device or a BJT device may be used, but is not limited thereto.
  • the first and second transistor elements Q 1 and Q 2 will be described by exemplifying that they are N-type MOSFET devices.
  • the input terminal of the relay driver 930 may be electrically connected to the third terminal of the first connector 910, and the output terminal may be electrically connected to the input terminal of the signal isolation relay 940.
  • the relay driver 930 When the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is input from the third terminal of the first connector 910, the relay driver 930 turns on the first transistor element Q 1 . The second transistor Q 2 is turned off to control the current from flowing through the electromagnet of the signal insulation relay 940. On the other hand, when the DC voltage signal V ova corresponding to the overvoltage alarm signal is not input from the third terminal of the first connector 910, the relay driver 930 turns off the first transistor element Q 1 . The second transistor Q 2 is turned on to control the current to flow through the electromagnet of the signal insulation relay 940.
  • the signal isolation relay 940 may transmit an overvoltage alarm signal to the external management system 500 while electrically insulating between the input signal and the output signal of the signal isolation device 900.
  • the signal isolation relay 940 may electrically insulate between the output connector 425 of the cell management apparatus 420 and the digital signal connector 470, and thus, the electrode terminal of the ultracapacitor module 400.
  • the high voltage insulation resistance between the 450 and 460 and the digital signal connector 470 may be improved.
  • the signal isolation relay 940 may include a fourth diode D 4 , an electromagnet, and a mechanical switch.
  • the input terminal of the signal isolation relay 940 may be electrically connected to the output terminal of the relay power supply unit 920 and the relay driver 930, and the output terminal may be electrically connected to the second connector 950.
  • the first transistor element of the relay driver 930 is provided. Q 1 is turned off, and the second transistor element Q 2 is turned on.
  • the signal isolation relay 940 outputs a switch on signal to the second connector 950.
  • the user (or operator) of the external management system 500 may remotely confirm that the operation mode of the ultracapacitor module 400 is a normal mode through the switch-on signal.
  • the signal isolation relay 940 outputs an output signal (ie, a switch off signal) electrically isolated from an input signal (ie, a DC voltage signal) of the signal isolation device 900 to the second connector 850. Will be printed.
  • the user (or operator) of the external management system 500 may remotely confirm that the overvoltage alarm signal is generated in the ultracapacitor module 400 through the switch off signal.
  • the second connector 950 may transmit an output signal of the signal isolation relay 940 to the external management system 500 through the digital signal connector 470.
  • the input terminal of the second connector 950 may be electrically connected to the output terminal of the signal isolation relay 940, and the output terminal may be electrically connected to the digital signal connector 470.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method of testing the withstand voltage between the electrode terminal and the digital signal connector of the ultracapacitor module according to the present invention.
  • the measurement terminal of the withstand voltage test apparatus 50 is connected to the electrode terminal (
  • a predetermined high voltage eg, 4.2 kV
  • the electrode terminals 450 and 460 and the digital signal connector 470 of the ultracapacitor module 400 are applied. It can be seen that the insulation resistance is not destroyed between the layers.
  • the ultracapacitor module 400 includes a signal isolator 440 disposed between the output connector 425 of the cell management apparatus 420 and the digital signal connector 470, thereby providing the corresponding ultracapacitor module.
  • the high voltage insulation resistance between the electrode terminals 450 and 460 of the 400 and the digital signal connector 470 may be improved.
  • a method of isolating an overvoltage alarm signal among digital signals output from the cell management device 420 of the ultracapacitor module 400 is not limited thereto, and the overvoltage alarm signal is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that the same technical spirit of the present invention may be applied to other digital signals except for.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

본 발명은 울트라 캐패시터 모듈에 관한 것으로, 복수의 울트라 캐패시터들이 전기적으로 연결되는 셀 조립체; 상기 복수의 울트라 캐패시터들의 동작과 관련된 디지털 신호를 출력하는 셀 관리 장치; 상기 셀 조립체 및 상기 셀 관리 장치를 수용하는 케이스 모듈; 및 상기 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 상시 절연하며, 상기 절연된 디지털 신호를 선택적으로 외부 관리 시스템에 출력하는 신호 절연 장치를 포함한다.

Description

울트라 캐패시터 모듈
본 발명은 울트라 캐패시터 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디지털 신호를 절연하기 위한 신호 절연 장치를 구비하는 울트라 캐패시터 모듈에 관한 것이다.
울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터의 전압은 3V 이하에 불과하므로 울트라 캐패시터를 고전압 어플리케이션에 적용하고자 하는 경우에는, 다수개의 울트라 캐패시터를 직렬로 연결하여 구성한 울트라 캐패시터 모듈이 이용된다.
도 1은 종래의 울트라 캐패시터 모듈의 일례를 모식적으로 도시한 사시도이다. 울트라 캐패시터 모듈(10)의 내부에는 복수의 울트라 캐패시터들을 포함하는 셀 조립체(미도시)와 회로기판 조립체(미도시)가 수납되어 있다. 울트라 캐패시터 모듈(10)의 일 측면에는 복수의 울트라 캐패시터들을 충/방전하기 위한 전극 단자(12, 14)가 구비되어 있다. 또한, 울트라 캐패시터 모듈(10)의 일 측면에는 복수의 울트라 캐패시터들의 동작 상태를 감시하기 위한 디지털 신호 커넥터(16) 등이 구비될 수 있다.
이러한 울트라 캐패시터 모듈의 경우, 각 울트라 캐패시터의 초기 전압, 용량 편차, 누설 전류 편차, 내부 저항 편차 등으로 인해 각 울트라 캐패시터의 전압 불균형이 발생함에 따라 해당 모듈을 구성하는 울트라 캐패시터들의 수명이 상이해질 수 있다. 따라서, 상기 울트라 캐패시터들 중 가장 높은 전압을 갖는 울트라 캐패시터의 수명이 다하게 되면 나머지 울트라 캐패시터들의 수명이 잔존하더라도 해당 모듈의 수명이 다할 수밖에 없어 결과적으로 울트라 캐패시터 모듈의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 울트라 캐패시터들의 전압을 밸런싱하기 위한 전압 밸런싱 회로를 울트라 캐패시터 모듈에 장착하고 있다. 또한, 상기 전압 밸런싱 회로와 함께, 일부 울트라 캐패시터의 전압이 특정 레벨 이상으로 증가하는 것을 경고하기 위한 과전압 알림 회로를 울트라 캐패시터 모듈에 장착하고 있다.
한편, 산업용 시스템에 적용되는 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)는 일반적으로 수백 볼트(V) 이상의 높은 전압으로 설계되어 있기 때문에, 사용상 안전을 위해서 해당 에너지 저장장치의 전극 단자와 케이스 간에 일정한 내전압(즉, 절연 레벨)을 갖도록 설계되어야 한다. 이에 따라, 종래에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 장치(20)의 양극 단자(22)와 음극 단자(24)를 케이블(26)로 연결한 상태에서, 내전압 시험 장치(50)의 측정 단자를 전극 단자(22, 24)와 케이스(28)에 각각 연결하고, 상기 측정 단자를 통해 전극 단자(22, 24) 및 케이스(28)로 미리 결정된 고전압(가령, 4.2kV)을 인가하여 상기 전극 단자(22, 24)와 케이스(28) 간에 내절연성이 파괴되지 않도록 에너지 저장장치를 설계하였다.
그런데, 최근 들어, 산업용 모터 및 모터 드라이버와 관련된 산업의 경우, 비용 절감 차원에서 각종 제어 및 알람 신호를 프로그램식 제어기(Programmable Logic Controller, PLC)에 연결해서 사용하는 경우가 점점 증가하고 있다. 그런데, 산업용 모터 및 모터 드라이버의 디지털 신호가 와이어를 통해 PLC에 연결된 구조에서 사용자가 해당 와이어를 접촉하게 되면 감전 사고가 발생할 수 있다. 이에 따라, 산업용 모터 및 모터 드라이버와 관련된 산업에서는 국제 표준 규정인 IEC 61800-5-1에서 정의하는 안전 규격을 요구하고 있다.
이러한 산업용 모터 및 모터 드라이버와 관련된 산업에서 에너지 저장장치가 응용되기 위해서는 동일한 안전 규격을 만족할 필요가 있다. 해당 안전 규격에서는 에너지 저장장치의 전극 단자와 케이스 간의 높은 내전압을 요구할 뿐만 아니라, 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간, 케이스와 디지털 신호 커넥터 간에도 일정한 내전압을 요구하고 있다.
그런데, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 에너지 저장 장치(30)의 양극 단자(32)와 음극 단자(34) 간을 제1 케이블(37)로 연결하고, 디지털 신호 커넥터(36)와 케이스(39) 간을 제2 케이블(38)로 연결한 상태에서, 내전압 시험 장치(50)의 측정 단자를 전극 단자(32, 34)와 디지털 신호 커넥터(36)에 각각 연결하여 미리 결정된 고전압(4.2kV)을 인가한 경우, 해당 에너지 저장장치(30)의 전극 단자(32, 34)와 디지털 신호 커넥터(36) 간에 내절연성이 파괴되는 문제가 있다. 따라서, 국제 표준 규정에서 요구하는 산업 안전 규격을 만족하는 에너지 저장장치를 설계할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 국제 표준 규정에서 요구하는 산업 안전 규격을 만족하는 울트라 캐패시터 모듈을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 절연하기 위한 신호 절연 장치를 구비하는 울트라 캐패시터 모듈을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 고전압 내절연성을 향상시키기 위한 신호 절연 장치를 구비하는 울트라 캐패시터 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 울트라 캐패시터들이 전기적으로 연결되는 셀 조립체; 상기 복수의 울트라 캐패시터들의 동작과 관련된 디지털 신호를 출력하는 셀 관리 장치; 상기 셀 조립체 및 상기 셀 관리 장치를 수용하는 케이스 모듈; 및 상기 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 상시 절연하며, 상기 절연된 디지털 신호를 선택적으로 외부 관리 시스템에 출력하는 신호 절연 장치를 포함하는 울트라 캐패시터 모듈을 제공한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 셀 관리 장치는 울트라 캐패시터들의 전압을 밸런싱하는 전압 밸런싱부와, 상기 울트라 캐패시터들에서 발생하는 과전압을 감지하는 과전압 검출부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 디지털 신호는 셀 관리 장치의 과전압 검출부에서 출력되는 과전압 알람 신호일 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호를 기반으로 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 스위칭 동작 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 신호 절연 장치는 입력 신호에 해당하는 DC 전압 신호와 출력 신호에 해당하는 스위칭 동작 신호 간을 전기적으로 절연할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는 케이스 모듈의 일 측면에 배치된 양극 단자와 음극 단자 사이에 장착될 수 있다. 또한, 상기 신호 절연 장치의 일 측면에 장착된 디지털 신호 커넥터는 복수의 울트라 캐패시터들의 동작 상태를 원격으로 감시하기 위해 사용될 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는, 셀 관리 장치의 출력 커넥터와 디지털 신호 커넥터 사이에 배치되어, 상기 셀 관리 장치의 출력 커넥터와 상기 디지털 신호 커넥터 사이를 전기적으로 절연할 수 있다. 또한, 상기 신호 절연 장치는, 신호절연 릴레이틀 통해 절연된 디지털 신호를 디지털 신호 커넥터를 통해 외부 관리 시스템으로 출력할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 절연하는 신호절연 릴레이를 포함할 수 있다. 상기 신호절연 릴레이는 전자석과 기계식 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호절연 릴레이는 기계식 접점이 없는 반도체 릴레이(Solid State Relay)를 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는 신호절연 릴레이에 구동 전원을 인가하는 릴레이 전원부와, 상기 신호절연 릴레이를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 릴레이 구동부를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 릴레이 전원부는 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자에서 출력되는 전압을 릴레이 구동 전압으로 변환할 수 있다. 또한, 상기 릴레이 전원부는 하나 이상의 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 릴레이 구동부는 셀 관리 장치로부터 수신되는 디지털 신호에 대응하여 신호절연 릴레이를 구동할 수 있다. 또한, 상기 릴레이 구동부는 하나 이상의 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 신호 절연 장치는 기판 조립체와 상기 기판 조립체를 수용하는 하우징 모듈로 구성되며, 상기 기판 조립체는 릴레이 전원부, 릴레이 구동부 및 신호절연 릴레이에 대응하는 전자 부품들을 회로기판에 실장하여 형성될 수 있다. 상기 신호절연 릴레이의 입력단에 연결되는 제1 전자 부품들이 회로기판의 제1 영역에 실장되고, 상기 신호절연 릴레이의 출력단에 연결되는 제2 전자 부품들이 회로기판의 제2 영역에 실장되는 경우, 상기 회로기판의 제1 영역과 제2 영역은 일정 거리 이상 이격되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 절연하기 위한 신호 절연 장치를 울트라 캐패시터 모듈에 장착함으로써, 국제 표준 규정에서 요구하는 산업 안전 규격을 충족시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 셀 관리 장치의 출력 커넥터와 디지털 신호 커넥터 사이에 배치되는 신호 절연 장치를 울트라 캐패시터 모듈에 장착함으로써, 상기 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 울트라 캐패시터 모듈이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 울트라 캐패시터 모듈의 일례를 모식적으로 도시한 사시도;
도 2는 종래의 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 케이스 간의 내전압을 시험하는 방법을 예시하는 도면;
도 3은 종래의 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 케이스와 디지털 신호 커넥터 간의 내전압을 시험하는 방법을 예시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 외관을 나타내는 사시도;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 기능 블록도;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 회로 구성도;
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 구성 블록도;
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 상세 회로도;
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 상세 회로도
도 10은 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 내전압을 시험하는 방법을 예시하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 국제 표준 규정에서 요구하는 산업 안전 규격을 만족하는 울트라 캐패시터 모듈을 제안한다. 또한, 본 발명은 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호, 특히 과전압 알람 신호(Over Voltage Alarm Signal, OVA signal)를 절연하기 위한 신호 절연 장치를 구비하는 울트라 캐패시터 모듈을 제안한다. 또한, 본 발명은 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 고전압 내절연성을 향상시키기 위한 신호 절연 장치를 구비하는 울트라 캐패시터 모듈을 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 기능 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 회로 구성도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈(400)은 셀 조립체(410), 상기 셀 조립체(410)와 전기적으로 연결되는 셀 관리 장치(420), 상기 셀 조립체(410) 및 셀 관리 장치(420)를 수용하는 케이스 모듈(430), 상기 케이스 모듈(430)의 일 측면에 장착되는 신호 절연 장치(440)를 포함할 수 있다.
셀 조립체(410)는 적어도 둘 이상의 울트라 캐패시터 셀들(411)이 전기적으로 연결되어 형성될 수 있다. 이러한 셀 조립체(410)를 구성하는 울트라 캐패시터(411)는 빠른 충/방전 특성을 가지며 이에 따라 이동통신 정보기기인 휴대폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서뿐만 아니라, 고 용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원 장치, 무 정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등의 주 전원 또는 보조전원으로 사용될 수 있다.
각각의 울트라 캐패시터(411)는 원통 또는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 전극이 형성된 길이 방향으로 다른 울트라 캐패시터와 전기적으로 연결되어 셀 조립체(410)를 구성할 수 있다. 이때, 서로 이웃하는 울트라 캐패시터 간의 전기적 연결은 연결 부재, 예를 들어 너트(nut) 및/또는 부스바(bus bar)에 의해 연결될 수 있다.
울트라 캐패시터(411)는 베어셀, 제1 및 제2 내부 터미널, 제1 및 제2 외부 터미널, 케이스를 포함할 수 있다. 상기 베어셀은 전극소자라 불리는 것으로서, 양극, 음극 및 분리막(Separator)이 권취되어 형성된다. 제1 내부 터미널은 베어셀의 양극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 제2 내부 터미널은 베어셀의 음극과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 제1 외부 터미널은 제1 내부 터미널과 일체형으로 결합되어 케이스 상단을 밀봉하도록 형성되고, 제2 외부 터미널은 제2 내부 터미널과 일체형으로 결합되어 케이스 하단을 밀봉하도록 형성된다. 케이스는 베어셀을 수용하기 위한 내부 공간을 갖도록 형성된다.
셀 관리 장치(또는 셀 밸런싱 장치, 420)는 복수의 울트라 캐패시터들의 동작 상태(가령, 셀 전압 상태)를 관리 및 감시하기 위한 수동 및 능동 소자들을 회로기판에 실장하여 형성될 수 있다. 상기 셀 관리 장치(420)는 셀 조립체(410)를 구성하는 복수의 울트라 캐패시터들(411)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
셀 관리 장치(420)는 수동 셀 밸런싱 기능을 수행하기 위한 제1 전압 밸런싱부(421), 능동 셀 밸런싱 기능을 수행하기 위한 제2 전압 밸런싱부(422), 울트라 캐패시터들의 과전압을 검출하기 위한 과전압 검출부(423) 및 울트라 캐패시터들의 동작 상태와 관련된 디지털 신호를 출력하기 위한 출력 커넥터(425) 등을 포함할 수 있다.
제1 전압 밸런싱부(421)는, 각각의 울트라 캐패시터(411)에 병렬로 연결되어, 각 울트라 캐패시터(411)의 전압을 지속적으로 방전시키는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로, 제1 전압 밸런싱부(421)는 미리 결정된 저항 값을 갖는 저항 소자(R)로 구성될 수 있다.
제2 전압 밸런싱부(422)는, 각각의 울트라 캐패시터(411)에 병렬로 연결되어, 각 울트라 캐패시터(411)의 전압이 미리 결정된 제1 임계전압을 초과하면 상기 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제1 임계전압 이하가 될 때까지 울트라 캐패시터(411)의 전압을 능동적으로 방전시키는 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 제2 전압 밸런싱부(422)는 제1 내지 제3 저항(R1~R3), 제1 전압 검출부(Voltage Detector) 및 제1 스위치(Switch)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 저항(R1, R2)은 제1 임계전압의 값을 조절하기 위한 저항 소자들로서, 저항 값의 조절을 통해 제1 임계전압의 값이 조절되도록 한다. 제3 저항(R3)은 제1 스위치가 턴 온(turn on)되면 울트라 캐패시터(411)와 직렬로 연결됨으로써 울트라 캐패시터(411)의 전압을 방전시킨다.
제1 전압 검출부는 울트라 캐패시터(411)의 전압을 검출하고, 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제1 임계전압을 초과하면 제1 스위치를 턴 온시켜 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제3 저항(R3)을 통해 방전되도록 한다. 제1 전압 검출부는 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제1 임계전압 이하가 되면 제1 스위치를 턴 오프(turn off)시켜 울트라 캐패시터(411)의 전압 방전이 중지되도록 한다.
제1 스위치는 제1 전압 검출부로부터 전달되는 턴 온 명령 또는 턴 오프 명령에 따라 턴 온 또는 턴 오프되어, 제3 저항(R3)과 울트라 캐패시터(411)를 직렬로 연결시키거나 그 연결을 차단한다. 일 실시 예로, 제1 스위치는 반도체 소자인 FET(Filed Effect Transistor) 소자 또는 BJT(Bipolar　Junction　Transistor) 소자로 구현될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
과전압 검출부(423)는, 각각의 울트라 캐패시터(411)에 병렬로 연결되어, 각 울트라 캐패시터(411)의 전압이 미리 결정된 제2 임계전압을 초과하면 과전압 알람 신호를 출력하는 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 과전압 검출부(423)는, 제4 내지 제6 저항(R4~R6), 제2 전압 검출부(Voltage Detector), 제2 스위치(Switch) 및 포토 커플러(photo coupler)를 포함할 수 있다.
제4 및 제5 저항(R4, R5)은 제2 임계전압의 값을 조절하기 위한 저항 소자들로서, 저항 값의 조절을 통해 제2 임계전압의 값이 조절되도록 한다. 제6 저항(R6)은 제2 스위치가 턴 온(turn on)되면 울트라 캐패시터(411) 및 포토 커플러와 직렬로 연결됨으로써 포토 커플러를 구동시킨다.
제2 전압 검출부는 울트라 캐패시터(411)의 전압을 검출하고, 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제2 임계전압을 초과하면 제2 스위치를 턴 온(turn on)시키고, 울트라 캐패시터(411)의 전압이 제2 임계전압 이하가 되면 제2 스위치를 턴 오프(turn off)시킨다.
제2 스위치는 제2 전압 검출부로부터 전달되는 턴 온 명령 또는 턴 오프 명령에 따라 턴 온 또는 턴 오프되어, 제6 저항(R6)과 울트라 캐패시터(411)와 포토 커플러를 직렬로 연결시키거나 그 연결을 차단한다. 일 실시 예로, 제2 스위치는 반도체 소자인 FET 소자 또는 BJT 소자로 구현될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
포토 커플러는 발광소자와 수광소자로 구성되며, 입력 신호와 출력 신호 간을 전기적으로 절연시키면서 광으로 신호를 전달하는 장치이다. 상기 제2 스위치가 턴 온 상태가 되면, 포토 커플러는 입력단으로 입력되는 입력 신호에 기초하여 출력 신호(즉, 과전압 알람 신호)를 출력하게 된다. 한편, 상기 제2 스위치가 턴 오프 상태가 되면, 포토 커플러는 입력 신호가 없기 때문에 별도의 출력 신호를 출력하지 않게 된다. 일 예로, 상기 포토 커플러의 출력단에서 출력되는 과전압 알람 신호는 5V의 전압으로 구성된 디지털 신호일 수 있다.
출력 커넥터(425)는, 신호 절연 장치(440)의 입력 단과 연결되어, 셀 관리 장치(420)로부터 입력되는 디지털 신호를 상기 신호 절연 장치(440)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 이외에도, 셀 관리 장치(420)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 내부 온도를 측정하기 위한 온도 센서(미도시)와, 울트라 캐패시터 모듈(400)의 중간 전압을 측정하기 위한 전압 센싱 회로(미도시) 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 온도 센서로는 NTC 써미스터(Negative　Temperature　Coefficient Thermistor) 또는 PTC 써미스터(Positive　Temperature　Coefficient Thermistor)가 사용될 수 있다.
케이스 모듈(430)은 복수의 울트라 캐패시터들(411)이 직렬로 연결되어 형성된 셀 조립체(410)와 상기 셀 조립체(410)에 인접하여 배치된 셀 관리 장치(420)를 수용할 수 있다. 케이스 모듈(430)은 울트라 캐패시터들(411)의 외 측면에 대응되는 형상을 갖는 수용부를 구비함으로써 셀 조립체(410)를 수용할 수 있다.
케이스 모듈(430)은 동일한 형태를 갖는 적어도 둘 이상의 케이스 블록이 결합되어 형성될 수 있다. 상기 케이스 블록의 결합에 의해 셀 조립체(410)를 수용하는 수용부가 형성될 수 있다. 상기 케이스 모듈(430)은 절연성 재질로 구현될 수 있다.
케이스 모듈(430)의 일 측면에는 셀 조립체(410)와의 전기적 연결을 위한 전극 단자(450, 460)가 구비될 수 있다. 상기 전극 단자(450, 460)는 울트라 캐패시터 모듈(400)에 장착된 복수의 울트라 캐패시터들(411)의 충/방전에 사용된다. 따라서, 상기 전극 단자(450, 460)는 외부의 전원이나 부하로 연결될 수 있다.
케이스 모듈(430)의 일 측면에는 신호 절연 장치(440)가 구비될 수 있다. 상기 신호 절연 장치(440)는 케이스 모듈(430)의 일 측면에 배치된 양극 단자(450)와 음극 단자(460) 사이에 장착될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
신호 절연 장치(440)의 일 측면에는 외부로 돌출된 디지털 신호 커넥터(470)가 구비될 수 있다. 상기 디지털 신호 커넥터(470)는, 울트라 캐패시터 모듈(400)의 중간 전압, 내부 온도, 울트라 캐패시터들의 과전압 발생 여부 등과 같은 동작 상태를 원격으로 모니터링하기 위해 사용된다. 따라서, 상기 디지털 신호 커넥터(470)는 외부 관리 시스템(또는 외부 관리 장치, 500)과 전기적으로 연결될 수 있다.
신호 절연 장치(440)의 입력 단은 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460) 및 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 신호 절연 장치(440)는 전극 단자(450, 460)로부터 구동 전원을 공급받을 수 있고, 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)로부터 울트라 캐패시터 모듈(400)의 동작 상태와 관련된 디지털 신호를 입력 받을 수 있다. 상기 디지털 신호로는 과전압 알람 신호, 중간 전압 신호 또는 내부 온도 신호 등이 있다. 이하 본 실시 예에서, 신호 절연의 대상이 되는 디지털 신호는 과전압 알람 신호임을 예시하여 설명하도록 한다.
신호 절연 장치(440)의 출력 단은 디지털 신호 커넥터(470)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 신호 절연 장치(440)의 출력 단은 디지털 신호 커넥터(470)를 통해 외부 관리 시스템(500)과 연결될 수 있다.
신호 절연 장치(440)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)로부터 수신되는 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(가령, 5V 신호)를 기반으로 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 스위칭 동작 신호(가령, 스위치 온/오프 신호)를 출력할 수 있다. 여기서, 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호는 신호 절연 장치(440)의 입력 신호에 대응하고, 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 스위칭 동작 신호는 신호 절연 장치(440)의 출력 신호에 대응한다.
신호 절연 장치(440)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)에서 출력되는 디지털 신호(즉, 과전압 알람 신호)를 절연하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 신호 절연 장치(440)는 입력 신호에 해당하는 DC 전압 신호와 출력 신호에 해당하는 스위칭 동작 신호 간을 전기적으로 절연하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 신호 절연 장치(440)는, 과전압 알람 신호의 발생 유무와 관계없이, 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 디지털 신호 커넥터(470) 사이에 배치되어 상기 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 디지털 신호 커넥터(470) 간을 전기적으로 절연하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 절연 구조를 통해, 신호 절연 장치(440)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470) 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다. 상기 신호 절연 장치(440)의 구성 및 동작에 대한 자세한 설명은 도면을 참조하여 후술하도록 한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 절연하기 위한 신호 절연 장치를 구비함으로써, 상기 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 셀 관리 장치와 디지털 신호 커넥터 사이에 배치된 신호 절연 장치를 이용하여 국제 표준 규정에서 요구하는 내전압 안전 규격을 충족시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 구성 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 절연 장치(440, 700)는 릴레이 전원부(710), 릴레이 구동부(720) 및 신호절연 릴레이(730)를 포함할 수 있다.
릴레이 전원부(710)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)로부터 입력되는 출력 전압(Vin)을 이용하여 신호절연 릴레이(730)의 구동 전압(Vrelay)을 생성하고, 상기 생성된 구동 전압(Vrelay)을 신호절연 릴레이(730)로 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 릴레이 전원부(710)의 입력단은 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(730)의 입력단에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
통상, 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)에서 출력되는 전압(Vin)은 미리 결정된 전압 범위(가령, 15V~400V)를 갖는 고 전압이고, 신호절연 릴레이(730)의 구동 전압(Vrelay)은 일정한 전압 값(가령, 5V)을 갖는 저 전압이다. 따라서, 본 실시 예에 따른 릴레이 전원부(710)는 고 전압을 저 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터로는 강압 컨버터(Step-down Converter) 또는 벅 컨버터(Buck Converter)가 사용될 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는, 릴레이 전원부(710)가 릴레이 구동전원을 울트라 캐패시터 모듈(400)로부터 수신하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 외부 관리 시스템(500)으로부터 릴레이 구동전원을 수신하거나 혹은 별도의 전력원(미도시)으로부터 릴레이 구동전원을 수신할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
릴레이 구동부(720)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)에서 출력되는 디지털 신호의 유무에 기초하여 신호절연 릴레이(730)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 이하, 본 실시 예에서, 상기 디지털 신호는 셀 관리 장치(420)의 과전압 검출부(423)에서 출력되는 과전압 알람 신호(Vova)임을 예시하여 설명하도록 한다.
즉, 릴레이 구동부(720)는, 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 수신되는 경우 신호절연 릴레이(730)가 구동되도록 제어하고, 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 수신되지 않는 경우 신호절연 릴레이(730)가 구동되지 않도록 제어한다. 이를 위해, 릴레이 구동부(720)의 입력단은 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(730)의 입력단에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 릴레이 구동부(720)는 하나 이상의 반도체 스위치 소자(즉, 트랜지스터 소자)로 구성될 수 있다.
신호절연 릴레이(730)는, 신호 절연 장치(700)의 입력 신호와 출력 신호 사이를 전기적으로 절연하면서 과전압 알람 신호를 디지털 신호 커넥터(470)로 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 신호절연 릴레이(730)의 입력단은, 릴레이 전원부(710) 및 릴레이 구동부(720)의 출력단에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있고, 출력단은 디지털 신호 커넥터(470)에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
신호절연 릴레이(730)는, 릴레이 구동부(720)의 구동 명령에 따라, 신호 절연 장치(700)의 입력 신호와 출력 신호 간을 전기적으로 절연시키면서 과전압 알람 신호를 전달하는 장치이다. 여기서, 신호 절연 장치(700)의 입력 신호는 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(가령, 5V 신호)이고, 출력 신호는 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 스위칭 동작 신호(가령, 스위치 온/오프 신호)이다.
일 실시 예로, 신호절연 릴레이(730)는 전자석과 기계식 스위치로 구성될 수 있다. 상기 신호절연 릴레이(730)는 릴레이 구동부(720)의 구동 신호에 따라 전자석에 전류가 흐르게 되면, 전자석이 자석으로 동작하게 되어 기계식 스위치를 온(ON) 시킨다. 따라서, 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)로부터 릴레이 구동부(720)의 입력 단으로 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 수신되면, 신호절연 릴레이(730)는 릴레이 구동부(720)의 구동 신호에 따라 상기 DC 전압 신호와 전기적으로 절연된 스위치 온 신호(closed signal)를 디지털 신호 커넥터(470)로 출력하게 된다.
한편, 다른 실시 예로, 상기 신호절연 릴레이(730)는 기계식 접점이 없는 반도체 릴레이(Solid State Relay, SSR)로 구성될 수도 있다.
신호 절연 장치(700)는 기판 조립체(미도시)와 상기 기판 조립체를 수용하는 하우징 모듈(미도시)로 구성될 수 있다. 상기 기판 조립체는, 릴레이 전원부(710), 릴레이 구동부(720) 및 신호절연 릴레이(730)를 구현하기 위한 전자 부품들을 회로기판에 실장하여 형성될 수 있다.
신호절연 릴레이(730)의 입력단에 연결되는 제1 전자 부품들은 회로기판의 제1 영역에 배치될 수 있고, 상기 신호절연 릴레이(730)의 출력단에 연결되는 제2 전자 부품들은 회로기판의 제2 영역에 배치될 수 있다. 상기 회로기판의 제1 영역과 제2 영역은 물리적으로 일정 거리 이상 이격되도록 배치될 수 있다. 이는 신호 절연 장치(700)의 입력 신호와 출력 신호 간을 전기적으로 절연시킬 뿐만 아니라 물리적으로도 절연시키기 위함이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 신호 절연 장치는, 울트라 캐패시터 모듈의 셀 관리 장치에서 출력되는 과전압 알람 신호를 절연함과 동시에, 상기 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 상세 회로도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호 절연 장치(800)는 제1 커넥터(810), 릴레이 전원부(820), 릴레이 구동부(830), 신호절연 릴레이(840) 및 제2 커넥터(850)를 포함할 수 있다.
제1 커넥터(810)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)에서 출력되는 전압 신호를 릴레이 전원부(820)로 전달할 수 있고, 해당 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)에서 출력되는 디지털 신호(즉, 과전압 알람 신호)를 릴레이 구동부(830)로 전달할 수 있다.
제1 커넥터(810)의 입력단은 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460) 및 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예로, 제1 커넥터(810)의 제1 단자는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 양극 단자(450)와 연결될 수 있고, 제1 커넥터(810)의 제5 단자는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 음극 단자(460)와 연결될 수 있으며, 제1 커넥터(810)의 제3 단자는 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 연결될 수 있다.
제1 커넥터(810)의 출력단은 릴레이 전원부(820) 및 릴레이 구동부(830)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예로, 제1 커넥터(810)의 제1 단자는 릴레이 전원부(820)의 입력단에 연결될 수 있고, 제1 커넥터(810)의 제5 단자는 접지(ground)와 연결될 수 있으며, 제1 커넥터(810)의 제3 단자는 릴레이 구동부(830)의 입력단에 연결될 수 있다.
릴레이 전원부(820)는 제1 커넥터(810)로부터 입력되는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 출력 전압(Vin)을 신호절연 릴레이(840)의 구동 전압으로 변환할 수 있다. 즉, 릴레이 전원부(820)는 높은 DC 전압을 낮은 DC 전압으로 변환하여 신호절연 릴레이(840)로 출력할 수 있다. 일 실시 예로, 릴레이 전원부(820)는 하나의 DC/DC 컨버터로 구성될 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터(820)는 제1 내지 제5 저항(R1~R5), 제1 내지 제4 캐패시터(C1~C4), 인덕터(L1) 및 집적 회로(IC)를 포함할 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터(810)의 입력단은 제1 커넥터(810)의 제1 단자와 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(840)의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, DC/DC 컨버터(820)는 제1 커넥터(810)의 제1 단자로부터 입력되는 울트라 패캐시터 모듈(400)의 전압(Vin)을 미리 결정된 전압(가령, 5V)으로 감압한 후 해당 전압을 신호절연 릴레이(840)로 출력할 수 있다.
릴레이 구동부(830)는 제1 커넥터(810)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 수신되는지 여부에 따라 신호절연 릴레이(840)를 구동할 수 있다.
일 실시 예로, 릴레이 구동부(830)는 제6 저항(R6), 제7 저항(R7) 및 트랜지스터 소자(Q1)를 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터 소자로는 FET 소자 또는 BJT 소자가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 이하 본 실시 예에서, 상기 트랜지스터 소자(Q1)는 N형 MOSFET 소자임을 예시하여 설명하도록 한다. 상기 릴레이 구동부(830)의 입력단은 제1 커넥터(810)의 제3 단자와 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(840)의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 커넥터(810)의 제3 단자로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되는 경우, 릴레이 구동부(830)는 트랜지스터 소자(Q1)를 턴 온(turn on) 시켜 신호절연 릴레이(840)의 전자석에 전류가 흐르도록 제어한다. 한편, 제1 커넥터(810)의 제3 단자로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되지 않는 경우, 릴레이 구동부(830)는 트랜지스터 소자(Q1)를 턴 오프(turn off) 시켜 신호절연 릴레이(840)의 전자석에 전류가 흐르지 않도록 제어한다.
신호절연 릴레이(840)는 신호 절연 장치(800)의 입력 신호와 출력 신호 사이를 전기적으로 절연하면서 과전압 알람 신호를 외부 관리 시스템(500)으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 신호절연 릴레이(840)는 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 디지털 신호 커넥터(470) 사이를 전기적으로 절연할 수 있고, 그에 따라 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470) 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예로, 신호절연 릴레이(840)는 다이오드(D1), 전자석 및 기계식 스위치를 포함할 수 있다. 상기 신호절연 릴레이(840)의 입력단은 DC/DC 컨버터(820) 및 릴레이 구동부(830)의 출력단과 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 제2 커넥터(850)와 전기적으로 연결될 수 있다.
정상 모드로 동작하는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 경우, 제1 커넥터(810)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되지 않기 때문에, 릴레이 구동부(830)의 트랜지스터 소자(Q1)는 턴 오프(turn off) 상태로 존재하고, 신호절연 릴레이(840)의 기계식 스위치는 오프 상태로 존재한다. 이에 따라, 신호절연 릴레이(840)는 스위치 오프 신호(switch off signal)를 제2 커넥터(850)로 출력하게 된다. 외부 관리 시스템(500)의 사용자(또는 운용자)는 이러한 스위치 오프 신호를 통해 울트라 캐패시터 모듈(400)의 동작 모드가 정상 모드임을 원격으로 확인할 수 있게 된다.
한편, 울트라 캐패시터 모듈(400)에서 과전압 이벤트가 발생하는 경우, 제1 커넥터(810)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되고, 상기 DC 전압 신호(Vova)에 대응하여 릴레이 구동부(830)의 트랜지스터 소자(Q1)가 턴 온 상태가 되면, 신호절연 릴레이(840)의 전자석에 전류가 흐르게 되어 기계식 스위치를 온(ON) 시킨다. 이에 따라, 신호절연 릴레이(840)는 신호 절연 장치(800)의 입력 신호(즉, DC 전압 신호)와 전기적으로 절연된 출력 신호(즉, 스위치 온 신호, switch on signal)를 제2 커넥터(850)로 출력하게 된다. 외부 관리 시스템(500)의 사용자(또는 운용자)는 이러한 스위치 온 신호를 통해 울트라 캐패시터 모듈(400)에서 과전압 알람 신호가 발생하고 있음을 원격으로 확인할 수 있게 된다.
제2 커넥터(850)는 신호절연 릴레이(840)의 출력 신호를 디지털 신호 커넥터(470)를 통해 외부 관리 시스템(500)으로 전달할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 커넥터(850)의 입력단은 신호절연 릴레이(840)의 출력단과 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 디지털 신호 커넥터(470)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 신호 절연 장치의 상세 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 신호 절연 장치(900)는 제1 커넥터(910), 릴레이 전원부(920), 릴레이 구동부(930), 신호절연 릴레이(940) 및 제2 커넥터(950)를 포함할 수 있다.
신호 절연 장치(900)의 제1 커넥터(910), 신호절연 릴레이(940) 및 제2 커넥터(950)는 상술한 도 8에 도시된 신호 절연 장치(800)의 제1 커넥터(810), 신호절연 릴레이(840) 및 제2 커넥터(850)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
제1 커넥터(910)는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)에서 출력되는 전압 신호를 릴레이 전원부(920)로 전달할 수 있고, 해당 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)에서 출력되는 디지털 신호(즉, 과전압 알람 신호)를 릴레이 구동부(930)로 전달할 수 있다. 상기 제1 커넥터(910)의 입력단은 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460) 및 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 커넥터(910)의 출력단은 릴레이 전원부(920) 및 릴레이 구동부(930)와 전기적으로 연결될 수 있다.
릴레이 전원부(920)는 제1 커넥터(910)로부터 입력되는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 출력 전압(Vin)을 신호절연 릴레이(940)의 구동 전압으로 변환할 수 있다. 즉, 릴레이 전원부(920)는 높은 DC 전압을 낮은 DC 전압으로 변환하여 신호절연 릴레이(940)로 출력할 수 있다.
일 실시 예로, 릴레이 전원부(920)는 두 개의 DC/DC 컨버터(921, 923)로 구성될 수 있다. 이는 릴레이 전원부(920)의 입력단으로 매우 넓은 전압 범위(가령, 15V~400V)를 갖는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전압(Vin)이 입력되더라도 해당 릴레이 전원부(920)의 출력단에서 일정한 전압(가령, 5V)을 출력하기 위함이다.
제1 DC/DC 컨버터(921)는 제1 및 제2 저항(R1, R2), 제1 내지 제3 캐패시터(C1~C3), 인덕터(L1), 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 및 제1 집적 회로(U1)를 포함할 수 있다. 상기 제1 DC/DC 컨버터(921)의 입력단은 제1 커넥터(910)의 제1 단자와 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 제2 DC/DC 컨버터(923)의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 DC/DC 컨버터(921)는 제1 커넥터(910)로부터 입력되는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전압(Vin)을 미리 결정된 제1 전압으로 변환(감압)하고, 상기 변환된 제1 전압을 제2 DC/DC 컨버터(923)로 출력할 수 있다.
제2 DC/DC 컨버터(923)는 제3 저항(R3), 제4 내지 제6 캐패시터(C4~C6), 제3 다이오드(D3) 및 제2 집적 회로(U2)를 포함할 수 있다. 상기 제2 DC/DC 컨버터(923)의 입력단은 제1 DC/DC 컨버터(921)의 출력단과 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(940)의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 DC/DC 컨버터(923)는 제1 DC/DC 컨버터(921)의 출력 전압을 미리 결정된 제2 전압으로 변환(감압)하고, 상기 변환된 제2 전압을 신호절연 릴레이(940)로 출력할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 릴레이 전원부(920)는 제2 DC/DC 컨버터(923) 대신 레귤레이터를 사용할 수 있다. 즉, 릴레이 전원부(920)는 DC/DC 컨버터와 레귤레이터로 구성될 수 있다.
릴레이 구동부(930)는 제1 커넥터(910)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 수신되는지 여부에 따라 신호절연 릴레이(940)를 구동할 수 있다. 상기 릴레이 구동부(930)는, 도 8의 릴레이 구동부(830)와 달리, 두 개의 트랜지스터 소자를 구비할 수 있다. 이는 과전압 이벤트 발생 시, 도 9의 신호절연 릴레이(940)에서 출력되는 스위칭 동작 신호를 도 8의 신호절연 릴레이(840)에서 출력되는 스위칭 동작 신호와 반대로 하기 위함이다.
일 실시 예로, 릴레이 구동부(930)는 제4 내지 제8 저항(R4~R8), 제7 및 제8 캐패시터(C7, C8), 제1 및 제2 트랜지스터 소자(Q1, Q2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자(Q1, Q2)로는 FET 소자 또는 BJT 소자가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 이하 본 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자(Q1, Q2)는 N형 MOSFET 소자임을 예시하여 설명하도록 한다. 상기 릴레이 구동부(930)의 입력단은 제1 커넥터(910)의 제3 단자와 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 신호절연 릴레이(940)의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 커넥터(910)의 제3 단자로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되는 경우, 릴레이 구동부(930)는 제1 트랜지스터 소자(Q1)를 턴 온(turn on) 시키고, 제2 트랜지스터 소자(Q2)를 턴 오프(turn off) 시켜 신호절연 릴레이(940)의 전자석에 전류가 흐르지 않도록 제어한다. 한편, 제1 커넥터(910)의 제3 단자로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되지 않는 경우, 릴레이 구동부(930)는 제1 트랜지스터 소자(Q1)를 턴 오프시키고, 제2 트랜지스터 소자(Q2)를 턴 온 시켜 신호절연 릴레이(940)의 전자석에 전류가 흐르도록 제어한다.
신호절연 릴레이(940)는 신호 절연 장치(900)의 입력 신호와 출력 신호 사이를 전기적으로 절연하면서 과전압 알람 신호를 외부 관리 시스템(500)으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 신호절연 릴레이(940)는 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 디지털 신호 커넥터(470) 사이를 전기적으로 절연할 수 있고, 그에 따라 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470) 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예로, 신호절연 릴레이(940)는 제4 다이오드(D4), 전자석 및 기계식 스위치를 포함할 수 있다. 상기 신호절연 릴레이(940)의 입력단은 릴레이 전원부(920) 및 릴레이 구동부(930)의 출력단과 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 제2 커넥터(950)와 전기적으로 연결될 수 있다.
정상 모드로 동작하는 울트라 캐패시터 모듈(400)의 경우, 제1 커넥터(910)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되지 않기 때문에, 릴레이 구동부(930)의 제1 트랜지스터 소자(Q1)는 턴 오프 상태가 되고, 제2 트랜지스터 소자(Q2)는 턴 온 상태가 된다. 상기 제2 트랜지스터 소자(Q2)가 턴 온 상태가 되면, 신호절연 릴레이(940)의 전자석에 전류가 흐르게 되어 기계식 스위치를 온(ON) 시킨다. 이에 따라, 신호절연 릴레이(940)는 스위치 온 신호(switch on signal)를 제2 커넥터(950)로 출력하게 된다. 외부 관리 시스템(500)의 사용자(또는 운용자)는 이러한 스위치 온 신호를 통해 울트라 캐패시터 모듈(400)의 동작 모드가 정상 모드임을 원격으로 확인할 수 있게 된다.
한편, 울트라 캐패시터 모듈(400)에서 과전압 이벤트가 발생하는 경우, 제1 커넥터(910)로부터 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호(Vova)가 입력되기 때문에, 릴레이 구동부(930)의 제1 트랜지스터 소자(Q1)는 턴 온 상태가 되고, 제2 트랜지스터 소자(Q2)는 턴 오프 상태가 된다. 상기 제2 트랜지스터 소자(Q2)가 턴 오프 상태가 되면, 신호절연 릴레이(940)의 전자석에 전류가 흐르지 않게 되어 기계식 스위치를 오프(OFF) 시킨다. 이에 따라, 신호절연 릴레이(940)는 신호 절연 장치(900)의 입력 신호(즉, DC 전압 신호)와 전기적으로 절연된 출력 신호(즉, 스위치 오프 신호, switch off signal)를 제2 커넥터(850)로 출력하게 된다. 외부 관리 시스템(500)의 사용자(또는 운용자)는 이러한 스위치 오프 신호를 통해 울트라 캐패시터 모듈(400)에서 과전압 알람 신호가 발생하고 있음을 원격으로 확인할 수 있게 된다.
제2 커넥터(950)는 신호절연 릴레이(940)의 출력 신호를 디지털 신호 커넥터(470)를 통해 외부 관리 시스템(500)으로 전달할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 커넥터(950)의 입력단은 신호절연 릴레이(940)의 출력단과 전기적으로 연결될 수 있고, 출력단은 디지털 신호 커넥터(470)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈의 전극 단자와 디지털 신호 커넥터 간의 내전압을 시험하는 방법을 예시하는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 울트라 캐패시터 모듈(400)의 양극 단자(450)와 음극 단자(460)를 케이블(480)로 연결한 상태에서, 내전압 시험 장치(50)의 측정 단자를 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470)에 각각 연결하여 미리 결정된 고전압(가령, 4.2kV)을 인가한 경우, 상기 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470) 간에 내절연성이 파괴되지 않는 것을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈(400)은 셀 관리 장치(420)의 출력 커넥터(425)와 디지털 신호 커넥터(470) 사이에 배치된 신호 절연 장치(440)를 구비함으로써, 해당 울트라 캐패시터 모듈(400)의 전극 단자(450, 460)와 디지털 신호 커넥터(470) 간의 고전압 내절연성을 향상시킬 수 있다.
한편, 이상 본 실시 예에서는, 울트라 캐패시터 모듈(400)의 셀 관리 장치(420)에서 출력되는 디지털 신호들 중에서 과전압 알람 신호를 절연하는 방법에 대해 설명하고 있으나 이에 제한되지는 않으며, 상기 과전압 알람 신호를 제외한 다른 디지털 신호들에 대해서도 본 발명의 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 복수의 울트라 캐패시터들이 전기적으로 연결되는 셀 조립체;
    상기 복수의 울트라 캐패시터들의 동작과 관련된 디지털 신호를 출력하는 셀 관리 장치;
    상기 셀 조립체 및 상기 셀 관리 장치를 수용하는 케이스 모듈; 및
    상기 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 상시 절연하며, 상기 절연된 디지털 신호를 선택적으로 외부 관리 시스템에 출력하는 신호 절연 장치를 포함하는 울트라 캐패시터 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 셀 관리 장치에서 출력되는 디지털 신호를 절연하는 신호절연 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호절연 릴레이는, 전자석과 기계식 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 신호절연 릴레이는, 기계식 접점이 없는 반도체 릴레이(Solid State Relay)를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 신호절연 릴레이에 구동 전원을 인가하는 릴레이 전원부와, 상기 신호절연 릴레이를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 릴레이 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 릴레이 전원부는, 상기 전극 단자에서 출력되는 전압을 릴레이 구동 전압으로 변환하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 릴레이 전원부는, 하나 이상의 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 릴레이 구동부는, 상기 셀 관리 장치로부터 수신되는 디지털 신호에 대응하여, 상기 신호절연 릴레이를 구동하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 릴레이 구동부는, 하나 이상의 트랜지스터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 기판 조립체와 상기 기판 조립체를 수용하는 하우징 모듈로 구성되며,
    상기 기판 조립체는, 상기 릴레이 전원부, 릴레이 구동부 및 신호절연 릴레이에 대응하는 전자 부품들을 회로기판에 실장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호절연 릴레이의 입력단에 연결되는 제1 전자 부품들이 상기 회로기판의 제1 영역에 실장되고, 상기 신호절연 릴레이의 출력단에 연결되는 제2 전자 부품들이 상기 회로기판의 제2 영역에 실장되는 경우, 상기 회로기판의 제1 영역과 제2 영역은 일정 거리 이상 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 셀 관리 장치는, 상기 울트라 캐패시터들의 전압을 밸런싱하는 전압 밸런싱부와, 상기 울트라 캐패시터들에서 발생하는 과전압을 감지하는 과전압 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호는, 상기 셀 관리 장치에서 출력되는 과전압 알람 신호(Over Voltage Alarm Signal)임을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 DC 전압 신호를 기반으로 상기 과전압 알람 신호에 대응하는 스위칭 동작 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 입력 신호에 해당하는 DC 전압 신호와 출력 신호에 해당하는 스위칭 동작 신호 간을 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 케이스 모듈의 일 측면에 배치된 양극 단자와 음극 단자 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치의 일 측면에 장착되고, 상기 복수의 울트라 캐패시터들의 동작 상태를 원격으로 모니터링하기 위해 사용되는 디지털 신호 커넥터를 더 포함하는 울트라 캐패시터 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 셀 관리 장치의 출력 커넥터와 상기 디지털 신호 커넥터 사이에 배치되어, 상기 셀 관리 장치의 출력 커넥터와 상기 디지털 신호 커넥터 사이를 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 신호 절연 장치는, 상기 절연된 디지털 신호를 상기 디지털 신호 커넥터를 통해 상기 외부 관리 시스템으로 출력하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
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