KR101837548B1 - 커패시터 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 고전압으로 충전되는 것은 물론 저전압으로 방전되는 경우에도 관리할 수 있는 CMS에 관한 것으로, 다수개의 하이브리드 커패시터가 서로 직렬과 병렬로 연결되는 하이브리드 커패시터 모듈; 및 하이브리드 커패시터와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터의 충방전 상태를 감지하는 다수개의 셀 밸런싱 회로(cell balancing circuit)를 포함하며, 다수개의 셀 밸런싱 회로는 각각 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 과전압으로 충전되는 것을 방지하는 과전압 방전회로, 하이브리드 커패시터와 과전압 방전회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 고전압으로 충전되는 것을 감지하는 고전압 감지회로 및 하이브리드 커패시터와 고전압 감지회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 저전압 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

커패시터 관리 시스템{Capacitor management system}
본 발명은 커패시터 관리 시스템(Capacitor management system: 이하, 'CMS'로 약칭함)에 관한 것으로, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 고전압으로 충전되는 것은 물론 저전압으로 방전되는 경우에도 관리할 수 있는 CMS에 관한 것이다.
슈퍼 커패시터는 보조 에너지 저장 장치로 사용되며, 배터리의 수명을 연장하고 전기 에너지 시스템의 효율을 높이는 데 사용되고 있다. 특히, 슈퍼 커패시터는 하이브리드(hybrid) 자동차나 전기 자동차에 순간적인 에너지 공급을 위한 보조 에너지 저장장치로 사용된다. 이러한 슈퍼 커패시터는 다수개를 직렬과 병렬로 연결하여 하나의 슈퍼 커패시터 모듈로 사용되며, 슈퍼 커패시터 모듈로 사용되는 각각의 슈퍼 커패시터를 셀(cell)이라 하며, 각각의 셀간의 전압 편차를 감소시키고 안정적으로 동작시키기 위해 전압 안정회로가 포함된다.
한국등록특허 제0578026호(특허문헌 1)는 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로에 관한 것으로, 셀간 전압 편차를 감소시키는 저항(Rn), 출력 전압을 분배하는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2), 제너 다이오드 및 제3저항(Rhn)를 포함하여 구성된다.
셀간 전압 편차를 감소시키는 저항(Rn)은 수퍼 커패시터 모듈을 구성하는 각 셀에 병렬로 연결되어 각 셀간 전압 편차를 감소시키며, 출력 전압을 분배하는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)는 각각 각 셀과 병렬로 연결되어 출력 전압을 분배한다. 제너 다이오드는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)과 병렬 연결되어 최대 허용 출력 전압의 기준을 결정하며, 제3저항(Rhn)은 제너 다이오드의 캐소드 측에 직렬 연결시켜 각 셀간의 전압 편차를 감소시키고, 과전압이 발생한 셀의 전압을 다운시켜 전체적인 셀간의 안정된 동특성을 만족시키도록 하고 있다.
한국등록특허 제0578026호와 같은 종래의 수퍼 커패시터 모듈의 전압 안정회로는 수퍼 커패시터 모듈을 구성하는 각 셀이 슈퍼 커패시터로 이루어짐에 따라 과전압에 대한 관리로 가능하지만 하이브리드 커패시터로 구성되는 하이브리드 커패시터 모듈의 경우에 셀이 저전압으로 방전되면 하이브리드 커패시터의 수명을 저하시킬 수 있어 저전압 방전 상태의 관리가 요구되고 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제0578026호(등록일: 2006.05.02.)
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 고전압으로 충전되는 것은 물론 저전압으로 방전되는 경우에도 관리할 수 있는 CMS(Capacitor management system)를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 보호함으로써 셀의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있는 CMS를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 회로를 간단하게 구성함으로써 전체적으로 CMS의 제조원가를 절감할 수 있는 CMS를 제공함에 있다.
본 발명의 CMS는 다수개의 하이브리드 커패시터가 서로 직렬과 병렬로 연결되는 하이브리드 커패시터 모듈; 및 상기 하이브리드 커패시터와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터의 충방전 상태를 감지하는 다수개의 셀 밸런싱 회로(cell balancing circuit)를 포함하며, 상기 다수개의 셀 밸런싱 회로는 각각 상기 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 과전압으로 충전되는 것을 방지하는 과전압 방전회로, 상기 하이브리드 커패시터와 상기 과전압 방전회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 고전압으로 충전되는 것을 감지하는 고전압 감지회로 및 상기 하이브리드 커패시터와 상기 고전압 감지회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 저전압 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 CMS는 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 고전압으로 충전되는 것은 물론 저전압으로 방전되는 경우에도 관리할 수 있는 이점이 있고, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 보호함으로써 셀의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있으며, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 회로를 간단하게 구성함으로써 전체적으로 CMS의 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 CMS의 구성을 나타낸 회로도,
도 2는 도 1에 도시된 병렬 연결 모듈의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 3은 도 2에 도시된 셀 밸런싱 회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 4는 도 3에 도시된 과전압 방전회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 5는 도 3에 도시된 고전압 감지회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 6은 도 3에 도시된 저전압 감지회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 7은 도 4 내지 도 6에 각각 도시된 리셋 IC의 구성을 상세히 나타낸 회로도.
이하, 본 발명의 CMS(Capacitor management system)의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에서와 같이 본 발명의 CMS(Capacitor management system)는 하이브리드 커패시터 모듈(20)과 다수개의 셀 밸런싱 회로(cell balancing circuit)(30)를 포함하여 구성된다.
하이브리드 커패시터 모듈(20)은 다수개의 하이브리드 커패시터(11a)가 서로 직렬과 병렬로 연결되며, 다수개의 셀 밸런싱 회로(30)는 하이브리드 커패시터(11a)와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)의 충방전 상태를 감지한다. 이러한 다수개의 셀 밸런싱 회로(30)는 각각 과전압 방전회로(31), 고전압 감지회로(32) 및 저전압 감지회로(33)를 포함하여 구성된다. 과전압 방전회로(31)는 하이브리드 커패시터(11a)와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 과전압으로 충전되는 것을 방지하며, 고전압 감지회로(32)는 하이브리드 커패시터(11a)와 과전압 방전회로(31)와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 고전압으로 충전되는 것을 감지한다. 저전압 감지회로(33)는 하이브리드 커패시터(11a)와 고전압 감지회로(32)와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 저전압으로 방전되는 것을 감지한다.
본 발명의 CMS의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
다수개의 병렬 연결 모듈(10)은 도 1 및 도 2에서와 같이 다수개의 직렬 연결 모듈(11)이 서로 병렬로 연결되어 구성된다.
하이브리드 커패시터 모듈(20)은 도 1 및 도 2에서와 같이 다수개의 병렬 연결 모듈(10)과 다수개의 직렬 연결 모듈(11)을 포함하여 구성된다. 다수개의 병렬 연결 모듈(10)은 각각 다수개의 직렬 연결 모듈(11)을 포함하며, 다수개의 직렬 연결 모듈(11)은 각각 다수개의 하이브리드 커패시터(11a)가 서로 직렬로 연결되어 구성된다.
다수개의 셀 밸런싱 회로(30)는 각각 도 2 및 도 3에서와 같이 과전압 방전회로(31), 고전압 감지회로(32) 및 저전압 감지회로(33)를 포함하여 구성된다.
과전압 방전회로(31)는 하이브리드 커패시터(11a)와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 과전압으로 충전되는 것을 방지하며, 도 4에서와 같이 리셋 IC(reset integrated circuit)(31a), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(TR), 발광다이오드(LED) 및 하나 이상의 방전 저항(DR1,DR2,DR3)을 포함하여 구성된다.
리셋 IC(31a)는 하이브리드 커패시터(11a)와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)의 과충전 상태를 감지하여 감지신호(Dsig)를 출력하며, MOSFET(TR)은 리셋 IC(31a)와 저항(R1)을 개재하여 연결되어 감지신호(Dsig)가 수신되면 턴온(turn on)된다. 발광다이오드(LED)는 MOSFET(TR)의 드레인단에 저항(R2)을 개재하여 연결되어 MOSFET(TR)의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 하이브리드 커패시터(11a)가 과충전됨을 표시한다. 하나 이상의 방전 저항(DR1,DR2,DR3)은 각각 MOSFET(TR)의 드레인단에 발광다이오드(LED)와 각각 병렬로 배치되도록 연결되며, MOSFET(TR)의 턴온에 의해 하이브리드 커패시터(11a)의 과충전 전압을 방전시킨다. 즉, 하나 이상의 방전 저항(DR1,DR2,DR3)은 도 4에서와 같이 3개로 구성되는 경우에 각각은 MOSFET(TR)의 턴온에 의해 과충전된 하이브리드 커패시터(11a)를 방전시키 하이브리드 커패시터(11a)를 보호한다.
고전압 감지회로(32)는 하이브리드 커패시터(11a)와 과전압 방전회로(31)와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 고전압으로 충전되는 것을 감지하며, 도 5에서와 같이 리셋 IC(32a), MOSFET(TR), 발광다이오드(LED) 및 포토 커플러(32b)를 포함하여 구성된다.
리셋 IC(32a)는 하이브리드 커패시터(11a)와 병렬로 연결됨과 아울러 과전압 방전회로(31)와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 고전압으로 충전되는 것을 감지하여 감지신호(Dsig)를 출력한다. 즉, 리셋 IC(32a)는 하이브리드 커패시터(11a)가 2.9V(voltage) 이상인 경우 즉, 하이브리드 커패시터(11a)가 2.9V 이상의 고전압으로 충전되는 것을 감지하여 감지신호(Dsig)를 출력한다. MOSFET(TR)는 리셋 IC(32a)와 저항(R1)을 개재하여 연결되어 감지신호(Dsig)가 수신되면 턴온(turn on)된다. 발광다이오드(LED)는 MOSFET(TR)의 드레인단에 저항(R2)을 개재하여 연결되어 MOSFET(TR)의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 하이브리드 커패시터(11a)가 고전압으로 충전됨으로 표시한다. 포토 커플러(32b)는 MOSFET(TR)의 드레인단에 발광다이오드(LED)와 각각 병렬로 배치되도록 저항(R3)을 개재하여 연결되며, MOSFET(TR)의 턴온에 의해 턴온되어 감지신호(Dsig)를 제어기(60: 도 1에 도시됨)로 출력한다. 여기서, 포토 커플러(32b)는 발광다이오드와 포토 트랜지스터를 포함하는 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략한다.
저전압 감지회로(33)는 하이브리드 커패시터(11a)와 고전압 감지회로(32)와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 저전압으로 방전되는 것을 감지하며, 도 6에서와 같이 리셋 IC(33a), MOSFET(TR), 발광다이오드(LED) 및 포토 커플러(33b)를 포함하여 구성된다.
리셋 IC(33a)는 하이브리드 커패시터(11a)와 병렬로 연결됨과 아울러 고전압 감지회로(32)와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 감지신호(Dsig)를 출력한다. 여기서, 리셋 IC(33a)는 하이브리드 커패시터(11a)가 1.6V(voltage) 이하인 경우 즉, 하이브리드 커패시터(11a)가 1.6V 이하의 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 감지신호(Dsig)를 출력한다. MOSFET(TR)는 리셋 IC(33a)와 저항(R1)을 개재하여 연결되어 감지신호(Dsig)가 수신되면 턴온(turn on)된다. 발광다이오드(LED)는 MOSFET(TR)의 드레인단에 저항(R2)을 개재하여 연결되어 MOSFET(TR)의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 하이브리드 커패시터(11a)가 저전압으로 방전되어 사용됨을 표시한다. 포토 커플러(33b)는 MOSFET(TR)의 드레인단에 발광다이오드(LED)와 각각 병렬로 배치되도록 저항(R3)을 개재하여 연결되며, MOSFET(TR)의 턴온에 의해 턴온되어 감지신호(Dsig)를 제어기(60: 도 1에 도시됨)로 출력한다. 여기서, 포토 커플러(33b)는 발광다이오드와 포토 트랜지스터를 포함하는 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략한다.
저전압 감지회로(33)는 하이브리드 커패시터(11a)가 양극과 음극에 모두 전극재질이 활성탄이 사용되는 슈퍼 커패시터(도시 않음)와 리튬 이온 전지(도시 않음)의 중간적인 전기적인 특성을 가짐으로 인해 하이브리드 커패시터(11a)의 저전압 방전 상태를 필수적으로 관리되어야 하며, 이러한 하이브리드 커패시터(11a)의 저전압 방전 상태를 간단한 저전압 감지회로(33)로 구성함으로써 본 발명의 CMS의 제조원가를 절감할 수 있게 된다.
다수개의 셀 밸런싱 회로(30)의 과전압 방전회로(31), 고전압 감지회로(32) 및 저전압 감지회로(33)에 각각 포함되는 리셋 IC(31a,32a,33a)는 각각 도 7에서와 같이 기준전압 발생원(30a), 비교기(30b) 및 트랜지스터(TR)를 포함하여 구성된다.
기준전압 발생원(30a)은 기준 전압을 발생하며, 하이브리드 커패시터(11a)의 과충전 전압레벨, 고전압 충전 전압 레벨 및 저전압 방전 전압 레벨 중 어느 하나를 발생하여 비교기(30b)의 비반전단자(-)로 인가한다. 여기서, 기준전압 발생원(30a)의 상세한 구성은 비교기(30b)를 구성하는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.
비교기(30b)는 기준전압 발생원(30a)과 연결되어 하이브리드 커패시터(11a)가 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나인 경우에 감지신호(Dsig)를 출력한다. 즉, 비교기(30b)는 기준전압 발생원(30a)의 기준 전압이 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나로 설정되고, 설정된 각각의 기준 전압과 비교하여 하이브리드 커패시터(11a)가 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나인 경우에 감지신호(Dsig)를 출력한다. 보다 구체적으로 비교기(30b)는 기준전압 발생원(30a)과 연결되는 반전단자(+)와 하이브리드 커패시터(11a)와 연결되는 비반전단자(-)가 구비되며, 하이브리드 커패시터(11a)의 충전 전압 상태, 충전전압 및 방전전압을 감지하여 하이브리드 커패시터(11a)가 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나인 경우에 감지신호(Dsig)를 출력한다.
트랜지스터(TR)는 비교기(30b)와 연결되어 비교기(30b)로부터 감지신호(Dsig)가 수신되면 풀업저항(R2)을 통해 공급되는 전원 레벨(Vcc)로 감지신호(Dsig)를 증폭하여 출력한다. 여기서, 풀업저항(R2)은 트랜지스터(TR)의 드레인단에 연결되고, 저항(R1)은 소스단에 연결되며, 비교기(30b)는 게이트단에 연결된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 CMS는 하이브리드 커패시터 모듈(20)과 연결되는 다수개의 제1스위치(40), 하이브리드 커패시터 모듈(20)과 연결되는 다수개의 제2스위치(50) 및 다수개의 제1스위치(40)와 다수개의 제2스위치(50)와 각각 연결되는 제어기(60)가 더 포함되어 구비된다.
하이브리드 커패시터 모듈(20)은 도 1 및 도 2에서와 같이 다수개의 병렬 연결 모듈(10)을 포함하고, 다수개의 병렬 연결 모듈(10)은 각각 다수개의 직렬 연결 모듈(11)을 포함하며, 다수개의 직렬 연결 모듈(11)은 다수개의 하이브리드 커패시터(11a)가 서로 직렬로 연결된다.
다수개의 제1스위치(40)는 각각 도 2에서와 같이 직렬 연결 모듈(11)과 직렬로 연결되어 제1스위치 제어신호(SW1)가 수신되면 개방되어 직렬 연결 모듈(11)을 하이브리드 커패시터 모듈(20)에서 분리시킨다. 즉, 다수개의 제1스위치(40)는 각각 제어기(60)로부터 제1스위치 제어신호(SW1)가 수신되면 개방되어 고전압 충전이나 저전압 방전되는 하이브리드 커패시터(11a)가 포함되어 구성되는 직렬 연결 모듈(11)을 하이브리드 커패시터 모듈(20)에서 전기적인 연결을 분리시켜 고전압 충전이나 저전압 방전되는 하이브리드 커패시터(11a)가 손상되어 제품 수명이 줄어드는 것을 방지한다.
다수개의 제2스위치(50)는 각각 도 1 및 도 2에서와 같이 병렬 연결 모듈(10)과 직렬로 연결되어 제2스위치 제어신호(SW2)가 수신되면 개방되어 병렬 연결 모듈(10)을 하이브리드 커패시터 모듈(20)에서 분리시킨다. 즉, 다수개의 제2스위치(50)는 각각 제어기(60)로부터 제2스위치 제어신호(SW2)가 수신되면 개방되어 고전압 충전이나 저전압 방전되는 하이브리드 커패시터(11a)가 포함되어 구성되는 병렬 연결 모듈(10)을 하이브리드 커패시터 모듈(20)에서 전기적인 연결을 분리시켜 고전압 충전이나 저전압 방전되는 하이브리드 커패시터(11a)가 손상되어 제품 수명이 줄어드는 것을 방지한다.
이러한 다수개의 제1스위치(40)와 다수개의 제2스위치(50)는 각각 릴레이 스위치나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 사용되며, 다수개의 제1스위치(40)는 각각 서로 동일한 정격전류인 것이 사용되고, 다수개의 제2스위치(50)의 각각의 정격전류는 하나의 병렬 연결 모듈(10)에 구비되는 다수개의 직렬 연결 모듈(11)에 각각 연결되는 제1스위치(SW1)의 정격전류의 합(sum)인 것이 사용된다. 예를 들어, 제2스위치(50)의 정격전류는 하나의 병렬 연결 모듈(10)에 3개의 직렬 연결 모듈(11)이 구비되어 3개의 제1스위치(SW1)가 구비되는 경우에 3개의 제1스위치(SW1)의 정격 전류가 10A(Ampere)의 합인 30A인 것이 사용된다.
제어기(60)는 하나의 직렬 연결 모듈(11)에 연결된 다수개의 셀 밸런싱 회로(30) 중 하나 이상에서 감지신호(Dsig)가 수신되면 하나의 직렬 연결 모듈(11)에 연결된 제1스위치(40)로 제1스위치 제어신호(SW1)를 인가하거나 둘 이상의 직렬 연결 모듈(11)에 각각 연결된 다수개의 셀 밸런싱 회로(30) 중 하나 이상에서 감지신호(Dsig)가 수신되면 둘 이상의 직렬 연결 모듈(11)이 배치된 하나의 병렬 연결 모듈(10)에 연결된 제2스위치(50)로 제2스위치 제어신호(SW2)를 인가한다. 즉, 본원발명의 CMS는 제어기(60)는 감지신호(Dsig)의 수신 여부에 따라 제1스위치 제어신호(SW1)나 제2스위치 제어신호(SW2)를 발생하여 제1스위치(40)나 제2스위치(50)를 개방시켜 하이브리드 커패시터 모듈(20)를 구성하는 직렬 연결 모듈(11)이나 병렬 연결 모듈(10) 단위로 하이브리드 커패시터(11a)를 고전압이나 저전압 방전 상태로부터 보호함으로써 단순하면서 신뢰성 있게 하이브리드 커패시터 모듈(20)를 고전압 충전이나 저전압 방전으로부터 보호할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 CMS는 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 고전압으로 충전되는 것은 물론 저전압으로 방전되는 경우에도 관리할 수 있고, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 보호함으로써 셀의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 하이브리드 커패시터 모듈에 포함되는 셀 중 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 회로를 간단하게 구성함으로써 전체적으로 CMS의 제조원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 CMS는 하이브리드 커패시터나 리튬 이온 이차전지 등과 같은 다양한 커패시터의 관리 시스템 제조 분야에 적용된다.
10: 병렬 연결 모듈 11: 직렬 연결 모듈
11a: 하이브리드 커패시터 20: 하이브리드 커패시터 모듈
30: 셀 밸런싱 회로 31: 과전압 방전회로
32: 고전압 감지회로 33: 저전압 감지회로
40: 제1스위치 50: 제2스위치
60: 제어기

Claims (8)

  1. 다수개의 하이브리드 커패시터가 서로 직렬과 병렬로 연결되는 하이브리드 커패시터 모듈; 및
    상기 하이브리드 커패시터와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터의 충방전 상태를 감지하는 다수개의 셀 밸런싱 회로(cell balancing circuit)를 포함하며,
    상기 다수개의 셀 밸런싱 회로는 각각 상기 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 과전압으로 충전되는 것을 방지하는 과전압 방전회로, 상기 하이브리드 커패시터와 상기 과전압 방전회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 고전압으로 충전되는 것을 감지하는 고전압 감지회로 및 상기 하이브리드 커패시터와 상기 고전압 감지회로와 각각 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 저전압으로 방전되는 것을 감지하는 저전압 감지회로를 포함하며,
    상기 과전압 방전회로는 상기 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터의 과충전 상태를 감지하여 감지신호를 출력하는 리셋 IC(reset integrated circuit); 상기 리셋 IC와 저항을 개재하여 연결되어 감지신호가 수신되면 턴온(turn on)되는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor); 상기 MOSFET의 드레인단에 저항을 개재하여 연결되어 MOSFET의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 표시하는 발광다이오드; 및 상기 MOSFET의 드레인단에 상기 발광다이오드와 각각 병렬로 배치되도록 연결되며 MOSFET의 턴온에 의해 하이브리드 커패시터의 과충전 전압을 방전시키는 하나 이상의 방전 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 관리 시스템(CMS).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 커패시터 모듈은 다수개의 병렬 연결 모듈을 포함하고, 상기 다수개의 병렬 연결 모듈은 각각 다수개의 직렬 연결 모듈을 포함하며, 상기 다수개의 직렬 연결 모듈은 다수개의 하이브리드 커패시터가 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 CMS.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 감지회로는 상기 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결됨과 아울러 상기 과전압 방전회로와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 고전압으로 충전되는 것을 감지하여 감지신호를 출력하는 리셋 IC;
    상기 리셋 IC와 저항을 개재하여 연결되어 감지신호가 수신되면 턴온(turn on)되는 MOSFET;
    상기 MOSFET의 드레인단에 저항을 개재하여 연결되어 MOSFET의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 표시하는 발광다이오드; 및
    상기 MOSFET의 드레인단에 상기 발광다이오드와 각각 병렬로 배치되도록 저항을 개재하여 연결되며 MOSFET의 턴온에 의해 턴온되는 포토 커플러를 포함하며,
    상기 리셋 IC는 하이브리드 커패시터가 2.9V(voltage) 이상인 경우에 이를 감지하여 감지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 CMS.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 감지회로는 상기 하이브리드 커패시터와 병렬로 연결됨과 아울러 상기 고전압 감지회로와 병렬로 연결되어 하이브리드 커패시터가 저전압으로 방전되는 것을 감지하여 감지신호를 출력하는 리셋 IC;
    상기 리셋 IC와 저항을 개재하여 연결되어 감지신호가 수신되면 턴온(turn on)되는 MOSFET;
    상기 MOSFET의 드레인단에 저항을 개재하여 연결되어 MOSFET의 턴온에 의해 턴온되어 발광하여 표시하는 발광다이오드; 및
    상기 MOSFET의 드레인단에 상기 발광다이오드와 각각 병렬로 배치되도록 저항을 개재하여 연결되며 MOSFET의 턴온에 의해 턴온되는 포토 커플러를 포함하며,
    상기 리셋 IC는 하이브리드 커패시터가 1.6V(voltage) 이하인 경우에 이를 감지하여 감지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 CMS.
  6. 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리셋 IC는 기준 전압을 발생하는 기준전압 발생원;
    상기 기준전압 발생원과 연결되어 하이브리드 커패시터가 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나인 경우에 감지신호를 출력하는 비교기;
    상기 비교기와 연결되어 비교기로부터 감지신호가 수신되면 풀업저항을 통해 공급되는 전원 레벨로 감지신호를 증폭하여 출력하는 트랜지스터를 포함하며,
    상기 비교기는 기준전압 발생원과 연결되는 반전단자와 하이브리드 커패시터와 연결되는 비반전단자가 구비되며, 하이브리드 커패시터의 충전 전압 상태, 충전전압 및 방전전압을 감지하여 하이브리드 커패시터가 과충전, 고전압 충전 및 저전압 방전 중 어느 하나인 경우에 감지신호를 출력하며,
    상기 기준전압 발생원은 하이브리드 커패시터의 과충전 전압레벨, 고전압 충전 전압 레벨 및 저전압 방전 전압 레벨 중 어느 하나를 발생하여 비교기의 비반전단자로 인가하는 것을 특징으로 하는 CMS.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 CMS는 상기 하이브리드 커패시터 모듈과 연결되는 다수개의 제1스위치, 상기 하이브리드 커패시터 모듈과 연결되는 다수개의 제2스위치 및 상기 다수개의 제1스위치와 상기 다수개의 제2스위치와 각각 연결되는 제어기가 더 포함되며,
    상기 하이브리드 커패시터 모듈은 다수개의 병렬 연결 모듈을 포함하고, 상기 다수개의 병렬 연결 모듈은 각각 다수개의 직렬 연결 모듈을 포함하며, 상기 다수개의 직렬 연결 모듈은 다수개의 하이브리드 커패시터가 서로 직렬로 연결되고,
    상기 다수개의 제1스위치는 각각 상기 직렬 연결 모듈과 직렬로 연결되어 제1스위치 제어신호가 수신되면 개방되어 직렬 연결 모듈을 하이브리드 커패시터 모듈에서 분리시키며,
    상기 다수개의 제2스위치는 각각 상기 병렬 연결 모듈과 직렬로 연결되어 제2스위치 제어신호가 수신되면 개방되어 병렬 연결 모듈을 하이브리드 커패시터 모듈에서 분리시키며,
    상기 제어기는 하나의 직렬 연결 모듈에 연결된 다수개의 셀 밸런싱 회로 중 하나 이상에서 감지신호가 수신되면 하나의 직렬 연결 모듈에 연결된 제1스위치로 제1스위치 제어신호를 인가하거나 둘 이상의 직렬 연결 모듈에 각각 연결된 다수개의 셀 밸런싱 회로 중 하나 이상에서 감지신호가 수신되면 둘 이상의 직렬 연결 모듈이 배치된 하나의 병렬 연결 모듈에 연결된 제2스위치로 제2스위치 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 CMS.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수개의 제1스위치와 상기 다수개의 제2스위치는 각각 릴레이 스위치나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 사용되며,
    상기 다수개의 제1스위치는 각각 서로 동일한 정격전류인 것이 사용되고,
    상기 다수개의 제2스위치의 각각의 정격전류는 하나의 병렬 연결 모듈에 구비되는 다수개의 직렬 연결 모듈에 각각 연결되는 제1스위치의 정격전류의 합(sum)인 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 CMS.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5143185B2 (ja) * 2010-02-08 2013-02-13 三洋電機株式会社 電源装置
JP5440918B2 (ja) * 2009-09-02 2014-03-12 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 バランス回路を備えた蓄電装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5440918B2 (ja) * 2009-09-02 2014-03-12 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 バランス回路を備えた蓄電装置
JP5143185B2 (ja) * 2010-02-08 2013-02-13 三洋電機株式会社 電源装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12021411B2 (en) 2020-12-30 2024-06-25 SK Hynix Inc. Auxiliary power management device and electronic system including the same

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