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KR101292697B1 - 커패시터 모듈을 포함하는 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

커패시터 모듈을 포함하는 장치 및 그의 동작 방법 Download PDF

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KR101292697B1
KR101292697B1 KR1020077027002A KR20077027002A KR101292697B1 KR 101292697 B1 KR101292697 B1 KR 101292697B1 KR 1020077027002 A KR1020077027002 A KR 1020077027002A KR 20077027002 A KR20077027002 A KR 20077027002A KR 101292697 B1 KR101292697 B1 KR 101292697B1
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KR
South Korea
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capacitor module
capacitor
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safety device
capacitors
Prior art date
Application number
KR1020077027002A
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KR20080007374A (ko
Inventor
마르쿠스 마티아스 가우덴츠
알렉산더 한
카르스텐 레헨베르그
만프레드 바이드하스
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

본 발명은 적어도 1개의 커패시터(30)를 가진 커패시터 모듈(20)을 포함하는 장치(10)에 관한 것이다. 그러한 장치를 매우 안전하게 동작할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따라 상기 장치가 적어도 1개의 커패시터와 연결된 안전 장치(50)를 포함하고, 상기 안전 장치는 상기 커패시터(30)의 동작 모드 또는 상기 커패시터 모듈(20)의 동작 모드를 모니터링하며, 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 안전 동작 모드로 전환한다.

Description

커패시터 모듈을 포함하는 장치 및 그의 동작 방법{ARRANGEMENT COMPRISING A CAPACITOR MODULE, AND METHOD FOR THE OPERATION THEREOF}
본 발명은 적어도 1개의 커패시터를 가진 커패시터 모듈을 포함하는 장치에 관한 것이다.
70년대에 최대 1패럿의 커패시턴스를 가진 이중층 커패시터들이 선보였고, 예컨대 마츠시타(Matsushita), NEC 또는 NESS와 같은 기업에 의해 제공되었다. 그 이후 수년간 1000패럿을 초과하는 커패시턴스를 가진 단일 셀(single cell)들이 제공되었고, 이와 함께 단시간에 더 높은 출력을 제공하는데 사용할 수 있도록 높은 커패시턴스를 가진 단일 커패시터들의 상호 접속이 시작되었다. 이러한 회로 설계는 출력 요건 및 전압 요건을 충족시키기 위해 대부분의 애플리케이션(예: 전기 견인, 철도 차량에서의 변전소 등)들에서 필요로 한다.
본 발명의 과제는 매우 안전한 동작을 가능하게 하는 커패시터 모듈을 구비한 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 도입부에 언급한 유형의 장치에 기초하여 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따른 장치는 적어도 1개의 커패시터와 연결된 안전 장치를 포함하고, 상기 안전 장치는 상기 커패시터의 동작 모드 및/또는 상기 커패시터 모듈의 동작 모드를 모니터링하며, 사전 설정된 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 안전 동작 모드로 스위칭한다.
본 발명에 따른 장치의 중요한 장점 중의 하나는, 안전 장치의 존재로 인해 안전하지 못한 동작 모드들이 인식되고, 그러한 안전하지 못한 동작 모드의 경우 커패시터 모듈이 적시에 스위치-오버 또는 스위치-오프된다는 점이다. 모듈이 예컨대 스위치-오프되거나 및/또는 상기 모듈 내에 포함된 커패시터들이 방전되는 안전 동작 모드로의 시기 적절한 전환에 의해 전체 커패시터 모듈의 손상 또는 파손이 방지될 수 있다. 또한 예컨대, 또 다른 설비 부품들에 손상을 입힐 수 있는, 및/또는 사람에게 상해를 입히거나 사망에 이르게 할 수도 있는 화재의 발생이 방지된다.
안전하지 못한 동작 모드들은 예컨대 커패시터들의 최대 허용 셀 전압 및/또는 최대 허용 충전 전류 또는 방전 전류 및/또는 최대 허용 동작 온도가 초과되는 사실로써 인지될 수 있다. 특히 기밀 방식으로 밀폐된 이중층 커패시터 모듈들의 경우 너무 높은 온도는 위험한데, 그 이유는 그러한 높은 온도는 전해질의 비등 및 누출 그리고 그로 인한 커패시터 모듈의 폭발성 연소를 야기할 수 있기 때문이다.
커패시터 모듈이 다수의 커패시터들을 포함하는 경우, 바람직하게는 커패시터 모듈의 모든 커패시터들이 각각 안전 장치와 연결되어 상기 안전 장치에 의해 모니터링된다.
안전 장치는 바람직하게 안전 동작 모드에서 커패시터들의 출력을 제한하도록 설계된다. 예컨대 상기 안전 장치는 충전 전류 및/또는 방전 전류를 적절하게 감소시킴으로써 커패시터들을 전기적으로 완전하게 또는 부분적으로 차단한다.
특히 커패시터들은 안전 동작 모드 동안 부분적으로 또는 완전히 방전되는 것이 바람직하다.
상기 방전은 커패시터 모듈이 철도 차량에 사용된 경우 바람직하게 전기 에너지가 공급되는 상기 철도 차량의 브레이크 저항기를 이용하여 수행된다. 에너지는 선택적으로 철도 차량의 전기공급 시스템 또는 전기공급 배터리에 공급될 수도 있다.
바람직하게는 안전 장치가 커패시터 모듈 내부의 온도를 연속적으로 모니터링하고, 사전 설정된 최대 온도가 초과되면 안전 동작 모드를 시작한다. 바람직하게는 커패시터 모듈의 적어도 1개 커패시터 내부의 온도가 모니터링되고, 더 바람직하게는 커패시터 모듈의 모든 커패시터 내부의 온도가 모니터링된다.
그 대안으로 또는 추가로 안전 장치가 커패시터 모듈 내부의 압력을 모니터링하여, 사전 설정된 최대 압력이 초과되면 안전 동작 모드를 시작할 수 있다. 바람직하게는 상기 안전 장치가 커패시터 모듈의 적어도 1개 커패시터 내부의 압력을 모니터링하고, 더 바람직하게는 커패시터 모듈의 모든 커패시터 내부의 압력을 연속적으로 모니터링한다.
안전 장치는, 커패시터(들)로부터 배출되는 전해질을 감지하여 전해질이 배출되는 경우 안전 동작 모드를 시작하는 센서도 포함할 수 있다. 상기 센서는 예컨대 전도도 센서(conductivity sensor), 정전용량 센서(capacitive sensor) 또는 특히 전해질 내에 함유된 기상 또는 액상의 용매에 반응하는 화학 센서일 수 있다.
바람직하게는 상기 안전 장치가 커패시터(들)의 공간적 팽창 또는 크기를 측정하는 팽창 측정 장치를 포함한다. 사전 설정된 최대 팽창 측정값이 초과되면 안전 동작 모드가 시작된다.
상기 팽창 측정 장치는 바람직하게 각각의 커패시터에 대해 각각 1개의 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하며, 상기 스트레인 게이지는 관련 커패시터의 커패시터 하우징의 둘레를 둘러싼다. 상기 스트레인 게이지가 각각 관련 커패시터 하우징의 설치 높이의 절반부에 배치되는 경우에 매우 우수한 측정 결과가 획득된다.
또한, 안전 장치가 규칙적인 간격들로 - 예컨대 하루에 한 번 - 커패시터 모듈의 내부 저항 및/또는 커패시턴스를 측정하고, 그 측정값을 사전 설정된 한계값들과 비교하여 상기 측정값이 사전 설정된 한계값을 초과하는 경우 안전 동작 모드를 시작하는 것이 바람직한 것으로 간주된다.
안전 장치는 바람직하게 각각의 측정된 저항 값 및/또는 커패시턴스 값을 저장되어 있던, 선행 동작 기간의 저항 값 및/또는 커패시턴스 값과 비교하여 상기 비교 결과로부터 커패시터 모듈의 기술적 상태를 특성화하는 특성값을 산출한다. 예컨대, 커패시터 모듈의 소위 "건강 상태(state of health)"를 기술하는 특성값이 도출된다.
바람직하게는 안전 장치가 적어도 1개의 안전 밸브(예: 초과압 밸브 또는 버스팅 장치(bursting device))를 포함하고, 상기 안전 밸브는 커패시터 모듈 내부에 초과압이 발생하는 경우에 개방됨으로써 상기 압력이 배출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 안전 장치는 커패시터들의 전기 누설 전류를 측정하여 사전 설정된 한계 누설 전류를 초과하는 경우 안전 동작 모드를 시작할 수 있다. 누설 전류의 검출은 바람직하게 각각의 스위치-오프 프로세스의 일부로서의 각 동작 단계의 끝무렵에 및/또는 사전 설정된 스탠 바이 시간에 실시된다.
또한, 상기 커패시터 모듈은 바람직하게 스탠 바이 모드를 가질 수 있으며, 상기 모드에서는 모듈 내에 포함된 커패시터들의 개별 셀 전압이 각각 2.2V 미만이 될 때까지 모듈 전압이 강하한다. 선택적으로는 커패시터들이 완전히 방전될 수도 있다.
안전 동작 모드 동안의 커패시터들의 전기적 분리는 예컨대 커패시터 모듈 하우징 내부에 또는 커패시터 모듈 하우징 외부에 배치된 스위칭 장치에 의해 이루어질 수 있다.
안전 장치는 바람직하게, 안전하지 못한 동작 모드가 확인되는 경우 음향적 및/또는 시각적 경고 신호를 발생시키는 송출 장치를 포함한다. 상기 경고 신호는 예컨대 개별 커패시터별로 또는 개별 커패시터 그룹별로 또는 모듈별로 발생된다.
그 밖에도 안전 장치는 단락의 검출시 추가 손상을 막기 위해 커패시터 모듈의 전압 상한 허용치를 낮출 수도 있다.
바람직하게는 구동 시스템, 특히 철도 차량의 구동 에너지를 중간 저장하기 위해 커패시터 모듈이 상기 구동 시스템과 연결된다.
그 밖에도 다수의 커패시터 모듈들이 직렬 및/또는 병렬로 접속되어 단일 안전 장치에 의해 모니터링될 수도 있다; 그 대안으로 직렬로 및/또는 병렬로 접속된 다수의 커패시터 모듈들이 각각 개별적으로 할당된 안전 장치에 의해 모니터링될 수도 있다.
본 발명은 또한 적어도 1개의 커패시터를 구비한 커패시터 모듈을 동작시키는 방법과 관련이 있다. 이 방법에서는 커패시터 모듈의 보다 안전한 동작을 위해, 커패시터의 동작 모드 및/또는 전체 커패시터 모듈의 동작 모드가 모니터링되고, 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 안전 동작 모드로 전환된다.
본 발명에 따른 방법의 장점들은 본 발명에 따른 장치와 연관된 전술한 설명을 참조한다.
하기에서는 실시예를 참고로 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 커패시터 모듈 및 안전 장치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 스탠 바이 모드의 한 변형예를 설명하기 위한 블록 회로도이다.
도 1에는 기밀 방식으로 밀폐되도록 설계된 이중층 커패시터 모듈(20)을 구비한 장치(10)가 도시되어 있다. 상기 이중층 커패시터 모듈(20)은 전기적으로 병렬 접속된 4개의 이중층 커패시터들(30)을 포함하며, 상기 이중층 커패시터들은 이중층 커패시터 모듈(20)의 하우징(40) 내부에 배치되어 있다. 상기 이중층 커패시터 모듈(20)은 다수의 부품들을 포함하는 안전 장치(50)와 연결되어 있다. 즉, 상기 안전 장치(50)는 가스 센서(70), 온도 센서(80), 압력 센서(90), 안전 밸브(100), 전류 제한 장치들(110), 전류 측정 장치(120), 팽창 측정 장치(130), 디스플레이 장치(140) 및 2개의 스위칭 장치(150 및 160)이 접속되어 있는 제어 장치(60)를 포함한다.
팽창 측정 장치(130)에는 총 5개의 스트레인 게이지들(200, 210, 220, 230 및 240)이 접속된다. 스트레인 게이지들(200 내지 230)은 각각 이중층 커패시터(30)의 하우징에 부착되어 있다. 이 스트레인 게이지들은 상기 커패시터 하우징을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 방식으로 각각 관련 커패시터 하우징의 설치 높이의 대략 절반 부근에 배치된다. 도 1에 따른 실시예에서는 이중층 커패시터들(30)이 각각 원통형으로 설계됨에 따라 상기 스트레인 게이지들(200 내지 230)은 횡단면이 원형이 되도록 상기 이중층 커패시터들(30)을 둘러싼다.
제 5의 스트레인 게이지(240)는 이중층 커패시터 모듈(20)의 하우징(40) 외부에 배치되어, 상기 이중층 커패시터 모듈이 가열되거나 초과 압력이 발생하는 경우에 나타나는 하우징(40)의 팽창을 측정 기술적으로 측정하는데 사용된다. 4개의 스트레인 게이지들(200 내지 230)은 이중층 커패시터들(30)의 온도 상승 및 초과 압력의 발생시 나타나는 이중층 커패시터의 하우징들의 팽창을 측정 기술적으로 측정하여, 해당 측정 값을 관련 팽창 측정 장치(130)로 전달하는데 사용된다.
도 1에서는 또한 이중층 커패시터 모듈(20)에 접속된 철도 차량 구동 시스 템(300)을 볼 수 있다. 이중층 커패시터 모듈(20)은, 철도 차량의 제동시 릴리스되는 운동 에너지를 전기 에너지의 형태로 중간 저장하여 철도 차량의 후속 가속 과정에서 다시 구동 시스템(300)으로 재공급하는데 사용된다.
제어 장치(60)는 이중층 커패시터 모듈(20)의 동작 상태를 연속적으로 모니터링하도록 설계된다. 이를 위해 상기 제어 장치는 압력 센서(90)를 이용하여 이중층 커패시터 모듈(20)의 하우징(40) 내부의 압력을 측정한다. 상기 내부 압력이 허용 최대 압력을 초과하는 경우, 상기 제어 장치(60)는 하우징(40)에 부착된 안전 밸브(100)를 개방시켜 압력 보상이 구현되도록 하는 제어 신호(ST1)를 발생시킨다.
가스 센서(70)로는 예컨대 전도도 센서, 정전용량 센서 또는 예컨대 이중층 캐패시터 모듈들(70)의 전해질 내에 함유된 기상 또는 액상의 용매에 반응하는 화학 센서가 사용되며, 상기 가스 센서는 이중층 커패시터들(30)로부터 전해질이 배출되는지의 여부를 측정한다. 전해질이 배출되는 경우, 상기 이중층 커시터 모듈(20)은 안전 동작 모드로 전환된다.
안전 동작 모드는 이중층 커패시터 모듈(20)이 완전히 스위치-오프되도록 설계될 수 있다. 또는, 이중층 커패시터 모듈 내부에 있는 이중층 커패시터들의 부하가 감소되도록 상기 이중층 커패시터 모듈로부터의 출력만 감소될 수도 있다.
온도 센서(80)를 이용하여 제어 장치(60)는 이중층 커패시터 모듈(20) 내부의 온도를 연속적으로 측정하고, 이중층 커패시터들(30)의 과부하가 발생할지의 여부를 결정한다. 이중층 커패시터들(30)의 과부하가 온도 상승에 반영되기도 한다. 온도 측정 값(MT)이 제어 장치(60)에서 사전 설정된 최대 온도 값(TMAX)을 초과하는 경우, 이중층 커패시터 모듈(20)이 전술한 안전 동작 모드로 전환된다.
상기 제어 장치(60)는 또한 스트레인 게이지들(200 내지 240)과 연결된 팽창 측정 장치(130)와 상호 작용한다. 상기 팽창 측정 장치(130)가 이중층 커패시터들(30)의 하우징의 팽창 또는 이중층 커패시터 모듈(20)의 하우징(40)의 팽창이 일어난 사실 및 상기 팽창이 사전 설정된 한계값을 초과한 사실을 확인하면, 상기 팽창 측정 장치(130)는 상응하는 측정 신호(MD)를 발생시켜 상기 신호를 제어 장치(60)로 전달한다. 상기 제어 장치(60)는 상기 상응하는 신호(MD)가 도달하면 이중층 커패시터 모듈(20)을 전술한 안전 동작 모드로 전환한다.
상기 제어 장치(60)는 또한 이중층 커패시터 모듈(20)의 출력 전압(Ua)을 측정하고, 전류 측정 장치(120)를 이용하여 방전 프로세스시에는 이중층 커패시터 모듈(20)로부터 방출되고 충전 프로세스시에는 이중층 커패시터 모듈(20)로 유입되는 전류(Ia)를 측정한다. 이 경우, 상기 전류(Ia)가 사전 설정된 최대 전류를 초과하는 것 및/또는 상기 이중층 커패시터 모듈(20)의 출력 전압(Ua)이 허용 최대 전압을 초과하는 것이 확인되면, 상기 제어 장치(60)는 상기 이중층 커패시터 모듈을 역시 전술한 안전 동작 모드로 전환한다.
제어 장치(60)는 전류 제한 장치(110)를 이용하여 제어 신호(ST2)를 통해 및/또는 2개의 스위칭 장치(150 및 160)를 이용하여 제어 신호(ST3 및 ST4)를 통해 이중층 커패시터 모듈(20)의 안전 동작 모드로의 전환을 실행한다. 상기 전류 제한 장치(110)는 예컨대 트랜지스터 회로 또는 그와 유사한 회로에 의해 형성될 수 있다.
이중층 커패시터 모듈의 정상 동작 모드에 대해 허용된 동작 파라미터의 초과 정도가 아주 미미해서 이중층 커패시터 모듈(20)의 동작이 더 적은 부하로 여전히 지속될 수 있는 경우, 제어 장치(60)는 이중층 커패시터 모듈(20)로부터 배출되거나 이중층 커패시터 모듈로 유입되는 전류(Ia)가 사전 설정된 감소된 최대 전류를 초과하지 않도록 전류 제한 장치(110)를 제어한다. 이에 따라 이중층 커패시터 모듈(20)이 감소된 출력으로 계속 동작됨으로써, 결과적으로 상기 이중층 커패시터 모듈의 손상 또는 완전한 고장이 일어날 확률이 현저히 감소한다.
그에 반해, 동작 파라미터가 이중층 커패시터 모듈(20)의 안전한 동작 지속이 더 이상 보증되지 않는 임계 영역에 도달하거나 상기 임계 영역을 초과하는 것이 확인되면, 제어 장치(60)는 스위칭 장치(160)를 개방시켜 이중층 커패시터 모듈(20)이 완전히 스위치-오프되도록 한다. 스위칭 장치(160)의 개방에 의해 이중층 커패시터 모듈(20)이 철도 차량의 구동 시스템(300)과 분리됨으로써 스위치-오프된다. 이중층 커패시터 모듈(20) 내에 아직 저장되어 있는 에너지를 제거하기 위해, 제어 장치(60)가 스위칭 장치(150)를 스위치-온하고, 그 결과 방전 전류가 방전 저항(400)을 통해 방출될 수 있다. 상기 방전 저항(400)은 다양한 부품들로 형성될 수 있는데, 본 도면에는 간단한 저항으로서 "개략적으로"만 도시되었다. 방전 저항(400)은 예컨대 철도 차량의 전기공급 시스템 또는 전기공급 배터리에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 방전 저항(400)이 구동 장치(300)의 브레이크 저항에 의해 구현될 수도 있고, 그럼으로써 구동 장치(300)의 부품을 형성할 수 있다.
안전 동작 모드로 전환되는 경우, 제어 장치(60)가 관련 제어 신호(ST5)를 발생시키는 즉시 디스플레이 장치(140)에 음향적으로 및/또는 시각적으로 상기 모드 전환 상황이 표시된다. 상기 디스플레이는 예컨대 매우 포괄적일 수 있으며, 안전 동작 모드로의 전환만 표시할 수 있다. 대안적으로는, 이중층 커패시터들(30) 중 어느 것에 결함이 발생하였는지가 측정 기술적으로 식별된 경우, 이를 상기 디스플레이 장치(140)가 상세하게 표시할 수도 있다. 그러한 결함 식별은 도 1에 따른 실시예에서 예컨대 각각 개별 이중층 커패시터(30)에 관련된 상응하는 스트레인 게이지들(200 내지 230)을 통해 수행될 수 있다. 따라서 이중층 커패시터 모듈(20) 내에서 발생한 결함의 표시는 개별 부품별로, 라인별로 또는 모듈별로 수행될 수 있다.
또한, 제어 장치(60)는 규칙적인 간격들로 - 예컨대 하루에 한 번 - 커패시터 모듈(20)의 내부 저항 및/또는 커패시턴스를 측정하고, 그 측정값을 사전 설정된 한계값들과 비교하여 상기 측정값이 사전 설정된 한계값을 초과하는 경우 안전 동작 모드를 시작하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제어 장치(60)는 각각의 측정된 저항 값 및/또는 커패시턴스 값을 저장되어 있던, 선행 동작 기간의 저항 값 및/또는 커패시턴스 값과 비교하여 상기 비교 결과로부터 커패시터 모듈(20)의 기술적 상태를 특성화하는 특성값을 산출할수 있다. 예컨대, 제어 신호(ST6)로서 송출되는 "state of health" 특성값이 도출된다.
제어 장치(60)는 예컨대 마이크로프로세서 장치로 형성될 수 있으며, 상기 마이크로프로세서 장치에서는 유입되는 측정값들이 데이터 처리 기술에 의해 분석되고, 상기 장치의 출력측에서는 전술한 제어 신호들(ST1 내지 ST6)이 발생한다.
도 2에는 도 1에 따른 장치(10)의 스탠바이 모드의 한 변형예를 설명하는 블록 회로도가 도시되어 있다.
상기 장치(10)가 스탠바이 모드(500)로 스위칭되는 즉시, 상기 스탠바이 모드가 "루틴에 따른(routinely)" 또는 주기적인 스탠바이 모드의 범주에 속하건 아니면 전술한 안전 동작 모드의 범주에 속하건, 도 2에 따른 실시예에서는 2개의 상이한 방법 버전이 제공된다.
제 1 버전(510)에서는, 스위칭 장치(160)가 차단된 후 이중층 커패시터들(30)이 그들의 셀 전압이 2.2볼트 미만이 될 때까지 방전된다. 즉, 커패시터들에 여전히 잔여 전하가 남는다.
제 2 버전(520)에서는, 스위칭 장치(160)가 차단된 후 이중층 커패시터들(30)이 완전히 방전된다. 즉, 커패시터들에 잔여 전하가 거의 전혀 남지 않는다. 상기 방전은 철도 차량의 전기 공급 배터리를 통해 실시되거나(서브 버전 530), 철도 차량의 브레이크 저항을 통해(서브 버전 540) 실시될 수 있다.
상기 버전 510 또는 520 중 어느 것 그리고 상기 서브 버전 530 또는 540 중 어느 것이 선택되느냐 하는 것은 임의적이다. 고장이 발생한 경우에는 물론 기존의 동작 파라미터와 요구되는 목표 안전 레벨이 고려된다. 이중층 커패시터들(30)이 완전히 방전되면, 잔여 저항이 잔존하는 경우보다 "더 안전한" 상태가 세팅된다.

Claims (38)

  1. 적어도 1개의 커패시터(30)를 가진 커패시터 모듈(20)을 포함하는 장치(10)로서,
    상기 장치가 적어도 1개의 커패시터와 연결된 안전 장치(50)를 포함하고, 상기 안전 장치는 상기 커패시터(30)의 동작 모드 또는 상기 커패시터 모듈(20)의 동작 모드를 모니터링하여, 상기 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 스위칭 프로세스를 시작하며,
    이 경우 상기 안전 장치(50)는 안전 동작 모드로 스위칭하고, 이를 위해 상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈(20)로부터 방출되고 상기 커패시터 모듈로 유입되는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 장치(110)와 연결되며,
    상기 커패시터 모듈(20)의 정상 동작 모드에 대해 허용된 동작 파라미터의 초과 정도가 상기 커패시터 모듈의 동작이 더 적은 부하로 지속될 수 있을 정도로 작은 경우, 상기 커패시터 모듈(20)로부터 배출되거나 상기 커패시터 모듈(20)로 유입되는 전류(Ia)가 사전 설정된 감소된 최대 전류를 초과하지 않도록 제어 장치(60)가 상기 전류 제한 장치(110)를 제어하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안전 장치는 안전 동작 모드에서 상기 커패시터의 출력을 제한하도록 설계된,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안전 장치는 안전 동작 모드에서 상기 커패시터를 전기적으로 분리시키도록 설계된,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 안전 동작 모드 동안 완전히 방전되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈이, 철도 차량의 구동 시스템(300)과 연결되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈이 다수의 커패시터들(30)을 포함하고, 상기 커패시터들은 각각 상기 안전 장치와 연결되어 상기 안전 장치에 의해 모니터링되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈은 이중층 커패시터 모듈이고, 상기 이중층 커패시터 모듈 내부에 포함된 커패시터들은 이중층 커패시터들인,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이중층 커패시터 모듈은 기밀 방식으로 밀폐된 모듈인,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈 내부의 온도를 연속적으로 모니터링하고, 사전 설정된 최대 온도가 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈의 적어도 1개의 커패시터 내부의 온도를 모니터링하고, 사전 설정된 최대 온도가 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈 내부의 압력을 모니터링하여, 사전 설정된 최대 압력이 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈의 적어도 1개 커패시터 내부의 압력을 모니터링하고, 사전 설정된 최대 압력이 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 적어도 1개의 커패시터로부터 배출되는 전해질을 감지하여 전해질이 배출되는 경우 안전 동작 모드를 시작하는 센서(70)를 포함하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서는 전도도 센서(conductivity sensor), 정전용량 센서(capacitive sensor) 또는 전해질 내에 함유된 기상 또는 액상의 용매에 반응하는 화학 센서인,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치가 적어도 1개의 커패시터의 공간적 팽창 또는 커패시터 모듈의 공간적 팽창을 측정하는 팽창 측정 장치(130)를 포함하고, 상기 안전 장치는 사전 설정된 최대 팽창 측정값이 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 팽창 측정 장치는 적어도 1개의 스트레인 게이지(strain gauge)에 접속되고, 상기 스트레인 게이지는 관련 커패시터의 커패시터 하우징의 둘레를 완전히 둘러싸는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 팽창 측정 장치는 상기 커패시터 모듈의 각각의 커패시터에 대해 각각 적어도 1개의 스트레인 게이지를 포함하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지가 각각 관련 커패시터 하우징의 설치 높이의 절반부에 배치되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치가 규칙적인 간격들로 커패시터 모듈의 내부 저항 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 측정하고, 그 측정값을 사전 설정된 한계값들과 비교하여 상기 측정값이 사전 설정된 한계값을 초과하는 경우 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 안전 장치는 각각의 측정된 저항 값 또는 커패시턴스 값을 저장되어 있던, 선행 동작 기간의 저항 값 또는 커패시턴스 값과 비교하여 비교 결과로부터 커패시터 모듈의 기술적 상태를 특성화하는 특성값(ST6)을 산출하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 안전 장치는 커패시터 모듈의 기술적 상태를 기술하는 특성값을 도출하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  22. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치가 적어도 1개의 안전 밸브(100)를 포함하고, 상기 안전 밸브는 커패시터 모듈 내부에 초과압이 발생하는 경우에 상기 안전 장치에 의해 개방되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  23. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 커패시터들의 전기 누설 전류를 측정하여 사전 설정된 한계 누설 전류를 초과하는 경우 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 안전 장치는 각각의 스위치-오프 프로세스의 일부로서의 각 동작 단계의 끝무렵에 또는 사전 설정된 스탠 바이 시간에 누설 전류의 검출을 실시하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  25. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 단락 검출 장치를 포함하고, 상기 단락 검출 장치는 커패시터들에서 단락 발생 여부를 모니터링하며, 단락이 확인되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 단락 검출 장치는 각각의 스위치-오프 프로그램의 일부로서의 각 동작 단계의 끝무렵에 또는 사전 설정된 스탠 바이 시간에 단락 모니터링을 실시하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  27. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈은 스탠 바이 모드를 가질 수 있으며, 상기 모드에서는 모듈 내에 포함된 커패시터들의 개별 셀 전압이 각각 2.2V 미만이 될 때까지 모듈 전압이 강하하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  28. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 안전 동작 모드 동안 커패시터 모듈 하우징의 내부에 또는 커패시터 모듈 하우징의 외부에 배치된 스위칭 장치(160)를 통해 커패시터들을 전기적으로 분리하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  29. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 음향적 경고 신호 및 시각적 경고 신호 중 적어도 하나를 발생시키는 송출 장치(140)를 포함하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 경고 신호는 개별 커패시터별로 또는 개별 커패시터 그룹별로 또는 모듈별로 발생하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  31. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 장치는 단락의 검출시 커패시터 모듈의 전압 상한 허용치를 낮추는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  32. 제5항에 있어서,
    상기 커패시터들의 방전시 에너지는 상기 구동 시스템(300)의 브레이크 저항(400)으로 공급되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  33. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터들의 방전시 에너지는 철도 차량의 전기 공급 배터리의 재충전을 위해 사용되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  34. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 커패시터 모듈이 직렬로, 병렬로, 또는 직병렬로 접속되어, 상기 안전 장치에 의해 모니터링되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  35. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 커패시터 모듈이 직렬로, 병렬로 또는 직병렬로 접속되어, 각각 개별적으로 할당된 안전 장치에 의해 모니터링되는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  36. 적어도 1개의 커패시터(30)를 포함하는 커패시터 모듈(20)을 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 커패시터(30)의 동작 모드 또는 상기 커패시터 모듈(20)의 동작 모드가 모니터링되고, 동작 모드가 안전하지 못한 것으로 확인된 경우 스위칭 프로세스가 시작되며,
    상기 커패시터 모듈은, 상기 커패시터 모듈(20)로부터 방출되고 상기 커패시터 모듈로 유입되는 전류가 제한됨으로써 안전 동작 모드로 스위칭되고, 그리고
    상기 커패시터 모듈(20)의 정상 동작 모드에 대해 허용된 동작 파라미터의 초과 정도가 상기 커패시터 모듈의 동작이 더 적은 부하로 지속될 수 있을 정도로 작은 경우, 상기 커패시터 모듈(20)로부터 배출되거나 상기 커패시터 모듈(20)로 유입되는 전류(Ia)가 사전 설정된 감소된 최대 전류를 초과하지 않도록 제어 장치(60)가 전류 제한 장치(110)를 제어하는,
    커패시터 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  37. 제10항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈의 모든 커패시터 내부의 온도를 모니터링하고, 사전 설정된 최대 온도가 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
  38. 제12항에 있어서,
    상기 안전 장치는 상기 커패시터 모듈의 모든 커패시터 내부의 압력을 연속적으로 모니터링하여, 사전 설정된 최대 압력이 초과되면 안전 동작 모드를 시작하는,
    커패시터 모듈을 포함하는 장치.
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