KR100952497B1 - 인공위성용 배터리 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공위성용 배터리 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용한 스위칭 동작에 의하여 배터리를 위성체로부터 분리시키면서 보조전원 공급부에 의하여 위성체에 전력이 공급될 수 있도록 하는 배터리 보호장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용하여 배터리를 위성체로부터 분리시킴으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치에 있어서, 충전이 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결된 션트저항 및 상기 션트저항 양단의 전압을 측정하기 위한 센싱부를 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리와 위성체를 전기적으로 분리 또는 연결시키는 배터리 스위치를 포함하는 제1 릴레이; 직류전원을 공급하며, (+)단자가 상기 위성체와 상기 제1 릴레이가 연결되는 노드에 상시 연결되어 있는 보조전원 공급부; 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항의 어느 일단과 연결시키는 션트저항 스위치를 포함하는 제2 릴레이; 및 상기 센싱부에서 측정된 상기 션트저항 양단의 전압을 이용하여 상기 배터리의 과방전 여부를 판정하며, 상기 제1 릴레이 및 제2 릴레이에 구동전압을 인가함으로써 상기 배터리 스위치 및 션트저항 스위치가 연동되어 스위칭 되도록 제어하는 중앙감시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

인공위성, 위성체, 배터리, 과충전, 과방전, 릴레이, 션트저항

Description

인공위성용 배터리 보호장치{Satellite battery protecting Device}

본 발명은 인공위성용 배터리 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용한 스위칭 동작에 의하여 배터리를 위성체로부터 분리시키면서 보조전원 공급부에 의하여 위성체에 전력이 공급될 수 있도록 하는 배터리 보호장치에 관한 것이다.

위성체와 배터리로 구성되는 인공위성은 태양이 인공위성을 비추는 경우에는 인공위성에 장착된 태양전지판으로부터 전력을 공급받게 되며, 여분의 전력은 배터리에 충전하게 된다. 배터리에 충전된 전력은 태양이 인공위성을 비추지 않거나 계절적으로 태양 에너지가 부족한 경우의 위성체 운영에 사용된다. 따라서 상기와 같은 인공위성의 운영 특성으로 인하여 인공위성의 수명은 배터리의 수명에 의존하게 된다.

인공위성은 실제로 운영되는 우주의 환경을 고려하여 제작을 하게 되지만 제작 및 시험운영은 지상에서 이루어지게 된다. 따라서 제작 및 시험운영의 환경과 실제 운영 환경과의 차이로 인하여 배터리의 과충전 또는 과방전 현상이 빈번하게 발생하게 되며, 그 결과 배터리의 수명이 감소되며 나아가 인공위성의 수명이 감소되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여 인공위성에는 배터리로 유입되는 전류를 제한하여 배터리의 과충전을 방지하기 위한 보호회로가 구비되어 있다. 그러나 인공위성은 배터리에 충전된 전력을 이용하여 운영을 하게 되므로 배터리의 과방전을 방지하는 회로는 만들 수가 없다. 그 결과 배터리의 과방전을 방지하기 위하여 인공위성의 시험운영은 위성체와 배터리를 서로 분리한 상태에서 수행될 수 밖에 없었다.

즉, 위성체는 배터리와 분리된 상태에서 배터리와 유사한 기능을 수행하는 시뮬레이터를 이용하여 시험운영을 함이 일반적이었으며, 배터리 또한 위성체와는 별도로 시험운영을 한 후 최종 발사 단계에서 위성체와 결합됨이 일반적이었다.

그 결과 시뮬레이터와 배터리의 차이점으로 인하여 정확한 시험운영이 이루어지지 못하는 문제점이 있었으며, 시뮬레이터의 개발을 위해 별도의 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용한 스위칭 동작에 의하여 배터리를 위성체으로부터 분리시키면서 보조전원 공급부에 의하여 위성체에 전력이 공급될 수 있도록 함으로써 배터리를 장착한 상태에서 시험운영이 이루어질 수 있도록 하여 더욱 정확한 시험운영이 가능하도록 하며 배터리의 수명 감소를 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공위성용 배터리 보호장치는, 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용하여 배터리를 위성체로부터 분리시킴으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치에 있어서, 충전이 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결된 션트저항 및 상기 션트저항 양단의 전압을 측정하기 위한 센싱부를 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리와 위성체를 전기적으로 분리 또는 연결시키는 배터리 스위치를 포함하는 제1 릴레이; 직류전원을 공급하며, (+)단자가 상기 위성체와 상기 제1 릴레이가 연결되는 노드에 상시 연결되어 있는 보조전원 공급부; 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항의 어느 일단과 연결시키는 션트저항 스위치를 포함하는 제2 릴레이; 및 상기 센싱부에서 측정된 상기 션트저항 양단의 전압을 이용하여 상기 배터리의 과방 전 여부를 판정하며, 상기 제1 릴레이 및 제2 릴레이에 구동전압을 인가함으로써 상기 배터리 스위치 및 션트저항 스위치가 연동되어 스위칭 되도록 제어하는 중앙감시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙감시부는 테스트신호 출력단자 및 테스트신호 복귀단자를 더 포함하며, 상기 제1 릴레이는 상기 테스트신호 출력단자와 연결되는 제1 테스트 스위치를 더 포함하고, 상기 제2 릴레이는 상기 테스트신호 출력단자와 연결되는 제2 테스트 스위치를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 테스트 스위치는 서로 직렬로 연결되어 있으며, 상기 배터리 스위치 및 상기 션트저항 스위치와 연동되어 스위칭 되는 것이 바람직하다.

상기 션트저항 스위치는 상기 배터리가 상기 위성체와 전기적으로 연결된 경우 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항과 상기 위성체가 연결된 노드와 연결시키는 것이 바람직하다.

상기 션트저항 스위치는 상기 배터리가 상기 위성체로부터 전기적으로 분리되는 경우 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항과 상기 배터리가 연결된 노드와 연결시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인공위성용 배터리 보호장치에 따르면, 위성체에 전력을 공급하는 배터리에 션트저항을 직렬로 연결하고 션트저항에 흐르는 전류를 파악하여 배터리의 과방전 여부를 감시하고, 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용한 스위칭 동작에 의하여 배터리를 위성체로부터 분리시키면서 보조전원 공급부에 의하여 위성체에 전력이 공급될 수 있도록 함으로써 배터리를 장착한 상태에서 시험운영이 가능하게 되는바 더욱 정확한 시험운영이 가능하게 되며 나아가 배터리의 수명 감소를 방지할 수 있게 된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 보호장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 배터리 보호장치는 중앙감시부(1), 릴레이박스(2), 배터리 모듈(3) 및 보조전원 공급부(4)로 구성된다.

배터리 모듈(3)은 배터리(5), 션트저항(shunt resistor)(6) 및 센싱부(7)로 구성된다.

배터리(5)는 충전이 가능한 2차 전지를 의미하며, 리튬이온(LION) 전지가 사용됨이 일반적이다.

션트저항(6)은 배터리(5)에서 유출되는 전류를 측정하기 위한 것으로서 배터리(5)에 직렬로 연결된다. 션트저항(6)을 이용하여 배터리(5)로부터 유출되는 전류를 측정하는 과정은 션트저항(5) 양단의 전압을 측정한 후 측정된 전압을 다시 전 류로 환산하는 방법으로 수행됨이 일반적이다.

센싱부(7)는 션트저항(6) 양단의 전압을 측정하기 위한 것으로서 통상의 전압계를 의미한다. 센싱부(7)는 배터리(5)의 전압을 측정할 수도 있다. 센싱부(7)에서 측정된 배터리(5) 또는 션트저항(6) 양단의 전압은 중앙감시부(1)로 전달된다. 중앙감시부(1)는 배터리(5)의 상태를 감시하고, 구동전압을 인가하여 릴레이(9, 10)의 스위칭 동작을 제어하는 것이다. 즉, 센싱부(7)에서 측정된 션트저항(6) 양단의 전압을 이용하여 배터리(5)로 유입되는 전류를 파악하고 파악된 전류를 기준전류와 비교함으로써 배터리(5)의 과방전 여부를 파악하게 된다. 만일 배터리(5)가 과방전 되는 경우에는 릴레이(9, 10)를 제어하여 배터리(5)를 위성체(8)로부터 분리시키게 된다.

보조전원 공급부(4)는 직류전원을 공급하는 통상의 파워서플라이를 의미한다. 배터리(5)가 위성체(8)로부터 분리된 경우에는 보조전원 공급부(4)가 위성체에 전력을 공급하게 된다.

릴레이박스(2)는 스위칭 동작에 의하여 위성체(8)에 전력이 공급되는 경로를 변경시키는 것으로서, 2개의 릴레이를 포함하고 있다. 2개의 릴레이는 배터리(5)를 위성체(8)와 전기적으로 연결 또는 분리시키는 제1 릴레이(9)와 보조전원 공급부(4)가 션트저항(6)과 연결되는 위치를 변경시키는 제2 릴레이(10)로 구성된다. 이때 제1 릴레이(9)와 제2 릴레이(10)는 구조가 동일한 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 사용된 릴레이(9, 10)의 구조도이다. 도 2는 10핀형 릴레이를 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하여 릴레이(9, 10)의 구성을 살펴보면, 본 발명에 사용된 릴레이(9, 10)는 구동전압이 인가되는 제1 코일(11)과, 제2 코일(12) 및 2개의 스위치를 포함하고 있다. 구체적으로 제1 릴레이(9)는 1번, 2번 및 3번 접점으로 구성되는 제1 테스트 스위치(13) 및 4번, 5번 및 6번 접점으로 구성되는 배터리 스위치(14)를 포함한다. 제2 릴레이(10)는 1번, 2번 및 3번 접점으로 구성되는 제2 테스트 스위치(15) 및 4번, 5번 및 6번 접점으로 구성되는 션트저항 스위치(16)를 포함한다.

제1 코일(11)과 제2 코일(12)에 병렬로 연결된 다이오드(17)는 릴레이의 스위칭 과정에서 발생하는 고전압으로부터 릴레이 주변의 회로를 보호하기 위한 것이다.

중앙감시부(1)로부터 인가되는 구동전압에 따른 릴레이(9, 10)의 스위칭 동작을 살펴보면, 제1 코일(11)에 구동전압이 인가될 경우 3번 접점은 1번 접점과 연결되며 그와 동시에 6번 접점은 4번 접점에 연결된다. 구동전압이 제2 코일(12)에 인가되는 경우에는 3번 접점은 2번 접점에 연결되며 그와 동시에 6번 접점은 5번 접점에 연결된다. 즉, 4개의 스위치(13, 14, 15, 및 16)는 서로 연동되어 스위칭 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 배터리 보호장치의 회로도를 참조하여 배터리 보호장치의 동작을 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 배터리(5)가 위성체(8)에 연결된 상태의 회로도이며, 도 4는 배터리(5)와 위성체(8)가 분리된 상태의 회로도이다.

우선, 도 3과 도 4를 참조하여 중앙감시부(1)와 릴레이(9, 10)의 각 접점간의 연결상태를 검토한다.

중앙감시부(1)는 각 릴레이(9, 10)의 코일에 구동전압을 인가하기 위한 제1 양단자(18), 제2 양단자(19), 음단자(20) 및 릴레이(9, 10)의 접점간의 연결상태를 파악하기 위한 테스트신호가 입출력되는 테스트신호 출력단자(21)와 테스트신호 복귀단자(22)를 포함하고 있다.

각 릴레이(9, 10)의 제1 코일(11)에는 제1 양단자(18)와 음단자(20)가 연결되며, 제2 코일(12)에는 제2 양단자(19) 및 음단자(20)가 연결된다.

테스트신호 출력단자(21)는 제1 릴레이(9)의 2번 접점에 연결되고 테스트신호 복귀단자(22)는 제2 릴레이(10)의 3번 접점과 연결된다. 제1 릴레이(9)의 3번 접점은 제2 릴레이(10)의 2번 접점에 연결된다. 즉, 제1 테스트 스위치(13)와 제2 테스트 스위치(15)는 직렬로 연결된다. 따라서 각 릴레이(9, 10)의 제2 코일(12)에 구동전압이 인가되어 각 릴레이(9, 10)의 3번 접점이 2번 접점에 연결되면 중앙감시부(1)의 테스트신호 출력단자(21)에서 출력된 전기신호는 제1 테스트 스위치(13)와 제2 테스트 스위치(15)를 거쳐 테스트신호 복귀단자(22)로 입력된다. 그 결과 테스트신호 복귀단자(22)로 전기신호가 입력되는지를 파악함으로써 릴레이(9, 10)의 접점간의 연결상태를 파악할 수 있게 된다.

이하에서는 도 3을 참조하여 배터리(5)가 위성체(8)에 연결된 상태에서의 배터리 보호장치의 동작을 설명한다.

배터리(5)에서 과방전이 일어나지 않고 있는 경우 중앙감시부(1)는 각 릴레이(9, 10)의 제2 코일(12)에 구동전압을 인가한다. 각 릴레이(9, 10)의 제2 코일에 구동전압이 인가되면 각 릴레이(9, 10)의 6번 접점은 5번 접점에 연결된다.

따라서 배터리(5)의 (+)극은 제1 릴레이(9)의 배터리 스위치(14) 거쳐 위성체(8)의 A단자와 연결되며 배터리(5)의 (-)극은 션트저항(6)을 거쳐 위성체(8)의 B단자와 연결되는바 위성체(8)는 배터리(5)와 전기적으로 연결된다.

이때 션트저항(6)이 배터리(5)와 직렬로 연결되어 있는바 션트저항(6)에 흐르는 전류를 측정함으로써 배터리(5)의 과방전 여부를 파악할 수 있게 된다. 션트저항(6)에 흐르는 전류는 상기처럼 센싱부(7)와 중앙감시부(1)에 의해 측정된다.

보조전원 공급부(4)의 (+)단자는 위성체(8)의 A단자에 연결되어 있으므로 위성체(8)의 A단자에는 배터리의 (+)극과 보조전원 공급부의 (+)단자가 동시에 연결된다. 보조전원 공급부(4)의 (-)단자는 제2 릴레이(10)의 션트저항 스위치(16)를 거쳐 위성체(8)의 B단자와 연결된다.

이하에서는 도 4를 참조하여 배터리(5)가 위성체(8)와 분리된 상태에서의 배터리 보호장치의 동작을 설명한다.

배터리(5)에서 과방전이 발생하는 경우 중앙감시부(1)는 제1 코일(11)에 구동전압을 인가하며, 그 결과 각 릴레이(9, 10)의 6번 접점은 4번 접점에 연결된다. 따라서 배터리(5)의 (+)극은 제1 릴레이(9)의 배터리 스위치(14)에 의해 위성체(8)와 전기적으로 분리된다.

이때 보조전원 공급부(4)의 (+)단자는 위성체(8)의 A단자에 연결되어 있으며, 보조전원 공급부(4)의 (-)단자는 제2 릴레이(10)의 션트저항 릴레이(16) 및 션트저항(6)을 거쳐 위성체(8)의 B단자에 연결되는바 위성체(8)는 보조전원 공급부(4)로부터 전력을 공급받게 된다. 이때 션트저항(6)은 보조전원 공급부(4)와 직렬로 연결되는바 센싱부(7) 및 중앙감시부(1)를 이용하여 션트저항(6)에 흐르는 전류를 측정함으로써 보조전원 공급부(4)가 공급하는 전류를 감시할 수 있게 된다.

도면 3 내지 도면 4의 미설명 부호 25는 전원조절장치로서 배터리(8)의 과충전을 방지하기 위한 통상의 보호회로를 의미하며, 보조전원 공급부(4)의 (+)단자와 위성체(8)의 A단자 사이에 위치한 다이오드(23)는 보조전원 공급부(4)의 (+)단자로 전류가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한 제1 릴레이(9)의 5번, 6번 접점에 연결된 저항(24)은 릴레이의 스위칭 과정에서 발생하는 스파크를 방지하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 보호장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 사용된 릴레이의 구조도.

도 3은 위성체와 배터리가 연결된 경우의 회로도.

도 4는 위성체가 배터리와 분리된 경우의 회로도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1 : 중앙감시부 2 : 릴레이박스

3 : 배터리 모듈 4 : 보조전원 공급부

5 : 배터리 6 : 션트저항

7 : 센싱부 8 : 위성체

9 : 제1 릴레이 10 : 제2 릴레이

11 : 제1 코일 12 : 제2 코일

13 : 제1 테스트 스위치 14 : 배터리 스위치

15 : 제2 테스트 스위치 16 : 션트저항 스위치

17 : 다이오드 18 : 제1 양단자

19 : 제2 양단자 20 : 음단자

21 : 테스트신호 출력단자 22 : 테스트신호 복귀단자

23 : 다이오드 24 : 저항

25 : 전원 조절장치

Claims (4)

1. 위성체에 전력을 공급하는 배터리가 과방전 되는 경우 릴레이를 이용하여 배터리를 위성체로부터 분리시킴으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치에 있어서,

   충전이 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결된 션트저항 및 상기 션트저항 양단의 전압을 측정하기 위한 센싱부를 포함하는 배터리 모듈;

   상기 배터리와 위성체를 전기적으로 분리 또는 연결시키는 배터리 스위치를 포함하는 제1 릴레이;

   직류전원을 공급하며, (+)단자가 상기 위성체와 상기 제1 릴레이가 연결되는 노드에 상시 연결되어 있는 보조전원 공급부;

   상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항의 어느 일단과 연결시키는 션트저항 스위치를 포함하는 제2 릴레이; 및

   상기 센싱부에서 측정된 상기 션트저항 양단의 전압을 이용하여 상기 배터리의 과방전 여부를 판정하며, 상기 제1 릴레이 및 제2 릴레이에 구동전압을 인가함으로써 상기 배터리 스위치 및 션트저항 스위치가 연동되어 스위칭 되도록 제어하는 중앙감시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 배터리 보호장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙감시부는 테스트신호 출력단자 및 테스트신호 복귀단자를 더 포함 하며,

   상기 제1 릴레이는 상기 테스트신호 출력단자와 연결되는 제1 테스트 스위치를 더 포함하고,

   상기 제2 릴레이는 상기 테스트신호 출력단자와 연결되는 제2 테스트 스위치를 더 포함하되,

   상기 제1 및 제2 테스트 스위치는 서로 직렬로 연결되어 있으며, 상기 배터리 스위치 및 상기 션트저항 스위치와 연동되어 스위칭 되는 것을 특징으로 하는 인공위성용 배터리 보호장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 션트저항 스위치는 상기 배터리가 상기 위성체와 전기적으로 연결된 경우 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항과 상기 위성체가 연결된 노드와 연결시키는 것을 특징으로 하는 인공위성용 배터리 보호장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 션트저항 스위치는 상기 배터리가 상기 위성체로부터 전기적으로 분리되는 경우 상기 보조전원 공급부의 (-)단자를 상기 션트저항과 상기 배터리가 연결된 노드와 연결시키는 것을 특징으로 하는 인공위성용 배터리 보호장치.

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