KR102454983B1 - 내장 배터리를 포함하는 작동 기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터, 제어 모듈(3) 및 구동부(4)가 부속되는 함체(1)를 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치를 설명한다. 구동부(4)는 모터 및 작동될 외부 장치 사이에 결합된다. 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩(6)을 더 포함한다. 배터리팩(6)은 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고 충전을 위해 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 모듈(4)은 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고 배터리팩(6)의 상태 및/또는 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하며 외부 전력 공급부가 유효하게 존재하는 것으로 결정되고 배터리팩(6)이 충전을 필요로 할 때 외부 전력 공급부로부터 배터리팩(6)을 충전시키도록 구성된다. 장치는 배터리팩(6)과 연관되는 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함한다. 제어 모듈(3)은 배터리팩(6)의 충전 중에: 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 배터리팩(6)과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고; 측정 온도를 제1 기설정 문턱 온도와 비교하고; 측정 온도가 제1 기설정 문턱 온도보다 높을 시, 배터리팩(6)의 수명 연장을 위해 외부 전력 공급부로부터 배터리팩(6)에 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 더 구성된다.

Description

내장 배터리를 포함하는 작동 기구
본 발명은 전반적으로 밸브 액추에이터와 같이 내장 배터리를 포함하는 모터 구동식 액추에이터 기구에 관한 것이다.
밸브 액추에이터와 같은 모터 구동식 작동 기구에 적용되는 전력원은 통상적으로 AC 주전원 공급부에 의해 제공된다. 한편, AC 공급부 주전원 장애 중에 배터리 전원의 전력을 이용하여 밸브 페일세이프 운영을 제공하기 위해 그러한 장치에 (주로 외부의) 배터리 백업을 제공하는 것은 공지되어 있다. 그러므로 그러한 장치에서 정상적 공급 조건 하에, 액추에이터는 현장의 AC 전기 공급부에 의해 운영된다. 그러나 이러한 공급부가 손실된 경우, 액추에이터는 (주로 외부의) 사전 구성된 (페일세이프) 위치로 밸브를 제어하면서, 자동으로 배터리 공급부로부터 전력을 수급받도록 전환한다.
그런데 그러한 장치에 사용되는 배터리는 액추에이터의 외부에 위치하는 수동 장치이고, 일반적으로 방폭(EP) 환경에서 사용하기에 적합하지 않은 유형이다. 이러한 배터리의 능동적 운영 또는 모니터링은 거의 또는 전혀 이루어지지 않고 있으며, 이러한 배터리는 밸브 액추에이터의 정상 운영 효과를 내기 위한 단일 전력 공급부로서 기능하기에 적합한 것으로 볼 수 없음은 분명하다.
본 발명의 양태들의 주제는 이러한 현안들 중 적어도 일부를 다루는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 모터, 제어 모듈 및 구동부가 부속되는 함체(enclosure)를 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치가 제공되는데, 상기 구동부는 모터 및 작동될 상기 외부 장치 사이에 결합되고, 이러한 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩을 더 포함하고, 배터리팩은 상기 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어 모듈은 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 배터리 팩의 상태 및/또는 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하며, 외부 전력 공급부가 유효한 상태로 존재하는 것으로 결정되고 상기 배터리팩이 충전을 필요로 할 때 상기 배터리팩을 상기 외부 전력 공급부로부터 충전시키도록 구성되고, 이러한 장치는 상기 배터리팩과 연관되는 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함하고, 제어 모듈은 배터리팩의 충전 중에:
- 상기 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 상기 배터리팩과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 측정 온도를 제1 기설정 문턱 온도와 비교하고; 그리고
- 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 문턱 온도보다 높을 시, 배터리팩의 수명을 연장하기 위해 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 더 구성된다.
예시적인 실시 형태에서, 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 온도보다 높을 시, 제어 모듈은 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 문턱 온도 이하가 될 때까지 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 구성될 수 있다.
배터리팩은, 선택적으로, 방폭 환경에서 사용되기 위해 배치 및 구성되는 복수의 2차 리튬/니켈 금속 하이브리드/니켈 카드뮴 전지를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 모터, 제어 모듈 및 구동부가 부속되는 함체를 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치가 제공되는데, 상기 구동부는 모터 및 작동될 상기 장치 사이에 결합되고, 이러한 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩을 선택적으로 더 포함하고, 배터리팩은 상기 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 배터리팩은 방폭 환경에서 사용되기 위해 배치 및 구성되는 복수의 2차 리튬/니켈 금속 하이브리드/니켈 카드뮴 전지를 포함한다.
모터 구동식 액추에이터 장치는 균형 충전 회로, 및 상기 배터리 전지에 대하여 과전압, 과전류 및 저전압 보호를 제공하도록 구성되는 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시 형태는 상기 배터리팩과 연관되는 적어도 하나의 가열 장치를 더 포함할 수 있고, 상기 제어 모듈은 상기 배터리팩의 충전 중에 상기 측정 온도를 제2 기설정 문턱 온도와 비교하고, 상기 측정 온도가 상기 제2 기설정 문턱 온도보다 낮을 시 상기 측정 온도가 상기 제2 기설정 문턱 온도 이상이 될 때까지 상기 적어도 하나의 가열 장치를 켜도록 더 구성된다.
일부 예시적 실시 형태에서, 외부 전력 공급부는 재생 가능하고 및/또는 수확된 에너지원일 수 있다.
제어 모듈은 배터리팩 충전 레벨, 배터리팩 상태 및/또는 결함을 시각적으로 원격으로 및/또는 네트워크를 통하여, 선택적으로 데이터 로그의 형태로 사용자에게 통신하도록 구성될 수 있다.
제어 모듈은 선택적으로 셧다운 모드에 대해 부가적으로 복수의 운영 모드, 이벤트 및 동작에서 운영하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 제어 모듈은 상기 제어 모듈이 상기 배터리팩에서 결함 조건을 결정하고 및/또는 배터리팩의 충전 레벨이 셧다운 이벤트를 허용할 수 있을 만큼 낮다고 결정하면 액추에이터 운영을 방지하도록 구성될 수 있다.
전술한 복수의 운영 모드, 이벤트 및 동작은 배터리 작동 및 자급 모드; 주전원 셧다운, 배터리 셧다운 및 배터리 작동 이벤트를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시 형태에서, 셧다운 모드에서, 제어 모듈은 상기 액추에이터를 임의의 다른 중간 위치 및/또는 임의의 다른 이동 한계로 이동시키도록 구성된다.
선택적으로, 전술한 배터리 작동 모드에서, 제어 모듈은, 이동 명령을 수신할 때까지 상기 배터리팩을 상기 외부 전력 공급부에 의해 충전시키고, 상기 이동 명령에 대응하여, 배터리 작동 이벤트의 형태로 배터리팩으로부터의 전력을 이용하여 상기 액추에이터가 상기 배터리팩에 의해 이동되게 하고 상기 배터리팩을 방전시키는 것을 포함하여, 상기 액추에이터 장치의 보조 시스템이 외부 전력 공급부에 의해 운영되게 하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 모터 및 구동부가 부속되는 함체를 포함하는 모터 구동식 장치를 위한 배터리 관리 모듈이 제공되는데, 상기 구동부는 모터 및 작동될 상기 장치 사이에 결합되고, 이러한 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩을 더 포함하고, 상기 배터리팩은 상기 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 배터리 관리 모듈은 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 배터리팩의 상태 및/또는 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하며, 외부 전력 공급부가 유효하게 존재하는 것으로 결정되고 상기 배터리팩이 충전을 필요로 할 때 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩을 충전시키도록 구성되고, 이러한 장치는 상기 배터리팩과 연관되는 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함하고, 배터리 관리 모듈은 배터리팩의 충전 중에:
- 상기 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 상기 배터리팩과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 측정 온도를 제1 기설정 문턱 온도와 비교하고; 그리고
- 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 문턱 온도보다 높을 시, 배터리팩의 수명을 연장하기 위해 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 더 구성된다.
배터리 관리 모듈의 예시적 실시 형태는 셧다운 모드에 대해 부가적으로 복수의 운영 모드, 이벤트 및 동작 중 선택되는 어느 하나에서 운영하도록 구성 가능할 수 있다.
전술한 모드들은 배터리 작동 및 자급 모드, 주전원 셧다운, 배터리 셧다운 및 배터리 작동 이벤트를 포함할 수 있다.
전술한 셧다운 모드는 상기 액추에이터를 임의의 다른 중간 위치 또는 임의의 다른 이동 한계로 이동시키도록 선택적으로 구성될 수 있다.
배터리 관리 모듈의 예시적 실시 형태에서, 상기 배터리팩의 충전 중에, 상기 모듈은 상기 배터리팩의 측정된 수명 및 전지 임피던스를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 기설정된 성능 프로파일과 비교하며, 상기 측정 전지 임피던스가 상기 기설정 프로파일보다 높을 시, 배터리팩에 대한 충전 전압을 감소시키도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 상기 배터리팩의 방전 중에, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리팩과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정 온도를 기설정 문턱 온도와 비교하고, 상기 측정 온도가 상기 기설정 문턱 온도보다 낮을 시 방전 전압 하한을 낮추도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 상기 배터리팩의 방전 중에, 배터리 관리 모듈은 상기 배터리팩과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정 온도를 기설정된 제2 문턱 온도와 비교하고, 상기 측정 온도가 상기 기설정 온도보다 낮을 시, 상기 배터리팩과 연관되는 가열 장치를 켜도록 구성될 수 있다.
배터리 관리 모듈의 예시적 실시 형태는 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 검출 및 결정하고, 그리고:
(i) 외부 전력 공급부가 유효하고, 유효한 셧다운 명령이 수신되었을 시, 외부 전력 공급부의 전력을 제공받는 셧다운 이벤트를 야기하고; 그리고
(ii) 외부 전력 공급부가 유효하지 않거나 유효하지 않게 될 것으로 결정되고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되었을 시, 상기 배터리의 방전을 초래하는 배터리 셧다운 이벤트를 야기하고
(iii) 주전원 셧다운 이벤트가 진행 중일 시, 외부 전력 공급부의 전력을 제공받는 셧다운 이벤트로부터 상기 배터리의 방전을 야기하는 배터리 셧다운 이벤트로 전환하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 배터리 관리 모듈은, 외부 전력 공급부가 유효하지 않음으로 결정되고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되어, 이에 따라 외부 전력 공급부의 전력을 제공받는 셧다운 이벤트 또는 배터리 셧다운 이벤트가 야기되지 않는 한, 유휴 또는 충전 상태의 배터리팩을 포함하여, 모터 구동식 액추에이터 장치를 정상적으로 운영시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
이제, 본 발명의 실시 형태들은 첨부된 도면들을 참조로 오로지 실시예들을 이용하여 설명될 것이며, 도면들에서
도 1은 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 밸브 액추에이터를 예시하는 개략도이고;
도 2는 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 밸브 액추에이터의 액추에이터, 배터리팩 및 액추에이터 제어 모듈의 구성을 예시하는 개략적 블록도이며; 그리고
도 3은 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 배터리 관리 방법을 예시하는 개략적 흐름도이다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 예시적 실시 형태는 예컨대 발전 산업, 오일 및 가스 유량 제어, 해양 응용산업, 수자원 활용 및 처리 산업에서 밸브 및 댐퍼 액추에이터로 널리 사용되는 유형의 액추에이터에 관한 것이다. 그러한 밸브 액추에이터는 전반적으로 예컨대 웜 및 휠 기어장치와 같은 기어 장치를 통하여 가역적 전기 모터에 의해 구동되는 출력 샤프트를 포함하고, 밸브 스템을 통하여 이러한 출력 샤프트에 연결되는 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 출력 샤프트를 이동시킬 수 있다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 밸브 액추에이터가 예시되어 있고, 주 함체(1) 및 종단 함체(2)를 포함한다. 함체는 수밀 건전성을 유지하고 내부의 내장 부품들을 보호하기 위해 밀폐식으로 밀봉될 수 있다. 주 함체에는 위치 제어 장치 및 로드 센서와 같은 제어 모듈(3)뿐만 아니라 구동계(4)도 부속된다. 디스플레이 및 로컬 제어부(5)는 주 함체 상의 커버 내에 부속될 수 있다.
배터리팩(6)은 주 함체 내에 탑재되고 작동 기구에 전기적으로 연결되며 액추에이터는 배터리팩의 관리 및 작동 기구의 운영을 위해 배터리 제어 모듈(7)을 더 포함한다. 배터리팩은 통상적으로 직렬로 연결되는 2차 리튬 전지와 같은 복수의 전지를 이러한 전지들 사이에 위치한 다이오드 보호부와 함께 포함한다. 배터리팩을 형성하기 위한 복수의 2차 리튬 전지의 배선 방법 및 배선 구성은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
사용되는 전지의 정확한 개수 및 활용되는 배선 구성은 어느 정도까지는 적어도, 수득되는 용량 및 전력 그리고 생성되는 배터리팩을 부속시킬 수 있는 공간에 따라 좌우될 것이나, 본 발명은 반드시 이러한 관점에 한정되는 것을 목적하지 않는다. 2차 리튬 전지는 전술한 유형의 밸브 액추에이터에서 사용하기에 유리할 뿐만 아니라 방폭(EP) 장치에서 사용하기 위해 적합한 것으로 고려된다. 그러나 본 발명은 반드시 이러한 관점에 한정되는 것을 목적하지 않으며 니켈 금속 하이브리드 또는 니켈 카드뮴과 같은 다른 적합한 전지 유형도 당업자에게는 자명할 것이다.
전술한 유형의 배터리팩에서, 배터리셀을 과충전, 과방전 또는 과도 방전되는 것으로부터 보호하는 것(각각 과전압, 과전류 및 저전압 보호로도 알려져 있음)에 대해 부가적으로 스마트 균형 충전 회로를 제공하는 것은 공지되어 있다. 이러한 목적을 위한 회로는 다른 기술 분야에도 공지되어 있으므로 본원에서 더 상세하게 논의되지 않을 것이다. 배터리팩 설계 분야의 당업자는 사용되는 전지 구성/배선 방법/필요한 전력 용량 및 밸브 액추에이터의 사양에 따라 적합한 장치를 선택 및 구현하기 위해 전자 균형 충전 회로 및 과전압, 과전류 및 저전압 보호 방법에 관하여 충분히 숙지하고 있을 것임을 언급하는 것으로 충분하다.
2차 배터리 전지는 제한된 최적 온도 범위를 포함하고, 부가적 회로는 전지 하우징 내의 열 분출구와 함께 과온도로부터 보호하기 위해 제공된다.
도면들 중 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 액추에이터(10), 제어 모듈(12) 및 배터리팩(14) 구성이 블록도로 예시되어 있다. 제어 모듈(12)은 앞에서 참조된 균형 충전 및 과전압, 과전류 및 저전압 보호 기능성을 통합할 수 있으나, 필수적인 것은 아니며, 이러한 기능은 별도의 모듈/PCB에서 제공될 수 있다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 액추에이터 제어 모듈의 배터리 관리 기능의 기본적 특징들이 기술될 것이며, 액추에이터 제어 모듈(12)이 본원에 상세하게 설명되지 않은 다른 기능성을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 앞에서 참조한 기본적 특징들은 모두 동일한 액추에이터 제어 모듈의 일부로서 설명되었으나, 물론 액추에이터 제어 모듈 기능성은 별도의 장치/PCB에 제공되는 하나 이상의 기능을 포함하여 모듈 형태로 및/또는 다른 기능과 별도로 제공될 수 있고, 본 발명은 이러한 관점에 한정되는 것을 반드시 목적하지 않는다.
본 발명의 밸브 액추에이터의 예시적 실시 형태들 및 특히 이러한 밸브 액추에이터에 사용되는 배터리팩은 본원에서 '셧다운', '배터리 작동' 및 '자급'으로 지칭되는 3개의 운영 모드뿐만 아니라 '정상', '주전원 셧다운', '배터리 셧다운', '배터리 작동' 및 '자급' 이라는 5개의 운영 동작 및 일부의 결과 동작 유형을 포함하며, 이들 각각은 액추에이터 제어 모듈의 일부로서 제공되는 배터리 관리 기능을 통해 전술한 유형의 배터리팩이 밸브 액추에이터에 결합되고 밸브 액추에이터 내에 통합되는 것에 기반한다. 본 발명의 예시적 실시 형태들에서, 전술한 모든 모드는 서로 다른 각각의 (전환 가능한) 구성을 이용하고 동일한 하드웨어를 이용하여 달성될 수 있다. 부가적 하드웨어는 통상적으로 (당업자에게 공지된 방식으로) 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 '자급' 운영 모드를 위해 사용될 수 있다.
이하, 배터리 관리 시스템에 대해 설명한다. 이러한 예시적 경우는 정상, 주전원 셧다운 및 배터리 셧다운 이벤트를 포함하는 셧다운 운영 모드 및 추가로 더 상세하게 설명되는 바와 같은 명령 및 전력 손실 동작에 관련되긴 하나, 다수의 양태들은 모든 운영 모드, 이벤트 및 동작에 관련된다.
제어 모듈 및 관련된 배터리 관리 공정 흐름은 배터리 전지의 운영 수명을 연장하기 위해 (배터리팩에 대하여) 능동적 전압 및 전류 관리, (밸브 액추에이터 내에 위치한) 진단, 상태 피드백 기능성, (배터리전지의 최적 운영 온도 범위 내에서 배터리 전지를 유지하고 성능을 보조하기 위한 가열기를 사용하는) 저온 관리, 및 고온 관리를 제공한다. 이러한 예시적 실시 형태에서, 밸브 액추에이터(및 관련된 배터리팩 및 제어 모듈)는 -50℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 EP 및 비-EP 환경에서 사용되기에 적합할 것이다.
배터리팩은 배터리 온도, 배터리 용량, 배터리 전압 및 배터리팩/전지 내의 잔량 레벨을 결정하기 위해 배터리 관리 (또는 '액추에이터 제어') 모듈에 의해 질의된다. 본 발명은 이러한 매개변수가 결정되는 방식과 관련하여 한정되지 않는다; 본 발명의 이러한 예시적 실시 형태에 따르는 제어 모듈의 기본적 활용성 및 이점은 이러한 감지/계산된 매개변수들을 이러한 매개변수들에 기반하여 배터리팩을 관리하고 결정하며 및/또는 배터리팩을 위한 최상의 동작을 수행하고 및/또는 이러한 수준의 배터리 관리가 이전에는 가능하지 않았던 기술 분야내에서 이러한 매개변수들에 기반하여 배터리팩 결함을 보고하는데 사용한다는 것이다. 물론, 기본적 이점들 중 하나는 특정한 경우를 제외하고 EP 규정을 따르는 밸브 또는 댐퍼 액추에이터에서 배터리팩을 사용하는 것이 이전에는 실현 가능하지 않았다는 것이다. 2차 리튬 및 유사 배터리 전지 기술은 EP (및 다른) 유해 환경 응용 설비에서 사용될 수 있어서, 이러한 기술의 최적 운영 온도 범위는 제한적이고, (특히 충전 및 방전 시) 면밀한 관리가 필요하다. 따라서 본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 현안들이 다뤄진다. 전자식 수단을 통해 그리고 전지 하우징 내의 열 분출구를 이용하여 과온도에 대한 보호가 제공된다. 배터리팩은 주변 온도가 액추에이터 제어 모듈에 의해 설정된 소정의 (그리고 구성 가능한) 지점 아래로 떨어질 때 가열기를 부가적으로 이용한다. 따라서 이러한 조치는 충전 및 방전 중에 최적 작업 온도에서 배터리 전지를 유지하는데 사용될 수 있고, 필요 시 액추에이터 제어 모듈에 의해 선택적으로 실행되거나 실행되지 않을 수 있다. 고온에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩을 언제 충전하고 배터리팩을 어떤 속도로 충전할 것인가에 관하여 결정할 수 있어서, 운영 온도 범위 확장이 용이해지고 배터리 수명이 연장된다.
더욱이, 밸브 액추에이터의 수명 동안, 배터리팩의 열화는 불가피할 것이다. 액추에이터 제어 모듈은 고유의 열화맵을 포함할 것이며, 배터리 용량 감지와 결부되어, 액추에이터 제어 모듈은 배터리수명을 최대화하고 배터리 수명의 상이한 단계들에서 성능을 최대화하기 위해 충전 레벨 및 전압을 변경할 수 있다. 부가적으로, 온도를 포함하는 배터리 용량의 고유 맵이 존재할 수 있고, 이는 제어 모듈이 상이한 온도 조건을 보상할 수 있도록 하는데 사용될 수 있다.
그러므로 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 (배터리 관리 기능이 통합된) 액추에이터 제어 모듈은 내장 배터리와 통신 가능하게 결합되고 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같은 운영 모드 및 복수의 관련된 각각의 매개변수에 따라 배터리 운영을 모니터링하고 제어하도록 구성된다.
이제, 도면들 중 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시 형태에 따르는 배터리 관리(또는 제어) 모듈 및 배터리 관리 방법이 예시된 흐름도와 관련하여 더 상세하게 설명될 것이다. 배터리 관리 흐름도는 단계 100에서 시작하는데, 이후의 충전 공정 흐름은 (본질적이진 않으나) 통상적으로 모듈에 전력이 제공될 때 또는 배터리팩이 유휴 상태일 때 트리거된다.
공정 흐름이 시작되면, 액추에이터 제어 모듈은 이하의 매개변수들에 대하여 배터리팩의 상태를 점검한다(단계 102):
ㆍ 충전 레벨
ㆍ 온도
ㆍ 결함
o 저전압
o 과전압
o 과온도
ㆍ 전지 상태 및/또는 정비/유지관리 요건
액추에이터 제어 모듈은 주전원 전력 레벨의 현재 상태뿐만 아니라 배터리팩이 사용하기에 안전한지의 여부, 액추에이터를 실행시키기에 안전한지의 여부 및 배터리팩이 충전이 필요한지에 기반하여 이벤트 및 동작 운영 모드를 선택한다. 따라서, 단계 104에서, 액추에이터 제어 모듈은 밸브 액추에이터에 연결된 주전원 전력이 유효한지(즉, (필요 시)모터를 구동시키고 밸브 액추에이터의 주변 기능을 실행하며 배터리팩을 충전하기에 충분한지)의 여부를 점검한다.
현재 주전원 전력이 유효하고 배터리는 사용하기에 안전하고 완충된 상태이며 액추에이터가 실행되기에 안전한 것으로 결정되면(또는 그러는 동안), 밸브 액추에이터는 본원에서 '정상' 운영 이벤트로 정의된 바와 같이 현재 주전원 전력에 의해 전력을 제공받아 종래의 모터 구동식 밸브 액추에이터처럼 운영되고 이때 배터리팩은 유휴 상태(그리고 각각의 명령, 전력 손실, 액추에이터 결함 등의 경우에 필요한 밸브 페일세이프 운영을 제공하도록 구성됨)이다.
현재 주전원 전력이 유효하지 않고(즉 존재하지 않거나 소정 레벨 아래임) 및/또는 유효한 페일세이프 명령이 수신되나, 배터리가 사용하기에 안전하고 액추에이터가 실행되기에 안전하며 배터리팩 충전량이 충분한 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 배터리 셧다운 이벤트를 야기할 것이다. 이러한 모드에서, 액추에이터는 배터리 전력을 이용하여 소정의 위치 또는 한계로 즉시 또는 구성 가능한 대기 시간 이후에 이동한다.
현재 주전원 전력이 유효하고(즉 소정 레벨 위로 존재하고) 유효한 셧다운 명령이 수신된 것으로 결정되면, 액추에이터의 해당 구성에 따라 액추에이터 제어 모듈은 주전원 셧다운 이벤트를 야기할 것이다. 이러한 모드에서, 액추에이터는 주전원 전력을 이용하여 소정 위치 또는 한계로, 즉시 또는 사전 구성된 대기 시간 이후로 이동되며, 이때 배터리는 대기상태로 동작한다(주전원 전력이 유효하지 않음으로 간주되면, 이는 자동 배터리 셧다운 이벤트를 야기할 수 있음).
더욱 상세하게 말하여, 예시적 실시 형태에 따르면, 배터리 셧다운 이벤트에서 밸브 액추에이터는 배터리팩으로부터 수급된 전력을 이용하여:
ㆍ 부하(즉, 토크 및/또는 추력) 한계 또는 위치에서 정지하면서 임의의 위치로부터 완전 개방 한계로 이동하고
ㆍ 부하 한계 또는 위치에서 정지하면서 임의의 위치로부터 완전 폐쇄 한계로 이동하고
ㆍ 임의의 위치로부터 임의의 다른 중간 위치로 이동할 것이다.
유효한 주전원 전력이 재개될 때, 배터리팩이 하나의 셧다운 운영을 허용할만큼 충분히 충전되면(또는 충전될 때) 액추에이터는 정상 운영으로 재진입할 것이다(정상 시, 배터리 작동 또는 자급).
단계 104에서 주전원 전력이 유효한 것으로 결정되고 (그리고 단계 102에서 배터리가 사용하기에 안전하나 충전을 필요로 하는 것으로 결정되면), 액추에이터 제어 모듈은 단계 106에서 배터리팩의 충전을 시작할 것이다. 배터리 충전 공정 흐름 루프 내에서, 액추에이터 제어 모듈은 주전원 전력을 다시 점검하고(단계 108), 또한 모든 배터리 안전성 점검사항이 통과되었는지의 여부를 (다시) 점검한다(단계 110). 주전원 전력이 여전히 정상이고 배터리 안전성 점검사항이 모두 통과되면, 배터리팩 충전 공정 흐름은 단계 112로 이동한다. 단계 112에서, 액추에이터 제어 모듈은 (온도 센서로부터) 배터리 전지(및 배터리 전지 주변)의 온도를 나타내는 데이터를 수신한다. 이후 감지된 온도를 기설정된 '높음' 문턱과 비교한다. 기설정된 '높음' 문턱과 비교할 시 배터리팩 온도가 너무 높은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩에 대한 충전 전류를 감소시킨다(단계 114). 이러한 공정 부분은 반복적이고, 배터리팩 온도가 '높음' 문턱보다 낮은(및/또는 기설정된 범위 내에 있는) 것으로 결정될 때까지 단계들에서 반복될 수 있다. 다음으로, 단계 116에서, 액추에이터 제어 모듈은 현재 배터리팩 온도를 기설정된 '1차 낮음' 문턱과 비교한다. 기설정된 '1차 낮음' 문턱과 비교할 시 배터리팩 온도가 너무 낮은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩 가열기를 켜도록 구성된다(단계 118). 다시 말하여, 이러한 공정 흐름 부분은 반복적일 수 있고 배터리팩 온도가 '높음' 문턱과 '1차 낮음' 문턱 사이에 한정되는 온도 범위 내에 있는 것으로 결정될 때까지 반복될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 충전 체제는 배터리팩의 열화 시효/정도에 따라 조정될 수 있다. 따라서 단계 119a에서 배터리 수명 로그는 주기적으로 업데이트된다. 단계 119b에서, 제어 모듈은 이러한 수명 로그를 기설정된 벤치마크 프로파일과 비교한다. 단계 119c에서, 배터리팩이 수명의 시작 상태에 근접한 것으로 결정되면, 기설정된 '저전압'으로 충전되는 반면(단계 119d), 수명의 시작 상태에 근접하지 않은 것으로 결정되면, 기설정된 '고전압'으로 충전된다(단계 119e).
전술한 충전 및 온도 검출/관리 공정은 충전 회로로부터 충전 종료 신호가 검출될 때까지(단계 120) 반복 및 계속된다. 이 지점에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩의 충전을 정지시키고(단계 122), 주전원 전력이 '정상'인지 다시 점검하도록 구성된다(단계 123). 또한, 공정 흐름은 배터리팩이 자가 방전되었는지의 여부를 점검하고(단계 124), 자가 방전된 경우, 공정 흐름은 단계 106(충전 시작)으로 회귀한다.
따라서, 요약하자면, 배터리팩의 상태를 점검할 때(단계 102), 배터리팩에 결함이 없을 시(즉 배터리팩이 사용하기에 안전할 시), 액추에이터 제어 모듈은 (현재 운영 모드에 의해 결정되는) 요건에 따라 다음 단계를 결정할 것이다. 요건이 배터리팩을 충전해야 하는 것인 경우, 액추에이터 제어 모듈은 일정한 전류/일정한 전압원에서 배터리팩을 필요한 바와 같이 충전하도록 전환할 것이다.
전압 충전 레벨은 배터리 전지의 시효에 의해 결정 및 제어되고, 전류 레벨은 온도 및 사용자 설정 충전 전력에 의해 결정된다.
배터리팩 내에서 검출되는 임의의 결함은 액추에이터 디스플레이 또는 액추에이터의 고유 상태 계전기 또는 액추에이터에 (유선 및/또는 무선으로) 연결되는 네트워크 시스템을 통하여 사용자에게 보고될 수 있다(단계 125). 부가적으로, 액추에이터 제어 모듈은 앞에서 언급된 감지 매개변수들 및 사전 설정 사용자 구성에 기반하여 운영을 계속할 지의 여부를 결정할 수 있다.
배터리 충전 중에, 그리고 그 이후에 액추에이터는:
a) 배터리가 임계 결함을 보고하거나(액추에이터 제어 모듈이 공정 흐름을 벗어나고, 보고/표시될 오류 신호를 생성하는 경우); 또는
b) 유효한 주전원 전력이 제거되거나, 유효한 셧다운 명령이 수신되며 주전원 전력이 제거되거나 또는 유효한 셧다운 명령이 수신되고 주전원 전력은 존재하며 액추에이터가 우선적으로 배터리로 이동하도록 구성되지(액추에이터 제어 모듈이 전술한 셧다운 운영 모드를 진입할 경우) 않는 한, 배터리팩과 무관하게 정상적으로 운영될 것이다.
충전 중에, 액추에이터 제어 모듈의 배터리 관리 기능은 배터리가 사용하기에 안전하고 액추에이터가 실행되기에 안전한지 모니터링할 것이다. 이러한 점검 사항들 중 어느 하나가 실패하면, 오류 상태가 표시될 것이다. 또한, 액추에이터 제어 모듈은 주전원 전력이 손실되었는지 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되었는지를 모니터링하고, 이러한 조건들 중 어느 하나가 부합하면, 액추에이터 제어 모듈은 전술한 셧다운 모드에 진입할 것이다.
결국, 배터리가 (충전 종료 신호의 생성을 야기하는) 소정의 전압 레벨에서 소정의 전류 한계에 도달할 때 충전은 종료될 것이다. 이러한 소정의 전압 레벨은 배터리의 시효 및 주변 온도에 따라 변경될 수 있다. 이 지점에서, 배터리 관리 기능은 안정된 배터리 전압을 점검하고, 이러한 배터리 전압이 기설정된 범위 내에 있으면, 배터리팩은 충전이 필요한 것으로 결정될 때까지 전술한 유휴 상태에 진입할 것이다. 이러한 기준에 부합하지 않으면, 배터리 관리 기능은 단계 106으로 회귀하여 충전 공정을 재개한다.
이상과 마찬가지로, 충전은 배터리팩이 소정의 전압 한계에 도달할 때 종료될 것이며, 이러한 소정의 전압 한계는 배터리의 시효에 따라 변경될 수 있다. 이상과 마찬가지로, 이 지점에서, 배터리 관리 기능은 안정된 배터리 전압을 점검한다.
이러한 배터리 전압이 기준에 부합하면, 배터리팩은 충전이 필요한 것으로 결정될 때까지 전술한 유휴 상태에 진입할 것이다. 기준에 부합하지 않으면, 배터리팩 관리 기능은 단계 106으로 회귀하여 충전 공정을 재개한다.
배터리 셧다운 이벤트에서든 배터리 작동 이벤트에서든 배터리팩이 이용 가능하게 되면(단계 126), 배터리 관리 기능은 방전 공정 흐름으로 진입한다. 이러한 공정 흐름에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩 온도를 다시 모니터링하나, 이 경우에는 오로지 저온, 즉 '1차 낮음' 문턱 (즉 0℃ 및 '2차 낮음' 문턱(예: -30℃)) 미만의 저온에 대해서만 보상한다. 단계 132에서, 배터리 관리 기능은 이러한 온도가 1차 낮음 문턱 미만인지를 결정하기 위해 점검한다. 해당 경우라면, 가열기가 켜질 것이다(단계 134). 이후, 배터리팩에 대한 전지 임피던스를 결정한다. 이 경우, 배터리팩을 절연시키고 방전을 정지시킨다(단계 130). 그렇지 않으면, 공정 흐름은 단계 126으로 회귀하고 배터리팩은 계속 이용될 수 있다.
물론, 배터리팩 및 연관된 능동 배터리 관리 공정 흐름의 다른 현저한 이점은, 배터리팩이 내장 배터리를 포함하는 종래의 전술한 밸브 액추에이터를 위해 제공되는 단일 (수동) 셧다운 또는 페일세이프 모드에 비해 다수의 운영 모드 중 선택되는 어느 하나의 운영 모드로 운영될 수 있다는 사실에 있다.
셧다운 모드에서는, 주전원 전력이 기설정된 문턱 아래로 떨어지고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신될 때까지 액추에이터가 주전원으로부터 전력을 공급받는 '정상' 액추에이터로서 운영된다. 이는 전술한 바와 같이 이벤트와 셧다운 동작 사이에 구성 가능한 시간 지연을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이후, 액추에이터는 주전원 전력 레벨 및/또는 셧다운 명령의 속성에 기반하여 앞에서 설명된 바와 같은 주전원 셧다운 이벤트 또는 '배터리 셧다운' 이벤트를 시작하는 결정을 내릴 것이다.
배터리 작동 모드에서, (그리드로부터든 또는 재생 가능한 에너지원으로부터든) 주전원 전력은 액추에이터의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용된다. 밸브가 이동될 필요가 있을 시, 배터리팩은 액추에이터 모터를 운영시키기 위해 방전되고, 이후 이동 중에 재충전된다. 이는 '배터리 작동' 이벤트로 더 설명될 것이다. 주전원 전력이 기설정된 문턱 아래로 떨어지고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되면, 액추에이터는 해당 구성에 따라 '배터리 셧다운' 이벤트를 더 시작할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 이벤트와 셧다운 동작 사이에 구성 가능한 시간 지연을 포함하거나 포함하지 않을 수 있고, 현재 주전원 전력을 이용하거나 이용하지 않을 수 있다.
이하에 설명되는 자급 모드는 배터리 작동 모드와 여러면에서 유사하며, 부가적 하드웨어는 재생 가능한 에너지원으로부터 최적화된 직접 공급을 허용하도록 제공되고, 이러한 부가적 하드웨어에 의해 센서와 같은 부가적 주변 부품이 연결된다. 통상적으로 태양 패널로부터 파생되는 전력은 액추에이터의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용된다. 이는 '자급' 이벤트로서 설명될 것이다. 밸브가 이동될 필요가 있을 시, 배터리팩은 액추에이터 모터를 운영시키기 위해 방전되고, 이후 이동 중에 재충전된다. 이는 '배터리 작동'으로 더 설명될 것이다. 전력이 기설정된 임계 아래로 떨어지고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되고 및/또는 배터리가 기설정된 레벨로 방전되면, 액추에이터는 해당 구성에 따라 '배터리 셧다운' 이벤트를 더 시작할 수 있다. 이는 전술한 바와 같은 이벤트와 셧다운 동작 사이에 구성 가능한 시간 지연을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
이제, 이러한 부가적 운영 모드가 더 상세하게 설명될 것이다.
배터리 작동 모드에서, 액추에이터 제어 모듈은 전기 공학적 액추에이터를 실행시키기 위해 필요한 전력보다 낮은 전력을 가진 전기 공급부로부터 밸브를 작동시킬 수 있다. (그리드로부터든 또는 재생 가능한 에너지원으로부터든) 주전원 전력은 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하기 위해 사용된다. 밸브가 이동될 필요가 있을 시, 배터리팩은 액추에이터를 운영시키기 위해 방전되는데(단계 126), 이는 본원에서 배터리 작동 이벤트로 설명된다. 이러한 운영 모드에서, 액추에이터 모터가 운영될 필요가 있을 때 생성되는 자동적 가동(wake up) 신호를 포함하여, 배터리팩으로 들어가는 충전량을 최대화하기 위해 (이하에 설명되는 바와 같이) 소위 '딥 슬립(Deep Sleep)' 모드가 사용될 수 있다. 단계 128에서 배터리팩 전압이 소정의 종지 전압보다 낮은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 배터리를 절연시키고(단계 130), 오류가 표시된다.
배터리 작동 이벤트를 가능하게 하기 위해, 배터리 관리 기능은 충전 모드에서 배터리팩을 충전하기 위해 이용 가능한 주전원 전력을 이용할 것이고 배터리팩은 모든 경우에 액추에이터를 이동시키는데 사용된다. 이러한 경우에, 액추에이터의 실행이 필요하면, 액추에이터 제어 모듈은 다음사항을 점검한다:
a) 배터리 충전량이 충분한지
b) 액추에이터가 딥슬립 모드로부터 벗어났는지
c) 배터리가 사용하기에 안전한지
d) 액추에이터가 실행되기에 안전한지.
이러한 모든 조건이 부합하면 액추에이터는 임의의 설정 위치로부터 임의의 설정 위치로 실행될 수 있다. 유효한 입력은 디지털 신호, 아날로그 신호 또는 네트워크 명령일 것이다.
배터리 또는 액추에이터에 오류가 있을 시, 오류는 보고되고 액추에이터는 운영을 방지할만큼 오류가 충분히 심각한지를 결정할 것이다. 배터리 충전이 불충분하면 충분한 충전이 존재할 때까지 운영을 방지할 것이다.
배터리팩을 충전하기 위해, 그리고 배터리팩이 액추에이터의 이동을 위해 사용되지 않는 중에, 공정 흐름은 단계 102 및 단계 104로 회귀한다. 충분한 주전원 전력이 존재하고, 배터리가 사용하기에 안전하고 액추에이터가 실행되기에 안전하며 배터리가 충전을 필요로 하면, 액추에이터 제어 모듈은 배터리팩 충전을 시작할 것이다(단계 106). 배터리 충전 중에, 그리고 해당 구성에 따라, 액추에이터는 절전(또는 '딥 슬립') 모드로 진입하고 배터리팩은 유효한 '이동' 명령이 수신될 때까지 사용되지 않는다. 배터리팩이 임계 결함을 보고하거나(오류 상태가 표시되고 시스템이 실행되지 않을 경우), 유효한 주전원 전력이 제거되거나(시스템이 전술한 배터리 셧다운 이벤트에 진입한 경우) 또는 유효한 이동 명령이 수신되지(액추에이터가 전술한 바와 같이 임의의 설정 위치로부터 임의의 설정 위치로 실행할 경우) 않는 한 배터리팩은 충전될 것이다. 이러한 매개변수들은 충전 공정 내내 모니터링된다.
전술한 배터리 작동 모드가 주전원에 의해 전력을 제공받은 시스템에서 사용될 수 있고 및/또는 실제로 태양, 풍력, 하이드로 등 재생 가능한 에너지원으로부터 공급받는 시스템에서 사용될 수 있으나 본 발명은 반드시 이러한 관점에 한정되는 것을 목적하지 않음을 이해할 것이다. 따라서 소위 자급 운영 모드도 예상되는데, 이제 이에 관하여 더 상세하게 설명될 것이다. 자급 운영 모드는 배터리 작동 운영 모드와 매우 유사하고, 배터리 작동 및 배터리 셧다운 이벤트는 동일하게 운영된다. 핵심적 차이점은 전력원, 및 액추에이터에 의해 전력을 제공받는 로컬 센서로부터 공정 결정을 하고 및/또는 액추에이터에 무선으로 송신된 이동 명령에 대하여 제어 센터에 도로 정보를 무선으로 통신하는 능력이다.
자급 운영 모드에서, 밸브 엑추에이터는 예컨대 태양 패널 또는 풍력 발전기로부터 파생되는 가변적 전력 공급부를 이용하여 전력을 제공받을 수 있다. 이러한 장치로부터의 전력은 액추에이터로 직접적으로 공급될 수 있고, 적절한 주전원 전력 공급부가 제공될 수 없는 응용설비에서 주전원 전력 공급부 대신에 사용될 수 있다. 액추에이터 제어 모듈은 에너지 공급을 관리하고 배터리팩에 에너지를 저장한다. 액추에이터에 대한 전력 공급은 주변 시스템을 실행시키고 충분한 전력이 존재할 때 배터리를 충전하며, 이후 배터리팩은 명령이 있을 시 및/또는 불충분한 전력이 존재할 시 액추에이터 모터 및 다른 시스템에 전력을 공급한다. 전술한 바와 같이, 배터리 관리 기능은 배터리에 들어가는 충전량을 최대화하기 위해 배터리가 필요 시에만 가동되는 소위 딥슬립 모드로 진입하게 할 수 있다. 모든 다른 모드에서와 같이, 상태는 시각적으로, 유선 또는 무선으로 보고될 수 있고, 이러한 경우 장치는 서드파티 센서에 직접 유선 연결될 수 있고 사용자 설정점에 기반하여 정보를 처리할 수 있다.
이러한 예시적 경우에, 전력원은 서드 파티 태양 패널을 통한 태양 복사이다. 액추에이터는 전력점 추적을 통하여 태양 패널 또는 다른 공급원의 출력을 제어 및 최적화하고, 생성되는 공급 전력을 액추에이터 배터리팩으로 공급할 수 있을 것이다. 이러한 시스템의 기본적 이점은 액추에이터 모터를 직접적으로 구동시킬 수 있기 위해 태양 패널 어레이가 필요하지 않다는 것인데, 따라서 배터리는 암흑 또는 그림자로 인한 태양광의 공백을 메꾸고 모터를 구동시키는 축전기로서 사용될 것이다. 운영 방법은 배터리 작동 모드에 따를 것이다.
기능성의 관점에서, 종래의 고정 배선 명령 및 네트워크에 대해 부가적으로, 유효한 신호는 무선으로 수신될 것이다. 액추에이터는 동일한 무선 통신을 통하여 상태 정보를 회신할 것이다. 이는 완전한 자급 해결방안을 구현한다.
이러한 완전한 자급 해결방안의 최종 양태는 외부 센서(예: 압력 센서)를 부착하는 것이다. 이로써, 액추에이터는 내부적 공정 결정을 하고 중앙 제어 설정점과 관련하여 또는 이와 무관하게 고유 설정점을 변경할 수 있다. 공정이 설정 매개변수를 벗어나면 액추에이터는 무선 또는 유선 통신을 이용하여 제어부에 경고 메시지를 발신할 것이다.
예컨대 태양 패널의 장애로 인한 완전 전력 손실의 경우에, 액추에이터는 임의의 위치로부터 사전 설정된 설정 안전 위치로 이동하고 전술한 바와 같은 배터리 셧다운 이벤트에서 무선 또는 유선으로 경보를 보고할 것이다.
당업자라면 전술한 설명으로부터 시작하여, 첨부된 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시 형태들에 대해 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (29)

  1. 외부 밸브를 작동하기 위한 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치로서,
    모터, 제어 모듈 및 구동부가 부속되는 함체를 포함하고, 상기 구동부는 상기 모터 및 상기 외부 밸브 사이에 결합되도록 구성되며,
    상기 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩을 더 포함하고, 배터리팩은 상기 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어 모듈은 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 배터리팩의 상태 및/또는 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하며, 외부 전력 공급부가 유효하게 존재하는 것으로 결정되고 상기 배터리팩이 충전을 필요로 할 때 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩을 충전시키도록 구성되고,
    상기 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치는 상기 배터리팩과 연관되는 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함하고, 제어 모듈은 배터리팩의 충전 중에:
    - 상기 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 상기 배터리팩과 연관되는 측정 온도를 나타내는 데이터를 수신하고;
    - 상기 측정 온도를 제1 기설정 문턱 온도와 비교하고; 그리고
    - 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 문턱 온도보다 높을 시, 배터리팩의 수명을 연장하기 위해 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 더 구성되고,
    상기 제어 모듈은, 상기 제어 모듈이 상기 모터 구동식 액추에이터 장치가 외부 밸브를 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동시키도록 하는 셧다운 모드를 포함하여 복수의 운영 모드 및 이벤트에서 운영하도록 구성 가능하고,
    상기 복수의 운영 모드 및 이벤트는
    주전원 전력이 모터 구동식 액추에이터 장치의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용되고, 상기 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩을 방전하는 배터리 작동 모드, 및
    재생 가능한 에너지원이 모터 구동식 액추에이터 장치의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용되고, 상기 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩을 방전하는 자급 모드와,
    주전원 전력 하에서 상기 외부 밸브가 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동하는 주전원 셧다운 이벤트,
    배터리 전력 하에서 상기 외부 밸브가 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동하는 배터리 셧다운 이벤트 및
    상기 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩이 방전하는 배터리 작동 이벤트를 포함하고,
    상기 배터리 작동 모드에서, 제어 모듈은, 이동 명령을 수신할 때까지 상기 배터리팩을 상기 외부 전력 공급부에 의해 충전시키고, 상기 이동 명령에 대응하여, 배터리 작동 이벤트의 형태로 배터리팩으로부터의 전력을 이용하여 상기 액추에이터가 상기 배터리팩에 의해 이동되게 하고 상기 배터리팩을 방전시키는 것을 포함하여, 상기 액추에이터 장치의 주변 시스템이 외부 전력 공급부에 의해 운영되게 하도록 구성되는, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 온도보다 높을 시, 제어 모듈은 상기 측정 온도가 상기 제1 기설정 문턱 온도 이하가 될 때까지 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배터리팩은 방폭 환경에서 사용되기 위해 배치 및 구성되는 복수의 2차 리튬/니켈 금속 하이브리드/니켈 카드뮴 전지를 포함하는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  4. 외부 밸브를 작동하기 위한 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치로서,
    모터, 제어 모듈 및 구동부가 부속되는 함체를 포함하고, 상기 구동부는 상기 모터 및 작동될 상기 외부 밸브 사이에 결합되도록 구성되며,
    상기 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치는 외부 전력 공급부를 수용하기 위한 입력부 및 상기 함체 내에 부속되는 배터리팩을 더 포함하고, 상기 배터리팩은 상기 모터를 선택적으로 구동시키기 위해 전기적으로 연결되고 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 배터리팩은 방폭 환경에서 사용되기 위해 배치 및 구성되는 복수의 2차 리튬/니켈 금속 하이브리드/니켈 카드뮴 전지를 포함하고,
    상기 제어 모듈은, 상기 제어 모듈이 상기 모터 구동식 액추에이터 장치가 외부 밸브를 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동시키도록 하는 셧다운 모드를 포함하여 복수의 운영 모드 및 이벤트에서 운영하도록 구성 가능하고,
    상기 복수의 운영 모드 및 이벤트는
    주전원 전력이 모터 구동식 액추에이터 장치의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용되고, 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩을 방전하는 배터리 작동 모드, 및
    재생 가능한 에너지원이 모터 구동식 액추에이터 장치의 주변 시스템을 실행시키고 배터리팩을 충전하는데 사용되고, 상기 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩을 방전하는 자급 모드와,
    주전원 전력 하에서 상기 외부 밸브가 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동하는 주전원 셧다운 이벤트,
    배터리 전력 하에서 상기 외부 밸브가 소정의 위치 또는 이동 한계로 이동하는 배터리 셧다운 이벤트 및
    상기 외부 밸브가 이동하게 될 때 모터를 운영하기 위해 배터리 팩이 방전하는 배터리 작동 이벤트를 포함하고,
    상기 배터리 작동 모드에서, 제어 모듈은, 이동 명령을 수신할 때까지 상기 배터리팩을 상기 외부 전력 공급부에 의해 충전시키고, 상기 이동 명령에 대응하여, 배터리 작동 이벤트의 형태로 배터리팩으로부터의 전력을 이용하여 상기 액추에이터가 상기 배터리팩에 의해 이동되게 하고 상기 배터리팩을 방전시키는 것을 포함하여, 상기 액추에이터 장치의 주변 시스템이 외부 전력 공급부에 의해 운영되게 하도록 구성되는, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    균형 충전 회로, 및 상기 배터리 팩에 대하여 과전압, 과전류 및 저전압 보호를 제공하도록 구성되는 회로를 더 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동식 액추에이터 장치는 상기 배터리팩에 연관되는 적어도 하나의 가열 장치를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 배터리팩의 충전 중에 상기 측정 온도를 제2 기설정 문턱 온도와 비교하고 상기 측정 온도가 상기 제2 기설정 문턱 온도보다 낮을 시 상기 측정 온도가 상기 제2 기설정 문턱 온도 이상이 될 때까지 상기 적어도 하나의 가열 장치를 켜도록 더 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 외부 전력 공급부는 재생 가능 및/또는 수확 에너지원인 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    보조 시스템을 더 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조 시스템은 상기 장치에 대한 공정 조건을 모니터링하고 상기 공정 조건을 나타내는 데이터를 보고하기 위해 무선 또는 유선 통신 수단에 의해 원격 위치에 연결되는 센서를 포함하는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통신 수단은 오로지 상기 원격 위치로부터 또는 상기 원격 위치로 데이터가 전송될 필요가 있을 때에만 이용 가능한 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 외부 전력 공급부는 상기 장치의 보조 시스템을 실행시키도록 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 외부 전력 공급부는 상기 배터리팩을 충전하고 상기 배터리팩은 상기 보조 시스템을 실행시키고 상기 모터를 선택적으로 구동시키도록 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  13. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    - 소정의 제어 공정에 따라 상기 모터 및 구동부의 선택적 구동을 제어하고; 그리고
    - 상기 제어 공정을 업데이트 및/또는 변경하도록 구성되는 데이터를 원격 위치로부터 수신하도록 구성되는 내장 제어 모듈을 포함하는 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  14. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 배터리팩 충전 레벨, 배터리팩 상태 및/또는 결함을 사용자에게 시각적으로 원격으로 및/또는 네트워크를 통해, 선택적으로 데이터 로그의 형태로 통신하도록 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  15. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 제어 모듈이 상기 배터리팩에서 결함 조건을 결정하면 액추에이터 운영을 방지하도록 구성될 수 있는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
  16. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    셧다운 모드에서, 제어 모듈은 상기 액추에이터를 임의의 다른 중간 위치 및/또는 임의의 다른 이동 한계로 이동시키도록 구성되는 것인, 모터 구동식 산업용 액추에이터 장치.
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