KR20220038597A - 통합 배터리를 갖는 작동 메커니즘 - Google Patents

통합 배터리를 갖는 작동 메커니즘 Download PDF

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조나단 위긴스
데이비드 워어
니옌 요우 탄
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로톨크 콘트롤스 리미티드
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Abstract

본 발명은 액추에이터 모터; 제어 모듈; 외부 전력 공급부를 수신하기 위한 입력부; 및 배터리 팩을 포함하는 모터 구동 액추에이터 장치를 개시한다. 상기 배터리 팩은 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 팩을 충전하는 동안, 상기 제어 모듈은: 상기 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 수신하고; 상기 측정된 충전 레벨을 배터리 전력만으로 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 충전 레벨과 비교하며, 여기서 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 페일 세이프 위치로 이동시키는 것을 포함함; 상기 측정된 충전 레벨이 상기 미리 결정된 충전 레벨 이상인 경우, 상기 액추에이터 장치와 관련된 다른 내부 구성 요소에 상기 배터리 상태를 표시;하도록 구성된다. 후속 액추에이터 장치 작동 동안, 상기 제어 모듈은: 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하고, 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정되면, 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 셧다운 이벤트를 지시하여, 적어도 하나의 추가 배터리 종료 이벤트를 완료할 수 있을 만큼 상기 배터리가 충분히 충전되어 있고; 그리고 상기 외부 전력 공급부가 유효할 때를 후속으로 감지하고, 상기 외부 전력 공급부 하에서 액추에어터 장치 작동을 재개하는 동시에, 상기 배터리 팩을 적어도 미리 결정된 충전 레벨로 재충전하도록 구성된다.

Description

통합 배터리를 갖는 작동 메커니즘
본 발명은 일반적으로 통합 배터리를 포함하는 밸브 액추에이터와 같은 모터-구동 액추에이터 장치에 관한 것이다.
밸브 액추에이터와 같은 모터-구동 작동 메커니즘에 적용되는 전력원은 일반적으로 AC 주 전력 장치에 의해 제공된다. 그러나, AC 공급 주요 오류 동안 배터리 공급원으로부터 전력을 활용하여 밸브 페일세이프(failsafe) 작동을 제공하기 위해 이러한 액추에이터에 (종종 외부) 배터리 백업을 제공하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 액추에이터에서, 정상 공급 조건 하에서 액추에이터는 현장 AC 전기 공급으로부터 작동한다. 그러나, 이러한 공급이 손실되는 경우, 액추에이터는 배터리 공급 장치로부터 전력을 수신하도록 자동으로 전환되어, 밸브를 (종종 외부에서) 미리-구성된(페일세이프) 위치로 제어할 수 있다.
그러나 이러한 배터리는 정상적으로 재충전하는데 수십 분 또는 몇 시간과 같은 상당한 시간이 걸리며, 이러한 시간 동안 액추에이터 작동이 일반적으로 방지된다. 이러한 작동 중지 시간(downtime)은 종종 상당한 생산 및 재정적 손실로 이어진다.
하나의 해결책은 작동 중지 시간을 최소화하기 위해, 배터리 동력 작동 후 배터리를 빠르게 재충전하는 수단을 제공하는 것이다. 그러나, 이는 배터리 수명을 짧게 한다. 또한 배터리의 사용 가능한 온도 범위에 상당한 제한이 있어, 배터리를 포함하는 액추에이터가 사용될 수 있는 환경이 제한된다.
본 발명의 실시 형태들의 목적은 이들 문제들 중 적어도 일부를 해결하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 모터 구동 액추에이터 장치가 제공되고:
- 액추에이터 모터;
- 제어 모듈;
- 외부 전력 공급부(external power supply)를 수신하기 위한 입력부(input); 및,
- 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 외부 전력 공급부와 전기적으로 연결될 수 있는 배터리 팩;을 포함하고,
여기서, 상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 제어 모듈은:
- 상기 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 측정된 충전 레벨을 배터리 전력만으로 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트(shutdown event)를 완료하는데 필요한 미리-결정된 충전 레벨과 비교하며, 여기서 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 페일세이프 위치로 이동하는 것을 포함함; 및
- 상기 측정된 충전 레벨이 상기 미리-결정된 충전 레벨 이상인 경우, 상기 액추에이터 장치와 관련된 다른 구성 요소로 상기 배터리 상태를 표시하도록 구성되고; 및
여기서, 후속 액추에이터 장치 작동 동안, 상기 제어 모듈은:
- 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하고, 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정되면, 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 셧다운 이벤트를 지시하여, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기 위해 상기 배터리에서 충분히 충전되며; 및
- 상기 외부 전력 공급부가 유효해질 때를 후속으로 감지하고, 상기 외부 전력 공급부 하에서 액추에이터 장치 작동을 재개하는 동시에, 상기 배터리 팩을 적어도 하나의 미리-결정된 충전 레벨로 재충전하도록 구성된다.
유효한 외부 전력원은 존재하고, 액추에이터 모터를 구동하며 상기 액추에이터 장치의 임의의 주변 기능을 실행하고 상기 배터리 팩을 충전(필요한 경우)하는데 필요한 미리-정의된 전력 레벨 이상인 것이다. 유효하지 않은 외부 전력 공급부는 존재하지 않거나, 미리-정의된 전력 레벨보다 낮은 것이다.
상기 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치가 배터리 전력만으로 페일세이프 위치로 이동하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 액추에이터 장치는 배터리 전력만으로 액추에이터 모터를 페일세이프 위치로 구동하여 페일세이프 위치로 이동될 수 있다.
상기 미리-결정된 충전 레벨은 배터리 전력만으로 3개, 또는 4개, 또는 그 이상의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기에 충분할 수 있다.
상기 액추에이터 모터, 상기 제어 모듈 및 상기 배터리 팩 중 하나 이상은 액추에이터 하우징(actuator housing) 내에 위치될 수 있다. 상기 액추에이터 하우징은 하나 이상의 인클로저(enclosure)를 정의할 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 상기 액추에이터 모터를 작동될 외부 장치에 연결하도록 구성되는 드라이브(drive)를 더 포함할 수 있다. 상기 드라이브는 상기 액추에이터 하우징 내에 위치될 수 있다. 상기 드라이브는 샤프트(shaft)를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터 장치를 상기 샤프트를 통해 상기 외부 장치에 연결하도록 구성될 수 있다. 상기 샤프트는 기어링(gearing)을 통해 상기 액추에이터 모터에 의해 구동될 수 있다. 상기 액추에이터 모터는 가역 전기 모터일 수 있다. 상기 외부 장치는 밸브일 수 있다. 상기 외부 장치는 댐퍼(damper)일 수 있다.
실시 형태들에서, 상기 제어 모듈은 상기 측정된 충전 레벨이 단일 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 제2 충전 레벨보다 작은 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성될 수 있다.
상기 측정된 배터리 충전 레벨을 나타내는 데이터는 전압 및/또는 쿨롱 카운트 측정치(coulomb count measurment)를 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈은:
- 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 배터리 팩의 충전 상태(state) 및/또는 상황(status)을 나타내는 데이터를 수신하며; 그리고
- 상기 외부 전력 공급부가 유효하고 존재하는 것으로 결정되며 상기 배터리 팩 충전이 필요한 경우 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩이 충전되도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
- 상기 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터, 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제1 임계 온도와 비교하며; 그리고,
- 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제1 임계 온도보다 높으면, 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달하는 충전 전류를 상기 배터리 팩의 수명을 연장하기 위해 감소되도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 측정된 온도가 미리 결정된 제1 온도보다 높으면, 상기 제어 모듈은 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제1 임계 온도 이하일 때까지 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은 방폭(expolsionproof) 환경에서 사용하도록 배치되고 구성되는 복수의 이차 리튬/니켈 금속 수소화물/니켈 카드뮴 전지를 포함할 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 전압 및 전류의 정상/의도된 레벨과 비교하여, 상기 배터리 전지에 대한 과전압, 과전류 및 저전압 보호를 제공하도록 구성되는 회로 및 안정된 충전 회로(balanced charging circuit)를 더 포함할 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 가열 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
- 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제2 임계 온도와 비교하고; 그리고,
- 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제2 임계 온도보다 낮으면, 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제2 임계 온도 이상일 때까지 적어도 하나의 가열 장치가 켜지도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩의 온도가 상기 미리 결정된 제1 임계 온도와 제2 임계 온도 사이일 때까지 상기 배터리 팩의 동시 재충전을 지연시키도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 외부 전력 공급부는 재생 가능 및/또는 생산된 에너지원(harvested energy source)일 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 보조 시스템(ancillary system)을 더 포함할 수 있다. 상기 보조 시스템은 상기 액추에이터 장치에 대해 프로세스 조건을 모니터링하고 이를 나타내는 데이터를 보고하기 위해 원격 위치에 유선 또는 무선 통신 수단에 의해 연결되는 센서 및/또는 트랜스듀서(transducer)를 포함할 수 있다. 상기 통신 수단은 데이터가 원격 위치로 또는 원격 위치로부터 전송될 필요가 있는 이벤트에서만 활성화될 수 있다.
상기 외부 전력 공급부는 상기 액추에이터 장치의 보조 시스템을 실행하도록 구성될 수 있다.
상기 외부 전력 공급부는 상기 배터리 팩을 충전할 수 있으며, 상기 배터리 팩은 상기 보조 시스템을 실행하고 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하도록 구성될 수 있다.
상기 액추에이터 장치는:
- 정의된 제어 프로세스에 따라 상기 액추에이터 모터의 선택적 구동을 제어하고; 그리고,
- 원격 위치로부터, 상기 제어 프로세스를 업데이트 및/또는 변경하도록 구성되는 데이터를 수신하도록 구성되는 통합 제어 모듈(integral control module)을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈은 배터리 팩 충전 레벨, 배터리 팩 상태 및/또는 오류(fault)를 사용자에게 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 팩 충전 레벨, 배터리 팩 상태 및/또는 결함(여기서 일괄하여 "데이터"로 총칭함)은 예를 들어 액추에이터 디스플레이 스크린을 통해 로컬 디스플레이에서 사용자에게 표시될 수 있다. 상기 로컬 디스플레이는 선택적으로 상기 데이터의 시각적 표시를 제공할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 상기 데이터는 예를 들어 제어 시스템으로 모니터링하기 위해 원격 위치로 디지털 형태로 전달될 수 있다. 상기 디지털 데이터는 네트워크(유선 및/또는 무선)를 통해 원격으로 전달될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 상기 데이터는 예를 들어 릴레이(relay)에 의해 개별 신호를 통해 원격으로 전달될 수 있다. 상기 데이터는 데이터 로그(data log) 형식일 수 있다.
상기 제어 모듈은 배터리 셧다운 이벤트 외에 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션(action)으로 작동하도록 구성될 수 있다. 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션은 주요 및 배터리 셧다운 모드, 주요 및 배터리 작동 모드 및 독립형(self contained) 모드; 및 주요 및 배터리 셧다운 이벤트, 주요 및 배터리 작동 이벤트, 독립형 이벤트를 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 제어 모듈이 상기 배터리 팩에서의 결함 상태를 결정 및/또는 상기 배터리 팩의 충전 레벨이 셧다운 이벤트를 허용할 수 있는 레벨 아래인 것을 결정하는 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성될 수 있다.
주요 작동(main actuation) 및 셧다운 모드(shutdown mode)는 일반적으로 작동의 정상 모드(normal mode of operation)라고 한다. 주요 작동 및 셧다운 이벤트는 일반적으로 작동의 정상 이벤트라고 한다.
상기 셧다운 모드에서, 상기 제어 모듈은 상기 액추에이터 장치를 임의의 다른 중간 위치 및/또는 임의의 다른 이동 제한을 포함하여 페일세이프 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치가 배터리 전력만으로 페일세이프 위치로 이동되게 하는 것을 포함할 수 있다. 주요 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 주요 전력(main power)만으로 페일세이프 위치로 이동되게 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 작동 모드에서, 상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩이 이동 명령(move command)을 수신할 때까지 상기 외부 전력 공급부에 의해 상기 배터리 팩이 충전되도록 하는 것을 포함하여, 상기 외부 전력 공급부가 상기 액추에이터 장치의 임의의 보조 시스템을 작동하도록 구성될 수 있다. 이동 명령에 응답하여, 상기 제어 모듈은 배터리 작동 이벤트의 형태로, 상기 배터리 팩만으로부터의 전력으로 상기 액추에이터 장치를 이동시켜, 상기 배터리 팩이 방전되게 한다. 주요 작동 이벤트는 상기 제어 모듈이 상기 액추에이터 장치가 상기 외부 전력 공급부만의 전력으로 이동되게 할 때 발생할 수 있다.
독립형 모드에서, 상기 액추에이터 장치는 예를 들어 태양광 패널 또는 풍력 발전기에서 유래된 일관되지 않은 전력 공급부를 사용하여 전력을 공급받을 수 있다. 이들 공급원으로부터의 전력은 상기 액추에이터 장치에 직접 공급될 수 있으며, 적절한 주요 전력 공급부를 제공할 수 없는 적용에서 주요 전력 공급부 대신 사용될 수 있다. 독립형 이벤트는 상기 제어 모듈이 상기 액추에이터 장치가 독립형 전력 공급부만으로부터의 전력으로 이동될 때 발생할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 모터-구동 액추에이터 장치를 위한 배터리 관리 시스템이 제공되며,
- 배터리 관리 모듈;
- 액추에이터 모터;
- 외부 전력 공급부를 수신하기 위한 입력부; 및
- 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부에 전기적으로 연결될 수 있는 배터리 팩;을 포함하고,
여기서, 상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은:
- 상기 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 측정된 충전 레벨을 배터리 전력만으로 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 충전 레벨과 비교하며, 여기서 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 페일세이프 위치로 이동시키는 것을 포함함; 그리고
- 상기 측정된 충전 레벨이 상기 미리 결정된 충전 레벨 이상인 경우, 상기 액추에이터 장치와 관련된 다른 내부 구성 요소에 대한 상기 배터리 상태를 표시하도록 구성되고,
여기서, 후속 액추에이터 장치 작동 동안, 상기 배터리 관리 모듈은:
- 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하고, 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정되면, 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 셧다운 이벤트를 지시하여, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기 위해 상기 배터리에 충분히 충전되도록 하고; 그리고,
- 상기 외부 전력 공급부가 유효해지면 후속으로 감지하고, 상기 외부 전력 공급부 하에서 액추에이터 장치 작동을 재개하는 동시에, 상기 배터리 팩을 상기 미리 결정된 충전 레벨 이상으로 동시에 재충전하도록 구성된다.
유효한 외부 전력원은 존재하고, 그리고 모터를 구동하며, 상기 액추에이터 장치의 임의의 주변 기능을 실행하고, 상기 배터리 팩을 충전(필요한 경우)하는데 필요한 미리 정의된 전력 레벨 이상인 것이다. 유효하지 않은 외부 전력 공급부는 존재하지 않거나, 미리 정의된 전력 레벨 미만인 것이다.
상기 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치가 배터리 전력만으로 페일세이프 위치로 이동되도록 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 액추에이터 장치는 배터리 전력만으로 상기 액추에이터 모터를 페일세이프 위치로 구동하여 페일세이프 위치로 이동되게 할 수 있다.
상기 미리 결정된 충전 레벨은 배터리 전력만으로 3개, 또는 4개, 또는 그 이상의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기에 충분할 수 있다.
상기 액추에이터 모터 및/또는 상기 배터리 팩은 액추에이터 하우징 내에 위치될 수 있다. 상기 액추에이터 하우징은 하나 이상의 인클로저를 정의할 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 상기 액추에이터 모터를 작동될 외부 장치에 연결하도록 구성되는 드라이브를 더 포함할 수 있다. 상기 드라이브는 상기 액추에이터 하우징 내에 위치될 수 있다. 상기 드라이브는 샤프트를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터 장치를 상기 샤프트를 통해 상기 외부 장치에 연결하도록 구성될 수 있다. 상기 샤프트는 기어링을 통해 상기 액추에이터 모터에 의해 구동될 수 있다. 상기 액추에이터 모터는 가역 전기 모터일 수 있다. 상기 외부 장치는 밸브일 수 있다. 상기 외부 장치는 댐퍼일 수 있다.
실시 형태들에서, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 측정된 충전 레벨이 단일 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 제2 충전 레벨보다 작은 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성될 수 있다.
상기 측정된 배터리 충전 레벨을 나타내는 데이터는 전압 및/또는 쿨롱 카운트 측정치를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 모듈은:
- 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고;
- 상기 배터리 팩의 충전 상태 및/또는 상황을 나타내는 데이터를 수신하며; 그리고,
- 외부 전력 공급부가 유효하고 존재하는 것으로 결정되며 상기 배터리 팩을 충전해야 하는 경우 상기 배터리 팩이 상기 외부 전력 공급부로부터 충전되도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 액추에이터 장치는 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
- 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 상기 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 수신하고;
- 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제1 임계 온도와 비교하며; 그리고,
- 상기 측정된 온도가 미리 결정된 제1 임계 온도보다 높으면, 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시켜 상기 배터리 팩의 수명을 연장하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 배터리 관리 모듈은 배터리 셧다운 이벤트에 추가하여, 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션 중 선택된 하나로 작동하도록 구성될 수 있다. 복수의 모드, 이벤트 및 액션은 주요 및 배터리 셧다운 모드, 주요 및 배터리 작동 모드, 독립형 모드; 및 주요 및 배터리 셧다운 이벤트, 배터리 작동 이벤트, 및 독립형 이벤트를 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 결함 상태를 결정 및/또는 상기 배터리 팩의 충전 레벨이 셧다운 이벤트를 허용할 수 있는 레벨 아래인 것을 결정하는 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성될 수 있다.
주요 작동 및 셧다운 모드는 일반적으로 작동의 정상 모드라고 한다. 주요 작동 및 셧다운 이벤트는 일반적으로 작동의 정상 이벤트라고 한다.
상기 셧다운 모드는 상기 액추에이터 장치를 임의의 다른 중간 위치 또는 임의의 다른 이동 제한을 포함하여, 페일세이프 위치로 이동되도록 선택적으로 구성될 수 있다. 상기 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치가 배터리 전력만으로 페일세이프 위치로 이동되도록 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 주요 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 주요 전력만으로 페일세이프 위치로 이동되게 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 작동 모드에서, 상기 배터리 관리 모듈은 이동 명령을 수신할 때까지 상기 외부 전력 공급부에 의해 상기 배터리 팩이 충전되도록 하는 것을 포함하여, 상기 외부 전력 공급부가 상기 액추에이터 장치의 임의의 보조 시스템을 작동하도록 구성될 수 있다. 이동 명령에 응답하여, 상기 배터리 관리 모듈은 배터리 작동 이벤트의 형태로, 상기 배터리 팩으로부터의 전력으로 상기 액추에이터 장치가 이동되게 할 수 있고, 따라서 상기 배터리 팩이 방전되게 할 수 있다. 상기 배터리 관리 모듈이 상기 액추에이터 장치가 상기 외부 전력 공급부만로부터의 전력으로 이동되게 할 때 주요 작동 이벤트가 발생할 수 있다.
독립형 모드에서, 상기 액추에이터 장치는 예를 들어 태양광 패널 또는 풍력 발전기로부터 유래된 일관되지 않은 전력 공급부를 사용하여 전력을 공급받을 수 있다. 이들 전력 공급원은 상기 액추에이터 장치에 직접 공급될 수 있으며, 적절한 주요 전력 공급이 제공할 수 없는 적용에서 주요 전력 공급부 대신 사용될 수 있다. 상기 배터리 관리 모듈은 상기 액추에이터 장치가 독립형 전력 공급부만으로부터의 전력으로 이동되게 할 때 독립형 이벤트가 발생할 수 있다.
상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 측정된 수명 및 전지 임피던스(impedance)를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 미리 결정된 성능 프로파일과 비교하며, 상기 측정된 전지 임피던스가 미리 결정된 프로파일보다 큰 경우, 이의 충전 전압이 감소되도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩의 방전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정된 온도를 미리 결정된 임계 온도와 비교하며, 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 임계 온도보다 낮은 경우, 상기 방전 하한 전압 제한(discharge lower voltage limit)이 감소되도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩의 방전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제2 임계 온도와 비교하며, 그리고 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 온도보다 낮은 경우, 상기 배터리 팩과 관련된 가열 장치가 켜지게 하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 온도가 미리 결정된 제1 임계 온도와 제2 임계 온도 사이가 될 때까지 상기 배터리 팩의 동시 재충전을 지연시키도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 배터리 관리 모듈은 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하도록 구성될 수 있고:
(i) 상기 외부 전력 공급부가 유효하고 유효한 셧다운 명령이 수신되면, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 외부 전력 공급부가 효과적이게 하며; 그리고,
(ii) 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않거나 유효하지 않은 것으로 결정, 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신 및/또는 주요 전력 셧다운 이벤트가 진행 중인 경우, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리가 방전되게 하는 배터리 셧다운 이벤트로 전환되어, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하도록 상기 배터리에 충분히 충전된다.
상기 배터리 관리 모듈은 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되지 않는 한 상기 배터리 팩이 유휴 상태 또는 충전 상태로 모터-구동 액추에이터 장치가 정상적으로 작동할 수 있도록 구성할 수 있어, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 외부 전력 공급부 또는 배터리 셧다운 이벤트가 이에 따라 영향을 받는다.
상기 배터리 관리 모듈은:
- 전지 상태, 열화율(rate of degradation) 및/또는 서비스/유지보수 요건의 파라미터 중 임의의 하나 이상에 대해 상기 배터리 팩의 상태를 확인하고;
- 상기 하나 이상의 파라미터를 나타내는 데이터를 생성하며; 그리고,
- 상기 데이터를:
○ 상기 데이터의 시각적 표시를 선택적으로 제공하는 로컬 디스플레이(예를 들어 액추에이터 디스플레이 스크린을 통해)에서; 및/또는
○ 네트워크(유선 및/또는 무선) 및/또는 개별 신호(예를 들어 릴레이에 의해)를 통해 모니터링(예를 들어 제어 시스템)을 위해 원격 위치로 보고하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 데이터는 데이터 로그 형식일 수 있다.
이제 본 발명의 실시 형태들이 단지 예로서, 그리고 첨부 도면을 참고하여 설명될 것이다.
도 1은 밸브 액추에이터를 나타내는 개략도이다.
도 2는 액추에이터, 배터리 팩 및 밸브 액추에이터의 액추에이터 제어 모듈의 구성을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 3은 배터리 관리 방법을 예시하는 개략적인 흐름도이다.
본 발명의 실시 형태들은 특히 예를 들어 발전소 산업, 오일 및 가스 흐름 제어, 해양 적용, 수도 설비 및 처리 산업에서의 밸브 및 댐퍼 액추에이터와 관련된 것이다. 이러한 밸브 액추에이터는 일반적으로 웜(worm) 및 휠 기어링(wheel gearing)과 같은 기어링을 통해 가역 전기 모터에 의해 구동되는 출력 샤프트를 가지며, 이는 밸브 스템(valve stem)을 통해 출력 샤프트에 연결되는 밸브를 열거나 닫기 위해 출력 샤프트를 어느 방향으로든 이동할 수 있다.
도 1은 주요 인클로저(1) 및 터미널 인클로저(2)를 포함하는 밸브 액추에이터를 도시한다. 인클로저는 방수 무결성을 유지하고, 내부 구성 요소를 보호하기 위해 완전히 밀봉된다. 주요 인클로저는 위치 제어 장치 및 로드 센서(load sensor)와 같은 제어 모듈(3)뿐만 아니라, 드라이브 트레인(drive train; 4)을 수용한다. 디스플레이 및 로컬 컨트롤(5)은 주요 인클로저에서의 커버(cover) 내에 수용될 수 있다.
배터리 팩(6)은 주요 인클로저 내에 장착되고 액추에이터에 전기적으로 연결된다. 액추에이터는 배터리 팩의 관리 및 작동 메커니즘의 작동을 위한 배터리 제어 모듈(7)을 더 포함한다. 배터리 팩은 전지 사이의 다이오드 보호와 직렬로 일반적으로 연결되는 이차 리튬 전지와 같은 복수의 전지를 포함한다.
사용되는 정확한 전지의 수와 사용되는 배선 구성은 달성될 용량과 전력, 그리고 최종 배터리 팩을 수용할 수 있는 공간에 따라 어느 정도 달라진다. 이차 리튬 전지는 방폭(EP) 장치에 사용하기에 적합하기 때문에 위에서 설명된 유형의 밸브 액추에이터에 사용될 수 있다. 그러나, 니켈-금속 수소화물 또는 니켈-카드뮴과 같은 다른 적합한 전지 유형을 대신 사용할 수 있다.
위에서 설명된 유형의 배터리 팩에서, 스마트 밸런싱 충전 회로가 제공되어 배터리 전지가 과충전, 과방전 또는 과방전되지 않도록 보호한다(각각 과전압, 과전류 및 저전압 보호라고도 함). 이차 배터리 전지는 제한된 최적의 온도 범위를 가지며, 전지 하우징에서의 열 벤트(vent)와 함께 과열로부터 보호하기 위해 추가 회로가 제공된다.
도 2는 액추에이터(10), 제어 모듈(12) 및 배터리 팩(14)의 구성을 도시한다. 제어 모듈(12)은 위에서 언급한 안정화된 충전 및 과전압, 과전류 및 전압 보호 기능을 통합할 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니며, 이들 기능 대신 별도의 모듈/PCB에 제공될 수 있다. 다음 설명에서, 액추에이터 제어 모듈의 배터리 관리 기능의 주요 기능에 대해 설명한다. 위에서 언급한 주요 기능은 모두 동일한 액추에이터 제어 모듈의 일부인 것으로 설명되지만, 액추에이터 제어 모듈 기능은 대신 별도의 장치/PCB에 제공되는 하나 이상의 기능을 가지고 및/또는 다른 기능으로부터 동떨어진 모듈 형태로 제공될 수 있다.
밸브 액츄에이터, 특히 이에 사용되는 배터리 팩의 실시 형태들은 본 발명에서 셧다운, 배터리 작동 및 독립형으로 지칭되는 3가지 작동 모드와 정상, 주요 셧다운, 배터리 셧다운, 배터리 작동 및 독립형으로 지칭되는 5가지 작동 액션을 가지며, 이들 각각은 밸브 액추에이터 내에서 전술한 유형의 배터리 팩의 통합에 의해 뒷받침되고 액추에이터 제어 모듈의 일부로서 제공되는 배터리 관리 기능을 통해 이에 연결된다. 본 발명의 실시 형태들에서, 상기 언급된 모든 모드는 상이한 각각의 (전환 가능한) 구성을 사용하여, 동일한 하드웨어를 사용하여 달성될 수 있다. 추가 하드웨어는 일반적으로 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 독립형 작동 모드에 사용될 수 있다.
다음은 작동의 정상, 주요 셧다운과 배터리 셧다운 이벤트, 및 명령과 전력 손실 액션으로 셧다운 모드 내의 배터리 관리 시스템에 대한 설명이다. 그러나, 많은 양태들은 모든 작동의 모드, 이벤트 및 액션과 관련된다.
제어 모듈 및 관련된 배터리 관리 프로세스 흐름은 (배터리 팩과 관련하여) 능동 전압 및 전류 관리, 진단(밸브 액추에이터 내에 위치됨), 상태 피드백 기능, 저온 관리(히터를 사용하여 성능을 보조하고 이들의 최적 작동 온도 범위 내로 배터리 전지를 유지함), 및 고온 관리를 제공하여 배터리 전지의 작동 수명을 연장한다. 이러한 예시적인 실시 형태에서, 밸브 액추에이터(및 관련 배터리 팩 및 제어 모듈)는 -50 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서 EP 및 비-EP 환경에서 사용하기에 적합할 것이다.
배터리 팩은 배터리 온도, 배터리 용량, 배터리 전압 및 상기 배터리 팩/전지 내에 남아 있는 충전 레벨을 결정하기 위해 상기 배터리 관리(또는 액추에이터 제어) 모듈에 의해 정보를 얻는다(interrogate). 본 발명은 이들 파라미터가 결정되는 방식의 관점에서 제한되지 않는다. 이러한 실시 형태에 따른 제어 모듈의 주요 유용성 및 이점은 이들 파라미터에 기초하여 배터리 팩을 관리하고 결정하며 사용가 및/또는 상기 배터리 팩에 대한 최고로 액션을 취하도록 이들 감지된/계산된 파라미터를 사용한다는 것이다. 또한 이전에는 이러한 레벨의 배터리 관리가 가능하지 않았던 기술 분야 내에서 이들 파라미터에 기초하여 배터리 팩 결함을 보고할 수 있다.
주요 이점 중 하나는 특정 경우를 제외하고 EP 규정을 준수하는 밸브 또는 댐퍼 액추에이터에 배터리 팩을 사용하는 것이 이전에는 실용적이지 않았다는 것이다. 이차 리튬 및 이와 유사한 배터리 전지 기술은 EP(및 기타) 위험한 환경 적용에서 활용될 수 있지만, 이들의 최적의 작동 온도 범위는 제한적이며 주의 깊은 관리(특히 충전 및 방전 시)가 필요하다. 따라서, 본 발명의 실시 형태들은 이들 문제를 해결하려고 시도한다. 전자 수단을 통하고 전지 하우징에서의 열 벤트를 사용하여 과열에 대한 보호가 제공된다. 배터리 팩은 주변 온도가 상기 액추에이터 제어 모듈에서 설정된 미리 정의된(및 구성 가능한) 지점 아래로 떨어지면 히터를 추가적으로 사용한다. 따라서 이들 조치는 상기 배터리 전지를 충전 및 방전을 위한 최적의 작동 온도로 유지하는데 이용될 수 있으며, 필요한 경우 상기 액추에이터 제어 모듈에 의해 선택적으로 켜고 끌 수 있다. 고온에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리 팩을 충전할 시기와 배터리 팩을 충전하는 비율을 결정할 수 있으므로, 작동 온도 범위를 연장하고 배터리 팩 수명을 연장하는 것이 용이할 수 있다.
또한, 밸브 액추에이터의 수명 동안, 배터리 팩은 필연적으로 저하된다. 사용 가능한 배터리 용량은 특히 0 ℃ 이하의 온도와 배터리 수명이 다하면 저하된다. 액추에이터 제어 모듈은 이러한 저하에 대한 인빌트 맵(inbuilt map)을 가질 수 있으며, 배터리 용량 감지와 결합하여 액추에이터 제어 모듈은 이의 수명의 여러 단계에서 배터리 수명과 성능을 최대화하기 위해 충전 레벨과 전압을 변경할 수 있다. 또한, 제어 모듈이 다양한 온도 조건을 보상하는데 사용될 수 있는 온도로 배터리 용량의 인빌트 맵이 있을 수 있다.
액추에이터 제어 모듈(배터리 관리 기능을 통합)은 통합 배터리에 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 이후에 더 자세히 설명되는 바와 같이 작동 모드 및 복수의 관련된 개별 파라미터에 따라 배터리 작동을 모니터링 및 제어하도록 구성될 수 있다.
도 3은 배터리 관리(또는 제어) 모듈의 흐름도와 배터리 관리 방법을 도시한다.
배터리 관리 흐름도는 모듈의 전원이 켜졌을 때 또는 상기 배터리 팩이 유휴 상태에 있었던 이후에 뒤이은 충전 프로세스 흐름이 트리거될 수 있는 단계 100에서 시작한다.
프로세스 흐름이 시작되면, 액추에이터 제어 모듈은 하기 파라미터에 대한 배터리 팩의 상태(단계 102에서)를 확인한다:
· 충전 레벨;
· 온도;
· 결함:
○ 저전압;
○ 과전압; 및,
○ 과열; 그리고,
· 전지 상태 및/또는 서비스/유지 관리 요건.
액추에이터 제어 모듈은 주요 전력 레벨의 현재 상태뿐만 아니라, 배터리 팩을 사용하기에 안전한지, 액추에이터가 작동하기에 안전한지, 배터리 팩을 충전해야 하는지 여부를 기반으로 작동의 이벤트 및 액션 모드를 선택한다. 따라서, 단계 104에서, 액추에이터 제어 모듈은 밸브 액추에이터에 연결되는 주요 전력이 유효한지 여부를 확인한다(즉, 모터를 구동하고 밸브 액추에이터의 주변 기능을 실행하며 배터리 팩을 충전하기에 충분함(필요한 경우)).
존재하는 주요 전력이 유효하고 배터리를 사용하기에 안전하며 완전히 충전되고, 액추에이터가 작동하기에 안전한 것으로 판단되는 경우(또는 동안), 밸브 액추에이터는 작동의 정상 이벤트로서 여기에 정의되는 존재하는 주요 전력에 의해 전력이 공급되고 유휴 상태에서의 배터리 팩을 갖는 기존의 모터-구동 밸브 액추에이터로 작동한다(그리고 각각의 명령, 전력 손실 및/또는 액추에이터 결함의 이벤트에서 요구되는 밸브 페일 세이프 작동을 제공하도록 구성됨).
존재하는 주요 전력이 유효하지 않은 것으로 결정되고(즉, 존재하지 않거나 정의된 레벨 미만), 및/또는 유효한 페일 세이프 명령이 수신되지만, 배터리를 사용하기에 안전한 경우, 액추에이터는 작동하기에 안전하고 배터리 팩에서 충분히 충전되면(즉, 최소 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기에 충분한 충전), 액추에이터 제어 모듈은 배터리 셧다운 이벤트를 야기한다. 이러한 모드에서, 액추에이터는 즉시 또는 구성 가능한 대기 시간 후에, 배터리 전력 하에서 미리 정의된 위치 또는 한계로 이동한다.
존재하는 주요 전력이 유효한 것으로 결정되고(즉, 존재하고 미리 정의된 레벨 이상) 유효한 셧다운 명령이 수신되면, 액추에이터 제어 모듈은 주요 전력 셧다운 이벤트를 야기한다. 이러한 모드에서, 액추에이터는 즉시 또는 미리 구성된 대기 시간 후에, 대기 시간(주요 전력이 유효하지 않은 것으로 간주되면, 자동 배터리 셧다운 이벤트가 발생할 수 있음)으로 작동하는 배터리로 주요 전력 하에서 미리 정의된 위치 또는 한계로 이동된다.
배터리 셧다운 이벤트 동안, 밸브 액추에이터는 배터리 팩으로부터 수신된 전력 하에서:
· 임의의 위치로부터 완전히 오픈 제한으로 이동하여, 부하(즉, 토크(torque) 및/또는 추력(thrust)) 제한 또는 위치에서 멈추고;
· 임의의 위치로부터 완전히 클로즈 제한으로 이동하여 부하 제한 또는 위치에서 멈추며; 및/또는
· 임의의 위치로부터 임의의 다른 다른 중간 위치로 이동한다.
유효한 주요 전력이 다시 시작되면, 배터리 팩이 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 허용하도록 충분히 충전되면(또는 이러한 경우), 액추에이터는 정상 작동(이러한 정상, 배터리 작동 또는 독립형임)으로 다시 들어간다.
단계 104에서, 주요 전력이 유효한 것으로 결정되면(그리고 단계 102에서, 배터리가 사용하기에 안전하지만 충전이 필요한 것으로 결정되면), 액추에이터 제어 모듈은 단계 106에서, 배터리 팩의 충전을 시작한다. 배터리 충전 프로세스 흐름 루프 내에서, 액추에이터 제어 모듈은 단계 108에서 주요 전력을 다시 한번 확인하고, 단계 110에서 모든 배터리 안전 검사가 통과하는지 여부도 다시 확인한다. 주요 전력이 정상이고 배터리 안정성이 모두 통과하면, 배터리 팩 충전 프로세스 흐름이 단계 112로 이동한다.
단계 112에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리 전지의 온도 및 주위 온도를 나타내는 온도 센서 데이터로부터 수신한다. 그런 다음 감지된 온도를 미리 결정된 높은 임계값과 비교한다. 미리 결정된 높은 임계값과 비교하여, 배터리 팩 온도가 너무 높은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 단계 114에서 배터리 팩에 대한 충전 전류를 감소시킨다. 프로세스의 이 부분은 반복적이며, 배터리 팩 온도가 높은 임계값 미만 및/또는 미리 결정된 범위 내로 결정될 때까지, 단계적으로 반복될 수 있다.
다음으로, 단계 116에서, 액추에이터 제어 모듈은 현재 배터리 팩 온도를 미리 결정된 낮은 1차 임계값과 비교한다. 미리 결정된 낮은 1차 임계값과 비교하여, 배터리 팩 온도가 너무 낮은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 단계 118에서 배터리 팩 히터를 켜도록 구성된다. 다시 한번, 프로세스 흐름의 이러한 부분은 반복적일 수 있고, 배터리 팩 온도가 높은 임계값과 낮은 1차 임계값 사이에 정의된 온도 범위 내에 있는 것으로 결정될 때까지 반복될 수 있다.
본 발명의 실시 형태들에 따르면, 충전 방식은 배터리 팩의 수명/저하 정도에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 단계 119a에서, 배터리 수명 로그가 주기적으로 업데이트된다. 단계 119b에서, 제어 모듈은 수명 로그를 미리 결정된 벤치마크 프로파일(benchmark profile)에 대해 비교한다. 단계 119c에서, 배터리 팩이 이의 수명이 거의 시작된 것으로 결정되면, 미리 결정된 저전압으로 충전되고(단계 119d), 반면에, 이의 수명이 거의 시작되지 않은 것으로 결정되면(단계 119d), 미리 결정된 고전압으로 충전된다(단계 119e).
배터리 팩의 충전 동안, 단계 121에서, 제어 모듈은 전압 측정 및/또는 쿨롱 카운트 측정과 같은 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 전압계(voltmeter) 및/또는 전류계(ammeter)로부터 수신한다. 그런 다음 제어 모듈은 이들 측정치를 미리 결정된 제1 충전 임계값과 비교한다. 제1 충전 임계값은 예를 들어 배터리 전력만으로 액추에이터를 페일 세이프로 적어도 두번으로 이동하는 것과 같이 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 수행하는데 필요한 충전 레벨이다. 즉, 배터리 팩은 배터리 전력만으로 적어도 2개의 셧다운 이벤트를 수행할 수 있다. 액추에이터가 밸브를 움직이는 경우, 페일 세이프 위치는 밸브의 평상시 개방 또는 닫힘 위치일 수 있다.
측정된 충전 레벨이 미리 결정된 제1 충전 임계값 이상인 경우, 제어 모듈은 시스템 플래그(이중 버퍼 플래그(double buffer flag)라고 함)를 설정하고, 이는 시스템의 나머지 부분에 배터리 상태를 표시한다(단계 127).
제1 셧다운 이벤트는 일반적으로 제어 모듈이 주요 전력의 손실을 감지하면 발생한다. 그런 다음 시스템은 주요 작동에서 배터리 전력 작동으로 전환하여 배터리 셧다운 이벤트를 수행한다. 배터리 셧다운 이벤트는 배터리 전력만으로 액추에이터를 페일 세이프 위치로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 이중 버퍼 플래그가 존재하는 경우, 제1 셧다운 이벤트 후 제어 모듈은 주요 전력이 복귀되고 사용하기에 안전할 때 감지한 다음 주요 전력 하에서 작동을 다시 시작한다. 이러한 시점에서, 필요한 경우(예를 들어, 추가 주요 전력 중단), 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료할 수 있을 만큼 배터리가 충분히 충전된다.
주요 전력 하에서 작동이 재개되면, 배터리도 주요 전력을 사용하여 동시에 재충전을 시작할 수 있다. 시스템은 정상 액추에이터 작동을 재개하기 전 배터리가 충분히 충전될 때까지 기다릴 필요가 없다. 정상적으로, 배터리는 재충전하는데 수십 분 또는 몇 시간이 걸릴 수 있으며, 이 시간 동안 액추에이터 작동은 일반적으로 방지된다. 배터리 전력만으로 적어도 2개의 셧다운 이벤트를 수행할 수 있다는 것은 제1 셧다운 이벤트 후 배터리 팩이 다른 셧다운 작동을 수행할 준비가 되기 전에 재충전을 기다릴 필요가 없다는 것을 의미한다. 이는 작동 중단 시간을 줄이는데 도움이 되며, 이는 차례로 작동 중단 기간 동안 일반적으로 발생하는 생산 및 재정적 손실을 최소화하는데 도움이 될 수 있다.
또한, 주요 전력 하에서 작동이 재개될 때 적어도 제2 셧다운 이벤트를 완료하기에 배터리에 충전이 충분하기 때문에, 배터리의 동시 재충전은 훨씬 더 느리고 여유로운 속도로 발생할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 셧다운 이벤트 후 배터리를 빠르게 재충전하는 것이 가능하지만, 이는 배터리 수명이 단축되고 배터리의 사용 가능한 온도 범위를 제한되게 한다. 또한, 배터리 팩이 최적 온도 범위를 벗어난 경우, 배터리 팩이 최적 온도 범위 내에 있을 때까지 배터리 팩의 동시 재충전이 지연될 수 있다. 더 느린 충전율과 배터리 팩이 최적의 온도 범위 내에 있을 때까지 충전을 지연하는 것은 배터리 수명을 보존 및 연장하는데 도움이 될 뿐만 아니라, 극한의 온도 범위에서도 작동할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 액추에이터 및 배터리 팩은 훨씬 더 넓은 범위의 환경에서 사용될 수 있다.
단계 121에서 배터리 충전이 적어도 2개의 셧다운 이벤트를 완료하기에 충분하지 않다고 결정되면, 제어 모듈에 의해 설정된 임의의 이전 이중 버퍼 플래그가 지워진다(단계 129). 이는 시스템에 단일 셧다운 이벤트에 대한 충분한 충전만이 있으며, 배터리 셧다운 이벤트가 발생하면, 더 이상의 셧다운 이벤트를 수행하기에 배터리에 충분한 충전량이 남아 있지 않음을 알려준다.
제어 모듈은 또한 측정된 충전 레벨을 미리 결정된 제2 충전 임계값과 비교한다. 제2 충전 임계값은 배터리 전력만으로 단일 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 충전 레벨이다. 주요 전력이 유효하고 사용하기에 안전한 것으로 결정되며 측정된 충전 레벨이 미리 결정된 제2 충전 레벨보다 낮아, 단일 배터리 셧다운 이벤트를 균일하게 할 수 있는 배터리 팩의 충전 레벨이 낮다면, 제어 모듈은: 주요 전력에서 정상 액추에이터 작동을 재개할지 또는 배터리가 주요 전력에 의해 적어도 제1 미리 결정된 레벨로 재충전될 때까지 액추에이터 작동을 방지할지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
위에서 설명된 충전 및 온도 감지/관리 프로세스는 단계 120에서 충전 회로에서 충전 종료 신호가 감지될 때까지 반복되고 계속된다. 이 시점에서, 액추에이터 제어 모듈은 단계 122에서 배터리 팩의 충전을 중지하고 다시 123단계에서 주요 전력이 정상인지 확인하도록 구성된다. 프로세스 흐름은 또한 단계 124에서 배터리 팩이 자체 방전되었는지 여부를 확인하고, 그렇다면 프로세스 흐름은 단계 106으로 돌아가고 액추에이터 제어 모듈은 배터리 팩의 충전을 시작한다.
따라서 요약하자면, 일단 배터리 팩의 상태가 단계 102에서 확인되면, 배터리 팩에 결함이 없는 경우(즉, 배터리 팩을 사용하기에 안전한 경우), 액추에이터 제어 모듈은 작동의 현재 모드에 의해 결정되는 바와 같이 요건에 따라 다음 단계를 결정할 것이다. 배터리 팩을 충전해야 하는 경우, 액추에이터 제어 모듈은 필요에 따라 배터리 팩을 충전하기 위해 정전류/정전압 공급원으로 전환한다. 전압 충전 레벨은 배터리 전지의 수명에 의해 결정 및 제어되며, 전류 레벨은 온도 및 사용자-설정된 충전 전력에 의해 결정된다.
배터리 팩 내에서 감지된 임의의 결함은 액추에이터 디스플레이 또는 액추에이터 자체 상태 릴레이 또는 액추에이터에 연결된 네트워크 시스템(유선 및/또는 무선)을 통해 단계 125에서 사용자에게 보고될 수 있다. 또한, 액추에이터 제어 모듈은 전술한 감지된 파라미터와 미리-설정된 사용자 구성을 기반으로 작동을 지속할지 여부를 결정할 수 있다.
배터리 충전 동안 그리고 그 이후에, 액추에이터는:
a) 배터리가 치명적인 결함을 보고하거나(이런 경우, 액추에이터 제어 모듈은 프로세스 흐름을 종료하고 보고/표시될 오류 신호를 생성함); 또는,
b) 유효한 주요 전력이 제거되거나; 유효한 셧다운 명령이 수신되고 주요 전력이 제거되거나; 또는 유효한 셧다운 명령이 수신되고 주요 전력이 존재하며 액추에이터가 우선적으로 배터리로 이동하도록 구성(이런 경우, 액추에이터 제어 모듈은 위에서 설명한 작동의 셧다운 모드로 들어감)되지 않으면, 배터리 팩과 관련 없이 정상적으로 작동된다.
충전 동안, 액추에이터 제어 모듈의 배터리 관리 기능은 배터리가 사용하기에 안전한지와 액추에이터가 실행되기에 안전한지 모니터링한다. 이러한 검사 중 하나가 실패하면, 오류 상태가 플래그된다. 액추에이터 제어 모듈은 또한 유효한 주요 전력이 손실되었는지 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되었는지 모니터링하고, 이들 조건 중 하나라도 충족되면, 액추에이터 제어 모듈이 위에서 설명한 셧다운 모드로 들어간다.
마지막으로, 배터리가 미리 정의된 전압 레벨에서 미리 정의된 전류 제한에 도달하면, 충전이 종료되어 충전 종료 신호가 생성되게 한다. 미리 정의된 전압 레벨은 배터리 수명과 주변 온도에 따라 달라질 수 있다. 이러한 시점에서, 배터리 관리 기능은 안정된 배터리 전압을 확인하고, 이는 미리 결정된 범위 이내이면, 배터리 팩은 충전이 필요한 것으로 판단될 때까지 전술한 유휴 상태로 들어간다. 이러한 기준이 충족되지 않으면, 배터리 관리 기능은 단계 106으로 돌아가고 충전 프로세스를 재개한다.
배터리 팩이 배터리 수명에 따라 달라질 수 있는 미리 정의된 전압 제한에 도달하면, 이전과 같이 충전이 종료된다. 이전과 마찬가지로, 이러한 시점에서 배터리 관리 기능은 안정된 배터리 전압을 확인한다.
이는 미리 결정된 기준을 충족하면, 배터리 팩은 충전이 필요하다고 결정될 때까지 위에서 언급한 유휴 상태로 들어간다. 기준이 충족되지 않으면, 배터리 관리 기능은 단계 106으로 돌아가 충전 프로세스를 재개한다.
배터리 팩이 단계 126에서 활성화될 때마다, 배터리 셧다운 이벤트 또는 배터리 작동 이벤트에서, 배터리 관리 기능은 방전 프로세스 흐름에 들어간다. 이러한 프로세스 흐름에서, 액추에이터 제어 모듈은 배터리 팩 온도를 다시 한번 모니터링하지만, 이러한 경우 낮은 온도, 즉 낮은 1차 임계값(예를 들어, 0 ℃) 및 낮은 2차 임계값(예를 들어, -30 ℃)에 대해서만 보상한다. 단계 132에서, 배터리 관리 기능은 온도가 낮은 1차 임계값 미만인지를 결정하기 위해 검사한다. 그렇다면, 이는 단계 134에서 히터가 켜지게 한다. 다음으로, 배터리 팩을 가로지르는 전지 임피던스를 결정한다. 그렇다면, 배터리 팩을 분리하고 단계 130에서 방전을 중지한다. 그렇지 않다면, 프로세스 흐름은 단계 126으로 돌아가고 배터리 팩은 계속해서 사용될 수 있다.
물론, 배터리 팩 및 관련된 능동 배터리 관리 프로세스 흐름의 또 다른 중요한 이점은 통합 배터리를 갖는 전술한 종래 밸브 액추에이터에 제공되는 단일 수동 셧다운 또는 페일 세이프 모드보다는, 여러 작동 모드 중 선택된 하나로 작동될 수 있다는 사실이다.
셧다운 모드에서, 액추에이터는 주요 전력이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어지거나 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신될 때까지 정상 주요 공급 전기 액추에이터로 작동한다. 이는 위에서 설명한 바와 같이, 이벤트와 셧다운 액션 사이에 구성 가능한 시간 지연이 있거나 없을 수 있다. 그런 다음 액추에이터는 주요 전력 레벨 및/또는 셧다운 명령의 특성에 기초하여, 이전에 설명된 주요 전력 셧다운 이벤트 또는 배터리 셧다운 이벤트를 시작하도록 결정한다.
배터리 작동 모드에서, 주요 전력(그리드 또는 재생 가능 에너지 공급원인지 여부)은 액추에이터의 주변 시스템을 실행하고 배터리 팩을 충전하는데 사용된다. 밸브가 이동될 때, 배터리 팩은 방전되어 액추에이터 모터를 작동한 다음 이동 사이에 재충전된다. 이는 배터리 작동 이벤트로 추가로 설명된다. 그렇게 구성된 경우 주요 전력이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어지거나 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되면 액추에이터가 추가 배터리 셧다운 이벤트를 시작할 수 있다. 이는 위에서 설명한 바와 같이 이벤트와 셧다운 액션 사이에 구성 가능한 시간 지연이 있거나 없을 수 있으며 주요 전력이 있거나 없을 수 있다.
아래에 설명된 독립형 모드는 배터리 작동 모드와 여러 면에서 유사하고, 여기서 추가 하드웨어가 제공되어 재생 가능한 에너지 공급원에서 직접 최적화된 공급을 허용하고 센서와 같은 추가 주변 장치를 연결할 수 있다. 일반적으로 태양광 패널로부터 유래된 전력은 액추에이터의 주변 시스템을 실행하고 배터리 팩을 충전하는데 사용된다. 이를 독립형 이벤트라고 한다. 밸브를 이동해야 할 때, 배터리 팩은 액추에이터 모터를 작동하기 위해 방전된 다음 이동 사이에 재충전된다. 이는 배터리 작동으로 추가로 설명될 것이다. 그렇게 구성된 경우, 주요 전력이 미리 결정된 임계값 아래로 떨어지고 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되며 및/또는 배터리가 미리 결정된 레벨로 방전되면 액추에이터는 배터리 셧다운 이벤트를 추가로 시작할 수 있다. 이는 위에서 설명한 바와 같이 이벤트와 셧다운 액션 사이에 구성 가능한 시간 지연이 있거나 없을 수 있다.
이러한 추가 작동 모드가 이제 더 자세히 설명될 것이다.
배터리 작동 모드에서, 액추에이터 제어 모듈은 전기-기계 액추에이터를 실행하는데 필요한 전력보다 덜 강력한 전기 공급으로부터 밸브를 작동시킬 수 있다. 주요 전력(그리드 또는 재생 가능 에너지원으로부터 인지 여부)은 주변 시스템을 실행하고 배터리 팩을 충전하는데 사용된다. 밸브가 이동될 필요가 있을 때, 배터리 팩은 배터리 작동 이벤트로서 본 발명에 설명된 액추에이터를 작동시키기 위해 단계(126)에서 방전된다. 이러한 작동 모드에서, 액추에이터 모터가 작동되어야 할 때 자동 웨이크 업 신호(automatic wake up signal)가 생성되면서, 배터리 팩으로 들어가는 충전을 최대화하기 위해 소위 딥 슬립 모드(deep sleep mode; 아래에 설명됨)가 이용될 수 있다. 단계 128에서, 배터리 팩 전압이 미리 정의된 차단 전압보다 낮은 것으로 결정되면, 액추에이터 제어 모듈은 단계 130에서 배터리를 분리하고 오류가 플래그된다.
배터리 작동 이벤트를 활성화하기 위해, 배터리 관리 기능은 충전 모드에서 배터리 팩을 충전하는데 사용할 수 있는 주요 전력을 사용하고, 모든 경우에 배터리 팩을 사용하여 액추에이터를 이동시킨다. 이러한 경우에서, 액추에이터가 실행되기를 원할 때, 액추에이터 제어 모듈은 다음을 확인한다:
a) 배터리가 충분히 충전되어 있음;
b) 액추에이터가 딥 슬립 모드에서 벗어났음;
c) 배터리는 사용하기에 안전함; 및
d) 액추에이터는 실행하기에 안전함.
이러한 모든 조건이 충족되면 액추에이터는 임의의 설정 위치에서 임의의 다른 설정 위치로 실행된다. 유효한 입력부는 디지털 신호, 아날로그 레벨 또는 네트워크 명령이다.
배터리 또는 액추에이터에 오류가 있는 경우, 오류가 보고되고 액추에이터는 작동을 방지할 만큼 심각한지 여부를 결정한다. 배터리 충전량이 충분하지 않으면 이는 충전량이 충분할 때까지 작동을 방지한다.
배터리 팩을 충전하면서 배터리 팩이 액추에이터를 이동하는데 사용되지 않도록, 프로세스 흐름은 단계 102 및 104로 돌아간다. 주요 전력이 충분하다면, 배터리를 사용하기에 안전하고, 액추에이터는 실행하기에 안전하며, 배터리는 충전이 필요하고, 액추에이터 제어 모듈은 단계 106에서 배터리 팩 충전을 시작한다. 배터리 충전 동안, 그렇게 구성된 경우 액추에이터는 절전(또는 최대 절전) 모드로 들어가고 배터리 팩은 유효한 이동 명령이 수신될 때까지 사용되지 않는다. 배터리 팩은 배터리가 심각한 결함을 보고하지 않는 한(이런 경우, 오류 상태가 플래그되고 시스템이 실행되지 않음), 유효한 주요 전력이 제거되지 않거나(이런 경우, 시스템은 위에서 설명한 배터리 셧다운 이벤트로 들어감) 또는 유효한 이동 명령이 수신된다(이런 경우, 액추에이터는 위에서 설명한 바와 같이 임의의 설정 위치로부터 임의의 다른 설정 위치로 실행됨). 이들 파라미터는 충전 프로세스 전반에 걸쳐 모니터링된다.
전술한 배터리 작동 모드는 주요 전력 시스템 및/또는 재생 가능한 에너지원, 예를 들어 태양광, 풍력 및/또는 수력으로부터 공급되는 시스템에서 이용될 수 있다. 따라서, 소위 독립형 작동 모드도 고안되며, 이제 이에 대해 더 자세히 설명한다. 독립형 작동 모드는 배터리 작동 모드의 작동과 매우 유사하며, 배터리 작동 및 배터리 셧다운 이벤트는 작동 시 동일하다. 핵심 차이점은 전력원이고 액추에이터에 의해 전력이 공급되는 로컬 센서로부터 프로세스를 결정하는 능력 및/또는 이동 명령이 다시 액추에이터에 무선으로 전송되도록 제어 센터에 무선으로 정보를 통신하는 능력이다.
독립형 작동 모드에서, 밸브 액추에이터는 예를 들어 태양광 패널 또는 풍력 발전기에서 유래된 일관되지 않은 전력 공급부를 사용하여 전력이 공급될 수 있다. 이들 공급원으로부터의 전력은 액추에이터에 직접 공급될 수 있으며, 적절한 주요 전력 공급부를 제공할 수 없는 적용에서 주요 전력 공급부 대신 사용될 수 있다. 액추에이터 제어 모듈은 에너지 공급부를 관리하고 배터리 팩에 에너지를 저장한다. 액추에이터에 대한 전력 공급부는 주변 시스템을 실행하고 전력이 충분할 때 배터리를 충전하며, 그런 다음 배터리 팩이 명령을 받았을 때 및/또는 전력이 충분하지 않은 경우 액추에이터 모터 및 다른 시스템에 전력을 공급한다. 전술한 바와 같이, 배터리 관리 기능은 배터리로 가는 충전량을 최대화하기 위해 배터리를 소위 딥 슬립 모드로 전환하여 필요할 때만 일어나게 할 수 있다. 모든 다른 모드에서와 마찬가지로, 상태는 유선 또는 무선으로 시각적으로 보고될 수 있으며, 이러한 경우, 장치는 제3자 센서에 직접 연결되고 사용자-설정 지점을 기반으로 정보를 처리할 수 있다.
전력원은 제3자 태양광 패널을 통한 태양광 방사일 수 있다. 액추에이터는 전력 지점 추적을 통해, 태양광 패널 또는 다른 공급원의 출력을 제어 및 최적화하고 최종 전기 공급을 액추에이터 배터리 팩으로 공급할 수 있다. 이러한 시스템의 주요 이점은 태양광 패널 어레이가 액추에이터 모터를 직접 구동할 필요가 없기 때문에 배터리를 축전지로 사용하여 모터를 구동하고 어둠이나 그림자로 인한 햇빛에서의 간격을 메우는 것이다. 작동 방법은 배터리 작동 모드에 따라야 한다.
기능 면에서, 기존의 유선 명령 및 네트워크 외에도 유효한 신호가 무선으로 수신된다. 액추에이터는 동일한 무선 통신을 통해 상태 정보로 응답할 수 있다. 이는 완전히 독립형 해결책을 가능하게 한다.
이러한 마지막 양태는 압력 센서와 같은 외부 센서의 부착이다. 이를 통해 액추에이터는 내부 프로세스 결정을 내리고 중앙 제어 설정 지점을 참조하거나 참조하지 않고 이의 자체 설정 지점을 변경할 수 있다. 프로세스가 설정된 파라미터를 벗어나면 액추에이터는 유선 또는 무선 통신을 통해 제어 장치에 경고 메시지를 보낼 수 있다.
예를 들어, 태양광 패널의 고장으로 인해 전력이 완전히 손실된 경우, 액추에이터는 임의의 위치로부터 미리-설정된 안전한 위치로 이동하여 전술한 배터리 셧다운 이벤트에서 유선 또는 무선으로 경보를 보고한다.
당업자는 전술한 설명으로부터 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 설명된 실시 형태들에 대한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (27)

  1. - 액추에이터 모터;
    - 제어 모듈;
    - 외부 전력 공급부를 수신하기 위한 입력부; 및
    - 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부와 전기적으로 연결될 수 있는 배터리 팩;을 포함하고,
    상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 제어 모듈은:
    - 상기 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 수신하고;
    - 상기 측정된 충전 레벨을 배터리 전력만으로 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 충전 레벨과 비교하며, 여기서 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 페이 세이프 위치로 이동시키는 것을 포함함; 그리고,
    - 상기 측정된 충전 레벨이 미리 결정된 충전 레벨 이상인 경우, 상기 액추에이터 장치와 관련된 다른 내부 구성 요소에 상기 배터리 상태를 표시;하도록 구성되고,
    후속 액추에이터 장치 작동 동안, 상기 제어 모듈은:
    - 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하고, 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정되면, 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 셧다운 이벤트를 지시하여, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기 위해 상기 배터리에 충전이 충분하도록 하고; 그리고
    - 상기 외부 전력 공급부가 유효하게 될 때를 후속적으로 감지하고, 상기 외부 전력 공급부 하에서 액추에이터 장치 작동을 재개하는 동시에, 상기 배터리 팩을 적어도 미리 결정된 충전 레벨로 재충전;하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    모터 구동 액추에이터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 측정된 충전 레벨이 배터리 전력만으로 단일 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 제2 충전 레벨 미만인 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정된 배터리 충전 레벨을 나타내는 데이터는 전압 및/또는 쿨롱 카운트 측정치를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 모듈은:
    - 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고;
    - 상기 배터리 팩의 충전 상태 및/또는 상황을 나타내는 데이터를 수신하며; 그리고,
    - 상기 외부 전력 공급부가 유효하고 존재하는 것으로 결정되며 상기 배터리 팩을 충전해야 하는 경우 상기 배터리 팩을 상기 외부 전력 공급부로부터 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
    - 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 수신하고;
    - 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제1 임계 온도와 비교하며; 그리고,
    - 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제1 임계 온도보다 높으면, 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시켜 상기 배터리 팩의 수명을 연장;하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 측정된 온도가 미리 결정된 제1 온도보다 높으면, 상기 제어 모듈은 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제1 임계 온도 이하일 때까지 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 가열 장치를 더 포함하고; 상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
    - 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제2 임계 온도와 비교하고; 그리고,
    - 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제2 임계 온도보다 낮으면, 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 제2 임계 온도 이상일 때까지 적어도 하나의 가열 장치가 켜지도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 정의된 제어 프로세스에 따라 상기 액추에이터 모터의 선택적 구동을 제어하고; 그리고,
    - 원격 위치로부터, 상기 제어 프로세스를 업데이트 및/또는 변경하도록 구성되는 데이터를 수신;하도록 구성되는 통합 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 배터리 팩 충전 레벨, 배터리 팩 상태 및/또는 결함을 사용자에게 전달하도록 구성되고; 상기 배터리 팩 충전 레벨, 배터리 팩 상태 및/또는 결함은 로컬 디스플레이를 통해 사용자에게 표시 및/또는 네트워크를 통해 및/또는 모니터링을 위한 개별 신호를 통해 원격 위치로 디지털 방식으로 전달되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 배터리 셧다운 이벤트에 추가하여 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션으로 작동하도록 구성가능하고; 상기 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션은 배터리 작동과 독립형 모드; 및 주요 셧다운과 배터리 작동 이벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 제어 모듈이 상기 배터리 팩에서의 결함 상태를 결정하는 경우 액추에이터 장치의 작동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 배터리 작동 모드에서, 상기 제어 모듈은 상기 배터리 팩이 이동 명령을 수신할 때까지 상기 외부 전력 공급부에 의해 충전되게 하는 것을 포함하여, 상기 외부 전력 공급부가 상기 액추에이터 장치의 임의의 보조 시스템을 작동하도록 구성되고; 그리고 상기 이동 명령에 응답하여, 상기 제어 모듈은 배터리 작동 이벤트의 형태로 상기 배터리 팩으로부터의 전력 하에서 상기 액추에이터 장치를 이동시켜, 상기 배터리 팩이 방전되게 하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터, 상기 제어 모듈, 및 상기 배터리 팩 중 하나 이상은 액추에이터 하우징 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
  15. - 배터리 관리 모듈;
    - 액추에이터 모터;
    - 외부 전력 공급부를 수신하기 위한 입력부; 및,
    - 상기 액추에이터 모터를 선택적으로 구동하기 위해 전기적으로 연결되고, 충전을 위해 상기 외부 전력 공급부와 전기적으로 연결될 수 있는 배터리 팩;을 포함하고,
    상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 제어 모듈은:
    - 상기 배터리 팩의 측정된 충전 레벨을 나타내는 데이터를 수신하고;
    - 상기 측정된 충전 레벨을 배터리 전력만으로 적어도 2개의 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 충전 레벨과 비교하며, 여기서 배터리 셧다운 이벤트는 상기 액추에이터 장치를 페이 세이프 위치로 이동시키는 것을 포함함; 그리고,
    - 상기 측정된 충전 레벨이 미리 결정된 충전 레벨 이상인 경우, 상기 액추에이터 장치와 관련된 다른 내부 구성 요소에 상기 배터리 상태를 표시;하도록 구성되고,
    후속 액추에이터 장치 작동 동안, 상기 배터리 관리 모듈은:
    - 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하고, 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정되면, 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 셧다운 이벤트를 지시하여, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하기 위해 상기 배터리에 충전이 충분하도록 하고; 그리고
    - 상기 외부 전력 공급부가 유효하게 될 때를 후속으로 감지하고, 상기 외부 전력 공급부 하에서 액추에이터 장치 작동을 재개하는 동시에, 상기 배터리 팩을 적어도 미리 결정된 충전 레벨로 재충전;하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    모터 구동 액추에이터 장치용 배터리 관리 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 측정된 충전 레벨이 배터리 전력만으로 단일 배터리 셧다운 이벤트를 완료하는데 필요한 미리 결정된 제2 충전 레벨보다 작은 경우 액추에이터 장치 작동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 측정된 배터리 충전 레벨을 나타내는 데이터는 전압 및/또는 쿨롱 카운트 측정치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은:
    - 상기 외부 전력 공급부의 상태를 나타내는 데이터를 수신하고;
    - 상기 배터리 팩의 충전 상태 및/또는 상황을 나타내는 데이터를 수신하며; 그리고,
    상기 외부 전력 공급부가 유효하고 존재하는 것으로 결정되며 상기 배터리 팩이 충전되는 것을 필요로 하는 경우 상기 배터리 팩이 상기 외부 전력 공급부로부터 충전;되게 하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 장치는 상기 배터리 팩과 관련된 적어도 하나의 온도 감지 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 충전 동안:
    - 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 적어도 하나의 온도 감지 장치로부터 수신하고;
    - 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제1 임계 온도와 비교하며; 그리고,
    - 상기 측정된 온도가 미리 결정된 제1 임계 온도보다 높으면, 상기 외부 전원 공급부로부터 상기 배터리 팩으로 전달되는 충전 전류를 감소시켜 상기 배터리 팩의 수명을 연장하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은 배터리 셧다운 이벤트에 추가하여, 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션 중 선택된 하나로 작동하도록 구성 가능하고; 작동의 복수의 모드, 이벤트 및 액션은 배터리 작동과 독립형 모드; 및 주요 셧다운과 배터리 작동 이벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 팩의 충전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 측정된 수명 및 전지 임피던스를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 미리 결정된 성능 프로파일과 비교하며, 상기 측정된 전지 임피던스가 미리 결정된 프로파일보다 크면, 상기 충전 전압이 감소되게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  23. 제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 팩의 방전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정된 온도를 미리 결정된 임계 온도와 비교하며, 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 임계 온도보다 작으면 상기 방전 전압 하한이 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 팩의 방전 동안, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩과 관련된 측정된 온도를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 측정된 온도를 미리 결정된 제2 임계 온도와 비교하며, 상기 측정된 온도가 상기 미리 결정된 온도보다 낮은 경우, 상기 배터리 팩과 관련된 가열 장치가 켜지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  25. 제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 외부 전력 공급부의 유효성을 감지 및 결정하도록 구성되며; 그리고
    (i) 상기 외부 전력 공급부가 유효하고 유효한 셧다운 명령이 수신되면, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 외부 전력 공급부가 효과적이게 하며; 그리고,
    (ii) 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않거나 유효하지 않은 것으로 결정, 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신 및/또는 주요 전력 셧다운 이벤트가 진행 중인 경우, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 상기 외부 전력 공급부로부터 상기 배터리가 방전되게 하는 배터리 셧다운 이벤트로 전환되어, 적어도 하나의 추가 배터리 셧다운 이벤트를 완료하도록 상기 배터리에 충분히 충전되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  26. 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 외부 전력 공급부가 유효하지 않은 것으로 결정 및/또는 유효한 셧다운 명령이 수신되지 않는 한 상기 배터리 팩이 유휴 상태 또는 충전 상태인 상태로 상기 모터-구동 액추에이터 장치가 정상적으로 작동할 수 있어, 셧다운 이벤트로 전력이 공급되는 외부 전력 공급부 또는 배터리 셧다운 이벤트가 이에 따라 영향을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  27. 제15항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터 및/또는 상기 배터리 팩은 액추에이터 하우징 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
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