RU2816698C2 - Drive mechanism with built-in battery - Google Patents
Drive mechanism with built-in battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816698C2 RU2816698C2 RU2021131375A RU2021131375A RU2816698C2 RU 2816698 C2 RU2816698 C2 RU 2816698C2 RU 2021131375 A RU2021131375 A RU 2021131375A RU 2021131375 A RU2021131375 A RU 2021131375A RU 2816698 C2 RU2816698 C2 RU 2816698C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- power supply
- external power
- control module
- drive device
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 25
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 22
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 14
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 22
- 230000006870 function Effects 0.000 description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000032953 Device battery issue Diseases 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002618 waking effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Настоящее изобретение в целом относится к приводному устройству, приводимому в действие двигателем, такому как привод клапана, включающему в себя встроенную батарею.The present invention generally relates to a motor driven drive device, such as a valve drive, including a built-in battery.
Уровень техникиState of the art
Питание приводного механизма, приводимого в действие двигателем, такого как привод клапана, обычно поступает от сети переменного тока. Однако известно применение в таких приводах питания от резервной (часто внешней) батареи для обеспечения бесперебойной работы клапана благодаря использованию энергии от батарейного источника в случае сбоя в электросети переменного тока. Таким образом, такие приводы при нормальных условиях питания работают от местного источника переменного тока. Однако в случае потери этого источника питания привод автоматически переключается на получение питания от батареи, что позволяет перевести клапан в заданное (часто извне) положение бесперебойной работы.Power for a motor-driven actuator, such as a valve actuator, typically comes from AC power. However, such actuators are known to be powered by a backup (often external) battery to ensure uninterrupted operation of the valve by utilizing power from the battery source in the event of an AC power failure. Thus, such drives, under normal power conditions, operate from a local AC source. However, if this power source is lost, the actuator automatically switches to battery power, allowing the valve to be moved to a predetermined (often externally) uninterrupted operating position.
Однако для зарядки таких батарей обычно требуется некоторое время, например десятки минут или часов, и в течение этого времени работа привода, как правило, будет невозможна. Этот простой часто приводит к значительным производственным и финансовым потерям.However, charging such batteries usually requires some time, such as tens of minutes or hours, and during this time the drive will generally not be able to operate. This downtime often results in significant production and financial losses.
Одно из решений состоит в обеспечении средств быстрой перезарядки батареи по завершении работы от батареи, чтобы минимизировать время простоя. Однако это приводит к сокращению срока службы батареи. Существуют также значительные ограничения рабочего диапазона температур батареи, что ограничивает возможности использования привода, содержащего батарею, в различных средах.One solution is to provide a means of quickly recharging the battery upon completion of battery operation to minimize downtime. However, this results in shorter battery life. There are also significant limitations on the battery's operating temperature range, which limits the ability of the battery-containing drive to be used in a variety of environments.
Задачей настоящего изобретения в вариантах его осуществления является решение по меньшей мере некоторых из этих проблем.It is the object of the present invention, in its embodiments, to solve at least some of these problems.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено приводное устройство, приводимое в действие двигателем, содержащее:According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor driven drive device comprising:
- приводной двигатель;- drive motor;
- модуль управления;- control module;
- вход для приема внешнего подвода питания и- input for receiving external power supply and
- электрически присоединенную аккумуляторную батарею для выборочного приведения в действие приводного двигателя, выполненную с возможностью электрического присоединения к внешнему подводу питания для зарядки;- an electrically connected battery for selectively driving the drive motor, configured to be electrically connected to an external power supply for charging;
при этом модуль управления во время зарядки аккумуляторной батареи выполнен с возможностью:In this case, the control module while charging the battery is configured to:
- принимать данные, характеризующие измеренный уровень заряда аккумуляторной батареи;- receive data characterizing the measured battery charge level;
- сравнивать измеренный уровень заряда с заданным уровнем заряда, необходимым для завершения по меньшей мере двух событий отключения батареи при питании от одной только батареи, при этом событие отключения батареи включает в себя переход приводного устройства в положение бесперебойной работы; и,- compare the measured charge level with a predetermined charge level required to complete at least two battery shutdown events when powered by the battery alone, wherein the battery shutdown event includes the drive device transitioning to a non-interruptible operating position; And,
- если измеренный уровень заряда равен заданному уровню заряда или превышает его, указывать состояние батареи другим компонентам, связанным с приводным устройством;- if the measured charge level is equal to or greater than the specified charge level, indicate the battery status to other components associated with the drive device;
при этом модуль управления во время последующей работы приводного устройства выполнен с возможностью:wherein the control module, during subsequent operation of the drive device, is configured to:
- обнаруживать и определять допустимость внешнего подвода питания и, если внешний подвод питания определен как недопустимый, выдавать инструкцию на событие отключения батареи, вызывающее разрядку батареи, при том что в батарее все еще будет достаточно заряда для завершения по меньшей мере еще одного события отключения батареи; и- detect and determine the validity of the external power supply and, if the external power supply is determined to be invalid, issue an instruction for a battery disconnection event causing the battery to discharge while there will still be enough charge in the battery to complete at least one more battery disconnection event; And
- впоследствии обнаруживать, когда внешний подвод питания становится допустимым, и возобновлять работу приводного устройства от внешнего подвода питания при одновременной подзарядке аккумуляторной батареи по меньшей мере до заданного уровня заряда.- subsequently detect when the external power supply becomes acceptable and resume operation of the drive device from the external power supply while simultaneously recharging the battery to at least a predetermined charge level.
Допустимый внешний источник питания представляет собой тот, который присутствует, и обеспечивает заданный уровень мощности, необходимый или превышающий необходимый для приведения в действие приводного двигателя, выполнения любых вспомогательных функций приводного устройства и зарядки аккумуляторной батареи (при необходимости). Недопустимый внешний подвод питания представляет собой тот, который отсутствует или не обеспечивает заданный уровень мощности.A valid external power source is one that is present and provides the specified level of power necessary or greater than that required to operate the drive motor, perform any auxiliary functions of the drive unit, and charge the battery (if necessary). An invalid external power supply is one that is missing or does not provide the specified power level.
Событие отключения батареи может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Приводное устройство может перейти в положение бесперебойной работы путем приведения в действие приводного двигателя в направлении положения бесперебойной работы при питании от одной только батареи.A battery disconnect event may cause the drive unit to transition to a fail-safe state when powered by battery power alone. The driving device can move to the fail-safe state by driving the drive motor in the direction of the fail-safe position when powered by battery power alone.
Заданный уровень заряда может быть достаточным для завершения трех, четырех или более событий отключения батареи при питании от одной только батареи.The specified charge level may be sufficient to complete three, four, or more battery shutdown events when powered by battery power alone.
Одно или более из следующего: приводной двигатель, модуль управления и аккумуляторная батарея могут быть расположены в корпусе привода. В корпусе привода могут быть образованы одна или более оболочек.One or more of the following: a drive motor, a control module, and a battery may be located in the drive housing. One or more shells may be formed within the drive housing.
Приводное устройство может дополнительно содержать передачу, выполненную с возможностью соединения приводного двигателя с внешним устройством, подлежащим приведению в действие. Передача может быть расположена в корпусе привода. Передача может содержать вал и может быть выполнена с возможностью соединения приводного устройства с внешним устройством посредством этого вала. Вал может приводиться в движение приводным двигателем через редуктор. Приводной двигатель может быть реверсивным электродвигателем. Внешним устройством может быть клапан. Внешним устройством может быть заслонка.The drive device may further comprise a transmission configured to connect the drive motor to an external device to be driven. The transmission may be located in the drive housing. The transmission may include a shaft and may be configured to connect the drive device to an external device via the shaft. The shaft can be driven by a drive motor through a gearbox. The drive motor may be a reversible electric motor. The external device may be a valve. The external device may be a damper.
В вариантах осуществления модуль управления может быть выполнен с возможностью предотвращения работы приводного устройства, если измеренный уровень заряда меньше второго заданного уровня заряда, необходимого для завершения одного события отключения батареи.In embodiments, the control module may be configured to prevent operation of the drive device if the measured charge level is less than a second predetermined charge level required to complete one battery shutdown event.
Данные, характеризующие измеренный уровень заряда батареи, могут включать в себя значения измерения напряжения и/или электрического заряда.Data indicative of the measured battery charge level may include voltage and/or electrical charge measurement values.
Модуль управления может быть дополнительно выполнен с возможностью:The control module can be additionally configured to:
- принимать данные, характеризующие состояние внешнего подвода питания;- receive data characterizing the state of the external power supply;
- принимать данные, характеризующие уровень и/или состояние заряда аккумуляторной батареи; и- receive data characterizing the level and/or state of charge of the battery; And
- вызывать зарядку аккумуляторной батареи от внешнего подвода питания, когда внешний подвод питания определен как допустимый и присутствующий, а аккумуляторная батарея требует зарядки.- cause the battery to be charged from an external power supply when the external power supply is determined to be valid and present and the battery requires charging.
Приводное устройство может дополнительно содержать по меньшей мере одно устройство для измерения температуры, связанное с аккумуляторной батареей.The drive device may further comprise at least one temperature measuring device coupled to the battery.
Модуль управления во время зарядки аккумуляторной батареи может быть дополнительно выполнен с возможностью:During battery charging, the control module can be additionally configured to:
- получать от указанного по меньшей мере одного устройства для измерения температуры данные, характеризующие измеренную температуру, связанную с аккумуляторной батареей;- receive from said at least one temperature measuring device data characterizing the measured temperature associated with the battery;
- сравнивать измеренную температуру с первой заданной предельной температурой и,- compare the measured temperature with the first set limit temperature and,
- если измеренная температура выше, чем первая заданная предельная температура, вызывать уменьшение зарядного тока, подаваемого от внешнего подвода питания на аккумуляторную батарею, чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи.- if the measured temperature is higher than the first set limit temperature, cause a reduction in the charging current supplied from the external power supply to the battery in order to extend the service life of the battery.
Модуль управления может быть выполнен с возможностью вызывать уменьшение зарядного тока, подаваемого от внешнего подвода питания на аккумуляторную батарею, до тех пор, пока измеренная температура не достигнет первой заданной предельной температуры или не опустится ниже, если измеренная температура выше, чем первая заданная температура.The control module may be configured to cause a decrease in the charging current supplied from the external power supply to the battery until the sensed temperature reaches a first predetermined limit temperature or falls below if the sensed temperature is higher than the first predetermined temperature.
Аккумуляторная батарея может содержать множество вторичных литий/никель-металлгидридных/никель-кадмиевых элементов, скомпонованных и выполненных с возможностью использования во взрывозащищенных средах.The battery may comprise a plurality of secondary lithium/nickel metal hydride/nickel cadmium cells arranged and configured for use in explosion-proof environments.
Приводное устройство может дополнительно содержать сбалансированную зарядную схему, а также схему, предназначенную для обеспечения защиты от перенапряжения, перегрузки по току и пониженного напряжения в отношении аккумуляторных элементов по сравнению с нормальными/целевыми уровнями напряжения и тока.The drive device may further include a balanced charging circuit as well as circuitry designed to provide overvoltage, overcurrent, and undervoltage protection to the battery cells relative to normal/target voltage and current levels.
Приводное устройство может дополнительно содержать по меньшей мере одно нагревательное устройство, связанное с аккумуляторной батареей. Модуль управления во время зарядки аккумуляторной батареи может быть дополнительно выполнен с возможностью:The drive device may further comprise at least one heating device coupled to the battery. During battery charging, the control module can be additionally configured to:
- сравнивать измеренную температуру со второй заданной предельной температурой и,- compare the measured temperature with the second set limit temperature and,
- если измеренная температура меньше второй заданной предельной температуры, вызывать включения указанного по меньшей мере одного нагревательного устройства до тех пор, пока измеренная температура не достигнет второй заданной предельной температуре или не поднимется выше.- if the measured temperature is less than the second predetermined limit temperature, cause the at least one heating device to be turned on until the measured temperature reaches the second predetermined limit temperature or rises above.
Модуль управления может быть дополнительно выполнен с возможностью задержки одновременной перезарядки аккумуляторной батареи до тех пор, пока температура аккумуляторной батареи не окажется между первой и второй заданными предельными температурами.The control module may be further configured to delay simultaneous recharging of the battery until the temperature of the battery is between the first and second predetermined temperature limits.
Внешний подвод питания может быть возобновляемым и/или улавливающим источником энергии.The external power supply may be a renewable and/or captured energy source.
Приводное устройство может дополнительно содержать вспомогательные системы. Вспомогательные системы могут содержать датчики и/или преобразователи, соединенные средствами проводной или беспроводной связи с удаленным местом для мониторинга условий процесса в отношении приводного устройства и передачи репрезентативных данных. Средства связи могут быть задействованы только в том случае, если требуется передавать данные в удаленное место или из него.The drive device may further comprise auxiliary systems. Ancillary systems may include sensors and/or transducers connected by wired or wireless communication to a remote location to monitor process conditions regarding the drive device and transmit representative data. Communications can only be used when data needs to be transferred to or from a remote location.
Внешний подвод питания может быть выполнен с возможностью запуска вспомогательных систем приводного устройства.The external power supply may be configured to run auxiliary systems of the drive device.
Внешний подвод питания может заряжать аккумуляторную батарею, которая может быть выполнена с возможностью запуска вспомогательных систем и выборочного приведения в действие приводного двигателя.The external power supply may charge the battery, which may be configured to start auxiliary systems and selectively drive the drive motor.
Приводное устройство может дополнительно содержать встроенный модуль управления, выполненный с возможностью:The drive device may further comprise a built-in control module configured to:
- управлять выборочным приведением в действие приводного двигателя в соответствии с заданным процессом управления и- control selective actuation of the drive motor in accordance with a given control process and
- принимать из удаленного места данные, конфигурация которых обеспечивает возможность обновления и/или изменения процесса управления.- receive data from a remote location, the configuration of which provides the ability to update and/or change the control process.
Модуль управления может быть выполнен с возможностью передачи пользователю информации об уровне заряда аккумуляторной батареи, состоянии и/или неисправностях аккумуляторной батареи. Данные об уровне заряда аккумуляторной батареи, состоянии и/или неисправностях аккумуляторной батареи (совместно именуемые здесь «данные») могут быть представлены пользователю на локальном дисплее, например, на экране дисплея привода. Локальный дисплей может дополнительно обеспечивать визуальную индикацию данных. Альтернативно или дополнительно данные могут быть переданы в цифровой форме в удаленное место для отслеживания, осуществляемого, например, системой управления. Цифровые данные могут передаваться удаленно через сеть (проводную и/или беспроводную). Альтернативно или дополнительно, данные могут передаваться дистанционно с использованием дискретных сигналов, например с использованием реле. Данные могут быть представлены в виде журнала данных.The control module may be configured to transmit information to the user about the battery charge level, condition and/or malfunctions of the battery. Data regarding battery charge level, battery status and/or fault conditions (collectively referred to herein as “data”) may be presented to the user on a local display, such as a drive display screen. The local display may further provide a visual indication of the data. Alternatively or additionally, the data may be transmitted digitally to a remote location for monitoring, such as by a control system. Digital data can be transmitted remotely via a network (wired and/or wireless). Alternatively or additionally, data may be transmitted remotely using discrete signals, such as using a relay. The data can be presented in the form of a data log.
Модуль управления может быть выполнен с возможностью работы во множестве режимов, событий и действий при работе в дополнение к событию отключения батареи. Множество режимов, событий и действий при работе могут включать в себя режимы отключения сети питания и батареи, режимы активации сети питания и батареи и автономный режим; а также события отключения сети питания и батареи, события активации сети и батареи, а также автономные события. Модуль управления может быть выполнен с возможностью предотвращать работу приводного устройства, если модуль управления определяет состояние неисправности в аккумуляторной батарее и/или определяет, что уровень заряда аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня отключения.The control module may be configured to operate in a variety of operating modes, events, and actions in addition to a battery disconnect event. The variety of operating modes, events, and actions may include mains and battery off modes, mains and battery activation modes, and standalone mode; as well as mains and battery disconnect events, mains and battery activation events, and offline events. The control module may be configured to prevent operation of the drive device if the control module determines a fault condition in the battery and/or determines that the battery charge level is below a permissible shutdown level.
Режимы активации и отключения сети питания обычно называют нормальными режимами работы. События активации и отключения сети питания обычно называют нормальными событиями работы.The mains activation and deactivation modes are commonly referred to as normal operating modes. Mains activation and shutdown events are commonly referred to as normal operating events.
Модуль управления в режимах отключения может быть выполнен с возможностью обеспечения перехода приводного устройства в положение бесперебойной работы, в частности до достижения любого другого среднего положения и/или любого другого предела перехода. Событие отключения батареи может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Событие отключения сети питания может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только сети питания.The control module in shutdown modes may be configured to ensure that the drive device transitions to the uninterrupted operation position, in particular before reaching any other middle position and/or any other transition limit. A battery disconnect event may cause the drive unit to transition to a fail-safe state when powered by battery power alone. A mains failure event may cause the drive unit to transition to a fail-safe state when powered by mains alone.
Модуль управления в режимах активации может быть выполнен с возможностью вызывать работу от внешнего подвода питания любых вспомогательных систем приводного устройства, в том числе вызывать зарядку аккумуляторной батареи от внешнего подвода питания до тех пор, пока не поступит команда перехода. В ответ на команду перехода модуль управления может вызвать переход приводного устройства, запитанного от одной только аккумуляторной батареи, в форме события активации аккумуляторной батареи, что приводит к разрядке аккумуляторной батареи. События активации сети питания могут возникать, когда модуль управления вызывает переход приводного устройства, запитанного от одного только внешнего подвода питания.The control module in activation modes may be configured to cause operation from an external power supply of any auxiliary systems of the drive device, including causing the battery to be charged from an external power supply until a transition command is received. In response to a transition command, the control module may cause the drive unit powered by the battery alone to transition in the form of a battery activation event, resulting in the battery being discharged. Mains activation events can occur when the control module causes a transition of a drive device powered by the external power supply alone.
В автономном режиме приводное устройство может получать питание от непостоянного подвода питания, например, от солнечных батарей или ветряных генераторов. Электроэнергия от этих источников может подаваться непосредственно в приводное устройство и может использоваться вместо питания от сети в тех случаях, когда невозможно обеспечить соответствующее питание от сети. Автономное событие может произойти, когда модуль управления вызывает переход приводного устройства, запитанного от одного только автономного подвода питания.In off-grid mode, the drive unit can be powered by an intermittent power supply, such as solar panels or wind generators. Electrical power from these sources can be supplied directly to the drive device and can be used in place of mains power in cases where adequate mains power cannot be provided. An offline event can occur when the control module causes a transition of a drive device powered by the offline power supply alone.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложена система управления батареей приводного устройства, приводимого в действие двигателем, содержащая:In accordance with a second aspect of the present invention, there is provided a battery management system for a motor driven device, comprising:
- модуль управления батареей;- battery control module;
- приводной двигатель;- drive motor;
- вход для приема внешнего подвода питания и- input for receiving external power supply and
- электрически присоединенную аккумуляторную батарею для выборочного приведения в действие приводного двигателя и выполненную с возможностью электрического присоединения к внешнему подводу питания для зарядки;- an electrically connected battery for selectively driving the drive motor and configured to be electrically connected to an external power supply for charging;
при этом модуль управления батареей во время зарядки аккумуляторной батареи выполнен с возможностью:wherein the battery control module while charging the battery is configured to:
- принимать данные, характеризующие измеренный уровень заряда аккумуляторной батареи;- receive data characterizing the measured battery charge level;
- сравнивать измеренный уровень заряда с заданным уровнем заряда, необходимым для завершения по меньшей мере двух событий отключения батареи при питании от одной только батареи, при этом событие отключения батареи включает в себя переход приводного устройства в положение бесперебойной работы; и,- compare the measured charge level with a predetermined charge level required to complete at least two battery shutdown events when powered by the battery alone, wherein the battery shutdown event includes the drive device transitioning to a non-interruptible operating position; And,
- когда измеренный уровень заряда становится равен заданному уровню заряда или превышает его, указывать состояние батареи другим внутренним компонентам, связанным с приводным устройством;- when the measured charge level becomes equal to or exceeds the specified charge level, indicate the battery status to other internal components associated with the drive device;
при этом модуль управления батареей во время последующей работы приводного устройства выполнен с возможностью:wherein the battery control module during subsequent operation of the drive device is configured to:
- обнаруживать и определять допустимость внешнего подвода питания и, если внешний подвод питания определен как недопустимый, подавать команду о событии отключения батареи, вызывающее разрядку батареи, при том что в батарее все еще будет достаточно заряда для завершения по меньшей мере еще одного события отключения батареи; и- detect and determine the validity of the external power supply and, if the external power supply is determined to be invalid, command a battery disconnect event causing the battery to discharge while there will still be enough charge in the battery to complete at least one more battery disconnect event; And
- впоследствии обнаруживать, когда внешний подвод питания становится допустимым, и возобновлять работу приводного устройства от внешнего подвода питания при одновременной подзарядке аккумуляторной батареи по меньшей мере до заданного уровня заряда.- subsequently detect when the external power supply becomes acceptable and resume operation of the drive device from the external power supply while simultaneously recharging the battery to at least a predetermined charge level.
Допустимый внешний источник питания представляет собой тот, который присутствует, и обеспечивает заданный уровень мощности, необходимый или превышающий необходимый для приведения в действие приводного двигателя, выполнения любых вспомогательных функций приводного устройства и зарядки аккумуляторной батареи (при необходимости). Недопустимый внешний подвод питания представляет собой тот, который отсутствует или не обеспечивает заданный уровень мощности.A valid external power source is one that is present and provides the specified level of power necessary or greater than that required to operate the drive motor, perform any auxiliary functions of the drive unit, and charge the battery (if necessary). An invalid external power supply is one that is missing or does not provide the specified power level.
Событие отключения батареи может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Приводное устройство может перейти в положение бесперебойной работы, путем приведения в действие приводного двигателя в направлении положения бесперебойной работы при питании от одной только батареи.A battery disconnect event may cause the drive unit to transition to a fail-safe state when powered by battery power alone. The driving device can move to the fail-safe position by driving the drive motor in the direction of the fail-safe position when powered by the battery alone.
Заданный уровень заряда может быть достаточным для завершения трех, четырех или более событий отключения батареи при питании от одной только батареи.The specified charge level may be sufficient to complete three, four, or more battery shutdown events when powered by battery power alone.
Приводной двигатель и/или аккумуляторная батарея могут быть расположены в корпусе привода. В корпусе привода могут быть образованы одна или более оболочек.The drive motor and/or battery may be located in the drive housing. One or more shells may be formed within the drive housing.
Приводное устройство может дополнительно содержать передачу, выполненную с возможностью соединения приводного двигателя с внешним устройством, подлежащим приведению в действие. Передача может быть расположена в корпусе привода. Передача может содержать вал и может быть выполнена с возможностью соединения приводного устройства с внешним устройством посредством этого вала. Вал может приводиться в движение приводным двигателем через редуктор. Приводной двигатель может быть реверсивным электродвигателем. Внешним устройством может быть клапан. Внешним устройством может быть заслонка.The drive device may further comprise a transmission configured to connect the drive motor to an external device to be driven. The transmission may be located in the drive housing. The transmission may include a shaft and may be configured to connect the drive device to an external device via the shaft. The shaft can be driven by a drive motor through a gearbox. The drive motor may be a reversible electric motor. The external device may be a valve. The external device may be a damper.
В вариантах осуществления модуль управления батареей может быть выполнен с возможностью предотвращения работы приводного устройства, если измеренный уровень заряда меньше второго заданного уровня заряда, необходимого для завершения одного события отключения батареи.In embodiments, the battery control module may be configured to prevent operation of the drive device if the measured charge level is less than a second predetermined charge level required to complete one battery shutdown event.
Данные, характеризующие измеренный уровень заряда батареи, могут включать в себя значения измерения напряжения и/или электрического заряда.Data indicative of the measured battery charge level may include voltage and/or electrical charge measurement values.
Модуль управления батареей может быть дополнительно выполнен с возможностью:The battery management module may be further configured to:
- принимать данные, характеризующие состояние внешнего подвода питания;- receive data characterizing the state of the external power supply;
- принимать данные, характеризующие уровень и/или состояние заряда аккумуляторной батареи; и- receive data characterizing the level and/or state of charge of the battery; And
- вызывать зарядку аккумуляторной батареи от внешнего подвода питания, когда внешний подвод питания определен как допустимый и присутствующий, а аккумуляторная батарея требует зарядки.- cause the battery to be charged from an external power supply when the external power supply is determined to be valid and present and the battery requires charging.
Приводное устройство может дополнительно содержать по меньшей мере одно устройство для измерения температуры, связанное с аккумуляторной батареей.The drive device may further comprise at least one temperature measuring device coupled to the battery.
Модуль управления батареей во время зарядки аккумуляторной батареи может быть дополнительно выполнен с возможностью:The battery control module during charging of the battery can be further configured to:
- принимать от указанного по меньшей мере одного устройства для измерения температуры данные, характеризующие измеренную температуру, связанную с аккумуляторной батареей;- receive from said at least one temperature measuring device data characterizing the measured temperature associated with the battery;
- сравнивать измеренную температуру с первой заданной предельной температурой и,- compare the measured temperature with the first set limit temperature and,
- если измеренная температура выше, чем первая заданная предельная температура, вызывать уменьшение зарядного тока, подаваемого от внешнего подвода питания на аккумуляторную батарею, чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи.- if the measured temperature is higher than the first set limit temperature, cause a reduction in the charging current supplied from the external power supply to the battery in order to extend the service life of the battery.
Модуль управления батареей может быть выполнен с возможностью работы в выбранном одном из множества режимов, событий и действий при работе в дополнение к событию отключения батареи. Множество режимов, событий и действий могут включать в себя режимы отключения сети питания и батареи, режимы активации сети питания и батареи и автономный режим; а также события отключения сети питания и батареи, события активации сети и батареи и автономные события. Модуль управления батареей может быть выполнен с возможностью предотвращать работу приводного устройства, если модуль управления определяет состояние неисправности в аккумуляторной батарее и/или определяет, что уровень заряда аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня отключения.The battery management module may be configured to operate in a selected one of a variety of operating modes, events, and actions in addition to a battery disconnect event. The variety of modes, events and actions may include mains and battery off modes, mains and battery activation modes and offline mode; as well as mains and battery disconnect events, mains and battery activation events, and offline events. The battery control module may be configured to prevent operation of the drive device if the control module determines a fault condition in the battery and/or determines that the battery charge level is below a permissible shutdown level.
Режимы активации и отключения сети питания обычно называют нормальными режимами работы. События активации и отключения сети питания обычно называют нормальными событиями работы.The mains activation and deactivation modes are commonly referred to as normal operating modes. Mains activation and shutdown events are commonly referred to as normal operating events.
Режимы отключения могут быть по выбору выполнены с возможностью обеспечения перехода приводного устройства в положение бесперебойной работы, в частности до достижения любого другого среднего положения и/или любого другого предела перемещения. Событие отключения батареи может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Событие отключения сети может повлечь за собой переход приводного устройства в положение бесперебойной работы при питании от одной только сети питания.The shutdown modes may optionally be configured to allow the drive device to move to the non-interruptible operating position, in particular before reaching any other middle position and/or any other travel limit. A battery disconnect event may cause the drive unit to transition to a fail-safe state when powered by battery power alone. A mains failure event may cause the drive unit to go into a fail-safe state when powered by mains alone.
Модуль управления батареей в режимах активации может быть выполнен с возможностью вызывать работу от внешнего подвода питания любых вспомогательных систем приводного устройства, в том числе вызывать зарядку аккумуляторной батареи от внешнего подвода питания до тех пор, пока не поступит команда перехода. В ответ на команду перехода модуль управления может вызвать переход приводного устройства, запитанного от аккумуляторной батареи, в форме события активации аккумуляторной батареи, что приводит к разрядке аккумуляторной батареи. События активации сети питания могут возникать, когда модуль управления батареей вызывает переход приводного устройства, запитанного от одного только внешнего подвода питания.The battery control module in activation modes may be configured to cause external power operation of any auxiliary systems of the drive device, including causing the battery to be charged from external power until a transition command is received. In response to a transition command, the control module may cause the battery-powered drive device to transition in the form of a battery activation event, which results in the battery being discharged. Mains activation events can occur when the battery management module causes a transition of a drive device powered by the external power supply alone.
В автономном режиме приводное устройство может получать питание от непостоянного подвода питания, например от солнечных панелей или ветряных генераторов. Электроэнергия от этих источников может подаваться непосредственно в приводное устройство и использоваться вместо питания от сети в тех случаях, когда невозможно обеспечить соответствующее питание от сети. Автономное событие может произойти, когда модуль управления батареей вызывает переход приводного устройства, запитанного от одного только автономного подвода питания.In off-grid mode, the drive unit can be powered by an intermittent power supply such as solar panels or wind generators. Electrical power from these sources can be supplied directly to the drive unit and used in place of mains power in cases where adequate mains power cannot be provided. An off-line event can occur when the battery management module causes a drive device to transition that is powered by the off-line power supply alone.
Модуль управления батареей во время зарядки аккумуляторной батареи может быть выполнен с возможностью принимать данные, характеризующие измеренный срок службы и полное сопротивление элемента аккумуляторной батареи, сравнивать эти данные с заданным профилем производительности и, если измеренное полное сопротивление элемента больше, чем заданный профиль, вызывать снижение напряжения заряда.The battery control module, during battery charging, may be configured to receive data indicative of the measured battery cell life and impedance, compare that data to a predetermined performance profile, and, if the measured cell impedance is greater than the predetermined profile, cause a voltage reduction charge.
Модуль управления батареей во время разрядки аккумуляторной батареи может быть выполнен с возможностью принимать данные, характеризующие измеренную температуру, связанную с аккумуляторной батареей, сравнивать измеренную температуру с заданной предельной температурой и, если измеренная температура ниже заданной предельной температуры, вызывать снижение нижнего предела напряжения разряда.The battery control module, during discharging of the battery, may be configured to receive data indicative of a measured temperature associated with the battery, compare the measured temperature to a predetermined limit temperature, and, if the measured temperature is below the predetermined limit temperature, cause the lower limit of the discharge voltage to be reduced.
Модуль управления батареей во время разрядки аккумуляторной батареи может быть выполнен с возможностью принимать данные, характеризующие измеренную температуру, связанную с аккумуляторным блоком, сравнивать измеренную температуру с заданной второй предельной температурой и, если измеренная температура меньше заданной температуры, вызывать включение нагревательного устройства, связанного с аккумуляторной батареей.The battery control module, during discharging of the battery pack, may be configured to receive data indicative of a measured temperature associated with the battery pack, compare the measured temperature with a predetermined second limit temperature, and, if the measured temperature is less than a predetermined temperature, cause the heating device associated with the battery pack to turn on. battery.
Модуль управления батареей может быть дополнительно выполнен с возможностью задержки одновременной перезарядки аккумуляторной батареи до тех пор, пока температура аккумуляторной батареи не окажется между первой и второй заданными предельными температурами.The battery control module may be further configured to delay simultaneous recharging of the battery until the temperature of the battery is between the first and second predetermined temperature limits.
Модуль управления батареей может быть выполнен с возможностью обнаруживать и определять допустимость внешнего подвода питания и:The battery management module may be configured to detect and determine the validity of an external power supply and:
(i) если внешний подвод питания является допустимым, и была принята действительная команда отключения, вызывать событие отключения, снабжаемое энергией от внешнего подвода питания; а(i) if the external power supply is valid and a valid shutdown command has been received, cause a shutdown event powered by the external power supply; A
(ii) если внешний подвод питания является недопустимым или определен как недопустимый, и/или принята действительная команда отключения и/или происходит событие отключения от сети питания, переключаться с события отключения, снабжаемого энергией от внешнего подвода питания, на событие отключения батареи, вызывающее разрядку батареи, так чтобы в батарее все еще оставалось достаточно заряда для завершения по меньшей мере еще одного события отключения батареи.(ii) if the external power supply is invalid or is determined to be invalid and/or a valid shutdown command is received and/or a mains disconnection event occurs, switch from a shutdown event supplied with energy from the external power supply to a battery disconnection event causing a discharge battery so that there is still enough charge left in the battery to complete at least one more battery shutdown event.
Модуль управления батареей может быть выполнен с возможностью обеспечивать нормальную работу приводного устройства, приводимого в действие двигателем, при этом аккумуляторная батарея находится либо в состоянии ожидания, либо в состоянии зарядки, если только внешний подвод питания не определен как недопустимый и/или не принята действительная команда отключения, так что соответственно выполняется событие отключения, снабжаемое энергией от внешнего подвода питания, или событие отключения батареи.The battery control module may be configured to provide normal operation of the engine-driven drive device while the battery is in either a standby state or a charging state unless the external power supply is determined to be invalid and/or a valid command is received shutdown, so that a shutdown event supplied with energy from the external power supply or a battery shutdown event is respectively executed.
Модуль управления батареей может быть дополнительно выполнен с возможностью:The battery management module may be further configured to:
- проверять состояние аккумуляторной батареи по любому одному или более следующих параметров: состояние элемента, скорость деградации и/или требования к обслуживанию/техническому обслуживанию;- check the condition of the battery according to any one or more of the following parameters: cell condition, rate of degradation and/or service/maintenance requirements;
- генерировать данные, характеризующие один или более параметров; и- generate data characterizing one or more parameters; And
- передавать данные:- transmit data:
◊ на локальный дисплей (например, на экран дисплея привода), который при необходимости обеспечивает визуальную индикацию данных; и/или,◊ to a local display (for example, the drive display screen), which provides a visual indication of the data if necessary; and/or,
◊ в удаленное место для мониторинга (например, с использованием системы управления) через сеть (проводную и/или беспроводную) и/или через дискретные сигналы (например, с использованием реле).◊ to a remote location for monitoring (eg using a control system) via a network (wired and/or wireless) and/or via discrete signals (eg using a relay).
Данные могут быть в виде журнала данных.The data may be in the form of a data log.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Embodiments of the present invention are described below by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая привод клапана;Fig. 1 is a diagram illustrating a valve drive;
Фиг. 2 - структурная схема, иллюстрирующая конфигурацию привода, аккумуляторной батареи и модуля управления приводом клапана; иFig. 2 is a block diagram illustrating the configuration of an actuator, a battery, and a valve actuator control module; And
Фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая способ управления батареей.Fig. 3 is a block diagram illustrating a battery control method.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Варианты осуществления настоящего изобретения в частности касаются приводов клапанов и заслонок, например, в электроэнергетике, управлении потоками нефти и газа, судостроении, водоснабжении и обрабатывающей промышленности. Такие приводы клапанов обычно имеют выходной вал, приводимый в действие реверсивным электродвигателем через редуктор, например червячный редуктор, который может перемещать выходной вал в любом направлении, чтобы открывать или закрывать клапан, соединенный через шток клапана с выходным валом.Embodiments of the present invention particularly relate to valve and damper actuators, for example, in the electric power industry, oil and gas flow control, shipbuilding, water supply and manufacturing industries. Such valve actuators typically have an output shaft driven by a reversible electric motor through a gearbox, such as a worm gearbox, that can move the output shaft in any direction to open or close a valve coupled through a valve stem to the output shaft.
На фиг. 1 показан привод клапана, содержащий основную оболочку 1 и оболочку 2 выводов. Оболочки герметично закрыты для поддержания водонепроницаемости и защиты внутренних компонентов. В главном корпусе находятся модули 3 управления, такие как устройство управления положением и датчик нагрузки, а также приводная передача 4. Внутри крышки на основной оболочке могут быть размещены дисплей и органы местного управления 5.In fig. 1 shows a valve actuator comprising a main shell 1 and a terminal shell 2. The shells are hermetically sealed to maintain water tightness and protect internal components. The main body houses the control modules 3, such as the position control device and the load cell, as well as the drive gear 4. Inside the cover on the main shell, a display and local controls 5 can be placed.
В основной оболочке установлена аккумуляторная батарея 6, электрически соединенная с приводом. Привод дополнительно содержит модуль 7 управления батареей для управления аккумуляторной батареей и работой приводного механизма.A battery 6 is installed in the main shell and is electrically connected to the drive. The drive further includes a battery control module 7 for controlling the battery and operation of the drive mechanism.
Аккумуляторная батарея содержит множество элементов, такие как вторичные литиевые элементы, которые обычно соединены последовательно, с диодной защитой между элементами.The battery contains multiple cells, such as secondary lithium cells, which are usually connected in series, with diode protection between the cells.
Точное количество элементов и используемая конфигурация проводки будут зависеть, по меньшей мере до некоторой степени, от достигаемой емкости и мощности, а также оттого, сколько места доступно для размещения полученной аккумуляторной батареи. Вторичные литиевые элементы могут использоваться в приводе клапана описанного выше типа, поскольку они подходят для использования во взрывозащищенных устройствах. Однако вместо них можно использовать другие подходящие типы элементов, такие как никель-металлгидридные или никель-кадмиевые.The exact number of cells and wiring configuration used will depend, at least to some extent, on the capacity and power achieved, as well as how much space is available to accommodate the resulting battery pack. Recycled lithium cells can be used in the type of valve actuator described above as they are suitable for use in explosion-proof applications. However, other suitable types of cells, such as nickel metal hydride or nickel cadmium, can be used instead.
В аккумуляторной батарее описанного выше типа предусмотрена интеллектуальная балансирующая зарядная схема для защиты аккумуляторных элементов от чрезмерной зарядки или чрезмерной разрядки (также известная как защита от перенапряжения, перегрузки по току и пониженного напряжения соответственно). Вторичные аккумуляторные элементы имеют ограниченный оптимальный температурный диапазон, и для защиты от перегрева предусмотрены дополнительные схемы, а также теплоотводящие отверстия в корпусе элемента.The type of battery described above has an intelligent balancing charging circuit to protect the battery cells from over-charging or over-discharging (also known as over-voltage, over-current and under-voltage protection, respectively). Secondary battery cells have a limited optimal temperature range, and additional circuitry is provided to protect against overheating, as well as heat sink holes in the cell body.
На фиг. 2 показана конфигурация привода 10, модуля 12 управления и аккумуляторной батареи 14. Модуль 12 управления может объединять в себе упомянутые выше функции сбалансированной зарядки и защиты от перенапряжения, перегрузки по току и пониженного напряжения; но это не обязательно, и эти функции могут быть также реализованы в отдельном модуле/отдельной печатной плате. Ниже описаны основные особенности функции управления батареей модуля управления приводом. Хотя все вышеупомянутые основные особенности описаны как часть одного и того же модуля управления, функциональные возможности модуля управления приводом могут быть также реализованы в модульной форме, в которой одна или более функций реализованы в отдельных устройствах/печатных платах и/или удаленно от других функций.In fig. 2 shows the configuration of the drive 10, the control module 12, and the battery 14. The control module 12 may integrate the above-mentioned functions of balanced charging and overvoltage, overcurrent and undervoltage protection; but this is not necessary and these functions can also be implemented in a separate module/separate PCB. The following describes the main features of the drive control module battery management function. While all of the above major features are described as part of the same control module, the functionality of the drive control module can also be implemented in a modular form, in which one or more functions are implemented in separate devices/PCBs and/or remotely from other functions.
Варианты выполнения привода клапана и, в частности, аккумуляторная батарея, используемая в нем, имеют три режима работы, называемые здесь: режим отключения, режим активации батареи и автономный режим, а также пять рабочих операций: нормальная, отключения от сети питания, отключения батареи, активации батареи и автономная; а также несколько результирующих видов действий, каждый из которых основан на том, что аккумуляторная батарея описанного выше типа встроена в привод клапана и связана с ним через функциональное средство управления батареей, реализованное как часть модуля управления приводом. В вариантах осуществления изобретения все вышеупомянутые режимы могут быть реализованы с использованием одного и того же оборудования, а также с использованием различных соответствующих (переключаемых) конфигураций. В автономном режиме работы может использоваться дополнительное оборудование для преобразования (как правило) солнечной энергии в электрическую.The valve actuator embodiments, and in particular the battery used therein, have three operating modes, referred to herein as shutdown mode, battery activation mode, and offline mode, as well as five operating modes: normal, power off, battery off, battery activation and autonomous; as well as several resulting actions, each of which is based on the fact that a battery of the type described above is built into the valve actuator and communicated with it through battery control functionality implemented as part of the actuator control module. In embodiments of the invention, all of the above modes can be implemented using the same hardware, as well as using different corresponding (switchable) configurations. In off-grid operation, additional equipment can be used to convert (usually) solar energy into electrical energy.
Ниже приводится описание системы управления батареей в режиме отключения с такими рабочими событиями, как нормальная работа, отключение сети и отключение батареи, а также с действиями потери команды и отключения питания. Однако многие аспекты относятся ко всем рабочим режимам, событиям и действиям.The following is a description of the battery management system in shutdown mode with operating events such as normal operation, network shutdown and battery shutdown, as well as command loss and power loss actions. However, many aspects apply to all operating modes, events and activities.
Модуль управления и связанный с ним процесс управления батареей обеспечивают (в отношении аккумуляторной батареи) активное управление напряжением и током, диагностику (локализованную внутри привода клапана), функцию обратной связи по состоянию, управление низкой температурой (с использованием нагревателей для повышения производительности и поддержания аккумуляторных элементов в пределах их оптимального диапазона рабочих температур), а также управление высокой температурой для продления срока службы аккумуляторных элементов. В этом примерном варианте осуществления привод клапана (и связанные с ним аккумуляторная батарея и модуль управления) будет подходить для использования во взрывозащищенных и незащищенных средах в диапазоне температур от -50° до 70°С.The control module and associated battery management process provide (for the battery) active voltage and current control, diagnostics (localized within the valve actuator), status feedback, low temperature management (using heaters to improve performance and maintain battery cells within their optimal operating temperature range), as well as high temperature management to extend battery cell life. In this exemplary embodiment, the valve actuator (and associated battery and control module) will be suitable for use in explosion-proof and non-explosion-proof environments in the temperature range of -50° to 70°C.
Аккумуляторная батарея опрашивается модулем управления батареей (или управления приводом) для определения температуры батареи, емкости батареи, напряжения батареи и уровня оставшегося заряда в аккумуляторной батарее или ее элементах. Настоящее изобретение не ограничено сточки зрения способа определения этих параметров. Основная полезность и преимущество модуля управления согласно этому варианту осуществления состоит в том, что он использует эти измеренные/вычисленные параметры для управления аккумуляторной батареей, принятия решений и выполнения на основе этих параметров наилучших для пользователя и/или аккумуляторной батареи действий. Также на основе этих параметров он может сообщить о неисправности аккумуляторной батареи, причем в данной технической области такой уровень управления аккумуляторной батареей ранее был невозможен.The battery is polled by the battery management (or drive control) module to determine battery temperature, battery capacity, battery voltage, and the level of charge remaining in the battery or battery cells. The present invention is not limited in terms of the method for determining these parameters. The main utility and advantage of the control module according to this embodiment is that it uses these measured/calculated parameters to control the battery, make decisions and perform what is best for the user and/or the battery based on these parameters. Based on these parameters, it can also report a battery failure, a level of battery management that was previously not possible in this technical field.
Одно из основных преимуществ заключается в том, что ранее было непрактично использовать аккумуляторную батарею в приводе клапана или заслонки, который соответствует нормам взрывозащищенности, за исключением особых случаев. В то время как вторичные литиевые и аналогичные технологии аккумуляторных элементов могут использоваться в требующих соблюдения норм взрывозащищенности и других опасных средах, их оптимальный диапазон рабочих температур ограничен, и они требуют тщательного управления (особенно при зарядке и разрядке). Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения пытаются решить эти проблемы. Защита от перегрева обеспечивается как с использованием электронных средств, так и с использованием теплоотводящих отверстий в корпусе элемента. В аккумуляторном блоке дополнительно используются нагреватели, когда температура окружающей среды опускается ниже заданного (и настраиваемого) значения, установленного модулем управления приводом. Таким образом, эти меры могут использоваться для поддержания оптимальной рабочей температуры аккумуляторных элементов как для зарядки, так и для разрядки, и могут при необходимости выборочно включаться и отключаться модулем управления. При высоких температурах модуль управления приводом может принимать решение о том, когда заряжать аккумуляторную батарею и с какой скоростью ее заряжать, тем самым обеспечивая расширение диапазона рабочих температур и продление срока службы аккумуляторной батареи.One of the main advantages is that it was previously impractical to use a battery in a valve or damper actuator that complies with explosion-proof regulations, except in special cases. While recycled lithium and similar battery cell technologies can be used in explosion-proof and other hazardous environments, their optimal operating temperature range is limited and they require careful management (especially during charging and discharging). Thus, embodiments of the present invention attempt to solve these problems. Overheating protection is provided both by electronic means and by using heat-dissipating holes in the element housing. The battery pack additionally uses heaters when the ambient temperature drops below the setpoint (and adjustable) value set by the drive control module. Thus, these measures can be used to maintain the optimal operating temperature of the battery cells for both charging and discharging, and can be selectively turned on and off by the control module as necessary. At high temperatures, the drive control module can make decisions about when to charge the battery and at what rate to charge it, thereby extending the operating temperature range and extending battery life.
Следует отметить, что в течение срока службы привода клапана аккумуляторная батарея неизбежно будет деградировать. Доступная емкость батареи особенно сильно деградирует при температурах ниже 0°С и в конце срока службы батареи. Модуль управления приводом может иметь встроенную карту такой деградации и, в сочетании с измерением емкости батареи, может изменять уровень заряда и напряжение, чтобы максимизировать срок службы батареи и производительность на разных этапах его срока службы. Кроме того, может быть встроенная карта емкости батареи с температурой, которая может использоваться, чтобы позволить модулю управления компенсировать различные температурные условия.It should be noted that the battery will inevitably degrade over the life of the valve actuator. The available battery capacity is particularly severely degraded at temperatures below 0°C and at the end of the battery life. The drive control module may have a built-in map of such degradation and, in combination with battery capacity measurements, can vary the charge level and voltage to maximize battery life and performance at different stages of its life. Additionally, there may be a built-in battery capacity map with temperature that can be used to allow the control module to compensate for different temperature conditions.
Модуль управления приводом (имеющий встроенную функцию управления батареей) может быть соединен с возможностью обмена данными со встроенной батареей и выполнен с возможностью мониторинга и управления работой батареи в соответствии с режимом работы и связанными соответствующими параметрами, как более подробно описано ниже.The drive control module (having an integrated battery management function) may be communicatively coupled to the integrated battery and configured to monitor and control battery operation in accordance with operating mode and associated related parameters, as described in more detail below.
На фиг. 3 показана блок-схема работы модуля управления батареей и проиллюстрирован способ управления батареей.In fig. 3 is a flowchart of operation of the battery control module and illustrates a method for controlling the battery.
Блок-схема управления батареей начинается с этапа 100, на котором может запускаться последующий процесс зарядки и на котором модуль включают или аккумуляторная батарея выходит из состояния ожидания.The battery control flowchart begins at step 100, at which a subsequent charging process may be initiated and at which the module is turned on or the battery is brought out of the standby state.
После запуска процесса на этапе 102 модуль управления приводом проверяет состояние аккумуляторной батареи по следующим параметрам:After starting the process at step 102, the drive control module checks the condition of the battery according to the following parameters:
Уровень заряда; Charge level;
Температура; Temperature;
Неисправности: Malfunctions:
Пониженное напряжение; Low voltage;
Перенапряжение и Overvoltage and
Перегрев; и Overheat; And
Состояние элемента и/или запросы на обслуживание/ремонт. Item condition and/or service/repair requests.
Модуль управления приводом выбирает событие и режим действия в зависимости от текущего состояния уровня мощности сети, а также оттого, безопасно ли использовать аккумуляторную батарею, безопасно ли запускать привод, и требует ли аккумуляторная батарея зарядки. Таким образом, на этапе 104 модуль управления приводом проверяет, является ли сетевое питание, подключенное к приводу клапана, допустимым (то есть достаточным для приведения в действие двигателя, выполнения вспомогательных функций привода клапана и, при необходимости, зарядки аккумуляторной батареи).The drive control module selects an event and action mode based on the current state of the grid power level, whether the battery is safe to use, whether the drive is safe to start, and whether the battery requires charging. Thus, at step 104, the actuator control module checks whether the mains power connected to the valve actuator is valid (ie, sufficient to drive the motor, perform auxiliary functions of the valve actuator, and, if necessary, charge the battery).
Если (или когда) будет определено, что действующее сетевое питание является допустимым, батарея безопасна в использовании и полностью заряжена, а привод безопасно запускать, привод клапана будет работать как обычный привод клапана, приводимый в действие двигателем, что согласно настоящему документу определено как нормальные события работы, с питанием от имеющейся сети, при этом аккумуляторная батарея находится в состоянии ожидания (и выполнена так, чтобы обеспечивать требуемую бесперебойную работу клапана в случае соответствующей команды, потери мощности и/или отказа привода).If or when it is determined that the current mains power is acceptable, the battery is safe to use and fully charged, and the actuator is safe to start, the valve actuator will operate as a normal engine driven valve actuator, which is defined herein as normal events. operation, powered from the existing mains, with the battery in a standby state (and configured to provide the required uninterrupted operation of the valve in the event of a corresponding command, loss of power and/or failure of the actuator).
Если определено, что сетевое питание недопустимо (т.е. отсутствует или ниже определенного уровня) и/или принята действительная команда бесперебойной работы, но батарея безопасна в использовании, привод безопасно запускать и заряда аккумуляторной батареи достаточно (т.е. достаточного заряда для завершения как минимум двух событий отключения батареи), модуль управления приводом вызовет событие отключения батареи. В этом режиме привод, запитанный от батареи, перемещается в заданное положение или до заданного предела сразу или по истечении настраиваемого времени ожидания.If mains power is determined to be unacceptable (i.e. missing or below a certain level) and/or a valid failsafe command is received, but the battery is safe to use, the drive is safe to start and there is sufficient battery charge (i.e. sufficient charge to complete at least two battery disconnect events), the drive control module will trigger a battery disconnect event. In this mode, the battery-powered actuator moves to a specified position or limit immediately or after a configurable timeout.
Если определено, что присутствующее сетевое питание является допустимым (т.е. присутствует и превышает заданный уровень) и принята действительная команда отключения, модуль управления приводом вызовет событие отключения сети питания. В этом режиме привод перемещается в заданное положение или до заданного предела, будучи запитанным от сети питания, при этом батарея находится в режиме готовности к работе (если сетевое питание будет определено как недопустимое, это может вызвать событие автоматического отключения батареи) сразу или по истечении предварительно настроенного времени ожидания.If the present utility power is determined to be valid (i.e., present and above a specified level) and a valid shutdown command is received, the drive control module will trigger a utility shutdown event. In this mode, the actuator moves to a specified position or to a specified limit while energized from mains power, with the battery in standby mode (if mains power is detected as invalid, it may trigger an automatic battery shutdown event) immediately or after a pre-set period. configured wait time.
Во время события отключения батареи привод клапана, запитанного от аккумуляторной батареи,During a battery disconnect event, the battery powered valve actuator
переместится из любого положения до достижения предела полного открытия с остановкой на пределе нагрузки (т.е. крутящего момента и/или тяги) или в предельном положении; will move from any position until the full open limit is reached, stopping at the load limit (i.e. torque and/or thrust) or at the limit position;
переместится из любого положения до достижения предела полного закрытия с остановкой на пределе нагрузки или в предельном положении; и/или will move from any position until the full closing limit is reached, stopping at the load limit or at the limit position; and/or
переместится из любого положения в любое другое среднее положение. will move from any position to any other middle position.
Когда допустимое сетевое питание возобновится, привод снова войдет в нормальный режим работы (будь то нормальный режим, режим активации батареи или автономный), при условии (или когда) аккумуляторная батарея будет достаточно заряжена, чтобы допустить по меньшей мере еще одно событие отключения батареи.When valid mains power returns, the drive will re-enter normal operating mode (whether normal mode, battery activated or stand-alone mode), provided (or when) the battery is sufficiently charged to tolerate at least one more battery shutdown event.
Если на этапе 104 определяется, что питание от сети является допустимым (а на этапе 102 определено, что батарея безопасна в использовании, но требует зарядки), модуль управления приводом на этапе 106 начинает зарядку аккумуляторной батареи. В процессе цикле зарядки батареи модуль управления приводом еще раз проверяет сетевое питание на этапе 108, а также снова проверяет, прошли ли все проверки безопасности батареи на этапе 110. Если сетевое питание остается в норме, а батарея проходит все проверки безопасности, процесс зарядки аккумуляторной батареи переходит на этап 112.If it is determined at step 104 that utility power is acceptable (and it is determined at step 102 that the battery is safe to use but requires charging), the drive control module at step 106 begins charging the battery. During the battery charging cycle, the drive control module checks the utility power again at step 108 and also checks again to see if all battery safety checks have passed at step 110. If the utility power remains normal and the battery passes all safety checks, the battery is charging. goes to step 112.
На этапе 112 модуль управления приводом принимает от датчика температуры данные, характеризующие температуру аккумуляторных элементов и вокруг них. Затем он сравнивает измеренную температуру с заданным верхним пределом. Если по сравнению с заданным верхним пределом температура аккумуляторной батареи определена как слишком высокая, модуль управления приводом на этапе 114 снижает зарядный ток аккумуляторной батареи. Эта часть процесса является итеративной и может повторяться поэтапно до тех пор, пока не будет определено, что температура аккумуляторной батареи ниже верхнего предела и/или в пределах заданного диапазона.At step 112, the drive control module receives data from the temperature sensor indicative of the temperature of and around the battery cells. It then compares the measured temperature with a specified upper limit. If the battery temperature is determined to be too high compared to the predetermined upper limit, the drive control module reduces the battery charging current at step 114. This part of the process is iterative and can be repeated in stages until the battery temperature is determined to be below the upper limit and/or within a specified range.
Затем на этапе 116 модуль управления приводом сравнивает текущую температуру аккумуляторной батареи с заданным первичным нижним пределом. Если по сравнению с заданным первичным нижним пределом температура аккумуляторной батареи определяется как слишком низкая, модуль управления приводом на этапе 118 срабатывает на включение нагревателя аккумуляторной батареи. Еще раз, эта часть технологического процесса может быть итеративной, и повторяется до тех пор, пока температура аккумуляторной батареи не будет определена как находящаяся в диапазоне температур между верхним пределом и первичным нижним пределом.Next, at step 116, the drive control module compares the current battery temperature with the predetermined primary lower limit. If the battery temperature is determined to be too low compared to the predetermined primary lower limit, the drive control module is actuated at step 118 to turn on the battery heater. Once again, this portion of the process may be iterative, and is repeated until the battery temperature is determined to be within a temperature range between the upper limit and the primary lower limit.
В соответствии с вариантами осуществления изобретения режим зарядки может быть адаптирован в соответствии с возрастом/степенью деградации аккумуляторной батареи. Таким образом, на этапе 119а журнал срока службы батареи периодически обновляют. На этапе 119b модуль управления сравнивает журнал срока службы с заданными ориентировочными показателями. Если на этапе 119с определяется, что аккумуляторная батарея еще близко от начала своего срока службы, ее заряжают при заданном низком напряжении (этап 119d), но если определено, что она уже не близко от начала своего срока службы, ее заряжают при заданном высоком напряжении (этап 119е).In accordance with embodiments of the invention, the charging mode can be adapted according to the age/degree of degradation of the battery. Thus, in step 119a, the battery life log is periodically updated. At step 119b, the control module compares the life log with predetermined benchmarks. If, at step 119c, it is determined that the battery is not close to the beginning of its service life, it is charged at a predetermined low voltage (step 119d), but if it is determined that it is no longer close to the beginning of its service life, it is charged at a predetermined high voltage (step 119d). step 119e).
Во время зарядки аккумуляторной батареи на этапе 121 модуль управления принимает от вольтметра и/или амперметра данные, характеризующие измеренный уровень заряда аккумуляторной батареи, такие как значение измерения напряжения и/или электрического заряда. Затем модуль управления сравнивает эти значения измерения с первым заданным порогом заряда. Первый порог заряда представляет собой уровень заряда, необходимый для выполнения по меньшей мере двух событий отключения батареи, например, перемещения привода по меньшей мере дважды в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Иными словами, аккумуляторная батарея способна выполнять по меньшей мере два события отключения при питании от одной только аккумуляторной батареи. Когда привод перемещает клапан, бесперебойным положением может быть нормально открытое или нормально закрытое положение клапана.While charging the battery at step 121, the control module receives data from the voltmeter and/or ammeter indicative of the measured charge level of the battery, such as a voltage and/or charge measurement value. The control module then compares these measurement values with the first set charge threshold. The first charge threshold is the charge level required to perform at least two battery shutdown events, such as moving the actuator at least twice to the fail-safe position when powered by the battery alone. In other words, the battery is capable of performing at least two shutdown events when powered by the battery alone. When the actuator moves a valve, the uninterrupted position may be the normally open or normally closed position of the valve.
Если измеренный уровень заряда равен первому заданному порогу заряда или превышает его, модуль управления устанавливает системный флаг (называемый флагом двойного буфера), который указывает состояние батареи для остальной части системы (этап 127).If the measured charge level is equal to or greater than the first predetermined charge threshold, the control module sets a system flag (referred to as a double buffer flag) that indicates the battery status for the rest of the system (step 127).
Первое событие отключения обычно происходит, если модуль управления обнаруживает пропадание сетевого питания. После этого система переключается с работы от сети на активацию с питанием от батареи, чтобы выполнить событие отключения батареи. Событие отключения батареи может повлечь за собой перемещение привода в положение бесперебойной работы при питании от одной только батареи. Когда присутствует флаг двойного буфера, после первого события отключения модуль управления определяет, когда питание от сети было восстановлено и его можно безопасно использовать, а затем перезапускает работу от сети. На этом этапе в батарее все еще будет достаточно заряда для завершения по меньшей мере еще одного события отключения батареи, если это потребуется (например, в случае последующего отключения питания от сети).The first shutdown event typically occurs when the control module detects a loss of utility power. The system then switches from mains operation to battery activation to perform a battery disconnect event. A battery disconnect event may cause the actuator to move to the fail-safe position when powered by battery alone. When the double buffer flag is present, after the first shutdown event, the control module determines when utility power has been restored and is safe to use, and then restarts utility operation. At this point, the battery will still have enough charge to complete at least one more battery shutdown event if required (for example, in the event of a subsequent mains power failure).
Одновременно с возобновлением работы от сети батарея также может начать заряжаться от сети. Системе не нужно дожидаться полной зарядки батареи, прежде чем возобновить нормальную работу привода. Обычно для зарядки батарей могут потребоваться десятки минут или часов, и в течение этого времени работа привода обычно не выполняется. Возможность выполнить по меньшей мере два события отключения при питании от одной только батареи означает, что после первого события отключения нет необходимости ожидать перезарядки аккумуляторной батареи, пока она не будет готова к выполнению следующей операции отключения. Это помогает сократить время простоя, что, в свою очередь, может помочь свести к минимуму любые производственные и финансовые потери, обычно возникающие в период простоя.Simultaneously with the resumption of mains operation, the battery can also begin to charge from the mains. The system does not have to wait until the battery is fully charged before resuming normal drive operation. Typically, batteries can take tens of minutes or hours to charge, and during this time there is usually no drive operation. The ability to perform at least two shutdown events on battery power alone means that after the first shutdown event there is no need to wait for the battery to recharge until it is ready to perform the next shutdown operation. This helps reduce downtime, which in turn can help minimize any production and financial losses that typically occur during downtime.
Кроме того, поскольку в батарее будет достаточно заряда для завершения по меньшей мере второго события отключения, когда работа возобновится при питании от сети, одновременная подзарядка батареи может происходить гораздо медленнее/с низкой скоростью. Как указано выше, после события отключения возможна быстрая подзарядка батареи, но это происходит за счет сокращения срока службы батареи и ограничения рабочего диапазона ее температур. Кроме того, если аккумуляторная батарея находится вне оптимального температурного диапазона, то одновременная подзарядка аккумуляторной батареи может быть отложена до тех пор, пока аккумуляторная батарея не будет находиться в оптимальном температурном диапазоне. Более низкая скорость зарядки, а также задержка зарядки до тех пор, пока аккумуляторная батарея не окажется в оптимальном температурном диапазоне, может помочь сохранить и продлить срок службы батареи, а также позволяют работать в более экстремальных диапазонах температур. По существу, привод и аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению могут использоваться в гораздо более широком диапазоне условий окружающей среды.Additionally, since the battery will have enough charge to complete at least a second shutdown event when operation resumes on utility power, concurrent battery charging may occur at a much slower/lower rate. As stated above, it is possible to quickly recharge the battery after a shutdown event, but this comes at the cost of reducing battery life and limiting its operating temperature range. In addition, if the battery is outside the optimal temperature range, concurrent charging of the battery may be delayed until the battery is within the optimal temperature range. Slower charging rates, as well as delaying charging until the battery is in the optimal temperature range, can help preserve and extend battery life, and also allow operation in more extreme temperature ranges. As such, the drive and battery of the present invention can be used in a much wider range of environmental conditions.
Если на этапе 121 определяется, что заряда батареи недостаточно для завершения по меньшей мере двух событий отключения, все предыдущие флаги двойного буфера, установленные модулем управления, сбрасываются (этап 129). Это сообщает системе, что заряда достаточно только для одного события отключения, и если произойдет событие отключения батареи, в батарее не останется достаточного заряда для выполнения последующих событий отключения.If it is determined at step 121 that there is insufficient battery power to complete at least two shutdown events, all previous double buffer flags set by the control module are cleared (step 129). This tells the system that there is only enough charge for one shutdown event, and if a battery shutdown event occurs, there will not be enough charge left in the battery to handle subsequent shutdown events.
Модуль управления также сравнивает измеренный уровень заряда со вторым заданным порогом заряда. Второй порог заряда представляет собой уровень заряда, необходимый для завершения одного события отключения батареи при питании от одной только батареи. Если сетевое питание является допустимым и определено как безопасное для использования, а измеренный уровень заряда меньше, чем второй заданный уровень заряда, так что уровень заряда аккумуляторной батареи ниже того, при котором можно позволить даже одно событие отключения батареи, модуль управления может быть выполнен с возможностью решать, следует ли: возобновить нормальную работу привода при питании от сети или предотвратить работу привода до тех пор, пока батарея не будет перезаряжена от сетевого питания по меньшей мере до первого заданного уровня.The control module also compares the measured charge level with a second preset charge threshold. The second charge threshold represents the level of charge required to complete one battery shutdown event when powered by battery power alone. If the mains power is valid and determined to be safe for use, and the measured charge level is less than the second predetermined charge level, such that the battery charge level is below that at which even one battery shutdown event can be tolerated, the control module may be configured to decide whether to: resume normal operation of the drive when on mains power, or prevent operation of the drive until the battery has been recharged from mains power to at least the first specified level.
Процесс определения/управления зарядкой и температурой, описанный выше, повторяется и продолжается до тех пор, пока на этапе 120 из схемы зарядки не поступит сигнал об окончании зарядки. Модуль управления приводом выполнен с возможностью в этот момент останавливать зарядку аккумуляторной батареи на этапе 122 и еще раз проверить на этапе 123, в норме ли электроснабжение. Процесс также проверяет на этапе 124, разрядилась ли аккумуляторная батарея, и если да, ход процесса возвращается на этап 106, и модуль управления приводом начинает зарядку аккумуляторной батареи.The charging and temperature sensing/control process described above is repeated until a charge completion signal is received from the charging circuit at step 120. The drive control module is configured to stop charging the battery at step 122 at this point and check again at step 123 whether the power supply is normal. The process also checks at step 124 whether the battery is discharged, and if so, the process returns to step 106 and the drive control module begins charging the battery.
Таким образом, подытоживая, после проверки состояния аккумуляторной батареи на этапе 102, если в аккумуляторной батарее нет неисправностей (т.е. аккумуляторная батарея безопасна в использовании), модуль управления приводом примет решение о следующем этапе в зависимости от требования, определяемого текущим режимом работы. Если аккумуляторной батарее необходима зарядка, модуль управления приводом включит источник постоянного тока/постоянного напряжения для зарядки аккумуляторной батареи в соответствии с этой необходимостью. Уровень заряда по напряжению определяется и контролируется в зависимости от возраста аккумуляторных элементов, а уровень тока определяется температурой и установленной пользователем мощностью заряда.Thus, to summarize, after checking the condition of the battery in step 102, if there is no fault in the battery (ie, the battery is safe to use), the drive control module will decide the next step depending on the requirement determined by the current operating mode. If the battery requires charging, the drive control module will turn on a constant current/constant voltage source to charge the battery according to that need. The voltage charge level is determined and controlled depending on the age of the battery cells, and the current level is determined by temperature and the charge power set by the user.
Пользователь может быть информирован о любых неисправностях, обнаруженных в аккумуляторном блоке, на этапе 125 через дисплей привода или собственные реле состояния привода или сетевую систему (проводную и/или беспроводную), подключенную к приводу. Кроме того, модуль управления приводом может решить, продолжать ли работу, на основании вышеупомянутых измеренных параметров и предварительно установленной конфигурации пользователя.The user may be informed of any faults detected in the battery pack at step 125 via the drive display or the drive's own status relays or a network system (wired and/or wireless) connected to the drive. In addition, the drive control module can decide whether to continue operation based on the above measured parameters and the user's preset configuration.
Во время зарядки батареи и впоследствии привод будет работать нормально без привязки к аккумуляторной батарее, если только не произойдет следующее:While charging the battery and subsequently, the drive will operate normally without being tied to the battery unless the following occurs:
a) батарея сообщит о критической неисправности (в этом случае модуль управления приводом завершает технологический процесс и генерирует сигнал ошибки для его подачи/отображения); илиa) the battery will report a critical failure (in this case, the drive control module terminates the process and generates an error signal to be output/displayed); or
b) пропадет действующее сетевое питание или будет принята действительная команда отключения и питание будет отключено; или будет принята действительная команда отключения, при этом сетевое питание будет присутствовать, а привод будет выполнен с возможностью предпочтительно работать от батареи (в этом случае модуль управления приводом перейдет в режим работы отключения, описанный выше).b) valid mains power is lost or a valid shutdown command is received and power is removed; or a valid trip command will be received, where mains power will be present and the drive will be configured to preferentially operate on battery power (in which case the drive control module will enter the trip mode of operation described above).
Во время зарядки функция управления батареей модуля управления приводом будет контролировать, безопасно ли использовать батарею и безопасно ли запускать привод. Если какая-либо из этих проверок не удалась, поступит сигнал об ошибке. Модуль управления приводом также отслеживает, потеряно ли действующее сетевое питание и/или принята ли действительная команда на отключение, и, если любое из этих условий выполнено, модуль управления приводом переходит в режим отключения, описанный выше.During charging, the drive control module's battery management function will monitor whether the battery is safe to use and whether the drive is safe to start. If any of these checks fail, an error will be generated. The drive control module also monitors whether valid utility power has been lost and/or a valid trip command has been received, and if either of these conditions is met, the drive control module enters the shutdown mode described above.
Наконец, зарядка завершится, когда батарея достигнет заданного предельного тока при заданном уровне напряжения, в результате чего будет выработан сигнал об окончании зарядки. Заданный уровень напряжения может быть изменен в зависимости от возраста батареи и температуры окружающей среды. В этот момент функция управления батареей проверяет установившееся напряжение батареи, и, если оно находится в пределах заданного диапазона, аккумуляторная батарея переходит в вышеупомянутое состояние ожидания, пока не будет определено, что она требует зарядки. Если этот критерий не соблюдается, функция управления батареей возвращается к этапу 106 и возобновляет процесс зарядки.Finally, charging is complete when the battery reaches a specified current limit at a specified voltage level, resulting in a charge completion signal. The specified voltage level may be changed depending on the age of the battery and the ambient temperature. At this point, the battery management function checks the steady-state voltage of the battery and, if it is within a specified range, the battery enters the aforementioned standby state until it is determined that it requires charging. If this criterion is not met, the battery management function returns to step 106 and resumes the charging process.
Зарядка завершится когда, как и раньше, аккумуляторная батарея достигнет заданного предельного напряжения, которое может изменяться в зависимости от возраста батареи. Как и раньше, на этом этапе функция управления батареей проверяет установившееся напряжение батареи.Charging is completed when, as before, the battery reaches the specified limit voltage, which may vary depending on the age of the battery. As before, at this stage the battery management function checks the steady-state battery voltage.
Если это соответствует заданным критериям, аккумуляторная батарея перейдет в вышеупомянутое состояние ожидания до тех пор, пока не будет определено, что она требует зарядки. Если критерии не соблюдены, функция управления батареей возвращается к этапу 106 и возобновляет процесс зарядки.If this meets the predetermined criteria, the battery will enter the aforementioned standby state until it is determined to require charging. If the criteria are not met, the battery management function returns to step 106 and resumes the charging process.
Каждый раз, когда на этапе 126 задействуют аккумуляторную батарею, либо когда имеет место событие отключения батареи, либо когда имеет место событие активации батареи, функция управления батареей запускает процесс разрядки. Входе этого процесса модуль управления приводом снова отслеживает температуру аккумуляторной батареи, но в этом случае компенсирует только низкие температуры, то есть ниже первичного нижнего предела (например, 0°С) и вторичного нижнего предела (например, -30°С). На этапе 132 функция управления батареей проверяет, не опустилась ли температура ниже первичного нижнего предела. Если это так, то на этапе 134 она вызывает включение нагревателя. Затем она определяет полное сопротивление элементов в аккумуляторной батарее. Если это так, то на этапе 130 она изолирует аккумуляторную батарею и прекращает разрядку. Если нет, то последовательность операций возвращается к этапу 126, и использование аккумуляторной батареи может продолжаться.Each time the battery is activated at step 126, or when a battery disconnect event occurs, or when a battery activation event occurs, the battery management function starts the discharging process. During this process, the drive control module again monitors the battery temperature, but in this case only compensates for low temperatures, i.e. below the primary low limit (eg 0°C) and the secondary low limit (eg -30°C). At step 132, the battery management function checks to see if the temperature has dropped below the primary lower limit. If so, then at step 134 it causes the heater to turn on. It then determines the impedance of the cells in the battery. If so, then at step 130 it isolates the battery and stops discharging. If not, the flow returns to step 126 and use of the battery can continue.
Конечно, еще одним значительным преимуществом аккумуляторной батареи и связанного с ним процесса активного управления аккумуляторной батареей является тот факт, что аккумуляторная батарея может работать в выбранном одном из многих рабочих режимов, а не в одиночном режиме пассивного отключения или режиме бесперебойной работы, которые предусмотрены в вышеописанных обычных клапанных приводах, имеющих встроенную батарею.Of course, another significant advantage of the battery and the associated active battery management process is the fact that the battery can operate in a selected one of many operating modes, rather than the single passive shutdown mode or fail-safe mode that is provided in the above conventional valve actuators with a built-in battery.
В режиме отключения привод работает как обычный электрический привод с питанием от сети до тех пор, пока мощность сети не упадет ниже заданного порогового значения и/или не будет принята действительная команда отключения. При этом может иметь место или отсутствовать настраиваемая задержка по времени между событием и действием отключения, как описано выше. Затем привод примет решение, основываясь на уровне мощности сети и/или характере команды отключения, начать событие отключения от сети или событие отключения от батареи, как описано выше.In trip mode, the drive operates as a normal mains-powered electric drive until the mains power drops below a preset threshold and/or a valid trip command is received. There may or may not be a configurable time delay between the event and the shutdown action as described above. The drive will then decide, based on the grid power level and/or the nature of the shutdown command, to initiate a grid shutdown event or a battery shutdown event as described above.
В режиме активации аккумуляторной батареи сетевое питание (от сети или от возобновляемого источника энергии) используется для работы вспомогательных систем привода и зарядки аккумуляторной батареи. Когда клапан должен быть перемещен, аккумуляторная батарея разряжается, чтобы привести в действие приводной двигатель, а затем, между перемещениями, перезаряжается. Это будет далее описано как событие активации батареи. При такой конфигурации привод может начать следующее событие отключения батареи, если мощность сети упадет ниже заданного порога и/или принята действительная команда отключения. Это может быть с настраиваемой временной задержкой между событием и действием отключения, как описано выше, или без нее, а также при наличии или отсутствии сетевого питания.In Battery Activation mode, utility power (mains or renewable energy) is used to operate the auxiliary drive systems and charge the battery. When the valve needs to be moved, the battery is discharged to power the drive motor and then recharged between movements. This will be further described as a battery activation event. With this configuration, the drive can initiate the next battery shutdown event if the grid power drops below a configured threshold and/or a valid shutdown command is received. This can be with or without a configurable time delay between the event and the trip action as described above, and with or without mains power.
Автономный режим, описанный ниже, во многих отношениях аналогичен режиму активации батареи; при этом для осуществления прямого оптимизированного питания от возобновляемого источника энергии используется дополнительное оборудование, позволяющее подключать дополнительные вспомогательные элементы, такие как датчики. Энергия, получаемая от солнечной панели, обычно используется для работы вспомогательных систем привода и зарядки аккумуляторной батареи. Это называется автономным событием. Когда клапан должен быть перемещен, аккумуляторная батарея разряжается, чтобы привести в действие приводной двигатель, а затем, между перемещениями, перезаряжается. Это далее описано как активация батареи. При такой конфигурации привод может дополнительно инициировать событие отключения батареи, если мощность сети упадет ниже заданного порога и/или будет принята действительная команда отключения, и/или батарея разрядится до заданного уровня. Это может быть с настраиваемой временной задержкой между событием и действием отключения, как описано выше, или без нее.The offline mode described below is similar to the battery activation mode in many respects; In order to achieve direct optimized power supply from a renewable energy source, additional equipment is used to enable the connection of additional auxiliary elements such as sensors. The energy collected from the solar panel is typically used to operate auxiliary drive systems and charge the battery. This is called an autonomous event. When the valve needs to be moved, the battery is discharged to power the drive motor and then recharged between movements. This is further described as battery activation. With this configuration, the drive can optionally trigger a battery shutdown event if the grid power drops below a specified threshold and/or a valid shutdown command is received and/or the battery discharges to a specified level. This may be with or without a configurable time delay between the event and the shutdown action as described above.
Эти дополнительные режимы работы описаны более подробно ниже.These additional modes of operation are described in more detail below.
В режиме активации аккумуляторной батареи модуль управления приводом может приводить в действие клапан от электропитания, обладающего меньшей мощностью, чем мощность, необходимая для запуска электромеханического привода. Сетевой подвод питания (от сети или от возобновляемого источника энергии) используется для работы вспомогательных систем и зарядки аккумуляторной батареи. Когда требуется переместить клапан, аккумуляторная батарея на этапе 126 разряжается для обеспечения работы привода, что описано здесь как событие активации аккумуляторной батареи. В этом режиме работы можно использовать так называемый режим глубокого сна (как описано ниже) для максимизации заряда, поступающего в аккумуляторную батарею, с автоматическим сигналом пробуждения, вырабатываемым, когда приводной двигатель должен быть приведен в действие. Если на этапе 128 определяется, что напряжение аккумуляторной батареи ниже заданного напряжения отсечки, модуль управления приводом на этапе 130 изолирует батарею и выдает сообщение об ошибке.In Battery Activation mode, the actuator control module can operate the valve using a power supply that is less powerful than the power required to operate the electromechanical actuator. Mains power supply (from the mains or from a renewable energy source) is used to operate auxiliary systems and charge the battery. When the valve needs to be moved, the battery is discharged at step 126 to operate the actuator, which is described herein as a battery activation event. In this mode of operation, a so-called deep sleep mode (as described below) can be used to maximize the charge supplied to the battery, with an automatic wake-up signal generated when the drive motor needs to be driven. If it is determined at step 128 that the battery voltage is below the set cut-off voltage, the drive control module at step 130 isolates the battery and issues an error message.
Чтобы обеспечить возможность события активации батареи, функция управления батареей в режиме зарядки будет использовать доступную сетевую мощность для зарядки аккумуляторной батареи, при этом аккумуляторная батарея используется для перемещения привода во всех случаях. В этом случае, когда имеется необходимость запуска привода, модуль управления приводом проверяет:To enable a battery activation event, the charge mode battery management function will use available grid power to charge the battery, with the battery being used to move the actuator in all cases. In this case, when there is a need to start the drive, the drive control module checks:
a) есть ли достаточный заряд батареи;a) whether there is sufficient battery charge;
b) выведен ли привод из режима глубокого сна;b) whether the drive is awakened from deep sleep mode;
c) безопасно ли использовать батарею и с!) безопасно ли запускать привод.c) is the battery safe to use and c!) is it safe to start the drive.
Если все эти условия соблюдены, привод будет перемещаться из любого заданного положения в любое другое заданное положение. В качестве входного сигнала допустимым будет цифровой сигнал, аналоговый уровень или сетевая команда.If all these conditions are met, the actuator will move from any specified position to any other specified position. Acceptable input signals are digital, analog level, or network command.
Если возникает ошибка батареи или привода, выдается сообщение об ошибке, и привод решает, является ли она достаточно серьезной, чтобы предотвратить работу. При недостаточном заряде батареи работа будет прекращена до тех пор, пока не будет достаточного заряда.If a battery or drive error occurs, an error message is issued and the drive decides whether it is severe enough to prevent operation. If the battery is insufficiently charged, operation will stop until there is sufficient charge.
Чтобы зарядить аккумуляторную батарею, и пока аккумуляторная батарея не используется для перемещения привода, ход процесса возвращается к этапам 102 и 104. Если имеется достаточное сетевое питание, батарея безопасна в использовании, привод безопасно запускать, а батарея требует зарядки, модуль управления приводом на этапе 106 начнет зарядку батареи. Во время зарядки батареи при соответствующей настройке, привод переходит в режим энергосбережения (или глубокого сна), и аккумуляторная батарея не используется пока не будет принята действительная команда перемещения. Аккумуляторная батарея будет заряжаться, если батарея не сообщит о критической неисправности (в этом случае выдается сообщение об ошибке и система не будет запущена), действующее сетевое питание не будет отключено (в этом случае система запустит описанное выше событие отключения батареи) или не будет принята действительная команда перемещения (в этом случае привод будет перемещен из любого установленного положения в любое другое установленное положение, как описано выше). Эти параметры отслеживаются на протяжении всего процесса зарядки.To charge the battery, and while the battery is not being used to move the actuator, the process returns to steps 102 and 104. If there is sufficient mains power, the battery is safe to use, the actuator is safe to start, and the battery requires charging, drive control module to step 106 will begin charging the battery. While charging the battery, if configured appropriately, the drive will enter a power saving (or deep sleep) mode and the battery will not be used until a valid move command is received. The battery will charge unless the battery reports a critical failure (in which case an error message is displayed and the system will not start), valid utility power is removed (in which case the system will trigger the battery disconnect event described above), or valid utility power is not accepted. move command (in this case the actuator will move from any set position to any other set position as described above). These parameters are monitored throughout the charging process.
Вышеописанный режим активации батареи может использоваться в системе с питанием от сети и/или в системе, питаемой от возобновляемого источника энергии, например солнечной, ветровой и/или гидроэнергии. Таким образом, также предусмотрен так называемый автономный режим работы, который ниже описан более подробно. Автономный режим работы очень похож на режим активации батареи, а события активации батареи и отключения батареи идентичны при работе. Ключевыми отличиями являются источник питания и возможность принимать решения о процессе от локального датчика, питаемого от привода, и/или передавать информацию по беспроводной сети обратно в центр управления для получения в ответ команды перемещения, которая будет отправлена на привод по беспроводной связи.The above-described battery activation mode can be used in a grid-powered system and/or in a system powered by a renewable energy source, such as solar, wind and/or hydropower. Thus, a so-called off-line operation is also provided, which is described in more detail below. Offline operation is very similar to Battery Activation mode, and the Battery Activation and Battery Off events are identical in operation. The key differences are the power supply and the ability to make process decisions from a local sensor powered by the actuator and/or transmit information wirelessly back to the control center to receive a motion command in response that will be sent wirelessly to the actuator.
В автономном режиме работы привод клапана может получать питание от непостоянного подвода питания, например, от солнечных батарей или ветряных генераторов. Электроэнергия от этих источников может подаваться непосредственно на привод и может использоваться вместо питания от сети в тех случаях, когда невозможно обеспечить соответствующее питание от сети. Модуль управления приводом управляет подводом энергии и накапливает энергию в аккумуляторной батарее. Подвод питания привода запускает вспомогательную систему и заряжает аккумулятор, когда имеется достаточная мощность, затем аккумуляторная батарея питает двигатель привода и другие системы по команде и/или при недостаточной мощности. Как описано выше, функция управления батареей может заставить батарею перейти в так называемый режим глубокого сна, чтобы максимально увеличить заряд, идущий на батарею, с пробуждением только по необходимости. Как и во всех других режимах, о состоянии можно сообщать визуально, по проводам или по беспроводной сети, и в этом случае устройство может иметь возможность напрямую подключаться к сторонним датчикам и обрабатывать информацию на основе заданных пользователем значений.In off-grid operation, the valve actuator can be powered by an intermittent power supply, such as solar panels or wind generators. Electrical power from these sources can be supplied directly to the drive and can be used in place of mains power in applications where adequate mains power cannot be provided. The drive control module controls the energy input and stores energy in the battery. The drive power input starts the auxiliary system and charges the battery when sufficient power is available, then the battery powers the drive motor and other systems when commanded and/or when there is insufficient power. As described above, the battery management feature can force the battery into what is called a deep sleep mode to maximize the charge going to the battery, waking up only when needed. As with all other modes, status can be reported visually, wired, or wirelessly, in which case the device may be able to connect directly to third-party sensors and process the information based on user-specified values.
Источником питания может быть солнечное излучение через солнечные панели сторонних производителей. Привод будет иметь возможность контролировать и оптимизировать, посредством отслеживания электрического ввода, производительность солнечных панелей или других источников и подавать полученную электроэнергию в аккумуляторную батарею привода. Основное преимущество этой системы - то, что система солнечных панелей не обязательно должна иметь возможность напрямую управлять приводным двигателем, поэтому батарея будет использована в качестве аккумулятора для привода двигателя и перекрытия перерывов в поступлении солнечного света, вызванных темнотой или тенью. Метод работы будет соответствовать режиму активации батареи.The power source can be solar radiation through third party solar panels. The drive will be able to monitor and optimize, by monitoring electrical input, the performance of solar panels or other sources and feed the resulting electricity into the drive's battery. The main advantage of this system is that the solar panel system does not need to be able to directly drive the drive motor, so the battery will be used as a battery to drive the motor and bridge interruptions in sunlight caused by darkness or shade. The operation method will correspond to the battery activation mode.
С точки зрения функциональности, в дополнение к обычным проводным командам и сетям действительный сигнал будет приниматься по беспроводной связи. Привод может по той же беспроводной связи отправить в ответ информацию о состоянии. Это позволяет получить полностью автономное решение.In terms of functionality, in addition to the usual wired commands and networks, the actual signal will be received wirelessly. The drive can respond with status information via the same wireless connection. This allows for a completely autonomous solution.
Последним аспектом этого является подключение внешних датчиков, например датчиков давления. Это позволяет приводу принимать внутренние технологические решения и изменять свое собственное заданное значение в зависимости или вне зависимости от центрального контрольного заданного значения. Если процесс выходит за пределы установленных параметров, привод может отправить по проводной или беспроводной связи в систему управления предупреждающее сообщение.The final aspect of this is the connection of external sensors, such as pressure sensors. This allows the drive to make internal process decisions and change its own setpoint with or without the central reference setpoint. If the process goes outside the set parameters, the drive can send a warning message via wired or wireless communication to the control system.
В случае полной потери мощности, например, из-за выхода из строя солнечной панели, привод, в соответствии с описанным событием отключения батареи, перейдет из любого положения в заданное положение бесперебойной работы и подаст сигнал тревоги, проводной или беспроводной.In the event of a complete loss of power, for example due to solar panel failure, the actuator, in accordance with the described battery disconnect event, will move from any position to the specified non-stop position and generate an alarm, wired or wireless.
Специалисту в данной области техники будет понятно из предшествующего описания, что в описанные варианты осуществления могут быть внесены модификации и изменения, не выходящие за пределы объема изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения.One skilled in the art will appreciate from the foregoing description that modifications and changes may be made to the described embodiments without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (66)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1906423.7 | 2019-05-07 | ||
GB2003472.4 | 2020-03-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021131375A RU2021131375A (en) | 2023-06-07 |
RU2816698C2 true RU2816698C2 (en) | 2024-04-03 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017053490A (en) * | 2016-10-24 | 2017-03-16 | 株式会社キッツ | Electric actuator for valve and emergency shutoff valve / emergency release valve |
RU2627243C1 (en) * | 2013-08-09 | 2017-08-04 | Хитачи Аутомотив Системс, Лтд. | Storage battery control system and vehicle control system |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627243C1 (en) * | 2013-08-09 | 2017-08-04 | Хитачи Аутомотив Системс, Лтд. | Storage battery control system and vehicle control system |
JP2017053490A (en) * | 2016-10-24 | 2017-03-16 | 株式会社キッツ | Electric actuator for valve and emergency shutoff valve / emergency release valve |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6019614B2 (en) | Power storage control device, power storage control device control method, program, and power storage system | |
RU2750612C9 (en) | Actuator with an integrated battery | |
RU2752231C1 (en) | Actuating mechanism with an embedded battery | |
WO2012050004A1 (en) | Power supply system | |
KR101480770B1 (en) | Control Operating System And Method for Energy Development Source | |
CN114342205B (en) | Actuation mechanism with integrated battery | |
RU2816698C2 (en) | Drive mechanism with built-in battery | |
JP2012090376A (en) | Power supply system | |
KR20180104875A (en) | Subway DDC power supply and control system | |
US9913406B2 (en) | System and method for controlling ambient temperature at a power-consuming site | |
JP4758196B2 (en) | Power storage device | |
KR102159459B1 (en) | Uninterruptible Power Supply Control System with Capacitor | |
JP6560286B2 (en) | Power storage system | |
KR20210019841A (en) | solar battery charge-discharge control device | |
KR20210059498A (en) | solar battery charge-discharge control device |