KR102560799B1 - 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법을 개시한다.
본 발명에 따르는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법은 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치에 있어서, 상기 전원에 직렬로 연결되는 부하에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부와, 상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따라 회로손상을 방지하는 초충회로부 및 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 제어부를 포함하는 특징이 있는데, 이에 의하면 다양한 부하에 의하여 임으로 발생되는 돌입전류에 의하여 시스템이 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 작동되는 효과가 있다.

Description

스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법{Power control devices and methods of transportation robots in smart factories}
본 발명은 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 부하에 의하여 임으로 발생되는 돌입전류에 의하여 시스템이 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 작동되는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근에 이르러 4차 산업혁명에 기반한 스마트 공장 시스템으로 전환하는 과정에 있으며, 이를 운용하는 전력은 일반적으로 3상 전력을 기반으로 하여 구성되어 있다.
기존의 3상 전력 기반의 스마트 시스템의 경우, 시스템 오류시 부스바(Bus Bar)를 통한 전력공급을 하는 방식을 일반적으로 사용하고 있기 때문에, 오류 장치의 스마트 시스템의 전력차단이 불가능 하며, 이때 부스바를 통하여 흐르는 피크전압은 380V(볼트)의 고압이므로 안전상에 심각한 위협이 될 수 있다.
이러한 스마트 공장은 기존의 컨베이어 시스템에서 공중 로봇 이송 시스템과 같은 방식으로 진화하고 있으며, 이러한 방식의 전력 공급을 위하여 공장의 천장에 배치되는 파워 부스바를 통하여 전력공급이 이루어 지며, 전력의 차단은 스마트 시스템 전체의 흐름을 끊어 버리는 상황을 초래하게 되어, 각각의 구동객체에 적용된 단일 내장형 전력시스템의 필요성이 대두되고 있다.
단일 내장형 전력시스템을 구성하기 위하여, 일반적으로 2차전지 기반의 전력시스템을 고안할 수 있으며, 각각의 이송장치는 단일 전력시스템, 예를 들어 이차전지팩을 내장하여 작동할 수 있다.
2차전지 기반의 전력 공급 방식은 기존의 산업시스템의 전력 방식과 달리 스마트 공장 시스템의 오류시, 단일 작동 개체(예를 들어, 로보트)만의 전력을 간단한 스위치 조작으로 제어할 수 있기 때문에 관리 및 시스템 효율적인 측면에서 매우 편리하며, 별도의 전력 부스바를 필요로 하지 않기 때문에 안전한 운용환경 구축이 가능하게 된다.
예를 들어 스마트 공장의 이송로보트 또는 전동 지게차, 전동 휠체어 등을 구현함에 있어서 몇가지 제약사항이 따르게 되는데 이는 2차전지의 물리적 특성에 기인하므로 이에 대한 대비가 필요하게 된다.
대부분의 2차전지는 리튬이온 배터리를 기반으로 구성이 되어 있으며, 사용에 있어 몇가지 제약이 있는데, 리튬이온 배터리는 DOD(Depth of discharge)기준 상하 5% 영역은 사용이 불가능하며, 또한 배터리의 전류용량 C-Rate 이하의 구동조건을 반드시 준수해야 하며, 이를 어기는 경우에는 배터리의 수명감소 등 내구성 저하와, 더 나아가 배터리의 폭발과 같은 사고를 일으킬 수 있다.
도 6은 종래 산업용 로보트에 구비되는 전원 시스템의 회로개요도인데, 배터리랙 시스템은 n개의 서브 BMS(Sub Battery Management system)와 이를 통합 관리 제어하는 마스터 BMS를 통하여 운용된다.
여기서, CT(Current Transformer)를 통하여 전류를 측정하여 보호회로를 제어하게 되고, 차단기 CB(Circuit Breaker)는 수동으로 조작되는 장치로 구성되며, MC(Magnetic Contact)는 운용상에서 제어명령에 의하여 임의로 조작되는 스위치를 나타낸다.
부하측(load)의 CB를 수동으로 연결하고, 배터리측(battery rack system)의 MC를 연결하는 순간에, 시스템은 순간적인 돌입전류를 발생시키며, 이때 인가되는 전류는 시스템의 부하특성에 따라 다르나 통상적으로 수백 암페에 정도의 순간 돌입전류가 발생하게 된다.
배터리 구동전류가 보통 수 암페어 정도에서 운용되는 점을 감안하면, 돌입전류의 양은 일반 배터리의 허용 전류의 수백배를 상회하게 되고, 돌입전류의 발생시간 역시 부하정도에 따라 차이가 나지만 보통 수초 동안(1~10초) 발생하게 된다.
일반적인 납축전지와 달리 리튱이온등에 기반한 2차 전지류의 경우 0.5 정도의 C-Rate를 가지는데, 배터리 C-Rate를 수백배 상회하는 돌입전류는 배터리 수명에 치명적이며, 이러한 스트레스가 누적되면 결국 배터리의 이상작동으로 인한 고열이나 폭발과 같은 발화로 이어지게 되는 위험을 발생시키는 문제가 있다.
이러한 돌입전류는 부하측의 컨덴서에 기인한 임피던스 특성에 의하여 발생하게 되는데, 일반적으로 단일 부하시스템에서는 초충회로를 통하여 초기 돌입 전류를 방지하는 보호회로를 통하여 구동하게 된다.
이러한 초충회로의 운용은 도 7을 통해서 설명할 수 있는데, 종래 산업용 로보트에 구비되는 전원 시스템에 초충회로를 통하여 전력을 공급하는 배터리 구동시스템의 회로개요도인데, 초기 전원 배터리측(battery rack system)의 메인 MC를 구동하는 순간 초충회로(Pre Charging Unit)의 초충저항을 통하여 전류의 흐름을 제한하게 된다.
이때 최대 전류치는 다음 식 1에 의하여 결정된다.
<식 1>
Imax = Vbatt / (Rpcu + Rload)
(Vbatt: 배터리 전압, Rpcu: 초충저항, Rload: 직렬 부하저항)
초충저항을 기준으로, 부하측(load)의 전압은 부하측 컨덴서가 점차 충전됨에 따라 점점 상승하게 되고, 최대 상승전압은 다음 식 2에 의하여 결정된다.
<식 2>
Vload = Rload / (Rpcu + Rload) * Vbatt
부하측의 전압이 일정전압이상 도달시(예: Vload의 90% 이상) 초충회로의 초충 스위치를 붙이게 되면(turn-on), 초기 돌입전류의 발생없이 안전하게 배터리 전력을 부하측으로 공급하게 된다.
일반적인 단순 부하에서는 이 구성은 비교적 안전하게 동작하는데, 예를들어 파워 인버터, 파워 PCS(Power Conversion system) 등 전력기반 단순 장비들은 문제없이 동작 시킬수 있다,
그러나, 실제 산업용 구동 로보트 시스템은 비교적 복잡한 부하시스템으로 구성되어 있으며, 초충 이후에도 임의의 시간에 추가적인 MC 구동시(MC_load turn-on) 정격의 수백배의 전류가 흐르게 되어 초충회로로는 보호할 수 없는 상황이 되므로, 배터리 및 시스템의 안전을 보장할 수 없게 되는 문제가 아울러 있게 된다.
따라서, 실제 산업용 구동 시스템은 배터리 기반 구동시스템의 많은 장점에도 불구하고 안전 보장이 어려운 위험한 상황을 초래할 수 있는 실정이다.
도 8은 종래 C-rate 3A 의 배터리 시스템의 전류를 측정한 그래프로서, 위 도 2에 제시한 등가회로를 구성 후 MC를 접촉할 시 흐르는 돌입전류를 측정한 것인데, 돌입전류의 측정은 0.2옴의 션트저항기를 통하여 측정하였으면 순간 돌입 전류는 약 200A 정도의 전류가 측정되었는데, 실제 테스트에 사용된 간이 회로는 매우 작은 부하로서, 돌입전류의 간접적 확인을 파악하기 위한 측정이기 때문에 매우 짧은 시간에 매우 작은 전류를 테스트 하였으므로 실제 산업용 시스템에서는 이 보다 최소 수십배의 돌입전류가 상대적으로 긴시간동안 흐를것으로 쉽게 예측할 수 있다.
2차전지는 일반적으로 C-rate 이상의 전류가 흐르게 되면, 분리막에 지속적인 스트레스를 주게 되고 결국 파괴되는 한계치에 도달할 수 있어서, 반드시 정격의 C-Rate 이하로 운전하여야 하며, 이를 벗어난 영역에서의 사용은 배터리의 수명및 그 안전성에 심각한 영향을 초래할 수 있다.
따라서 위 도 8과 같은 돌입전류는 반드시 별도의 보호회로를 통하여 안전영역으로 관리하여야 하며, 최대 C-Rate를 초과하지 않도록 매우 빠른 시간안에 그 전류를 차단해야 한다
또 다른 예를 들어, 대한민국공개특허공보 제2019-0142851호에서는 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로가 포함된 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법를 개시하고 있는데 도 9를 참고하여 살펴보면, 차량의 배터리와 직렬로 연결되어 상기 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부와, 상기 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리를 상기 차량과 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리차단회로부와, 상기 역전압방지회로부와 직렬로 연결되고 상기 배터리차단회로부와는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴온되어 발생하는 돌입전류로부터 회로 손상을 방지하는 초충저항부와, 상기 배터리차단회로부 및 상기 초충저항부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리로부터 전원을 입력받아 전기에너지를 축적시키는 DC단 콘덴서부와, 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 상기 DC단 콘덴서부의 전력 소모를 제어하여 상기 DC단 콘덴서부의 충전 동작 및 방전 동작을 수행하는 제어부 및 상기 충전 동작 후 상기 방전 동작에 따라 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출부를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치를 개시하고 있으나, 이 역시 부하가 추가되는 경우에 증가되는 돌입전류에 대한 안전장치나 회로가 없어서, 이미 언급한 문제점을 역시 가지고 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 다양한 부하에 의하여 임의로 발생되는 돌입전류에 의하여 시스템이 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 작동되는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 다양한 부하에 의하여 임의로 발생되는 돌입전류에 의하여 시스템이 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 작동되는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치에 있어서, 상기 전원에 직렬로 연결되는 부하에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부와, 상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따라 회로손상을 방지하는 초충회로부 및 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어부는 비교부의 허용전류여부에 따른 신호를 받아 초충회로를 제어하여 초충스위치를 개폐하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 비교부의 허용전류인지 여부에 따른 신호를 받아 초충스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어기는 제어부로 부터 서브루틴 구동 신호를 받아 초충스위치를 턴오프하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 초충회로부에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어부는 전압측정부에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링하는 것일 수 있다.
본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어방법에 있어서, 상기 전원에 직렬로 연결되는 부하에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부에 의하여 비교하는 S1단계와, 상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따른 신호를 제어부로 전송하는 S2단계 및 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 S3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어부는 비교부의 허용전류여부에 따른 신호를 받아 초충회로를 제어하여 초충스위치를 개폐하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 비교부의 허용전류인지 여부에 따른 신호를 받아 초충스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어기는 제어부로 부터 서브루틴 구동 신호를 받아 초충스위치를 턴오프하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 초충회로부에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제어부는 전압측정부에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링하는 것일 수 있다.
그러므로 본 발명에 따르는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치 및 방법에 의하면, 다양한 부하에 의하여 임의로 발생되는 돌입전류에 의하여 시스템이 손상되는 것을 방지하여 전기적으로 안정적인 작동을 담보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치의 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 비교부에 따르는 고속 비교기의 회로 예시도이며,
도 3은 본 발명에 따르는 이송용 로브트에 구비된 전원 시스템의 회로개요도이고,
도 4는 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법의 초충회로개폐 순서를 나타낸 순서도이며,
도 5는 본 발명에 따르는 서브루틴의 순서를 나타낸 순서도이고,
도 6은 종래 산업용 로보트에 구비되는 전원 시스템의 회로개요도이며,
도 7은 종래 산업용 로보트에 구비되는 전원 시스템에 초충회로를 통하여 전력을 공급하는 배터리 구동시스템의 회로개요도이고,
도 8은 도 7의 회로에 C-rate 3A 의 배터리 시스템을 적용하여 전류를 측정한 그래프이며,
도 9는 종래 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로가 포함된 EPS 전원 공급 제어 장치의 회로도이다.
이하, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한 다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 비교부에 따르는 고속 비교기의 회로 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따르는 이송용 로브트에 구비된 전원 시스템의 회로개요도이고, 도 4는 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법의 초충회로개폐 순서를 나타낸 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따르는 서브루틴의 순서를 나타낸 순서도인데, 이를 참고하여 설명한다.
본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치(100)는 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치에 있어서, 상기 전원(200)에 직렬로 연결되는 부하(300)에 인가되는 돌입전류(irush)를 감지하고 기준전류(iref)와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부(400)와, 상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따라 회로손상을 방지하는 초충회로부(500) 및 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치(510)를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 제어부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전원(200)은 고정되어 전력을 공급하는 단위가 아니라 이송용로보트에 내장되어 단위 구동의 전력원으로 사용되는 충방전이 가능한 이차전지나 이차전지랙을 말하며, 주로 리튬이온 이차전지를 포함한다.
또한, 상기 부하(300)는 스마트공장에서 사용되는 전력을 필요로 하는 구성요소들, 예를 들어 이송용로보트의 다양한 구동(이동속도, 이송대상의 하중 증감 등)에 사용되는 부품들에 의하여 임의로 발생되는 것들이며, 부하측의 컨덴서에 기인한 임피던스 특성에 의하여 다양하게 발생되는 전류량을 의미한다.
상기 돌입전류(irush)는 부하에 전원을 턴온하여 전류를 인가하는 경우에 일시적이고 순간적으로 발생하는 최대 순간 전류를 의미한다.
상기 비교부(400)는 전원과 부하와의 사이에 흐르는 돌입전류(irush)를 감지하고 기준전류(iref)와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 구성으로서, 고속의 FET 소자(예를 들어 MOSFET(전계효과트랜지스터))를 사용할 수 있고,
도 2에서 볼 수 있듯이, 전류측정수단(700)을 통하여 측정된 전류값을 받아 기입력된 기준전류(iref)와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하며, 허용전류를 초과하는 경우에 인터럽트신호(ilimit, OUT A)를 발생시켜 제어부(600)와 제어기(800)로 인터럽트신호를 전송하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 전류측정수단(700)은 CT(current transformer)와 같은 소자를 이용하여 인가되는 전류값을 측정하는 구성을 말한다.
또한, 상기 인터럽트신호는 제어부(600)와 제어기(800)로 전송되어 초충회로부(500)의 초충스위치(510)를 열어두게(turn-off, open) 하는데, 제어기는 인터럽트 루틴에 의하여 일정시간동안 지연기간(delay time)을 두어 초충저항으로 전압을 인가하고 초충스위치를 열어두도록 하여 장치를 2중으로 보호할 수 있다.
즉, 상기 제어부(600)는 비교부의 허용전류여부에 따른 신호를 받아 초충회로를 제어하여 초충스위치(510)를 개폐하는데, 비교부의 비교시에 돌입전류(irush)가 기준전류(iref)보다 낮은 경우에 허용전류신호에 의하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온(turn-on)하여 부하(200)에 전압을 인가하며, 반대로 비교부에서 발생한 신호가 인터럽트신호인 경우에는 초충스위치를 열어두어 전력을 공급을 차단하게 된다.
한편, 상기 비교부의 허용전류인지 여부에 따른 신호를 받아 초충스위치의 개폐를 제어하는 제어기(800)를 더 포함하는 경우에는, 제어부(600)에 의한 초충스위치 개폐신호에 오류가 발생한 경우라 하더라도, 제어기는 비교부에 의한 인터럽트신호(ilimit)를 직접 받아 초충스위치(510)를 열도록 하는 서브루틴을 구동시켜, 예를 들어 인터럽트신호에 의하여 초충스위치를 열어둘 수 있다(including turn-off signal).
즉, 상술한 장치는 전원(200)인 배터리측 MC를 열어 시스템을 구동시키면, 초충회로부(500)를 통하여 초기 돌입전류를 차단하거나 허용하는 제어를 수행하고, 초충스위치가 정상적으로 구동된 이후, 임의의 시점에, 부하측의 2차 MC 또는 CB를 연결시키는 상황이 제조라인에서 발생되며, 또 다시 수백 암페어의 돌입전류가 발생하는 문제가 생겨 시스템을 전기적으로 불안정하게 하므로, 이때 이미 초충회로를 통한 초충스위치(예를 들어, 릴레이소자)는 구동상태이므로 이를 방지하기 위한 추가 조치가 필요하게 되므로, 상기 제어부(600)는 비교기에 의하여 전송된 신호가 인터럽트신호인 경우에 서브루틴으로 인터럽트루틴을 구동시키며, 이 신호를 받은 제어기(800)는 기설정된 지연시간(예를 들어, 20mSec) 동안 초충회로를 열어두고, 비교기는 다시 비교를 수행하여(돌입전류(irush)값과 기준전류(iref)값 비교), 허용전류인지를 판단하여 그 신호를 제어부와 제어기로 보내 지연시간을 추가할지 결정하게 된다.
아울러 상기 초충회로부(500)에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부(900)를 더 포함하여, 초충회로부의 초충저항(520)에 인가되는 전압을 측정할 수 있다.
이는 상술한 비교부(400)와 제어기(800)에 의하여 초충회로스위치(510)를 제어하며 일정 시간이 경과하며, MC 혹은 CB에 의한 돌입전류가 감쇄하여 정상영역으로 점차 회기하게 되는데, 일정 시간 단위로 현재의 구동전류량을 모니터링할 필요가 있으며, 정상전류가 흐르는 상황이 되면 과전류가 흐르지 않기 때문에 부하측의 전압을 측정하여 입력 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 알 수 있어 설정된 기준전압에 도달하면 스위치를 턴온하여 부하에 전력 공급을 재개할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(600)는 전압측정부(900)에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링하여, 허용전압으로 판단인 경우에 스위치를 턴온하게 된다.
아울러, 상기 비교부(400), 초충회로부(500), 제어부(600), 제어기(800)는 단일 소자로 설계되어 내장되어 구비되거나 회로기판에 일체로 구비될 수 있음은 물론이다.
한편 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법은 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어방법에 있어서, 상기 전원(200)에 직렬로 연결되는 부하(300)에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부(400)에 의하여 비교하는 S1단계와, 상기 비교부(400)에 의하여 허용전류인지 여부에 따른 신호를 제어부로 전송하는 S2단계 및 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 S3단계를 포함하는 특징이 있다.
먼저, S1단계는 상기 전원(200)에 직렬로 연결되는 부하(300)에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부(400)에 의하여 비교하는 스텝으로서, 비교부(400)는 전원과 부하와의 사이에 흐르는 돌입전류(irush)를 감지하고 기준전류(iref)와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 구성으로서, 고속의 FET 소자(예를 들어 MOSFET(전계효과트랜지스터))를 사용할 수 있다.
상기 비교부(400)는 전류측정수단(700)을 통하여 측정된 전류값을 받아 기입력된 기준전류(iref)와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하며, 허용전류를 초과하는 경우에 인터럽트신호(ilimit)를 발생시켜 제어부(600)와 제어기(800)로 인터럽트신호를 전송하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 전류측정수단(700)은 CT(current transformer)와 같은 소자를 이용하여 인가되는 전류값을 측정하는 구성을 말한다.
이러한 비교부(400)는 MOSFET와 같은 소자를 사용하여, 고속으로 비교를 수행하여 신호를 발생시킬 수 있으며, 고속의 동작속도는 수 나노초에서 수 마이크로 초의 딜레이를 갖는 소자를 사용할 수 있다.
다음으로, S2단계는 상기 비교부(400)에 의하여 허용전류인지 여부에 따른 신호를 제어부(600)로 전송하는 단계로서, 비교부에 의하여 허용전류 신호가 발생되면 제어부는 초충회로부(500)의 초충스위치(510)를 턴온시켜 부하에 전력을 공급하게 된다.
반대로, 상기 비교부(400)에 의하여 발생한 신호가 인터럽트신호(ilimit)인 경우에는 초충스위치(510)를 턴오프시켜 부하에 전력을 공급을 차단하게 된다.
따라서, S2단계에 이은 S3단계는 상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하여 로보트를 구동하는 운용을 한다.
그런데, 부하측에 기본부하(Lbasic)외 추가부가(Ladd)가 MC에 의하여 수동이나 자동으로 전기적으로 턴온되어 부가되며, 전체시스템에 서지전류가 다시 발생되어 시스템이 불안정해지므로, 시스템의 안정화를 위하여 비교부는 전체 부하에서 흐르는 돌입전류를 다시 기준전류와 비교하여 초충스위치를 개폐할 필요가 있다.
따라서, 상기 비교부(400)는 비교후 신호를 측정전류와 기준전류를 비교한 후에 허용전류신호 또는 차단전류인 인터럽트신호를 제어부를 전송하고 제어부(600)는 인터럽트신호인 경우에 초총회로부의 초충스위치를 열어 부하에 전력공급을 차단하게 한다.
또한 안정적인 시스템 보호를 위하여 비교부는 허용전류신호 또는 인터럽트신호를 제어기(800)에도 전송한다.
상기 제어기(800)는 인터럽트신호를 수신하면 서브루틴으로 인터럽트루틴을 가동시켜 초충회로부(500)의 초충스위치의 턴온을 지연시킴으로서 부하에 전력공급을 차단하여 시스템의 안정화를 강화시킨다.
즉, 상기 인터럽트신호(ilimit)는 제어부(600)와 제어기(800)로 전송되어 초충회로부(500)의 초충스위치(510)를 열어두며(turn-off, open), 제어기는 인터럽트 루틴에 의하여 일정시간동안 지연기간(delay time)을 두어 초충저항으로 전압을 인가하고 초충스위치를 열어두도록 하여 장치를 2중으로 보호할 수 있다.
또한, 상기 제어기(800)는 제어부(600)에 의한 초충스위치 개폐신호에 오류가 발생한 경우라 하더라도, 인터럽트신호(ilimit)를 직접 받아 초충스위치(510)를 열도록 하는 서브루틴을 구동시킬 수 있으므로 장치 시스템에 과도전류에 의한 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법을 경시적으로 상술하면, 제어부(600)는 비교부(400)에 의하여 전송된 신호가 인터럽트신호인지를 판단하여 기준전류값의 허용범위인 경우에는 정상전류를 판정하여 초충회로부(500)의 스위치(510)를 턴온시켜 부하(300)에 전력을 공급한다.
또한, 상기 제어부(600)는 비교부(400)에 의하여 전송된 신호가 인터럽트신호인지를 판단하여 기준전류값의 허용범위를 벗어난 경우에는 인터럽트루틴을 가동시키게 되는데, 제어부는 인터럽트신호의 값을 '1'로 설정하고 제어기(800)로 서브루틴 가동신호를 전송하며, 제어기(800)는 기설정된 지연시간동안 초충회로부를 턴오프시키고, 비교부로부터 비교된 전류신호(허용전류 또는 인터럽트전류)를 받아 정상전류 신호를 받기전까지 인터럽트 루틴을 반복하여 구동시키며, 정상전류 신호인 경우에 그 값을 '0'로 설정하여 서브루틴을 종료 시키고 전력공급을 개시하거나 재개시킨다.
이러한 인터럽트 루틴은 제어기와는 별도로 제어부(600)에서 직접 구동하여도 무방하며, 제어부와 제어기에 전송된 비교부의 신호가 허용전류인 경우에 초충회로 스위치(510)를 턴오프하는 것이 바람직한데, 제어부의 구동신호에 가중을 두어도 무방하다.
또한, 상기 제어부는 상기 초충회로부에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하도록 하여, 전압측정부에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링할 수 있으며, 제어부 또는 제어기에 의하여 초충스위치를 턴온하는 시점에 정상전압 유무로 턴온하여 부하에 전력을 인가할 수 있음은 앞서 본 바와 같다.
제어장치 100, 전원 200,
부하 300, 비교부 400,
초충회로부 500, 제어부 600,
전류측정수단 700, 제어기 800,
전압측정부 900.

Claims (12)

  1. 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어장치에 있어서,
    상기 전원에 직렬로 연결되는 부하에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부;
    상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따라 회로손상을 방지하는 초충회로부; 및
    상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 제어부;를 포함하고,
    상기 비교부의 허용전류인지 여부에 따른 신호를 받아 초충스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 제어부로부터 서브루틴 구동 신호를 받아 초충스위치를 턴오프하고,
    상기 서브루틴으로 인터럽트루틴이 구동되어 기설정된 지연시간동안 초충회로부를 턴오프시키고, 비교부로부터 비교된 전류신호를 받아 정상전류 신호를 받기전까지 인터럽트 루틴을 반복하며, 정상전류인 경우에 서브루틴을 종료시켜 전력공급을 개시하거나 재개시키는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 비교부의 허용전류여부에 따른 신호를 받아 초충회로를 제어하여 초충스위치를 개폐하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 초충회로부에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 전압측정부에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어장치.
  7. 스마트 공장의 이송용 로보트의 전원의 제어방법에 있어서,
    상기 전원에 직렬로 연결되는 부하에서 인가되는 돌입전류를 감지하고 기준전류와 비교하여 허용전류인지 여부를 판단하는 비교부에 의하여 비교하는 S1단계;
    상기 비교부에 의하여 허용전류인지 여부에 따른 신호를 제어부로 전송하는 S2단계; 및
    상기 허용전류인 경우에 부하로 전류인가를 위하여 초충회로부의 초충스위치를 턴온하여 부하에 전력을 인가하는 S3단계;를 포함하고,
    상기 비교부의 허용전류인지 여부에 따른 신호를 받아 초충스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 제어부로부터 서브루틴 구동 신호를 받아 초충스위치를 턴오프하고,
    상기 서브루틴으로 인터럽트루틴이 구동되어 기설정된 지연시간동안 초충회로부를 턴오프시키고, 비교부로부터 비교된 전류신호를 받아 정상전류 신호를 받기전까지 인터럽트 루틴을 반복하며, 정상전류인 경우에 서브루틴을 종료시켜 전력공급을 개시하거나 재개시키는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 비교부의 허용전류여부에 따른 신호를 받아 초충회로를 제어하여 초충스위치를 개폐하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 초충회로부에 병렬로 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 전압측정부에 의하여 측정된 전압이 전원 전압에 대하여 안전한 전압 영역에 도달하였는지를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 이송용 로보트의 과도전류 제어방법.
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