KR101698896B1 - 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

제1 작업모드시 선회마력비율 = 1, 유압마력비율 = 1로, 제2 작업모드시 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 발전기 드라이버 또는 선회모터 드라이버의 구동을 제어하는 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 에너지저장소의 에너지를 사용하여 작업량을 극대화하고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 구동 장치를 제한적으로 사용해 연료 소모량을 최소화한다.

Description

하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법{HORSEPOWER CONTROL SYSTEM OF A HYBRID EXCAVATOR AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 에너지 저장소의 에너지를 적극적으로 사용하여 작업량을 극대화하고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 구동 장치를 제한적으로 사용해 연료 소모량을 최소화하는 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
종래 하이브리드 굴삭기 관련 기술은 국내특허출원번호 제10-2007-137478호와 같이 정해진 하나의 규칙에 의해 장비를 제어하여 효율성을 높이거나, 또는 국내특허출원번호 제10-2001-7016523호와 같이 사용자의 운전 패턴을 자동으로 읽어 제어에 응용하였으나, 실제 운전조건을 정확하게 반영하는데에는 어려움이 있을 뿐만 아니라, 목적은 연료소모량의 저감에 있고, 장비의 작업량 증대에 있지는 않다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 추가 구성 및 비용의 발생 없이 기존 굴삭기 대비 2배 가량의 마력을 사용하여 작업량을 극대화시킬 수 있도록 하고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 각 구동 장치를 제한적으로 사용하여 연료 소모량을 최소화할 수 있도록 하는 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템은,
엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되며 토출유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시키는 유압펌프, 상기 엔진에 의해 구동되어 발전하는 발전기, 상기 발전기에 의해 발전된 전기에너지를 충전하며 선회전기모터에 전기에너지를 공급하는 에너지저장장치를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템에 있어서, 사용자 설정에 따른 제1 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력과 엔진 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화하고, 사용자 설정에 따른 제2 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화하는 마력제어 콘트롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지저장장치는 전기에너지 저장이 가능한 배터리나 슈퍼 커패시터 또는, 유압 에너지 저장이 가능한 어큐뮬레이터 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템의 마력제어방법은,
엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되며 토출유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시키는 유압펌프, 상기 엔진에 의해 구동되어 발전하는 발전기, 상기 발전기에 의해 발전된 전기에너지를 충전하며 선회전기모터에 전기에너지를 공급하는 에너지저장장치를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템의 마력제어방법에 있어서, 사용자 설정에 따른 제1 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력과 엔진 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화하는 단계 및, 사용자 설정에 따른 제2 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템 및 그의 제어방법은,
사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 에너지 저장소의 에너지를 사용하여 기존 시스템의 순간 마력을 크게 상회하는 모드로 장비를 사용해 작업량을 극대화하여 추가 구성 및 비용의 발생 없이 사용자 편의성을 향상시키고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 각 구동 장치를 제한적으로 사용하여 연료 소모량을 최소화한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어 시스템을 도시한 블록구성도
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어 시스템의 동작을 순서대로 도시한 플로우챠트
도 3은 본 발명에 따른 작업모드와 선회마력비율, 유압마력비율 간의 관계를 나타낸 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 엔진 102 : 유압펌프
103 : 발전기 104 : 선회전기모터
105 : 에너지저장장치 106 : 발전기 드라이버
107 : 선회모터 드라이버 108 : 마력제어 콘트롤러
109 : 사용자설정 입력수단
발명의 실시를 위한 최선의 형태
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어 시스템을 도시한 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 엔진(101)과, 상기 엔진(101)에 의해 구동되며 토출유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시키는 유압펌프(102), 상기 엔진(101)에 의해 구동되어 발전하는 발전기(103), 상기 발전기(103)에 의해 발전된 전기에너지를 충전하며 선회전기모터(104)에 전기에너지를 공급하는 에너지저장장치(105)(예: 전기 에너지 저장이 가능한 배터리나 슈퍼 커패시터 또는, 유압 에너지 저장이 가능한 어큐뮬레이터 등)를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템에 있어서, 사용자 설정에 따른 제1 작업모드 선택시(또는, 최대 마력 설정 스위치 온(ON) 시) 에너지저장장치(105)의 마력과 엔진(101) 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 발전기 드라이버(106) 또는 선회 모터 드라이버(107)의 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화하고, 사용자 설정에 따른 제2 작업모드 선택시(또는, 최대 마력 설정 스위치 오프(OFF) 시) 에너지저장장치(105)의 마력 또는 엔진(101) 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버(106) 또는 선회 모터 드라이버(107)의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화하는 마력제어 콘트롤러(108)를 더 포함하여 이루어진 구조이다.
여기서, 마력제어 콘트롤러(108)는 사용자 설정에 따라 선회측 마력비율 값을 설정한 다음, 사용자가 선택한 작업모드를 확인한다. 확인 결과, 제1 작업모드가 선택된 경우(즉, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우), 에너지저장장치(105)의 마력과 엔진(101) 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 발전기 드라이버(106)의 발전기(103) 구동 동작 또는 선회 모터 드라이버(107)의 선회전기모터(104) 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화한다. 반면, 상기 확인 결과 사용자가 선택한 작업모드가 제1 작업모드가 아닌 경우(또는, 다른 제2 작업모드인 경우)(즉, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우)엔 기존과 같은 마력 수준으로 즉, 에너지저장장치(105)의 마력 또는 엔진(101) 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정 값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버(106)의 발전기(103) 구동 동작 또는 선회 모터 드라이버(107)의 선회전기모터(104) 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화한다.
발전기 드라이버(106)는 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 서로 다른 작업모드(예: 제1, 2 작업모드)에 따라 상이하게, 발전기(103)의 구동 동작을 제어하는 것이다. 예를 들어, 제1 작업모드인 경우(즉, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우)엔 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 에너지저장장치(105)의 마력과 엔진(101) 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 발전기(103)의 구동 동작을 제어해 작업량을 극대화시킨다. 반면, 제2 작업모드인 경우(즉, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우)엔 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 기존과 같은 마력 수준으로 즉, 에너지저장장치(105)의 마력 또는 엔진(101) 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정 값), 유압마력비율 = 1-r로 발전기(103)의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화한다.
선회 모터 드라이버(107)는 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 서로 다른 작업모드(예: 제1, 2 작업모드)에 따라 상이하게, 선회전기모터(104)의 구동 동작을 제어하는 것이다. 예를 들어, 제1 작업모드인 경우(즉, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우)엔 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 에너지저장장치(105)의 마력과 엔진(101) 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 선회전기모터(104)의 구동 동작을 제어해 작업량을 극대화시킨다. 반면, 제2 작업모드인 경우(즉, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우)엔 상기 마력제어 콘트롤러(108)의 제어하에 기존과 같은 마력 수준으로 즉, 에너지저장장치(105)의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정 값), 유압마력비율 = 1-r로 선회전기모터(104)의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화한다.
사용자 설정 입력 수단(109)은 서로 다른 작업모드(예: 제1, 2 작업모드) 각각을 선택할 수 있는 키 스위치를 구비한 것이거나, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 제1 작업모드 선택용 키 스위치만을 구비한 것일 수 있다. 이 경우 나머지 작업모드는 디폴트 모드로 설정될 수 있다. 추가로, 사용자 설정에 따라 선회측 마력비율 값을 입력할 수단을 더 포함하여 구성된다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 이러한 도 1의 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어 시스템의 동작을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어 시스템의 동작을 순서대로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 동작은 먼저, 마력제어 콘트롤러가 사용자 설정에 따라 입력된 선회 측 마력비율 값을 설정한다(S201).
그런 다음, 사용자가 선택한 작업모드를 확인한다(S202).
확인 결과, 제1 작업모드가 선택된 경우(즉, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우), 에너지저장장치의 마력과 엔진 마력을 함께 사용하여 하기의 [수학식 1]에 따른 마력비율로, 발전기 드라이버의 발전기 구동 동작 또는 선회 모터 드라이버의 선회전기모터 구동 동작을 제어한다. 그렇게 하여, 굴삭기의 작업량을 극대화한다(S203).
[수학식 1]
선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)
반면, 상기 확인 결과 사용자가 선택한 작업모드가 제2 작업모드인 경우(즉, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우)엔 기존과 같은 마력 수준으로 즉, 에너지저장장치의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 하기의 [수학식 2]에 따른 마력비율로, 발전기 드라이버의 발전기 구동 동작 또는 선회 모터 드라이버의 선회전기모터 구동 동작을 제어한다. 그렇게 하여 마력을 제한해 연료 소모량을 최소화한다(S204).
[수학식 2]
선회마력비율 = r, 유압마력비율 = 1-r
{여기서, r은 사용자 설정 값이다.}
이와 같이, 본 발명은 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 에너지 저장소의 에너지를 사용하여 기존 시스템의 순간 마력을 크게 상회하는 모드로 장비를 사용해 작업량을 극대화하고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 각 구동 장치를 제한하여 연료 소모량을 최소화한다.
도 3은 본 발명에 따른 작업모드와 선회마력비율, 유압마력비율 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 작업모드시(즉, 사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우) 선회마력비율 = 1(또는, 100%), 유압마력비율 = 1(또는, 100%)로 구동 장치의 작업량을 극대화하고, 제2 작업모드시(전체 마력을 가용한 마력의 범위 안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우) 선회마력비율 = r(사용자 설정 값), 유압마력비율 = 1-r로 구동 장치의 마력을 제한해 연료소모량을 최소화한다.
산업상 이용가능성
본 발명은 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템에 사용가능한 것으로,
사용자의 요구 마력을 모두 제한 없이 사용하고자 하는 경우엔 에너지 저장소의 에너지를 사용하여 기존 시스템의 순간 마력을 크게 상회하는 모드로 장비를 사용해 작업량을 극대화할 수 있고, 전체 마력을 가용한 마력의 범위안에서 제한하여 사용하고자 하는 경우엔 기존 시스템의 마력과 유사한 수준의 마력으로 각 구동 장치를 제한적으로 사용하여 연료 소모량을 최소화할 수 있는 하이브리드식 굴삭기의 마력제어 시스템에 사용가능하다.

Claims (3)

  1. 엔진; 상기 엔진에 의해 구동되며 토출유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시키는 유압펌프; 상기 엔진에 의해 구동되어 발전하는 발전기; 전기에너지 저장이 가능한 배터리나 슈퍼 커패시터 또는 유압 에너지 저장이 가능한 어큐뮬레이터를 포함하며 상기 발전기에 의해 발전된 전기에너지를 충전하며 선회전기모터에 전기에너지를 공급하는에너지저장장치; 및
    사용자 설정에 따른 제1 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력과 엔진 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100％), 유압마력비율 = 1(또는, 100％)로 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화하고, 사용자 설정에 따른 제2 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화하는 마력제어 콘트롤러;를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템.
  2. 엔진; 상기 엔진에 의해 구동되며 토출유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시키는 유압펌프; 상기 엔진에 의해 구동되어 발전하는 발전기; 및 전기에너지 저장이 가능한 배터리나 슈퍼 커패시터 또는 유압 에너지 저장이 가능한 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되며 상기 발전기에 의해 발전된 전기에너지를 충전하며 선회전기모터에 전기에너지를 공급하는 에너지저장장치를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템의 마력제어방법에 있어서,
    사용자 설정에 따른 제1 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력과 엔진 마력을 함께 사용하여 선회마력비율 = 1(또는, 100％), 유압마력비율 = 1(또는, 100％)로 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어해 굴삭기의 작업량을 극대화하는 단계; 및
    사용자 설정에 따른 제2 작업모드 선택시 에너지저장장치의 마력 또는 엔진 마력 중 어느 하나를 사용해 선회마력비율 = r(사용자 설정값), 유압마력비율 = 1-r로 상기 발전기 드라이버 또는 선회 모터 드라이버의 구동 동작을 제어하여 마력을 제한해 연료소모량을 최소화하는 단계를 포함하여 이루어지는 하이브리드식 굴삭기의 마력 제어시스템의 마력제어방법.
  3. 삭제
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