KR100830135B1 - 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 전원을 동력원으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 굴삭동작 및 선회동작을 하기 위한 축전지부와 주행동작을 하기 위한 축전지부를 각각 구비하여 굴삭·선회·주행 동작에 따라 서로 다른 축전지부로 전원을 공급하고, 태양전지모듈로 생성한 기전력으로 두개의 축전지부 중에 어느 하나의 축전지부에 선택적으로 재충전하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 태양광을 받아 기전력을 발생하는 태양전지모듈(210)과, 발생한 기전력을 단속하여 공급하는 단속부(231)와, 단속부(231)에서 공급받는 기전력을 정전압 기전력으로 변환하여 출력하는 전압레귤레이터(220)와, 발생한 기전력의 전압 및 전류를 검출하는 기전력 검출부(230)를 포함하여 구성되는 기전력발생부(200); 주배터리(301)와 상기 주배터리(301)의 충전 및 방전을 가능하게 하고 충전의 단속을 가능하게 하는 스위칭부(302)와 충전전력 및 방전전력을 검출하는 센서부(303)로 각각 구성되는 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)와, 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 상기 제1축전지부(310) 또는 제2축전지부(320) 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 축전지선택부(330)와, 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 방전전력을 두개의 입력단으로 각각 입력받아 두개의 출력단으로 각각 4로스위치와 같이 출력 경로를 선택하여 출력하는 절환부(340)를 포함하여 구성되는 주충전부(300); 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기 전력을 공급받아 소정의 전압으로 강압하여 보조배터리(410)에 충전하되 과충전을 방지하도록 구성되는 보조충전부(400); 상기 절환부(340)의 두 출력단에 각각 연결되는 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)와, 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)의 동작상태를 감지하는 구동감시부(530)를 포함하여 구성되는 구동부(500); 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 센서부(303)에서 검출된 충전전력 및 방전전력에 따라 각각의 잔존전력량을 산출하고, 산출한 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 잔존전력량 중 잔존전력량이 작은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)에 충전이 이루어지도록 상기 축전지선택부(330)를 제어하고, 잔존전력량이 미리 설정된 기준 잔존전력량보다 크게 되면 상기 스위칭부(302)를 단속하여 충전을 차단하게 하는 컨트롤러(100);를 포함한다.

굴삭기, 포크레인, 태양전지, 배터리, 충전부, 재충전, 전기, 동력원, 전동

Description

전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템{Battery Charger System for Electomotive Excavator}

본 발명은 배터리 전원을 동력원으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 굴삭동작 및 선회동작을 하기 위한 축전지부와 주행동작을 하기 위한 축전지부를 각각 구비하여 굴삭·선회·주행 동작에 따라 서로 다른 축전지부로 전원을 공급하고, 태양전지모듈로 생성한 기전력으로 두개의 축전지부 중에 어느 하나의 축전지부에 선택적으로 재충전하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건설장비로 사용되는 무한궤도형 굴삭기(일명 포크레인)는, 하부주행체에 상부선회체를 탑재하고 상부선회체의 전방부에 붐·암 및 버킷을 구비한 굴삭부속장치를 장착하여 구성되고, 상부선회체에 설치된 엔진을 동력원으로 하여 유압펌프를 회전시켜 토출 유압으로 주행작동·선회작동 및 굴삭작동을 하도록 구성된다.

하지만 일반적인 굴삭기는, 화석연료를 연소시켜 엔진을 구동하므로 건설현 장에 각종 배기가스로 인한 오염문제와 소음문제를 야기하여 민원의 원인이 되기도 하였다. 또한, 화석연료의 단가가 신흥 개발도상국들의 성장과 자원의 고갈로 인하여 최근 급격하게 상승함에 따라 굴삭기의 운전경비도 가파르게 상승하여, 건설공사비를 증가시키는 어려움이 있었다.

최근 배터리 전원으로 구동하는 전동 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전동 차량은 배터리와 배터리 전원으로 구동가능한 엔진을 장착하여 주행되고 방전된 배터리를 충전소에서 충전하거나 또는 차량에 구비된 태양전지모듈로 충전하여 운행된다.

하지만 종래의 전동 차량은, 차량에 장착할 수 있는 배터리 용량의 한계로 인하여 한번 축전하여 주행할 수 있는 거리가 짧고 축전하는 데에도 장시간이 소요되는 문제점이 있어, 소형 승용차·지게차 또는 행사용차량 등에서 한정되어 개발되고 있는 실정이다.

현재까지는 이러한 전동 차량의 한계를 극복하지 못하여, 연비가 많고 엔진에 걸리는 부하가 큰 굴삭기는 배터리를 동력원으로 하는 전동식으로 제조되지 못하였다.

한편, 배터리 전원이 아닌 외부 전원을 굴삭기에 공급하는 기술이 창안되었다. 이러한 종래기술로서 대한민국 등록특허번호 제10-0537369호 "전기를 이용한 실내작업용 포크레인"과 대한민국 등록특허번호 제10-0727305호 "전기를 동력원으로 하는 포크레인의 전원공급장치"가 있었다.

하지만, 상기 종래기술들은, 외부 전기를 공급하기 위한 고비용의 전원공급 시설을 별도로 설치해야 하고, 굴삭기가 설치된 전원공급시설 주위에서만 운행되어야 하는 단점이 있었다. 또한 상기 종래기술들은, 공사 현장에 적용될 경우에 공사 현장까지 가설되는 전기 공급선으로부터 전원을 공급받게 되는데, 이때 공사 현장에서 공급받는 전기는 일반적으로 전압변동이 심하여 안정된 양질의 전기를 공급받지 못하는 문제점이 있었다. 이와 같이 전압변동이 심한 전기를 공급받게 됨에 따라 굴삭기의 구동모터 동작이 불안정하였고 또한 고장이 자주 발생하는 문제점이 있었다.

한편, 굴삭기의 운전부하는 주행운전·선회운전 및 굴삭운전으로 이루어지는데, 무한궤도형의 굴삭기는 별도의 운반차량으로 현장에 투입되므로 실제 현장에서의 주행운전은 일반적으로 제한된 운전반경 내에서 이루어진다. 즉, 엔진에 걸리는 운전부하는 주로 선회운전 및 굴삭운전으로 이루어지는 것이다.

또한, 굴삭기의 운전형태 중에서 주행운전은 선회운전 또는 굴삭운전과 동시에 이루지는 경우는 매우 드물며 설령 동시에 이루어지더라도 단시간에 불과하다. 따라서, 주행운전·선회운전 및 굴삭운전을 동시에 하는 것을 가정하여 동력원의 용량을 산정하는 것은 매우 비효율적인 것이다.

또한, 굴삭기는, 배터리 전원을 동력원으로 할 경우에 단시간 운행만으로도 배터리가 방전되어 운행이 중단되므로, 장시간 소요되는 별도의 전기 충전을 하거나 또는 예비 배터리로 교체를 하여 운행되어야 하는 어려움이 있다.

이에 굴삭기의 동력원을 배터리로 할 수 있게 하는 효율적인 배터리 충전 시스템을 개시하고자 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 굴삭기의 동력원을 배터리로 사용하더라도 재충전이 용이하여 불편 없이 장시간 운행이 가능하게 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 굴삭기의 운전특성에 맞게 배터리를 재충전하고 재충전된 배터리를 동력원으로 사용하여 굴삭기를 어느 건설현장에 투입하더라도 제약없이 용이하게 운행할 수 있게 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배터리 전원을 동력원으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 있어서,

태양광을 받아 기전력을 발생하는 태양전지모듈(210)과, 발생한 기전력을 단속하여 공급하는 단속부(231)와, 단속부(231)에서 공급받는 기전력을 정전압 기전력으로 변환하여 출력하는 전압레귤레이터(220)와, 발생한 기전력의 전압 및 전류를 검출하는 기전력 검출부(230)를 포함하여 구성되는 기전력발생부(200);

주배터리(301)와, 상기 주배터리(301)의 충전 및 방전이 가능하게 연결하되 충전의 단속을 가능하게 하는 스위칭부(302)와, 충전전력 및 방전전력을 검출하는 센서부(303)로 각각 구성되는 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)와; 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 상기 제1축전지부(310) 또는 제2축전지부(320) 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 축전지선택부(330)와; 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 방전전력을 두개의 입력단으로 각각 입력받아 두개의 출력단으로 각각 출력하되 출력 경로를 선택 가능하게 이루어지는 절환부(340);를 포함하여 구성되는 주충전부(300);

상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 공급받아 소정의 전압으로 강압하여 보조배터리(410)에 충전하되 과충전을 방지하도록 구성되는 보조충전부(400);

상기 절환부(340)의 출력단 중 어느 하나로부터 방전전력을 입력받아 운전자조종수단(20)의 조종신호에 따라 굴삭동작 및 선회동작에 소요되는 방전전력을 공급하는 제1모터구동부(510)와; 상기 절환부(340)의 출력단 중 다른 하나로부터 방전전력을 입력받아 운전자조종수단(20)의 조종신호에 따라 주행동작에 소요되는 방전전력을 공급하는 제2모터구동부(520)와; 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)의 동작상태를 감지하는 구동감시부(530)를 포함하여 구성되는 구동부(500);

상기 기전력 검출부(230)에서 검출한 기전력의 전압이 미리 지정된 전압 이상일 경우에만 상기 단속부(231)로 기전력을 공급하게 하고, 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 센서부(303)에서 검출된 충전전력 및 방전전력에 따라 각각의 잔존전력량을 산출하고, 산출한 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 잔존전력량 중 잔존전력량이 작은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)에 충전이 이루어지도록 상기 축전지선택부(330)를 제어하고, 잔존전력량이 미 리 설정된 기준 잔존전력량보다 크게 되면 상기 스위칭부(302)를 단속하여 충전을 차단하게 하는 컨트롤러(100);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러(100)는, 상기 구동감시부(530)를 통해 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)가 동작하지 않음을 감지하면, 잔존전력량이 적은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)를 상기 제2모터구동부(520)에 연결되도록 절환부(340)를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템은, 굴삭기의 시동 여부를 감지하는 시동감지부(101)와; 상기 시동감지부(101)에서 검출된 신호가 꺼짐 신호이고 상기 기전력 검출부(230)의 검출 전압이 미리 설정된 전압 이상일 경우에, 상기 컨트롤러(100)에 전원을 투입되게 하여 상기 컨트롤러(100)가 제어 동작하게 하는 꺼짐상태시 충전결정부(102);를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명은, 굴삭기의 동력원으로 사용되는 배터리를 태양전지모듈(210)의 기전력으로 항시 충전하므로 현장에 투입된 굴삭기를 배터리 교체 없이 장시간 운행할 수 있게 한다.

또한 본 발명은, 주행동작에 소요되는 전력과 굴삭/선회동작에 소요되는 전력을 서로 다른 두개의 배터리(301, 301)로 공급하도록 구성하여 굴삭기의 운전특 성에 맞게 배터리(301, 301)를 효과적으로 사용할 수 있으며, 두개의 배터리(301, 301) 중 축전전력이 적은 쪽의 배터리를 선별하여 태양전지모듈(210)의 기전력으로 충전하므로 굴삭기에 제한된 면적을 갖는 태양전지모듈(210)을 장착하더라도 축전전력이 적은 쪽의 배터리를 효율적으로 재충전할 수 있다.

또한 본 발명은, 현장에 설치된 가설 전기설비로부터 전원을 공급받으며 운행될 수도 있으며, 이때 전기 가설 선로의 길이 또는 부하변동 등의 원인으로 공급받는 전원의 전압변동이 심하더라도 배터리(301, 301)에 충전된 안정된 전원을 공급받을 수 있어, 전압변동으로 야기될 수 있었던 구동모터의 고장을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.

또한 본 발명은, 일반적으로 동력 사용이 많은 굴삭동작 및 선회동작 시에 축전전력이 많은 배터리를 사용하고 동력 사용이 적은 주행동작 시에 축전전력이 적은 배터리를 사용하도록 구성하고 축전전력이 적은 배터리를 집중적으로 충전하여 다시 굴삭 및 선회동작 시에 투입될 수 있도록 구성하므로, 굴삭기의 연속 운행시간을 연장시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템의 블록구성도이다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템은 컨트롤러(100), 기전력발생부(200), 주충전부(300), 보조충전부(400) 및 구동부(500)를 포함하여 구성되며, 굴삭기에 설치된 모터들(11, 12, 13, 14)과 운전자의 조작에 의해 상기 모터들(11, 12, 13, 14)을 조작하도록 구비되는 운전자조종수단(20)에 연결된다.

먼저, 상기 도 1은 전력의 공급 경로를 실선으로 표시하고 센서신호 또는 제어신호를 점선으로 표시하고 있음에 유의해야 한다.

상기 기전력발생부(200)는, 태양광을 받아 기전력을 발생하는 태양전지모듈(210)과, 상기 컨트롤러(100)의 단속 제어신호에 따라 상기 발생한 기전력을 공급 또는 차단하는 단속부(231)와, 단속부(231)로부터 공급받게 되는 기전력을 정전압 기전력으로 변환하여 기전력 공급선(601)을 통해 출력하는 전압레귤레이터(220)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 기전력발생부(200)는, 상기 태양전지모듈(210)에서 발생한 기전력의 전압 및 전류를 검출하여 상기 컨트롤러(100)에 전달하는 기전력 검출부(230) 를 더 포함한다.

따라서 상기 기전력발생부(200)는, 상기 태양전지모듈(210)에서 발생한 기전력의 전압값 및 전류값을 상기 컨트롤러(100)에 전달하고, 상기 컨트롤러(100)가 기전력의 전압값을 미리 설정된 전압값과 비교할 수 있게 하고, 상기 컨트롤러(100)의 비교 결과에 따른 제어신호를 전달받아 미리 설정된 전압값 이상의 발생 기전력만을 출력할 수 있는 것이다.

상기 보조충전부(400)는, 전동 굴삭기에 구비된 램프·라디오·계기반·제어수단 등의 보조 기기류에 전원을 공급하고 본 발명에 의한 구성들(100, 200, 300, 500)에 전원을 공급하는 전원공급원으로서, 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 공급받아 소정의 전압으로 강압하는 전압강압부(420)와 강압된 기전력으로 충전하는 보조배터리(410)와 상기 보조배터리(410)의 과충전을 방지하는 과충전방지부(430)를 포함하여 구성된다. 상기 도 1을 살펴보면, 상기 보조충전부(400)는 기전력 공급선(601)에 분기 연결되어 상기 기전력발생부(200)로부터 기전력을 직접 입력받는 것임을 알 수 있다. 즉, 상기 도 1과 같이 상기 보조충전부(400)는 본 발명이 동작하기 위한 전원을 공급하기도 하므로 상기 기전력발생부(200)로부터 항시 충전될 수 있게 구성되는 것이다.

상기 주충전부(300)는, 주배터리(301)와, 주배터리(301)에 충전 및 방전이 이루어지도록 연결하되 상기 컨트롤러(100)의 제어에 따라 충전의 단속이 가능하게 하는 스위칭부(302)와, 충전전력 및 방전전력을 검출하는 센서부(303)로 구성되는 제1축전지부(310)와; 상기 제1축전지부(310)와 동일하게 주배터리(301)·스위칭부(302) 및 센서부(303)로 구성되는 제2축전지부(320)와; 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 상기 컨트롤러(100)의 제어에 따라 상기 제1축전지부(310) 또는 제2축전지부(320) 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 축전지선택부(330);를 포함하여 구성된다. 즉, 상기 주충전부(300)는 두개의 축전지부(310, 320)를 구비하여 상기 축전지선택부(330)의 선택에 따라 어느 하나의 축전지부에 기전력을 충전할 수 있게 구성된다.

또한 상기 주충전부(300)는, 2개의 입력단과 2개의 출력단을 구비하여 상기 컨트롤러(100)의 제어신호에 따라 4로스위치의 동작형태로 동작하는 절환부(340)를 구비한다. 이때 상기 절환부(340)는 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 방전전력을 두개의 입력단으로 각각 입력받아 두개의 출력단으로 각각 출력하되 입력받는 각각의 방전전력을 상기 컨트롤러(100)의 제어신호에 따라 결정되는 출력단으로 각각 출력하도록 구성된다.

상기 구동부(500)는, 굴삭용모터(11) 및 선회용모터(12)에 전력을 공급하여 동작시키는 제1모터구동부(510)와, 우측주행용모터(13) 및 좌측주행용모터(14)에 전력을 공급하여 동작시키는 제2모터구동부(520)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)는 상기 절환부(340)의 두 출력단에 각각 연결되어 방전전력을 공급받는다.

상기 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)는 운전자가 조작하는 운전자조종수단(20)에 의해 제어되어 모터들(11, 12, 13, 14)을 구동하게 된다.

상기 모터들(11, 12, 13, 14)은 굴삭기에 장착되는 일반적인 모터들로서, 상기 우측주행용모터(13) 및 좌측주행용모터(14)는 굴삭기 하부주행체의 크롤러를 동작시켜 굴삭기를 주행하도록 하는 모터이고, 상기 선회용모터(12)는 하부주행체에 선회가능하게 탑재된 상부선회체를 선회하도록 하는 모터이고, 상기 굴삭용모터(11)는 유압펌프를 회전시켜 토출되는 유압으로 상부선회체의 전방부에 장착된 굴삭부속장치를 가동하여 붐작동·암작동 및 버킷작동을 수행하게 하는 모터이다.

상기 도 1을 살펴보면, 굴삭용모터(11) 및 선회용모터(12)는 절환부(340) 및 제1모터구동부(510)를 통하여 상기 제1·2축전지부(310, 320) 중 어느 하나의 축전지부에서 전력을 공급받고, 상기 우측주행용모터(13) 및 좌측주행용모터(14)는 절환부(340) 및 제2모터구동부(520)를 통하여 상기 제1·2축전지부(310, 320) 중 다른 하나의 축전지부에서 전력을 공급받음을 알 수 있다.

또한 상기 구동부(500)는 상기 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)의 모터 구동 여부를 감지하여 감지한 신호를 상기 컨트롤러(100)에 전달하는 구동감시부(530)를 더 포함하여 구성된다.

상기 컨트롤러(100)는, 상기 각 구성들(200, 300, 400, 500)을 제어하여 태양전지모듈(210)에서 생성한 기전력을 배터리(301, 410)에 충전하게 한다.

먼저, 상기 컨트롤러(100)는 상기 기전력 검출부(230)에서 검출한 기전력의 전압이 미리 지정된 전압값 이상일 경우에만 발생 기전력을 상기 단속부(231)로 전압레귤레이터(220)에 공급하게 한다. 이때 상기 전압레귤레이터(220)는 공급받은 발생 기전력을 정전압 기전력으로 변화하고, 변환한 정전압 기전력을 출력단에 연결된 기전력 공급선(601)을 통해 상기 보조충전부(400) 및 주충전부(300)에 공급한다.

그리고 상기 컨트롤러(100)는, 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 센서부(303)로부터 검출된 충전전력 및 방전전력에 따라 각각의 잔존전력량을 산출하고, 산출한 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 잔존전력량 중 잔존전력량이 작은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)에 충전이 이루어지도록 상기 축전지선택부(330)를 제어한다.

또한 상기 컨트롤러(100)는, 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 잔존전력량을 미리 설정된 기준 잔존전력량과 비교하여 잔존전력량이 기준 잔존전력량보다 크게 되면 해당되는 상기 제1축전지부(310) 또는 제2축전지부(320)의 스위칭부(302)를 제어하여 충전을 단속하게 한다.

또한 상기 컨트롤러(100)는 상기 구동부(500)의 구동감시부(530)를 통해 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)가 동작하지 않음을 감지하게 되면, 잔존전력량이 적은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)를 상기 제2모터구동부(520)에 연결되도록 절환부(340)를 제어한다. 이러한 상기 컨트롤러(100)의 동작은 일반적으로 운전되는 굴삭기의 운전특성에 따른 것이다. 즉, 일반적으로 작업장에 투입된 굴삭기는 선회용모터(12)에 의한 선회작동 및 굴삭용모터(11)에 의해 굴삭작동을 주로 하게 되며 주행용모터(13, 14)에 의한 주행작동은 상기 선회작동 및 굴삭작동에 비해 적게 수행하게 된다. 따라서, 상기 컨트롤러(100)는 상기와 같이 잔존전력량이 적은 쪽의 축전지부를 상기 제2모터구동부(520)에 연결하도록 제어하는 것이다.

또한, 상기 절환부(340)는 운전자조종수단(20)에 의한 수동 제어가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는, 비록 주행용모터(13, 14)의 구동이 선회용모터(12) 및 굴삭용모터(11)의 구동보다는 적게 이루어지는 것이 일반적이라고는 하지만 현장 여건상 주행용모터(13, 14)의 구동이 많을 수도 있기 때문이다.

그리고, 굴삭용모터(11) 및 선회용모터(12)는 하나의 모터로 이루질 수도 있다. 이때 굴삭기는 하나의 모터로 하나의 유압펌프를 구동하여 굴삭용 유압실린더 및 선회용 유압모터에 압유를 토출하는 형태로 굴삭동작 또는 선회동작을 하는 것이다. 또한, 우측주행용모터(13) 및 좌측주행용모터(14)도 하나의 모터로 이루어질 수 있다. 이때 굴삭기는 상기 하나의 모터로 유압펌프를 구동하여 좌측주행용 유압모터 및 우측주행용 유압모터에 압유를 공급하는 형태로 주행동작을 하는 것이다. 또한, 굴삭용모터(11)·선회용모터(12)·우측주행용모터(13) 및 좌측주행용모터(14)는 하나의 모터로 이루어질 수도 있다. 이때 굴삭기는 상기 하나의 모터로 하나의 유압펌프를 구동하며, 각각 운전자의 조작에 따라 선택된 굴삭용 유압실린더·선회용 유압모터·좌측주행용 유압모터·우측주행용 유압모터에 각각 압유를 공급하여 굴삭동작·선회동작·주행동작 등을 하게 한다. 그리고, 상기 제1모터구 동부(510) 및 제2모터구동부(520)는 운전자의 조작에 따른 선택된 굴삭동작·선회동작·주행동작에 맞게 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 주배터리(301)의 전원을 병렬로 하여 상기 하나의 모터에 공급하여, 굴삭동작·선회동작·주행동작에 맞게 충분한 전류를 공급하는 것이다. 그리고, 상기 구동감시부(530)는 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)의 구동 상태를 감지한다.

또한 본 발명에 의한 배터리 충전시스템이 장착된 굴삭기는 운전중에도 외부 전원을 공급받으며 동작할 수 있다. 이때, 상기 배터리 충전시스템은 외부 전원의 전압강하로 충분한 전압 전원을 공급받지 못할 경우 자체 주배터리(301)로 공급하여 안정된 동작이 이루어지게 할 수 있다. 또한 상기 배터리 충전시스템은 외부 전원이 정상적이면 방전전력을 공급받는 것이다.

상기 도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템은, 시동감지부(101)와 꺼짐상태시 충전결정부(102)를 더 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

상기 시동감지부(101)는 굴삭기의 시동 여부를 감지한다.

그리고, 꺼짐상태시 충전결정부(102)는 상기 시동감지부(101)에서 검출된 신호가 꺼짐 신호이고 상기 기전력 검출부(230)의 검출 전압이 미리 설정된 전압 이상일 경우에, 상기 컨트롤러(100)에 보조충전부(400)의 전원이 투입되게 하여 상기 컨트롤러(100)가 동작하게 한다.

이를 위해 상기 컨트롤러(100)는 상기 보조충전부(400)의 전원을 상기 꺼짐 상태시 충전결정부(102)에 의해 구동되는 접점스위치를 통해 공급받도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 꺼짐상태시 충전결정부(102)는 상기 보조충전부(400) 또는 별도 배터리(미도시)로부터 전원 공급받도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 구비한 굴삭기의 사시도이다.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 구비한 굴삭기는, 상부선회체(1)의 후방부에 주배터리(301)를 장착할 수 있는 배터리 장실(700)이 설치되고, 배터리 장착실(700)의 상판 및 운전자실(1a)의 상판에 각각 태양전지모듈(210)이 설치된다. 또한 배터리 장착실(700)은 일측에서 배터리를 교체가능하게 개폐문(701)을 구비한다.

또한 상기 굴삭기는 일반적인 굴삭기와 동일하게 붐(3a)·암(3b) 및 버킷(3c)으로 구성되는 굴삭부속장치(3)와 크롤러(2a)가 장착되는 하부주행체(2)를 구비한다. 상기 굴삭부속장치(3)는 상부선회체(1)에 구비되는 굴삭용모터로 구동되는 유압펌프에 의해 굴삭작동하고, 하부주행체(2)는 주행용모터로 구동되는 크롤러(2a)에 의해 주행작동한다. 그리고 상기 상부선회체(1)는 선회용모터로 구동되어 하부주행체(2) 위에서 선회작동한다. 상기 굴삭용모터·선회용모터 및 주행용모터는 종래기술로 구현될 수 있으므로 본 설명에서는 생략한다.

상기 도 2와 같이 태양전지모듈(210)을 포함하는 배터리 충전 시스템을 장착 한 굴삭기는, 작업중에도 자체 재충전한 전력으로 배터리의 교체 없이 장시간 연장운전이 가능하여 실용화가 가능하다.

더불어, 화석연료를 동력원으로 하는 일반적인 굴삭기는, 전방부에 장착되는 굴삭부속장치(3)의 무게에 따른 무게 중심 이동 및 굴삭작업에 따른 무게 중심 이동을 조절하기 위해, 무거운 무게 중심추를 후방부에 장착하는 구조로 이루어진다.

하지만, 본 발명에 따른 배터리 충전 시스템을 장착하여 실용화할 수 있는 전동 굴삭기는, 상기 도 2에서 알 수 있듯이, 배터리 장착실(700)을 상부선회체(1)의 후방부에 구비하여 자체 무게에 의해 상부선회체(1)의 무게 중심을 조절할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 충전 시스템을 장착한 굴삭기는, 화석연료를 동력원으로 하는 일반적인 굴삭기와는 차별되게, 무게가 적게 나가는 소량의 무게 중심추만을 장착하여도 무게 중심을 용이하게 조절할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주배터리(301)를 굴삭기에 장착하는 형태를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 주배터리(301)는, 상부선회체(1)에 구비된 배터리 장착실(700)의 개폐문(701)을 통하여 장착됨을 알 수 있다.

일반적으로 굴삭기에 필요로 하는 동력은 일반 전기자동차에 비해 매우 크므로 그에 따른 배터리의 용량 및 중량도 매우 크게 된다. 따라서 상기 도 3과 같이 리프트(800)로 들어 올려져 굴삭기의 배터리 장착실(700)에 장착되는 것이다. 또한 본 발명에 따른 주배터리(301)는, 상부가 개방된 박스(301a)의 내부에 다수의 배터리(301b)가 장착되는 형태로 이루어지며, 저면 양측부를 따라 다수개의 바퀴(301c)가 구비되어 운반 및 장착을 용이하게 할 수 있다.

바람직하게, 배터리 장착실(700)은 상기 주배터리(301)의 바퀴(301c)가 지나갈 수 있는 레일홈(703)이 개폐문(701)에서 배터리 장착실(700) 안쪽 방향으로 바닥면(702)에 형성되어 있다. 또한, 배터리 장착실(700)는 본 발명에 따른 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 주배터리(301)들을 장착할 수 있도록 두개의 배터리실(700a, 700b)로 구분된다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템의 블록구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템을 구비한 굴삭기의 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주배터리를 굴삭기에 장착하는 형태를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 굴삭용모터 12 : 선회용모터 13 : 우측주행용모터

14 : 좌측주행용모터 20 : 운전자조종수단 100 : 컨트롤러

101 : 시동감지부 102 : 꺼짐상태시 충전결정부

200 : 기전력발생부 210 : 태양전지모듈 220 : 전압레귤레이터

230 : 기전력 검출부 231 : 단속부 300 : 주충전부

301 : 주배터리 302 : 스위칭부 303 : 센서부

310 : 제1축전지부 320 : 제2축전지부 330 : 축전지선택부

340 : 절환부 400 : 보조충전부 410 : 보조배터리

420 : 전압강압부 430 : 과충전방지부 500 : 구동부

510 : 제1모터구동부 520 : 제2모터구동부 530 : 구동감시부

601 : 기전력 공급선 700 : 배터리 장착실

Claims (4)

1. 배터리 전원을 동력원으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템에 있어서,

   태양광을 받아 기전력을 발생하는 태양전지모듈(210)과, 발생한 기전력을 단속하여 공급하는 단속부(231)와, 단속부(231)에서 공급받는 기전력을 정전압 기전력으로 변환하여 출력하는 전압레귤레이터(220)와, 발생한 기전력의 전압 및 전류를 검출하는 기전력 검출부(230)를 포함하여 구성되는 기전력발생부(200);

   주배터리(301)와, 상기 주배터리(301)의 충전 및 방전이 가능하게 연결하되 충전의 단속을 가능하게 하는 스위칭부(302)와, 충전전력 및 방전전력을 검출하는 센서부(303)로 각각 구성되는 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)와; 상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 상기 제1축전지부(310) 또는 제2축전지부(320) 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 축전지선택부(330)와; 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 방전전력을 두개의 입력단으로 각각 입력받아 두개의 출력단으로 각각 출력하되 출력 경로를 선택 가능하게 이루어지는 절환부(340);를 포함하여 구성되는 주충전부(300);

   상기 기전력발생부(200)의 정전압 기전력을 공급받아 소정의 전압으로 강압하여 보조배터리(410)에 충전하되 과충전을 방지하도록 구성되는 보조충전부(400);

   상기 절환부(340)의 출력단 중 어느 하나로부터 방전전력을 입력받아 운전자조종수단(20)의 조종신호에 따라 굴삭동작 및 선회동작에 소요되는 방전전력을 공급하는 제1모터구동부(510)와; 상기 절환부(340)의 출력단 중 다른 하나로부터 방전전력을 입력받아 운전자조종수단(20)의 조종신호에 따라 주행동작에 소요되는 방전전력을 공급하는 제2모터구동부(520)와; 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)의 동작상태를 감지하는 구동감시부(530)를 포함하여 구성되는 구동부(500);

   상기 기전력 검출부(230)에서 검출한 기전력의 전압이 미리 지정된 전압 이상일 경우에만 상기 단속부(231)로 기전력을 공급하게 하고, 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 센서부(303)에서 검출된 충전전력 및 방전전력에 따라 각각의 잔존전력량을 산출하고, 산출한 상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 잔존전력량 중 잔존전력량이 작은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하나)에 충전이 이루어지도록 상기 축전지선택부(330)를 제어하고, 잔존전력량이 미리 설정된 기준 잔존전력량보다 크게 되면 상기 스위칭부(302)를 단속하여 충전을 차단하게 하는 컨트롤러(100);

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 컨트롤러(100)는,

   상기 구동감시부(530)를 통해 제1모터구동부(510) 및 제2모터구동부(520)가 동작하지 않음을 감지하면, 잔존전력량이 적은 축전지부(310 또는 320 중 어느 하 나)를 상기 제2모터구동부(520)에 연결되도록 절환부(340)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템은,

   굴삭기의 시동 여부를 감지하는 시동감지부(101)와; 상기 시동감지부(101)에서 검출된 신호가 꺼짐 신호이고 상기 기전력 검출부(230)의 검출 전압이 미리 설정된 전압 이상일 경우에, 상기 컨트롤러(100)에 전원을 투입되게 하여 상기 컨트롤러(100)가 제어 동작하게 하는 꺼짐상태시 충전결정부(102);를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제1축전지부(310) 및 제2축전지부(320)의 각 주배터리(301)는,

   상부가 개방된 박스(301a)의 내부에 다수의 배터리(301b)가 장착되는 형태로 이루어지며, 박스(301a)의 저면 양측부에는 각각 다수의 바퀴(301c)가 부착되어,

   전방부에 굴삭부속장치(3)가 장착된 굴삭기 상부선회체(1)의 후방부에 위치하며 일측에 개폐문(701)이 구비된 밀폐형태로 형성되고, 바닥면(702)에 상기 바퀴(301c)가 지나갈 수 있도록 개폐문(701) 쪽에서 안쪽방향으로 레일홈(703)이 형 성된 두개의 배터리실(700a, 700b);에 각각 장착 가능하게 됨을 특징으로 하는 전동 굴삭기용 배터리 충전 시스템.

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