KR102003563B1 - 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법 - Google Patents

하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 동력원을 이용하여 선회 구동장치와 붐 구동장치를 동시에 작동하는 경우에도 충분한 에너지 공급이 가능하고, 울트라 캐패시터의 전압이 낮더라도 쉽게 전동기를 안정적으로 제어하며, 시스템을 안전하게 구동할 수 있게 하는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법{BOOM ACTUATION SYSTEM OF HYBRID COSTRUCTION EQUIPMENT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동기와 기존 유압 시스템을 이용하여 붐을 작동시키는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭기는 엔진에 의해 구동되는 2개의 메인펌프 및 2개의 메인펌프에서 가압된 작동유를 붐, 암, 버켓 실린더 및 스윙모터에 분배하고 회수하는 복수의 스풀이 내부에 구성된 메인컨트롤 밸브에 의해 작동된다.
그리고 굴삭기 붐 구동 시스템은 메인펌프에 의해 작동유가 붐 실린더의 실린더 헤드 측으로 공급되어 붐이 상승되고, 붐의 자중 또는 실린더의 로드 측으로 공급되는 작동유에 의해 붐이 하강하게 구성되어 있다. 붐의 상승 및 하강은 붐 조이스틱의 조작방향에 따라 결정되고, 붐의 상승 및 하강속도는 붐의 조작량에 따라 결정된다.
붐은 초기에 하나의 메인펌프에 의해 작동유가 붐 실린더에 공급되며, 대유량이 필요한 경우에는 메인컨트롤 밸브에 의해 두 개의 메인펌프에서 작동유를 공급받는다.
통상적으로 붐을 구동시키는 유압시스템의 효율이 매우 낮으며, 특히 하나의 메인펌프에 의해 붐 실린더를 구동시키는 저유량 구간은 2개의 메인펌프를 사용하는 대유량 구간보다 에너지 효율이 매우 낮다. 즉, 붐의 상승 시에는 메인펌프의 최대 공급 유량의 약 1/2에 해당하는 미세조작 작동구간까지 메인컨트롤 밸브에서 많은 유동손실이 발생하여 에너지 효율이 매우 낮다.
그리고 붐 상승 시 공급된 에너지는 붐의 위치에너지 형태로 저장되고, 붐의 회생가능한 에너지량은 대략 공급에너지의 90%로 예측된다. 하지만, 종래의 굴삭기의 유압시스템에 따르면, 붐의 위치에너지인 형태인 붐의 회생가능한 에너지 대부분은 붐 하강 시 메인컨트롤 밸브에서 미터아웃(Meter-out)제어에 의해 열로 변환하여 손실된다.
통상적인 굴삭작업에서 각 액추에이터로 유량배분에 의해 붐 실린더로 공급되는 유량의 경우, 메인펌프의 최대유량 대비 일정 비율이상을 초과하는 경우는 많지 않고, 동력 또한 엔진 최대 동력을 모두 사용하는 경우는 거의 발생하지 않는다. 따라서, 순간적으로 상승하는 요구동력/회생동력 및 대유량에 대응하기 위해 대용량의 유압펌프모터를 사용하는 것은 비효율적이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템이 산출되었다. 도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템의 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템은 모터 또는 발전기로 작동되는 전동기(110), 전동기(110)에서 생산된 전기를 저장하는 울트라 캐패시터(115), 전동기(110)로 구동되어 붐(100)에 작동유를 공급하는 유압펌프모터(120), 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)과 유압라인(122)을 붐(100)의 헤드(106) 또는 로드(107) 측과 선택적으로 연결하거나 차단하는 붐 제어밸브(125)를 포함한다. 여기에서 울트라 캐패시터는 엔진에 연결된 도시되지 않은 모터/발전기의 구동에 의해 대부분의 전력을 공급받을 수 있다.
붐 제어밸브(125)는 작동유가 공급되는 붐 보조라인(145)에 의해 메인펌프(140)에 연결된다. 메인펌프(140)는 두 개로 구성되며, 엔진(141)에 의해 구동되어 버켓, 주행모터 또는 암에 작동유를 제공한다.
유압펌프모터(120)는 작동유가 토출되는 토출라인(121)과 작동유가 유압되는 유압라인(122)이 연결되어 있다. 토출라인(121)과 유압라인(122)은 붐 제어밸브(125)에 의해 붐 실린더(105)의 헤드(106) 또는 로드(107) 측에 연결된다. 즉, 토출라인(121)과 유압라인(122)의 유압회로 접점은 붐 제어밸브(125)에 의해 연결되거나 차단된다.
붐 제어밸브(125)는 토출라인(121)과 유압라인(122)을 순방향으로 연결하여 붐(100)을 상승시키는 순 방향 연결부위(126), 토출라인(121)과 유압라인(122)을 반대로 연결하는 교차 연결부위(127) 및 토출라인(121)과 유압라인(122)의 연결을 끊는 차단부위(128)로 구성되어 있다. 붐 제어밸브(125)는 전자비례제어밸브 또는 별도의 파일롯 유압라인에 의해 작동되고, 토출라인(121)과 유압라인(122)의 연결 상태가 전환된다.
유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에는 역방향 유동을 방지하는 체크밸브(129)가 구비되어 있으며, 유압펌프모터(120) 측에서 체크밸브(129)에 가깝게 붐 보조라인(145)이 연결된다. 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)의 토출라인(121) 사이에는 탱크와 연결하는 제1 제어밸브(151)가 연결된다. 붐 보조라인(145)의 연결부위와 유압펌프모터(120) 사이에는 탱크와 연결하는 제2 제어밸브(152)가 연결된다. 전동기(110), 유압펌프모터(120), 붐 제어밸브(125), 제1 제어밸브(151), 및 제2 제어밸브(152)는 제어부(160)에 의해 작동이 제어된다.
한편, 제1 제어밸브(151)는 붐(100) 상승 시에 탱크를 연결하여 부족한 작동유를 붐 실린더(105)에 공급할 수 있으며, 반대로 붐(100) 하강 시에는 붐 실린더(105)로부터 유압펌프모터(120) 측으로 잉여유량이 발생될 때를 제외하고는 차단된다.
그리고 제2 제어밸브(152)는 붐(100) 상승 시에 차단된 상태로 있다가 붐(100) 하강 시에 연결되어 유압펌프모터(120)에서 붐 실린더(105)로 과급되는 유량을 탱크로 배출하는 기능을 수행한다.
또한, 붐 보조밸브(144)는 붐 조이스틱(161)의 제어신호가 상승하여 유압펌프모터(120)의 공급유량을 초과하거나 전동기(110)의 용량을 초과하는 경우, 메인펌프(140)의 유량이 붐 실린더(105) 측으로 공급되도록 제어부(160)에 의해 연결된다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템의 제어방법은 붐 조이스틱(161)의 조작량을 검출하는 단계(a), 상기 붐 조이스틱(161)의 조작에 따른 붐(100)의 상승 또는 하강을 판단하는 단계(b), 상기 붐(100)이 상승이면 제1 제어밸브(151)를 개방하는 단계(c) 및 상기 붐(100)이 상승이면 상기 붐 조이스틱(161)의 조작량에 따른 붐(100)의 구동동력과 상기 전동기(110)의 최대공급 가능한 동력을 비교하여(d) 붐(100)의 구동동력이 상기 전동기(110)의 최대공급 가능한 동력보다 작으면, 붐 실린더(105)의 소요유량과 상기 유압펌프모터(120)의 최대유량을 비교하는 단계(e)를 포함한다.
여기서, 상기 붐 실린더(105)의 소요유량이 상기 유압펌프모터(120)의 최대유량보다 작을 경우에는 상기 붐 보조밸브(144)를 차단하는 단계(f)가 수행된다. 그리고 붐(100)의 구동동력이 상기 전동기(110)의 최대공급 가능한 동력보다 클 경우에는 상기 붐 보조밸브(144)를 개방하여 메인펌프(140)를 연결함으로써 부족한 작동유를 공급하는 단계(g)가 포함된다.
한편, 상기 붐(100)이 하강하는 경우에는 상기 제2 제어밸브(152)를 개방하고(h), 붐(100) 회생동력과 상기 전동기(110)의 최대회생 가능한 동력을 비교하는 단계(i)가 포함된다. 그리고 붐(100) 회생동력이 상기 전동기(110)의 최대회생 가능한 동력보다 작으면 붐 실린더(105) 회생유량과 상기 유압펌프모터(120)의 허용유량을 비교하는 단계(j)가 포함된다. 이때, 상기 붐 실린더(105)의 회생유량이 상기 유압펌프모터(120)의 허용유량보다 작으면 상기 제1 제어밸브(151)를 차단하는 단계(k)가 포함된다. 반면에, 상기 붐 실린더(105) 회생유량이 상기 유압펌프모터(120)의 허용유량보다 클 경우, 상기 제1 제어밸브(151)를 연결하여 잉여유량을 탱크로 배출하는 단계(l)가 포함된다. 또한, 상기 붐(100) 회생동력이 상기 전동기(110)의 최대회생 가능한 동력보다 클 경우, 상기 제1 제어밸브(151)를 연결하여 잉여유량을 탱크로 배출하는 단계(m)가 포함된다.
즉, 이러한 종래 기술에 따른 붐 에너지 회생 시스템은 붐 상승시 붐 전동기를 이용하여 유량을 공급하고, 필요한 유량이 부족할 경우 붐 보조 밸브를 동작시켜 기존 유압시스템의 유량을 추가 공급한다.
그런데 전기 동력원을 이용하여 선회 구동장치와 붐 구동장치를 동시에 작동하는 경우 하나의 에너지 공급원으로부터 두 개의 구동장치가 작동하므로 충분한 에너지 공급이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 울트라 캐패시터의 전압이 낮을수록 전동기를 안정적으로 제어하기 어려우며, 시스템이 불안해질 가능성이 크게 된다.
따라서, 복합 작동에 따라 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위한 붐 에너지 회생시스템 구동 전략이 필요하다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 산출된 것으로서, 전기 동력원을 이용하여 선회 구동장치와 붐 구동장치를 동시에 작동하는 경우에도 충분한 에너지 공급이 가능하고, 울트라 캐패시터의 전압이 낮더라도 쉽게 전동기를 안정적으로 제어하며, 시스템을 안전하게 구동할 수 있게 하는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템은 모터 또는 발전기로 작동되는 붐 전동기 및 선회 전동기; 상기 붐 전동기 및 상기 선회 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 충전장치; 상기 전동기로 구동되어 붐 실린더에 작동유를 공급하는 유압 펌프 모터; 엔진에 의해 구동되어 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 메인펌프; 상기 메인펌프와 연결된 메인 제어 밸브를 통해 상기 메인펌프를 상기 붐 실린더에 선택적으로 연결하거나 차단하는 붐 어시스트 밸브; 및 상기 붐 전동기 및 선회 전동기의 구동 에너지량을 예측하고, 상기 예측된 구동 에너지량과 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량을 비교하여 상기 붐 어시스트 밸브 및 상기 전동기 중 적어도 하나를 구동하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 큰 경우에, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 어시스트 밸브 및 상기 붐 전동기를 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 크지 않은 경우, 붐 구동 동력이 상기 붐 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작고 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 전동기를 구동하고, 상기 붐 구동 동력이 상기 붐 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작지 않거나 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 전동기 및 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 메인펌프를 구동하는 엔진보조전동기를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 큰 경우에, 상기 엔진보조전동기를 구동하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 메인 펌프와, 붐 실린더와, 상기 메인펌프를 상기 붐 실린더에 선택적으로 연결하거나 차단하는 붐 어시스트 밸브를 구비한 하이브리드 구동 시스템에서의 붐 구동 방법은, 조이스틱의 조작량을 검출하는 단계; 붐 전동기 및 선회 전동기의 붐/선회 구동 에너지량을 예측하는 에너지량 예측 단계; 상기 예측된 붐/선회 구동 에너지량과 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량을 비교하는 에너지량 비교 단계; 및 상기 붐/선회 구동 예측 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 큰 경우 엔진보조 전동기를 발전하고 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 붐/선회 구동 예측 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 크지 않은 경우 상기 붐 전동기를 구동하는 구동 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 단계는, 상기 붐/선회 구동 예측 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 큰 경우 붐 실린더의 소요 유량과 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량을 비교하는 어시스트 유량 비교 단계를 더 포함하고, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 어시스트 및 붐 전동기를 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 단계는, 상기 붐/선회 구동 예측 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 크지 않은 경우, 상기 붐 구동 동력과 상기 붐 전동기의 최대 공급 가능한 동력을 비교하는 동력 비교 단계; 및 상기 붐 실린더의 소요 유량과 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량을 비교하는 펌프 유량 비교 단계를 더 포함하고, 상기 붐 구동 동력이 상기 붐 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작고 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 전동기를 구동하고, 상기 붐 구동 동력이 상기 붐 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작지 않거나 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 전동기 및 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기 동력원을 이용하여 선회 구동장치와 붐 구동장치를 동시에 작동하는 경우에도 충분한 에너지 공급이 가능하고, 울트라 캐패시터의 전압이 낮더라도 쉽게 전동기를 안정적으로 제어하며, 시스템을 안전하게 구동할 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 구성도다.
도 2는 종래 기술에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 복합동작 시 붐/선회 구동을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 복합동작 시 붐 에너지 회생 시스템의 출력을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 제어방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템은 각각 모터 또는 발전기로 작동되는 붐 전동기(226), 엔진보조 전동기(222) 및 선회 전동기(234), 붐 전동기(226), 엔진보조 전동기(222) 또는 선회 전동기(234)에서 생산된 전력의 전류, 전압, 주파수 등 전기적 특성을 변환하거나 충전장치(220)에 저장된 전력의 전류, 전압, 주파수 등 전기적 특성을 변환하는 전력변환장치(218), 붐 전동기(226), 엔진보조 전동기(222) 또는 선회 전동기(234)에서 생산되고 전력변환장치(218)에 의해 전기적 특성이 변환된 전력을 저장하는 충전장치(220), 붐 전동기(226)로 구동되어 붐 실린더(212)에 작동유를 공급하는 유압 펌프 모터(228)를 포함한다.
메인 제어 밸브(Main Control Valve; MCV, 210)는 메인펌프(208)에 연결된다. 메인 펌프(208)는 두 개로 구성되며, 엔진(206)에 의해 구동되어 붐 실린더(212), 암 실린더(214) 또는 버켓 실린더(216)에 작동유를 제공한다. 붐 어시스트 밸브(230)는 MCV(210)를 통해 메인펌프(208)를 붐 실린더(212)와 선택적으로 연결하거나 차단한다.
붐 전동기(226), 선회 전동기(234), 엔진보조 전동기(222) 및 붐 어시스트(230)는 제어부(204)에 의해 작동이 제어된다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 제어부(204)는 조이스틱(202)의 조작량을 측정하고, 붐과 선회 동작에 필요한 에너지량을 예측한다. 또한, 충전장치(220)에 저장된 에너지를 분석하여 붐 전동기(226) 및 붐 어시스트 밸브(230)의 작동시기와 작동범위를 결정한다. 충전장치(220)에 저장된 에너지는 회생가능 액추에이터인 붐 에너지 회생 시스템(224)(붐 전동기(226), 유압 펌프 모터(228) 및 붐 어시스트 밸브(230)를 포함한다) 및 선회 회생 시스템(236)(상부 선회 기어(232) 및 선회 전동기(234)를 포함한다)에 우선적으로 공급되고, 동력 부족 시 엔진보조 전동기(222)를 발전하여 선회 회생 시스템(236)을 보조하고, 기존 유압 시스템을 이용하여(즉, 붐 어시스트 밸브(230)를 구동하여) 붐 회생 시스템(224)을 구동한다.
붐/선회 복합 작동 시 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력한도 이상일 경우, 제어부(204)는 엔진보조 전동기(222)를 이용하여 회생 발전하고, 붐 어시스트 밸브(230)를 구동하여 기존 유압시스템을 통해 우선적으로 붐 작동을 지지한다. 또한, 붐 어시스트 밸브(230)의 공급 유량이 붐 구동 시 필요한 유량보다 부족할 경우, 제어부(204)는 붐 전동기(226)를 이용하여 붐 작동을 보조한다.
또한, 붐/선회 복합 작동 시 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력한도 이하일 경우, 제어부(204)는 초기 붐 전동기(226)만으로 붐을 작동시키고, 붐 전동기(226)의 출력이 붐 구동 동력을 감당하지 못하게 되면 붐 어시스트(230)를 구동하여 붐의 작동을 보조한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 복합동작 시 붐/선회 구동을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템이 붐 구동, 붐 및 선회 구동, 선회 구동하는 동안 시간에 따른 출력이 도시된다. 여기에서 시간에 따른 출력의 합, 즉 그래프가 나타내는 면적이 각 구동의 요구 에너지량이 된다. 예를 들어, 붐 및 선회 구동 동안 그래프가 나타내는 면적이 붐/선회 요구 에너지량이 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 복합동작 시 붐 에너지 회생 시스템의 출력을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 붐/선회 복합 작동 시 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력한도 이상일 경우, 제어부(204)는 붐 어시스트 밸브(230)를 구동하여 기존 유압시스템을 통해 우선적으로 붐 작동을 지지한다. 또한, 붐 어시스트 밸브(230)의 공급 유량이 붐 구동 시 필요한 유량보다 부족할 경우, 즉 붐 어시스트 밸브(230)의 출력이 붐 요구 동력보다 작은 경우, 제어부(204)는 붐 전동기(226)를 이용하여 붐 작동을 보조한다.
도 6을 참조하면, 붐/선회 복합 작동 시 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력한도 이하일 경우, 제어부(204)는 초기 붐 전동기(226)만으로 붐을 작동시키고, 붐 전동기(226)의 출력이 붐 구동 동력을 감당하지 못하게 되면, 즉 붐 전동기(226)의 출력이 붐 요구 동력보다 작은 경우, 붐 어시스트 밸브(230)를 구동하여 붐의 작동을 보조한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 제어방법에 대한 흐름도이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템의 제어방법을 살펴보면, 제어부(204)는 조이스틱(202)의 조작량을 검출한다(S102).
제어부(204)는 붐/선회 구동의 예측 에너지량과 충전장치(220)의 출력 가능한 에너지량을 비교한다(S104).
상기 비교 결과(S104), 제어부(204)는 붐/선회 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력 가능한 에너지량보다 큰 경우 엔진보조 전동기(222)를 발전한다(S106).
그리고 제어부(204)는 붐 실린더(212)의 소요 유량과 붐 어시스트 밸브(230)의 공급 가능한 유량을 비교한다(S108).
상기 비교 결과(S108), 제어부(204)는 붐 실린더(212)의 소요 유량이 붐 어시스트(230)의 공급 가능한 유량보다 작으면 붐 어시스트 밸브(230)를 구동한다(S110).
반면, 제어부(204)는 붐 실린더(212)의 소요 유량이 붐 어시스트 밸브(230)의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 붐 어시스트 밸브(230) 및 붐 전동기(226)를 구동한다(S112).
상기 비교 결과(S104), 상기 붐/선회 구동 예측 에너지량이 충전장치(220)의 출력 가능한 에너지량보다 크지 않은 경우, 제어부(204)는 붐 구동 동력과 붐 전동기(226)의 최대 공급 가능한 전력을 비교한다(S114).
상기 비교 결과(S114), 제어부(204)는 붐 구동 동력이 붐 전동기(226)의 최대 공급 가능한 전력보다 작은 경우에는 붐 실린더(212)의 소요 유량과 유압 펌프 모터(228)의 공급 가능한 유량을 비교한다(S116).
상기 비교 결과(S116), 제어부(204)는 붐 실린더(212)의 소요 유량이 유압 펌프 모터(228)의 공급 가능한 유량보다 작으면 붐 전동기(226)를 구동한다(S118).
반면, 제어부(204)는 붐 실린더(212)의 소요 유량이 유압 펌프 모터(228)의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 붐 전동기(226) 및 붐 어시스트 밸브(230)를 구동한다(S120).
한편, 상기 비교 결과(S114), 붐 구동 동력이 붐 전동기(226)의 최대 공급 가능한 전력보다 작지 않은 경우에는 상기 붐 전동기(226) 및 붐 어시스트 밸브(230)를 구동한다(S120).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
202: 조이스틱 204: 제어부
206: 엔진 208: 메인펌프
210: MCV 212: 붐 실린더
214: 암 실린더 216: 버켓 실린더
218: 전력변환장치 220: 충전 장치
222: 엔진 보조 전동기 224: 붐 에너지 회생 시스템
226: 붐 전동기 228: 유압 펌프 모터
230: 붐 어시스트 밸브 232: 상부 선회 기어
234: 선회 전동기 236: 선회 회생 시스템

Claims (7)

  1. 붐의 구동을 위한 붐 구동장치를 구동시키며, 모터 또는 발전기로 작동되는 제1 전동기;
    상기 붐을 제외한 다른 구동장치를 구동시키며, 모터 또는 발전기로 작동되는 제2 전동기;
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 충전장치;
    상기 전동기로 구동되어 붐 실린더에 작동유를 공급하는 유압 펌프 모터;
    엔진에 의해 구동되어 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 메인펌프;
    상기 메인펌프와 연결된 메인 제어 밸브를 통해 상기 메인펌프를 상기 붐 실린더에 선택적으로 연결하거나 차단하는 붐 어시스트 밸브; 및
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량을 예측하고, 상기 예측된 구동 에너지량과 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량을 비교하여 상기 붐 어시스트 밸브 및 상기 전동기 중 적어도 하나를 구동하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 크지 않은 경우, 붐 구동 동력이 상기 제1 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작고 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 제1 전동기를 구동하고, 상기 붐 구동 동력이 상기 제1 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작지 않거나 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 제1 전동기 및 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 큰 경우에, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 어시스트 밸브 및 상기 제1 전동기를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인펌프를 구동하는 엔진보조전동기를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 예측된 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능 에너지량보다 큰 경우에, 상기 엔진보조전동기를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 붐 구동 시스템.
  5. 메인 펌프와, 붐 실린더와, 상기 메인펌프를 상기 붐 실린더에 선택적으로 연결하거나 차단하는 붐 어시스트 밸브를 구비한 하이브리드 구동 시스템에서의 붐 구동 방법에 있어서,
    조이스틱의 조작량을 검출하는 단계;
    제1 전동기 및 제2 전동기의 구동 에너지량을 예측하는 에너지량 예측 단계;
    상기 예측된 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량과, 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에서 발전된 전기를 저장하는 충전장치의 출력 가능 에너지량을 비교하는 에너지량 비교 단계; 및
    상기 예측된 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 큰 경우 엔진보조 전동기를 발전하고 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 예측된 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 크지 않은 경우 상기 제1 전동기를 구동하는 구동 단계를 포함하고,
    상기 구동 단계는,
    상기 예측된 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 크지 않은 경우, 상기 붐 구동 동력과 상기 제1 전동기의 최대 공급 가능한 동력을 비교하는 동력 비교 단계; 및
    상기 붐 실린더의 소요 유량과 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량을 비교하는 펌프 유량 비교 단계를 더 포함하고,
    상기 붐 구동 동력이 상기 제1 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작고 상기 제1 전동기의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 제1 전동기를 구동하고, 상기 붐 구동 동력이 상기 제1 전동기의 최대 공급 가능 전력보다 작지 않거나 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 유압 펌프 모터의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 제1 전동기 및 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기 붐 구동 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 단계는,
    상기 예측된 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기의 구동 에너지량이 상기 충전장치의 출력 가능한 에너지량보다 큰 경우 붐 실린더의 소요 유량과 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량을 비교하는 어시스트 유량 비교 단계를 더 포함하고,
    상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작으면 상기 붐 어시스트 밸브를 구동하고, 상기 붐 실린더의 소요 유량이 상기 붐 어시스트 밸브의 공급 가능한 유량보다 작지 않으면 상기 붐 어시스트 및 상기 제1 전동기를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기 붐 구동 방법.
  7. 삭제
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