KR102057275B1 - Engine starting device of hybrid construction machinery - Google Patents

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Abstract

하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 스타터, 울트라 커패시터, 배터리, 제2 스위치부 및 스타터 스위치을 포함한다. 스타터는 엔진을 시동한다. 울트라 커패시터는 구동 모터에 동력을 제공하는 구동 커패시터, 스타터에 동력을 제공하는 시동 커패시터 및 시동 커패시터를 구동 커패시터에 연결하는 제1 스위치부를 포함한다. 배터리는 스타터에 동력을 제공한다. 제2 스위치부는 배터리를 시동 커패시터에 연결한다. 스타터 스위치는 스타터를 시동 커패시터 및 배터리에 연결한다.The starting device of the hybrid construction machine includes a starter, an ultra capacitor, a battery, a second switch unit and a starter switch. The starter starts the engine. The ultracapacitor includes a drive capacitor for powering a drive motor, a start capacitor for powering a starter, and a first switch unit for connecting the start capacitor to the drive capacitor. The battery powers the starter. The second switch unit connects the battery to the starting capacitor. The starter switch connects the starter to the starting capacitor and battery.

Description

하이브리드 건설 기계의 시동 장치{ENGINE STARTING DEVICE OF HYBRID CONSTRUCTION MACHINERY}Starting device for hybrid construction machine {ENGINE STARTING DEVICE OF HYBRID CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 하이브리드 건설 기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아이들링 운전 및 저온 시동이 가능한 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid construction machine, and more particularly to a starting device for a hybrid construction machine capable of idling operation and low temperature start.

최근, 건설 기계의 연비를 향상시키기 위해 엔진의 잉여 동력을 배터리에 저장하고 엔진의 부족한 동력을 배터리로부터 공급하는 하이브리드 건설 기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, in order to improve fuel economy of construction machinery, research is being actively conducted on hybrid construction machinery that stores surplus power of an engine in a battery and supplies insufficient power of the engine from a battery.

일반적으로, 하이브리드 건설 기계는 엔진과 구동 모터를 공통 동력원으로 사용하고 전기 저장 장치를 포함한다. 예를 들어, 하이브리드 굴삭기는 엔진을 동력으로 하는 일반적인 굴삭기에 구동 모터 및 전기 저장 장치 들을 더 포함함으로써 연비를 향상시킬 수 있다. 여기서, 전기 저장 장치는 배터리 및 울트라 커패시터(Ultra-capacitor)를 포함한다.In general, hybrid construction machines use engines and drive motors as common power sources and include electrical storage devices. For example, hybrid excavators can improve fuel economy by further including drive motors and electrical storage devices in common excavators powered by engines. Here, the electrical storage device includes a battery and an ultra-capacitor.

하이브리드 건설 기계는 배터리를 사용하여 엔진을 시동한다. 하지만, 엔진의 시동 시 순간적으로 높은 출력이 필요하므로, 시동 횟수가 증가할수록 배터리의 수명이 단축될 수 있다. 또한, 하이브리드 건설 기계는 저온에서 엔진을 시동 시 배터리의 출력 용량이 저하되어 순간적으로 출력을 높이기 어려운 문제점이 있다.Hybrid construction machines use batteries to start the engine. However, since an instantaneous high output is required at the start of the engine, the life of the battery may be shortened as the number of starts increases. In addition, the hybrid construction machine has a problem that it is difficult to increase the output momentarily because the output capacity of the battery is lowered when starting the engine at a low temperature.

본 발명의 일 목적은 아이들링 운전 및 저온 시동 특성이 강화된 하이브리드 건설 기계의 시동 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a starting device for a hybrid construction machine with enhanced idling operation and low temperature starting characteristics.

다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the object of the present invention is not limited to the above objects, and may be variously expanded within a range without departing from the spirit and scope of the present invention.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 스타터, 울트라 커패시터, 배터리, 제2 스위치부, 스타터 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스타터는 엔진을 시동할 수 있다. 상기 울트라 커패시터는 구동 모터에 동력을 제공하는 구동 커패시터, 상기 스타터에 동력을 제공하는 시동 커패시터, 및 상기 시동 커패시터를 상기 구동 커패시터에 연결하는 제1 스위치부를 포함할 수 있다. 상기 배터리는 상기 스타터에 동력을 제공할 수 있다. 상기 제2 스위치부는 상기 배터리를 상기 시동 커패시터에 연결할 수 있다. 상기 스타터 스위치는 상기 스타터를 상기 시동 커패시터 및 상기 배터리에 연결할 수 있다.In order to achieve the above object of the present invention, the starting device of the hybrid construction machine according to the exemplary embodiments of the present invention may include a starter, an ultra capacitor, a battery, a second switch unit, a starter switch. The starter can start the engine. The ultracapacitor may include a driving capacitor for powering a driving motor, a starting capacitor for powering the starter, and a first switch unit connecting the starting capacitor to the driving capacitor. The battery may power the starter. The second switch unit may connect the battery to the starting capacitor. The starter switch may connect the starter to the starting capacitor and the battery.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 엔진을 아이들(idle) 상태에서 재시동하는 경우, 상기 제1 스위치부는 턴-오프(turn-off)되고, 상기 제2 스위치부는 턴-온(turn-on)될 수 있다.In example embodiments, when restarting the engine in an idle state, the first switch portion may be turned off, and the second switch portion may be turned on. Can be.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우, 상기 제1 스위치부는 턴-온되고, 상기 제2 스위치부는 턴-오프될 수 있다.In example embodiments, when the hybrid construction machine is in operation, the first switch unit may be turned on and the second switch unit may be turned off.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 엔진을 기 지정된 온도 이하에서 시동하는 경우, 상기 제1 스위치부는 턴-오프되고, 상기 제2 스위치부는 턴-온될 수 있다.In example embodiments, when the engine is started at a predetermined temperature or less, the first switch unit may be turned off and the second switch unit may be turned on.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시동 커패시터의 전압과 상기 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값을 초과하는 경우, 상기 시동 커패시터의 전압과 상기 배터리의 전압의 차가 상기 기 지정된 값 이하가 될 때까지 상기 시동 커패시터는 상기 배터리에 의해 충전될 수 있다.In example embodiments, when the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery exceeds a predetermined value, the voltage until the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery is equal to or less than the predetermined value. The starting capacitor can be charged by the battery.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시동 커패시터 및 상기 배터리에 연결되어 전압 레벨을 조정하는 전압 조정부를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the power supply unit may further include a voltage adjuster connected to the starting capacitor and the battery to adjust a voltage level.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전압 조정부는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.In example embodiments, the voltage adjustor may include a DC-DC converter.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전압 조정부는 전류 제한용 저항을 포함할 수 있다.In example embodiments, the voltage adjustor may include a current limiting resistor.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 울트라 커패시터는 상기 구동 커패시터와 상기 시동 커패시터 사이에서 상기 시동 커패시터에 포함된 셀들을 병렬로 연결하는 제3 스위치부를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the ultracapacitor may further include a third switch configured to connect cells included in the starting capacitor in parallel between the driving capacitor and the starting capacitor.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제3 스위치부는 상기 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우 턴-온되고, 상기 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우 턴-오프될 수 있다.In example embodiments, the third switch unit may be turned on when the engine is started or restarted, and may be turned off when the hybrid construction machine is in operation.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시동 커패시터는 상기 울트라 커패시터에 포함된 복수의 셀들 중 상기 배터리의 전압과 동일한 크기의 전압을 형성하도록 상기 셀들의 일부를 포함할 수 있다.In some example embodiments, the starting capacitor may include some of the cells to form a voltage having the same magnitude as the voltage of the battery among a plurality of cells included in the ultra capacitor.

예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 아이들링 운전모드에서 엔진의 구동을 정지시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 울트라 커패시터의 일부인 시동 커패시터를 배터리와 함께 엔진을 시동을 위해 사용함으로써 배터리의 수명을 연장시키고, 저온 시동 시 출력을 향상시킬 수 있다.The starting device of the hybrid construction machine according to the exemplary embodiments may improve fuel economy by stopping the driving of the engine in the idling operation mode. In addition, the starter of the hybrid construction machine uses a starter capacitor, which is part of the ultracapacitor, with the battery to start the engine to extend the life of the battery and improve the output at low temperature startup.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded within a range without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 아이들링 운전 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 아이들링 운전 방법에서 엔진 재시동 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 아이들링 운전 방법에서 운전 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 전압 조정부의 예들을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 저온 시동 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 저온 시동 방법에서 커패시터 충전 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 효과를 나타내는 그래프이다.
1 is a circuit diagram illustrating a starting device of a hybrid construction machine according to exemplary embodiments.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method of driving idling in the starting device of the hybrid construction machine of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of the hybrid construction machine when the engine is restarted in the idling driving method of FIG. 2.
4 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of a hybrid construction machine during operation in the idling driving method of FIG. 2.
5A and 5B are diagrams showing examples of the voltage adjusting unit in the starting device of the hybrid construction machine of FIG. 1.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a low-temperature start-up method in the starting apparatus of the hybrid construction machine of FIG. 1.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of a hybrid construction machine when charging a capacitor in the low temperature start-up method of FIG. 6.
8 is a graph showing the effect of the starting device of the hybrid construction machine of FIG.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a starting device of a hybrid construction machine according to exemplary embodiments.

도 1을 참조하면, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치(100)는 스타터(120), 울트라 커패시터(140), 배터리(160), 제2 스위치부(170), 전압 조정부(180) 및 스타터 스위치(190)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a starter device 100 of a hybrid construction machine includes a starter 120, an ultracapacitor 140, a battery 160, a second switch unit 170, a voltage adjuster 180, and a starter switch 190. ) May be included.

스타터(120)는 배터리(160)와 울트라 커패시터(140)에 포함된 시동 커패시터(148)로부터 구동 전력을 인가 받아 하이브리드 건설 기계의 엔진을 시동할 수 있다.The starter 120 may start the engine of the hybrid construction machine by receiving driving power from the starter capacitor 148 included in the battery 160 and the ultra capacitor 140.

울트라 커패시터(140)는 구동 커패시터(142), 제1 스위치부(144) 및 시동 커패시터(148)을 포함할 수 있다.The ultra capacitor 140 may include a driving capacitor 142, a first switch unit 144, and a start capacitor 148.

구동 커패시터(142)는 구동 모터에 동력을 제공하여 엔진과 함께 하이브리드 건설 기계를 동작시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 굴삭기에서 구동 커패시터(142)는 충전된 전압을 이용하여 굴삭기의 선회 동작을 위해 선회 모터에 동력을 제공할 수 있다. 울트라 커패시터(140)에 포함된 구동 커패시터(142)은 배터리(160) 보다 출력밀도가 클 수 있으므로 하이브리드 건설 기계에 큰 동력을 공급할 수 있다.The driving capacitor 142 may increase power efficiency by operating the hybrid construction machine together with the engine by supplying power to the driving motor. For example, in an excavator, the driving capacitor 142 may use the charged voltage to power the swing motor for the swing operation of the excavator. Since the driving capacitor 142 included in the ultra capacitor 140 may have a greater power density than the battery 160, the driving capacitor 142 may supply a large power to the hybrid construction machine.

시동 커패시터(148)는 엔진 시동 시 또는 재시동 시 배터리(160)와 함께 스타터(120)에 동력을 제공할 수 있다. 배터리(160)만을 사용하여 엔진을 시동하는 경우 배터리(160)에 순간적으로 높은 출력이 요구되므로, 시동 커패시터(148)를 이용하여 스타터(120)에 동력을 제공함으로써 배터리(160)의 부하를 줄일 수 있다. 따라서, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치(100)는 울트라 커패시터(140)에 포함된 시동 커패시터(148)를 이용하여 배터리(160)의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 저온 시동 시 배터리(160)의 출력 용량이 저하되는 현상을 방지하여 저온 시동 특성을 개선시킬 수 있다. 울트라 커패시터(140)의 전압(예를 들어, 200V)은 배터리(160)의 전압(예를 들어, 12V)에 비해 높으므로, 울트라 커패시터(140) 전체를 이용하여 스타터(120)에 동력을 제공하지 않고, 울트라 커패시터(140)의 일부인 시동 커패시터(148)를 이용하여 스타터(120)에 동력을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 시동 커패시터(148)는 울트라 커패시터(140)에 포함된 복수의 셀들 중 배터리(160)의 전압과 동일한 크기의 전압을 형성하도록 셀들의 일부를 포함할 수 있다. 즉, 시동 커패시터(148)와 배터리(160)가 동일한 크기의 전압을 형성하도록 시동 커패시터(148)의 크기를 설정함으로써 별도의 컨버터 없이도 안정적으로 구동될 수 있다.The starting capacitor 148 may power the starter 120 together with the battery 160 at engine start or restart. When starting the engine using only the battery 160, since the instantaneous high output is required for the battery 160, the load of the battery 160 is reduced by providing power to the starter 120 using the starting capacitor 148. Can be. Therefore, the starting device 100 of the hybrid construction machine may extend the life of the battery 160 by using the starting capacitor 148 included in the ultra capacitor 140. In addition, the low-temperature start-up characteristics may be improved by preventing a phenomenon in which the output capacity of the battery 160 decreases during low-temperature start-up. Since the voltage of the ultracapacitor 140 (eg 200V) is higher than the voltage of the battery 160 (eg 12V), the ultracapacitor 140 is used to power the starter 120 using the entire ultracapacitor 140. Instead, the starter 120 may be powered by the start capacitor 148 that is part of the ultra capacitor 140. In one embodiment, the starting capacitor 148 may include a portion of the cells to form a voltage of the same size as the voltage of the battery 160 of the plurality of cells included in the ultra capacitor 140. That is, by setting the size of the start capacitor 148 so that the start capacitor 148 and the battery 160 form the same voltage, it can be driven stably without a separate converter.

제1 스위치부(144)는 시동 커패시터(148)를 구동 커패시터(142)에 연결할 수 있다. 즉, 제1 스위치부(144)는 턴-온되어 시동 커패시터(148)와 구동 커패시터(142)를 연결시킬 수 있고, 턴-오프되어 시동 커패시터(148)와 구동 커패시터(142)의 연결을 해제시킬 수 있다. 일 실시예에서, 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우, 제1 스위치부(144)가 턴-온되어 시동 커패시터(148)와 구동 커패시터(142)를 연결시킴으로써, 시동 커패시터(148)는 울트라 커패시터(140)의 일부로써 구동 커패시터(142)와 함께 구동 모터에 동력을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우, 제1 스위치부(144)는 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 이용하여 스타터(120)에 동력을 제공하기 위해 턴-오프되어 시동 커패시터(148)와 구동 커패시터(142)의 연결을 해제시킬 수 있다.The first switch unit 144 may connect the starting capacitor 148 to the driving capacitor 142. That is, the first switch unit 144 may be turned on to connect the starting capacitor 148 and the driving capacitor 142, and may be turned off to release the connection of the starting capacitor 148 and the driving capacitor 142. You can. In one embodiment, when the hybrid construction machine is in operation, the first switch unit 144 is turned on to connect the start capacitor 148 and the drive capacitor 142 so that the start capacitor 148 is an ultra capacitor 140. May be used to power the drive motor together with the drive capacitor 142. In one embodiment, when starting or restarting the engine, the first switch unit 144 is turned off to power the starter 120 using the battery 160 and the start capacitor 148 to start the start capacitor. 148 may be disconnected from the driving capacitor 142.

울트라 커패시터(140)는 구동 커패시터(142)와 시동 커패시터(148) 사이에서 시동 커패시터(148)에 포함된 셀들을 병렬로 연결하는 제3 스위치부(146)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제3 스위치부(146)는 울트라 커패시터(140)를 구동 커패시터(142)와 시동 커패시터(148)로 구분하고, 시동 커패시터(148)를 배터리(160)에 병렬로 연결시킬 수 있다. 제3 스위치부(146)는 제1 스위치부(144)와 반대로 동작하여, 제1 스위치부(144)가 턴-온될 때 제3 스위치부(146)은 턴-오프되며, 제1 스위치부(144)가 턴-오프될 때 제3 스위치부(146)은 턴-온될 수 있다. 일 실시예에서, 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우, 제3 스위치부(146)가 턴-오프될 수 있다. 일 실시예에서, 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우, 제3 스위치부(146)가 턴-온될 수 있다.The ultracapacitor 140 may further include a third switch unit 146 connecting the cells included in the starting capacitor 148 in parallel between the driving capacitor 142 and the starting capacitor 148. That is, the third switch unit 146 may divide the ultra capacitor 140 into the driving capacitor 142 and the starting capacitor 148, and may connect the starting capacitor 148 to the battery 160 in parallel. The third switch unit 146 operates opposite to the first switch unit 144 so that when the first switch unit 144 is turned on, the third switch unit 146 is turned off and the first switch unit 146 When 144 is turned off, the third switch unit 146 may be turned on. In one embodiment, when the hybrid construction machine is in operation, the third switch unit 146 may be turned off. In one embodiment, when starting or restarting the engine, the third switch unit 146 may be turned on.

배터리(160)는 스타터(120)에 동력을 제공할 수 있다. 배터리(160)는 시동 커패시터(148)와 함께 스타터(120)에 동력을 제공함으로써 배터리(160)에서 출력을 높이지 않고 하이브리드 건설 기계의 시동이 가능하다. 또한, 배터리(160)는 방전된 시동 커패시터(148)를 충전할 수 있다. 시동 커패시터(148)는 특성 상 장기간 방치되는 경우 쉽게 방전될 수 있으므로 시동 또는 재시동 전에 시동 커패시터(148)의 방전 여부를 체크하고, 시동 커패시터(148)가 방전된 경우 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 연결하여 시동 커패시터(148)를 충전할 수 있다. 일 실시예에서, 시동 커패시터(148)의 전압과 배터리(160)의 전압의 차가 기 지정된 값을 초과하는 경우, 시동 커패시터(148)의 전압과 배터리(160)의 전압의 차가 기 지정된 값 이하가 될 때까지 시동 커패시터(148)는 배터리(160)에 의해 충전될 수 있다. 그 밖에도, 배터리(160)는 하이브리드 건설 기계에 동력을 제공하는데 이용될 수 있다. 배터리(160)는 울트라 커패시터(140)보다 출력은 작지만 에너지 밀도가 클 수 있으므로, 작은 동력과 장기적으로 필요한 대용량 에너지를 공급할 수 있다.The battery 160 may power the starter 120. The battery 160 powers the starter 120 together with the starting capacitor 148 to enable the hybrid construction machine to be started without increasing the output from the battery 160. In addition, the battery 160 may charge the discharged starting capacitor 148. Since the start capacitor 148 may be easily discharged when it is left for a long time due to its characteristics, the start capacitor 148 may be discharged before starting or restarting, and when the start capacitor 148 is discharged, the battery 160 and the start capacitor ( 148 may be connected to charge the starting capacitor 148. In one embodiment, when the difference between the voltage of the start capacitor 148 and the voltage of the battery 160 exceeds a predetermined value, the difference between the voltage of the start capacitor 148 and the voltage of the battery 160 is less than or equal to a predetermined value. Starting capacitor 148 may be charged by battery 160 until In addition, battery 160 may be used to power hybrid construction machinery. Since the battery 160 has a smaller output than the ultracapacitor 140 but may have a high energy density, the battery 160 may supply a small power and a large amount of energy required in the long term.

제2 스위치부(170)는 배터리(160)를 시동 커패시터(148)에 연결할 수 있다. 즉, 제2 스위치부(170)는 턴-온되어 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 연결시킬 수 있고, 턴-오프되어 배터리(160)와 시동 커패시터(148)의 연결을 해제시킬 수 있다. 일 실시예에서, 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우, 제2 스위치부(170)는 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 이용하여 스타터(120)에 동력을 제공하기 위해 턴-온되어 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 연결시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제2 스위치부(170)는 배터리(160)를 이용하여 시동 커패시터(148)를 충전하기 위해 턴-온되어 배터리(160)와 시동 커패시터(148)를 연결시킬 수 있다. 일 실시예에서, 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우, 시동 커패시터(148)는 구동 커패시터(142)와 함께 구동 모터에 동력을 제공하는데 사용될 수 있으므로, 제2 스위치부(170)는 턴-오프되어 배터리(160)와 시동 커패시터(148)의 연결을 해제시킬 수 있다.The second switch unit 170 may connect the battery 160 to the starting capacitor 148. That is, the second switch unit 170 may be turned on to connect the battery 160 and the starting capacitor 148, and may be turned off to release the connection of the battery 160 and the starting capacitor 148. have. In one embodiment, when starting or restarting the engine, the second switch unit 170 is turned on to power the starter 120 by using the battery 160 and the starting capacitor 148. 160 and the starting capacitor 148 may be connected. In an embodiment, the second switch unit 170 may be turned on to charge the starting capacitor 148 using the battery 160 to connect the battery 160 and the starting capacitor 148. In one embodiment, when the hybrid construction machine is in operation, the start capacitor 148 can be used to power the drive motor with the drive capacitor 142, so that the second switch portion 170 is turned off and the battery The connection of the 160 and the starting capacitor 148 may be disconnected.

전압 조정부(180)는 시동 커패시터(148) 및 배터리(160)에 연결되어 전압 레벨을 조정함으로써 시동 커패시터(148)와 배터리(160)를 안전하게 병렬로 연결할 수 있다. 시동 커패시터(148)와 배터리(160)의 전압차가 크게 발생하는 경우 돌입 전류가 발생하여 시동 장치가 손상되거나 오동작 될 수 있으므로, 하이브리드 건설 기계(100)의 시동 장치는 전압 조정부(180)를 포함하여 시동 커패시터(148)와 배터리(160)가 안전하게 충방전될 수 있다. 전압 조정부(180)는 시동 커패시터(148)와 배터리(160)의 출력을 제어하는 다양한 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전압 조정부(180)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전압 조정부(180)는 전류 제한용 저항을 포함할 수 있다.The voltage adjusting unit 180 may be connected to the start capacitor 148 and the battery 160 to adjust the voltage level to safely connect the start capacitor 148 and the battery 160 in parallel. When a large voltage difference between the starting capacitor 148 and the battery 160 occurs, an inrush current may occur and the starting device may be damaged or malfunction. Thus, the starting device of the hybrid construction machine 100 includes the voltage adjusting unit 180. The starting capacitor 148 and the battery 160 may be safely charged and discharged. The voltage adjustor 180 may include various circuits for controlling the outputs of the start capacitor 148 and the battery 160. In one embodiment, the voltage adjuster 180 may include a DC-DC converter. In another embodiment, the voltage adjusting unit 180 may include a current limiting resistor.

스타터 스위치(190)는 엔진의 시동 또는 재시동을 위해 스타터(120)를 시동 커패시터(148) 및 배터리(160)에 연결시킬 수 있다.The starter switch 190 may connect the starter 120 to the start capacitor 148 and the battery 160 to start or restart the engine.

도 2는 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 아이들링 운전 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method of driving idling in the starting device of the hybrid construction machine of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치를 이용하여 하이브리드 건설 기계는 아이들링 운전모드로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 2, the hybrid construction machine may operate in an idling operation mode by using a starter of the hybrid construction machine.

아이들링 운전모드 진입 조건을 확인하여 아이들링 운전모드로 진입할 수 있다 (S110). 예를 들어, 아이들링 운전모드가 설정된 상태이고, 기 지정된 시간 동안 동작이 없는 경우 하이브리드 건설 장비는 연비를 향상시키기 위해 아이들링 운전모드로 진입할 수 있다.By checking the idling driving mode entry condition, it may enter the idling driving mode (S110). For example, when the idling driving mode is set and there is no operation for a predetermined time, the hybrid construction equipment may enter the idling driving mode to improve fuel efficiency.

아이들링 운전모드로 진입한 경우, 엔진을 아이들 상태로 변경할 수 있다 (S120). 아이들링 운전모드로 진입 시 엔진을 오프함으로써 엔진에서 소모되는 연료를 최소화할 수 있다.When entering the idling driving mode, the engine may be changed to the idling state (S120). By entering the idle mode, the engine is turned off to minimize the fuel consumed by the engine.

하이브리드 건설 기계의 동작 신호가 입력되는 경우 엔진 재시동 신호를 수신할 수 있다 (S130). 사용자로부터 하이브리드 건설 기계의 동작 신호를 받아 아이들링 운전모드에서 일반 운전모드로 변경하기 위한 엔진 재시동 신호를 수신할 수 있다.When the operation signal of the hybrid construction machine is input, an engine restart signal may be received (S130). The engine restart signal for changing from the idling driving mode to the normal driving mode may be received by receiving the operation signal of the hybrid construction machine from the user.

구동 커패시터와 시동 커패시터의 연결을 해제하기 위해 제1 스위치부를 턴-오프할 수 있다 (S140). 시동 커패시터와 배터리를 이용하여 엔진을 재시동하기 위한 예비적 단계로써, 제1 스위치부를 턴-오프하여 울트라 커패시터의 일부인 시동 커패시터를 구동 커패시터로부터 분리할 수 있다.In order to disconnect the driving capacitor and the starting capacitor, the first switch unit may be turned off (S140). As a preliminary step for restarting the engine using the start capacitor and the battery, the first switch may be turned off to separate the start capacitor, which is part of the ultra capacitor, from the drive capacitor.

시동 커패시터의 전압과 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값을 초과하는 경우 (S150), 시동 커패시터의 전압과 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값 이하가 될 때까지 시동 커패시터는 배터리에 의해 충전될 수 있다 (S160). 시동 커패시터는 특성 상 쉽게 방전될 수 있다. 따라서, 시동 커패시터가 방전된 경우 엔진을 재시동하기 전에 배터리를 이용하여 시동 커패시터를 충전시킬 수 있다.If the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery exceeds a predetermined value (S150), the starting capacitor may be charged by the battery until the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery is less than or equal to the predetermined value ( S160). The starting capacitor can easily be discharged in nature. Therefore, when the starting capacitor is discharged, the starting capacitor can be charged using a battery before restarting the engine.

시동 커패시터와 배터리를 이용하여 엔진을 재시동하기 위해 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-온할 수 있다 (S170). 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-온함으로써 시동 커패시터와 배터리를 병렬로 연결할 수 있다.The second switch unit and the third switch unit may be turned on to restart the engine using the starting capacitor and the battery (S170). By turning on the second switch unit and the third switch unit, the starting capacitor and the battery may be connected in parallel.

스타터 스위치를 턴-온함으로써 엔진을 재시동할 수 있다 (S180). 스타터 스위치가 턴-온됨으로써 시동 커패시터와 배터리로부터 스타터가 동력을 전달 받아 엔진이 재시동될 수 있다.The engine may be restarted by turning on the starter switch (S180). When the starter switch is turned on, the starter can receive power from the starter capacitor and the battery, allowing the engine to restart.

엔진이 재시동된 경우, 하이브리드 건설 장비는 일반 운전모드로 진입하기 위해 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-오프하고 제1 스위치부를 턴-온할 수 있다 (S190). 제2 스위치부 및 제3 스위치부가 턴-오프되고 제1 스위치부를 턴-온됨으로써 시동 커패시터는 구동 커패시터와 연결되어 울트라 커패시터의 일부로써 구동 커패시터와 함께 구동 모터에 동력을 제공할 수 있다.When the engine is restarted, the hybrid construction equipment may turn off the second switch unit and the third switch unit and turn on the first switch unit to enter the normal operation mode (S190). By turning off the second switch portion and the third switch portion and turning on the first switch portion, the starting capacitor may be connected with the driving capacitor to power the driving motor together with the driving capacitor as part of the ultra capacitor.

도 3은 도 2의 아이들링 운전 방법에서 엔진 재시동 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of the hybrid construction machine when the engine is restarted in the idling driving method of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 하이브리드 건설 장비의 시동 장치는 아이들링 운전모드에서 엔진을 재시동할 수 있다. 하이브리드 건설 장비의 시동 장치는 시동 커패시터(148)와 배터리(160)를 병렬로 연결하고, 시동 커패시터(148)와 배터리(160)로부터 스타터(120)가 동력을 전달 받아 엔진이 재시동될 수 있다. 즉, 제1 스위치부(144)에 포함된 스위치들(SR1, SR2)은 턴-오프되어 구동 커패시터(142)와 시동 커패시터(148)의 연결이 해제될 수 있다. 또한, 제2 스위치부(170)에 포함된 스위치들(SR3, SR4) 및 제3 스위치부(146)에 포함된 스위치(SR5)는 턴-온되어 시동 커패시터(148)와 배터리(160)가 병렬로 연결될 수 있다. 스타터 스위치(190)가 턴-온됨으로써 스타터(120)는 시동 커패시터(148)와 배터리(160)로부터 동력을 전달받아 아이들링 운전모드에서 엔진을 재시동할 수 있다.Referring to FIG. 3, the starting device of the hybrid construction equipment may restart the engine in an idling operation mode. The starting device of the hybrid construction equipment connects the start capacitor 148 and the battery 160 in parallel, and the starter 120 receives power from the start capacitor 148 and the battery 160 to restart the engine. That is, the switches SR1 and SR2 included in the first switch unit 144 may be turned off to disconnect the driving capacitor 142 from the start capacitor 148. In addition, the switches SR3 and SR4 included in the second switch unit 170 and the switch SR5 included in the third switch unit 146 are turned on so that the start capacitor 148 and the battery 160 are turned on. Can be connected in parallel. As the starter switch 190 is turned on, the starter 120 may receive power from the starting capacitor 148 and the battery 160 to restart the engine in the idling operation mode.

도 4는 도 2의 아이들링 운전 방법에서 운전 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of a hybrid construction machine during operation in the idling driving method of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 하이브리드 건설 장비의 시동 장치는 일반 운전모드에서 시동 커패시터(148)와 배터리(160)의 연결이 해제되고, 시동 커패시터(148)는 구동 커패시터(142)와 연결될 수 있다. 즉, 제1 스위치부(144)에 포함된 스위치들(SR1, SR2)은 턴-온되어 구동 커패시터(142)에 시동 커패시터(148)를 연결시킬 수 있다. 또한, 제2 스위치부(170)에 포함된 스위치들(SR3, SR4) 및 제3 스위치부(146)에 포함된 스위치(SR5)는 턴-오프되어 시동 커패시터(148)와 배터리(160)의 연결이 해제될 수 있다. 따라서, 시동 커패시터(148)는 구동 커패시터(142)와 연결되어 울트라 커패시터(140)의 일부로써 구동 커패시터(142)와 함께 구동 모터에 동력을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 4, the start device of the hybrid construction equipment may be disconnected from the start capacitor 148 and the battery 160 in the normal operation mode, and the start capacitor 148 may be connected to the drive capacitor 142. That is, the switches SR1 and SR2 included in the first switch unit 144 may be turned on to connect the start capacitor 148 to the driving capacitor 142. In addition, the switches SR3 and SR4 included in the second switch unit 170 and the switch SR5 included in the third switch unit 146 are turned off to turn off the start capacitor 148 and the battery 160. The connection can be released. Thus, the start capacitor 148 may be connected to the drive capacitor 142 to power the drive motor along with the drive capacitor 142 as part of the ultra capacitor 140.

도 5a 및 5b는 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 전압 조정부의 예들을 나타내는 회로도이다.5A and 5B are circuit diagrams showing examples of the voltage adjusting unit in the starting device of the hybrid construction machine of FIG. 1.

도 5a 및 5b를 참조하면, 전압 조정부는 시동 커패시터 및 배터리 사이에서 전압 레벨을 조정함으로써 시동 커패시터와 배터리를 안전하게 병렬로 연결할 수 있다. 시동 커패시터와 배터리의 전압차가 크게 발생하는 경우 돌입 전류가 발생하여 시동 장치가 손상되거나 오동작 될 수 있으므로, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 전압 조정부를 포함하여 시동 커패시터와 배터리가 안전하게 충방전될 수 있다.5A and 5B, the voltage adjustor may safely connect the starting capacitor and the battery in parallel by adjusting a voltage level between the starting capacitor and the battery. If a large voltage difference between the starting capacitor and the battery is generated, an inrush current may occur and the starting device may be damaged or malfunction. Thus, the starting device of the hybrid construction machine may include a voltage adjusting unit, so that the starting capacitor and the battery may be safely charged and discharged.

일 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 전압 조정부(180a)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터는 전력반도체를 포함하며 시동 커패시터와 배터리의 사이에 연결되어 커패시터와 배터리의 출력을 조정할 수 있다. DC-DC 컨버터를 포함하는 전압 조정부는 전류를 양방향으로 미세하게 조정할 수 있어 커패시터와 배터리의 충방전 시 안정성을 높일 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 5A, the voltage adjuster 180a may include a DC-DC converter. The DC-DC converter includes a power semiconductor and is connected between the starting capacitor and the battery to regulate the output of the capacitor and the battery. The voltage regulator including the DC-DC converter can finely adjust the current in both directions, thereby improving stability during charging and discharging of the capacitor and the battery.

다른 실시예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전압 조정부(180b)는 전류 제한용 저항을 포함하여 시동 커패시터와 배터리의 전위차에 의한 돌입 전류를 방지할 수 있다. 전류 제한용 저항을 포함하는 전압 조정부는 구성이 간단하여 DC-DC 컨버터를 이용한 전압 조정부보다 상대적으로 저렴한 비용으로 시동 커패시터와 배터리 사이에 흐르는 전류를 제한하는 효과를 얻을 수 있다.In another embodiment, as shown in FIG. 5B, the voltage adjusting unit 180b may include a current limiting resistor to prevent inrush current due to a potential difference between the starting capacitor and the battery. The voltage regulator including the current limiting resistor is simple in configuration, and thus, it is possible to obtain the effect of limiting the current flowing between the starting capacitor and the battery at a relatively lower cost than the voltage regulator using the DC-DC converter.

상기에서는 전압 조정부가 DC-DC 컨버터 또는 전류 제한용 저항을 포함하여 시동 커패시터와 배터리의 출력을 제어하였으나, 전압 조정부는 시동 커패시터와 배터리의 출력을 제어하는 다양한 회로를 포함할 수 있다.In the above, the voltage regulator includes a DC-DC converter or a current limiting resistor to control the output of the starting capacitor and the battery, but the voltage regulator may include various circuits for controlling the output of the starting capacitor and the battery.

도 6은 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치에서 저온 시동 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a low-temperature start-up method in the starting apparatus of the hybrid construction machine of FIG. 1.

도 6을 참조하면, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 저온 시동 특성을 향상시킬 수 있다. 배터리만을 이용하여 저온에서 엔진을 시동하는 경우 (예를 들어, 영하의 온도에서 엔진을 시동하는 경우), 배터리의 출력 용량이 저하되어 배터리에서 순간적으로 높은 출력을 발생시키기 어려운 현상이 발생하거나 높은 출력을 내기 위해 배터리의 수명이 단축되는 현상이 발생할 수 있다. 배터리와 함께 시동 커패시터를 이용하여 엔진을 시동하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 경우 시동 커패시터를 통해 저온에서도 높은 출력을 쉽게 얻을 수 있고, 배터리의 부하를 줄임으로써 수명을 연장시킬 수 있다.Referring to FIG. 6, the starting device of the hybrid construction machine may improve low temperature starting characteristics. When starting the engine at low temperatures using only the battery (for example, starting the engine at sub-zero temperatures), the output capacity of the battery is reduced, making it difficult to generate instantaneous high output from the battery or high output. This can shorten the life of the battery. In the case of a hybrid construction machine starter that starts an engine using a starter capacitor together with a battery, the starter capacitor can easily achieve high output even at low temperatures, and can extend its life by reducing the load on the battery.

구체적으로, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 저온 시동 여부를 확인하기 위해 현재 온도가 기 설정된 온도보다 낮은지 여부를 확인할 수 있다 (S210). 예를 들어, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 영하의 온도에서 저온 시동 특성을 향상 시키기 위해 배터리와 함께 시동 커패시터를 이용하여 엔진을 시동할 수 있다.In detail, the starter of the hybrid construction machine may check whether the current temperature is lower than the preset temperature in order to check whether the low temperature starts (S210). For example, a starter of a hybrid construction machine can start an engine using a starter capacitor together with a battery to improve cold start characteristics at sub-zero temperatures.

구동 커패시터와 시동 커패시터의 연결을 해제하기 위해 제1 스위치부를 턴-오프할 수 있다 (S240). 시동 커패시터와 배터리를 이용하여 엔진을 시동하기 위한 예비적 단계로써, 제1 스위치부를 턴-오프하여 울트라 커패시터의 일부인 시동 커패시터를 구동 커패시터로부터 분리할 수 있다.In order to disconnect the driving capacitor and the starting capacitor, the first switch unit may be turned off (S240). As a preliminary step for starting the engine using the starting capacitor and the battery, the first switching unit may be turned off to separate the starting capacitor which is part of the ultra capacitor from the driving capacitor.

시동 커패시터의 전압과 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값을 초과하는 경우 (S250), 시동 커패시터의 전압과 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값 이하가 될 때까지 시동 커패시터는 배터리에 의해 충전될 수 있다 (S260). 시동 커패시터는 특성 상 장기간 방치되는 경우 쉽게 방전될 수 있다. 따라서, 시동 커패시터가 방전된 경우 엔진을 시동하기 전에 배터리를 이용하여 시동 커패시터를 충전시킬 수 있다.When the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery exceeds a predetermined value (S250), the starting capacitor may be charged by the battery until the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery is less than or equal to the predetermined value ( S260). Starting capacitors can be easily discharged if left for a long period of time. Therefore, when the starting capacitor is discharged, the starting capacitor can be charged using a battery before starting the engine.

시동 커패시터와 배터리를 이용하여 엔진을 시동하기 위해 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-온할 수 있다 (S270). 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-온함으로써 시동 커패시터와 배터리를 병렬로 연결할 수 있다.The second switch unit and the third switch unit may be turned on to start the engine using the starting capacitor and the battery (S270). By turning on the second switch unit and the third switch unit, the starting capacitor and the battery may be connected in parallel.

스타터 스위치를 턴-온함으로써 엔진을 시동할 수 있다 (S280). 스타터 스위치가 턴-온됨으로써 시동 커패시터와 배터리로부터 스타터가 동력을 전달 받아 엔진이 시동될 수 있다.The engine may be started by turning on the starter switch (S280). When the starter switch is turned on, the starter may receive power from the starting capacitor and the battery to start the engine.

엔진이 시동된 경우, 하이브리드 건설 장비는 일반 운전모드로 진입하기 위해 제2 스위치부 및 제3 스위치부를 턴-오프하고 제1 스위치부를 턴-온할 수 있다 (S290). 제2 스위치부 및 제3 스위치부가 턴-오프되고 제1 스위치부를 턴-온됨으로써 시동 커패시터는 구동 커패시터와 연결되어 울트라 커패시터의 일부로써 구동 커패시터와 함께 구동 모터에 동력을 제공할 수 있다.When the engine is started, the hybrid construction equipment may turn off the second switch unit and the third switch unit and turn on the first switch unit to enter the normal operation mode (S290). By turning off the second switch portion and the third switch portion and turning on the first switch portion, the starting capacitor may be connected with the driving capacitor to power the driving motor together with the driving capacitor as part of the ultra capacitor.

도 7은 도 6의 저온 시동 방법에서 커패시터 충전 시 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a state of a starter of a hybrid construction machine when charging a capacitor in the low temperature start-up method of FIG. 6.

도 7을 참조하면, 시동 커패시터(148)는 특성 상 장기간 방치되는 경우 쉽게 방전될 수 있으므로, 시동하기 전에 시동 커패시터(148)의 방전 여부를 체크하고, 하이브리드 건설 장비의 시동 장치(100)는 시동 커패시터(148)가 방전된 경우 배터리(160)를 이용하여 충전할 수 있다.Referring to FIG. 7, since the starting capacitor 148 may be easily discharged when it is left for a long time due to its characteristics, the starting capacitor 148 may be checked before starting, and the starting device 100 of the hybrid construction equipment may be started. When the capacitor 148 is discharged, the capacitor 148 may be charged using the battery 160.

하이브리드 건설 장비의 시동 장치(100)는 시동 커패시터(148)의 충전 시 시동 커패시터(148)를 배터리(160)에 연결시키고, 시동 커패시터(148)와 구동 커패시터(142)의 연결을 해제시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치부(144)에 포함된 스위치들(SR1, SR2)은 턴-오프되어 구동 커패시터(142)로부터 시동 커패시터(148)를 분리시킬 수 있다. 또한, 제2 스위치부(170)에 포함된 스위치들(SR3, SR4) 및 제3 스위치부(146)에 포함된 스위치(SR5)는 턴-온되어 시동 커패시터(148)를 배터리(160)에 연결시킬 수 있다. 시동 커패시터(148)의 전압과 배터리(160)의 전압의 차가 기 지정된 값 이하가 될 때까지 시동 커패시터(148)는 배터리(160)에 의해 충전될 수 있다.The starting device 100 of the hybrid construction equipment may connect the starting capacitor 148 to the battery 160 when the starting capacitor 148 is charged, and disconnect the starting capacitor 148 and the driving capacitor 142. . That is, the switches SR1 and SR2 included in the first switch unit 144 may be turned off to separate the starting capacitor 148 from the driving capacitor 142. In addition, the switches SR3 and SR4 included in the second switch unit 170 and the switch SR5 included in the third switch unit 146 are turned on to transfer the start capacitor 148 to the battery 160. Can be connected. The starting capacitor 148 may be charged by the battery 160 until the difference between the voltage of the starting capacitor 148 and the voltage of the battery 160 is equal to or less than a predetermined value.

도 8은 도 1의 하이브리드 건설 기계의 시동 장치의 효과를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the effect of the starting device of the hybrid construction machine of FIG.

도 8을 참조하면, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 울트라 커패시터의 일부인 시동 커패시터를 배터리와 함께 엔진을 시동 또는 재시동을 위해 사용할 수 있다.Referring to FIG. 8, a starter of a hybrid construction machine may use a starter capacitor that is part of an ultracapacitor together with a battery for starting or restarting the engine.

배터리만을 이용하여 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우, 배터리는 순간적으로 높은 출력(예를 들어, 배터리 표기용량 1C의 10배인 10C)으로 엔진을 시동할 수 있다. 배터리의 출력 변동이 심하면 배터리의 내부 저항에 의한 내부 손실이 크고, 배터리의 수명에도 악영향을 미칠 수 있다. 이와 같이, 순간적으로 높은 출력을 발생시키는 부하로 인하여 엔진의 시동 또는 재시동 횟수가 증가할수록 배터리의 수명이 단축될 수 있다. 특히, 하이브리드 건설 장비는 엔진의 재시동 횟수가 많으므로 배터리의 수명 단축 현상이 더 문제될 수 있다. 또한, 배터리만을 이용하여 저온에서 엔진을 시동하는 경우, 배터리의 출력 용량이 저하되어 순간적으로 높은 출력을 발생시키기 어려운 문제가 발생할 수 있다.When starting or restarting the engine using only the battery, the battery can instantaneously start the engine at a high output (eg 10C, 10 times the battery nominal capacity 1C). If the output of the battery is severe, the internal loss due to the internal resistance of the battery is large and may adversely affect the life of the battery. As such, as the number of times of starting or restarting the engine increases due to the load generating the instantaneous high output, the battery life may be shortened. In particular, since the hybrid construction equipment has a large number of restarts of the engine, shortening the life of the battery may be more problematic. In addition, when starting the engine at a low temperature using only the battery, the output capacity of the battery is lowered may cause a problem that it is difficult to generate a high output momentarily.

반면에, 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 시동 커패시터를 배터리와 함께 엔진을 시동 또는 재시동할 수 있다. 시동 커패시터의 내부 저항이 배터리의 내부 저항보다 현저히 낮으므로, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 시동 커패시터에서는 높은 출력(예를 들어, 배터리 표기용량 1C의 9배인 9C)을 발생시킴으로써 배터리에서 발생하는 출력(예를 들어, 배터리 표기용량인 1C)을 낮출 수 있다. 또한, 저온에서 엔진을 시동하는 경우, 시동 커패시터를 이용하여 순간적으로 높은 출력을 발생시킬 수 있으므로 저온 시동 특성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the starting device of the hybrid construction machine according to the exemplary embodiments may start or restart the engine with the starting capacitor along with the battery. Since the internal resistance of the starting capacitor is significantly lower than the internal resistance of the battery, the starting device of a hybrid construction machine generates an output generated from the battery by generating a high output at the starting capacitor (for example, 9C, which is 9 times the battery nominal capacity 1C). For example, the battery notation capacity 1C) may be lowered. In addition, when starting the engine at a low temperature, it is possible to generate a high output instantaneously by using a starting capacitor can improve the low temperature starting characteristics.

따라서, 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 아이들링 운전모드에서 엔진의 구동을 정지시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 하이브리드 건설 기계의 시동 장치는 울트라 커패시터의 일부인 시동 커패시터를 배터리와 함께 엔진을 시동을 위해 사용함으로써 배터리의 수명을 연장시키고 저온 시동 시 출력을 향상시킬 수 있다.Thus, the starting device of the hybrid construction machine according to the exemplary embodiments can improve fuel economy by stopping the driving of the engine in the idling operation mode. In addition, the starter of the hybrid construction machine can use the starter capacitor, which is part of the ultracapacitor, with the battery to start the engine to extend the life of the battery and improve the output at low temperature start-up.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

100: 하이브리드 건설 기계의 시동 장치
120: 스타터 140: 울트라 커패시터
142: 구동 커패시터 144: 제1 스위치부
146: 제3 스위치부 148: 시동 커패시터
160: 배터리 170: 제2 스위치부
180: 전압 조정부 190: 스타터 스위치
100: starting device of the hybrid construction machine
120: starter 140: ultra capacitor
142: driving capacitor 144: first switch unit
146: third switch unit 148: starting capacitor
160: battery 170: second switch unit
180: voltage adjusting unit 190: starter switch

Claims (11)

엔진을 시동하는 스타터;
구동 모터에 동력을 제공하는 구동 커패시터, 상기 스타터에 동력을 제공하는 시동 커패시터, 및 상기 시동 커패시터를 상기 구동 커패시터에 연결하는 제1 스위치부를 포함하는 울트라 커패시터;
상기 스타터에 동력을 제공하는 배터리;
상기 배터리를 상기 시동 커패시터에 연결하는 제2 스위치부; 및
상기 스타터를 상기 시동 커패시터 및 상기 배터리에 연결하는 스타터 스위치를 포함하고,
상기 엔진의 시동시,
상기 제1 스위치부는 상기 시동 커패시터와 상기 구동 커패시터의 연결을 해제시키고, 상기 제2 스위치부는 상기 시동 커패시터와 상기 배터리를 연결시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
A starter for starting the engine;
An ultracapacitor including a driving capacitor for powering a driving motor, a starting capacitor for powering the starter, and a first switch unit connecting the starting capacitor to the driving capacitor;
A battery for powering the starter;
A second switch unit connecting the battery to the starting capacitor; And
A starter switch connecting the starter to the starting capacitor and the battery;
At the start of the engine,
And the first switch unit disconnects the starting capacitor and the driving capacitor, and the second switch unit connects the starting capacitor and the battery.
삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우,
상기 제1 스위치부는 턴-온되고,
상기 제2 스위치부는 턴-오프되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
The method of claim 1 wherein the hybrid construction machine is in operation,
The first switch unit is turned on,
Starting device of the hybrid construction machine, characterized in that the second switch unit is turned off.
제1 항에 있어서, 상기 엔진을 기 지정된 온도 이하에서 시동하는 경우,
상기 제1 스위치부는 턴-오프되고,
상기 제2 스위치부는 턴-온되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
The method of claim 1, wherein when the engine is started below a predetermined temperature,
The first switch unit is turned off,
Starting device of the hybrid construction machine, characterized in that the second switch unit is turned on.
제1 항에 있어서, 상기 시동 커패시터의 전압과 상기 배터리의 전압의 차가 기 지정된 값을 초과하는 경우,
상기 시동 커패시터의 전압과 상기 배터리의 전압의 차가 상기 기 지정된 값 이하가 될 때까지 상기 시동 커패시터는 상기 배터리에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
The method of claim 1, wherein the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery exceeds a predetermined value.
And the starting capacitor is charged by the battery until the difference between the voltage of the starting capacitor and the voltage of the battery is equal to or less than the predetermined value.
제1 항에 있어서,
상기 시동 커패시터 및 상기 배터리에 연결되어 전압 레벨을 조정하는 전압 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
According to claim 1,
And a voltage adjusting unit connected to the starting capacitor and the battery to adjust a voltage level.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 울트라 커패시터는
상기 구동 커패시터와 상기 시동 커패시터 사이에서 상기 시동 커패시터에 포함된 셀들을 병렬로 연결하는 제3 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
The method of claim 1, wherein the ultracapacitor
And a third switch unit configured to connect the cells included in the starting capacitor in parallel between the driving capacitor and the starting capacitor.
제9 항에 있어서, 상기 제3 스위치부는 상기 엔진을 시동 또는 재시동하는 경우 턴-온되고, 상기 하이브리드 건설 기계가 운전중인 경우 턴-오프되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.The starting device of claim 9, wherein the third switch unit is turned on when the engine is started or restarted, and is turned off when the hybrid construction machine is in operation. 제1 항, 제3 항 내지 제6 항, 제9 항 및 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시동 커패시터는 상기 울트라 커패시터에 포함된 복수의 셀들 중 상기 배터리의 전압과 동일한 크기의 전압을 형성하도록 상기 셀들의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계의 시동 장치.
The method of claim 1, 3 to 6, 9 and 10, wherein the starting capacitor is a voltage of the same size as the voltage of the battery of the plurality of cells included in the ultra-capacitor. Starting device of a hybrid construction machine, characterized in that it comprises a portion of the cells to form.
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