KR102357885B1 - 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 또는 모터의 동력만으로 특수작업을 수행하는 종래의 특장차에서 하이브리드 시스템을 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 제어시스템에 관한 것으로, 엔진으로부터 출력을 인출하는 PTO장비부와, 상기 PTO장비부와 엔진의 연결을 단속하는 인출클러치와, 상기 PTO장비부와 연결되고 구동동력 또는 충전전력을 발생하는 구동및발전부와, 상기 구동및발전부와 작동계통의 연결을 단속하는 작동클러치와, 차량의 메인배터리 및 구동및발전부와 연결되는 충전부와, 상기 PTO장비부, 인출클러치, 구동및발전부, 작동클러치 및 충전부와 연결되어 작동계통으로의 동력전달과 충전부의 충방전을 상황에 따라 제어하는 통합컨트롤유닛을 포함하는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템을 제공한다.

Description

전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템{CONTROL SYSTEM FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 자동차의 하이브리드 시스템과 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 엔진 또는 모터의 동력만으로 특수작업을 수행하는 종래의 특장차에서 하이브리드 시스템을 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 제어시스템에 관한 것이다.
통상 하이브리드 차량(Hybrid electric vehicle)은 내연기관(Internal combustion engine)과 배터리 전력을 함께 동력원으로 사용하는 것을 말한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 함께 이용하고, 엔진과 모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동시에는 에너지를 회수하므로 연비가 향상되고 에너지의 효율적인 관리가 가능하다.
일반적인 하이브리드 차량은 엔진 클러치를 접합하거나 해제하여 모터의 토크만을 이용하는 EV 모드(Electric Vehicle mode), 엔진의 토크를 주토크로 하면서 모터의 토크를 보조 토크로 이용하는 HEV 모드(Hybrid Electric Vehicle mode), 하이브리드 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리를 충전하는 회생제동 모드(Regenerative braking mode) 등의 주행모드의 운행을 제공한다.
이러한 하이브리드 시스템은 승용차랑은 물론 트럭이나 크레인차량 등의 특수 목적 차량에도 운용될 수 있으며, 에너지 절감과 환경보호의 시대적 과제에 따라 기술의 적용이 확대되고 있는 추세이다.
여기서 하이브리드 차량 구동 시스템은 구동의 운용 형태에 따라 직렬식, 병렬식, 직병렬식 등으로 구분하기도 한다.
일례로, 병렬식의 경우 내연기관과 전기모터/발전기가 병렬로 정렬되고 트랜스미션을 통하여 드라이브 샤프트 및 동력 인출 장치(PTO) 샤프트에 동력을 공급하도록 사용된다. PTO 샤프트는 일반적으로 보조 시스템, 액세서리 또는 펌프, 믹서, 바렐, 윈치, 블로워 등의 다른 장비를 구동시키는데 사용된다.
다른 예로, 직렬식의 경우 내연기관이 트랜스미션을 통하여 PTO를 구동시킨다. 전기모터/발전기는 PTO에 직접적으로 결합된다.
한국공개특허 제10-2010-0064727호는 종래기술의 하이브리드 파워트레인을 공개하고 있으며, 도 1은 이에 대한 구성도이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 파워트레인은 엔진냉각팬(1)에 연결된 제1모터제너레이터(3)와, 상기 제1모터제너레이터(3)와 엔진의 크랭크축 사이에 동력을 단속시키도록 구비된 제1클러치(5)와, 상기 엔진의 크랭크축에 입력축(7)이 연결된 변속기(9)와, 상기 변속기(9)의 입력축(7)과 상기 크랭크축 사이에 동력을 단속시키도록 구비된 엔진클러치(11)와, 상기 변속기(9)의 입력축(7)에 연결된 제2모터제너레이터(13)와, 상기 변속기(9)의 입력축(7)과 출력축(15) 사이에 설치된 보조클러치(17)를 포함하여 구성된다. 상기 제2모터제너레이터(13)에는 동력 인출용 PTO부재(21)가 연결되어 외부로 인출 사용될 수 있다.
이와 같이 구성되는 특장차에서 외부로 동력 인출함에 있어서 엔진동력과 모터동력을 함께 활용할 수 있다는 장점이 있으나, 배터리 방전시 자동으로 자가 충전하는데 한계가 있으며 엔진구동을 복구할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특장차에서 동력인출 장치를 이용할 때 배터리의 상태를 모니터링하고 최적화 작동이 이루어질 수 있는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 엔진으로부터 출력을 인출하는 PTO장비부(1300)와, 상기 PTO장비부와 엔진의 연결을 단속하는 인출클러치(1310)와, 상기 PTO장비부와 연결되고 구동동력 또는 충전전력을 발생하는 구동및발전부(1010)와, 상기 구동및발전부와 작동계통의 연결을 단속하는 작동클러치(1320)와, 차량의 메인배터리 및 구동및발전부와 연결되는 충전부(1020)와, 상기 PTO장비부, 인출클러치, 구동및발전부, 작동클러치 및 충전부와 연결되어 작동계통으로의 동력전달과 충전부의 충방전을 상황에 따라 제어하는 통합컨트롤유닛(1100)을 포함하여 구성된다.
상기 통합컨트롤유닛은, 초기설정모드, 스탠바이모드, 차징모드, 인출모드 그리고 스탑모드 중의 어느 하나의 모드가 선택되어 작동되고, 상기 인출모드에서 인출클러치를 오프하고 작동클러치를 온하는 EV모드와 인출클러치와 작동클러치를 온하는 HEV모드를 충전부의 상태에 따라 선택할 수 있다.
상기 HEV모드는, 이머전시(Emergency)모드를 추가하여 긴급정지상황으로 판단한 경우 작동클러치 신호를 오프하고 인출클러치 신호를 온한 상태에서 구동및발전부와 엔진의 출력을 제한하되, 작업재개의 판단을 한 경우 엔진을 먼저 구동하여 구동및발전부에서 출력된 전압값을 임시 저장된 중단시의 회전수에 대응되는 값에 일치되는 것으로 판단한 다음 충전상태를 방전상태로 전환하면서 엔진회전과 모터 회전을 매칭시키고 작동클러치 신호를 온하여 작업중단 시점의 동작을 재개시키는 것이 바람직하다.
일실시예로, 상기 이머전시모드에서, 작동클러치 신호가 온 되기 전단계에서 구동및발전부의 출력이 충전부로 환원되어 여분전력을 충전시킬 수 있다.
또한, 상기 EV모드는 상기 인출클러치 신호를 오프하고 작동클러치 신호를 온하여 구동및발전부만 작동계통과 연결되도록 하되, 충전부의 전력이 설정값 이하인 경우 엔진을 구동하여 HEV모드로 전환시킬 수 있다.
상기 차징모드는, 엔진이 구동되고 있는 상태에서 인출클러치 신호를 온하고 엔진 동력을 구동및발전부에서 발전동력으로 사용하고, 엔진이 정지된 상태에서 외부 전력을 충전부에 공급하여 충전할 수 있다.
상술된 본 발명의 구성에 의하여, 종래기술에서 모터를 적용하더라도 특장차에 최적화된 구성을 구비하지 못하고 모터와 엔진 출력을 독립적으로 운용하거나, 승용차량의 시스템을 일부 차용하는 것에 그쳤던 한계를 극복하고, 배터리 소모가 큰 특장차에 효율적인 동력의 인출이 가능한 효과가 있다.
또한, 배터리의 방전에 따른 작업의 중단이나 운행불가 상황을 미연에 예방할 수 있고, 전력의 충방전을 효율적으로 수행할 수 있으며 엔진의 가동을 최소화할 수 있기 때문에 경제적이고 신뢰성이 높은 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 하이브리드 파워트레인에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템에서 통합컨트롤유닛의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3의 통합컨트롤유닛에서 연산부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어방식의 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템을 상세히 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 기본적으로 엔진으로부터 출력을 인출하는 PTO장비부와, 상기 PTO장비부와 엔진의 연결을 단속하는 인출클러치와, 상기 PTO장비부와 연결되고 구동동력 또는 충전전력을 발생하는 구동및발전부와, 상기 구동및발전부와 작동계통의 연결을 단속하는 작동클러치와, 차량의 메인배터리 및 구동및발전부와 연결되는 충전부와, 상기 PTO장비부, 인출클러치, 구동및발전부, 작동클러치 및 충전부와 연결되어 작동계통으로의 동력전달과 충전부의 충방전을 상황에 따라 제어하는 통합컨트롤유닛을 포함하는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템을 제공한다.
본 발명에서 엔진은 차량이나 중장비를 운전할 수 있는 내연기관을 의미하고 그 형식은 본 발명의 개념을 제한하는 것은 아니다. 본 발명에서 하이브리드 개념은 차량의 운행을 위한 차축에 구동및발전부가 개재하는 것이 아닌, 특장차에서 운행중 또는 정차중에 차량의 전기 및/또는 내연기관의 동력을 인출하여 특수작업을 수행함에 있어서 전력사용(EV)모드 또는 하이브리드(HEV)모드를 선택할 수 있도록 하는 기능을 의미한다. 여기서 작동계통이란 펌프, 믹서, 바렐, 윈치, 블로워 등의 외부에 소정의 물리적 힘이 가해질 수 있는 동작장치를 의미하며, 상기의 예시에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템의 구성도이다.
내연기관 차량에서 엔진(210)과 휠 사이에는 트랜스미션(220)이 개재되며 차량의 기본적인 구성은 메인배터리(240)의 전력을 운용하여 ECU 내지 VCU와 같은 통합컨트롤유닛(1100)을 통해 점화, 흡배기, 전장, 트랜스미션 등을 작동시킨다. 상기 엔진(210)의 운전동력을 통해 소정의 제너레이터와 인버터를 가동하여 메인배터리(240)를 충전할 수 있다. 이와 관련하여서는 내연기관 내지 하이브리드 차량의 공지의 기술이 적용될 수 있을 것이며 구체적인 설명은 생략한다.
상기 엔진(210)으로부터 출력을 인출하기 위하여 PTO(Power Take Off)장비부(1300)가 구성되고, 엔진(210)으로부터 회전력을 인출하도록 기능한다. 상기 통합컨트롤유닛(1100)은 엔진과 PTO장비부(1300)의 연결상태의 단속을 위하여 인출클러치(1310)를 조작하며 인출클러치(1310)에 전송되는 신호에 따라 엔진의 동력이 작동계통(250)으로 입력되거나 발전에 사용될 수 있다.
상기 PTO장비부(1300)는 동력전달 샤프트(참조번호 미표시)를 포함하며 엔진 동력을 작동계통(250)까지 전달한다. 예를 들어 상기 작동계통(250)이 유압펌프인 경우 유압탱크에서 작동유를 흡입하고 유압라인을 통해 컨트롤밸브를 경유하고 각종 액추에이터들을 동작시킨 이후 환원되도록 할 수 있다. 상기 액추에이터는 예를 들어, 붐대 각도조절 실린더, 아우트리거 신축 실린더, 붐 신축 유압모터 또는 운반카 승강 유압모터 등일 수 있으며 상기의 예시에 한정되지는 않는다.
본 발명의 개념에서는 상기 PTO장비부(1300)의 샤프트가 바로 작동계통(250)으로 직결되지 않고 구동및발전부(1010)를 경유하도록 한다. 상기 구동및발전부(1010)는 차량으로부터 전력 인출 사용시 구동력을 발생시켜 작동계통(250)으로 공급하는 모터로 이루어질 수 있다. 또한, 엔진(210)의 동력을 전달받아 전력을 생산하고 변환부(1030)를 경유하여 메인배터리(240) 또는 충전부(1020)를 충전하는 데 기능할 수 있다.
이에, 상기 파워의 인출 선택 및 충전 등의 상태에 따라 작동계통(250)과 구동및발전부(1010)의 연결을 단속할 수 있도록 작동클러치(1320)가 개재된다. 상기 인출클러치(1310) 및 작동클러치(1320)와 관련하여서는 공지의 클러치 기술이 적용될 수 있다. 다만, 상기 인출클러치(1310) 및 작동클러치(1320)는 통합컨트롤유닛(1100)의 제어를 받아 단속을 능동적으로 수행한다.
상기 변환부(1030)와 충전부(1020)가 연결되며, 구동및발전부(1010)에서 발생된 전력을 직류로 변환하고 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 충전부(1020)는 하이브리드 기능 즉, 구동및발전부(1010)의 사용을 위하여서만 작동될 수 있을 것이다.
상기 충전부(1020)는 특장용 리튬배터리일 수 있다. 예를 들어, 상기 충전부(1020)의 전압은 48V일 수 있고, 경우에 따라 36V, 28V, 24V, 12V 등 선택되거나 변환되어 사용될 수 있다.
추가적으로, 상기 충전부(1020)는 외부 전력을 공급받아 저장하는 일종의 플러그인하이브리드의 구성을 가질 수 있다.
상기 통합컨트롤유닛(1100)은 차량의 운행을 제어함은 물론, 작동계통(250)으로의 동력 인출여부 및 방식 또는 메인배터리(240) 또는 충전부(1020)는 충전여부 및 충전방식을 차량 상태를 모니터링하여 최적화한 기능을 수행할 수 있는데 이와 관련하여 아래에서 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템에서 통합컨트롤유닛을 설명하기 위한 블록도이다.
통합컨트롤유닛(1100)은 사용자의 선택을 입력받는 입력부(1110)와 하이브리드 충방전 계통을 제어하도록 PTO장비부(1300), 인출클러치(1310), 구동및발전부(1010), 작동클러치(1320), 변환부(1030), 충전부(1020) 및/또는 메인배터리(240)에 대한 제어신호를 전송하는 출력부(1120)를 포함한다.
소정의 사용자 입력에 따른 조건을 연산하고 판단하기 위하여 연산부(1200)가 기능하며, 상기 연산부(1200)는 입력부(1110)에서 수신된 각 계측값의 정보를 토대로 하이브리드 동력인출, 충방전의 상태를 정립하도록 한다. 여기서, 계측값이란 충전부(1020) 및/또는 메인배터리(240)의 전력저장상태, 엔진(210)의 회전수, 온도, 오류정보 등에 관한 것일 수 있으며 공지의 센싱수단이 적용될 수 있을 것이다.
또한, 통합컨트롤유닛(1100)은 배터리관리부(1130)를 더 포함하고, 상기 배터리관리부(1130)는 하이브리드 시스템 운용을 위한 충전부(1020)의 충방전을 제어하도록 기능할 수 있다. 또한, 상기 연산부(1200)에서 도출된 작동모드에 대해 충전부(1020) 및/또는 메인배터리(240)가 동작 가능한 상태인지 모니터링하는 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템에서 연산부의 실시예를 나타내는 블록도이며, 도 5는 각 모드를 설명하기 위한 흐름도이다.
연산부(1200)는 사용자의 작업 선택에 따라 모드판단부(1210)의 판단상태로 진입하며 상기 모드판단부(1210)에서 선택된 조건은 예를 들어, 초기설정모드(S100), 스탠바이모드(S200), 차징모드(S310), 인출모드(S320) 및 스탑모드(S330)로 구분될 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
인출모드(S320)로 작동시 하이브리드판단부(1230)에서 구동및발전부(1010)만으로의 인출 또는 PTO장비부(1300)를 통하여 엔진(210) 동력을 함께 인출할지 여부를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과에 따라 인출판단부(1240)는 인출클러치(1310) 또는 작동클러치(1320)의 작동조건을 판단할 수 있다.
또한, 충방전판단부(1220)는 충전부(1020)의 충전조건과 동력의 인출을 판단하되, 운행중인 경우와 정차중이 경우 등의 상황 조건에 최적화한 충전 및 방전을 판단할 수 있다.
이하에서, 각 작동모드에 대한 실시예를 살펴보도록 한다.
가. 초기설정모드(S100)
시동의 온 또는 PTO 선택에 따라 초기화(Initialization)로 초기 작동이 시작되며, 통합컨트롤유닛(1100)에서의 시스템 자가진단, 하위제어기 고장의 검출, 충전부(1020)의 상태 점검 등이 이루어질 수 있다.
나. 스탠바이모드(S200)
상기 초기설정모드(S100)에서 초기화가 진행되면, 통합컨트롤유닛(1100)에서 입력부(1110)를 활성화하고 대기상태를 제어하도록 한다. 이때, 사용자의 선택이나 차량의 조건에 따라 차징모드(S310), 인출모드(S320), 스탑모드(S330) 중의 어느 하나의 작동모드로 진입하게 된다.
다. 차징모드(S310)
이러한 차징모드(S310)의 경우 크게 운행중과 정차중, 더욱 정확하게는 엔진의 구동과 정지 상태에 따라 연산부(1200)에서 서로 다른 판단절차를 수행할 수 있다.
차량이 운행중인 경우는 키가 온(ON)이며 엔진(210)이 구동되고 있는 상태이기 때문에 충방전판단부(1220)의 판단에 따라 인출클러치(1310) 신호를 온(ON)하여 엔진(210)과 PTO장비부(1300)를 연결시킨다. 이때, 작동클러치(1320)의 신호를 오프(OFF)하여 작동계통(250)과의 연결을 해제시킨다. 엔진(210)의 회전은 PTO장비부(1300)의 샤프트를 통하여 구동및발전부(1010)로 전달되고 회전력이 전력으로 변환되어 인버터를 거쳐 충전부(1020)를 충전한다. 여기서 충방전판단부(1220)는 엔진의 회전수를 모니터링하고 설정된 회전수에 대비를 수행할 수 있다. 구동및발전부(1010)의 보호를 위해 상기 설정회전수 이상이면 인출클러치(1310) 신호를 오프(OFF)하여 동력전달을 해제하며, 설정회전수 미만인 경우 인출클러치(1310) 신호를 온(ON)하여 충전이 이루어지도록 할 수 있다. 엔진 동력에 의한 충전 기능시 소정의 조작반에 발광하는 형식으로 충전상태임을 표시할 수 있다.
또한, 차량이 정지중인 경우는 엔진(210)의 동력을 인출하여 충전하는 데 사용되지 않기 때문에, 충전부(1020)의 전력을 수시로 인출이 가능하도록 보충하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 동력 전달상태를 해제하는 것이 유익하다. 이때, 인출클러치(1310) 신호를 오프(OFF)하고, 작동클러치(1320) 신호를 오프(OFF)하여 구동및발전부(1010)의 연결상태 전체를 해제하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 외부 전력(AC)을 이용하여 플러그인 하이브리드 형태로 충전할 수 있다.
추가적으로, 충전부(1020)의 충전작동시 메인배터리(240)의 소모가 발생할 수 있기 때문에 DC컨버터 제어를 통하여 메인배터리(240)에 28V 기준전압을 공급할 수 있다.
라. 인출모드(S320)
작동계통(250)의 작동을 위하여 크게 구동및발전부(1010)만 개입하는 EV모드와, 구동및발전부(1010)와 엔진(210)이 함께 개입하는 HEV모드로 구분해볼 수 있다.
상기 EV모드는, 인출클러치(1310) 신호를 오프(OFF)하고 작동클러치(1320) 신호를 온(ON)하여 구동및발전부(1010)만 작동계통(250)과 연결되도록 하며, 출력부(1120)에서 모터의 회전수를 제어하고 펌프 등에 동력을 공급할 수 있도록 한다. 상기 모터의 회전수는 사용자의 입력부(1110) 입력에 따라 적절하게 조절될 수 있을 것이다.
추가적인 개념으로, 이머전시(Emergency)모드를 추가하고, 사용자의 조작반에서의 이머전시 입력 또는 연산부(1200)에서 긴급정지상황으로 판단한 경우 모터 출력을 제한하여 0rpm으로 조정하고, 다시 작업재개의 입력 또는 판단이 있는 경우 임시 저장된 회전수값에 대응되도록 rpm복귀 동작을 수행할 수 있다.
이러한 EV모드 작동시 배터리관리부(1130)는 상시적으로 충전부(1020)의 전력을 모니터링하고 설정값 이하인 경우 엔진(210)을 구동하고 PTO장비부(1300)를 연결하여 HEV모드로 변환되도록 할 수 있다.
또한, HEV모드에서는 구동및발전부(1010)와 엔진(210)이 함께 작동계통(250)으로 연결된다. 예를 들어, 충전부(1020)의 SOC가 설정된 값 이하인 경우, 엔진의 가동상태를 점검하고 엔진이 오프(OFF) 상태이면 강제로 구동하고 인출클러치(1310)를 온(ON)하여 동력연결을 수행한다. 한편, SOC가 설정된 값 초과인 경우는 엔진을 정지하고 인출클러치(1310)를 오프(OFF)한 상태에서 EV모드로 진입시킬 수 있을 것이다. 이 경우에도 상기 모터의 회전수는 사용자의 입력부(1110) 입력에 따라 적절하게 조절될 수 있을 것이다.
추가적인 개념으로, 이머전시(Emergency)모드를 추가하고, 사용자의 조작반에서의 이머전시 입력 또는 연산부(1200)에서 긴급정지상황으로 판단한 경우 모터와 엔진(210) 출력을 제한하여 0rpm으로 조정할 수 있다. 이러한 HEV모드에서 중단 및 재진입시에는 회전수차가 발생할 수 있기 때문에 작동클러치(1320)를 직결하지 않는 것이 좋다.
예를 들어, 연산부(1200)의 임시저장부에서는 정지시점의 회전수 또는 전압값을 저장하고, 엔진(210)과 구동및발전부(1010)의 회전을 정지한 상태에서 작동클러치(1320)는 오프(OFF)이며 인출클러치(1310)는 온(ON) 상태로 둘 수 있다. 사용자의 작업재개 입력 또는 연산부(1200)에서의 판단이 있는 경우 상기 클러치 단속 상태에서 엔진(210)의 구동이 먼저 개시되고 PTO장비부(1300)의 샤프트를 통하여 회전력이 전달된다. 상기 구동및발전부(1010)는 임시적으로 발전모드로 동작하며 출력되는 전력을 측정한다. 이때, 환원되는 전력은 재구동을 위한 여분 전력으로 충전부(1020)에 비축하는 것이 바람직하다. 이렇게 구동및발전부(1010)에서 출력되는 전압값이 임시 저장된 회전수에 대응되는 값에 도달한 경우, 충방전판단부(1220)에서 충전상태를 방전상태로 일시 전환하고 출력부(1120)에서 해당 전압값을 일시 출력하여 엔진회전과 모터 회전을 매칭시킨다. 이후 작동클러치(1320)를 온(ON)하여 작업중단 시점의 동작으로 바로 재개시킬 수 있다.
하고, 다시 작업재개의 입력 또는 판단이 있는 경우 임시 저장된 회전수값에 대응되도록 rpm복귀 동작을 수행할 수 있다.
추가적으로, 인출모드(S320)에서도 메인배터리(240)의 소모가 발생할 수 있기 때문에 DC컨버터 제어를 통하여 메인배터리(240)에 28V 기준전압을 공급할 수 있다.
마. 스탑모드(S330)
스탑모드(S330)는 일반적으로 차량의 운행과 작업이 모두 정지되고 사용자의 입력에 따른 경우이며 이를 노멀스탑으로 정의한다.
또한, 상기와 같이 사용자의 입력 또는 비상 판단이 있는 경우의 이머전시스탑이 정의될 수 있다.
이렇게 스탑모드로 진입된 상태에서는 현재까지 작업이력이 임시 또는 영구적으로 저장될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템에 의하여, 종래기술에서 모터를 적용하더라도 특장차에 최적화된 구성을 구비하지 못하고 모터와 엔진 출력을 독립적으로 운용하거나, 승용차량의 시스템을 일부 차용하는 것에 그쳤던 한계를 극복하고, 배터리 소모가 큰 특장차에 효율적인 동력의 인출이 가능한 이점이 있다.
상기의 이점에 의하여 배터리의 방전에 따른 작업의 중단이나 운행불가 상황을 미연에 예방할 수 있고, 전력의 충방전을 효율적으로 수행할 수 있으며 엔진의 가동을 최소화할 수 있기 때문에 경제적이고 신뢰성이 높다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
210...엔진 220...트랜스미션
240...메인배터리 250...작동계통
1010...구동및발전부 1020...충전부
1030...변환부 1100...통합컨트롤유닛
1110...입력부 1120...출력부
1130...배터리관리부 1200...연산부
1210...모드판단부 1220...충방전판단부
1230...하이브리드판단부 1240...인출판단부
1300...PTO장비부 1310...인출클러치
1320...작동클러치

Claims (4)

  1. 엔진으로부터 출력을 인출하는 PTO장비부(1300);
    상기 PTO장비부와 엔진의 연결을 단속하는 인출클러치(1310);
    상기 PTO장비부와 연결되고 구동동력 또는 충전전력을 발생하는 구동및발전부(1010);
    상기 구동및발전부와 작동계통의 연결을 단속하는 작동클러치(1320);
    차량의 메인배터리 및 구동및발전부와 연결되는 충전부(1020);
    상기 PTO장비부, 인출클러치, 구동및발전부, 작동클러치 및 충전부와 연결되어 작동계통으로의 동력전달과 충전부의 충방전을 상황에 따라 제어하는 통합컨트롤유닛(1100);을 포함하며,
    상기 통합컨트롤유닛은,
    초기설정모드, 스탠바이모드, 차징모드, 인출모드 그리고 스탑모드 중의 어느 하나의 모드가 선택되어 작동되고, 상기 인출모드에서 인출클러치를 오프하고 작동클러치를 온하는 EV모드와 인출클러치와 작동클러치를 온하는 HEV모드를 충전부의 상태에 따라 선택하고,
    상기 HEV모드는,
    이머전시(Emergency)모드를 추가하여 긴급정지상황으로 판단한 경우 작동클러치 신호를 오프하고 인출클러치 신호를 온한 상태에서 구동및발전부와 엔진의 출력을 제한하되, 작업재개의 판단을 한 경우 엔진을 먼저 구동하여 구동및발전부에서 출력된 전압값을 임시 저장된 중단시의 회전수에 대응되는 값에 일치되는 것으로 판단한 다음 충전상태를 방전상태로 전환하면서 엔진회전과 모터 회전을 매칭시키고 작동클러치 신호를 온하여 작업중단 시점의 동작을 재개시키는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이머전시모드에서,
    작동클러치 신호가 온 되기 전단계에서 구동및발전부의 출력이 충전부로 환원되어 여분전력을 충전시키는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 EV모드는,
    상기 인출클러치 신호를 오프하고 작동클러치 신호를 온하여 구동및발전부만 작동계통과 연결되도록 하되, 충전부의 전력이 설정값 이하인 경우 엔진을 구동하여 HEV모드로 전환시키는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차징모드는,
    엔진이 구동되고 있는 상태에서 인출클러치 신호를 온하고 엔진 동력을 구동및발전부에서 발전동력으로 사용하고, 엔진이 정지된 상태에서 외부 전력을 충전부에 공급하여 충전하는 전기구동 하이브리드 특장차의 제어시스템.

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