KR20100074756A - 하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법 - Google Patents

하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는 최소 동력(Peng_min)과 최대 동력(Peng_max)의 사이 영역에서만 구동되도록 설정되는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 의해 구동되는 가변 용량형 펌프(20)와, 상기 엔진(10)의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하는 전기에너지 저장장치(30)와, 상기 전기에너지 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 엔진(10)과 함께 상기 펌프(20)를 구동하는 엔진보조 전동기(40)와, 상기 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 작업용 전동기(50)와, 상기 전기에너지 저장장치(30)와 엔진보조 전동기(40) 및 작업용 전동기(50) 간에 교환될 전기 에너지를 변환하는 전력변환장치(61)와, 상기 가변 용량형 펌프(20)의 유량을 가변 제어하고, 상기 펌프(20)의 토출압력에 기초하여 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)을 산출하며, 상기 전기에너지 저장장치(30)와 상기 엔진보조 전동기(40)와 작업용 전동기(50)와 상기 전력변환장치(61)를 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
Figure P1020080133270
작업용 전동기, 작업 효율, 우선 순위, 배터리, 울트라 커패시터

Description

하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법{POWER CONTROL APPARATUS FOR HYBRID CONTRUCTION MACHINERY AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 건설기계에 관한 것으로서, 특히 에너지 회생 가능한 작업용 전동기에 우선하여 동력을 제공하여 작업의 신뢰성을 확보할 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법에 관한 것이다.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 배터리에 저장하고 엔진의 부족한 동력을 배터리로부터 공급하여 연비를 개선한 하이브리드 형태의 건설기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 하이브리드 건설기계는 붐이나 선회장치와 같은 큰 동력이 필요할 뿐만 아니라 사용 빈도가 높은 작업기의 경우, 다른 작업기와 복합 동작시 동력의 부족으로 구동이 되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 사용 빈도가 높은 작업기가 구동되지 않을 경우 작업의 효율성이 저하될 수 밖에 없다.
또한, 붐이나 선회장치와 같이 큰 동력을 요하는 작업기는 자중이나 관성에 의해 소모되는 에너지가 크다. 이러한 이유로, 최근에는 붐이나 선회장치와 같은 작업기로부터 에너지를 회생하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 회생되는 에너지는 그 사용방법에 따라 에너지 소비효율이 달라진다. 따라서, 회생된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 동력제어방법의 중요성이 한층 부각되고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 사용빈도가 높고 큰 동력이 필요한 작업기에 우선적으로 동력을 공급하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 작업기에 의해 회생된 에너지를 효율적으로 사용하여 연비를 개선할 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치 및 동력제어방법을 제공하는데 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는 최소 동력(Peng_min)과 최대 동력(Peng_max)의 사이 영역에서만 구동되도록 설정되는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 의해 구동되는 가변 용량형 펌프(20)와, 상기 엔진(10)의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하는 전기에너지 저장장치(30)와, 상기 전기에너지 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 엔진(10)과 함께 상기 펌프(20)를 구동하는 엔진보조 전동기(40)와, 상기 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 작업용 전동기(50)와, 상기 전기에너지 저장장치(30)와 엔진 보조 전동기(40) 및 작업용 전동기(50) 간에 교환될 전기 에너지를 변환하는 전력변환장치(61)와, 상기 가변 용량형 펌프(20)의 유량을 가변 제어하고, 상기 펌프(20)의 토출압력에 기초하여 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)을 산출하며, 상기 전기에너지 저장장치(30)와 상기 엔진보조 전동기(40)와 작업용 전동기(50)와 상기 전력변환장치(61)를 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 엔진보조 전동기(40)는 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)보다 작은 경우, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 제공된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)에 동력을 제공하고, 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)보다 큰 경우, 상기 엔진(10)의 잉여 동력을 전기에너지로 변환하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장한다.
상기 작업용 전동기(50)는 붐의 자중에 의한 하강 에너지를 붐을 상승시키기 위해 동력으로 제공하거나 붐의 자중에 의한 에너지를 전기에너지로 회수하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장하는 붐 전동유닛이 될 수 있다.
또한, 상기 작업용 전동기(50)는 상부 선회체를 선회시키는 동력을 제공하거나 상부 선회체의 선회 관성을 전기에너지로 회수하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장하는 선회 전동기가 될 수 있다.
상기 전기에너지 저장장치(30)는 배터리(32)와 울트라 커패시터(Ultracapacitor, 31)를 포함한다.
한편, 상기 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링을 위해 필요 한 동력(Pmg2)이 입력되고, 상기 필요 동력(Pmg2)과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 비교하고, 비교결과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 크면, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 필요 동력(Pmg2)을 제공하며, 비교결과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 작으면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하고, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)에 부족한 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 제공하도록 제어한다.
한편, 전술한 바와 같은 목적은 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 의해 구동되는 펌프(20)와, 전기에너지 저장장치(30)와, 상기 엔진(10)의 동력을 전기적 에너지로 변환하거나 제공된 전기적 에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)를 구동시키는 엔진보조 전동기(40)와, 자중이나 관성에 의한 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 회생 구동과 제공된 전기적 에너지에 의해 구동되는 모터링 구동이 가능한 작업용 전동기(50)를 포함하는 하이브리드 건설기계에 적용되는 것으로서, a) 상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링 구동신호가 입력되면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 전기적 에너지와 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 변환된 전기적 에너지 중 적어도 어느 하나의 전기적 에너지를 상기 펌프(20)에 우선하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 a) 단계는 a1) 상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링을 위해 필요한 동력(Pmg2)이 입력되는 단계; a2) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 비교하는 단계; a3) 상기 a2) 단계의 비교결과, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 크면, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 필요 동력(Pmg2)을 제공하는 단계; 및 a4) 상기 a2)단계의 비교결과, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 작으면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하고, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)에 부족한 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함한다.
상기 a3) 단계는 a31) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 제 1 기준 동력(Pref1)을 초과하면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 저장된 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 우선적으로 제공하고, 제공된 동력이 상기 필요 동력(Pmg2)에 부족하면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)의 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계; 및 a32) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 상기 제 1 기준 동력(Pref1) 이하이면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 저장된 전기에너지를 상기 작업용 전동기(50)에 우선적으로 제공하고, 제공된 동력이 상기 필요 동력(Pref1)에 부족하면, 상기 전기에너 지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)의 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함한다.
상기 a4) 단계는 a41) 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 상기 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)을 산출하는 단계; a42) 상기 전기에너지 저장장치(30)의 최대 공급 가능 동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계; a43) 상기 a41) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)과 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 비교하는 단계; a44) 상기 a43) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)이 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)보다 작은 경우, 상기 엔진(10)의 동력 중 상기 a41) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)을 전기에너지로 변환하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계; 및 a45) 상기 a43) 단계에서 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)이 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max) 이상인 경우, 상기 엔진보조 전동기(40)로 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 전기적 에너지로 변환하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함한다.
한편, 전술한 바와 같은 동력제어방법은 b) 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생 구동신호가 입력되면, 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)에 우선적으로 충전한 후 잉여 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 b) 단계는 b1) 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)을 상 기 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc)과 비교하는 단계; b2) 상기 b1) 단계에서 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)이 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 이상인 경우, 상기 작업용 전동기(50)에 의해 회생된 동력(Pmg2) 중 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전 가능 동력(Pbat+Puc)을 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)에 따라 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계; 및 b3) 상기 b1) 단계에서 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)이 상기 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 미만인 경우, 상기 작업용 전동기(50)에 의해 회생된 동력(Pmg2)을 모두 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전하는 단계를 포함한다.
상기 b2) 단계는 b21) 상기 작업용 전동기(50)에 의해 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 회생 동력(Pext=Pmg2- Pbat-Puc)을 산출하는 단계; b22) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2) 중 상기 충전 가능 동력(Pbat+Puc)을 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전시키는 단계; b23) 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)을 비교하는 단계; b24) 상기 b23) 단계에서, 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)을 초과하면, 상기 b21) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)을 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력과 비교하는 단계; b25) 상기 b24) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력 이하이면, 상기 작 업용 전동기(50)로부터 회생된 동력 중 상기 b21) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계; 및 b26) 상기 b24) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력을 초과하면, 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2) 중 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min) 차이 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계를 포함한다.
상기 b3) 단계는 b31) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2)을 초과하면, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 우선적으로 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 충전하는 단계; 및 b32) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2) 이하이면, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 우선적으로 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 충전하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 전기에너지 저장장치와 엔진보조 전동기의 동력을 펌프보다 사용빈도가 높고 큰 동력을 필요로 하는 작업용 전동기에 우선적으로 공급함으로써, 작업의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 작업용 전동기의 필요 동력이 제 1 기준 동력보다 크면, 울트라 커패 시터의 동력을 작업용 전동기에 제공하고 작업용 전동기의 필요 동력이 제 1 기준 동력(Pref1)보다 작으면, 배터리의 전기에너지를 사용함으로써, 배터리 및 울트라 커패시터의 특성에 맞게 전기에너지 저장장치를 효율적으로 운용할 수 있게 된다. 이에 의해 전기에너지 저장장치의 방전 효율을 향상시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기에너지 저장장치의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한, 작업용 전동기의 회생 동력이 제 2 기준 동력(Pref2) 보다 큰 경우, 작업용 전동기의 회생 동력을 울트라 커패시터에 충전한 후 잉여 회생동력을 배터리에 충전하고, 작업용 전동기의 회생 동력이 제 2 기준 동력 보다 작은 경우, 작업용 전동기의 회생 동력을 상기 배터리에 충전한 후 잉여 동력을 울트라 커패시터에 저장함으로써, 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기에너지 저장장치의 수명을 더욱 연장시킬 수 있게 된다.
한편, 엔진이 고효율 영역에서 구동되도록 최소동력과 최대동력 사이로 구동되도록 제한할 수 있어 연비를 더욱 획기적으로 개선할 수 있게 된다.
또한, 작업용 전동기의 잉여 회생 동력(Pext)을 엔진보조 전동기에 제공하여 엔진보조 전동기를 구동시킴으로써, 엔진은 최소 동력만 출력할 수 있도록 제어될 수 있고, 이에 의해 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력 제어장치는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 기계적으로 연결되어 함께 회전하는 펌프(20)와, 전기에너지 저장장치(30)와, 상기 엔진(10)의 동력을 전기에너지로 변환하거나 공급된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)에 동력을 제공하는 엔진보조 전동기(40)와, 전기적 에너지에 의해 모터링 구동되거나 전기적 에너지를 생성하는 작업용 전동기(50) 및 제어부(60)를 포함한다.
상기 엔진(10)은 엔진보조 전동기(40)와 함께 건설기계의 작업장치들을 구동시키기 위한 구동력을 제공하기 위한 것이다. 이러한 엔진(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고효율 영역이 설정된다. 이러한 고효율 영역에서 엔진(10)을 구동시키기 위해 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)과 최소동력(Peng_min)이 설정되며, 상기 엔진(10)은 최소 동력(Peng_min)과 최대 동력(Peng_max)의 사이 영역에서만 구동된다.
상기 펌프(20)는 상기 제어부(60)로부터 출력되는 신호에 따라 그 유량이 가변되는 가변 용량형 펌프이다. 보다 구체적으로, 상기 펌프(20)에는 사판이 마련되며 상기 사판의 각도에 따라 단위 스트로크당 토출되는 작동유의 양이 가변되게 된다.
한편, 상기 펌프(20)로부터 토출되는 작동유가 흐르는 유로상에는 작동유의 압력을 감지하기 위한 압력센서가 설치될 수 있으며, 이 압력센서에 의해 감지된 작동유의 압력은 상기 제어부(60)로 전송된다. 이와 같이, 제어부(60)로 전송된 사판각에 대한 정보와 토출 압력에 대한 정보는 펌프(20)의 회전속도와 함께 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)을 산출하기 위한 정보로 이용될 수 있다.
상기 전기에너지 저장장치(30)는 전기에너지를 저장하기 위한 장치로서, 배터리(32)와 울트라 커패시터(Ultracapacitor, 31)를 포함한다. 이와 같이, 서로 다른 종류의 저장장치를 이용하는 것은 각 저장장치의 장점을 이용하여 에너지 효율을 극대화하기 위함이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 배터리(32)는 저장 에너지 밀도가 울트라 커패시터(31)보다 크다. 그러나 출력 밀도는 울트라 커패시터(31)가 배터리(32)보다 크다. 또한, 충방전 횟수에 대한 DoD(Depth of Discharge)는 울트라 커패시터(31)가 배터리(32)보다 크다. 따라서, 빈번하게 이루어지거나 큰 동력은 울트라 커패시터(31)가 담당하고, 작은 동력과 장기적으로 필요한 대용량의 에너지는 배터리(32)가 담당하는 것이 에너지 효율을 최대화할 수 있는 방법이 된다. 이와 같은 각 저장장치의 특성에 맞추어 동력을 제어하는 방법은 동력제어방법의 설명란에서 상세히 설명한다.
상기 엔진보조 전동기(40)는 상기 엔진(10)의 잉여 동력을 전기에너지로 변환하여 저장하거나 저장된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)에 제공하기 위한 것이다. 이러한 엔진보조 전동기(40)에 의해 생성된 전기에너지는 작업용 전동기(50)에 공급되거나 전기에너지 저장장치(30)에 저장된다. 또한, 상기 엔진보조 전동기(40)는 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)보다 작은 경우, 제공된 전기에너지로 구동되어 상기 펌프(20)에 동력을 제공한다. 또한, 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)이 상기 펌프(20)의 필요 동력보다 큰 경우, 상기 엔진(10)이 잉여 동력을 전기에너지로 변환한다.
상기 작업용 전동기(50)는 전기적 에너지에 의해 모터링 구동되거나 전기적 에너지를 생성하기 위한 회생 구동을 한다. 이러한 작업용 전동기(50)는, 일 예로, 붐을 구동시키기 위한 붐 전동유닛이나 상부 선회체를 선회시키기 위한 선회 전동기일 수 있다. 붐 전동기와 같은 경우, 붐을 상승시키기 위해 큰 동력이 소비되어야 할 뿐만 아니라 붐의 자중에 의해 회수될 수 있는 동력 또한 크다. 또한, 선회 전동기는 하중이 큰 상부 선회체를 선회시켜야 하기 때문에 큰 동력이 소비될 뿐만 아니라 상부 선회체의 큰 선회 관성 때문에 선회를 감속시키는 것으로부터 많은 동력을 회생할 수 있다. 그러나 본 실시예와 달리 상기 작업용 전동기(50)는 붐 전동기와 선회 전동기 이외에도 다양한 전동기가 될 수도 있다.
이러한 작업용 전동기(50)는 상기 엔진보조 전동기(40)와 전기에너지 저장장치(30)에 저장된 전기에너지가 제공되어 구동된다. 또한, 상기 작업용 전동기(50)에 의해 회생된 전기에너지는 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장될 수 있을 뿐만 아니라 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공될 수도 있다. 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공되는 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력은 상기 펌프(20)를 구동시키는 동력으로 이용될 수 있다.
상기 제어부(60)는 전력변환장치(61)와 제어기(62)를 포함한다. 상기 전력변환장치(61)는 전기에너지 저장장치(30)와 엔진보조 전동기(40) 및 작업용 전동기(50) 간에 교환될 전기 에너지의 형태를 변환하기 위한 것이다. 통상 전기에너지 저장장치(30)에는 직류 형태의 전기에너지가 저장되는 반면, 상기 전동기(40)(50)에는 교류 형태의 전기에너지가 이용된다. 이와 같이 상기 전력변환장치(61)는 서 로 다른 형태의 전기 에너지를 각 장치에 맞게 변환하는 기능을 한다. 또한, 상기 전력변환장치(61)는 상기 제어기(62)로부터 출력되는 제어신호에 대응하여 각 장치들에 에너지를 제공, 회수 및 분배 등을 담담할 수 있다. 전술한 바와 같은 전력변환장치(61)와 제어기(62)는 공지된 다양한 형태로 구현될 수 있으므로, 이하에서는 제어부(60)로 통칭하여 설명한다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 기본적으로 하이브리드 건설기계의 동력제어는 노드 1(node 1)과 노드 2(node 2)에서 동력 평형 조건을 만족시켜야 한다.
노드 1에서 동력 평형식은 다음과 같다.
Pbat + Puc = Pmg1 + Pmg 2
다음으로 노드 2에서 동력 평형식은 다음과 같다.
Peng = Ppump - Pmg1
여기서, 상기 Pbat는 배터리(32)의 출력동력을 의미하며, 방전시 '+'이고, 충전시 '-'이다. 상기 Puc는 울트라 커패시터(31)의 출력동력을 의미하며, 방전시 '+'이고, 충전시 '-'이다. 상기 Pmg1은 엔진보조 전동기(40)의 동력을 의미하며, 모터링(motoring) 시 '+'이고, 전기에너지 생성(generating)시 '-'이다. 상기 Pmg2는 작업용 전동기(50)의 동력을 의미하며, 모터링(motoring) 시 '+'이고, 전기에너 지 회생(generating)시 '-'이다. 상기 Ppump는 펌프(20)의 필요 동력이고, Peng는 엔진(10)의 출력동력을 의미한다.
전술한 바와 같은 동력 평형식을 기초로 본 실시예에 따른 동력제어방법을 설명한다.
도 6을 참조하면, 우선, 제어부(60)에 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)과 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 입력된다(S100). 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)은 작업용 전동기(50)에 공급된 전류와 상기 작업용 전동기(50)로부터 검출된 구동속도로부터 산출될 수 있을 뿐만 아니라 작업용 전동기(50)의 조작부로부터 전송된 조작량으로부터 산출될 수도 있다. 한편, 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)은 전술한 바와 같이 제어부(60)로 전송된 토출 유량과 토출 압력에 대한 정보 및 펌프(20)의 회전속도로부터 산출될 수 있을 뿐만 아니라 펌프(20)에 의해 토출되는 작업기의 조작부로부터 전송된 조작량으로부터 산출될 수도 있다. 본 실시예에서는 제어부(60)에 필요 동력(Pmg2)(Ppump)이 입력되는 것을 예시하였으나, 필요 동력(Pmg2)(Ppump)에 필요한 정보만 제어부(60)로 입력되고, 상기 제어부(60)가 입력된 정보로부터 필요 동력(Pmg2)(Ppump)을 산출할 수도 있다.
펌프(20) 및 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Ppump)(Pmg2)이 입력되면, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)가 모터링 구동되어야 하는지 아니면 전기에너지를 회생해야하는지를 판단한다(S110). 이러한 판단은 작업용 전동기(50)의 조작부로부터 출력된 신호와 작업용 전동기(50)에 인가된 전류로부터 산출될 수 있다. 즉, 상기 제어부(60)는 상기 조작부의 신호와 작업용 전동기(50)에 인가된 전류로부터 상기 작업용 전동기(50)를 가속시켜야하는 것으로 판단하면 작업용 전동기(50)를 모터링 구동시켜야 하는 것으로 판단한다. 반면, 상기 작업용 전동기(50)를 감속 또는 정지시켜야 하는 것으로 판단하면, 상기 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)를 회생 구동(generating)시켜야 하는 것으로 판단한다.
상기 S110 단계에서, 상기 작업용 전동기(50)를 모터링 구동해야 하는 것으로 판단하면, 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)을 전기에너지 저장장치(30)의 공급 가능 동력(Pbat+Puc)과 비교한다(S120).
비교결과, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 전기에너지 저장장치(30)의 공급 가능 동력(Pbat+Puc)보다 작으면, 상기 제어부(60)는 전기에너지 저장장치(30)의 전기에너지를 상기 작업용 전동기(50)에 제공하여 모터링 구동시킨다(S130).
도 7을 참조하여 S130 단계를 보다 상세히 설명한다.
우선, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)을 제 1 기준 동력(Pref1)과 비교하고(S131), 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 상기 제 1 기준 동력(Pref1)보다 크면, 상기 울트라 커패시터(31)의 공급 가능 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 제공한다(S132). 물론, 상기 울트라 커패시터(31)의 동력만으로 부족할 경우, 제어부(60)는 배터리(32)의 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 공급한다.
한편, 상기 S131단계에서 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 상기 제 1 기준 동력(Pref1)보다 작으면, 배터리(32)의 공급 가능 동력(Pbat)을 상기 작업용 전동기(50)에 공급하고 부족한 동력은 상기 울트라 커패시터(31)의 동력을 제공한다(S133).
이와 같이, 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 작은 경우, 배터리(32)의 동력을 작업용 전동기(50)에 제공하고, 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 크면, 울트라 커패시터(31)의 동력을 작업용 전동기(50)에 제공함으로써, 배터리(32) 및 울트라 커패시터(31)의 특성에 맞게 전기에너지 저장장치(30)를 운용할 수 있게 된다. 이에 의해 전기에너지 저장장치(30)의 충방전 효율을 향상시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기에너지 저장장치(30)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
한편, S120단계에서 비교한 결과, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 전기에너지 저장장치(30)의 공급 가능 동력(Pbat+Puc)보다 크면, 상기 제어부(60)는 전기에너지 저장장치(30)의 전기에너지와 엔진보조 전동기(40)에 의해 생성된 전기에너지를 상기 작업용 전동기(50)에 제공하여 모터링 구동시킨다(S140).
도 8을 참조하여 S140 단계를 보다 상세히 설명한다.
우선, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40)가 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)을 산출한다(S141). 여기서, 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)은 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)으로부터 전기에너지 저장장치(30)에 의해 공급 가능한 동력(Pbat+Puc)을 뺀 나머지의 동력이 된다.
S141 단계를 수행한 후에, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40)가 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)이 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)와 비교한다(S142). 비교결과, 엔진보조 전동기(40)가 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)이 엔진(10)의 최대출력(Peng_max)보다 작으면, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40)가 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)만큼 엔진(10)의 동력(Peng)을 엔진보조 전동기(40)를 통해 발전시키고 엔진보조 전동기(40)에 의해 생성된 전기에너지를 작업용 전동기(50)에 제공한다(S143).
S142단계에서 비교결과, 엔진보조 전동기(40)가 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)이 엔진(10)의 최대출력보다 크면, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40)가 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 발전하도록 제어하고(S142), 전기적 에너지로 변환된 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 작업용 전동기(50)에 제공한다(S143). 이때, 수학식 1 및 수학식 2의 동력 평형의 요건을 만족시키기 위해, 펌프(20)는 엔진(10)의 동력(Peng)을 극소량만 이용하여야 하기 때문에 최소 유량이 토출되도록 제어되어야 한다. 즉, 엔진(10)의 동력(Peng)을 전기적 에너지로 변환하여 작업용 전동기(50)에 우선적으로 제공하는 것이다. 따라서, 복수의 작업기를 복합 동작시 작업용 전동기(50)에 의해 구동되는 작업기를 최우선적으로 구동될 수 있도록 제어하여 작업의 효율성을 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 S110 단계에서 비교한 결과, 상기 작업용 전동기(50)를 회생 구동시켜야 하는 것으로 판단하면, 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력이 0인지를 판단한다(S150). 판단결과, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력이 0 인 경우, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40) 및 엔진(10)을 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)에 따라 제어한다(S160).
도 9를 참조하여, S160 단계를 보다 상세히 설명한다.
우선, 제어부(60)는 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)을 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)과 비교한다(S161). 비교결과, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max) 보다 큰 경우, 제어부(60)는 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)의 차이 동력만큼 상기 엔진보조 전동기(40)에 전기에너지를 제공하여 모터링 구동시킨다. 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공되는 전기에너지는 전기에너지 저장장치(30)에 저장된 전기에너지이다.
한편, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)보다 작거나 같으면, 제어부(60)는 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)보다 작은지를 판단한다(S163). 판단결과, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)보다 작으면, 제어부(60)는 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)과 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)의 차이 동력을 엔진보조 전동기(40)로 발전하여 전기에너지 저장장치(30)에 저장한다(S164). 반면, 상기 S163 단계에서 판단결과, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min) 보다 작지 않으면, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)은 엔진(10)의 최소 동력보다 크거나 같고 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)보다 작거나 같은 경우이다. 이러한 경우, 제어부(60)는 엔진보조 전동기(40)의 구동을 정지시키고 엔진(10)의 회전속도를 조절하여 엔진(10)의 동력(Peng)을 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump) 과 동일하도록 제어한다(S165).
이와 같이, 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)과 최대 동력(Peng_max) 사이의 동력을 출력하도록 제한함으로써, 엔진(10)을 고효율 영역에서 운용할 수 있고, 이로 인해 에너지 효율을 대폭 개선하여 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 S150단계에서 판단결과, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력이 0이 아닌 경우, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)을 전기에너지 저장장치(30)에 우선적으로 충전하고, 남은 회생 동력은 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공한다(S170).
도 10을 참조하여, S170단계를 보다 상세하게 설명한다.
우선, 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc)과 비교한다(S171). 비교결과, 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 보다 큰 경우, 제어부(60)는 전동기(60)의 회생 동력(Pmg2) 중 엔진보조 전동기(40)에 제공할 수 있는 잉여 동력(Pext)을 산출한다. 여기서, 엔진보조 전동기(40)에 제공할 수 있는 잉여 동력(Pext)은 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)에서 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc)을 뺀 동력이 된다.
그런 후에, 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2) 중 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc)을 전기에너지 저장장치(30)에 충전한다(S173). 또한, 제어부(60)는 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)보다 큰지 여부를 판단한다(S174). 판단결과, 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)보다 크면, 제어부(60)는 상기 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력(Pext)을 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력과 비교한다(S175).
비교결과, 상기 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력(Pext)이 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력보다 작거나 같으면, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력(Pext)을 엔진보조 전동기(40)에 제공하여 엔진보조 전동기(40)를 구동시킨다(S176). 이때, 엔진(10)은 최소 동력(Peng_min)을 출력하도록 제어된다. 이에 의해 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력을 펌프(20)에 제공하고 엔진(10)의 출력을 최소화함으로써, 연비를 대폭 개선할 수 있게 된다.
한편, S175 단계에서 상기 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력(Pext)이 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력보다 크면, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 잉여 회생 동력(Pext) 중 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력만 엔진보조 전동기(40)에 제공하여 모터링 구동시킨다(S177)(S176).
S171 단계에서 비교한 결과, 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 보다 작은 경우, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 제 2 기준 동력(Pref2)과 비교한다(S178). 비교결과, 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2) 보다 큰 경우, 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 울트라 커패시터(31)에 충전한 후 잉여 회생동력을 배터리(32)에 충전한다(S179). 한편, S178 단계에서 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2) 보다 작은 경우, 상기 제어부(60)는 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 상기 배터리(32)에 충전한 후 잉여 동력을 울트라 커패시터(31)에 저장하게 된다.
이에 의해 전술한 바와 같이 각 전기에너지 저장장치의 특성에 맞게 전기에너지를 효율적으로 충전할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 고효율 영역이 표시된 엔진 회전속도에 대한 엔진 토크를 개략적으로 나타낸 그래프,
도 3은 배터리와 울트라 커패시터의 출력밀도에 대한 에너지 밀도를 개략적으로 나타낸 그래프,
도 4는 배터리와 울트라 커패시터의 충방전 횟수에 따른 DoD를 개략적으로 나타낸 그래프,
도 5는 도 1에 도시된 하이브리드 건설기계의 동력 흐름도를 개략적으로 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력제어방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 7은 도 6의 S130 단계를 상세히 나타낸 흐름도,
도 8은 도 6의 S140 단계를 상세히 나타낸 흐름도,
도 9는 도 6의 S160 단계를 상세히 나타낸 흐름도,
도 10은 도 6의 S170 단계를 상세히 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 엔진 20; 펌프
30; 전기에너지 저장장치 31; 울트라 커패시터
32; 배터리 40; 엔진보조 전동기
50; 작업용 전동기 60; 제어부
61; 전력변환장치 62; 제어기

Claims (13)

  1. 최소 동력(Peng_min)과 최대 동력(Peng_max)의 사이 영역에서만 구동되도록 설정되는 엔진(10)과,
    상기 엔진(10)에 의해 구동되는 가변 용량형 펌프(20)와,
    상기 엔진(10)의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하는 전기에너지 저장장치(30)와,
    상기 전기에너지 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 엔진(10)과 함께 상기 펌프(20)를 구동하는 엔진보조 전동기(40)와,
    상기 저장장치(30)에 전기에너지를 저장하거나 상기 저장장치(30)에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 작업용 전동기(50)와,
    상기 전기에너지 저장장치(30)와 엔진보조 전동기(40) 및 작업용 전동기(50) 간에 교환될 전기 에너지를 변환하는 전력변환장치(61)와,
    상기 가변 용량형 펌프(20)의 유량을 가변 제어하고, 상기 펌프(20)의 토출압력에 기초하여 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)을 산출하며, 상기 전기에너지 저장장치(30)와 상기 엔진보조 전동기(40)와 작업용 전동기(50)와 상기 전력변환장치(61)를 제어하는 제어부(60)를 포함하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진보조 전동기(40)는 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)보다 작은 경우, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 제공된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)에 동력을 제공하고, 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)보다 큰 경우, 상기 엔진(10)의 잉여 동력을 전기에너지로 변환하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업용 전동기(50)는,
    붐의 자중에 의한 하강 에너지를 붐을 상승시키기 위해 동력으로 제공하거나 붐의 자중에 의한 에너지를 전기에너지로 회수하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장하는 붐 전동유닛인 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업용 전동기(50)는,
    상부 선회체를 선회시키는 동력을 제공하거나 상부 선회체의 선회 관성을 전기에너지로 회수하여 상기 전기에너지 저장장치(30)에 저장하는 선회 전동기인 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치(30)는 배터리(32)와 울트라 커패시터(Ultracapacitor, 31)인 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(60)는,
    상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링을 위해 필요한 동력(Pmg2)이 입력되고, 상기 필요 동력(Pmg2)과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 비교하고, 비교결과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 크면, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 필요 동력(Pmg2)을 제공하며, 비교결과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 작으면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하고, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)에 부족한 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 제공하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  7. 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에 의해 구동되는 펌프(20)와, 전기에너지 저장장치(30)와, 상기 엔진(10)의 동력을 전기적 에너지로 변환하거나 제공된 전기적 에너지에 의해 구동되어 상기 펌프(20)를 구동시키는 엔진보조 전동기(40)와, 자중이나 관성에 의한 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 회생 구동과 제공된 전기적 에너지에 의해 구동되는 모터링 구동이 가능한 작업용 전동기(50)를 포함하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법에 있어서,
    a) 상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링 구동신호가 입력되면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 전기적 에너지와 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 변환된 전기적 에너지 중 적어도 어느 하나의 전기적 에너지를 상기 펌프(20)에 우선하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 a) 단계는,
    a1) 상기 작업용 전동기(50)로부터 모터링을 위해 필요한 동력(Pmg2)이 입력되는 단계;
    a2) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)과 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 비교하는 단계;
    a3) 상기 a2) 단계의 비교결과, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 크면, 상기 전기에너지 저장장치(30)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 필요 동력(Pmg2)을 제공하는 단계; 및
    a4) 상기 a2)단계의 비교결과, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동 력(Pbat+Puc)이 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)보다 작으면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 방전가능동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하고, 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)에 부족한 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)로부터 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 a3) 단계는,
    a31) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 제 1 기준 동력(Pref1)을 초과하면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 저장된 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 우선적으로 제공하고, 제공된 동력이 상기 필요 동력(Pmg2)에 부족하면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)의 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계; 및
    a32) 상기 작업용 전동기(50)의 필요 동력(Pmg2)이 상기 제 1 기준 동력(Pref1) 이하이면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 저장된 전기에너지를 상기 작업용 전동기(50)에 우선적으로 제공하고, 제공된 동력이 상기 필요 동력(Pref1)에 부족하면, 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)의 동력을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 a4) 단계는,
    a41) 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 상기 작업용 전동기(50)에 제공할 동력(Pmg1)을 산출하는 단계;
    a42) 상기 전기에너지 저장장치(30)의 최대 공급 가능 동력(Pbat+Puc)을 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계;
    a43) 상기 a41) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)과 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 비교하는 단계;
    a44) 상기 a43) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)이 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)보다 작은 경우, 상기 엔진(10)의 동력 중 상기 a41) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)을 전기에너지로 변환하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계; 및
    a45) 상기 a43) 단계에서 상기 엔진보조 전동기(40)에 의해 제공될 동력(Pmg1)이 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max) 이상인 경우, 상기 엔진보조 전동기(40)로 상기 엔진(10)의 최대 동력(Peng_max)을 전기적 에너지로 변환하여 상기 작업용 전동기(50)에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    b) 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생 구동신호가 입력되면, 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)에 우선적으 로 충전한 후 잉여 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 b) 단계는,
    b1) 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 충전 가능 동력(Pbat+Puc)과 비교하는 단계;
    b2) 상기 b1) 단계에서 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)이 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 이상인 경우, 상기 작업용 전동기(50)에 의해 회생된 동력(Pmg2) 중 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전 가능 동력(Pbat+Puc)을 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)에 따라 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계; 및
    b3) 상기 b1) 단계에서 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2)이 상기 충전 가능 동력(Pbat+Puc) 미만인 경우, 상기 작업용 전동기(50)에 의해 회생된 동력(Pmg2)을 모두 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 b2) 단계는,
    b21) 상기 작업용 전동기(50)에 의해 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 회생 동력(Pext=Pmg2- Pbat-Puc)을 산출하는 단계;
    b22) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2) 중 상기 충전 가능 동 력(Pbat+Puc)을 상기 전기에너지 저장장치(30)에 충전시키는 단계;
    b23) 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)을 비교하는 단계;
    b24) 상기 b23) 단계에서, 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)이 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)을 초과하면, 상기 b21) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)을 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력과 비교하는 단계;
    b25) 상기 b24) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력 이하이면, 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력 중 상기 b21) 단계에서 산출된 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계; 및
    b26) 상기 b24) 단계에서 비교한 결과, 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공할 동력(Pext)이 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min)의 차이 동력을 초과하면, 상기 작업용 전동기(50)로부터 회생된 동력(Pmg2) 중 상기 펌프(20)의 필요 동력(Ppump)과 상기 엔진(10)의 최소 동력(Peng_min) 차이 동력을 상기 엔진보조 전동기(40)에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 b3) 단계는,
    b31) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2)을 초과하면, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 우선적으로 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 충전하는 단계; 및
    b32) 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)이 제 2 기준 동력(Pref2) 이하이면, 상기 작업용 전동기(50)의 회생 동력(Pmg2)을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 배터리(32)에 우선적으로 충전한 후 잉여 회생 동력을 상기 전기에너지 저장장치(30)의 울트라 커패시터(31)에 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어방법.
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