KR20120073046A - 하이브리드 건설기계의 동력제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 엔진에 의해 구동되는 가변용량형 펌프, 상기 엔진의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생에너지를 전기에너지로 변환 저장하는 전기에너지저장장치, 상기 전기에너지저장장치에 전기에너지를 저장하거나 전기에너지저장장치에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 전동기, 안전레버의 ON/OFF 동작 신호에 따라 조이스틱의 움직임에 대응된 파일럿압력이 파일럿밸브로부터 발생되도록 하는 밸브컨트롤유닛, 상기 파일럿압력의 발생에 따라 제어장치로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동되는 비례제어밸브에 의해 구동되어 이를 토대로 펌프의 유량 및 유압을 제어하는 펌프레귤레이터 및 상기 펌프레귤레이터에 의해 펌프로부터 토출되는 유량이 상기 조이스틱의 움직임에 따른 파일럿압력에 대응되도록 작업장치로 유입되는 유량을 스풀의 변위를 통하여 제어하는 메인컨트롤밸브를 포함하며, 상기 제어장치는, 상기 조이스틱의 조작에 따라 메인컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 파일럿밸브의 파일럿압력이 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되도록 하거나 또는 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 상기 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하여 전기에너지저장장치에 의한 전동기의 모터링이 불가능한 경우에 펌프의 최대요구동력이 낮아지도록 PWM제어가 가능한 하이브리드 건설기계의 동력제어장치가 제공된다.

Description

하이브리드 건설기계의 동력제어장치{POWER CONTROL APPARATUS FOR HYBRID CONSTRUCTION MACHNERY}
본 발명은 하이브리드 건설기계에 관한 것으로, 상세하게는 엔진과 발전 가능한 전동기에 의해 펌프가 구동되는 하이브리드 건설기계의 동작시 에너지저장장치의 충전량이 감소하는 경우 펌프의 최대요구동력 요구시 발생되는 엔진의 스톨을 방지할 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치에 관한 것이다.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 배터리에 저장하고 엔진의 부족한 동력을 배터리로부터 공급하여 연비를 개선한 하이브리드 건설기계에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 상기 굴삭기와 같은 하이브리드 건설기계는 붐, 암 및 버켓 등의 작업요소를 유압 구동하는 유압펌프를 구비하고, 상기 유압펌프를 구동하기 위한 엔진에 전동기를 접속하고 상기 전동기로 엔진의 구동을 어시스트 함과 함께, 발전에 의한 전기에너지를 에너지저장장치에 충전하고 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치에 있어서 엔진 토크 선도 및 펌프의 등마력선도를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는, 엔진(1), 엔진(1)에 의해 구동되는 펌프(2), 전기에너지저장장치(3), 전기에너지저장장치(3)에 저장된 전기에너지에 의해 구동되어 펌프(2)에 동력을 제공하거나 엔진(1)의 잉여 동력에 의해 구동되어 전기를 생성하며 상기 생성된 전기에너지를 전기에너지저장장치(3)에 저장하는 전동기(4) 및 제어기(5)를 포함하며, 펌프레귤레이터(6)에 의해 엔진(1)이 정격회전속도에 고정되어 구동되도록 펌프(2)의 사판각이 제어되도록 하고 있다.
그러나 상기와 같은, 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는, 상기 전기에너지저장장치(3)에 저장된 전기에너지가 충분하지 못하여 전동기(4)의 모터링이 불가능한 경우 펌프(2)의 최대요구동력이 L1에서 L2로 변경 즉, 작아지지 않으면 엔진(1)이 스톨되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 즉, 펌프(2)의 사판각을 능동적으로 펌프레귤레이터(5)에 의해 제어되도록 하여 상기 전동기(4)의 모터링이 불가능한 경우 펌프(2)의 유량이 엔진(1)의 최대요구동력 L2에 대응되도록 하는 방안이 개시되고 있으나, 이러한 방안은, 주로 상기 펌프(2)의 사판각 정보를 판단하는 별도의 센서를 탑재하거나 펌프(2)의 사판각을 직접 제어하도록 하는 구성이 이루어져야 하기 때문에 펌프(2)의 사양이 변경되어야 하는 문제점이 있고, 이로 인하여, 상기 방식은 종래의 유압식 건설기계에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 조이스틱의 조작에 따라 메인컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 파일럿밸브의 파일럿압력이 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하여 엔진의 스톨을 방지 할 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 파일럿밸브의 파일럿압력 크기가 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하는 간단한 구성을 통하여 기존의 유압식 건설기계에도 용이하게 적용되도록 할 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따르면, 엔진에 의해 구동되는 가변용량형 펌프, 상기 엔진의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생에너지를 전기에너지로 변환 저장하는 전기에너지저장장치, 상기 전기에너지저장장치에 전기에너지를 저장하거나 전기에너지저장장치에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 전동기, 안전레버의 ON/OFF 동작 신호에 따라 조이스틱의 움직임에 대응된 파일럿압력이 파일럿밸브로부터 발생되도록 하는 밸브컨트롤유닛, 상기 파일럿압력의 발생에 따라 제어장치로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동되는 비례제어밸브에 의해 구동되어 이를 토대로 펌프의 유량 및 유압을 제어하는 펌프레귤레이터 및 상기 펌프레귤레이터에 의해 펌프로부터 토출되는 유량이 상기 조이스틱의 움직임에 따른 파일럿압력에 대응되도록 작업장치로 유입되는 유량을 스풀의 변위를 통하여 제어하는 메인컨트롤밸브를 포함하며, 상기 제어장치는, 상기 조이스틱의 조작에 따라 메인컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 파일럿밸브의 파일럿압력이 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되도록 하거나 또는 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 상기 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하여 전기에너지저장장치에 의한 전동기의 모터링이 불가능한 경우에 펌프의 최대요구동력이 낮아지도록 PWM제어가 가능한 하이브리드 건설기계의 동력제어장치가 제공된다.
여기서, 상기 전기에너지저장장치의 충전량은, 전기에너지저장상태가 상기 전동기의 모터링이 가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 복귀시점'과 상기 전동기의 모터링이 불가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 하한치'에 대하여 시간에 따른 전기에너지 저장상태 변화를 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 상기 펄스파는, 상기 전기에너지저장상태가 '에너지 복귀시점'으로부터 '에너지 하한치'까지 감소하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '정상압력'과 상기 전기에너지저장상태가 '에너지 하한치'로부터 '에너지 복귀시점'까지 증가하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브의 스풀 변위가 작아지게 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '최대요구동력 이동압력'에 대하여 시간에 따른 펄스 파형을 나타내는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명은 전동기에 동력 어시스트시 조이스틱의 조작에 따라 메인컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 파일럿밸브의 파일럿압력이 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하여 엔진의 스톨을 방지 할 수 있다.
또한, 상기 파일럿밸브의 파일럿압력 크기가 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하는 간단한 구성을 통하여 기존의 유압식 건설기계에도 용이하게 적용되도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치에 있어서 엔진 토크 선도 및 펌프의 등마력선도를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치를 나타낸 구성도.
도 4는 도 3의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치에 있어서 전기에너지저장장치에 저장된 전기에너지 충전률과 상기 충전률에 대응되도록 파일럿밸브의 구동을 제어하기 위한 펄스파를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 공지된 구성요소에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치를 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 하이브리드 건설기계의 동력제어장치에 있어서 전기에너지저장장치에 저장된 전기에너지 충전률과 상기 충전률에 대응되도록 파일럿밸브의 구동을 제어하기 위한 펄스파를 나타낸 그래프이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는, 최소 동력과 최대 동력의 사이 영역에서만 구동되도록 설정되는 엔진(110), 상기 엔진(110)에 의해 구동되는 가변용량형 펌프(120), 상기 엔진(110)의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생에너지를 전기에너지로 변환 저장하는 전기에너지저장장치(130), 상기 전기에너지저장장치(130)에 전기에너지를 저장하거나 전기에너지저장장치(130)에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 전동기(140), 안전레버(S)의 ON/OFF 동작 신호에 따라 조이스틱(J)의 움직임에 대응된 파일럿압력이 파일럿밸브(150)로부터 발생되도록 하는 밸브컨트롤유닛(160), 상기 파일럿압력에 의해 구동 보다 정확하게는, 파일럿압력의 발생에 따라 제어장치(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동되는 비례제어밸브(미도시)에 의해 구동되어 이를 토대로 펌프(120)의 유량 및 유압을 제어하는 펌프레귤레이터(170), 상기 펌프레귤레이터(170)에 의해 펌프(120)로부터 토출되는 유량이 상기 조이스틱(J)의 움직임에 따른 파일럿압력에 대응되도록 작업장치(W)로 유입되는 유량을 스풀의 변위를 통하여 제어하는 메인컨트롤밸브(180) 및 상기 조이스틱(J)의 조작에 따라 메인컨트롤밸브(180)의 스풀을 제어하는 파일럿밸브(150)의 파일럿압력이 전기에너지저장장치(130)의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되도록 하거나 또는 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치(130)의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 상기 펌프(120)의 최대요구동력이 작아지도록 하여 전기에너지저장장치(130)에 의한 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에 펌프(120)의 최대요구동력이 낮아지도록 PWM제어가 가능한 제어장치(HCU)를 포함한다.
상기 엔진(110)은 전동기(140)와 함께 건설기계의 작업장치들을 구동시키기 위한 구동력을 제공하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 토크 선도와 같은 특성을 가지며, 엔진(10)의 일측은 상기 펌프(120)와 동력 전달 가능하게 연결되어 있으며, 상기 엔진(110)과 펌프(120) 사이에는 전동기(140)가 동력 전달 가능하게 연결되어 있다.
상기와 같은 엔진(110)은 고유의 특성에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 정격회전속도 NR이 정해지며, 이러한 정격회전속도 NR에서의 토크를 정격토크 T1이라 한다. 여기서, 엔진(110)의 정격회전속도 NR에서 펌프(120)의 최대요구동력인 L1을 발생시킬 수 있는 것으로 간주되고 있으며, 이와 같은 최대요구동력 L1은 엔진(110)의 특성에 의해 결정된다. 따라서, 동일한 엔진(110)은 정격회전속도 NR과 정격토크 T1 및 최대요구동력 L1이 동일하다. 이러한 이유로 기존에 펌프(120)가 전달 받을 수 있는 최대동력은 엔진(110)의 정격회전속도 NR에서 정격토크 T1을 발생시키는 지점에서의 동력이 된다. 한편, 상기 엔진(110)은 상기 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에는 엔진(110)의 정격회전속도 NR에서 펌프(120)의 최대요구동력인 L2를 발생시켜야만 엔진(110)의 스톨이 발생되지 않게 되며, 이때의 정격토크는 T2가 된다.
상기 펌프(120)는 제어장치(HCU)로부터 출력되는 신호에 따라 그 유량이 가변되는 가변용량형 펌프이다. 보다 구체적으로, 상기 펌프(120)에는 사판(121)이 마련되며 상기 사판(121)의 각도에 따라 단위 스트로크당 토출되는 작동유의 양이 가변되게 된다. 즉, 상기 펌프(120)는 사판(121)의 각도에 따라 토출되는 유량이 가변되며, 상기 사판(121)의 각도는 펌프레귤레이터(170)에 의해 제어된다. 한편, 상기 펌프(120)로부터 토출되는 유량은 유압을 감지하는 압력센서에 의해 감지되어 상기 제어장치(HCU)에 전송되며, 이를 토대로 상기 사판각 정보와 토출 유량의 정보를 토대로 펌프(120)의 현재 필요한 동력인 요구동력이 산출될 수 있다.
상기 전기에너지저장장치(130)는 상기 엔진(110)의 잉여 동력을 전기에너지의 형태로 저장하는 것으로, 일반 배터리나 다수의 울트라커패시터로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전기에너지저장장치(130)는 상기 전동기(140)에 의해 발전된 에너지가 저장되거나 전동기(140)에 에너지를 공급하여 전동기(140)를 구동시킨다.
상기 전동기(140)는 인가되는 전류에 따라 구동되어 상기 엔진(10)에 동력을 제공하는 기능뿐만 아니라 상기 엔진(110)의 잉여 동력을 발전하는 발전기의 기능도 가진다. 모터링 또는 발전의 기능을 하는 전동기(140)는 이미 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 밸브컨트롤유닛(160)은 안전레버(S)의 ON/OFF 동작 신호에 따라 조이스틱(J)의 움직임에 대응된 파일럿압력이 파일럿밸브(150)로부터 발생되도록 하는 것으로, 즉, 안전레버(S)로부터 ON 동작 신호가 입력되면 파일럿밸브(150)가 구동되도록 하고 OFF 동작 신호가 입력되면 파일럿밸브(150)가 구동되지 않도록 한다. 여기서, 상기 파일럿밸브(150)는 상기 조이스틱(J)의 조작량에 대응된 파일럿압력의 크기를 결정하며, 이에 따라 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위량이 결정된다.
상기 펌프레귤레이터(170)는 상기 파일럿압력에 대응되도록 제어장치(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동되는 비례제어밸브(미도시)에 의해 구동되어 펌프(120)의 사판각(121) 각도를 조절하여 펌프(120)의 유량 및 유압을 제어한다.
상기 메인컨트롤밸브(180)는 상기 펌프레귤레이터(170)에 의해 펌프(120)로부터 토출되는 유량이 상기 조이스틱(J)의 움직임에 따른 파일럿압력에 대응되도록 작업장치(W)로 유입되는 유량을 스풀의 변위를 통하여 제어하는 것으로, 상기 파일럿압력이 높을수록 스풀의 변위가 커지게 제어하고 파일럿압력이 낮을수록 스풀의 변위가 낮아지게 제어한다.
상기 제어장치(HCU)는, 상기 조이스틱(J)의 조작에 따라 메인컨트롤밸브(180)의 스풀을 제어하는 파일럿밸브(150)의 파일럿압력이 전기에너지저장장치(130)의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 또는 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치(130)의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 상기 펌프(120)의 최대요구동력이 작아지도록 하여 전기에너지저장장치(130)에 의한 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에 펌프(120)의 최대요구동력이 낮아지도록 PWM제어가 가능한 것으로, 보다 상세하게는, 상기 전기에너지저장장치(130)로부터 충전량에 대응된 신호를 CAN 등의 통신방식을 통해 제공받아 상기 충전량에 대응된 펄스파 즉, PWM을 생성한 후 상기 밸브컨트롤유닛(160)으로 하여금 상기 펄스파가 상기 전기에너지저장장치(130)에 충전된 전기에너지의 설정치 이상을 나타내는 정상압력 상태인 경우에는 파일럿밸브(150)로부터 조이스틱(J)의 움직임에 따른 정상적인 크기의 파일럿압력이 발생되도록 하여 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 하고, 상기 펄스파가 상기 전기에너지저장장치(130)에 충전된 전기에너지의 설정치 이하를 나타내는 하향압력인 경우에는 파일럿밸브(150)로부터 조이스틱(J)의 움직임에 따른 낮은 크기의 파일럿압력이 발생되도록 하여 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지도록 함으로써, 전기에너지저장장치(130)에 의한 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에 펌프(120)의 최대요구동력이 낮아지도록 하여 엔진(110)의 스톨을 방지한다.
여기서, 상기 전기에너지저장장치(130)의 충전량 그래프는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기에너지저장상태가 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 하는 기준점 즉, 상기 전동기(140)의 모터링이 가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 복귀시점'과 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지게 제어되도록 하는 기준점 즉, 상기 전동기(140)의 모터링이 불가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 하한치'에 대하여 시간에 따른 전기에너지 저장상태 변화를 나타내고 있다.
이때, 상기 제어장치(HCU)에 의해 생성되는 펄스파 그래프는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전기에너지저장상태가 '에너지 복귀시점'으로부터 '에너지 하한치'까지 감소하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '정상압력'과 상기 전기에너지저장상태가 '에너지 하한치'로부터 '에너지 복귀시점'까지 증가하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지게 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '최대요구동력 이동압력'에 대하여 시간에 따른 펄스 파형을 나타내고 있다.
따라서 상기 제어장치(HCU)는, 상기 전기에너지저장장치(130)의 전기에너지충전상태에 따라 상기 전동기(140)의 모터링이 가능한 경우와 불가능한 경우에 밸브컨트롤유닛(160)에 의해 구동되는 파일럿밸브(150)의 파일럿압력이 각각 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위를 정상적으로 제어되도록 하거나 또는 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지게 제어되도록 함으로써, 상기 전기에너지저장장치(130)의 충전량이 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에도 상기 파일럿압력이 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위를 정상적으로 제어되도록 하여 펌프(120)의 최대요구동력이 L1에서 L2로 작아지지 않을 경우 발생되는 엔진(110)의 스톨 문제점을 방지할 수 있다. 즉, 상기 제어장치(HCU)는, 상기 전기에너지저장장치(130)의 전기에너지충전상태에 따라 상기 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우 펌프(120)로부터 메인컨트롤밸브(180)로 토출되는 유량이 작아지게 함으로써, 결국 펌프(120)의 최대요구동력이 L1에서 L2로 작아지도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력제어장치는, 먼저, 굴삭기의 운용상태가 역행부하 요구상태이면, 즉, 붐, 실린더, 버켓, 주행수단 등과 같은 작업장치(W)의 구동을 위하여 조이스틱(J)의 조작에 따른 파일럿압력이 발생되면, 엔진(110)의 동력에 의해 전동기(140)가 구동하게 되고 이로 인하여, 펌프(120)로부터 토출되는 작동유가 상기 작업장치(W)에 연결되는 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위에 의해 유량이 제어되면서 작업장치(W)에 공급된다.
여기서, 상기 전동기(140)는 전기에너지저장장치(130)로부터 공급되는 전기에너지에 의해 그 구동이 어시시트 될 수 있는데, 이때, 제어장치(HCU)는, 상기 전기에너지저장장치(130)로부터 충전량에 대응된 신호를 CAN 등의 통신방식을 통해 제공받아 상기 충전량에 대응된 펄스파 즉, PWM을 생성한다.
이후, 상기 밸브컨트롤유닛(160)으로 하여금 상기 펄스파가 상기 전기에너지저장장치(130)에 충전된 전기에너지의 설정치 이상을 나타내는 정상압력 상태인 경우에는 파일럿밸브(150)로부터 조이스틱(J)의 움직임에 따른 정상적인 크기의 파일럿압력이 발생되도록 하여 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 한다.
한편, 상기 펄스파가 상기 전기에너지저장장치(130)에 충전된 전기에너지의 설정치 이하를 나타내는 하향압력인 경우에는 파일럿밸브(150)로부터 조이스틱(J)의 움직임에 따른 낮은 크기의 파일럿압력이 발생되도록 하여 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지도록 한다.
따라서 상기 제어장치(HCU)는, 전기에너지저장장치(130)에 의한 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에는 펌프(120)의 최대요구동력이 L1에서 L2로 낮아지도록 하여 엔진(110)의 스톨을 방지한다.
한편, 상기 굴삭기의 운용상태가 회생부하 투입상태이면, 즉, 상기 작업장치(W)의 제동 동작 등이 이루어지면, 상기 제어장치(HCU)는, 상기 전동기(140)로부터 회생에너지가 전기에너지저장장치(130)측으로 공급되어 전기에너지가 충전되도록 한다.
따라서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 전동기에 동력 어시스트시 조이스틱의 조작에 따라 메인컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 파일럿밸브의 파일럿압력이 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하여 엔진의 스톨을 방지 할 수 있다.
또한, 상기 파일럿밸브의 파일럿압력 크기가 전기에너지저장장치의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되거나 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 펌프의 최대요구동력이 작아지도록 하는 간단한 구성을 통하여 기존의 유압식 건설기계에도 용이하게 적용되도록 할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 엔진 120 : 펌프
130 : 전기에너지제어장치 140 : 전동기
150 : 파일럿밸브 160 : 밸브컨트롤유닛
170 : 펌프레귤레이터 180 : 메인컨트롤밸브
HCU : 제어장치

Claims (4)

  1. 엔진(110)에 의해 구동되는 가변용량형 펌프(120), 상기 엔진(110)의 잉여 동력과 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나의 회생에너지를 전기에너지로 변환 저장하는 전기에너지저장장치(130), 상기 전기에너지저장장치(130)에 전기에너지를 저장하거나 전기에너지저장장치(130)에 저장된 전기에너지에 의해 붐 또는 상부 선회체 중 적어도 어느 하나를 구동하는 전동기(140), 안전레버(S)의 ON/OFF 동작 신호에 따라 조이스틱(J)의 움직임에 대응된 파일럿압력이 파일럿밸브(150)로부터 발생되도록 하는 밸브컨트롤유닛(160), 상기 파일럿압력의 발생에 따라 제어장치(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동되는 비례제어밸브(미도시)에 의해 구동되어 이를 토대로 펌프(120)의 유량 및 유압을 제어하는 펌프레귤레이터(170) 및 상기 펌프레귤레이터(170)에 의해 펌프(120)로부터 토출되는 유량이 상기 조이스틱(J)의 움직임에 따른 파일럿압력에 대응되도록 작업장치(W)로 유입되는 유량을 스풀의 변위를 통하여 제어하는 메인컨트롤밸브(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상기 제어장치(HCU)는,
    상기 조이스틱(J)의 조작에 따라 메인컨트롤밸브(180)의 스풀을 제어하는 파일럿밸브(150)의 파일럿압력이 전기에너지저장장치(130)의 충전된 전기에너지에 대응되는 펄스파에 따라 정상적으로 발생되도록 하거나 또는 낮아지도록 하고 상기 에너지저장장치(130)의 충전량이 하한치를 나타내는 경우 상기 펌프(120)의 최대요구동력이 작아지도록 하여 전기에너지저장장치(130)에 의한 전동기(140)의 모터링이 불가능한 경우에 펌프(120)의 최대요구동력이 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기에너지저장장치(130)의 충전량은,
    전기에너지저장상태가 상기 전동기(140)의 모터링이 가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 복귀시점'과 상기 전동기(140)의 모터링이 불가능한 충전상태를 나타내는 '에너지 하한치'에 대하여 시간에 따른 전기에너지 저장상태 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 펄스파는,
    상기 전기에너지저장상태가 '에너지 복귀시점'으로부터 '에너지 하한치'까지 감소하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 정상적으로 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '정상압력'과 상기 전기에너지저장상태가 '에너지 하한치'로부터 '에너지 복귀시점'까지 증가하는 구간에는 상기 메인컨트롤밸브(180)의 스풀 변위가 작아지게 제어되도록 하는 파일럿압력이 발생되도록 하는 '최대요구동력 이동압력'에 대하여 시간에 따른 펄스 파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력제어장치.
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