KR20120111004A - Electric excavator system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 굴삭기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력공급부와 전력수신부가 분리된 상태로 작업이 가능하여 공간적 제약없이 원거리 작업이 가능하도록 개선된 전기 굴삭기 시스템에서 복수의 축전지, 특히 박막형 수퍼캐패시터를 이용하여 원거리 작업을 오랫동안 수행할 수 있도록 개선된 전기 굴삭기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electric excavator system, and more particularly, a plurality of storage batteries, especially thin-film supercapacitors, in an electric excavator system improved to be able to work remotely without space limitation because the power supply unit and the power receiver are separated. The present invention relates to an electric excavator system that is improved to perform long-distance work using a.
일반적으로, 굴삭기는 건축 및 토목 공사시 땅을 파거나 메우는 굴삭작업, 경토ㆍ암반 파쇄 등의 브레이커 작업, 흙다짐과 같은 컴팩터 작업, 절단 등의 크라샤 작업과 같은 다양한 작업 기능을 가진 건설기계를 말한다.In general, an excavator is a construction machine with various work functions, such as excavation work to dig or fill the ground during construction and civil works, breaker work such as soil and rock crushing, compactor work such as soil compaction, and crusher work such as cutting. Say.
이러한 굴삭기는 보통 주행 동력을 얻기 위해 디젤 엔진 등의 엔진을 탑재하고 있고, 이 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 구동하며, 유압 펌프에서 토출되는 작동유를 유압 모터나 유압 실린더 등의 유압 액추에이터로 공급함으로써 주행용 크롤러 또는 타이어의 회전이나 붐, 암, 버켓 등의 각 작업 부위를 동작시키고 있다.Such an excavator is usually equipped with an engine such as a diesel engine to obtain driving power, and uses the power of the engine to drive a hydraulic pump, and supply hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to a hydraulic actuator such as a hydraulic motor or a hydraulic cylinder. As a result, each work part such as a traveling crawler or tire rotation, a boom, an arm or a bucket is operated.
이와 같이 주지된 굴삭기는 디젤 엔진과 같은 엔진을 탑재하고 있기 때문에 작업장소에 제한을 받지 않고 자유롭게 작업할 수 있는 장점을 가진다.Since such a well-known excavator is equipped with an engine such as a diesel engine, it has the advantage of being able to work freely without being restricted in the work place.
하지만, 화석연료인 경유는 갈수록 고갈되어 가고 있어 대체 에너지의 필요성이 심각하게 대두되고 있을 뿐만 아니라, 연료값이 비싸고, 중장비라는 특수성 때문에 특히 연료 소모량이 많아 운전비용이 증대되는 단점이 있어 왔다.However, diesel, which is a fossil fuel, is gradually being depleted, and the necessity of alternative energy is seriously raised, and fuel costs are high, and fuel consumption is particularly high due to the peculiarity of heavy equipment.
이를 해소하기 위한 일환으로, 전기에너지를 이용한 전기 굴삭기가 개시된 바 있다.As part of solving this problem, an electric excavator using electric energy has been disclosed.
개시된 전기 굴삭기는 예컨대, 도 1의 예시와 같이, 굴삭기의 주행을 위한 엔진을 전동기로 대체하고, 전동기 구동용 전원을 케이블(10)을 통해 외부전원으로부터 공급함으로써 연료비를 70% 이상 줄일 수 있도록 한 것을 들 수 있는데, 이를 위해 외부에서 전원을 공급할 수 있도록 외부전원박스(20)와, 케이블(10)을 감을 수 있는 케이블드럼(22)과, 케이블(10)을 선회 분배시키는 케이블가이드(24)와, 케이블가이드(24)를 통해 인출 안내된 케이블(10)을 안전하게 굴삭기로 선회 유도하도록 굴삭기에 설치된 유도가이드(30)를 구비하고 있다.The disclosed electric excavator, for example, by replacing the engine for driving the excavator with an electric motor, as shown in the example of FIG. 1 and by supplying the power for driving the motor from an external power source through the
그리하여, 굴삭기의 주행은 굴삭기에 탑재된 엔진 대용 전동기를 이용하고, 굴삭기가 갖는 여러가지 작업기능은 기존처럼 유압 펌프를 통한 유압 작동을 그대로 사용하되 유압 펌프의 구동을 전동기로 제어함으로써 기존 엔진형 굴삭기의 기능을 그대로 수행하였다.Therefore, the driving of the excavator uses an engine-powered motor mounted on the excavator, and the various work functions of the excavator use the hydraulic operation through the hydraulic pump as it is, but control the driving of the hydraulic pump by an electric motor. The function was performed as is.
그런데, 이러한 전기 굴삭기는 케이블(10)을 이용하여 전원을 공급받는 구조이기 때문에 굴삭기가 가동될 수 있는 범위가 제한되는 한계를 가진다.However, since the electric excavator is structured to be powered using the
즉, 케이블(10)이 미치는 범위 내에서만 작업을 할 수 있기 때문에 작업반경이 매우 제한적이고, 원거리 작업이 불가하여 작업상 많은 불편함이 있었다.That is, since the work can be performed only within the range of the
또한, 축전지를 이용하여 원거리 작업이 가능하게 한다고 하더라도 축전지의 용량이 한계를 가지기 때문에 장시간 동안 작업하기 어렵다는 단점도 있었다.In addition, even if the remote operation is possible using the battery, there is a disadvantage that it is difficult to work for a long time because the capacity of the battery has a limit.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 케이블식 전기 굴삭기에서 굴삭기의 가동범위를 케이블보다 먼 거리까지 넓힘으로써 작업이 가능한 적용범위를 확대시켜 작업효율을 극대화시킴은 물론 복수의 축전지를 절환사용하는 형태로 축전지의 응용폭을 넓히되 충전용량이 큰 수퍼캐패시터를 응용하여 원거리 작업시 더 오랜시간 동안 안정적으로 작업할 수 있도록 한 전기 굴삭기 시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.The present invention was created in view of the above-mentioned problems in the prior art as described above. In the cable type electric excavator, the operating range of the excavator is extended to a farther distance than the cable, and thus the working range can be expanded. In addition to maximizing and switching the use of a plurality of batteries, it provides an electric excavator system that expands the application range of the batteries, and allows the supercapacitors with large charging capacity to work stably for a longer time in long distance work. There is a main purpose.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 전동발전기를 주행 동력 및 선회 동력으로 함과 아울러 컨트롤러의 제어하에 전동발전기를 통해 유압펌프가 구동되고, 유압펌프에 의해 작동유의 흐름이 제어되면서 붐의 구동, 암의 구동, 버켓의 구동이 이루어져 굴삭기 작업이 가능한 전기 굴삭기에서, 외부전원을 입력받아 충전전압으로 전환하고 다수의 제어용 버튼을 포함한 전원박스, 송전용 케이블을 감거나 풀도록 구비된 케이블드럼, 케이블드럼의 회전구동을 제어하는 드럼구동부, 전원박스에 연결되고 케이블드럼에 권취된 충전용 케이블이 엉키거나 꼬이지 않도록 선회되게 안내하는 케이블가이드로 구성된 전력공급부와; 상기 전원공급부의 케이블이 접속/분리될 수 있는 케이블커넥터와 전동발전기 및 컨트롤러를 포함하고; 공급된 전력 및 전동발전기의 회생제동을 통해 얻은 전기를 충전하는 축전지, 상기 축전지에 연결되고 컨트롤러의 제어하에 과충전을 방지하는 과충전방지부, 상기 축전지에 연결되고 축전지의 전위차를 검출하여 컨트롤러로 출력하는 축전량검출부, 축전지에 연결되고 컨트롤러의 제어하에 축전지의 직류 전원을 교류 전원으로 바꾸어 전동발전기로 공급하는 인버터, 컨트롤러에 연결되어 축전지의 검출전위가 기준전위보다 낮을 때 알람을 송출하는 알람부로 구성된 전력수신부;로 구성되고, 상기 축전지는 박막전지와 수퍼캐패시터가 복합된 하이브리드 축전지로서, 다수개가 상하로 적층되어 하나의 유닛을 이룬 형태이며, 이 유닛들이 복수개로 구비되고, 각 축전지의 전위가 기준전위보다 낮아질 때 컨트롤러의 제어하에 축전지와 인버터 간의 연결을 전환시키는 전환스위치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 전기 굴삭기 시스템을 제공한다.The present invention is a means for achieving the above object, the hydraulic pump is driven by the motor generator under the control of the controller as the driving power and the turning power, and the flow of the hydraulic oil by the hydraulic pump to control the boom In the electric excavator that can be driven by the operation of the drive, the drive of the arm, the operation of the bucket, the external power input is input to the charging voltage, the power box including a plurality of control buttons, the cable provided to wind or unwind the power transmission cable A power supply unit comprising a drum, a drum driving unit for controlling rotation of the cable drum, and a cable guide connected to the power box and guiding the charging cable wound around the cable drum so as not to be tangled or twisted; A cable connector to which the cable of the power supply unit can be connected / disconnected, a motor generator, and a controller; A battery that charges the power supplied by the regenerative braking of the electric power and the motor generator, An overcharge preventing unit connected to the battery and preventing overcharging under the control of the controller, The battery is connected to the battery and detects the potential difference of the battery and outputs it to the controller. An electric power consisting of a storage capacity detection unit, an inverter connected to the storage battery and an inverter which converts the DC power of the storage battery into an AC power supply under the control of the controller and supplies it to an electric generator, and an alarm unit that is connected to the controller and sends an alarm when the detection potential of the battery is lower than the reference potential. And a storage unit, wherein the storage battery is a hybrid storage battery in which a thin film battery and a supercapacitor are combined, a plurality of which is stacked up and down to form a unit, and a plurality of units are provided, and the potential of each storage battery is a reference potential. When lower, between the battery and the inverter under the control of the controller. It provides an electric excavator system, characterized in that the switch is further installed to switch the connection.
이때, 상기 하이브리드형 축전지는 기판 위에 전류집전체가 형성되고, 상기 전류집전체 위에 절연체를 중심으로 한쪽에는 하부전극, 전해질 및 상부전극이 각각 형성되며, 다른쪽에는 캐소드, 전해질 및 애노드가 각각 형성되고, 맨 위에는 다시 전류집전체가 형성된 구조를 하나의 단위 유닛으로 하는 것에도 그 특징이 있다.In this case, in the hybrid storage battery, a current collector is formed on a substrate, and a lower electrode, an electrolyte, and an upper electrode are respectively formed on one side of the insulator, and a cathode, an electrolyte, and an anode are respectively formed on the other side of the current collector. On top of that, there is also a feature in that the structure in which the current collector is formed again as one unit unit.
본 발명에 따르면, 전력공급부와 전력수신부를 분리 결합 가능하게 함으로써 작업 공간의 제약을 없애고 작업효율을 향상시키며, 친환경적이고 연료비를 절감하며, 용량이 큰 수퍼캐패시터가 적층된 다수의 유닛을 축전지로 절환사용토록 함으로써 오랜 시간 동안 원활하게 원거리 작업을 가능하게 한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by separating the power supply unit and the power receiving unit can remove the constraints of the work space, improve the work efficiency, eco-friendly, reduce fuel costs, switching a large number of units with a large capacity supercapacitor stacked into a storage battery By using it, it is possible to obtain a long distance smoothly.
도 1은 종래 케이블식 전기 굴삭기의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 굴삭기 시스템의 구성 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 전기 굴삭기용 축전지의 일 예를 보인 예시적인 부분단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 전기 굴삭기용 축전지의 충전장치를 보인 예시적인 회로도이다.1 is an exemplary view of a conventional cable type electric excavator.
2 is a block diagram illustrating the construction of the electric excavator system according to the present invention.
3 is an exemplary partial cross-sectional view showing an example of a battery for an electric excavator using a supercapacitor according to the present invention.
Figure 4 is an exemplary circuit diagram showing a charging device of a battery for an electric excavator using a supercapacitor according to the present invention.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 전기 굴삭기 시스템은 앞서 설명한 종래 케이블식 전기 굴삭기의 개념을 가지면서 충전 개념을 포함하여 필요시 전력을 공급받아 충전하고, 작업시에는 충전된 전력을 사용하며, 작업에 필요한 전압을 확보하고 있는지를 검출하여 필요시 충전할 수 있도록 구성된다.The electric excavator system according to the present invention has the concept of the conventional cable type electric excavator described above, including the charging concept, and receives power when needed, uses charged power when working, and secures the voltage required for the work. It is configured to detect whether it is doing so and to charge it when necessary.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 전기 굴삭기 시스템의 구성 블럭도를 보여 주는 도 2를 참조한다.In this regard, reference is made to FIG. 2, which shows a block diagram of an electric excavator system according to the invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 굴삭기 시스템은 전력공급부(100)와 전력수신부(200)가 분리 구성된다.As shown in Figure 2, the electric excavator system according to the present invention is configured to separate the
이때, 전력공급부(100)는 기존처럼 외부에서 전원을 공급하는 장소에 설치되고, 전력수신부(200)는 굴삭기 본체에 설치된다.At this time, the
그리고, 상기 전력수신부(200)에는 상기 전력공급부(100)와 접속할 수 있도록 케이블커넥터(플러그와 소켓을 의미함)가 구비된다.In addition, the
보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력공급부(100)는 전원박스(110)와, 케이블드럼(120), 케이블드럼(120)을 회전제어하는 드럼구동부(122) 및 케이블가이드(130)를 포함한다.More specifically, as shown in FIG. 2, the
이때, 상기 전원박스(110)는 다수의 컨트롤스위치를 구비하고 있으며, 외부전원이 연결되어 상기 전력수신부(200)와 접속시 외부전원으로부터 공급된 필요한 전력을 상기 전력수신부(200)로 공급할 수 있도록 설계되어 있다.In this case, the
또한, 상기 전력공급부(100)는 필요에 따라 복수로 설치될 수 있는데, 작업반경이 큰 경우 적정 간격을 두고 다수 설치됨으로써 상기 전력수신부(200)를 통한 접속의 용이성을 제공하여 작업성을 더욱 높일 수 있다.In addition, the
그리고, 상기 케이블드럼(120)은 전원박스(110)를 통해 컨트롤된 전력을 송전하는 케이블(Cable)을 감거나 풀어 주면서 근거리는 물론 원거리까지 케이블 관리를 원활하게 하여 준다.In addition, the
이 경우, 상기 케이블드럼(120)은 동력원에 의해 구동될 수 있는데, 동력원으로는 구동모터를 들 수 있고, 또한 드럼구동부(122)에 의해 제어될 수 있다.In this case, the
아울러, 상기 케이블가이드(130)는 전력이 공급되는 케이블이 엉키거나 꼬이지 않도록 안내하도록 된 구조물로 도 1에 예시된 기존 케이블가이드 형태를 그대로 가질 수 있다.In addition, the
이 경우, 상기 케이블가이드(130)는 케이블이 권취된 케이블드럼(120)으로부터 인출된 케이블을 일정길이 범위까지 원활하게 인출될 수 있도록 안내한다.In this case, the
한편, 전력수신부(200)는 주행 구동원인 엔진으로 주행 전동발전기(230)를 포함하며, 상기 주행 전동발전기(230)는 인버터(220)를 통해 직류 전원을 교류 전원으로 전환된 상태에서 교류 전원 형태로 전력을 공급받게 된다.On the other hand, the
이때, 상기 인버터(220)는 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.In this case, the
또한, 상기 주행 전동발전기(230)에는 컨트롤러(240)를 통해 제어될 수 있도록 유압펌프(260)가 연결된다.In addition, the
아울러, 본 발명에 따른 전력공급부(200)는 붐(Boom)을 탑재한 굴삭기 바디를 본체에 대해 360°회전시킬 수 있는 선회 전동발전기(232)도 더 포함한다.In addition, the
그리고, 이들은 회생제동을 통해 전기에너지를 얻을 수 있도록 전동기 겸 발전기 형태를 취하고 있는데, 회생제동을 통해 얻어진 회생전기는 축전지(210)로 회수되어 축전된다.In addition, they take the form of an electric motor and a generator to obtain electrical energy through regenerative braking, and the regenerative electricity obtained through regenerative braking is recovered and stored in the battery 210.
이와 같이, 회생제동을 통해 회생된 전기를 축전지(210)에 축전하여 사용할 수 있으므로 구동에 따른 열 발생을 줄이고, 에너지의 재활용이 가능한 장점을 가진다.As such, since the regenerative braking can be used to accumulate electricity to the storage battery 210, it is possible to reduce heat generation due to driving and to recycle energy.
물론, 상기 선회 전동발전기(232)도 상기 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.Of course, the
나아가, 상기 컨트롤러(240)는 소정의 메모리를 포함할 수 있다.In addition, the
그리고, 상기 유압펌프(260)에는 유압제어밸브(270)가 접속되며, 유압펌프(260)에 의해 토출된 작동유는 상기 유압제어밸브(270)의 제어순서에 따라 붐 실린더(274), 암 실린더(276), 버켓 실린더(278)를 구동하게 된다.In addition, a
즉, 유압펌프(260)의 구동까지만 전기적 결합으로 이루어져 있기 때문에 주행 전동발전기(230)의 구동력을 선택적으로 전달받도록 컨트롤러(240)에 의해 제어되지만, 이후 유압펌프(260)의 구동으로 발생된 작동유의 공급과 관련된 유압회로는 유압제어밸브(270)의 개폐제어를 통해 기존처럼 이루어지는 것이다.That is, since only the drive of the
그리고, 상기 주행 전동발전기(230)에 전력을 공급하는 축전지(210a,210b,210c)가 구비되는데, 상기 축전지(210a,210b,210c)는 직류형이기 때문에 앞서 설명하였듯이, 인버터(220)를 통해 주행 전동발전기(230)로 직류 전원을 교류 전원으로 바꾸어 공급하게 되며, 복수개 설치되고 충전 전압이 일정수준, 즉 작업할 수 있는 기준전위보다 떨어질 경우 다른 축전지로 바꾸어 사용할 수 있도록 전환스위치(280)를 포함한다.And, the storage battery (210a, 210b, 210c) for supplying power to the
이때, 상기 전환스위치(280)는 인버터(220)와 축전지(210a,210b,210c) 사이에 설치되며, 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.In this case, the
여기에서, 상기 축전지(210a,210b,210c)가 3개 설치된 것을 예시적으로 설명하였으나, 이는 바람직한 실시예를 보인 것에 불과하며 그 이상 더 설치될 수 있음은 물론이다.Here, the three
따라서, 하나의 축전지를 사용할 때 보다 3개 혹은 그 이상의 축전지를 바꾸어 가면서 사용하게 되면 그만큼 작업시간을 연장할 수 있어 원거리에서도 장시간 작업할 수 있게 되어 작업효율이 향상된다.Therefore, when three or more batteries are used while changing a single battery, the working time can be extended by that amount, and the working efficiency can be improved for a long time at a long distance.
뿐만 아니라, 상기 축전지(210a,210b,210c)는 케이블가이드(130)를 통해 인출된 케이블과 케이블커넥터를 통해 접속되어 충전가능하게 구성된다.In addition, the
다시 말해, 적정량의 전원이 충전되어 있는 상태에서는 전력공급부(100)로부터 분리되어 주행 전동발전기(230)를 구동할 수 있으므로 굴삭기의 작업범위를 자유롭게 할 수 있고 확장할 수 있다.In other words, in a state in which a proper amount of power is charged, the driving
다만, 앞서 설명하였듯이 충전된 전력이 일정 이하로 떨어지게 되면 굴삭기의 작업을 수행하기 어려우므로 미리 확인한 후 충분한 축전량을 갖고 있는 다른 축전지로 연결을 전환시킴으로써 이를 해결할 수 있다. 이에 따라, 원거리 작업시 충전을 위해 전력공급부(100) 쪽으로 다시 이동할 필요가 없게 되어 작업효율이 향상된다.However, as described above, when the charged power falls below a certain level, it is difficult to perform the operation of the excavator, so it can be solved by checking the connection in advance and switching the connection to another battery having a sufficient amount of storage. Accordingly, the work efficiency does not need to be moved back to the
이를 위해, 본 발명에서는 상기 축전지(210a,210b,210c)에 축전량검출부(214)를 더 설치하고, 동시에 과충전에 의한 축전지(210a,210b,210c) 손상을 방지할 수 있도록 과충전방지부(212)도 더 포함하여 설치된다.To this end, in the present invention, the storage
이때, 상기 과충전방지부(212) 및 축전량검출부(214)는 모두 컨트롤러(240)와 연결되어 컨트롤러(240)에 의해 제어되도록 구성되는데, 이들 과충전방지부(212)와 축전량검출부는 과충전방지회로, 축전량검출회로 등과 같이 일종의 회로 형태를 갖는 것이 바람직하다.At this time, the
아울러, 상기 축전량검출부(214)는 축전지(210a,210b,210c)의 잔존용량(SOC:State Of Charge) 및 온도에 따라 변화되는 내부저항을 검출하여 전위를 추정하는 방법 등 여러가지 방식으로 축전지(210a,210b,210c)에 축전된 전기량, 즉 전위를 검출할 수 있는데 가장 간단한 방식인 축전지(210a,210b,210c)의 양단 전압을 검출하고, 이를 컨트롤러(240)에 송신하며, 컨트롤러(240)는 수신된 검출전위를 구동에 필요한 기준전위와 비교하여 충전 여부를 확인하고 제어하도록 구성함이 바람직하다.In addition, the
그리고, 상기 축전량검출부(214)를 통해 현재 사용중인 축전지의 전위가 기준전위보다 낮다고 판단될 경우 전환스위치(280)는 컨트롤러(240)의 제어하에 축전량이 충분한 인접 축전지로 인버터(220)의 연결을 전환시킨다.In addition, when it is determined that the potential of the battery currently being used is lower than the reference potential through the storage
특히, 본 발명에서는 원거리 작업시 오랜시간 동안 안정적인 작업이 가능하도록 상기와 같은 축전지(210a,210b,210c) 절환기능에 더하여, 축전지(210a,210b,210c) 자체를 수퍼캐패시터(Super Capacitor)를 응용한 형태로 제작할 수 있다.In particular, in the present invention, in addition to the switching function of the
이때, 수퍼캐패시터는 잘 알려진 바와 같이 1980년대 일본에서 개발된 대용량 축전기로서, 크기가 작고 가벼우며 단시간에 충전할 수 있고 정전 캐패시터(electrostatic capacitor)에 비하여 비축전 용량(specific capacitance: F/g)이 100 ~ 1000배 이상 향상된 전기화학적 캐패시터이다.At this time, a supercapacitor is a large-capacity capacitor developed in Japan in the 1980s, as is well known, and is small in size, light in weight, can be charged in a short time, and has a specific capacitance (F / g) compared to an electrostatic capacitor. It is an electrochemical capacitor that is 100 to 1000 times better.
본 발명에서는 기존 박막전지 기술과 수퍼캐패시터를 혼용하여 제조된 하이브리드형 축전지로서, 특히 이들을 다층 적층하여 하나의 유닛, 즉 축전지를 구성하는 형태를 갖는다.In the present invention, a hybrid storage battery manufactured by mixing the existing thin film battery technology and a supercapacitor, in particular, has a form of forming a unit, that is, a storage battery by stacking them in multiple layers.
이 경우, 하이브리드형 축전지는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(302) 위에 전류집전체(304)가 형성되고, 그 위에 절연체(320)를 중심으로 한쪽에는 하부전극(308), 전해질(312) 및 상부전극(316)이 각각 형성되며, 다른쪽에는 캐소드(306), 전해질(310) 및 애노드(314)가 각각 형성되고, 맨 위에는 다시 전류집전체(318)가 형성되는 구조를 갖는다.In this case, in the hybrid storage battery, as illustrated in FIG. 3, the
이와 같은 혼성 구조를 통해 슈퍼캐패시터와 전지를 하나의 기판 위에 박막형태로 형성시킴으로써 각각의 장점을 최대한 살리면서 구조적으로는 단일칩 위에 형성시킬 수 있어 각종 마이크로디바이스에 유용하게 적용할 수 있게 된다.Such a hybrid structure allows the supercapacitor and the battery to be formed in a thin film form on a single substrate, and can be usefully applied to various microdevices by structurally forming them on a single chip while maximizing their advantages.
특히, 본 발명에서는 이러한 구조를 갖는 하이브리드 축전지를 다수개 더 적층하여 하나의 유닛을 이루도록 하며, 충전시에는 도 4와 같은 충전회로를 통해 충전하도록 함으로써 안정적이고 쉽고 빠른 충전이 가능하도록 할 수 있는데, 이러한 충전회로는 앞서 설명한 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.Particularly, in the present invention, a plurality of hybrid storage batteries having such a structure are stacked to form one unit, and when charging, the battery can be charged through a charging circuit as shown in FIG. This charging circuit is controlled by the
도시된 충전회로를 간단히 설명하면, 일단이 하이브리드 축전지의 양극에 직렬로 접속되어 하이브리드 축전지로부터 공급되는 전원을 단속하는 스위치부(402)와, 상기 스위치부(402)의 타단(노드 A) 및 그라운드(GND)에 접속되는 충전단자부(404)로 구성될 수 있으며, 이에 더하여 상술한 축전량검출부(214)의 기능을 더 포함할 수 있다.The illustrated charging circuit will be briefly described. A
예컨대, 축전량검출부(214)는 상기 충전단자부(404)에 병렬 접속되어 상기 하이브리드 축전지 충전상태를 단계별로 표시할 수 있도록 제1,2,3표시부(410,420,430)를 가질 수 있는데, 상기 제1표시부(410)는 상기 노드 A와 그라운드 사이에 접속된 제1저항전압분배기(R1,R2)의 전압분배점(N1)과 그라운드 사이에 순방향 접속된 제1발광수단(D1)으로 구성되고, 제2표시부(420)는 상기 노드 A와 그라운드 사이에 접속된 제2저항전압분배기(R3,R4)의 전압분배점(N2)과 그라운드 사이에 순방향 접속된 제2발광수단(D2)으로 구성되며, 제3표시부(430)는 상기 노드 A와 그라운드 사이에 접속된 제3저항전압분배기(R5,R6)의 전압분배점(N3)과 NPN형 트랜지스터(TR)의 베이스 사이에 역방향 접속된 제너다이오드(ZD)로 구성되되, 상기 트랜지스터의 콜렉터는 상기 노드 A에 접속되고 에미터와 그라운드 사이에 순방향 접속된 제3발광수단(D3)으로 구성될 수 있다.For example, the
그리하여, 충전상태를 단계별로 표시할 수 있다.Thus, the state of charge can be displayed step by step.
한편, 상기 컨트롤러(240)에는 알람부(250)가 연결된다.Meanwhile, an
상기 알람부(250)는 굴삭기 운전자가 시청각적으로 확인할 수 있도록 경보음을 발하면서 경광등을 점멸시킬 수 있도록 구성됨이 바람직하다.The
또한, 알람부(250)는 앞서 설명한 축전량검출부(214)의 축전지(210a,210b,210c) 검출 전위가 기준전위에 미치지 못할 경우 컨트롤러(240)의 제어하에 동작되는 것으로, 이를 통해 운전자가 굴삭기를 전력공급부(100) 쪽으로 주행시켜 전력공급부(100)에 마련된 케이블을 전력수신부(200)에 접속함으로써 충전작업을 수행하도록 하기 위한 것이다.In addition, the
이 경우, 상기 알람부(250)는 각 축전지의 방전시마다 알람을 행할 수도 있고, 모든 축전지가 전부 방전되었을 때 알람을 행하도록 구성할 수 있는데, 바람직하기로는 각 축전지의 방전시에는 경광등만 점멸하도록 하고, 모든 축전지가 방전되었을 때에는 경광등과 경보음을 함께 발생시켜 시청각적으로 인식할 수 있도록 구성함이 특히 바람직하다.In this case, the
덧붙여, 본 발명에서 기재하고 있는 용어인 '방전'은 통상적으로 사용되는 방전 개념이 아니라, 축전지의 전위가 기준전위(굴삭기 구동에 필요한 적정 전위) 이하로 떨어질 때를 의미하는 것으로 정의한다.In addition, the term "discharge" described in the present invention is not defined as a discharge concept commonly used, but is defined as meaning when the potential of the battery falls below a reference potential (a proper potential required for driving an excavator).
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.The present invention having such a configuration has the following operational relationship.
먼저, 작업반경이 전력공급부(100)로부터 멀지 않아 케이블의 길이 내에 있을 경우에는 굳이 전력공급부(100)와 전력수신부(200)를 분리할 필요없이 케이블커넥터를 통해 전력공급부(100)와 전력수신부(200)를 접속한 상태를 유지하면서 전기 굴삭기를 통해 할 수 있는 작업, 예컨대 굴삭작업, 브레이커작업, 크라샤작업 등 원하는 작업을 수행하게 된다.First, when the working radius is not far from the
이 경우에는 전력공급부(100)를 통해 전력이 지속적으로 공급되고 있는 상태이므로 주행동력 및 작업동력(유압펌프 구동용)이 충분한 상태에서 큰 무리없이 작업이 가능하게 된다.In this case, since the power is continuously supplied through the
반면, 작업반경이 케이블 길이를 벗어나는 경우라면 전력공급부(100)로부터 충분한 전력을 공급받아 전력수신부(200)에 구비된 축전지(210a,210b,210c)에 필요한 전력을 충분히 충전시키거나 이미 충전된 상태에 있도록 한다.On the other hand, if the working radius is out of the cable length is supplied with sufficient power from the
그리하여, 충전이 완료되면 케이블커넥터의 접속을 해제하여 전력공급부(100)와 전력수신부(200)가 분리되도록 한다.Thus, when charging is complete, the cable connector is disconnected so that the
특히, 본 발명에 따른 수퍼캐패시터를 응용한 하이브리드 축전지를 사용하게 되면 축전용량이 증대되고, 오래 사용할 수 있어 원거리 작업시 매우 유용하며, 충전시간도 단축할 수 있다.In particular, when using a hybrid storage battery is applied to the supercapacitor according to the present invention, the storage capacity is increased, can be used for a long time, it is very useful for long distance work, it is possible to shorten the charging time.
이후, 굴삭기는 축전지(210a,210b,210c)에 축전된 전력을 이용하여 주행 구동되며, 작업 장소로 이동 후 컨트롤러(240)의 제어하에 유압펌프(260)를 구동시켜 필요로 하는 작업을 하게 된다.Then, the excavator is driven by using the power stored in the storage battery (210a, 210b, 210c), and after moving to the working place to drive the
아울러, 작업중 알람부(250)를 통해 경광등이 점멸하면 운전자는 축전지가 바뀌고 있다는 사실만 인지하면 된다.In addition, when the warning light flashes through the
동시에, 전환스위치(280)는 컨트롤러(240)의 제어하에 새로운 축전지로 축전지와 인버터(220) 간의 연결을 전환시킨다.At the same time, the
그러면, 굴삭기는 항상 기준전위 이상의 동력원을 공급받을 수 있게 되므로 주행 전동발전기(230)의 구동에 무리가 없게 되고, 결국 장시간 동안 원거리 작업이 가능하게 된다.Then, since the excavator can always be supplied with a power source above the reference potential, there is no problem in driving the driving
이러한 작업이 지속된 후 혹은 지속되던 도중이라도 알람부(250)를 통해 시청각적인 알람이 발생되면 운전자는 축전지를 축전할 필요가 있음을 인지하고, 굴삭기를 전력공급부(100) 쪽으로 주행하여 케이블커넥터를 접속함으로써 전력공급부(100)로부터 전력을 공급받아 축전지(210a,210b,210c)에 충전하고, 충분한 축전이 이루어지면 다시 케이블을 분리한 다음 작업장소로 이동하여 작업하게 된다.If the audio-visual alarm is generated through the
이때, 상기 전력공급부(100)를 작업반경에 맞춰 복수로 설치해 두면 충전을 위해 굴삭기가 이동하는 시간이 줄어들고, 그에 따라 충전시간도 줄어들게 되어 작업효율이 향상되는 장점을 갖게 된다.At this time, if a plurality of
이와 같이, 본 발명에 따른 전기 굴삭기는 축전지(210a,210b,210c)를 활용하여 엔진을 대체한 주행 전동발전기(230)를 구동시킴으로써 주행은 물론 유압펌프(260)를 구동시켜 굴삭기가 수행할 수 있는 여러가지 작업을 할 수 있으므로 작업효율이 향상되고, 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.As such, the electric excavator according to the present invention may drive the
무엇보다도, 복수의 축전지(210a,210b,210c)를 사용함으로써 원거리 작업시에도 장시간 동안 작업할 수 있어 작업효율의 현격히 향상되는 장점을 가진다.First of all, by using a plurality of storage batteries (210a, 210b, 210c) can work for a long time even in the long-distance work has the advantage of significantly improved work efficiency.
100 : 전력공급부 110 : 전원박스
120 : 케이블드럼 200 : 전력수신부
210a,210b,210c : 축전지 220 : 인버터
230 : 주행 전동발전기 240 : 컨트롤러
250 : 알람부 260 : 유압펌프
270 : 유압제어밸브 280 : 전환스위치100: power supply unit 110: power box
120: cable drum 200: power receiver
210a, 210b, 210c: battery 220: inverter
230: driving motor generator 240: controller
250: alarm unit 260: hydraulic pump
270: hydraulic control valve 280: changeover switch
Claims (2)
상기 전력공급부는 전원박스와 케이블드럼, 드럼구동부 및 케이블가이드로 구성되었으며;
상기 전력수신부는 상기 전원공급부의 케이블이 접속/분리될 수 있는 케이블커넥터와 컨트롤러를 포함하고, 하나 이상의 축전지, 과충전방지부, 축전량검출부, 인버터 및 알람부로 구성되되;
상기 축전지는 박막전지와 수퍼캐패시터가 복합된 하이브리드 축전지로서, 다수개가 상하로 적층되어 하나의 유닛을 이룬 형태이며, 이 유닛들이 복수개로 구비되고, 각 축전지의 전위가 기준전위보다 낮아질 때 상기 컨트롤러의 제어하에 축전지와 인버터 간의 연결을 전환시키는 전환스위치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 전기 굴삭기 시스템.An electric excavator system comprising a power supply and a power receiver;
The power supply unit is composed of a power box, a cable drum, a drum drive unit and a cable guide;
The power receiver includes a cable connector and a controller to which the cable of the power supply unit can be connected / disconnected, and comprises at least one battery, an overcharge preventing unit, a capacitance detection unit, an inverter and an alarm unit;
The storage battery is a hybrid storage battery in which a thin film battery and a supercapacitor are combined, and a plurality of batteries are stacked up and down to form a single unit, and a plurality of units are provided, and when the potential of each battery is lower than the reference potential, An electric excavator system further comprising a changeover switch for switching the connection between the battery and the inverter under control.
상기 하이브리드형 축전지는 기판 위에 전류집전체가 형성되고, 상기 전류집전체 위에 절연체를 중심으로 한쪽에는 하부전극, 전해질 및 상부전극이 각각 형성되며, 다른쪽에는 캐소드, 전해질 및 애노드가 각각 형성되고, 맨 위에는 다시 전류집전체가 형성된 구조를 하나의 단위 유닛으로 하는 것을 특징으로 하는 전기 굴삭기 시스템.The method according to claim 1;
In the hybrid storage battery, a current collector is formed on a substrate, and a lower electrode, an electrolyte, and an upper electrode are formed on one side of the insulator, respectively, and a cathode, an electrolyte, and an anode are formed on the other side of the current collector. At the top, the electric excavator system, characterized in that the current collector is formed in one unit unit.
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