KR20150021923A - 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부와 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부에 대한 판별 결과에 따라 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터를 상이하게 제어하는 제어부 및, 상기 제어부의 제어하에 스위칭하여 상기 전기 모터를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버를 포함하여 이루어진 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로써, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있으며, 더불어 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있는 효과가 있다.

Description

직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING A CASCADED HYBRID CONSTRUCTION MACHINE SYSTEM AND A METHOD THEREFOR}
본 발명은 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로써, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있도록 하며, 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있도록 하는, 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치에서는 에너지 저장 장치의 제어를 에너지 저장장치 전용 컨트롤러(BMS/CMU)에 의존하여 충방전 제어 및 상태 모니터링을 하였다.
또는, 하이브리드 컨트롤러와의 통신을 통해 에너지 저장 장치의 전압, 전류, 온도 등의 신호를 피드백 받아 제어하였다. 하지만, 이러한 방법은 하이브리드 건설기계의 사용자가 예측하지 않은 상황의 작업이나 액츄에이터의 동작과의 연관 관계가 적어 개발시 고려되지 않은 상황에서는 시스템 정지라는 극단적 조치에 의해 건설기계의 정지로 인하여 작업 시간 및 운전자와 주변 환경에 피해 또는 위험의 문제가 발생하였다.
또한, 시스템 복구까지 시간 소요가 오래 걸리는 문제점도 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로써, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있도록 하며, 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있도록 하는, 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치는,
건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부와 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부에 대한 판별 결과에 따라 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터를 상이하게 제어하는 제어부 및, 상기 제어부의 제어하에 스위칭하여 상기 전기 모터를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별하는 제1 판별모듈, 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별하는 제2 판별모듈 및, 상기 제1, 2 판별모듈의 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 상기 모터 드라이버를 제어하는 제1 제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 판별모듈은 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 전기 모터 정지 후 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하는 제2 제어모듈을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법은,
모터를 제어하는 제어부와, 전기 모터를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버를 구비한 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법에 있어서, 조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별하는 제1 판별단계, 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별하는 제2 판별단계 및, 상기 제1, 2 판별단계의 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 상기 모터 드라이버를 제어하는 제1 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2 판별단계는 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전기 모터 정지 후 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하는 제2 제어단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로써, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있으며, 또한, 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 직렬형 하이브리드 굴삭기의 액츄에이터를 구동하는 전기 모터 제어를 통하여 회생에너지를 억제함으로써 안전하고 안정된 하이브리드 굴삭기를 소비자에게 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 개념도
도 2는 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치에 사용된 전기 모터를 구동하는 모터 드라이브의 스위칭 순서를 나타내는 타이밍도
도 4는 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치의 동작을 순서대로 도시한 플로우 챠트
[발명의 실시를 위한 최선의 형태]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 장치는 크게, 제어부(100) 및, 상기 제어부(100)의 제어하에 전기 모터(300)를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버(200)를 포함하여 이루어진 구조이며, 상기 제어부(100)는 제1 판별모듈(101), 제2 판별모듈(102), 제1 제어모듈(103) 및, 제2 제어모듈(104)을 포함하여 구조이다.
여기서, 제어부(100)는 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부와 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부에 대한 판별 결과에 따라 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터(300)를 상이하게 제어하는 것이다. 예를 들어, 상기 제어부(100)는 조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별하는 제1 판별모듈(101), 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별하는 제2 판별모듈(102) 및, 상기 제1, 2 판별모듈(101, 102)의 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 상기 모터 드라이버(200)를 제어하는 제1 제어모듈(103)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제2 판별모듈(104)은 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별한다. 상기 고장 상태는 에너지 저장 장치 셀의 불균형으로 인한 셀의 파괴, 에너지 저장 장치 컨트롤러의 고장, 과충/방전에 의한 에너지 저장장치의 파괴, 에너지 저장장치 고장의 경우와 같이 회생 에너지를 에너지 저장장치에 저장할 수 없는 상태이다. 한편, 상기 제어부(100)는 전기 모터(300) 정지 후에는 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하는 제2 제어모듈(104)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
모터 드라이버(200)는 상기 제어부(100)의 제어하에 스위칭하여 상기 전기 모터(300)를 구동 또는 정지시키는 것이다. 특히, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 제어부(100)가 판별한 경우, 상기 제어부(100)의 제어하에 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터(300)가 정지되도록 스위칭한다. 일반적으로, 하이브리드 건설기계에 사용되는 전기 모터는 도 2와 같이, 3상 AC 전동기이며 이를 구동하기 위해서는 3상 6브리지 인버터를 사용하게 되는데, 도 3은 전기 모터를 구동하는 모터 드라이브의 스위칭 순서를 나타내는 도면이다.
[발명의 실시를 위한 형태]
이하, 도 2의 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치의 동작을 첨부된 도 3과 도 4를 참조해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치에 사용된 전기 모터를 구동하는 모터 드라이브의 스위칭 순서를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치의 동작을 순서대로 도시한 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저, 제어부(100)가 조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별한다.
일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 직렬형 하이브리드 건설기계는 하이브리드 시스템을 동력원으로 사용하고 작업을 위한 액츄에이터는 전기 모터를 이용하는 것이 일반적이다.
여기서, 사용되는 액츄에이터의 동작을 전기 모터의 구동을 이용하여 제어하게 되는데 이는 붐 하강, 암 인, 버켓 인, 스윙 정지 등과 회생 동작도 포함하고 있다. 회생 동작 중에는 전기 모터가 발전기로 동작하여 회생에너지를 발생하며 이를 에너지 저장장치에 저장하였다가 필요시에 사용하게 된다.
이러한 회생 동작을 판별할 수 있는 방법은 조이스틱을 이용한 방법을 사용할 수 있는데 일반적으로, 건설기계는 조이스틱으로 조작을 하며 하이브리드 건설기계의 조이스틱은 전자식을 사용하게 되므로 전기 신호를 읽어 회생 동작임을 판별 할 수 있다.
예를 들어 붐 조작의 경우, 전자식 조이스틱에서 나오는 값을 AD값으로 변환하여 붐 업, 붐 다운 동작을 판별할 수 있다. 이러한 방법으로 회생 동작만을 판별할 수 있다.
다음, 제어부(100)는 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별한다.
상기 에너지 저장장치의 SOC 데이터 획득 방법은 배터리와 캐패시터의 경우로 나눌 수 있으며, 배터리의 경우 사용 전류량에 의해 배터리의 SOC는 아래의 식과 같이 결정될 수 있다.
SOC = SOC int + ∫SOC1dt
SOC1 = -I(t)/Q
SOC int = 배터리 초기 SOC, Q = 배터리 Capacity(Ah), I(t) = 전류량(A)
커패시터의 경우는 아래 식과 같이 결정된다.
Voc = Voc - I×1dt/Ctal
SOC = (Voc - Vmin)/(Vmax - Vmin)
Ctal = 커패시터 전체 용량, Vmax = 커패시터 최대 단자전압, Vmin = 커패시터 최소 단자전압.
다음, 상기 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 제어부(100)는 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터(300)가 정지되도록 상기 모터 드라이버(200)를 제어한다.
예를 들어, 상기 제어부(100)는 에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별한다.
상기 고장 상태는 에너지 저장 장치 셀의 불균형으로 인한 셀의 파괴, 에너지 저장 장치 컨트롤러의 고장, 과충/방전에 의한 에너지 저장장치의 파괴, 에너지 저장장치 고장의 경우와 같이 회생 에너지를 에너지 저장장치에 저장할 수 없는 상태이다.
즉, 위의 수식을 이용하여 획득한 에너지 저장장치의 SOC가 100% 되는 조건은 초기 에너지 저장장치의 SOC가 MAX 설정값에 도달하고 작업 부하가 크지 않아 발전기의 발전량으로도 충분히 동력을 공급하여 에너지 저장장치의 방전이 되지 않고 액츄에이터의 회생 동작으로 인하여 회생 에너지만 공급될 경우 발생할 수 있다.
위의 경우와 더불어 에너지 저장 장치 셀의 불균형으로 인한 셀의 파괴, 에너지 저장 장치 컨트롤러의 고장, 과충방전에 의한 에너지 저장장치의 파괴 에너지 저장장치 고장의 경우도 회생 에너지를 에너지 저장장치에 저장 할 수 없는 상태가 생긴다.
이런 상태가 지속되게 되면 시스템을 강제로 정지시키거나 더 나아가 시스템 파괴를 야기시킨다.
따라서 이러한 상태가 되지 않도록 하려면 모터 제어를 통한 해결책이 필요하게 된다.
이를 위해, 모터 드라이버(200)는 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 제어부가 판별한 경우, 상기 제어부의 제어하에 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 스위칭한다.
일반적으로 하이브리드 건설기계에 사용되는 전기 모터는 도 2와 같이 3상 AC 전동기이며 이를 구동하기 위해서는 3상 6브리지 인버터를 사용하게 되는데, 도 3은 전기 모터를 구동하는 모터 드라이브의 스위칭의 순서를 나타내는 도면이다.
도 3을 통해 알 수 있듯이 6개 스위치의 순차적 온-오프를 통해 모터 구동이 이루어진다.
여기서, 위에서 명기된 조건이 성립되면 모터를 정지시켜야 하는데 이 때, 스위칭 신호는 000, 111 상태가 되어야 한다. 이는 윗상 또는 아랫상 스위치가 오픈되는 것을 의미한다.
이러한 상태에서는 역기전력이 발생하여 전기적 브레이크에 의해 모터가 정지한다.
한편, 본 발명은 빠른 시스템 복구를 위해 에너지 저장 장치의 제어 모드를 방전 우선 모드로 설정하여 정상적인 작업이 가능하도록 한다. 즉, 전기 모터 정지 후에는 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로서, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있으며, 또한, 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있게 된다.
나아가, 직렬형 하이브리드 굴삭기의 액츄에이터를 구동하는 전기 모터 제어를 통하여 회생에너지를 억제함으로써, 안전하고 안정된 하이브리드 굴삭기를 소비자에게 제공할 수 있다.
본 발명은 에너지 저장장치의 과충전 상태 및 고장 상태에 대하여 회생 동작시 모터 드라이브의 스위칭을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 모터를 일시 정지시킴으로써, 발생하는 회생 에너지를 억제하여 하이브리드 동력원 시스템의 보호 및 운전자의 안전을 지킬 수 있도록 하며, 시스템 정지로 인한 작업 시간 지연의 문제점 역시 보완할 수 있도록 하는, 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치 및 그 방법에 사용가능하다.

Claims (7)

  1. 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부와 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부에 대한 판별 결과에 따라 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터를 상이하게 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어하에 스위칭하여 상기 전기 모터를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버를 포함하여 이루어진 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별하는 제1 판별모듈;
    에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별하는 제2 판별모듈; 및
    상기 제1, 2 판별모듈의 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 상기 모터 드라이버를 제어하는 제1 제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 판별모듈은
    에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전기 모터 정지 후 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하는 제2 제어모듈을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 장치.
  5. 모터를 제어하는 제어부와, 전기 모터를 구동 또는 정지시키는 모터 드라이버를 구비한 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법에 있어서,
    조이스틱의 조작 값을 디지털 값으로 변환시켜 나온 값으로부터 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중인지 여부를 판별하는 제1 판별단계;
    에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값으로부터 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인지 여부를 판별하는 제2 판별단계; 및
    상기 제1, 2 판별단계의 판별 결과, 건설기계의 액츄에이터가 회생 동작 중이고, 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 액츄에이터를 구동하는 전기 모터가 정지되도록 상기 모터 드라이버를 제어하는 제1 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 판별단계는
    에너지 저장 장치로부터 획득한 SOC(State of Charge) 값이 1 이상이거나(완충전 상태) 또는, 상기 SOC 값이 일정 값으로 판별이 안 되는 경우(고장 상태), 상기 에너지 저장 장치가 충전 불가 상태인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기 모터 정지 후 방전 우선 모드가 설정되어, 상기 설정된 방전 우선 모드에 따라 상기 에너지 저장 장치에 대한 방전 우선 제어를 수행하는 제2 제어단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 건설기계 시스템의 제어 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6107349B2 (ja) * 2013-04-11 2017-04-05 スズキ株式会社 バッテリ充放電制御装置
CN105705393B (zh) 2013-09-10 2018-02-02 沃尔沃建造设备有限公司 用于混合动力操作机械的传感控制的方法和装置
EP3410504A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-05 Koninklijke Philips N.V. Eap actuator and driving method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009235707A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハイブリッド式建設機械
US20110077825A1 (en) * 2008-05-27 2011-03-31 Sumitomo (S.H.I) Construction Machinery Co., Ltd. Turning drive control unit and construction machine including same
US20110265467A1 (en) * 2009-07-10 2011-11-03 Kayaba Industry Co., Ltd. Control device for hybrid construction machine

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1782991B1 (en) * 1999-06-25 2008-10-22 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Hybrid construction machine and control apparatus thereof
JP5096813B2 (ja) 2007-07-03 2012-12-12 日立建機株式会社 建設機械のエンジン制御装置
KR101317631B1 (ko) * 2007-10-18 2013-10-10 스미토모 겐키 가부시키가이샤 선회구동제어장치 및 이것을 포함하는 건설기계
CN101910524B (zh) * 2007-12-26 2013-03-27 住友重机械工业株式会社 混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法
US8285434B2 (en) * 2007-12-28 2012-10-09 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hybrid-type construction machine having an output condition calculating unit to calculate output conditions of an engine and an electric storage device
CN101990505B (zh) * 2008-04-11 2013-12-11 住友重机械工业株式会社 作业机械
JP4609567B2 (ja) * 2008-10-29 2011-01-12 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械
CN104763014A (zh) * 2008-11-10 2015-07-08 住友重机械工业株式会社 混合式施工机械的控制方法
EP2357150B1 (en) * 2008-11-18 2019-05-01 Sumitomo Heavy Industries, LTD. Working machine
JP5220679B2 (ja) * 2009-04-20 2013-06-26 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械及びハイブリッド型作業機械の制御方法
WO2011034061A1 (ja) * 2009-09-15 2011-03-24 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型建設機械
JP5342473B2 (ja) * 2010-02-25 2013-11-13 ナブテスコ株式会社 ハイブリッド建機の制御装置
JP5184616B2 (ja) * 2010-12-09 2013-04-17 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
JP5329574B2 (ja) * 2011-01-25 2013-10-30 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型建設機械
JP5841399B2 (ja) * 2011-10-14 2016-01-13 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械及びその制御方法
CN103890279B (zh) * 2011-10-26 2016-07-06 住友重机械工业株式会社 混合式挖土机及混合式挖土机的控制方法
JP6232795B2 (ja) * 2013-07-18 2017-11-22 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械
JP6197527B2 (ja) * 2013-09-24 2017-09-20 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009235707A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハイブリッド式建設機械
US20110077825A1 (en) * 2008-05-27 2011-03-31 Sumitomo (S.H.I) Construction Machinery Co., Ltd. Turning drive control unit and construction machine including same
US20110265467A1 (en) * 2009-07-10 2011-11-03 Kayaba Industry Co., Ltd. Control device for hybrid construction machine

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Publication number Publication date
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US9725880B2 (en) 2017-08-08
CA2872608A1 (en) 2013-12-12
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