KR20230138330A

KR20230138330A - 건설 기계의 배터리 충전 장치 및 이를 이용한 충전 방법

Info

Publication number: KR20230138330A
Application number: KR1020220036254A
Authority: KR
Inventors: 나종민; 정병규
Original assignee: 에이치디현대인프라코어 주식회사
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023182699A1

Abstract

본 개시의 실시 예들은 배터리팩에 저장된 전기 에너지를 건설 기계 내부 부하들에 분배하고, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전기를 상기 배터리팩에 전기적으로 연결시키거나 분리시키는 전력 분배 장치 및 상기 전력 분배 장치를 제어하여 상기 충전기를 상기 배터리팩과 전기적으로 연결시키며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전 프로필을 산정하는 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 충전 프로필은 제 1 충전 구간 및 제 2 충전 구간을 포함하며, 상기 제 1 충전 구간은 표준 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 2 정전류 충전 구간과 상기 표준 충전율보다 높은 제 1 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 1 정전류 충전 구간을 포함하고, 상기 제 2 충전 구간은 각 구간별로 일정한 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 복수의 정전류 충전 구간을 포함할 수 있다.

Description

건설 기계의 배터리 충전 장치 및 이를 이용한 충전 방법{BATTERY CHARGING APPRARTUS FOR CONSTRUCTION MACHINARY AND CHARGING METHOD USING THE SAME}

본 개시의 다양한 실시 예들은 전기 에너지를 동력으로 하는 건설 기계의 배터리충전 장치 및 이를 이용한 충전 방법에 관한 것이다.

건설 현장에서 토공 작업을 위한 장비들은 지속적으로 개선 및 발전해 왔다.

굴삭기는 건축 및 토목 공사시 땅을 파거나 메우는 굴삭작업, 경토, 암반 파쇄등의 브레이커 작업, 흙다짐과 같은 컴팩터 작업, 절단 등의 크라샤 작업과 같은 다양한 작업 수행이 가능한 건설 기계이다.

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, 아암, 버켓 등의 각 작업 부위를 작동시키고 있다.

디젤 엔진을 탑재하고 있는 굴삭기는 화석 연료인 경유를 사용하여 엔진의 힘을 발생시키기 때문에, 연료 값이 비싸고 중장비라는 특수성으로 인한 연료 소모량이 많으며, 대기 오염원으로 지적되기도 한다.

이러한 문제를 해소하기 위한 일환으로, 전기 에너지를 이용한 전기 굴삭기가 대두되었다.

전기 굴삭기는 배터리에 충전된 전기 에너지를 동력으로 하기 때문에, 효율적인 배터리 충전 장치 및 충전 방법이 요구된다.

전기 에너지를 동력원으로 이용하는 건설 기계는 이용 편의성을 향상시키기 위해, 배터리의 정확한 충전 시간을 사용자에게 알릴 수 있는 기술이 필요하다.

본 개시에서는 건설 기계의 배터리 충전 시작 전 충전 시간을 산출하여 사용자에게 제공하며, 사용자에게 제공된 충전 시간을 만족시킬 수 있는 배터리 충전 장치 및 이를 이용한 충전 방법을 제공하고자 한다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계의 배터리 충전 장치는 배터리팩에 저장된 전기 에너지를 건설 기계 내부 부하들에 분배하고, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전기를 상기 배터리팩에 전기적으로 연결시키거나 분리시키는 전력 분배 장치 및 상기 전력 분배 장치를 제어하여 상기 충전기를 상기 배터리팩과 전기적으로 연결시키며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전 프로필을 산정하는 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 충전 프로필은 제 1 충전 구간 및 제 2 충전 구간을 포함하며, 상기 제 1 충전 구간은 표준 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 2 정전류 충전 구간과 상기 표준 충전율보다 높은 제 1 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 1 정전류 충전 구간을 포함하고, 상기 제 2 충전 구간은 각 구간별로 일정한 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 복수의 정전류 충전 구간을 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하도록 상기 복수의 정전류 충전 구간 각각의 충전율을 산정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리팩의 동작 한계 온도에 기초하여 상기 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 제 1 정전류 구간의 상기 제 1 충전율을 산정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리팩의 동작 한계 온도에 기 설정된 온도 이상의 여유를 두고 상기 표준 충전율보다 높은 상기 제 1 충전율을 산정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 표준 충전율보다 높은 상기 제 1 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 제 1 정전류 충전 구간의 초과 충전량과 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 복수의 정전류 충전 구간의 부족 충전량이 동일해지도록 상기 충전 프로필을 산정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 초과 충전량은, 상기 제 1 정전류 충전 구간에서 상기 제 1 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 충전량의 차이고, 상기 부족 충전량은, 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 복수의 정전류 충전 구간의 누적 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차일 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 단계적으로 낮아지는 충전율을 갖는 상기 복수의 정전류 충전 구간을 포함하는 상기 충전 프로필을 산정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리팩의 실제 충전량 및 상기 복수의 정전류 충전 구간 중 최종 정전류 충전 구간을 제외한 상기 충전 프로필에 따라 산정된 상기 배터리팩의 충전량에 기초하여 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 변화시킬 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 최종 정전류 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산정된 충전량을 초과될 경우 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 감소시키고, 상기 최종 전전류 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산정된 충전량보다 부족할 경우 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 증가시킬 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계의 배터리 충전 장치를 이용한 충정 방법은, 급속 충전 모드 진입시 배터리팩의 잔존용량을 산출하는 동작; 외기 온도, 상기 배터리팩의 온도 및 상기 잔존용량에 기초하여 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 첫번째 충전 구간을 산출하는 동작; 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 계단식 충전 구간을 산출하는 동작; 상기 첫번째 충전 구간 및 상기 계단식 충전 구간의 충전 시간을 산출하는 동작; 상기 산출된 충전 시간을 사용자에게 제공하는 동작; 및 상기 첫번째 충전 구간 및 상기 계단식 충전 구간에 적용된 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 시작하는 동작을 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 계단식 충전 구간을 산출하는 동작은, 상기 첫번째 충전 구간의 초과 충전량과 상기 계단식 충전 구간의 부족 충전량이 동일해지도록 상기 계단식 충전 구간을 산출할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 초과 충전량은, 상기 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 첫번째 충전 구간의 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차이고, 상기 부족 충전량은, 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 계단식 충전 구간의 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차일 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계의 배터리 충전 장치를 이용한 충전 방법은, 상기 배터리팩의 충전을 시작하는 동작 이후, 상기 계단식 충전 구간 중 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량 및 상기 최종 충전 구간을 제외한 나머지 충전 구간에 따라 산출된 상기 배터리팩의 충전량에 기초하여 상기 최종 충전 구간의 충전율을 변화시키는 동작을 더 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 충전율을 변화시키는 동작은, 상기 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산출된 충전량보다 부족한 경우 상기 최종 충전 구간의 충전율을 증가시키는 동작 및 상기 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산출된 충전량을 초과한 경우 상기 최종 충전 구간의 충전율을 감소시키는 동작을 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계는, 표준 충전율로 배터리팩의 충전을 진행하는 제 2 정전류 충전 구간과 상기 표준 충전율보다 높은 제 1 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 1 정전류 충전 구간을 포함하는 제 1 충전 구간 및 각 구간별로 일정한 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 복수의 정전류 충전 구간을 포함하는 제 2 충전 구간을 포함하는 충전 프로필을 산정하는 배터리 관리 시스템, 건설 기계의 동작 제어에 사용되는 명령 또는 데이터를 수신하는 조작 장치, 상기 건설 기계의 동작과 관련된 시각 정보, 청각 정보 및 촉각 정보 중 적어도 하나의 출력을 발생시키는 출력 장치 및 상기 배터리 관리 시스템, 상기 조장 장치, 및 출력 장치 중 적어도 하나를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들은 건설 기계의 배터리 충전 장치 및 충전 방법에서 배터리 충전 시작전에 목표 충전 시간을 정확히 예측하여 사용자에게 전달함으로써, 사용자의 건설 기계 이용의 편의성을 향상시킬 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 굴삭기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 굴삭기를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 도시한 도면이다.
도 5 및 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치의 동작 예를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 이용한 배터리 충전 방법을 도시한 흐름도이다.

본 개시물의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 장치 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시물은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 개시물의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시물이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시물의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시물은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시물을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 개시물의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시물이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 실시 예에서 사용되는 '부' 또는 '모듈'이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.

본 개시물의 몇몇 실시 예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계를 도시한 도면이다.

다양한 실시 예에 따르면, 건설 기계(100)는 토목공사나 건축공사 현장에서 작업을 수행하는 기계를 지칭하는 것으로, 도 1을 통해 도시된 바와 같이, 믹서트럭(mixer truck) (110), 덤프 트럭(dump truck)(120), 도저(dozer)(130), 굴삭기(excavator)(140)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 건설 기계는 굴착기(drilling machine), 크레인(crane), 휠로더(wheel loader), 스크레이퍼(scraper) 등과 같은 다양한 기계를 포함할 수 있다. 이러한 건설 기계는 사용자의 조작에 기반하여 작업을 수행하거나, 사용자없이 자율 작업을 수행할 수 있다. 자율 작업은 사용자의 조작없이 건설 기계(100)가 자율적으로 이동하는 동작, 건설 기계(100)에 의해 수행될 수 있는 작업을 자율적으로 수행하는 동작 등을 모두 포함하는 의미일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 건설 기계(100)는 전기 에너지를 동력원으로 토목공사나 건축공사 현장에서 작업을 수행하는 기계를 포함할 수 있다.

예를 들어, 전기 에너지를 동력원으로 사용하는 굴삭기(140)는 굴삭기는 전기 에너지를 동력으로 회전하는 전동기를 탑재하고 있으며, 전동기의 힘을 이용하여 유압 펌프를 구동하고, 유압 펌프에서 토출되는 작동유를 유압 모터나 유압 실린더 등의 유압 액추에이터로 공급함으로써, 주행용 크롤러 또는 타이어의 회전이나 붐, 아암, 버켓 등의 각 작업 부위를 작동시키고 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 굴삭기를 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명에서는, 도 1에 도시된 건설 기계 중 굴삭기를 예를 들어 설명하나 건설 기계를 굴삭기로 한정하는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 굴삭기(200)는 이동 역할을 하는 하부체(210), 하부체(210)에 탑재되어 360도 회전하는 상부체(220) 및 상부체(220)의 전방에 결합된 프론트 작업 장치(230)로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 굴삭기(200)의 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성 요소(예: 하부체(210)의 후방에 결합된 플레이드 등)가 추가될 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상부체(220)는 운전자가 탑승하여 조작할 수 있는 운전실(222)이 내장되고 동력발생 장치(예: 전동기)가 장착될 수 있는 내부공간(미도시)이 구비될 수 있다. 운전실(222)은 작업 영역과 가까운 부분에 구비될 수 있다. 작업 영역은 굴삭기(200)가 작업을 하는 공간으로서, 굴삭기(200) 전방에 위치할 수 있다. 예를 들어, 탑승한 운전자가 확보된 시야 아래에서 작업을 진행하고, 프론트 작업 장치(230)가 장착되는 위치를 고려하여 운전실(222)은, 도 2에서와 같이 작업 영역과 근접하면서 상부체(220)에서 일측으로 편향된 곳에 위치할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 프론트 작업 장치(230)는 상부체(220)의 상면에 장착되고, 토지 굴삭이나 하중이 큰 물체의 운반 등의 작업을 진행하기 위한 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프론트 작업 장치(230)는 상부체(220)에 회전 가능하게 결합되는 붐(231), 붐(231)을 회전시키는 붐 실린더(232), 붐(231)의 선단부에 회전 가능하게 결합되는 암(233), 암(233)을 회전시키는 암 실린더(234), 암(233)의 선단부에 회전 가능하게 결합되는 버켓(235), 버켓(235)을 회전시키는 버켓 실린더(236)를 포함할 수 있다. 굴삭기(200)의 작업시에는 붐(231)의 일단과 암(233)의 일단 그리고 버켓(235)의 일단에서 각각 개별적으로 회전 운동하여 버켓(235)이 도달할 수 있는 영역을 최대화할 수 있다. 전술한 프론트 작업 장치(230)는 많은 문서에서 공지되어 있는 바, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

다양한 실시 예에 따르면, 하부체(210)는 상부체(220)의 하면에 결합될 수 있다. 하부체(210)는 바퀴를 사용하는 휠 타입 또는 무한궤도를 사용하는 크롤러 타입으로 형성된 주행체를 포함할 수 있다. 주행체는 동력발생 장치에 의해 발생되는 동력을 구동력으로 하여 굴삭기의 전후좌우 움직임을 구현할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 하부체(210)와 상부체(220)는 센터 조인트(center joint)에 의해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 굴삭기를 개념적으로 나타낸 도면이다.

이하 설명에서는, 건설 기계(300)의 일 예로 굴삭기에 기초하여 도 3을 설명할 수 있으나, 본 개시가 굴삭기에 한정되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 건설 기계 예를 들어, 굴삭기(300)는 프로세서(310), 통신 장치(320), 저장 장치(330), 조작 장치(340), 출력 장치(350) 및 배터리 충전 장치(360)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 건설 기계(300)의 구성요소 중 적어도 하나가 생략되거나 또는 하나 이상의 다른 구성 요소(예: 입력 장치, 출력 장치 등)가 건설 기계(300)의 구성으로 추가될 수도 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 통신 장치(320)는 무선 통신 기술을 이용하여 외부 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 장치는 관제 센터(미도시) 및 다른 건설 기계(110 내지 130)를 포함할 수 있다. 예컨대, 통신 장치(320)는 외부 장치로부터 작업 지시를 수신하고, 외부 장치로 작업과 관련된 정보(예: 작업 결과)를 전송할 수 있다. 이때, 통신 장치(320)가 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 저장 장치(330)는 건설 기계(300)의 적어도 하나의 구성요소(예를 들어, 프로세서(310), 통신 장치(320), 조작 장치(340), 출력 장치(350) 또는 배터리 충전 장치(360))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 저장 장치(330)는 건설 기계(300)의 제원(예: 모델명, 고유번호, 기본 사양), 맵 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치(330)는 비휘발성 메모리 장치 및 휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 센서 장치(미도시)는 다양한 센서들을 이용하여 건설 기계(300)의 상태, 건설 기계(300)의 작업 영역 또는 건설 기계(300) 주변의 장애물 중 적어도 하나와 관련된 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 건설 기계(300)의 상태와 관련된 정보를 수집하기 위한 각도 센서, 관성 센서 또는 회전 센서 중 적어도 하나가 센서 장치의 구성으로 사용될 수 있으며, 건설 기계(300)의 작업 영역 및 주변 장애물과 관련된 정보를 수집하기 위한 전자기파 센서, 카메라 센서, 레이다, 라이다 또는 초음파 센서 중 적어도 하나가 센서 장치의 구성으로 사용될 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 건설 기계(300)의 상태, 건설 기계(300)의 작업 영역 또는 건설 기계(300) 주변의 장애물과 관련된 정보를 수집할 수 있는 다양한 종류의 센서들이 센서 장치의 구성으로 사용될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 조작 장치(340)는 건설 기계, 예를 들어 굴삭기(300)의 작업을 제어할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 조작 장치(340)는 굴삭기(300)의 동작 제어에 사용될 명령 또는 데이터를 수신할 수 있다. 조작 장치(340)는 프론트 작업 장치(230)의 적어도 일부(예: 붐(231), 암(233) 및 버킷(235))를 조작하기 위한 조작 레버, 하부체(210)의 조향을 조작하기 위한 핸들, 굴삭기(300)의 이동 속도 또는 전후방 주행을 조작하기 위한 변속 레버 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 조작 장치(340)는, 도 2를 통해 전술한 운전실(222)에 마련될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 출력 장치(350)는 굴삭기(300)의 동작과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 출력 장치(350)는 시각 정보를 출력하는 디스플레이, 청각 정보를 출력하는 오디오 데이터 출력 장치, 촉각 정보를 출력하는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 등을 포함할 수 있다. 또한, 오디오 데이터 출력 장치는, 굴삭기(300)에 포함되거나, 굴삭기(300)에 유/무선을 통해 연결된 스피커, 이어폰, 이어셋 또는 헤드셋 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 출력 장치(350)는 사용자에게 배터리의 완충에필요한 충전 시간을 시각 정보로서 제공하는 디스플레이가 구비된 계기판을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따른, 배터리 충전 장치(360)에 대한 설명은 후술할 도 4의 설명으로 대신한다.

다양한 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는 건설 기계(300)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는, 저장 장치(330)에 저장된 소프트웨어(예를 들어, 프로그램)를 실행하여, 프로세서(310)에 연결된 구성 요소(예를 들어, 통신 장치(320), 저장 장치(330), 조작 장치(340), 출력 장치(350) 또는 배터리 충전 장치(360)) 중 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(310)는 다른 구성 요소로부터 수신된 명령 또는 데이터를 저장 장치(330)에 저장하고, 저장 장치(330)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 저장 장치(330)에 저장할 수 있다. 프로세서(310)는 메인 프로세서 및 메인 프로세서와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(310)는 전술한 구성 요소(예를 들어, 통신 장치(320), 저장 장치(330), 조작 장치(340), 출력 장치(350) 또는 배터리 충전 장치(360))와 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 배터리 충전 장치(360)는 배터리팩(361), 배터리 관리 시스템(362), 전력 분배 장치(363), 제 1 충전기(364) 및 제 2 충전기(365)를 포함할 수 있다.

배터리팩(361)은 리튬이온 2차 전지로 구성된 배터리팩일 수 있다.

배터리팩(361)은 고전압 케이블(cable)을 통해 전력 분배 장치(363)와 전기적으로 연결될 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)은 BMS(Battery Management System)을 포함할 수 있으며, 배터리팩(361)을 모니터링하고, 제 1 충전기(364) 또는 제 2 충전기(365)와 통신을 통해 배터리팩(361)의 충전량을 제어할 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템(362)는 배터리팩(361)의 잔존용량(SOC: State Of Charge) 및 온도에 따라 변화되는 내부 저항을 검출하여 전위를 추정하는 방법 등 여러가지 방식으로 배터리팩(361)의 축전량 즉, 전위을 검출 및 모니터링할 수 있다.

또한, 배터리 관리 시스템(362)는 CAN 통신을 이용하여 제 1 충전기(364) 또는 제 2 충전기(365)와 통신하며, 제 1 충전기(364) 또는 제 2 충전기(365)를 제어함으로써 배터리팩(361)의 충전량을 제어할 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)는 전력 분배 장치(363)의 릴레이 제어를 수행할 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템(362)는 전력 분배 장치(363)의 릴레이 제어를 통해 제 1 충전기(364) 및 제 2 충전기(365) 중 어느 하나를 배터리팩(361)과 전기적으로 연결시킬 수 있다.

결국, 배터리 관리 시스템(362)은 전력 분배 장치(363)를 통해 제 1 및 제 2 충전기(364, 365) 중 어느 하나를 배터리팩(361)과 전기적으로 연결시키고. 배터리팩(361)과 전기적으로 연결된 충전기를 CAN 통신을 통해 제어함으로써, 배터리팩(361)의 충전량을 제어할 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)는 CAN 통신을 통해 프로세서(310) 또는 출력 장치(350, 예를 들어, 계기판)와 통신할 수 있으며, 사용자에게 충전 시간을 포함하는 배터리팩(361)의 상태를 알릴 수 있다.

전력 분배 장치(363)는 제 1 및 제 2 충전기(364, 365)와 배터리팩(361)을 연결하는 메인 릴레이(main relay)를 포함할 수 있다. 더불어, 전력 분배 장치(363)는 제 1 및 제 2 충전기(364, 365)가 연결되는 일단과 배터리팩(361)이 연결되는 타단 사이의 전위를 맞추기 위한 프리차지 릴레이(pre-charge relay) 및 프리차지 저항을 더 포함할 수 있다.

이때, 전력 분배 장치(363)에 포함되는 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이는 배터리 관리 시스템(362)에 의해 제어될 수 있다.

또한, 전력 분배 장치(363)는 PDU(Power Distribution Unit)으로 구현될 수 있으며, 배터리팩(361) 또는 제 1 충전기(364)를 통해 전달되는 전기 에너지를 건설 기계 내부의 부하들에 분배하여 제공할 수 있다. 이때, 건설 기계의 내부 부하들은 동력 발생 장치(전동기)를 포함할 수 있다.

제 1 충전기(364)는 제 2 충전기(365)보다 출력이 낮은 충전기로서, 완속 충전기(OBC: On Board Charge)를 포함할 수 있고, 고압 케이블을 통해 전력 분배 장치(363)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 1 충전기(364)는 건설 기계에 탑재될 수 있으며, 220볼트(V)의 벽전원을 통해 교류 전력을 공급받아 직류(DC)로 변환하여 배터리팩(361)을 충전시키기 위한 완속 충전기를 포함할 수 있다.

제 2 충전기(365)는 제 1 충전기(364)보다 출력이 높은 충전기로서, 급속 충전기(QC: Quick Charge)를 포함할 수 있고, 고압 케이블을 통해 전력 분배 장치(363)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 2 충전기(365)는 건설 기계 외부에 별치될 수 있으며, 380볼트(V) 3상 전원을 통해 교류 전력을 공급받아 직류(DC)로 변환하여 배터리팩(361)을 충전시키기 위한 급속 충전기를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 건설 기계의 배터리 충전 장치(360)는 배터리 관리 시스템(362)의 제어에 의해 제 1 충전기(364)를 통해 배터리팩(361)을 충전시키거나 제 2 충전기(365)를 통해 배터리팩(361)을 충전시킬 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)는 제 1 충전기(364)를 통해 배터리팩(361)을 충전시키는 완속 충전 모드와 제 2 충전기(365)를 통해 배터리팩(361)을 충전시키는 급속 충전 모드를 제공할 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)은 급속 충전 모드시 복수의 충전 구간별로 서로 다른 충방전율(C-rate)을 적용시킨 충전 프로필(Profile)을 산정하고, 산정된 충전 프로필에 따라 배터리팩(361)을 충전시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치의 동작 예를 도시한 그래프이다.

특히, 도 5는 급속 충전 모드시 배터리 관리 시스템(362)에 의해 산정되는 표준 충전 프로필에 포함되는 표준 정전류 충전 구간(표준 CC 구간, Constant Current)과 표준 정전압 충전 구간(표준 CV 구간, Constant Voltage)을 도시한 그래프일 수 있다.

표준 정전류 충전 구간(표준 CC 구간)은 정전류로 배터리팩(361)을 충전하는 구간일 수 있다.

이때, 배터리팩(361)을 정전류로 충전하는 구간인 표준 정전류 충전 구간에서 배터리팩(361)의 전압은 상승하게 되며, 배터리팩(361)의 전압이 정전압 상한 레벨(CV 상한 값)에 도달하면, 배터리팩(361)은 정전압으로 충전될 수 있다.

표준 정전압 충전 구간(표준 CV 구간)은 정전압으로 배터리팩(361)을 충전하는 구간일 수 있다.

이때, 표준 정전압 충전 구간에서 배터리팩(361)의 전압은 CV 상한값을 유지하며, 배터리팩(361)으로 유입되는 전류값은 비선형적으로 감소할 수 있다. 또한, 배터리팩(361)으로 유입되는 전류가 충전 종지 전류 값에 도달하면 표준 정전압 구간이 종료되며, 배터리팩(361)이 완충되었다고 판단할 수 있다.

배터리팩(361)의 용량과 충전시 배터리팩(361)으로 유입되는 전류에 기초하여 충전율(C-rate)이 산정될 수 있다.

배터리팩(361)은 충전시 열을 발생시키고, 기설정된 온도 이상에서는 배터리팩(361)이 손상될 수 있다.

따라서, 배터리 관리 시스템(362)는 배터리팩(361)의 온도와 배터리팩(361)의 잔존용량(SOC)를 기준으로 표준 충전율, 표준 충전율에 따른 정전류로 충전하는 충전 구간(표준 정전류 충전 구간) 및 정전압으로 배터리팩(362)을 충전하는 구간(표준 정전압 충전 구간)을 포함하는 표준 충전 프로필을 산정할 수 있다.

더불어, 배터리 냉각 시스템이 구비되지 않는 경우 배터리팩(361)의 충전시 발열을 해소하기 위해 외부 공기(외기)를 이용하기 때문에, 배터리 관리 시스템(362)은 배터리팩(362)의 충전시 외기 온도, 배터리팩의 현재 온도 및 잔존용량(SOC)을 기초하여 표준 충전율, 표준 정전류 충전 구간 및 표준 정전압 충전 구간이 포함된 표준 충전 프로필을 산정할 수 있다.

이때, 배터리 관리 시스템(362)은 실험을 통해 획득된 외기 온도, 충전시 배터리팩(361)의 온도, SOC 및 충전율 별 발열의 상관 관계에 대한 데이터가 저장된 저장 장치(330)로부터 관련 데이터들을 수신할 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)은 저장 장치(330)에 저장된 데이터들을 수신하여 도 5에 도시된 그래프와 같은, 표준 충전율, 표준 정전류 충전 구간 및 표준 정전압 충전 구간이 포함된 표준 충전 프로필을 산정할 수 있다.

도 6은 급속 충전 모드시 배터리 관리 시스템(362)에 의해 표준 충전 프로필이 산정된 이후 본 개시에 따른 다양한 실시 예에 따른 충전 프로필을 도시한 그래프일 수 있다.

급속 충전 모드시 배터리 관리 시스템(362)은 외기 온도, 배터리팩(361)의 현재 온도, 배터리팩(361)의 잔존용량(SOC)에 기초하여 표준 충전율(C-rate)보다 높은 제 1 충전율(C-rate)로 배터리팩(361) 충전시키는 제 1 충전 구간(CC1)을 산정할 수 있다.

예를 들어, 급속 충전 모드시 배터리 관리 시스템(362)은 표준 정전류 충전 구간(표준 CC 구간)의 표준 충전율이 0.5C일 경우 배터리팩(361)의 동작 한계 온도(operational Temp. Limit, 예를 들어, 약 55도)에 기설정된 온도(예를 들어, 5도) 이상 여유를 두고 0.5C보다 더 높은 제 1 충전율을 산정할 수 있다. 이때, 제 1 충전율은 현재 배터리 온도와 SOC를 반영하여 산출될 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)은 제 1 충전율로 배터리팩(361)을 충전시키는 제 1 충전 구간(CC1)을 산정한 이후 표준 충전율로 배터리팩(361)을 충전시키는 제 2 충전 구간(CC2)을 산정할 수 있다. 이때, 표준 CC 구간은 제 1 충전 구간(CC1)과 제 2 충전 구간(CC2)으로 나누어질 수 있으며, 표준 CC 구간에서 제 1 충전 구간(CC1)을 제외한 나머지 충전 구간이 제 2 충전 구간(CC2)일 수 있다.

배터리 관리 시스템(362)는 표준 CC 구간에 대응하는 제 1 및 제 2 충전 구간(CC1, CC2)을 산정한 이후 표준 CV 구간에 대응하는 복수의 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)을 산정할 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템(362)은 표준 충전율이 비선형 곡선 형태를 갖는 표준 CV 구간을 제 3 내지 제 7 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)으로 분할할 수 있다.

또한, 배터리 관리 시스템(362)은 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)각각이 동일한 충전 시간을 갖도록 산정할 수 있고, 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)에 기초하여 최종 충전 구간인 제 7 충전 구간(CC7)을 산정할 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템(362)은 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6) 각각의 충전 시간보다 더 긴 충전 시간을 갖는 제 7 충전 구간(CC7)을 산정할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(362)은 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)의 총 구간보다 더 긴 충전 시간을 갖는 제 7 충전 구간(CC7)을 산정할 수도 있다.

이때, 배터리 관리 시스템(362)은 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)의 각 충전율이 표준 CV 구간의 표준 충전율을 초과하지 않도록 산정할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 내지 제 7 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)의 각 충전율은 각 충전 구간에서 일정한 값을 가질 수 있다.

따라서, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 충전 프로필은 도 6에 도시된 제 1 내지 제 7 충전 구간(CC1, CC2, CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)과 같이, 각 충전 구간 별로 일정한 충전율을 가지므로, 복수의 정전류 충전 구간을 갖는 충전 프로필일 수 있다.

제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)에서는 표준 CV 구간의 표준 충전율보다 낮은 충전율로 배터리팩(361)을 충전하므로, 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)에서의 누적 충전량은 표준 CV 충전율에 따른 누적 충전량에 비해 적을 수 있다. 더불어, 제 3 내지 제 6 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6)은 표준 CV 구간보다 낮은 충전율로 배터리팩(361)을 충전하므로, 표준 CV 구간보다 배터리팩(361)의 온도가 빠르게 냉각될 수 있다.

도 6의 a1은 제 3 충전 구간(CC3)에서 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량과 본 개시에서 제안하는 충전 방식에 따른 충전량의 차를 나타낸 것일 수 있다.

도 6의 a2는 제 4 충전 구간(CC4)에서 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량과 본 개시에서 제안하는 충전 방식에 따른 충전량의 차를 나타낸 것일 수 있다.

도 6의 a3은 제 5 충전 구간(CC5)에서 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량과 본 개시에서 제안하는 충전 방식에 따른 충전량의 차를 나타낸 것일 수 있다.

도 6의 a4는 제 6 충전 구간(CC6)에서 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량과 본 개시에서 제안하는 충전 방식에 따른 충전량의 차를 나타낸 것일 수 있다.

도 6의 a5와 B는 제 7 충전 구간(CC7)에서 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량과 본 개시에서 제안하는 충전 방식에 따른 충전량의 차를 나타낸 것일 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 6의 a1 ~ a5는 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량보다 부족한 제 3 내지 제 7 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)의 충전량을 나타내는 것일 수 있고, 도 6의 B는 표준 CV 충전 방식에 따른 충전량보다 많은 제 7 충전 구간(CC7)의 충전량을 나타내는 것일 수 있다.

표준 충전 프로필과 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 제 1 내지 제 7 충전 구간(CC1, CC2, CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)을 포함하는 급속 충전 프로필은 배터리팩(361)을 100퍼센트 충전시키는 충전 프로필이므로, 표준 충전 프로필의 표준 CC 구간보다 많은 양의 전기 에너지를 충전시키는 제 1 충전 구간(CC1)의 초과 충전량(A)과 표준 CV 충전 방식보다 많은 양의 전기 에너지를 충전시키는 제 7 충전 구간(CC7)의 초과 충전량(B)의 합이 표준 CV 충전 방식보다 적은 양의 전기 에너지를 충전시키는 제 3 내지 제 7 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)의 부족한 충전량의 합(a1+a2+a3+a4+a5)과 동일해지도록, 본 발명의 실시예에 따른 충전 프로필은 산정될 수 있다.

따라서, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 충전 프로필은 A + B = a1 + a2 + a3 + a4 + a5의 수식을 만족할 수 있다.

또한, 배터리 관리 시스템(362)은 제 6 충전 구간(CC6) 이후 충전 종료까지 잔여 시간과 현재까지 누적 충전량을 비교하여 제 7 충전 구간(CC7)의 충전율을 변화시킬 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템(362)은 제 7 충전 구간(CC7)에서 잔여 시간대비 배터리팩(361)의 충전량이 부족한 경우 산출되었던 충전율보다 높은 충전율로 배터리팩(361)을 충전시키고, 잔여 시간대비 배터리팩(361)의 충전량이 초과된 경우 산출되었던 충전율보다 낮은 충전율로 배터리팩(361)을 충전시킬 수 있다.

결국, 배터리 관리 시스템(362)는 제 7 충전 구간(CC7)에서 충전 종료까지의 잔여 시간 대비 배터리팩(361)의 실제 충전량과 산정된 충전량을 비교하여 제 7 충전 구간(CC7)의 충전율을 가변시킬 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 급속 충전 모드시 서로 다른 충전율로 배터리팩을 충전시키는 복수의 충전 구간을 포함하는 충전 프로필을 산정할 수 있다. 이때, 첫번째 충전 구간은 표준 충전율보다 높은 충전율로 충전되는 구간일 수 있으며, 첫번째 충전 구간은 외기 온도, 배터리팩의 온도 및 SOC에 따라 산출될 수 있다.

또한. 배터리 충전 장치는 표준 충전율로 배터리팩을 충전하는 충전 구간과 표준 충전율보다 낮은 충전율로 배터리팩을 충전하는 복수의 충전 구간을 포함하는 충전 프로필을 산정할 수 있다.

이때, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 표준 충전율보다 높은 충전율로 충전하는 첫번째 충전 구간의 초과 충전량과 표준 충전율보다 낮은 충전율로 충전하는 복수의 충전 구간의 부족 충전량이 동일해지도록 충전 프로필을 산정할 수 있다.

도 7은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 이용한 배터리 충전 방법을 도시한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 이용한 배터리 충전 방법은 잔존용량(SOC) 산출 동작(S1), 충전기 최대 출력 체크 동작(S2), 첫번째 충전 구간(CC1) 산출 동작(S3), 계단식 충전 구간 산출 및 충전 시간 산출 동작(S4), 충전 시간 표시 동작(S5), 충전 시작 동작(S6) 및 최종 충전 구간(CC7)의 충전율 가변 동작(S7)을 포함할 수 있다.

잔존용량 산출 동작(S1)은 급속 충전 모드 진입시 배터리팩(361)의 초기 잔존용량(SOC)을 산출하는 동작일 수 있다.

충전기 최대 출력 체크 동작(S2)는 급속 충전기의 최대 출력을 체크하는 동작일 수 있다.

첫번째 충전 구간 산출 동작(S3)은 외기 온도, 배터리 현재 온도 및 산출된 SOC에 기초하여 표준 충전율보다 높은 충전율로 배터리팩(361)을 충전시킬 첫번째 충전 구간(CC1)을 산출하는 동작을 포함할 수 있다. 이때, 첫번째 충전 구간(CC1)이 산출되면 두번째 충전 구간(CC2)은 표준 CC 구간에서 첫번째 충전 구간(CC1)을 제외한 구간으로 산출될 수 있다.

계단식 충전 구간 산출 및 충전 시간 산출 동작(S4)은 표준 CV 구간을 복수의 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)으로 분할하고, 분할된 각 충전 구간(CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)별로 표준 충전율보다 낮은 충전율을 적용시킨 충전 구간을 산출하는 동작을 포함할 수 있다. 이때, 표준 CV 구간에서 분할된 복수의 충전 구간들의 충전율 각각은 계단식으로 하락되는 값(step down)을 가질 수 있다.

또한, 계단식 충전 구간 산출 및 충전 시간 산출 동작(S4)은 각 충전 구간별로 산정된 충전율과 각 충전 구간의 충전량에 기초하여 충전 시간을 산출하는 동작을 포함할 수 있다.

일반적으로, 충전율(C-rate)에 따른 충전 전류는 충전 전류를 배터리의 정격용량으로 나눈 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 배터리 용량이 1Ah인 경우 1 암페어(Ampere)의 전류로 충전하는 경우 충전율 1C로 나타내고, 1시간을 충전하여야 배터리가 완전 충전된다는 것을 의미한다.

충전율이 2 C인 것은 2 암페어의 전류로 충전하는 것을 나타내며 30분을 충전하여야 배터리가 완전 충전되고, 충전율이 0.5 C인 것은 0.5 암페어의 전류로 충전하는 것을 나타내며 2시간을 충전하여야 배터리가 완전 충전될 수 있다.

결국, 충전율이 2 C인 것은 배터리를 완전히 충전시키기 위해, 충전율이 1 C인 경우보다 2배의 전류를 사용하여 충전시간을 1/2로 줄이겠다는 의미이며, 충전율이 0.5 C인 것은 충전율이 1 C인 경우보다 1/2의 전류를 사용하여 충전시간을 2배로 늘리겠다는 의미일 수 있다.

따라서, 각 충전 구간(CC1, CC2, CC3, CC4, CC5, CC6, CC7)의 충전량과 각 충전 구간별 충전율이 산정되면, 각 충전 구간의 충전 전류와 충전 시간이 산출될 수 있으며, 각 충전 구간별 산출된 충전 시간의 합이 배터리를 완충하기 위해 필요한 충전 시간으로 계산될 수 있다.

충전 시간 표시 동작(S5)은 계산된 충전 시간을 디스플레이(계기판) 또는 스피커를 통해 시각적 정보 또는 청각적인 정보로 사용자에게 알리는 동작을 포함할 수 있다.

충전 시작 동작(S6)은 산정된 충전 구간(CC1 ~ CC6)의 충전율로 배터리팩(361)을 충전할 수 있도록 급속 충전기(365)를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.

최종 충전 구간(CC7)의 충전율 가변 동작(S7)은 동작 S4에서 산정된 충전 시간을 맞추기 위하여 충전율을 가변하는 동작일 수 있다.

일 실시 예에 따라, 최종 충전 구간(CC7)의 충전율 가변 동작(S7)은 충전 시작 동작(S6) 이후 충전 구간(CC1 ~ CC6)에 따른 충전율로 배터리팩(361)을 충전한 결과, 배터리팩(361)의 실제 충전량이 동작 S4에서 계산된 충전 구간 CC1 내지 CC6에 의한 충전량보다 부족한 경우 산출되었던 최종 충전 구간(CC7)의 충전율보다 높은 충전율로 배터리팩(361)을 충전시키는 동작을 포함할 수 있다.

다른 일 실시 예에 따라, 최종 충전 구간(CC7)의 충전율 가변 동작(S7)은 충전 시작 동작(S6) 이후 충전 구간(CC1 ~ CC6)에 따른 충전율로 배터리팩(361)을 충전한 결과, 배터리팩(361)의 실제 충전량이 동작 S4에서 계산된 충전 구간 CC1 내지 CC6에 의한 충전량보다 초과된 경우 산출되었던 최종 충전 구간(CC7)의 충전율보다 낮은 충전율로 배터리팩(361)을 충전시키는 동작을 포함할 수 있다.

따라서, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 배터리 충전 장치 및 이를 이용한 충전 방법은 사용자에게 배터리 충전 시작전에 배터리팩(361)을 완충하는데 필요한 충전 시간을 제공할 수 있고, 제공된 충전 시간을 만족시키는 충전 동작을 수행할 수 있어, 사용자의 이용 편의성을 향상시킬 수 있다.

본 개시는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

200: 굴삭기 210: 하부체
220: 상부체 222: 운전실
230: 프론트 작업 장치 231: 붐
232: 붐 실린더 233: 암
234: 암 실린더 235: 버켓
236: 버켓 실린더
300: 건설 기계 310: 프로세서
320: 통신 장치 330: 저장 장치
340: 조작 장치 350: 출력 장치
360: 배터리 충전 장치

Claims

배터리팩에 저장된 전기 에너지를 건설 기계 내부 부하들에 분배하고, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전기를 상기 배터리팩에 전기적으로 연결시키거나 분리시키는 전력 분배 장치; 및
상기 전력 분배 장치를 제어하여 상기 충전기를 상기 배터리팩과 전기적으로 연결시키며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전 프로필을 산정하는 배터리 관리 시스템을 포함하고,
상기 충전 프로필은 제 1 충전 구간 및 제 2 충전 구간을 포함하며,
상기 제 1 충전 구간은 표준 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 2 정전류 충전 구간과 상기 표준 충전율보다 높은 제 1 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 1 정전류 충전 구간을 포함하고,
상기 제 2 충전 구간은 각 구간별로 일정한 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 복수의 정전류 충전 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하도록 상기 복수의 정전류 충전 구간 각각의 충전율을 산정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제2항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 배터리팩의 동작 한계 온도에 기초하여 상기 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 제 1 정전류 충전 구간의 상기 제 1 충전율을 산정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 배터리팩의 동작 한계 온도에 기 설정된 온도 이상의 여유를 두고 상기 표준 충전율보다 높은 상기 제 1 충전율을 산정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제2항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 표준 충전율보다 높은 상기 제 1 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 제 1 정전류 충전 구간의 초과 충전량과 상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 복수의 정전류 구간의 부족 충전량이 동일해지도록 상기 충전 프로필을 산정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제5항에 있어서,
상기 초과 충전량은,
상기 제 1 정전류 충전 구간에서 상기 제 1 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 충전량의 차이고,
상기 부족 충전량은,
상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 복수의 정전류 충전 구간의 누적 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제2항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
단계적으로 낮아지는 충전율을 갖는 상기 복수의 정전류 충전 구간을 포함하는 상기 충전 프로필을 산정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제7항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 배터리팩의 실제 충전량 및 상기 복수의 정전류 충전 구간 중 최종 정전류충전 구간을 제외한 상기 충전 프로필에 따라 산정된 상기 배터리팩의 충전량에 기초하여 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
제8항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 최종 정전류 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산정된 충전량을 초과될 경우 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 감소시키고,
상기 최종 정전류 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산정된 충전량보다 부족할 경우 상기 최종 정전류 충전 구간의 충전율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 배터리 충전 장치.
급속 충전 모드 진입시 배터리팩의 잔존용량을 산출하는 동작;
외기 온도, 상기 배터리팩의 온도 및 상기 잔존용량에 기초하여 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 첫번째 충전 구간을 산출하는 동작;
상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 계단식 충전 구간을 산출하는 동작;
상기 첫번째 충전 구간 및 상기 계단식 충전 구간의 충전 시간을 산출하는 동작;
상기 산출된 충전 시간을 사용자에게 제공하는 동작; 및
상기 첫번째 충전 구간 및 상기 계단식 충전 구간에 적용된 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 시작하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
제10항에 있어서,
상기 계단식 충전 구간을 산출하는 동작은,
상기 첫번째 충전 구간의 초과 충전량과 상기 계단식 충전 구간의 부족 충전량이 동일해지도록 상기 계단식 충전 구간을 산출하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
제11항에 있어서,
상기 초과 충전량은,
상기 표준 충전율보다 높은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 첫번째 충전 구간의 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차이고,
상기 부족 충전량은,
상기 표준 충전율보다 낮은 충전율로 상기 배터리팩을 충전시키는 상기 계단식 충전 구간의 충전량과 상기 표준 충전율로 상기 배터리팩을 충전한 충전량의 차인 것을 특징으로 하는 충전 방법.
제10항에 있어서,
상기 배터리팩의 충전을 시작하는 동작 이후, 상기 계단식 충전 구간 중 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량 및 상기 최종 충전 구간을 제외한 나머지 충전 구간에 따라 산출된 상기 배터리팩의 충전량에 기초하여 상기 최종 충전 구간의 충전율을 변화시키는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
제13항에 있어서,
상기 충전율을 변화시키는 동작은,
상기 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산출된 충전량보다 부족한 경우 상기 최종 충전 구간의 충전율을 증가시키는 동작 및
상기 최종 충전 구간에서 상기 배터리팩의 실제 충전량이 상기 배터리팩의 산출된 충전량을 초과한 경우 상기 최종 충전 구간의 충전율을 감소시키는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
표준 충전율로 배터리팩의 충전을 진행하는 제 2 정전류 충전 구간과 상기 표준 충전율보다 높은 제 1 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 제 1 정전류 충전 구간을 포함하는 제 1 충전 구간 및 각 구간별로 일정한 충전율로 상기 배터리팩의 충전을 진행하는 복수의 정전류 충전 구간을 포함하는 제 2 충전 구간을 포함하는 충전 프로필을 산정하는 배터리 관리 시스템;
건설 기계의 동작 제어에 사용되는 명령 또는 데이터를 수신하는 조작 장치;
상기 건설 기계의 동작과 관련된 시각 정보, 청각 정보 및 촉각 정보 중 적어도 하나의 출력을 발생시키는 출력 장치; 및
상기 배터리 관리 시스템, 상기 조장 장치, 및 출력 장치 중 적어도 하나를 제어하는 프로세서를 포함하는 건설 기계.