KR20220090256A - 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법은 굴삭기의 다중 동력원으로부터 각각의 출력정보와 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력정보를 획득하는 정보획득단계; 상기 요구동력정보를 기반으로 상기 동력원으로 부터 각각 상기 굴삭기로 제공될 동력을 결정하는 동력결정단계; 및 상기 동력결정단계에서 결정된 동력에 따라 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력을 충족시키는 출력단계;를 포함하고, 상기 동력원은 연료전지(Fuel Cell), 슈퍼커패시터(Super Capacitor) 및 배터리(Battery)인 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법 {AN IMPROVEMENT OF POWER MANAGEMENT CONTROL METHOD OF EXCAVATOR USING MULTI POWER SOURCE WITH ENERGY-SAVING REGENERATION}

본 발명은 에너지 재생(regeneration 또는 회생) 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다중 동력원을 갖는 굴삭기의 각 동력원의 동력 공급 메커니즘을 개선하여 에너지 공급 효율을 증대시키도록 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기는 조작자의 조작동작에 따라 유압장치가 구동되면서 바닥파기, 토사적재 등의 다양한 작업을 수행하는 중장비이며, 굴삭기의 끝단에는 암(ARM), 암(ARM)에 장착되는 버켓(BUCKET)을 장착한 붐을 형성하고 있다.

또한, 붐의 상하 각도를 조정하는 유압실린더를 포함하여 구성된다.

이러한 굴삭기 등의 건설기계는 엔진과 연결된 유압펌프로부터 형성된 작동유의 유압에 따라 건설 기계를 구동시키는 유압구조를 갖는다.

이러한 유압을 이용한 유압장비는 작동유의 유압을 이용하여 유압장비를 원하는 방향으로 즉각적으로 구동시키는데 많은 에너지가 열, 진동, 소음 등에 소모되고, 소모되는 에너지가 많을수록 에너지 효율이 감소하여 엔진의 연비에 많은 영향을 미쳐 유압 장비의 운용비용을 증가시키는 문제로 이어진다.

이에, 에너지 소비 및 배출량을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는데 이러한 기술 중 하이브리드 파워 시스템(Hybrid power system)은 차량에 성공적으로 적용되어 건설 기계, 특히 유압식 굴삭기 분야에서 많은 주목을 받고 있다.

따라서, 최근에는 환경 문제와 에너지 효율을 증대시키기 위하여 다양한 다중 동력원을 갖는 장비나 차량의 연구 및 개발이 집중되고 있다.

이러한 다중 동력원의 대표적 예로 전기에너지를 저장 및 제공하는 슈퍼커패시터와 배터리를 들 수 있으며, 슈퍼커패시터는 일반적인 2차전지에 비해 에너지 밀도(충전량)는 작으나 순간적인 출력이 강한 특성상 2차전지의 성능을 보완하는데 이용된다.

예를 들어, 차량에 시동을 걸거나 급가속 시 순간적으로 고출력을 요할 때 슈퍼커패시터에서 고출력의 전력을 차량에 공급한다.

대한민국 등록특허 제10-1524877호에서는 배터리와 울트라 커패시터를 전원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량에서 울트라 커패시터의 전압을 감안하여 배터리의 출력을 제어하기 위한 장치가 개시되어 있다.

또한, 상기 특허에서는 소정 시간 동안 작업 부하 평균값을 산출하고, 작업 부하 평균값에 배터리의 출력을 조절한 만큼 보정하여 배터리와 커패시터의 출력 정도를 조절하는 내용이 기재되어 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1653837호에서는 하이브리드 산업용 차량의 전력변환장치에서 스위치부의 온/오프 동작에 의해 배터리의 전합이 울트라 커패시터로 충전되는 내용이 기재되어 있다.

그러나 상기 등록특허들의 경우 배터리의 출력에 의존적이며 배터리를 계속적으로 사용해야 하므로 배터리 수명이 단축되는 문제점과, 배터리를 통한 전력의 공급 시 커패시터의 전압이 기준 전압 미만인 경우 차량에서 요구되는 전력 공급량을 충족할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 내연 기관에 공급되었던 연료 전지와 슈퍼커패시터 및 굴삭기용 배터리를 조합하는 에너지 분배 알고리즘을 기반으로 하는 환경 친화적인 에너지원을 제공하고, 다량의 에너지를 요구하는 대형 시스템에 전력 지원이 가능할 수 있도록 하는 에너지 재생 기능을 갖는 굴삭기의 동력 제어 방법의 개발이 요구되고 있다.

[특허문헌] KR 10-1524877호 (등록일자 2015년 05월 26일) [특허문헌] KR 10-1653837호 (등록일자 2016년 08월 29일)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 굴삭기 액추에이터의 리턴, 회전 또는 정지동작 중 발생하는 회생 동력을 저장하여 사용하는 환경 친화적인 에너지원을 제공할 뿐 아니라, 연료 전지, 슈퍼커패시터 및 배터리를 조합하는 에너지 분배 알고리즘을 기반으로 굴삭기의 요구동력을 안정적으로 제공할 수 있도록 하는 에너지 재생 기능을 갖는 굴삭기의 동력 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 굴삭기의 동력 제어 방법은 굴삭기의 다중 동력원으로부터 각각의 출력정보와 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력정보를 획득하는 정보획득단계; 상기 요구동력정보를 기반으로 상기 동력원으로 부터 각각 상기 굴삭기로 제공될 동력을 결정하는 동력결정단계; 및 상기 동력결정단계에서 결정된 동력에 따라 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력을 충족시키는 출력단계;를 포함하고, 상기 동력원은 연료전지(Fuel Cell), 슈퍼커패시터(Super Capacitor) 및 배터리(Battery)인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 동력결정단계는 상기 요구동력정보를 기반으로 기설정된 기준 값에 따라 7개의 모드가 설정되며, 상기 모드는 작동평가모드, 유휴모드, 재생모드, 저동력로드모드, 중동력로드모드, 고동력로드모드 및 초고동력로드모드인 것으로 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 작동평가모드는 요구동력, 배터리전력 및 슈퍼커패시터전력을 계산하고, 기설정된 기준에 따라 상기 배터리 및 슈퍼커패시터의 오류나 오작동 발생을 예측하여 작동 가능여부를 평가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 유휴모드는 상기 굴삭기의 사용 준비가 완료될 시 유휴 상태를 유지하고, 배터리충전량(SoC_BAT) ＞ 배터리평균충전량(SoC_{BAT_ave}) 경우, 상기 연료전지와 상기 배터리는 상기 슈퍼커패시터를 충전하고, 배터리충전량(SoC_BAT) ≤ 배터리평균충전량(SoC_{BAT_ave}) 경우, 상기 배터리는 오프(Off)하고 상기 연료전지가 상기 슈퍼커패시터를 충전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 재생모드는 요구동력(P_req) ≤ 0 일 때, 상기 배터리 또는/및 상기 슈퍼커패시터가 상기 연료전지에 의해 충전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 저동력로드모드는 요구동력(P_req) ≤ 0.8 연료전지전력(P_FC) 일 때, 0.8 연료전지전력(P_FC)과 요구동력(P_req)의 차인 초과전력(P_exceed)이 상기 슈퍼커패시터 또는/및 상기 배터리에 충전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 저동력로드모드는 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최대충전량(SOC_{SC_max}) 이면, 상기 슈퍼커패시터가 상기 배터리보다 우선하여 충전되며, 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ≥ 슈퍼커패시터최대충전량(SOC_{SC_max}) 이면, 상기 배터리가 충전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 중동력로드모드는 요구동력(P_req) ＞ 0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 중간 부하가 요구되는 경우 일 때, 상기 배터리가 전력을 공급하고, 배터리충전량(SoC_BAT)이 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min})보다 작아져 방전되면 상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급하며, 요구동력(P_req)이 연료전지와 슈퍼커패시터의 총 공칭 전력 (P_req> P_{FC_n} + P_{SC_n})을 초과하면 상기 배터리의 충전이 실행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 고동력로드모드는 요구동력(P_req) ＞ 0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 고부하가 요구되는 경우 일 때, 상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급하고, 상기 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)이 슈퍼커패시터최소충전량(SoC_{SC_min})보다 작아져 방전되면 상기 배터리가 전력을 공급하며, 요구동력(P_req) ＞ 연료전지전력(P_FC) ＋ 배터리전력(P_BAT) 이면 상기 슈퍼커패시터의 충전이 실행되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 상기 초고동력로드모드는 요구동력(P_req) ＞ 0.8연료전지전력(P_FC) 이고, 초고부하가 요구되는 경우 일 때, 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＞ 슈퍼커패시터최소충전량( SoC_{SC_min}) 이고, 배터리충전량(SoC_BAT) ＞ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면, 상기 연료전지, 상기 슈퍼커패시터 및 상기 배터리가 전력을 공급하고, 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최소충전량( SoC_{SC_min}) 이거나 배터리충전량(SoC_BAT) ＜ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면, 상기 슈퍼커패시터가 충전되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 굴삭기의 동력 제어 방법에 의하면 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리로 구성된 동력원들의 동력 공급을 제어하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 동력결정단계에서의 각 모드별로 상기 동력원의 전력 공급 순서를 제어하여 안전적인 동력 공급 구조 및 배터리 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 다량의 에너지를 요구하는 굴삭기와 같은 대형 시스템에 효율적인 전력 지원이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동력결정단계를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법의 전반적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 동력결정단계에서 설정된 7개의 모드를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 굴삭기의 구조를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리 시스템을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 붐 상승시 나타나는 제1유압흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 붐 하강시 나타나는 유압흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 붐 상승시 나타나는 제2유압흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 로딩시 고속 확장모드의 유압흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법은 굴삭기 등 산업용 차량이나 하이브리드 차량 등에 이용될 수 있으며, 차량 이외에도 후술할 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리의 동력 공급 메커니즘을 적용 가능하다면 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 동력원은 연료전지(Fuel Cell), 슈퍼커패시터(Super Capacitor) 및 배터리(Battery)로 구성될 수 있다.

상기 연료전지는 수소연료전지일 수 있으며, 상기 수소연료전지는 수소와 공기 중 산소의 전기적 반응을 통해 전기에너지를 생성하는 장치의 일종으로, 구체적으로, 모터, 압축기, 밸브, 연료전지스택, 냉각기 등을 포함하여, 모터의 작동에 따라 압축기에서 공기가 공급되고 수소탱크에서 수소가 공급되며, 연료전지스택에서 전기가 생산된다.

상기 연료전지스택은 수소와 산소의 화학에너지를 전기화학적 반응에 의해 전력으로 변환시키는 역할을 수행하며, 수소의 이온화 과정에서 방출된 전자를 이용하여 전기에너지를 생산한다.

또한, 연료전지스택에 의해 전기화학적 반응에 의해 생성된 물은 상기 연료전지스택을 냉각시키기 위한 냉각기로 공급되며, 상기 연료전지스택에서 반응 후 잔존한 수소기체와 공기를 외부로 배출시킨다.

또한, 상기 연료전지스택으로 공급되는 수소와 산소를 포함한 공기는 전기 생산 효율을 증대시키기 위해 수분이 제어될 수 있으며, 일 실시예에서 연료전지스택에서 배출되는 공기 중의 수분을 응집하고, 상기 응집된 수분을 연료전지스택으로 공급되는 수소와 공기에 공급할 수 있다.

상기 슈퍼커패시터는 배터리에 비해 에너지 밀도가 높으며, 예컨대 탄소 소재의 활성탄에 붙는 전자의 흡착 또는 탈착에 따라 충전 또는 방전되는 구조일 수 있다.

상기 배터리는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 충전 또는 방전되는 구조를 가질 수 있으며, 상기 슈퍼커패시터보다 에너지 밀도가 낮다.

도 4는 본 발명에 따른 굴삭기의 구조를 나타내는 도이다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기는 서로 다른 성질을 갖는 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리의 동력 제공을 제어하여 에너지 효율성을 높이고 배터리의 수명을 증대시키도록 구성된다.

또한, 상기 굴삭기는 도 4에 도시된 바와 같이 전기에너지 소스와 유압식 액추에이터 2개의 주요 파트로 나누어질 수 있다.

또한, 상기 굴삭기의 전기적 구조는 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리를 포함할 수 있다.

상기 연료전지는 부스트 컨버터를 통해 DC버스와 연결되고, 상기 배터리와 상기 슈퍼커패시터 팩은 양 방향 DC버스와 연결된다.

또한, 상기 유압식 액추에이터는 회전플랫폼과 주행모터에 있는 붐, 디퍼, 버킷 및 운전실로 구성되고, 상기한 구성들은 자재 굴착, 암 리프팅, 회전, 덤핑, 암 다운, 제동 등의 기능을 수행하게 된다.

또한, 작동 과정에서 중력, 회전 또는 제동에 의해 붐 실린더가 자동으로 이래로 이동하는 경우 잠재되어 있는 에너지를 생성할 수 있고, 이러한 에너지는 충분히 많은 양으로 생성되어 이를 충전하여 재사용할 수 있게 된다.

또한, 유압모터는 붐 시스템 리턴 라인과 주행 모터에 설치되어 발전기의 토크와 속도를 조절한다.

따라서, 상기 액추에이터로부터의 유압력을 전력으로 변환하여 생성된 에너지는 제어 전략에 따라 설계된 배터리 또는 슈퍼커패시터에 저장될 수 있다.

또한, 상기 굴삭기에서의 동력 수요는 다섯개의 케이스로 분류하고, 상기 케이스는 저전력, 중전력, 고전력, 초고전력 및 에너지재생으로 분류된다.

상기 저전력(낮은전력)은 굴삭기가 새로운 위치로 이동하고, 붐실린더 또는 암실린더에 의해 무부하(without load) 상태로 암을 들어 올리고, 시스템을 제동하여 작업을 정지할 때 요구되어 진다.

상기 중전력(중간전력)은 상기 굴삭기가 오르막에 오르고 위치에 도달하면 천천히 브레이크를 밟고 무거운 하중을 힘들지 않게 잡아 당기는 경우에 요구되어 진다.

또한, 상기 중전력은 전력 수용은 그다지 높지 않으며, 전체 전력을 향상시키기 위해 다른 구성 요소를 추가하여 지원할 수 있다.

상기 고전력(높은전력)은 돌, 콘크리트 또는 광물과 같은 무겁고 단단한 목표물에 버킷이 닿을 때 요구되어 진다.

또한, 상기 고전력은 굴삭기가 회전 중 파괴 가능한 장애물에 부딪히거나 비상시 제동할 때 요청된 동작을 완료하려면 액추에이터를 높은 출력 수준으로 높여야 한다.

상기 초고전력(아주높은전력)은 고부하를 동시에 들고 회전시키거나 높은 위치로 들어 올리고 이동할 때와 같은 다중 동작을 수행할 때 요구되어 진다.

상기 에너지재생은 붐 실린더가 중력에 의해 아래로 내려오거나 스윙 회전하거나 또는 내리막 길에 의해 자동으로 이동할 때 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 굴삭기는 상기 굴삭기의 동력 수요에 따라 분류된 다섯개의 케이스를 기반으로 에너지 관리 시스템의 동력결정단계를 다수개의 작동 모드로 설정하여 실행하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 동력제어방법이 적용된 굴삭기 시스템을 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리 시스템을 나타내는 도이다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기의 회로에는 도 5에 도시된 바와 같이 전기 부품과 유압부품을 포함한다.

상기 유압부품은 주 메인밸브(PV), 5 개의 제어 밸브 (C1, C2, C3, C4 및 C5), 체크 밸브 (CV), 유량 제어 밸브 (FV), 유압 모터 (M1) 1 개, 펌프가 가변 용량 펌프 인 유압 펌프 (P1, P2) 2 개, 발전기 (G) 1 개, 유압 어큐뮬레이터 1 개를 추가로 장착한다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기의 제안된 회로에서는 붐 하강시의 에너지를 저장하기 위해 전기 에너지 저장 장치와 하나 이상의 어큐뮬레이터를 사용할 것을 제안한다.

어큐뮬레이터의 첫 번째 역할은 에너지를 저장하고 필요한 경우 부하가 로드될 때 유도되는 변동(fluctuation)을 억제하기 위해 방출하고, 두 번째 역할은 슈퍼커패시터와 같은 다른 에너지 저장 장치를 사용하여 동시에 시스템에 전력을 공급하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 붐 상승시 나타나는 제1유압흐름도이다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기는 도 6에 도시된 바와 같이 붐이 위로 상승할 때 또는 적재될 때 메인밸브(PV)가 왼쪽 위치로 전환하고 제어밸브 C2 및 C5가 개방된다.

이러한 방식으로 메인 펌프1(P1)은 오일을 회로로 펌핑하고 실린더를 연장한다.

또한, 펌프1(P1) 및 전기모터(M)와 동축으로 연결된 펌프 2(P2)는 오일을 어큐뮬레이터로 펌핑한다.

도 7은 본 발명에 따른 붐 하강시 나타나는 유압흐름도이다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기는 도 7에 도시된 바와 같이 하역시 중력으로 인해 붐이 자유낙하한다.

이 경우 메인밸브(PV)가 오른쪽 위치로 전환되고 제어 밸브 C2, C3 및 C5가 개방된다.

이 과정에서 오일은 체크 밸브를 통해 펌핑 될 수 있다.

즉, 메인 펌프를 작동할 필요가 없으며 리턴 된 오일은 제어 밸브 C3을 통해 흐르고 발전기와 동축으로 연결된 유압 모터(M1)를 회전시킨다.

붐의 움직임으로 인한 에너지 절약은 유체 형태에서 전기 형태로 전환되고 에너지 관리 전략에 따라 배터리 또는 슈퍼커패시터로 충전될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 붐 상승시 나타나는 제2유압흐름도이다.

붐이 위로 움직이면(부하가 가해지면) 도 8에 도시된 바와 같이 메인밸브(PV)가 왼쪽 위치로 전환되고 제어 밸브 C1, C2 및 C5가 개방된다.

이 상태에서 어큐뮬레이터에서 더 많은 유체가 제어 밸브 C1을 통해 방출되고 메인 라인의 유체와 결합되고, 실린더에 더 많은 힘이 지원되어 변동(fluctuation)이 억제될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 부하가 가해질 경우 고속 확장모드(High speed extending mode when loading)의 유압흐름도이다.

유량제어밸브는 도 9에 도시된 바와 같이 밸브는 액추에이터 확장 또는 축소 속도를 높이고 싶을 때 사용된다.

이 경우 어큐뮬레이터에 에너지가 저장되지 않거나 저장소에 충전되지 않는다.

또한 연장시 실린더의 속도는 제어 밸브 C4를 열고 제어 밸브 C5를 닫을 때 높여질수 있다.

본 발명에 따른 상기 굴삭기는 요청된 동작에서 필요한 동력 (Preq)이 하이브리드 파워 소스(Hybrid Power Source, HPS)에서 동력을 구동하기 위한 기준으로 결정된다.

또한, 배터리충전량(SoC_BAT) 및 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)은 구성 요소의 상태를 평가하는데 사용된다. 전체적인 에너지 관리 전략은 도 1에 도시된다.

또한, 하이브리드 전원(HPS)을 사용할 때 하이브리드 전원(HPS)의 작동 원리와 작동 모드를 명확히 하여 에너지를 최적화하고, 구성 요소의 수명을 늘려줄 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 동력결정단계를 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법의 전반적인 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 다중 중력원 굴삭기의 동력 제어 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 정보획득단계(S100), 동력결정단계(S200) 및 출력단계(S300)를 포함할 수 있다.

상기 정보획득단계(S100)는 굴삭기의 다중 동력원으로부터 각각의 출력 정보와 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력정보를 획득하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 정보획득단계(S100)는 상기 굴삭기의 조작신호를 입력받고, 미리 설정된 굴삭기의 동작정보가 포함된 동작신호와 상기 조작신호를 매치하여 상기 요구동력정보를 산출할 수 있다.

또한, 상기 굴삭기의 운행 시 사용자가 조작 가능한 조작부로부터 조작신호를 입력받고, 상기 조작신호를 기반으로 굴삭기의 동작을 판단하고, 상기 굴삭기의 동작에 따라 차량의 요구동력정보를 산출한다.

또한, 상기 조작신호는 사용자가 굴삭기의 핸들, 기어, 페달, 조종 장치 등을 조작함에 따라 발생된 신호를 의미할 수 있다.

또한, 상기 굴삭기의 동작 판단은 미리 설정된 동작정보, 예컨대 급가속, 급제동, 이동, 굴삭기인 경우 선회, 붐업, 붐다운 등의 동작을 포함하는 동작신호를 형성하고, 동작신호와 조작신호를 매치한다.

또한, 상기 동작신호는 이동과 선회, 급제동과 붐다운 등 동작의 조합에 대한 동작정보를 포함할 수 있으며, 상기 정보획득단계(S100)에서는 각각의 동작신호에 따른 요구동력을 산출하거나 미리 저장하여 두고 조작신호와 매치된 동작신호가 생성된 경우 해당 동작신호에 따른 요구동력을 포함하는 요구동력정보를 생성 또는 산출한다.

예를 들면, 굴삭기는 선회만을 수행하는 경우와, 선회 및 급제동을 동시에 수행하는 경우 요구되는 동력이 서로 다르며, 본 발명의 정보획득단계(S100)에서는 조작신호를 기반으로 미리 설정된 동작신호와 매칭하여 요구동력정보를 생성하므로 굴삭기의 운행과 별도로 요구동력정보에 대응하여 동력원들의 동력 제공을 결정할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 동력결정단계에서 설정된 7개의 모드를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 상기 동력결정단계(S200)는 상기 요구동력정보를 기반으로 상기 동력원으로 부터 상기 굴삭기로 제공될 동력을 결정하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 동력결정단계(S200)는 상기 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리 각각의 동력 제공 여부, 동력 제공의 순서 등을 결정하는 단계로써, 상기 요구동력정보를 기반으로 미리 설정된 기준값에 따라 다수개의 모드로 구분하고, 상기 구분된 모드별로 각각 서로 다른 동력 공급 순서를 적용하여 상기 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리의 제공 동력을 결정하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 동력결정단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 요구동력정보를 기반으로 기설정된 기준값에 따라 7개의 모드로 설정되며, 상기 모드는 작동평가모드(M1), 유휴모드(M2), 재생모드(M3), 저동력로드모드(M4), 중동력로드모드(M5), 고동력로드모드(M6) 및 초고동력로드모드(M7)인 것을 특징으로 한다.

1. 작동평가모드(M1)

상기 작동평가모드(M1)는 요구동력, 배터리전력 및 슈퍼커패시터전력을 계산하고, 기설정된 기준에 따라 상기 배터리 및 슈퍼커패시터의 오류나 오동작 발생을 예측하여 작동 가능 여부를 평가하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 작동평가모드(M1)는 굴삭기의 시스템이 작동에 적합한 지의 여부를 확인한다. 적합한 경우, 현재 시간에 필요한 전력은 우선 배터리 전력과 슈퍼커패시터 전력의 적합한 공칭값(nominal values), 가중치 파라미터 αbat 및 αsc를 재계산하여 고려된다. 또한 배터리 충전 상태 및 슈퍼커패시터 충전 상태는 충전 상태, 잘 작동하는지, 남은 유휴 수명 등의 기준에 따라 각 장치의 적격성을 평가하기 위해 고려된다.

상기 작동평가모드(M1)의 최종 목표는 문제가 발생하는지 확인하여 장치의 오류, 오작동 등을 예측하고, 오류 또는 오작동이 예측되는 경우 수리 또는 교체를 위해 전체 시스템이 강제 중지되도록 한다.

또한, 장치의 오류 및 오작동이 예측되지 않아 사용이 가능한 경우로 평가되면 모든 장치가 유휴모드(M2)로 엑세스된다.

2. 유휴모드(M2)

작동평가모드(M1)의 끝에서, 시스템은 동작할 준비가 되었는지 평가된다. 이것은 모든 장치가 동작 가능하기 때문이다. 그러나 충전 상태가 낮거나, 낮은 전력 또는 에너지와 같은 상태는 요구되는 워크로드(workload)를 만족시킬 수 없다. 따라서 장치 저장소(배터리와 슈퍼커패시터)가 먼저 체크된다.

만일 배터리충전량이 배터리 평균 충전량보다 큰경우(SoC_bat > SoC_bat-ave =(SoC_{bat_min}+ SoC_{bat_max}) * α_bat) 경우, 상기 연료전지와 상기 배터리는 최소한 슈퍼커패시터의 평균 충전량보다 클 때까지(SoC_SC > SoC_{SC_ave}), 또는 최적의 상태를 위해서는 최대 충전량(SoC_{SC_max})까지 상기 슈퍼커패시터를 충전한다. 이 경우, 연료전지의 전력(P_fc)은 PEMFC가 보여줄 수 있는 최대 효율이 되도록 설정된다.

그렇지 않으면, 예를 들면 상기 배터리충전량(SoC_BAT)이 배터리평균충전량(SoC_{BAT_ave}) 작거나 같은 경우(SoC_BAT ≤ SoC_BAT-ave = (SoC_{BAT_min}+ SoC_{BAT_max}) * α_bat) , 상기 배터리는 오프(Off)하고 상기 연료전지가 제셍모드(M3)의 아래쪽 박스에 있는 것과 같이 상기 슈퍼커패시터를 충전한다. 그 다음 다음 단계를 위하여 시스템 상태가 체크된다. 만일 시스템이 준비되면, 재생모드(M3)가 활성화된다.

위 단계 혹은 그 후에, 시스템은 몇 개의 작동 모드를 따르게 된다. 첫 번째 모드는 유휴(idle) 모드이다. 상기 모드는 모든 장치와 엔진이 동작하지만 워크로드가 요구되지 않을 때이며 (P_req = 0), 연료전지로부터의 전력은 배터리와 함께/또는 배터리 없이 슈퍼커패시터를 충전하는데 사용된다. 이 과정은 위에서 시스템이 사용준비가 되지 않았을 때와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

3. 재생모드(M3)

상기 재생모드(M3)는 요구동력(P_req) ≤ 0 일 때, 상기 배터리와 상기 슈퍼커패시터가 상기 연료전지에 의해 충전되도록 한다.

즉, 요구동력(P_req)이 음수이면 상기 재생모드(M3)가 즉시 활성화되며. 이 때 요구동력이 음수 값을 가진다는 의미는 유압 시스템이 구성 요소에서 전력을 공급받을 필요가 없음을 의미한다. (예를 들면 연료전지가 OFF됨)

대신에, 상기 재생모드(M3)는 중력으로 인해 붐 또는 암이 아래로 이동하거나 굴삭기가 내리막을 내려오고 브레이크를 밟을 때 실행하는 모드일 수 있다.

따라서, 이러한 움직임으로부터 동력은 배터리와 슈퍼커패시터를 충전할 것이고 연료전지는 동작할 필요가 없다. 이 과정을 '수소 연료 저감 제어 전략 (Hydrogen fuel saving control strategy HFS-CS)' 이라고 한다.

슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)을 확인한 후 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)이 슈퍼커패시터최대충전량(SoC_{SC_max})보다 작으면 제동 또는 링크 이동으로부터의 동력은 슈퍼커패시터에 충전된다. 그렇지 않으면 배터리가 충전된다. 배터리 또는 슈퍼커패시터는 충전량이 평균충전량 보다 많을 때 사용준비된다. 충전 순서는 재생 모드(M3)의 아래쪽 박스에 도시되어 있다.

다음으로, 일반적 작동 모드로써 저동력로드모드(M4), 중동력로드모드(M5), 고동력로드모드(M6), 초고동력로드모드(M7)를 도시한다.

4. 저동력모드(M4)

상기 저동력로드모드(M4)는 요구동력이 연료전지의 최적 전력(optimal power)보다 작을 때 (요구동력(P_req)

0.8 정격(rated power) 연료전지전력(P_{FC_n})) 일 때, 연료전지로부터 생성된 전력이 우선 공급된다(저동력). 게다가, 연료전지로부터 발생된 초과전력은 슈퍼커패시터나 배터리를 충전하는 데 사용된다.

일 실시예로써 0.8 정격 연료전지전력(P_{FC_n})과 요구동력(P_req)의 차인 초과전력(P_exceed)이 상기 슈퍼커패시터 또는 상기 배터리에 충전될 수 있다. 이 모드는 수명 연장 제어전략이라고 명명될 수 있다(Life cycle saving control strategy). 요구동력은 갑자기 고동력 요구가 발생하지 않는 한 연료전지(PEMFC)에 의해서만 공급된다. 충전 모드동안, 슈퍼커패시터가 항상 먼저 충전된다. 즉, 슈퍼커패시터충전량(SOC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최대충전량(SOC_{SC_max}) 이면, 상기 슈퍼커패시터가 상기 배터리보다 우선하여 충전되며, 그렇지않으면, 상기 배터리가 우선 충전된다. 충전 모드 중 배터리충전량(SoC_BAT)과 슈퍼커패시터충전량(SOC_SC)이 최대 충전량(SOC_BAT/SC = SoC_MAX)에 도달하면 충전이 중지된다.

요구동력 P _req > 0.8 P _{FC_n} 인 경우

한편, 요구동력(P_req)이 연료전지의 최적 전력(optimal power)보다 크면 연료전지로부터 전체 공칭 전력(totally nominal power)이 시스템에 공급되고 나머지는 슈퍼커패시터 또는 배터리에서 지원되며 특정 작업 조건에 따라 달라진다.

5. 중동력모드(M5)

중동력로드모드(M5)는 요구동력(P_req)＞0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 중간 부하가 요구되는 경우(부하가 기준 부하보다 낮은 경우) 일 때, 상기 배터리가 우선 전력을 공급한다.

상기 배터리충전량(SoC_BAT)이 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min})보다 작아져 방전되면 상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급한다. 저동력로드모드(M4)와 마찬가지로, 배터리충전량(SoC_BAT)은 작동 중에 허용 가능한 범위 내에서 유지되어야 한다. 배터리가 완전히 방전되면, 필요한 경우 슈퍼커패시터가 대신하여 전력을 공급할 수 있다. 동작 중에 제어 전략은 슈퍼커패시터와 배터리의 상태를 모두 확인하며, 문제가 발생한 경우 제어 전략은 상기 저동력로드모드(M4)와 같은 조건에 따라 절차를 재생모드(M3)의 도 1의 초록색동그라미(모드2, 재생모드로 연결) 또는 도 1의 파란색동그라미(모드3, 재생모드로 연결)으로 전환한다.

6. 고동력모드(M6)

고동력로드모드(M6)는 요구동력(P_req)＞0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 고부하가 요구되는 경우(부하가 상기 기준 부하보다 큰 경우) 일 때, 상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급하고, 상기 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)이 슈퍼커패시터최소충전량(SoC_{SC_min})보다 작아져 방전되면 상기 배터리가 전력을 공급한다.

구체적으로, 상기 고동력로드모드(M6)는 요구동력(P_req)이 연료전지의 최적 전력 (P_req ＞ 0.8P_{FC_n}) 이상이면서 고 부하(높은 부하)를 요구하는 경우 일 때 실행되는 모드로써, 나머지 요구동력은 슈퍼커패시터에서 부스트된다.

먼저 연료전지-슈퍼커패시터 또는 연료전지-배터리의 총 공칭 전력(nominal power)이 시스템에 충분히 공급될 수 있는지 고려한다.

상기 고동력로드모드(M6)가 작동하는 동안 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)은 충전 상태 범위 (SoC_SC> SoC_{SC_min} 즉, 충전량이 최소충전량보다 큰 범위)에 내에 있도록 조정되어 진다.

슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)이 최소값 보다 작으면 슈퍼커패시터가 완전히 방전되고 회로에 더 전력을 제공할 수 없으며 일시적으로 배터리에서 방출되는 전력으로 대체된다.

요구동력(P_req)이 연료전지 및 배터리의 총 공칭 전력보다 크면 조건 확인 플래그가 켜지며 제어 전략이 도 1의 초록색 동그라미(모드 2)로 전환된다. (슈퍼커패시터가 충전됨).

그렇지 않으면 배터리가 시스템을 지원할 수 있다. 슈퍼커패시터와 동일하게 배터리충전량(SoC_BAT)은 허용 가능한 범위 (SoC_BAT> SoC_{BAT_min} 즉, 배터리충전량이 배터리최소충전량보다 클 경우)내로 유지되어야 한다.

배터리가 완전히 방전되면 (SoC_BAT < SoC_{BAT_min} 즉, 배터리충전량이 배터리최소충전량보다 작은 경우) 배터리에서 더 이상 전력을 얻을 수 없게 된다.

이 경우 경고를 위해 "경보" 알림이 켜지고 슈퍼커패시터 및 배터리를 충전해야한다. 따라서 제어 전략은 도 1의 파란색 동그라미(모드 3)으로 전환된다 (배터리가 먼저 충전됨).

요구동력 P _req > 0.8 P _{FC_n} 인 경우

7. 초고동력모드(M7)

상기 초고동력로드모드(M7)는 요구동력(P_req) ＞ 0.8연료전지전력(P_FC) 이고, 초고부하가 요구되는 경우 일 때, 상기 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＞ 슈퍼커패시터최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이고, 배터리충전량(SoC_BAT) ＞ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면, 상기 연료전지, 상기 슈퍼커패시터 및 상기 배터리가 전력을 공급하며, 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최소충전량(SoC_{SC_min}) 이거나 배터리충전량(SoC_BAT) ＜ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면, 도 1의 초록색 동그라미(모드2)로 가서 상기 슈퍼커패시터의 충전이 실행되도록 한다.

구체적으로, 상기 초고동력로드모드(M7)는 요구동력(P_req)이 연료전지와 슈퍼커패시터의 총 공칭 전력(정격 출력) (P_req> P_{FC_n} + P_{SC_n})을 초과하면 배터리가 회로에 들어가는 모드로써. 수행하는 동안 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)과 배터리충전량(SoC_BAT)은 모두 허용 가능한 범위 (SoC_SC> SoC_{SC_min} 및 SoC_BAT> SoC_{BAT_min} 즉, 슈퍼커패시터충전량이 슈퍼커패시터최소충전량보다 크고, 배터리충전량이 배터리최소충전량보다 큰 경우)로 유지되어야 한다.

그렇지 않으면 만일 모든 장치의 전력이 합이 부하에 공급될 수 없으면(부족하면), 알람을 발생시키고 시스템은 상기 유휴모드(M2)로 전환되어야 한다.

이 경우, 슈퍼커패시터는 적어도 충전량이 슈퍼커패시터평균충전량에 도달할 때(SoC_SC >SoC_SC-ave =(SoC_{SC_min}+ SoC_{SC_max}) * α_sc) 까지 먼저 충전되거나 최상의 상태를 위해 완전 충전된다.

따라서 작업 조건을 최적화하기 위하여 슈퍼커패시터와 배터리를 적절히 충전해야만 한다.

그 후 시스템은 다음 시-단계로 넘어가며(next time-step), 상기 작동평가모드(M1)부터 다시 반복한다.

상기 출력단계(S300)는 상기 동력결정단계(S200)에서 결정된 동력에 따라 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구 동력을 충족시키는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 출력단계(S300)는 굴삭기의 부하에 따른 요구동력을 충족시키는 단계로써, 상기 동력결정단계(S200)에서 결정된 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리의 동력 공급을 수행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 에너지 재생 기능을 갖는 굴삭기의 동력 제어 방법에 의하면 연료전지, 슈퍼커패시터 및 배터리로 구성된 동력원들의 동력 공급을 제어하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 출력단계에서의 각 모드별로 상기 동력원의 전력 공급 순서를 제어하여 안정적인 동력 공급 구조를 제공하고 배터리 수명을 증대시킬 수 있다.

아울러, 다량의 에너지를 요구하는 굴삭기와 같은 대형 시스템에 효율적인 전력 지원이 가능하도록 한다.

본 발명은 특히 붐 하강시 또는 에너지 내생 모드가 요구 동력의 값에 따라서 언급되어 있다.

결과적으로, 본 발명에 따르면 모든 기능들과 동작 모드들이 고려되었기 때문에 물리적 시스템의 안정성(stability and reliability)를 유지하도록 할 수 있다. 게다가, 연료 전지와 보조 장치 상태(배터리와 슈퍼커패시터의 충전 상태)의 소모 문제도 고려될 수 있어 장기간 사용에 최적화 될 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

S100 : 정보 획득 단계 S200 : 동력결정단계
S300 : 출력단계 M1 : 작동평가모드
M2 : 유휴모드 M3 : 재생모드
M4 : 저동력로드모드 M5 : 중동력로드모드
M6 : 고동력로드모드 M7 : 초고전력고드모드

Claims (10)

1. 굴삭기의 다중 동력원으로부터 각각의 출력정보와 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력정보를 획득하는 정보획득단계;
   상기 요구동력정보를 기반으로 상기 동력원으로 부터 각각 상기 굴삭기로 제공될 동력을 결정하는 동력결정단계; 및
   상기 동력결정단계에서 결정된 동력에 따라 상기 굴삭기의 부하에 따른 요구동력을 충족시키는 출력단계;를 포함하고,
   상기 동력원은,
   연료전지(Fuel Cell), 슈퍼커패시터(Super Capacitor) 및 배터리(Battery)인 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 동력결정단계는,
   상기 요구동력정보를 기반으로 기설정된 기준 값에 따라 7개의 모드가 설정되며,
   상기 모드는,
   작동평가모드, 유휴모드, 재생모드, 저동력로드모드, 중동력로드모드, 고동력로드모드 및 초고동력로드모드인 것으로 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 작동평가모드는,
   요구동력, 배터리전력 및 슈퍼커패시터전력을 계산하고, 기설정된 기준에 따라 상기 배터리 및 슈퍼커패시터의 오류나 오작동 발생을 예측하여 작동 가능여부를 평가하는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 유휴모드는,
   상기 굴삭기의 사용 준비가 완료될 시 유휴 상태를 유지하고,
   배터리충전량(SoC_BAT) ＞ 배터리평균충전량(SoC_{BAT_ave}) 경우, 상기 연료전지와 상기 배터리는 상기 슈퍼커패시터를 충전하고,
   배터리충전량(SoC_BAT) ≤ 배터리평균충전량(SoC_{BAT_ave}) 경우, 상기 배터리는 오프(Off)하고 상기 연료전지가 상기 슈퍼커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 재생모드는,
   요구동력(P_req) ≤ 0 일 때,
   상기 배터리 또는/및 상기 슈퍼커패시터가 상기 연료전지에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 저동력로드모드는,
   요구동력(P_req) ≤ 0.8 연료전지전력(P_FC) 일 때,
   연료전지로부터 발생한 초과전력이 상기 슈퍼커패시터 또는/및 상기 배터리에 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 저동력로드모드는,
   슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최대충전량(SOC_{SC_max}) 이면, 상기 슈퍼커패시터가 상기 배터리보다 우선하여 충전되며,
   슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ≥ 슈퍼커패시터최대충전량(SOC_{SC_max}) 이면, 상기 배터리가 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
8. 제 2항에 있어서,
   상기 중동력로드모드는,
   요구동력(P_req) ＞ 0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 기준 부하보다 낮은 부하가 요구되는 경우 일 때,
   상기 배터리가 전력을 공급하고, 배터리충전량(SoC_BAT)이 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min})보다 작아져 방전되면 상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급하며,
   요구동력(P_req)이 연료전지와 슈퍼커패시터의 총 공칭 전력 (P_req> P_{FC_n} + P_{SC_n})을 초과하면 상기 배터리의 충전이 실행되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
9. 제 2항에 있어서,
   상기 고동력로드모드는,
   요구동력(P_req) ＞ 0.8 연료전지전력(P_FC) 이고, 기준 부하보다 높은 부하가 요구되는 경우 일 때,
   상기 슈퍼커패시터가 전력을 공급하고, 상기 슈퍼커패시터충전량(SoC_SC)이 슈퍼커패시터최소충전량(SoC_{SC_min})보다 작아져 방전되면 상기 배터리가 전력을 공급하며,
   요구동력(P_req) ＞ 연료전지전력(P_FC) ＋ 배터리전력(P_BAT) 이면 상기 슈퍼커패시터의 충전이 실행되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.
   
10. 제 2항에 있어서,
    상기 초고동력로드모드는,
    요구동력(P_req) ＞ 0.8연료전지전력(P_FC) 이고, 상기 요구동력이 상기 연료전지와 슈퍼커패시터의 정격출력의 합보다 큰 경우(P_req> P_{FC_n} + P_{SC_n}) 일 때,
    슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＞ 슈퍼커패시터최소충전량( SoC_{SC_min}) 이고,
    배터리충전량(SoC_BAT) ＞ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면,
    상기 연료전지, 상기 슈퍼커패시터 및 상기 배터리가 전력을 공급하고,
    슈퍼커패시터충전량(SoC_SC) ＜ 슈퍼커패시터최소충전량( SoC_{SC_min}) 이거나
    배터리충전량(SoC_BAT) ＜ 배터리최소충전량(SoC_{BAT_min}) 이면,
    상기 슈퍼커패시터가 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 기능을 갖는 다중 동력원 굴삭기의 동력 제어 방법.

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