본 논문은 복합형 하이브리드 굴삭기를 위한 동력전달계 제어기법에 대하여 기술하였다. 하이브리드 굴삭기는 기존 굴삭기의 동력전달계를 하이브리드화 하여 연비향상 및 배출가스 저감을 목표로 개발되고 있다. 특히 복합형 하이브리드 굴삭기는 유압시스템의 일부를 전기시스템으로 대체하여 낮은 유압효율로 인한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성되어 있다. 해당 굴삭기의 하이브리드 동력 제어기는 동력전달계의 동력 흐름을 관리하여 굴삭기의 연비를 향상 시키고, 슈퍼 커패시터의 충전량을 적절한 범위에서 유지하며, 기존 굴삭기에 준하는 성능을 유지하여야 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 슈퍼 캐패시터의 충전량 기반의 서모스탯(Thermostat)형 제어기와 실시간 최적해를 이용한 ECMS 제어기를 설계하였으며 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 검증하였다. 시뮬레이션 결과, 하이브리드 굴삭기의 연비가 대략 20% 이상 향상될 것으로 기대되며, 특히 등가 연료 개념을 이용한ECMS 제어기의 성능이 서모스탯(Thermostat)형 제어기에 비해 연비 및 슈퍼 커패시터 충전량 관리 측면에서 보다 향상된 것을 확인하였다.
This paper presents the power management strategies for a compound hybrid excavator. The compound hybrid excavator has been replaced the hydraulic swing motor to the electric swing motor. This excavator requires a proper control algorithm to regulate the energy flow between the mechanical coupling and the electric devices. The controller should improve fuel economy and maintain the super capacitor voltage within a proper range. A thermostat controller and ECMS controller are designed such that these objectives can be achieved. The thermostat controller regulates the power of the engine-assist motor on the basis of the super capacitor voltage, and the ECMS controller determines it using the real-time fuel minimization strategy based on the concept of equivalent fuel. Simulation results showed that by using the hybrid excavator, the fuel economy becomes about 20% higher than that obtained using the conventional excavator and that the ECMS controller outperforms the thermostat controller.
