(57)【要約】【課題】蓄電装置としてキャパシタ蓄電装置を備えるハイブリッドシステムにおいて、キャパシタ蓄電装置の充放電制御及び電圧制御を適切に行うことにより、充放電効率の向上を図るとともに、キャパシタ蓄電装置の発熱や劣化や破損などを防止する。また、電気二重層キャパシタの性質を利用し、キャパシタ蓄電装置の蓄電量を容易に推定できるようにし、この推定される蓄電量のオペレータ等よる把握を容易にする。【解決手段】発電機からの発電電力の蓄電及びモータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置２１と、キャパシタ蓄電装置２１の出入力電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ２２とを備えるハイブリッドシステムにおいて、昇降圧チョッパ２２に充放電電流リミッタ５５を備え、充放電電流リミッタ５５により一定範囲内に制限される充電電流指令により、キャパシタ蓄電装置２１への充電量及びキャパシタ蓄電装置２１からの放電量を制御する。【選択図】図２
2005269825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、該キャパシタ蓄電装置の出入力電圧を昇降圧する昇降圧チョッパと、前記モータと前記昇降圧チョッパとの間に介在し入力される電力を所定に変換するインバータコンバータと、を備えるハイブリッドシステムであって
前記昇降圧チョッパは、充放電電流リミッタを備え、該充放電電流リミッタにより一定範囲内に制限される充電電流指令により、前記キャパシタ蓄電装置への充電量及び該キャパシタ蓄電装置からの放電量を制御することを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項２】
前記昇降圧チョッパは、
前記インバータコンバータのインバータ直流電圧が、前記制御手段からの電圧指令値よりも低い場合は、前記充電電流指令の指令値を減少して、前記キャパシタ蓄電装置への充電量を減少し、または該キャパシタ蓄電装置を放電させ、
前記インバータ直流電圧が、前記電圧指令値よりも高い場合は、前記充電電流指令の指令値を増加して、前記キャパシタ蓄電装置への充電量を増加することを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシステム。
【請求項３】
前記昇降圧チョッパは、
前記キャパシタ電圧が、予め設定される規定値を上回った場合は、前記充電電流指令の指令値を減少し、
前記キャパシタ電圧が、前記規定値を下回った場合は、前記充電電流指令の指令値を増加し、
前記キャパシタ電圧が、定格電圧値に達した場合は、前記キャパシタ蓄電装置への充電を停止することを特徴とする請求項２記載のハイブリッドシステム。
【請求項４】
エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、を備えるハイブリッドシステムであって、
前記キャパシタ蓄電装置への充電電流の定電流制御を行う定電流制御回路を備えたことを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項５】
前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧が、該キャパシタ蓄電装置の定格電圧値に達した場合、
前記制御手段から警報を発信するとともに、前記キャパシタ蓄電装置への充電を停止することを特徴とする請求項１または請求項４記載のハイブリッドシステム。
【請求項６】
前記キャパシタ蓄電装置を、所定に接続される複数のキャパシタモジュールにより構成し、前記複数のキャパシタモジュール毎の電圧を均等化する均等制御回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項４記載のハイブリッドシステム。
【請求項７】
前記キャパシタ蓄電装置から、該キャパシタ蓄電装置の満充電状態となったときに出力される満充電信号が出力された際、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧の、該キャパシタ蓄電装置の定格電圧に対する電圧差が、予め設定される規定値を上回っている場合、
前記キャパシタ蓄電装置への充電電流を、予め設定される規定値とし、前記キャパシタ電圧が前記定格電圧に達すると、該キャパシタ蓄電装置への充電を停止することを特徴とする請求項１または請求項４記載のハイブリッドシステム。
【請求項８】
エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、を備えるハイブリッドシステムであって、
予め測定した結果に基づき、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧と蓄電量との関係を表すマップを、前記キャパシタ蓄電装置の静電容量に応じて作成し、
前記マップに基づき、前記キャパシタ電圧から前記蓄電量を推定することを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項９】
前記制御手段に接続される表示手段を設け、該表示手段に、前記推定されるキャパシタ蓄電装置の蓄電量を表示することを特徴とする請求項８記載のハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すハイブリッドシステムに関し、特に、ハイブリッドシステムにおける蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や、建設機械などの作業機などにおいては、エンジンを駆動源とする発電機と、この発電機による発電電力を蓄電する蓄電装置としてのバッテリ（二次電池）と、このバッテリから供給される電力が用いられて駆動するモータ（電動機）とを備え、発電機によるバッテリの蓄電と、モータによるエンジンのトルクアシストとを行うことで、省エネルギー化を図りつつ、エンジンを有効に使用することによって効率的な運転を可能とする、いわゆるハイブリッドシステムが採用されており、このような技術が今後の主流となりつつある。
【０００３】
そして、前述のようなハイブリッドシステムにおいては、自動車の加速時や作業機において急激に大きな作業負荷がかかったとき等、エンジンをアシストするモータへの短時間での大電力の供給を可能とするためや、発電機による蓄電装置への電力回生効率を向上させるため、蓄電装置として、バッテリと比べて内部抵抗が低く出力密度が高く、充放電効率の高い電気二重層キャパシタを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２０６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述のように、蓄電装置として利用される電気二重層キャパシタは、一般的にバッテリと比較して内部抵抗が非常に低い（１ｍΩ程度）ため、電気二重層キャパシタが充電される際、発電機や他の蓄電装置などから発電される電力をそのまま蓄電した場合、瞬時に大電流が流れ込む可能性があり、これは電気二重層キャパシタの破損を引き起こすおそれもある。また、同じく充電時、電気二重層キャパシタの端子電圧（キャパシタ電圧）の上昇にともなって容易に耐電圧を超えてしまうので、これは電気二重層キャパシタの劣化につながる。逆に、電気二重層キャパシタから給電する際は、端子電圧が高い状態で出力を短絡すると、無制限に電流が流れて瞬間的に過電流状態となり、電気二重層キャパシタが破損などするおそれがあり、この過電流による大電流は、電気系に付設されるその他の電子機器にも故障などの影響を及ぼす。
また、電気二重層キャパシタは、定格電圧を超える過電圧が印加されると、発熱したり著しい特性劣化を起こしたりし、さらには破損する等、過電圧に対する耐性が低いという性質を有している。
【０００６】
さらに、電気二重層キャパシタの充電時においては、電気二重層キャパシタが複数のモジュールから構成される場合、電気二重層キャパシタは、その活性炭の材料物性や温度・電圧などの使用条件に左右されるものの一般に自己放電が大きいため、同一の充電量で蓄電されると各モジュールの端子電圧にバラツキが生じ、あるモジュールはすぐに満充電状態となるにも関わらず、ある別のモジュールは全く不十分な充電のままであるというような現象が生じる場合がある。しかもこの場合、先に満充電状態となったモジュールは過充電されることとなり、そのモジュールが過度に発熱してしまう。
【０００７】
一方、電気二重層キャパシタは、バッテリと比較して蓄電量（残存容量）を容易かつ正確に推定することができる。つまり、バッテリの蓄電量の推定方式には、電圧によるものや電流積算によるものがあるが、バッテリは充放電に化学反応をともなうため、その蓄電量を正確に推定することが難しかった。この点、充放電に化学反応をともなわない電気二重層キャパシタの蓄電量は、その端子電圧を測定すれば、あとは電気二重層キャパシタの有する静電容量から正確に推定することができる。
【０００８】
そこで、本発明においては、蓄電装置としてキャパシタ蓄電装置を備えるハイブリッドシステムにおいて、キャパシタ蓄電装置の充放電制御及び電圧制御を適切に行うことにより、充放電効率の向上を図るとともに、キャパシタ蓄電装置の発熱や劣化や破損などを防止することを目的とする。また、電気二重層キャパシタの性質を利用し、キャパシタ蓄電装置の蓄電量を容易に推定できるようにし、この推定される蓄電量のオペレータ等よる把握を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、該キャパシタ蓄電装置の出入力電圧を昇降圧する昇降圧チョッパと、前記モータと前記昇降圧チョッパとの間に介在し入力される電力を所定に変換するインバータコンバータと、を備えるハイブリッドシステムであって前記昇降圧チョッパは、充放電電流リミッタを備え、該充放電電流リミッタにより一定範囲内に制限される充電電流指令により、前記キャパシタ蓄電装置への充電量及び該キャパシタ蓄電装置からの放電量を制御するものである。
【００１１】
請求項２においては、前記昇降圧チョッパは、前記インバータコンバータのインバータ直流電圧が、前記制御手段からの電圧指令値よりも低い場合は、前記充電電流指令の指令値を減少して、前記キャパシタ蓄電装置への充電量を減少し、または該キャパシタ蓄電装置を放電させ、前記インバータ直流電圧が、前記電圧指令値よりも高い場合は、前記充電電流指令の指令値を増加して、前記キャパシタ蓄電装置への充電量を増加するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記昇降圧チョッパは、前記キャパシタ電圧が、予め設定される規定値を上回った場合は、前記充電電流指令の指令値を減少し、前記キャパシタ電圧が、前記規定値を下回った場合は、前記充電電流指令の指令値を増加し、前記キャパシタ電圧が、定格電圧値に達した場合は、前記キャパシタ蓄電装置への充電を停止するものである。
【００１３】
請求項４においては、エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、を備えるハイブリッドシステムであって、前記キャパシタ蓄電装置への充電電流の定電流制御を行う定電流制御回路を備えたものである。
【００１４】
請求項５においては、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧が、該キャパシタ蓄電装置の定格電圧値に達した場合、前記制御手段から警報を発信するとともに、前記キャパシタ蓄電装置への充電を停止するものである。
【００１５】
請求項６においては、前記キャパシタ蓄電装置を、所定に接続される複数のキャパシタモジュールにより構成し、前記複数のキャパシタモジュール毎の電圧を均等化する均等制御回路を備えたものである。
【００１６】
請求項７においては、前記キャパシタ蓄電装置から、該キャパシタ蓄電装置の満充電状態となったときに出力される満充電信号が出力された際、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧の、該キャパシタ蓄電装置の定格電圧に対する電圧差が、予め設定される規定値を上回っている場合、前記キャパシタ蓄電装置への充電電流を、予め設定される規定値とし、前記キャパシタ電圧が前記定格電圧に達すると、該キャパシタ蓄電装置への充電を停止するものである。
【００１７】
請求項８においては、エンジンと、前記エンジンをアシストするモータと、これらを制御する制御手段と、前記エンジンを駆動原とする発電機と、前記発電機からの発電電力の蓄電及び前記モータへの電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置と、を備えるハイブリッドシステムであって、予め測定した結果に基づき、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧と蓄電量との関係を表すマップを、前記キャパシタ蓄電装置の静電容量に応じて作成し、前記マップに基づき、前記キャパシタ電圧から前記蓄電量を推定するものである。
【００１８】
請求項９においては、前記制御手段に接続される表示手段を設け、該表示手段に、前記推定されるキャパシタ蓄電装置の蓄電量を表示するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２０】
請求項１においては、キャパシタ蓄電装置への充電電流を一定範囲内（定電流）とすることが可能となり、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置に、瞬時に大電流が流れ込むことを防ぐことができるので、キャパシタ蓄電装置が破損することを防止できる。
また、キャパシタ蓄電装置からの放電量を制御することにより、キャパシタ蓄電装置から電力を供給する際、無制限に電流が流れて瞬間的に過電流状態となることによるキャパシタ蓄電装置の破損を防止することができるとともに、過電流による他の電子機器の故障などを防止することができる。
【００２１】
請求項２においては、インバータコンバータのインバータ直流電圧に応じて、キャパシタ蓄電装置の充電量を制御することが可能となるので、キャパシタ蓄電装置の適切な充電・放電を行うことができるとともに、キャパシタ蓄電装置への充電電流を一定範囲内（定電流）とし、放電電流を制限することが可能となる。
【００２２】
請求項３においては、キャパシタ蓄電装置の過充電・過放電を防止し、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置を過電流から保護するとともに、キャパシタ蓄電装置を過電圧から保護することができる。これにより、キャパシタ蓄電装置が高電圧状態での大電流の充電を防止することができるので、キャパシタ蓄電装置の発熱や特性劣化を抑制することができる。
【００２３】
請求項４においては、キャパシタ蓄電装置への充電電流を定電流とすることが可能となり、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置に瞬時に大電流が流れ込むことを防ぐことができるので、キャパシタ蓄電装置が破損することを防止できる。
【００２４】
請求項５においては、オペレータ等にキャパシタ蓄電装置が高電圧状態であることを報知できる。これにより、オペレータ等は、発電機の作動を停止させる等、キャパシタ蓄電装置の高電圧状態に早急に対処することが可能となる。
【００２５】
請求項６においては、キャパシタ蓄電装置の充電時、特に急速充電時において生じ易い各キャパシタモジュールの端子電圧のバラツキを抑制することができる。これにより、各キャパシタモジュールの充電量を均等にすることができ、充電効率が向上するとともに、あるキャパシタモジュールが過充電されることによる発熱を抑制することができる。また、キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧を一定に保つことができることからも、キャパシタ蓄電装置の過充電を防止することができ、寿命を長くすることができる。
【００２６】
請求項７においては、キャパシタ蓄電装置の各キャパシタモジュールの充電量を均等にすることができ、充電効率が向上するとともに、あるキャパシタモジュールが過充電されることによる発熱を抑制することができる。また、キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧を一定に保つことができることからも、キャパシタ蓄電装置の過充電を防止することができる。
【００２７】
請求項８においては、正確に蓄電量を推定することができるというキャパシタ蓄電装置の性質を十分に生かすことができ、静電容量に応じたキャパシタ蓄電装置の蓄電量を、キャパシタ電圧のみを測定することによって容易に推定することが可能となる。
【００２８】
請求項９においては、オペレータ等によるキャパシタ蓄電装置の蓄電量を容易に把握することが可能となる。つまり、正確に蓄電量を推定することができるというキャパシタ蓄電装置の性質を十分に生かすことができるとともに、本ハイブリッドシステムが適用される作業機などにおいて、キャパシタ蓄電装置の蓄電量に応じた操作を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るハイブリッドシステムの構成の一例を示す図、図２は昇降圧チョッパ用ブロック図、図３は定電流制御回路の構成を示す図、図４は定電流制御回路による定電流制御の制御フローを示す図、図５は均等制御回路の構成を示す図、図６は図燃料電池を用いた蓄電システム部の構成について示す図、図７はキャパシタ蓄電装置の蓄電量推定マップを示す図である。
【００３０】
まず、ハイブリッドシステムの構成について図１を用いて説明する。
なお、本実施例においては、モータ及び発電機の機能を兼ね備えたモータジェネレータ１１を有するハイブリッドシステムを用いて説明するが、これに限定されず、モータと発電機とを別々に備えた構成のハイブリッドシステム等においても本発明の効果を得ることができる。つまり、本発明は、エンジンをアシストするモータへの電力の供給、及び発電機からの発電電力の蓄電を行う蓄電装置としてキャパシタ蓄電装置（電気二重層キャパシタ）を備えるハイブリッドシステムにおいて適用可能である。
【００３１】
本ハイブリッドシステムは、エンジン２の出力軸部の駆動を、エンジン２と、モータ及び発電機として機能するモータジェネレータ１１との両方により可能としている。前記出力軸部から取り出された駆動力は、クラッチ部や動力伝達装置などを介して、自動車や作業機などにおける走行部や各種作業部などの負荷７に伝達される。
【００３２】
モータジェネレータ１１は、エンジン２のクランク軸にその駆動軸が連結された状態で付設されており、インバータコンバータ１２を介して蓄電システム部２０と電気的に接続されている。
また、モータジェネレータ１１は、モータまたは発電機として機能するものであり、モータとして機能することによって負荷７を駆動するエンジン２のトルクアシストを行い、発電機として機能することによってその発電電力及び負荷７側の慣性力などによる回生発電を蓄電装置へと蓄電する。
前記インバータコンバータ１２は、インバータまたはコンバータとして機能するものであり、入力される電力を直流または交流に変換するとともに、所定の電圧及び周波数に変換するものである。
前記蓄電システム部２０は、蓄電装置としてのキャパシタ蓄電装置２１及び該キャパシタ蓄電装置２１の出入力電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ２２を備えている。
以上のエンジン２、インバータコンバータ１２及び昇降圧チョッパを含む蓄電システム部２０は、制御手段としてのシステムコントローラ１と通信接続されており、該システムコントローラ１によって本ハイブリッドシステムが制御される構成となっている。
【００３３】
また、本ハイブリッドシステムの操作がなされる操作部８には、エンジン２の駆動力（回転数）を調節する操作レバーや、各種装置に対して起動信号や指示信号を送るための各種スイッチ（何れも図示略）等が配設されており、これら操作レバーや各種スイッチ等は、システムコントローラ１と接続されている。
そして、この操作部８においては、後に詳細に説明するが、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量（残存容量）を表示する液晶モニター等の表示手段１４が設けられ、システムコントローラ１と接続されている。
【００３４】
このような構成のハイブリッドシステムにおいて、前述したようにモータ及び発電機としての機能を有するモータジェネレータ１１は、作業状況などに応じて各機能を発揮する。
モータジェネレータ１１をモータとして作動させる場合には、蓄電システム部２０のキャパシタ蓄電装置２１から電力が供給される。キャパシタ蓄電装置２１から供給される電力は、昇降圧チョッパ２２を介してインバータコンバータ１２に入力される。この際、昇降圧チョッパ２２は昇圧チョッパとして機能し、キャパシタ蓄電装置２１から供給される電力の電圧を所定の電圧に昇圧してインバータコンバータ１２に出力する。このとき、インバータコンバータ１２はインバータとして機能して、入力された電力を所定に変換し、この変換された電力をモータジェネレータ１１に供給する。
このように、モータジェネレータ１１がモータとして作動することにより、その駆動力が、エンジン２のクランク軸と連結しているモータジェネレータ１１の駆動軸からエンジン２に伝達されトルクアシストが行われる。
【００３５】
一方、モータジェネレータ１１を発電機として作動させる場合には、エンジン２の駆動力によりモータジェネレータ１１が作動して発電が行われる。モータジェネレータ１１で発電される電力は、インバータコンバータ１２に入力される。この際、インバータコンバータ１２はコンバータとして機能する。そして、インバータコンバータ１２によって所定の変換が行われた電力は、昇降圧チョッパ２２を介してキャパシタ蓄電装置２１に入力され蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ２２は降圧チョッパとして機能し、インバータコンバータ１２から出力される電力を所定の電圧に降圧してキャパシタ蓄電装置２１に蓄電する。
【００３６】
このようなモータジェネレータ１１によるトルクアシスト及び発電は、システムコントローラ１からインバータコンバータ１２へ送信される速度指令（モータ指令）及びエンジン２の燃料噴射量や機関回転数などを基準にして、エンジン２にかかる負荷に応じて行われる。つまり、エンジン２にかかる負荷が一定値より高くなった場合にモータジェネレータ１１をモータとして作動させ、エンジン２のトルクアシストを行い、エンジン２にかかる負荷が一定値より低くなった場合にモータジェネレータ１１を発電機として作動させ、該モータジェネレータ１１による発電電力を蓄電装置へと蓄電するように制御されている。
【００３７】
次に、蓄電システム部２０について詳細に説明する。
蓄電システム部２０は、発電機として作動するモータジェネレータ１１からの発電電力の蓄電及びモータとして作動するモータジェネレータ１１への電力の供給を行うキャパシタ蓄電装置２１と、インバータコンバータ１２への直流電圧供給及びキャパシタ蓄電装置２１に対する充放電制御を行う昇降圧チョッパ２２と、キャパシタ蓄電装置２１の充放電電流の検出、及びキャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧やインバータコンバータ１２のインバータ直流電圧の検出を行う電流・電圧センサ２５と、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流の定電流制御を行う定電流制御回路１００と、均等制御回路２００とを備えている。
【００３８】
キャパシタ蓄電装置２１は、所定に接続される複数（本実施例では直列接続される２個）の電気二重層キャパシタ（以下、「キャパシタモジュール」という。）２１ａ・２１ｂを有している。すなわち、前記均等制御回路２００は、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂ毎の電圧を均等化するためのものである。そのため、キャパシタ蓄電装置２１が複数のキャパシタモジュールを有する場合に用いられるものであり、キャパシタ蓄電装置２１が単数のキャパシタモジュールによって構成される場合は、蓄電システム部２０を均等制御回路２００を用いない構成とすることもできる。
【００３９】
昇降圧チョッパ２２は前述したように、モータジェネレータ１１がモータとして作動する場合には、キャパシタ蓄電装置２１からモータジェネレータ１１へ供給される電力を昇圧し、モータジェネレータ１１が発電機として作動する場合には、モータジェネレータ１１による発電電力を降圧してキャパシタ蓄電装置２１へと蓄電するものであり、この昇降圧チョッパ２２には、システムコントローラ１から充電リミッタ、電圧リミッタ、充電開始指令、及び充電停止指令などの信号が入力される。
また、昇降圧チョッパ２２においては、キャパシタ蓄電装置２１への充電量に対する指令となる充電電流指令が生成されている。つまり、昇降圧チョッパ２２は、充電電流指令の指令値が減少すると、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を減少させ、逆に、充電電流指令の指令値が増加すると、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を増加させる。
電流・電圧センサ２５は、昇降圧チョッパ２２とキャパシタ蓄電装置２１との間の電流の検出、及びキャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧やインバータコンバータ１２のインバータ直流電圧の検出をするものであり、この電流・電圧センサ２５によって検出された電流値・電圧値は、昇降圧チョッパ２２及びシステムコントローラ１に入力される。
【００４０】
以上のような構成の蓄電システム部２０においては、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を制御する充電制御、及びキャパシタ蓄電装置２１から供給される電力を制御する放電制御が行われる。
キャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御とは、キャパシタ蓄電装置２１の充放電効率を考慮し、キャパシタ蓄電装置２１への充電を略一定値（６０Ａ程度）の電流値によって行う定電流充電とするものであり、前記昇降圧チョッパ２２による充電電流リミッタ制御と、前記定電流制御回路１００による定電流制御と、の二つの制御方式により行われる。
ここで、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を定電流とするのは、次のような理由からである。すなわち、瞬時にキャパシタ蓄電装置２１に大電流が流れ込むのを防止するためである。また、キャパシタ蓄電装置２１への充放電量や自己放電作用により、キャパシタ蓄電装置２１の各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの端子電圧が不平衡となることがあり、これにより充放電効率が大幅に低下し、充放電効率の高いキャパシタ蓄電装置２１の長所が十分に生かせないこととなるためである。
【００４１】
まず、昇降圧チョッパ２２による充電電流リミッタ制御について説明する。
昇降圧チョッパ２２による充電電流リミッタ制御とは、昇降圧チョッパ２２に備えられる充放電電流リミッタ５５（図２参照）により、昇降圧チョッパ２２において生成される充電電流指令の指令値を一定範囲内に制限する制御である。つまり、充放電電流リミッタ５５には、充電電流の上限値及び下限値が予め設定されており、該充放電電流リミッタ５５に入力される指令値が、予め設定されている充電電流値に対応する指令値の範囲内に属するか否かが判定され、属する場合にはその入力値が採用され、属しない場合には入力値に代えて前記上限値（上回る場合）、または前記下限値（下回る場合）が採用される。
【００４２】
このように、昇降圧チョッパ２２によって充電電流リミッタ制御を行うことにより、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を一定範囲内（定電流）とすることが可能となり、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置２１に、瞬時に大電流が流れ込むことを防ぐことができるので、キャパシタ蓄電装置２１が破損することを防止できる。
【００４３】
また、この昇降圧チョッパ２２に備えられる充放電電流リミッタ５５では、キャパシタ蓄電装置２１から供給される電力を制御する放電制御が行われる。つまり、昇降圧チョッパ２２において生成される充電電流指令の指令値を一定範囲内に制限する前記充放電電流リミッタ５５は、キャパシタ蓄電装置２１から電力を供給する際の放電電流を制限するための役割も果たしており、昇降圧チョッパ２２においては、キャパシタ蓄電装置２１の放電電流を制限する放電制御として放電電流リミッタ制御も行われる。
【００４４】
すなわち、充放電電流リミッタ５５は、キャパシタ蓄電装置２１充電時においては、充電電流に対するリミッタとしてはたらき、充電電流を略一定にして定電流充電を行い、キャパシタ蓄電装置２１放電時においては、放電電流に対するリミッタとしてはたらき、瞬時に大電流が放電されないようにして、キャパシタ蓄電装置２１の過放電を防止している。そして、充放電電流リミッタ５５によって制限される範囲は、調整することを可能としている。つまり、充放電電流リミッタ５５において設定される充放電電流の上限値及び下限値は可変値となっている。
【００４５】
このように、昇降圧チョッパ２２により放電電流リミッタ制御を行うことにより、キャパシタ蓄電装置２１から電力を供給する際、無制限に電流が流れて瞬間的に過電流状態となることによるキャパシタ蓄電装置２１の破損を防止することができるとともに、過電流による他の電子機器の故障などを防止することができる。
【００４６】
以下、昇降圧チョッパ２２において行われる充放電制御として、インバータコンバータ１２のインバータ直流電圧に基づいた前記充電電流指令の制御（以下、「直流電圧制御」という。）について説明する。
前記直流電圧制御では、制御を行う際の基準として、昇降圧チョッパ２２に対する電圧指令による電圧指令値としての設定電圧（指令電圧）Ｖｏと、インバータコンバータ１２のインバータ直流電圧Ｖｄｃとを比較することによって行われる。
【００４７】
つまり、この直流電圧制御は、インバータ直流電圧Ｖｄｃが、昇降圧チョッパ２２に対する電圧指令値である設定電圧Ｖｏよりもよりも低い場合は、昇降圧チョッパ２２は、前記充電電流指令の指令値を減少して、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を減少し、またはキャパシタ蓄電装置２１を放電させ、逆に、インバータ直流電圧Ｖｄｃが、前記設定電圧Ｖｏよりも高い場合は、昇降圧チョッパ２２は、前記指令値を増加し、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を増加するように充電電流指令を制御している。
言い換えると、この直流電圧制御では、インバータ直流電圧Ｖｄｃ＞設定電圧Ｖｏのときは、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を増加させ、インバータ直流電圧Ｖｄｃ＜設定電圧Ｖｏのときは、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を減少させるように制御する。
【００４８】
具体的には、前記直流電圧制御は、図２に示す制御ブロック図に従って行われる。
直流電圧制御においては、まず、昇降圧チョッパ２２に対する電圧指令による設定電圧Ｖｏに基づいて予め設定される設定値Ｙｏ（例えば、設定電圧Ｖｏ＝３００に対して設定値１５００）と、インバータ直流電圧Ｖｄｃに対応する値Ｘｄｃ（例えば、インバータ直流電圧Ｖｄｃを１０倍した値）とが演算部５１にて比較され、比較結果として偏差Ｙｏ−Ｘｄｃが求められる。この比較の前段階において、設定値Ｙｏとインバータ直流電圧Ｖｄｃに対応する値Ｘｄｃとの均衡を図るため、設定値Ｙｏ及び値Ｘｄｃは、各乗算部５０及び５２において、予め設定された定数Ｎ１及びＮ２がそれぞれ乗算される。
【００４９】
そして、前記偏差Ｙｏ−ＸｄｃがＰＩ制御部５３に入力される。ＰＩ制御部５３は、偏差Ｙｏ−Ｘｄｃに基づいて、ＰＩ（比例積分）制御演算を行うＰＩ制御器５３ａと、このＰＩ制御器５３ａからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ５３ｂとを備えている。このＰＩ制御部５３により、演算部５１にて求められた偏差Ｙｏ−Ｘｄｃが、ＰＩ制御器５３ａによって演算されて出力され、この出力がリミッタ５３ｂを通り上下限値を制限されて、ＰＩ制御値Ｙｐｉ（以下、充電電流指令値Ｙｐｉ）として生成される。この充電電流指令値Ｙｐｉは、キャパシタ蓄電装置２１の充電時においては、インバータ直流電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖｏよりも高くなるため、負（−）の値となる。
【００５０】
このようにして出力された充電電流指令値Ｙｐｉは、演算部５４にて、後述する補正値が加えられ、前述した充放電電流リミッタ５５によって入力される値が予め設定された充電電流値の範囲内に属するか否かが判定され、属する場合にはその入力値が採用され、属しない場合には入力値に代えて上限値（上回る場合）、または下限値（下回る場合）が採用される。そして、正負が反転されて、出力値Ｙｓとして出力される。この出力値Ｙｓが昇降圧チョッパ２２における充電電流指令の指令値となり、出力値Ｙｓが正（＋）の値であるときは、インバータ直流電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖｏよりも高いということで、昇降圧チョッパ２２は充電電流指令値を増加してキャパシタ蓄電装置２１の充電量を増加し、負（−）の値であるときは、インバータ直流電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖｏよりも低いということで、昇降圧チョッパ２２は充電電流指令値を減少してキャパシタ蓄電装置２１への充電量を減少（放電）するように制御する。
【００５１】
このように、昇降圧チョッパ２２に対する電圧指令による設定電圧Ｖｏとインバータ直流電圧Ｖｄｃとを比較することにより制御される充電電流指令を、充放電電流リミッタ５５によって一定の範囲内に制限することより、インバータ直流電圧Ｖｄｃに応じて、キャパシタ蓄電装置２１の充電量を制御することが可能となるので、キャパシタ蓄電装置２１の適切な充電・放電を行うことができるとともに、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を一定範囲内（定電流）とし、放電電流を制限することが可能となる。
【００５２】
以上の直流電圧制御において、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を一定範囲内にし、キャパシタ蓄電装置２１の過充電・過放電を防止するため、前述の直流電圧制御によって出力される充電電流指令の指令値の自動補正が行われる。すなわち、直流電圧制御においては、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧（電圧値ＶＣ、以下、単に「キャパシタ電圧ＶＣ」とする。）を用いてキャパシタ蓄電装置２１への充電量の制御（以下、「充電電流制御」という。）が連動して行われている。
つまり、この充電電流制御は、キャパシタ電圧ＶＣが、予め設定される規定値を上回った場合は、充電電流指令の指令値を減少し、キャパシタ電圧ＶＣが、前記規定値を下回った場合は、充電電流指令の指令値を増加するように制御する。
【００５３】
具体的には、同じく図２に示す制御ブロック図に従って行われる。
充電電流制御においては、まず、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧ＶＣと、キャパシタ蓄電装置２１の容量などを考慮して予め設定される規定値（設定値ＶＮ（例えば、５３Ｖ）、以下、単に「キャパシタ設定電圧ＶＮ」とする。）が、演算部５７にて比較され、比較結果として偏差ＶＣ−ＶＮが求められる。この比較の前段階において、キャパシタ電圧ＶＣとキャパシタ設定電圧ＶＮとの均衡を図るため、キャパシタ電圧ＶＣは、乗算部５６において、予め設定された定数Ｎ３が乗算される。
【００５４】
そして、前記偏差ＶＣ−ＶＮがＰ制御部５８に入力される。Ｐ制御部５８は、偏差ＶＣ−ＶＮに基づいて、Ｐ（比例）制御演算を行うＰ制御器５８ａと、このＰ制御器５８ａからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ５８ｂとを備えている。このＰ制御部５８により、演算部５７にて求められた偏差ＶＣ−ＶＮが、Ｐ制御器５８ａによって演算され出力され、この出力がリミッタ５８ｂを通り上下限値を制限されて、Ｐ制御値Ｙｐとして生成される。このＰ制御値Ｙｐ（以下、補正値Ｙｐ）が、前述の充電電流指令値Ｙｐｉに対する補正値となる。
【００５５】
直流電圧制御により出力される充電電流指令の補正を行うこの充電電流制御では、キャパシタ電圧ＶＣがキャパシタ設定電圧ＶＮより低ければ、キャパシタ蓄電装置２１充電方向の電流を増加させ、給電電流を抑制して過放電を防止する。また、キャパシタ電圧ＶＣ−キャパシタ設定電圧ＶＮよりより高ければ、キャパシタ蓄電装置２１の放電方向の電流を増加させ、充電電流を抑制して過充電を防止する。
【００５６】
このようにして出力される補正値Ｙｐは、演算部５４にて直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ｙｐｉに加算され、この演算結果としての加算値Ｙｐｉ＋Ｙｐが、充放電電流リミッタ５５を通り上下限値を制限されて、正負が反転され、この値が最終的なシステムコントローラ１による充電電流指令の出力となる。
【００５７】
このような充電電流制御による充電電流指令の補正の態様を、キャパシタ蓄電装置２１への充電量を減少させている場合と増加している場合それぞれについて、図２の制御ブロック図に対応させて説明する。
まず、キャパシタ蓄電装置２１の充電量を減少させている場合について説明する。
この場合、インバータ直流電圧Ｖｄｃ＞設定電圧Ｖｏとなり、直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ｙｐｉは正（＋）の値となる。この場合において、キャパシタ電圧ＶＣがキャパシタ設定電圧ＶＮよりも低くなると、充電電流制御から出力される補正値Ｙｐは、負（−）の値となる。この負（−）の値である補正値Ｙｐが、正（＋）の値である充電電流指令値Ｙｐｉに演算部５４にて加算されるので、最終的な出力値Ｙｓは大きくなり、充電電流指令値は増加し、給電電流が抑制されてキャパシタ蓄電装置２１の過放電が防止される。
【００５８】
次に、キャパシタ蓄電装置２１の充電量を増加させている場合について説明する。
この場合、インバータ直流電圧Ｖｄｃ＜設定電圧Ｖｏとなり、直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ｙｐｉは負（−）の値となる。この場合において、キャパシタ電圧ＶＣがキャパシタ設定電圧ＶＮよりも高くなると、充電電流制御から出力される補正値Ｙｐは、正（＋）の値となる。この正（＋）の値である補正値Ｙｐが、負（−）の値である充電電流指令値Ｙｐｉに演算部５４にて加算されるので、最終的な出力値Ｙｓは小さくなり、充電電流指令値は減少し、充電電流が抑制されてキャパシタ蓄電装置２１の過充電が防止される。
【００５９】
このように、キャパシタ電圧ＶＣを用いて充電電流制御を行い、直流電圧制御により出力される充電電流指令の自動補正を行うことで、キャパシタ蓄電装置２１の過充電・過放電を防止するとともに、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置２１を過電流から保護するのであるが、出力応答性が高く電力の受入れ性が高いキャパシタ蓄電装置２１には、瞬時に過大な電流が充電されることにより、キャパシタ電圧が急激に上昇するおそれがある。このような事態を回避するため、キャパシタ電圧ＶＣが、キャパシタ蓄電装置２１の定格電圧値（例えば、５４Ｖ）に達した場合は、キャパシタ蓄電装置２１への充電を停止するように制御している。
この定格電圧値は、キャパシタ蓄電装置２１が有する定格電圧の電圧値であり、システムコントローラ１に予め設定される。つまり、前述した充電電流制御におけるキャパシタ設定電圧ＶＮは、この定格電圧値よりも若干低めに設定されることとなる。
【００６０】
すなわち、前記充電電流制御によって、キャパシタ蓄電装置２１の過充電を防止するように制御しているため、キャパシタ電圧ＶＣが前記キャパシタ設定電圧ＶＮより高くなると充電電流が抑制されるが、瞬時の大電流がキャパシタ蓄電装置２１の流れ込むこと等によってキャパシタ電圧ＶＣが急激に上昇して定格電圧値に達した場合は、システムコントローラ１から昇降圧チョッパ２２へ停止信号が送られ、これにより昇降圧チョッパ２２が停止し、キャパシタ蓄電装置２１の充電が停止される。
【００６１】
このように、キャパシタ電圧ＶＣを用いて充電電流制御を行い、直流電圧制御により出力される充電電流指令の自動補正を行うとともに、定格電圧値によって昇降圧チョッパ２２をリミッタ制御することにより、キャパシタ蓄電装置２１の過充電・過放電を防止し、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置２１を過電流から保護するとともに、キャパシタ蓄電装置２１を過電圧から保護することができる。これにより、キャパシタ蓄電装置２１が高電圧状態での大電流の充電を防止することができるので、キャパシタ蓄電装置２１の発熱や特性劣化を抑制することができる。
【００６２】
また、前述したように、キャパシタ電圧ＶＣが定格電圧値に達し、システムコントローラ１からの停止信号によって昇降圧チョッパ２２を停止させる際、システムコントローラ１から警報を発するように制御することもできる。
この場合、キャパシタ電圧ＶＣが定格電圧値に達すると、システムコントローラ１から昇降圧チョッパ２２へ停止信号を送信すると同時に、システムコントローラ１内または別途設けられる警報装置により、警報音（アラームやブザー等）や光により警報を発する。これにより、オペレータ等にキャパシタ蓄電装置２１が高電圧状態であることを報知する。
【００６３】
このように、キャパシタ電圧ＶＣがキャパシタ蓄電装置２１の定格電圧値に達した際、昇降圧チョッパ２２を停止させてキャパシタ蓄電装置２１の充電を停止させるとともに、警報を発して報知することにより、オペレータ等にキャパシタ蓄電装置２１が高電圧状態であることを報知できる。これにより、オペレータ等は、発電機としてのモータジェネレータ１１を停止させる等、キャパシタ蓄電装置２１の高電圧状態に早急に対処することが可能となる。
【００６４】
次に、前記定電流制御回路１００による定電流制御について説明する。
定電流制御とは、定電流制御回路１００によってキャパシタ蓄電装置２１の充電電流の電流値が、略一定値（定電流）となるように行われる制御である。以下、定電流制御回路１００について説明する。
【００６５】
定電流制御回路１００は、キャパシタに通電される電流値を常に規定値に制御するための制御回路である。
そして、このように、キャパシタ蓄電装置２１に通電される電流値を常に規定値に設定することで、過大な電流がキャパシタ蓄電装置２１に流れ込み、キャパシタが破壊されることを防止しようとするものである。
【００６６】
図３に、定電流制御回路１００の構成について示す。
定電流制御回路１００は、複数のキャパシタモジュール２１ａ・２１ｂによって構成されるキャパシタ蓄電装置２１に並列に接続されており、これにより、負荷側に配される昇降圧チョッパ２２の入出力端子に対し、キャパシタ蓄電装置２１と、定電流制御回路１００とが並列接続されている。
図３において、昇降圧チョッパ２２からは、電流値ＩＭＡＸの電流が出力され、端子１１０ａにて分流されて、電流値Ｉｏの電流がキャパシタ蓄電装置２１へ供給され、電流値ＩＤＳの電流が定電流制御回路１００に供給される（ＩＭＡＸ≒Ｉｏ＋ＩＤＳ）。
また、１０１は電流制御素子としてのＭＯＳＦＥＴであり、端子１１０ａにおいて分流される電流の電流値ＩＤＳが、ＭＯＳＦＥＴ１０１の制御入力電圧としてのゲートソース電圧ＶＧＳの値に応じて変更設定されるようになっている。なお、端子１１０ａは、昇降圧チョッパ２２のプラス端子と、キャパシタ蓄電装置２１のプラス端子との間に配される端子である。
また、前記システムコントローラ１（図１参照）より、制御電圧ＳＶが入力されるようになっている。
また、１０２は第一反転増幅器であり、該第一反転増幅器１０２には、制御電圧ＳＶの分圧Ｖａと、端子１１０ｂにおける電圧Ｖｂが入力される。なお、端子１１０ｂは、昇降圧チョッパ２２のマイナス端子と、キャパシタ蓄電装置２１のマイナス端子との間に配される端子である。
また、１０３はキャパシタ蓄電装置２１に直列接続される定電圧素子としてのシャント抵抗であり、該シャント抵抗１０３と、キャパシタ蓄電装置２１に流れる電流の電流値Ｉｏによって、電圧Ｖｂが決定されることになる。ここで、シャント抵抗１０３（抵抗値ｒ）を用いているのは、電流値Ｉｏのバラツキを少なくするためである。
また、１０４は第二反転増幅器であり、該第二反転増幅器１０４には、第一反転増幅器１０２の出力電圧ＶＯＰと、グランド電圧が入力される。
そして、以上の第一反転増幅器１０２、第二反転増幅器１０４により、該シャント抵抗１０３の電圧電圧Ｖｂと制御電圧ＳＶ（の分圧Ｖａ）の電圧比較回路を構成することとし、第二反転増幅器１０４の出力を、前記ＭＯＳＦＥＴ１０１の制御入力電圧となるゲートソース電圧ＶＧＳとすることとしている。
【００６７】
以上の定電流制御回路１００により、図４の制御フローに示されるごとくの定電流制御が行われる。
このフローでは、システムコントローラ１から定電流制御回路１００に入力する制御電圧ＳＶを設定する（低下させる、又は、上昇させる）ことにより、電圧Ｖｂを設定し、この電圧Ｖｂと、シャント抵抗１０３によって決定される電流値Ｉｏが規定値に設定されることを示している。
まず、電流値Ｉｏが規定値よりも増加した場合において、該電流値Ｉｏが規定値に補正されるフローについて説明する。
電流値Ｉｏが規定値よりも増加し、電圧Ｖｂが設定された制御電圧ＳＶの分圧Ｖａよりも大きくなると（ステップ４０１）、第一反転増幅器１０２における出力電圧ＶＯＰが低下し（ステップ４０２）、第二反転増幅器１０４の出力であるゲートソース電圧ＶＧＳが上昇される（ステップ４０３）。そして、このゲートソース電圧ＶＧＳの上昇により、ＭＯＳＦＥＴ１０１を通過する電流の電流値ＩＤＳが増加され（ステップ４０４）、この電流値ＩＤＳの増加によって、キャパシタ蓄電装置２１に流れる電流の電流値Ｉｏが減少する（ステップ４０５）。
そして、電流値Ｉｏが減少すると、シャント抵抗１０３の抵抗値によって定まる電圧Ｖｂの値が低下し（ステップ４０６）、制御電圧ＳＶによって決定される分圧Ｖａと電圧Ｖｂが略同一に設定される（ステップ４０７）。
以上のようにして、電流値Ｉｏが規定値よりも増加した場合においては、電圧Ｖｂは分圧Ｖａと略同一になるまで低下され、結果として、電流値Ｉｏが規定値に補正されることになる。つまり、電流値Ｉｏが規定値に設定されることになる。
【００６８】
同様に、電流値Ｉｏが規定値よりも減少した場合について説明すると、この場合、電圧Ｖｂは設定された制御電圧ＳＶの分圧Ｖａよりも小さくなることになる（ステップ４１１）。これにより、第一反転増幅器１０２における出力電圧ＶＯＰが上昇し（ステップ４１２）、第二反転増幅器１０４の出力であるゲートソース電圧ＶＧＳが低下される（ステップ４１３）。そして、このゲートソース電圧ＶＧＳの低下により、ＭＯＳＦＥＴ１０１を通過する電流の電流値ＩＤＳが減少され（ステップ４１４）、この電流値ＩＤＳの減少によって、キャパシタ蓄電装置２１に流れる電流の電流値Ｉｏが増加する（ステップ４１５）。
そして、電流値Ｉｏが増加すると、シャント抵抗１０３の抵抗値によって定まる電圧Ｖｂの値が上昇し（ステップ４１６）、制御電圧ＳＶによって決定される分圧Ｖａと電圧Ｖｂが略同一に設定される（ステップ４０７）。
以上のようにして、電流値Ｉｏが規定値よりも減少した場合においては、電圧Ｖｂは分圧Ｖａと略同一になるまで上昇され、結果として、電流値Ｉｏが規定値に補正されることになる。つまり、電流値Ｉｏが規定値に設定されることになる。
【００６９】
また、以上のフローからもわかるように、電流値Ｉｏは、制御電圧ＳＶの設定（分圧Ｖａ）電圧によって決定されるものであり、この電圧Ｖｂを検知して制御電圧ＳＶを変更することにより電流値Ｉｏを制御することができる。
つまり、図３の定電流制御回路１００によれば、制御電圧ＳＶの設定によってキャパシタ蓄電装置２１に流れる電流値Ｉｏを規定値として設定することが可能となり、また、該規定値に電流値Ｉｏを制御する（定電流に制御する）ことが可能となるものである。
【００７０】
以上のように、定電流制御回路１００は、キャパシタ蓄電装置２１の充電経路１１０Ａとグランド端子の間に直列接続される電流制御素子（ＭＯＳＦＥＴ１０１）と、キャパシタ蓄電装置２１と直列接続される電流安定素子（シャント抵抗１０３）と、該シャント抵抗１０３の電圧と制御電圧ＳＶ（の分圧Ｖａ）の電圧比較回路と、を具備し、電圧比較回路の出力を前記ＭＯＳＦＥＴ１０１の制御入力電圧（ゲートソース電圧ＶＧＳ）として印加する構成とし、これにより、制御電圧ＳＶの設定によってキャパシタ蓄電装置２１に流れる電流値Ｉｏを規定値として設定することが可能となり、また、該規定値に電流値Ｉｏを制御する（定電流に制御する）ことが可能となるものである。
そして、キャパシタ蓄電装置２１に通電される電流値が常に規定値となるよう制御されることによれば、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに過大な電流が流れ込み、キャパシタ蓄電装置２１が破壊することを防止できる。
また、昇降圧チョッパ２２より過充電となった場合においても、端子１１０ａにおいて、電流値ＩＤＳの電流を定電流制御回路１００に逃がすことができ、キャパシタ蓄電装置２１の故障を防止できる。
【００７１】
このように、定電流制御回路１００により定電流制御を行うことにより、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を定電流とすることが可能となり、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置２１に瞬時に大電流が流れ込むことを防ぐことができるので、キャパシタ蓄電装置２１が破損することを防止できる。
【００７２】
以上説明した、キャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御における二つの制御方式である、昇降圧チョッパ２２による充電電流リミッタ制御及び定電流制御回路１００による定電流制御は、同時並行に制御可能とするものであるが、いずれか一方のみを行うことも可能である。
この際、昇降圧チョッパ２２による充電電流リミッタ制御のみによってキャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御を行う場合は、定電流制御回路１００をシステムコントローラ１により停止状態とするか、または、蓄電システム部２０に定電流制御回路１００を設けない構成とする。
また、定電流制御回路１００による定電流制御のみによってキャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御を行う場合は、昇降圧チョッパ２２において充放電電流リミッタ５５に設定される充電電流の上限値及び下限値を一定値とし、定電流制御回路１００によってキャパシタ蓄電装置２１に対する充電電流を制御する。
【００７３】
続いて、キャパシタ蓄電装置２１の電圧均等化制御について説明する。
キャパシタ蓄電装置２１の電圧均等化制御とは、キャパシタ蓄電装置２１充電時、において、キャパシタ蓄電装置２１を構成する複数のキャパシタモジュールそれぞれの端子電圧を平準化して均等にすることにより、各キャパシタモジュールの蓄電量を均等にするための制御である。そして、この電圧均等化制御は、均等制御回路２００による回路制御と、前記昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００を用いてキャパシタ蓄電装置２１への充電電流を制限することによって行う電流制限制御との二つの制御方式がある。
【００７４】
まず、均等制御回路２００について説明する。
均等制御回路は、キャパシタ蓄電装置２１において直列接続される各キャパシタモジュールの端子間電圧を均等にするための制御回路である。
そして、このように、直列接続される各キャパシタモジュールの端子間電圧を均等にすることで、特定のキャパシタモジュールの端子間電圧を高くし、充電効率を低下させてしまうといった不具合を防ごうとするものである。また、これにより、充放電を繰り返しても、特定のキャパシタモジュールの端子間電圧が耐電圧を超えてしまうといった不具合の発生を防ごうとするものである。
【００７５】
図５に、均等制御回路２００の構成について示す。
均等制御回路２００は、キャパシタ蓄電装置２１において互いに直列接続されるキャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに対し、それぞれ、分流回路２００ａ・２００ｂを設けることで構成されるものである。
この分流回路２００ａ・２００ｂは、電流値Ｉｔの電流をそれぞれ端子１２０ａ・１２０ｂにおいて分流することにより、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに入力される電流の電流値Ｉｏｕｔの大小を制御しようとするものである。
図５に示すごとく、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂは、キャパシタ蓄電装置２１として昇降圧チョッパ２２に並列接続されるものであり、昇降圧チョッパ２２の端子間電圧が充電電圧ＶＭＡＸとして設定され、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの端子間電圧の合計が、充電電圧ＶＭＡＸに相当するものとなっている。
なお、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの端子間電圧が均一になるものが望ましい状態である。
【００７６】
図５において、１３１ａ・１３１ｂは、抵抗値の等しい抵抗であり、これにより、端子１２０ａ・１２０ｂへ向かって、等しい電流値Ｉｉｎの電流がそれぞれ供給されるようになっている。
端子１２０ａ・１２０ｂにおいて分流される電流のうち、電流値Ｉｏｕｔの電流がキャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに供給され、電流値Ｉｔの電流が分流回路２００ａ・２００ｂに分流されるものとしている。
ここで、１３２ａ・１３２ｂは、電流制御素子としてのＭＯＳＦＥＴであり、該ＭＯＳＦＥＴ１３２ａ・１３２ｂにより電流値Ｉｏｕｔの大きさが決定されるようになっている。このＭＯＳＦＥＴ１３２ａ・１３２ｂは、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに対して並列に接続される。
また、ＭＯＳＦＥＴ１３２ａ・１３２ｂへの制御入力電圧としてのゲートソース電圧ＶＧＳは、電圧比較回路となる誤差増幅器１３３ａ・１３３ｂの出力電圧であり、該ゲートソース電圧ＶＧＳは基準電圧ＶＲＥＦと、検出抵抗１３４ａ・１３５ａ・１３４ｂ・１３５ｂの分圧ＶＲとの比較によって決定される。
また、１３６ａ・１３６ｂは、定電圧素子としてのツェナダイオードであり、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに対して並列に接続される。このツェナダイオード１３６ａ・１３６ｂによって、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの自己放電が回避されるとともに、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの過充電（過電圧）が回避されるようになっている。つまり、該ツェナダイオード１３６ａ・１３６ｂは、設定電圧よりも高くなると導通する性質を有するため、自己放電防止と、過電圧防止の機能を果たすこととなっている。
【００７７】
以上の構成の分流回路２００ａ・２００ｂは同一の構成とするものである。
このうち、まず、分流回路２００ａの動作について説明すると、キャパシタモジュール２１ａの充電が進行し、キャパシタ電圧が増加すると、分圧ＶＲが増加することになる。そして、これにより、誤差増幅器１３３ａの出力、即ち、ゲートソース電圧ＶＧＳが大きくなり、ＭＯＳＦＥＴ１３２ａを流れる電流の電流値Ｉｔが増加する。そして、電流値Ｉｔが増加すると、端子１２０ａにおいて、キャパシタモジュール２１ａ側に分流される電流の電流値Ｉｏｕｔが減少されることになる。
このようにキャパシタ電圧によって、電流値Ｉｏｕｔの増減が制御されるものであり、キャパシタ電圧が低い場合、つまり、充電量が少ない場合には、電流値Ｉｏｕｔが増加されてすばやく充電され、満充電に近づくにつれキャパシタ電圧が高くなると、電流値Ｉｏｕｔが減少されて、過充電が行われないようになる。そして、キャパシタモジュール２１ａが最終的に満充電となった場合には、キャパシタモジュール２１ａへの電流供給が終了されることになる。このようにして、キャパシタ電圧が常に一定に保持されることとなる。
また、以上は、キャパシタモジュール２１ｂにおける分流回路２００ｂの動作についても同様である。つまり、キャパシタ蓄電装置２１が２個以上のキャパシタモジュールを有する場合、各キャパシタモジュールにおいて同様の分流回路が設けられるものである。
【００７８】
さらに、以上の充電において、特に急速充電がされるような場合には、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの電圧に差が生じることになり、例えば、キャパシタモジュール２１ａが先に満充電の状態となる場合がある。
この場合では、分流回路２００ａの制御によって、キャパシタモジュール２１ａへの電流供給が行われることがないため、キャパシタモジュール２１ａにて過充電がされることがない。
他方、この分流回路２００ａによる制御の間、キャパシタモジュール２１ｂへの充電が行われることになり、キャパシタモジュール２１ｂが満充電の状態に到達されることになる。
尚、図５に示すように、ダイオード２２０を設けることにより、キャパシタモジュール２１ｂが先に満充電となった場合において、該キャパシタモジュール２１ｂ側に流れる電流を、キャパシタモジュール２１ａに供給させる構成してもよい。
【００７９】
以上のように、キャパシタ蓄電装置２１内で互いに直列接続されるキャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに対し、充電電流を均等に分流して供給する構成とするとともに、前記各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに対し、前記均等に分流された電流の一部を分流させる分流回路２００ａ・２００ｂが設けられ、前記各分流回路２００ａ・２００ｂは、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに並列接続される電流制御素子（ＭＯＳＦＥＴ１３２ａ・１３２ｂ）と、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの電圧（分圧ＶＲ）と、基準電圧ＶＲＥＦとを比較する電圧比較回路（誤差増幅器１３３ａ・１３３ｂ）と、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂに並列接続される定電圧素子（ツェナダイオード１３６ａ・１３６ｂ）と、を具備し、電圧比較回路（誤差増幅器１３３ａ・１３３ｂ）の出力を前記ＭＯＳＦＥＴ１３２ａ・１３２ｂの制御入力電圧（ゲートソース電圧ＶＧＳ）として印加する構成とし、これにより、充電経路１２０Ａ・１２０Ｂの電流（電流値Ｉｔ）を放電経路１２０Ｃに分流させることで、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂのキャパシタ電圧を一定に保ちつつ、過充電を防止することとするものである。
そして、過充電が防止される、つまりは、キャパシタ電圧が、耐電圧よりも低く維持されることにより、キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの加熱・破損・故障を防止することができるようになる（過充電保護）。
また、最終的には、両キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂが均等に満充電されるので、充放電を繰り返した場合においても、キャパシタ蓄電装置２１全体として高い出力密度（規定の出力密度）を維持することができ、即応性が高いといったキャパシタ特有のメリットを十分に生かすことができる。
【００８０】
このように、均等制御回路２００によってキャパシタ蓄電装置２１の電圧均等化制御を行うことにより、キャパシタ蓄電装置２１の充電時、特に急速充電時において生じ易い各キャパシタモジュールの端子電圧のバラツキを抑制することができる。これにより、各キャパシタモジュールの充電量を均等にすることができ、充電効率が向上するとともに、あるキャパシタモジュールが過充電されることによる発熱を抑制することができる。また、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧を一定に保つことができることからも、キャパシタ蓄電装置２１の過充電を防止することができる。
【００８１】
次に、キャパシタ蓄電装置２１の電圧均等化制御のうち、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００を用いて行う電流制限制御について説明する。
この電流制限制御は、キャパシタ蓄電装置２１の充電時において、キャパシタ電圧がキャパシタ蓄電装置２１の定格電圧に対して一定以上低い状態で、キャパシタ蓄電装置２１のあるキャパシタモジュールが満充電状態となった場合は、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００により、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を規定の小電流とする制御である。
【００８２】
すなわち、この電流制限制御においては、キャパシタ蓄電装置２１から、該キャパシタ蓄電装置２１の満充電状態となったときに出力される満充電信号が出力された際、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧の、該キャパシタ蓄電装置２１の定格電圧に対する電圧差が、予め設定される規定値（以下、「電圧差規定値」とする。）を上回っている場合、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００により、予め設定される規定値（以下、「規定電流値」とする。）とし、その後、キャパシタ電圧が前記定格電圧に達すると、キャパシタ蓄電装置２１への充電を停止する。
【００８３】
前記満充電信号とは、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタモジュールのいずれかが満充電状態となった際に、キャパシタ蓄電装置２１からシステムコントローラ１に出力される信号であり、キャパシタ蓄電装置２１の満充電状態となった際に発せられる信号である。つまり、キャパシタ電圧が定格電圧に対して一定以上低い状態で満充電信号が出力されるということは、各キャパシタモジュールの充電量に差（バラツキ）が生じている可能性があるということであり、この場合に、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を前記規定電流値とする。
【００８４】
具体的には、前記電圧差規定値及び規定電流値は、システムコントローラ１に予め設定されており、キャパシタ蓄電装置２１からシステムコントローラ１に満充電信号が出力されると、システムコントローラ１においてキャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧と定格電圧とが比較される。そして、キャパシタ電圧の定格電圧に対する電圧差が、前記電圧差規定値を上回っている場合は、システムコントローラ１が、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００に対して、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流が、前記規定電流値となるように指令を送る。
【００８５】
すなわち、キャパシタ電圧が定格電圧に対して低い状態で満充電信号が出力されるという状態が発生した場合、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００により前記規定電流値（０．５Ａ程度の小電流）とすることにより、キャパシタ蓄電装置２１に過大な充電電流が流れ込むことによってキャパシタ電圧が急激に上昇することがなくなり、充電量の少ないキャパシタモジュールへと電流が流れることとなるので、各キャパシタモジュールに対する充電量を平準化することができる。この結果、各キャパシタモジュールの端子電圧の均等化を図ることが可能となる。
そして、この規定電流値の充電電流によってキャパシタ蓄電装置２１が充電されていき、キャパシタ電圧が定格電圧に達すると、システムコントローラ１は、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００に停止信号を送り、キャパシタ蓄電装置２１の充電を停止させる。
【００８６】
このように、昇降圧チョッパ２２または定電流制御回路１００を用いた電流制限制御を行うことにより、各キャパシタモジュールの充電量を均等にすることができ、充電効率が向上するとともに、あるキャパシタモジュールが過充電されることによる発熱を抑制することができる。また、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧を一定に保つことができることからも、キャパシタ蓄電装置２１の過充電を防止することができる。
【００８７】
なお、この電流制限制御は、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を小電流にすることによってキャパシタ蓄電装置２１の各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの端子電圧の均等化を図るものであるため、前述した均等制御回路２００による回路制御と比較して、キャパシタ蓄電装置２１の急速充電時においては適しておらず、均等制御回路２００による回路制御のバックアップ的な用途として利用される。例えば、キャパシタ蓄電装置２１の急速充電時などに均等制御回路２００によってキャパシタ蓄電装置２１の各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂの均等化が行われた後一定時間経過後に、前記電流制限制御を行い、各キャパシタモジュール２１ａ・２１ｂそれぞれを満充電状態にする等の用途が考えられる。
【００８８】
以上説明した、キャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御及び電圧均等化制御は、図６に示すように、モータとして作動するモータジェネレータ１１に電力を供給する電力原として燃料電池２９を備える構成の蓄電システム部２０においても行うことができる。
この場合、昇降圧チョッパ２２を備えない構成となるので、キャパシタ蓄電装置２１に対する充電制御については、定電流制御回路１００による定電流制御のみが行われる。また、キャパシタ蓄電装置２１に対する電圧均等化制御については、電流制限制御においてキャパシタ蓄電装置２１への充電電流の制限に用いられるのは定電流制御回路１００のみとなる。
【００８９】
ところで、前述したような、充電制御や電圧均等化制御が行われるキャパシタ蓄電装置２１は、充放電に化学反応をともなわないため、その端子電圧（キャパシタ電圧）を測定すれば、あとはキャパシタ蓄電装置２１の静電容量から蓄電量（残存容量）を正確に推定することができる。
具体的には、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量（残存容量）Ｑは、キャパシタ蓄電装置２１の電荷を蓄える能力を示す静電容量をＣとすると、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧ＶＣから、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑは次式（１）により表される。
Ｑ＝ＣＶＣ２／２  ・・・（１）
つまり、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑはキャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧ＶＣから把握することができ、キャパシタ電圧ＶＣがキャパシタ蓄電装置２１の耐電圧である場合に、キャパシタ蓄電装置２１の満充電状態を示すこととなる。
【００９０】
こうしたキャパシタ蓄電装置２１の性質を利用し、本ハイブリッドシステムにおいては、キャパシタ蓄電装置２１の静電容量に応じたマップ（以下、「蓄電量推定マップ」）を予め作成し、この蓄電量推定マップに基づいてキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量を推定する。
すなわち、予め測定した結果に基づき、図６に示すような、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧ＶＣと蓄電量Ｑとの関係を表す蓄電量推定マップを、キャパシタ蓄電装置２１の静電容量に応じて作成してシステムコントローラ１に記憶させておき、この蓄電量推定マップに基づき、キャパシタ電圧ＶＣから蓄電量Ｑを推定することを可能としている。
つまり、用途などに応じて静電容量の異なるキャパシタ蓄電装置２１を用いたり、キャパシタ蓄電装置２１として静電容量の異なるキャパシタモジュールを複数用いたりする場合、各静電容量（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・）毎に蓄電量推定マップを作成し、キャパシタ電圧ＶＣを測定することのみによってキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量を推定する。
【００９１】
このように、キャパシタ蓄電装置２１の静電容量に応じたマップを予め作成し、このマップに基づいてキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量を推定することにより、正確に蓄電量を推定することができるというキャパシタ蓄電装置２１の性質を十分に生かすことができ、静電容量に応じたキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量を、キャパシタ電圧のみを測定することによって容易に推定することが可能となる。
【００９２】
また、このようにして推定されるキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量は、前記操作部８に設けられシステムコントローラ１と接続される液晶モニター等の表示手段１４に表示される。
この表示手段１４におけるキャパシタ蓄電装置２１の現在の蓄電量の表示形態としては、キャパシタ蓄電装置２１の全電力量のうち何％を消費しているかをデジタル表示したりキロワット表示したりする等の数値表示や、残量を視覚的に把握することができるメータ表示やバー表示などがある。
また、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量をより直接的に把握するために、キャパシタ蓄電装置２１の現在の蓄電量を、モータジェネレータ１１をモータとして作動可能な時間に換算し、これをキャパシタ蓄電装置２１の残量として時間表示する方法も提案する。
【００９３】
このように、システムコントローラ１に接続される表示手段１４を設け、該表示手段１４にキャパシタ蓄電装置２１の現在の蓄電量を表示することにより、オペレータ等によるキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量を容易に把握することが可能となる。つまり、正確に蓄電量を推定することができるというキャパシタ蓄電装置２１の性質を十分に生かすことができるとともに、本ハイブリッドシステムが適用される作業機などにおいて、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量に応じた操作を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係るハイブリッドシステムの構成の一例を示す図。
【図２】昇降圧チョッパ用ブロック図。
【図３】定電流制御回路の構成を示す図。
【図４】定電流制御回路による定電流制御の制御フローを示す図。
【図５】均等制御回路の構成を示す図。
【図６】図燃料電池を用いた蓄電システム部の構成について示す図。
【図７】キャパシタ蓄電装置の蓄電量推定マップを示す図。
【符号の説明】
【００９５】
１      システムコントローラ
２      エンジン
１１    モータジェネレータ
１２    インバータコンバータ
１４    表示手段
２１    キャパシタ蓄電装置
２２    昇降圧チョッパ
１００  定電流制御回路
２００  均等制御回路
【図１】
2005269825.tif 000003
【図２】
2005269825.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005269825.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005269825.tif 000008
【図７】
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