JP2005269825A - Hybrid system - Google Patents

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Mitsuhiro Nakagaki
充弘 中垣
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a hybrid system using a nickel hydride battery as a power storage unit in which charge/discharge efficiency is enhanced by performing charge/discharge control and voltage control of a capacitor power storage unit appropriately, the capacitor power storage unit is prevented from such damage as heat generation or deterioration, power storage capacity of the capacitor power storage unit can be estimated easily by utilizing the properties of an electric double layer capacitor, and an operator can grasps the power storage capacity being estimated. <P>SOLUTION: In the hybrid system comprising a capacitor power storage unit 21 for storing power generated by a generator and supplying power to a motor, and a chopper 22 for stepping the input/output voltage of the capacitor power storage unit 21 up and down, the step up/down chopper 22 is provided with a charge/discharge current limiter 55. Charge/discharge capacity of the capacitor power storage unit 21 is controlled by a charge/discharge current command being limited within a predetermined range by the charge/discharge current limiter 55. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a hybrid system that extracts at least mechanical driving force and electric power from an engine, and more particularly, to a power storage device in the hybrid system.

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。   In recent years, in working machines such as automobiles and construction machines, a generator using an engine as a drive source, a battery (secondary battery) as a power storage device that stores electric power generated by the generator, and supply from this battery A motor (electric motor) that is driven using the generated electric power, and the battery is stored by the generator and the engine is torque-assisted by the motor, so that the engine can be used effectively while saving energy. So-called hybrid systems that enable efficient operation are adopted, and such technology is becoming the mainstream in the future.

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。)。   In the hybrid system as described above, in order to enable a large amount of power to be supplied to the motor that assists the engine in a short time, such as when an automobile is accelerated or when a heavy work load is applied to the work machine. In addition, in order to improve the power regeneration efficiency of the power storage device by the generator, it is proposed to use an electric double layer capacitor having a low internal resistance, a high output density, and a high charge / discharge efficiency as a power storage device. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2002−120602号公報JP 2002-120602 A

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。
However, as described above, an electric double layer capacitor used as a power storage device generally has a very low internal resistance (about 1 mΩ) as compared with a battery. When electric power generated from a machine or other power storage device is stored as it is, a large current may flow instantaneously, which may cause damage to the electric double layer capacitor. Similarly, during charging, the withstand voltage is easily exceeded as the terminal voltage (capacitor voltage) of the electric double layer capacitor rises, which leads to deterioration of the electric double layer capacitor. Conversely, when power is supplied from the electric double layer capacitor, if the output is short-circuited in a state where the terminal voltage is high, an unlimited current flows and an overcurrent state occurs instantaneously, which may damage the electric double layer capacitor, The large current due to this overcurrent also affects other electronic devices attached to the electrical system, such as failure.
In addition, the electric double layer capacitor has such a property that when an overvoltage exceeding the rated voltage is applied, the resistance to the overvoltage is low, such as heat generation, significant characteristic deterioration, and further damage.

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。   Furthermore, when charging an electric double layer capacitor, if the electric double layer capacitor is composed of a plurality of modules, the electric double layer capacitor depends on the material properties of the activated carbon and the use conditions such as temperature and voltage. In general, since self-discharge is large, when the same charge amount is stored, the terminal voltage of each module varies, and although one module is fully charged immediately, another module is completely insufficient. A phenomenon that the battery is still charged may occur. In addition, in this case, the module that has been fully charged first is overcharged, and the module generates excessive heat.

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。   On the other hand, the electric double layer capacitor can easily and accurately estimate the charged amount (remaining capacity) compared to the battery. In other words, there are two methods for estimating the amount of charge of a battery, one based on voltage and one based on current integration. However, since the battery involves a chemical reaction in charge and discharge, it is difficult to accurately estimate the amount of charge. In this regard, the amount of electricity stored in the electric double layer capacitor that does not involve a chemical reaction in charge and discharge can be accurately estimated from the capacitance of the electric double layer capacitor after measuring the terminal voltage.

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。   Therefore, in the present invention, in a hybrid system including a capacitor power storage device as a power storage device, charging / discharging control and voltage control of the capacitor power storage device are appropriately performed to improve charge / discharge efficiency and heat generation of the capacitor power storage device. The purpose is to prevent deterioration and damage. It is another object of the present invention to make it possible to easily estimate the amount of electricity stored in the capacitor power storage device by utilizing the properties of the electric double layer capacitor and to easily grasp the estimated amount of electricity stored by an operator or the like.

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。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.

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。   That is, in claim 1, an engine, a motor that assists the engine, a control unit that controls these, a generator that drives the engine, a storage of generated power from the generator, and the motor A power storage device that supplies power to the power storage device, a step-up / step-down chopper that steps up / down the input / output voltage of the capacitor power storage device, and a power that is interposed between the motor and the step-up / down chopper and converts the input power to a predetermined value. The step-up / step-down chopper includes a charge / discharge current limiter, and the charge amount to the capacitor power storage device is determined by a charge current command limited to a predetermined range by the charge / discharge current limiter. And the amount of discharge from the capacitor power storage device.

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。   According to a second aspect of the present invention, the step-up / step-down chopper decreases the command value of the charging current command when the inverter DC voltage of the inverter converter is lower than the voltage command value from the control means, and Reducing the amount of charge to the device or discharging the capacitor power storage device, and if the inverter DC voltage is higher than the voltage command value, the command value of the charge current command is increased and the capacitor power storage device It is intended to increase the amount of charge.

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。   According to a third aspect of the present invention, the step-up / step-down chopper decreases the command value of the charging current command when the capacitor voltage exceeds a preset specified value, and the capacitor voltage falls below the specified value. In this case, the command value of the charging current command is increased, and when the capacitor voltage reaches the rated voltage value, the charging of the capacitor power storage device is stopped.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, an engine, a motor that assists the engine, a control unit that controls the engine, a generator that uses the engine as a driving source, storage of generated power from the generator, and the motor A hybrid system including a capacitor power storage device that supplies power, and a constant current control circuit that performs constant current control of a charging current to the capacitor power storage device.

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。   In claim 5, when the capacitor voltage of the capacitor power storage device reaches a rated voltage value of the capacitor power storage device, an alarm is transmitted from the control means and charging to the capacitor power storage device is stopped. is there.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, the capacitor power storage device includes a plurality of capacitor modules that are connected in a predetermined manner, and includes an equalization control circuit that equalizes voltages for the plurality of capacitor modules.

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。   8. The capacitor power storage device according to claim 7, wherein a capacitor voltage of the capacitor power storage device is output from the capacitor power storage device when a full charge signal output when the capacitor power storage device is fully charged is output. When the voltage difference with respect to the rated voltage exceeds a preset specified value, the charging current to the capacitor power storage device is set to a preset specified value, and when the capacitor voltage reaches the rated voltage, The charging of the capacitor power storage device is stopped.

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。   In claim 8, an engine, a motor that assists the engine, a control unit that controls these, a generator that uses the engine as a driving source, storage of electric power generated from the generator, and the motor A capacitor storage device that supplies power, and a map representing a relationship between a capacitor voltage and a storage amount of the capacitor storage device based on a pre-measured result It is created according to capacity, and the amount of stored electricity is estimated from the capacitor voltage based on the map.

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。   According to a ninth aspect of the present invention, display means connected to the control means is provided, and the estimated storage amount of the capacitor power storage device is displayed on the display means.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

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。
According to the first aspect, the charging current to the capacitor power storage device can be set within a certain range (constant current), and a large current can be prevented from flowing instantaneously into the capacitor power storage device having a low internal resistance. The capacitor power storage device can be prevented from being damaged.
In addition, by controlling the amount of discharge from the capacitor power storage device, when power is supplied from the capacitor power storage device, the capacitor power storage device is prevented from being damaged due to an unlimited current flow and an instantaneous overcurrent state. In addition, the failure of other electronic devices due to overcurrent can be prevented.

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。   According to the second aspect, since the charge amount of the capacitor power storage device can be controlled according to the inverter DC voltage of the inverter converter, the capacitor power storage device can be appropriately charged and discharged, and the capacitor power storage It is possible to limit the discharge current by setting the charging current to the device within a certain range (constant current).

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。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to prevent overcharge / overdischarge of the capacitor power storage device, protect the capacitor power storage device having a low internal resistance from overcurrent, and protect the capacitor power storage device from overvoltage. Thereby, since the capacitor power storage device can be prevented from being charged with a large current in a high voltage state, heat generation and characteristic deterioration of the capacitor power storage device can be suppressed.

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。   According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to make the charging current to the capacitor power storage device constant, and it is possible to prevent a large current from flowing into the capacitor power storage device having a low internal resistance. Can be prevented.

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。   According to claim 5, it is possible to notify an operator or the like that the capacitor power storage device is in a high voltage state. As a result, the operator or the like can quickly cope with the high voltage state of the capacitor power storage device, such as stopping the operation of the generator.

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。   According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to suppress variations in the terminal voltage of each capacitor module that are likely to occur during charging of the capacitor power storage device, particularly during rapid charging. Thereby, the charge amount of each capacitor module can be equalized, charging efficiency can be improved, and heat generation due to overcharging of a certain capacitor module can be suppressed. In addition, since the capacitor voltage of the capacitor power storage device can be kept constant, overcharging of the capacitor power storage device can be prevented and the life can be extended.

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。   According to the seventh aspect, the charge amount of each capacitor module of the capacitor power storage device can be equalized, the charging efficiency can be improved, and heat generation due to overcharging of a certain capacitor module can be suppressed. In addition, since the capacitor voltage of the capacitor power storage device can be kept constant, overcharge of the capacitor power storage device can be prevented.

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。   According to the eighth aspect of the present invention, the property of the capacitor power storage device capable of accurately estimating the power storage amount can be fully utilized, and the power storage amount of the capacitor power storage device according to the capacitance is measured only by the capacitor voltage. This makes it possible to easily estimate.

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。   According to the ninth aspect, it is possible to easily grasp the amount of electricity stored in the capacitor power storage device by an operator or the like. In other words, the characteristics of the capacitor power storage device that can accurately estimate the power storage amount can be fully exploited, and an operation according to the power storage amount of the capacitor power storage device can be performed on a work machine to which the hybrid system is applied. Can be done.

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。
Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a diagram showing an example of the configuration of a hybrid system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram for a buck-boost chopper, FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a constant current control circuit, and FIG. 4 is a constant current by a constant current control circuit. FIG. 5 is a diagram showing the control flow of the control, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the equalization control circuit, FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the power storage system unit using the fuel cell, and FIG. 7 is a storage amount estimation map of the capacitor power storage device FIG.

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。
First, the configuration of the hybrid system will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a hybrid system having a motor generator 11 having both functions of a motor and a generator will be described. However, the present invention is not limited to this, and a hybrid having a configuration in which a motor and a generator are separately provided. The effects of the present invention can also be obtained in a system or the like. That is, the present invention can be applied to a hybrid system including a capacitor power storage device (electric double layer capacitor) as a power storage device that supplies power to a motor that assists the engine and stores power generated by the generator.

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。   In this hybrid system, the output shaft of the engine 2 can be driven by both the engine 2 and the motor generator 11 that functions as a motor and a generator. The driving force extracted from the output shaft portion is transmitted to a load 7 such as a traveling portion or various working portions in an automobile or a work machine via a clutch portion or a power transmission device.

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。
The motor generator 11 is attached with the drive shaft connected to the crankshaft of the engine 2, and is electrically connected to the power storage system unit 20 via the inverter converter 12.
Further, the motor generator 11 functions as a motor or a generator, performs torque assist of the engine 2 that drives the load 7 by functioning as a motor, and functions as a generator to generate the generated power and the load 7. The regenerative power generated by the inertial force on the side is stored in the power storage device.
The inverter converter 12 functions as an inverter or a converter, and converts input power into direct current or alternating current and also converts it into a predetermined voltage and frequency.
The power storage system unit 20 includes a capacitor power storage device 21 as a power storage device and a step-up / step-down chopper 22 that steps up and down the input / output voltage of the capacitor power storage device 21.
The power storage system unit 20 including the engine 2, the inverter converter 12, and the step-up / step-down chopper is connected to the system controller 1 as a control unit, and the hybrid system is controlled by the system controller 1. Yes.

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。
Further, an operation lever 8 for operating the hybrid system includes an operation lever for adjusting the driving force (rotation speed) of the engine 2 and various switches for sending start signals and instruction signals to various devices (any of them) The control levers and various switches are connected to the system controller 1.
In the operation unit 8, as will be described in detail later, a display unit 14 such as a liquid crystal monitor that displays a storage amount (remaining capacity) of the capacitor storage device 21 is provided and connected to the system controller 1.

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。
In the hybrid system having such a configuration, as described above, the motor generator 11 having functions as a motor and a generator exhibits each function in accordance with a work situation or the like.
When the motor generator 11 is operated as a motor, electric power is supplied from the capacitor power storage device 21 of the power storage system unit 20. The electric power supplied from the capacitor power storage device 21 is input to the inverter converter 12 via the step-up / step-down chopper 22. At this time, the step-up / step-down chopper 22 functions as a step-up chopper, boosts the voltage of the power supplied from the capacitor power storage device 21 to a predetermined voltage, and outputs it to the inverter converter 12. At this time, the inverter converter 12 functions as an inverter, converts the input power into a predetermined value, and supplies the converted power to the motor generator 11.
Thus, when the motor generator 11 operates as a motor, the driving force is transmitted from the driving shaft of the motor generator 11 connected to the crankshaft of the engine 2 to the engine 2 to perform torque assist.

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。   On the other hand, when the motor generator 11 is operated as a generator, the motor generator 11 is operated by the driving force of the engine 2 to generate power. The electric power generated by the motor generator 11 is input to the inverter converter 12. At this time, the inverter converter 12 functions as a converter. Then, the electric power that has been subjected to the predetermined conversion by the inverter converter 12 is input to and stored in the capacitor power storage device 21 via the step-up / step-down chopper 22. At this time, the step-up / step-down chopper 22 functions as a step-down chopper and steps down the electric power output from the inverter converter 12 to a predetermined voltage and stores it in the capacitor power storage device 21.

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。   Such torque assist and power generation by the motor generator 11 are applied to the engine 2 on the basis of the speed command (motor command) transmitted from the system controller 1 to the inverter converter 12, the fuel injection amount of the engine 2, the engine speed, and the like. This is performed according to the load. That is, when the load applied to the engine 2 becomes higher than a certain value, the motor generator 11 is operated as a motor, torque assist of the engine 2 is performed, and when the load applied to the engine 2 becomes lower than a certain value, the motor generator 11 is operated. Is operated as a generator, and the power generated by the motor generator 11 is controlled to be stored in the power storage device.

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。
Next, the power storage system unit 20 will be described in detail.
The power storage system unit 20 stores the generated power from the motor generator 11 that operates as a generator and supplies the DC power to the inverter converter 12 and the capacitor power storage device 21 that supplies power to the motor generator 11 that operates as a motor. A step-up / down chopper 22 that performs charge / discharge control on the capacitor power storage device 21, a current / voltage that detects a charge / discharge current of the capacitor power storage device 21, and a capacitor voltage of the capacitor power storage device 21 and an inverter DC voltage of the inverter converter 12. A sensor 25, a constant current control circuit 100 that performs constant current control of charging current to the capacitor power storage device 21, and an equalization control circuit 200 are provided.

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。   The capacitor power storage device 21 includes a plurality of (two connected in series in this embodiment) electric double layer capacitors (hereinafter referred to as “capacitor modules”) 21 a and 21 b that are connected in a predetermined manner. That is, the equalization control circuit 200 is for equalizing the voltages of the capacitor modules 21a and 21b. Therefore, it is used when the capacitor power storage device 21 has a plurality of capacitor modules, and when the capacitor power storage device 21 is configured by a single capacitor module, the power storage system unit 20 does not use the equalization control circuit 200. It can also be.

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。
As described above, when the motor generator 11 operates as a motor, the step-up / step-down chopper 22 boosts the electric power supplied from the capacitor power storage device 21 to the motor generator 11 and the motor generator 11 operates as a generator. Is for stepping down the electric power generated by the motor generator 11 and storing it in the capacitor power storage device 21. The step-up / step-down chopper 22 receives a charge limiter, a voltage limiter, a charge start command, and a charge stop command from the system controller 1. Such a signal is input.
Further, in the step-up / step-down chopper 22, a charging current command that is a command for the amount of charge to the capacitor power storage device 21 is generated. That is, the step-up / step-down chopper 22 decreases the amount of charge to the capacitor power storage device 21 when the charge current command value decreases, and conversely, the charge to the capacitor power storage device 21 increases when the charge current command value increases. Increase the amount.
The current / voltage sensor 25 detects the current between the step-up / step-down chopper 22 and the capacitor power storage device 21 and detects the capacitor voltage of the capacitor power storage device 21 and the inverter DC voltage of the inverter converter 12. The current value / voltage value detected by the voltage sensor 25 is input to the step-up / step-down chopper 22 and the system controller 1.

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。
In the power storage system unit 20 configured as described above, charge control for controlling the amount of charge to the capacitor power storage device 21 and discharge control for controlling power supplied from the capacitor power storage device 21 are performed.
The charge control for the capacitor power storage device 21 is a constant current charge in which charging to the capacitor power storage device 21 is performed with a substantially constant value (about 60 A) in consideration of the charge / discharge efficiency of the capacitor power storage device 21. The charging current limiter control by the step-up / step-down chopper 22 and the constant current control by the constant current control circuit 100 are performed by two control methods.
Here, the reason why the charging current for the capacitor power storage device 21 is a constant current is as follows. That is, it is to prevent a large current from flowing into the capacitor power storage device 21 instantaneously. In addition, the terminal voltage of each capacitor module 21a / 21b of the capacitor power storage device 21 may become unbalanced due to the charge / discharge amount to the capacitor power storage device 21 or the self-discharge action, which significantly reduces the charge / discharge efficiency. This is because the advantages of the capacitor power storage device 21 with high charge / discharge efficiency cannot be fully utilized.

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。
First, the charging current limiter control by the step-up / step-down chopper 22 will be described.
The charge current limiter control by the step-up / step-down chopper 22 means that the charge / discharge current limiter 55 (see FIG. 2) provided in the step-up / step-down chopper 22 causes the command value of the charge current command generated in the step-up / step-down chopper 22 to fall within a certain range. It is a control to limit. That is, the charging / discharging current limiter 55 is preset with an upper limit value and a lower limit value of the charging current, and the command value input to the charging / discharging current limiter 55 corresponds to a preset charging current value. It is determined whether or not it belongs within the range of the command value. If it belongs, the input value is adopted. If it does not belong, the input value is replaced with the upper limit value (when exceeding) or the lower limit value (when falling) ) Is adopted.

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。   Thus, by performing the charging current limiter control by the step-up / step-down chopper 22, the charging current to the capacitor power storage device 21 can be set within a certain range (constant current), and the capacitor power storage device 21 having a low internal resistance can be obtained. Since a large current can be prevented from flowing instantaneously, the capacitor power storage device 21 can be prevented from being damaged.

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。   The charge / discharge current limiter 55 provided in the step-up / step-down chopper 22 performs discharge control for controlling the power supplied from the capacitor power storage device 21. That is, the charge / discharge current limiter 55 that limits the command value of the charge current command generated in the step-up / step-down chopper 22 within a certain range serves to limit the discharge current when power is supplied from the capacitor power storage device 21. In the step-up / step-down chopper 22, discharge current limiter control is also performed as discharge control for limiting the discharge current of the capacitor power storage device 21.

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。   That is, the charge / discharge current limiter 55 functions as a limiter for the charging current when charging the capacitor power storage device 21, performs constant current charging with the charging current substantially constant, and performs the constant current charging when discharging the capacitor power storage device 21. It works as a limiter and prevents overdischarge of the capacitor power storage device 21 by preventing a large current from being discharged instantly. The range limited by the charge / discharge current limiter 55 can be adjusted. That is, the upper limit value and lower limit value of the charge / discharge current set in the charge / discharge current limiter 55 are variable values.

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。   In this way, by performing discharge current limiter control by the step-up / step-down chopper 22, when power is supplied from the capacitor power storage device 21, the current flows indefinitely and the capacitor power storage device 21 is brought into an overcurrent state instantaneously. In addition to preventing damage, it is possible to prevent failure of other electronic devices due to overcurrent.

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。
Hereinafter, control of the charging current command based on the inverter DC voltage of the inverter converter 12 (hereinafter referred to as “DC voltage control”) will be described as charge / discharge control performed in the step-up / step-down chopper 22.
In the DC voltage control, as a reference for performing the control, a set voltage (command voltage) Vo as a voltage command value by a voltage command to the step-up / down chopper 22 is compared with an inverter DC voltage Vdc of the inverter converter 12. Done.

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。
That is, in this DC voltage control, when the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Vo that is a voltage command value for the step-up / down chopper 22, the step-up / down chopper 22 decreases the command value of the charging current command. Then, the amount of charge to the capacitor power storage device 21 is decreased or the capacitor power storage device 21 is discharged. Conversely, when the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vo, the step-up / step-down chopper 22 The charging current command is controlled so as to increase the command value and increase the charge amount to the capacitor power storage device 21.
In other words, in this DC voltage control, when the inverter DC voltage Vdc> the set voltage Vo, the amount of charge to the capacitor power storage device 21 is increased, and when the inverter DC voltage Vdc <the set voltage Vo, the capacitor power storage device 21 is reached. Control to reduce the amount of charge.

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。
Specifically, the DC voltage control is performed according to the control block diagram shown in FIG.
In the DC voltage control, first, a preset value Yo (for example, a preset value 1500 with respect to the preset voltage Vo = 300) set in advance based on a preset voltage Vo by a voltage command to the step-up / down chopper 22 and an inverter DC voltage Vdc. Is compared with a value Xdc (for example, a value obtained by multiplying the inverter DC voltage Vdc by 10) by the calculation unit 51, and a deviation Yo-Xdc is obtained as a comparison result. In the previous stage of this comparison, in order to balance the set value Yo and the value Xdc corresponding to the inverter DC voltage Vdc, the set value Yo and the value Xdc are converted into constants N1 and Each N2 is multiplied.

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。   Then, the deviation Yo-Xdc is input to the PI control unit 53. The PI control unit 53 includes a PI controller 53a that performs PI (proportional integration) control calculation based on the deviation Yo-Xdc, and a limiter 53b that limits an output signal from the PI controller 53a within a certain range. ing. By this PI control unit 53, the deviation Yo-Xdc obtained by the calculation unit 51 is calculated and output by the PI controller 53a, and this output passes through the limiter 53b to limit the upper and lower limit values. It is generated as Ypi (hereinafter, charging current command value Ypi). The charging current command value Ypi is a negative (−) value when the capacitor power storage device 21 is charged because the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vo.

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。   The charging current command value Ypi thus output is added with a correction value, which will be described later, in the calculation unit 54, and the value input by the above-described charging / discharging current limiter 55 is within a preset charging current value range. In the case of belonging, the input value is adopted, and in the case of not belonging, the upper limit value (when exceeding) or the lower limit value (when falling) is adopted instead of the input value. Then, the sign is inverted and output as an output value Ys. This output value Ys becomes the command value of the charging current command in the step-up / step-down chopper 22, and when the output value Ys is a positive (+) value, the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vo. The chopper 22 increases the charge current command value to increase the charge amount of the capacitor power storage device 21. When the chopper 22 has a negative (−) value, the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Vo, so The chopper 22 performs control so as to decrease the charge current command value and reduce (discharge) the charge amount to the capacitor power storage device 21.

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。   Thus, by limiting the charging current command controlled by comparing the set voltage Vo by the voltage command to the step-up / step-down chopper 22 and the inverter DC voltage Vdc within a certain range by the charging / discharging current limiter 55, Since the charge amount of the capacitor power storage device 21 can be controlled according to the inverter DC voltage Vdc, the capacitor power storage device 21 can be appropriately charged / discharged, and the charging current to the capacitor power storage device 21 can be controlled. Is within a certain range (constant current), and the discharge current can be limited.

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V、以下、単に「キャパシタ電圧V」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V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V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。
In the DC voltage control described above, in order to keep the amount of charge to the capacitor power storage device 21 within a certain range and prevent the capacitor power storage device 21 from being overcharged / overdischarged, the command of the charging current command output by the DC voltage control described above is used. Automatic correction of values is performed. That is, in the DC voltage control, the capacitor voltage of the capacitor power storage device 21 (voltage value V C, hereinafter simply referred to as "capacitor voltage V C".) The control of the rate of charging of the capacitor power storage device 21 by using (hereinafter, "Charging current control") is performed in conjunction.
That is, in this charging current control, when the capacitor voltage V C exceeds a preset specified value, the command value of the charging current command is decreased, and when the capacitor voltage V C falls below the specified value. Then, control is performed so as to increase the command value of the charging current command.

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V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V(例えば、53V)、以下、単に「キャパシタ設定電圧V」とする。)が、演算部57にて比較され、比較結果として偏差V−V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Vとキャパシタ設定電圧Vとの均衡を図るため、キャパシタ電圧V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。
Specifically, it is performed according to the control block diagram shown in FIG.
In the charging current control, firstly, the capacitor voltage V C of the capacitor power storage device 21, preset the specified value in consideration of the capacitance of the capacitor power storage device 21 (set value V N (e.g., 53V), hereinafter simply The “capacitor set voltage V N ” is compared by the calculation unit 57, and a deviation V C −V N is obtained as a comparison result. In pre-stage of this comparison, in order to balance the capacitor voltages V C and capacitor set voltage V N, the capacitor voltage V C is the multiplication unit 56, a constant N3 previously set is multiplied.

そして、前記偏差V−VがP制御部58に入力される。P制御部58は、偏差V−V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V−V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。 Then, the deviation V C −V N is input to the P control unit 58. The P control unit 58 includes a P controller 58a that performs P (proportional) control calculation based on the deviation V C −V N and a limiter 58b that limits an output signal from the P controller 58a within a certain range. I have. By this P control unit 58, the deviation V C -V N obtained by the calculation unit 57 is calculated and output by the P controller 58a, and this output passes through the limiter 58b and the upper and lower limit values are limited, and P control is performed. Generated as value Yp. This P control value Yp (hereinafter, correction value Yp) is a correction value for the above-described charging current command value Ypi.

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Vがキャパシタ設定電圧V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V−キャパシタ設定電圧V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。 In this charging current control for correcting the charging current command output by the DC voltage control, if the capacitor voltage V C is lower than the capacitor setting voltage V N , the current in the charging direction of the capacitor power storage device 21 is increased and the feeding current is suppressed. To prevent overdischarge. Further, if it is higher than capacitor voltage V C -capacitor setting voltage V N , the current in the discharging direction of capacitor power storage device 21 is increased, and the charging current is suppressed to prevent overcharging.

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。   The correction value Yp output in this way is added to the charging current command value Ypi that is output by the DC voltage control in the calculation unit 54, and the addition value Ypi + Yp as the calculation result passes through the charge / discharge current limiter 55. The upper and lower limit values are limited, and the sign is reversed, and this value becomes the final output of the charging current command by the system controller 1.

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Vがキャパシタ設定電圧V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。
The manner of correcting the charge current command by such charge current control will be described in correspondence with the control block diagram of FIG. 2 for each of the case where the charge amount to the capacitor power storage device 21 is decreased and the case where it is increased. To do.
First, the case where the charge amount of the capacitor power storage device 21 is decreased will be described.
In this case, the inverter DC voltage Vdc> the set voltage Vo, and the charging current command value Ypi, which is an output by DC voltage control, is a positive (+) value. In this case, when the capacitor voltage V C is lower than the capacitor set voltage V N, the correction value Yp output from the charging current control, a negative - a value of (). Since the correction value Yp, which is a negative (−) value, is added to the charging current command value Ypi, which is a positive (+) value, by the computing unit 54, the final output value Ys becomes large and the charging current is increased. The command value increases, the feeding current is suppressed, and overdischarge of the capacitor power storage device 21 is prevented.

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Vがキャパシタ設定電圧V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。
Next, a case where the charge amount of the capacitor power storage device 21 is increased will be described.
In this case, the inverter DC voltage Vdc <the set voltage Vo, and the charging current command value Ypi which is an output by the DC voltage control is a negative (−) value. In this case, when the capacitor voltage V C becomes higher than the capacitor setting voltage V N , the correction value Yp output from the charging current control becomes a positive (+) value. Since the correction value Yp, which is a positive (+) value, is added to the charging current command value Ypi, which is a negative (−) value, by the calculation unit 54, the final output value Ys is reduced, and the charging current is reduced. The command value decreases, the charging current is suppressed, and the capacitor power storage device 21 is prevented from being overcharged.

このように、キャパシタ電圧V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V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V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。
Thus, performs charging current control using a capacitor voltage V C, by performing the automatic correction of the charging current command outputted by the DC voltage control, thereby preventing overcharging and over discharging of the capacitor power storage device 21, Capacitor power storage device 21 having a low internal resistance is protected from overcurrent. Capacitor power storage device 21 with high output responsiveness and high power acceptability is instantly charged with an excessive current, so that capacitor voltage May rise rapidly. To avoid such a situation, the capacitor voltage V C is, if it reaches the rated voltage of the capacitor power storage device 21 (e.g., 54V), is controlled so as to stop the charging of the capacitor power storage device 21 .
This rated voltage value is a voltage value of the rated voltage that the capacitor power storage device 21 has, and is preset in the system controller 1. That is, the capacitor setting voltage V N in the above-described charging current control is set slightly lower than this rated voltage value.

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Vが前記キャパシタ設定電圧V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V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。 That is, since the charging current control is performed so as to prevent the capacitor power storage device 21 from being overcharged, the charging current is suppressed when the capacitor voltage V C becomes higher than the capacitor setting voltage V N. If a large current reaches the rated voltage value rises capacitor voltage V C rapidly, such as by flowing the capacitor power storage device 21, a stop signal is sent from the system controller 1 to the buck-boost chopper 22, thereby buck The chopper 22 stops and the charging of the capacitor power storage device 21 is stopped.

このように、キャパシタ電圧V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。 Thus, performs charging current control using a capacitor voltage V C, performs automatic correction of the charging current command outputted by the DC voltage control by the limiter control buck chopper 22 by the rated voltage value, the capacitor It is possible to prevent overcharge / overdischarge of the power storage device 21, protect the capacitor power storage device 21 having a low internal resistance from overcurrent, and protect the capacitor power storage device 21 from overvoltage. Thereby, since the capacitor power storage device 21 can be prevented from being charged with a large current in a high voltage state, the heat generation and characteristic deterioration of the capacitor power storage device 21 can be suppressed.

また、前述したように、キャパシタ電圧V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V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。
Further, as described above, the capacitor voltage V C reaches the rated voltage value, when stopping the buck chopper 22 by the stop signal from the system controller 1 can also be controlled from the system controller 1 to issue an alarm.
In this case, when the capacitor voltage V C reaches the rated voltage value, at the same time it sends a stop signal from the system controller 1 to the buck-boost chopper 22, the system controller 1 within or alarm device provided separately, alarm sound (alarm or buzzer ) Or light. This notifies the operator or the like that the capacitor power storage device 21 is in a high voltage state.

このように、キャパシタ電圧V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。 Thus, when the capacitor voltage V C has reached the rated voltage value of the capacitor power storage device 21, a buck-boost chopper 22 is stopped to stop the charging of the capacitor power storage device 21, by notifying by an alarm, An operator or the like can be notified that the capacitor power storage device 21 is in a high voltage state. Thus, the operator or the like can quickly cope with the high voltage state of the capacitor power storage device 21 such as stopping the motor generator 11 as a generator.

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。
Next, constant current control by the constant current control circuit 100 will be described.
The constant current control is control performed by the constant current control circuit 100 so that the current value of the charging current of the capacitor power storage device 21 becomes a substantially constant value (constant current). Hereinafter, the constant current control circuit 100 will be described.

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。
The constant current control circuit 100 is a control circuit for always controlling a current value supplied to the capacitor to a specified value.
Thus, by always setting the current value supplied to the capacitor power storage device 21 to a specified value, an excessive current flows into the capacitor power storage device 21 to prevent the capacitor from being destroyed. is there.

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。
FIG. 3 shows the configuration of the constant current control circuit 100.
The constant current control circuit 100 is connected in parallel to a capacitor power storage device 21 composed of a plurality of capacitor modules 21a and 21b, whereby the input / output terminal of the step-up / down chopper 22 arranged on the load side is Capacitor power storage device 21 and constant current control circuit 100 are connected in parallel.
In FIG. 3, the current of the current value I MAX is output from the step-up / step-down chopper 22 and is shunted at the terminal 110a, the current of the current value Io is supplied to the capacitor power storage device 21, and the current of the current value I DS is The constant current is supplied to the constant current control circuit 100 (I MAX ≈Io + I DS ).
Also, 101 is a MOSFET as a current control element, so that the current value I DS of the current is diverted at terminal 110a is changed and set according to the value of the gate-source voltage V GS as a control input voltage MOSFET101 It has become. The terminal 110 a is a terminal arranged between the plus terminal of the step-up / down chopper 22 and the plus terminal of the capacitor power storage device 21.
A control voltage SV is input from the system controller 1 (see FIG. 1).
Reference numeral 102 denotes a first inverting amplifier. The first inverting amplifier 102 receives the divided voltage Va of the control voltage SV and the voltage Vb at the terminal 110b. The terminal 110b is a terminal arranged between the minus terminal of the step-up / down chopper 22 and the minus terminal of the capacitor power storage device 21.
Reference numeral 103 denotes a shunt resistor as a constant voltage element connected in series to the capacitor power storage device 21. The voltage Vb is determined by the shunt resistor 103 and the current value Io of the current flowing through the capacitor power storage device 21. Become. Here, the reason why the shunt resistor 103 (resistance value r) is used is to reduce variation in the current value Io.
Reference numeral 104 denotes a second inverting amplifier. The output voltage V OP of the first inverting amplifier 102 and the ground voltage are input to the second inverting amplifier 104.
The first inverting amplifier 102 and the second inverting amplifier 104 constitute a voltage comparison circuit between the voltage voltage Vb of the shunt resistor 103 and the control voltage SV (a divided voltage Va). Is the gate-source voltage V GS which is the control input voltage of the MOSFET 101.

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。
The constant current control circuit 100 performs constant current control as shown in the control flow of FIG.
In this flow, the voltage Vb is set by setting (decreasing or increasing) the control voltage SV input from the system controller 1 to the constant current control circuit 100, and determined by the voltage Vb and the shunt resistor 103. It shows that the current value Io to be set is set to a specified value.
First, the flow in which the current value Io is corrected to the specified value when the current value Io increases from the specified value will be described.
Current value Io increases than the prescribed value, becomes greater than the partial pressure Va of the control voltage SV to the voltage Vb is set (step 401), the output voltage V OP of the first inverting amplifier 102 is decreased (step 402) Then, the gate-source voltage V GS which is the output of the second inverting amplifier 104 is increased (step 403). As the gate source voltage V GS rises, the current value I DS of the current passing through the MOSFET 101 is increased (step 404), and as the current value I DS increases, the current value Io of the current flowing through the capacitor power storage device 21 is increased. Decreases (step 405).
When the current value Io decreases, the value of the voltage Vb determined by the resistance value of the shunt resistor 103 decreases (step 406), and the divided voltage Va and the voltage Vb determined by the control voltage SV are set to be substantially the same ( Step 407).
As described above, when the current value Io increases from the specified value, the voltage Vb is decreased until it becomes substantially the same as the divided voltage Va, and as a result, the current value Io is corrected to the specified value. Become. That is, the current value Io is set to a specified value.

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。
Similarly, the case where the current value Io is reduced from the specified value will be described. In this case, the voltage Vb is smaller than the divided voltage Va of the set control voltage SV (step 411). As a result, the output voltage V OP in the first inverting amplifier 102 increases (step 412), and the gate-source voltage V GS that is the output of the second inverting amplifier 104 decreases (step 413). Then, the current value I DS of the current passing through the MOSFET 101 is decreased by the decrease of the gate source voltage V GS (step 414), and the current value Io of the current flowing through the capacitor power storage device 21 is decreased by the decrease of the current value I DS. Increases (step 415).
When the current value Io increases, the value of the voltage Vb determined by the resistance value of the shunt resistor 103 increases (step 416), and the divided voltage Va and the voltage Vb determined by the control voltage SV are set to be approximately the same ( Step 407).
As described above, when the current value Io decreases from the specified value, the voltage Vb is increased until it becomes substantially the same as the divided voltage Va. As a result, the current value Io is corrected to the specified value. Become. That is, the current value Io is set to a specified value.

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。
As can be seen from the above flow, the current value Io is determined by the set voltage (divided voltage Va) of the control voltage SV. By detecting this voltage Vb and changing the control voltage SV, the current value Io is determined. The current value Io can be controlled.
That is, according to the constant current control circuit 100 of FIG. 3, the current value Io flowing through the capacitor power storage device 21 can be set as a specified value by setting the control voltage SV, and the current value Io is set to the specified value. It is possible to control (control to a constant current).

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。
As described above, the constant current control circuit 100 includes the current control element (MOSFET 101) connected in series between the charging path 110A of the capacitor power storage device 21 and the ground terminal, and the current stabilization element connected in series with the capacitor power storage device 21. (Shunt resistor 103) and a voltage comparison circuit for the voltage of the shunt resistor 103 and the control voltage SV (a divided voltage Va). The output of the voltage comparison circuit is used as the control input voltage (gate source voltage V) of the MOSFET 101. GS ), the current value Io flowing through the capacitor power storage device 21 can be set as a specified value by setting the control voltage SV, and the current value Io is controlled to the specified value ( Can be controlled to a constant current).
Then, by controlling the value of the current supplied to the capacitor power storage device 21 to always be a specified value, an excessive current flows into each of the capacitor modules 21a and 21b, thereby preventing the capacitor power storage device 21 from being destroyed. it can.
Further, even when overcharge is caused by the step-up / step-down chopper 22, the current of the current value I DS can be released to the constant current control circuit 100 at the terminal 110 a, and failure of the capacitor power storage device 21 can be prevented.

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。   Thus, by performing constant current control by the constant current control circuit 100, the charging current to the capacitor power storage device 21 can be made constant, and a large current is instantaneously applied to the capacitor power storage device 21 having a low internal resistance. Since it can prevent flowing in, it can prevent that the capacitor electrical storage apparatus 21 is damaged.

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。
The charge current limiter control by the step-up / step-down chopper 22 and the constant current control by the constant current control circuit 100, which are the two control methods in the charge control for the capacitor power storage device 21 described above, can be controlled simultaneously in parallel. However, it is possible to perform only one of them.
At this time, when charging control for the capacitor power storage device 21 is performed only by charging current limiter control by the step-up / step-down chopper 22, the constant current control circuit 100 is stopped by the system controller 1, or the power storage system unit 20 is fixed. The current control circuit 100 is not provided.
Further, when charging control for the capacitor power storage device 21 is performed only by constant current control by the constant current control circuit 100, the upper limit value and lower limit value of the charging current set in the charge / discharge current limiter 55 in the step-up / down chopper 22 are constant values. The constant current control circuit 100 controls the charging current for the capacitor power storage device 21.

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。
Subsequently, voltage equalization control of the capacitor power storage device 21 will be described.
The voltage equalization control of the capacitor power storage device 21 means that the terminal voltage of each of the plurality of capacitor modules constituting the capacitor power storage device 21 is leveled and equalized when the capacitor power storage device 21 is charged. This is control for equalizing the amount of electricity stored. The voltage equalization control includes circuit control by the equalization control circuit 200 and current limit control performed by limiting the charging current to the capacitor power storage device 21 using the step-up / step-down chopper 22 or the constant current control circuit 100. There are two control methods.

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。
First, the uniform control circuit 200 will be described.
The equal control circuit is a control circuit for equalizing the inter-terminal voltages of the capacitor modules connected in series in the capacitor power storage device 21.
And, in this way, the voltage between terminals of each capacitor module connected in series is equalized, thereby increasing the voltage between terminals of a specific capacitor module and trying to prevent such a problem that the charging efficiency is lowered. Is. This also prevents the occurrence of a problem that the voltage between the terminals of a specific capacitor module exceeds the withstand voltage even when charging and discharging are repeated.

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。
FIG. 5 shows the configuration of the equalization control circuit 200.
The equalization control circuit 200 is configured by providing shunt circuits 200 a and 200 b for the capacitor modules 21 a and 21 b connected in series in the capacitor power storage device 21, respectively.
The shunt circuits 200a and 200b attempt to control the magnitude of the current value Iout of the current input to the capacitor modules 21a and 21b by shunting the current of the current value It at the terminals 120a and 120b, respectively.
As shown in FIG. 5, the capacitor modules 21a and 21b are connected in parallel to the step-up / step-down chopper 22 as the capacitor power storage device 21, and the voltage between the terminals of the step-up / step-down chopper 22 is set as the charging voltage V MAX. The sum of the inter-terminal voltages of the modules 21a and 21b corresponds to the charging voltage VMAX .
In addition, it is a desirable state that the voltage between terminals of each capacitor module 21a and 21b becomes uniform.

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V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。
In FIG. 5, reference numerals 131a and 131b denote resistors having the same resistance value, whereby currents having the same current value Iin are supplied to the terminals 120a and 120b, respectively.
Of the currents shunted at the terminals 120a and 120b, the current of the current value Iout is supplied to the capacitor modules 21a and 21b, and the current of the current value It is shunted to the shunt circuits 200a and 200b.
Here, 132a and 132b are MOSFETs as current control elements, and the magnitude of the current value Iout is determined by the MOSFETs 132a and 132b. The MOSFETs 132a and 132b are connected in parallel to the capacitor modules 21a and 21b.
The gate source voltage V GS as a control input voltage to the MOSFETs 132a and 132b is an output voltage of the error amplifiers 133a and 133b serving as a voltage comparison circuit, and the gate source voltage V GS is a reference voltage V REF and a detection resistor. It is determined by comparison between the divided V R of 134a · 135a · 134b · 135b.
Reference numerals 136a and 136b denote Zener diodes as constant voltage elements, which are connected in parallel to the capacitor modules 21a and 21b. The zener diodes 136a and 136b avoid self-discharge of the capacitor modules 21a and 21b, and avoid overcharging (overvoltage) of the capacitor modules 21a and 21b. In other words, the Zener diodes 136a and 136b have the property of conducting when the voltage is higher than the set voltage, and thus perform the functions of self-discharge prevention and overvoltage prevention.

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V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。
The shunt circuits 200a and 200b having the above configuration have the same configuration.
Of these, first, when the operation of the shunt circuit 200a, the charging of the capacitor module 21a progresses and the capacitor voltage increases, so that the partial pressure V R is increased. And, thereby, the output of the error amplifier 133a, i.e., the gate-source voltage V GS increases, the current value of the current flowing through the MOSFET132a It increases. When the current value It increases, the current value Iout of the current shunted to the capacitor module 21a side at the terminal 120a is decreased.
In this way, the increase / decrease of the current value Iout is controlled by the capacitor voltage. When the capacitor voltage is low, that is, when the amount of charge is small, the current value Iout is increased and the battery is quickly charged, so that full charge is achieved. As the capacitor voltage increases as it approaches, the current value Iout decreases, and overcharging is not performed. When the capacitor module 21a is finally fully charged, the current supply to the capacitor module 21a is terminated. In this way, the capacitor voltage is always kept constant.
The above also applies to the operation of the shunt circuit 200b in the capacitor module 21b. That is, when the capacitor power storage device 21 has two or more capacitor modules, a similar shunt circuit is provided in each capacitor module.

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。
Further, in the above charging, particularly when rapid charging is performed, a difference occurs in the voltages of the capacitor modules 21a and 21b. For example, when the capacitor module 21a is fully charged first. There is.
In this case, since current supply to the capacitor module 21a is not performed by the control of the shunt circuit 200a, the capacitor module 21a is not overcharged.
On the other hand, during the control by the shunt circuit 200a, the capacitor module 21b is charged, and the capacitor module 21b reaches a fully charged state.
In addition, as shown in FIG. 5, by providing the diode 220, when the capacitor module 21b is first fully charged, the current flowing to the capacitor module 21b side is supplied to the capacitor module 21a. Good.

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V)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。
As described above, the capacitor modules 21a and 21b that are connected in series in the capacitor power storage device 21 are configured to supply the charge current evenly and to the capacitor modules 21a and 21b. The shunt circuits 200a and 200b for shunting a part of the evenly shunted current are provided, and each of the shunt circuits 200a and 200b includes current control elements (MOSFETs 132a and 132b) connected in parallel to the capacitor modules 21a and 21b. A voltage comparison circuit (error amplifiers 133a and 133b) for comparing the voltage ( divided voltage V R ) of the capacitor modules 21a and 21b and the reference voltage V REF, and a constant voltage element (zener) connected in parallel to the capacitor modules 21a and 21b Diodes 136a and 136b), and The output of the comparator circuit (error amplifier 133a · 133b) is configured to be applied as a control input voltage of the MOSFET132a · 132b (gate-source voltage V GS), the discharge Thus, a current charging path 120A · 120B (current value It) By dividing the current into the path 120C, overcharge is prevented while keeping the capacitor voltage of each of the capacitor modules 21a and 21b constant.
Then, overcharging is prevented, that is, the capacitor voltage is kept lower than the withstand voltage, so that heating, breakage, and failure of the capacitor modules 21a and 21b can be prevented (overcharge). protection).
In addition, since both capacitor modules 21a and 21b are finally fully charged, the capacitor power storage device 21 as a whole maintains a high output density (specified output density) even when charging and discharging are repeated. And can take full advantage of the merits of capacitors, such as high responsiveness.

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。   As described above, by performing the voltage equalization control of the capacitor power storage device 21 by the equalization control circuit 200, it is possible to suppress variations in the terminal voltage of each capacitor module that are likely to occur when the capacitor power storage device 21 is charged, particularly during rapid charging. Can do. Thereby, the charge amount of each capacitor module can be equalized, charging efficiency can be improved, and heat generation due to overcharging of a certain capacitor module can be suppressed. In addition, since the capacitor voltage of capacitor power storage device 21 can be kept constant, overcharge of capacitor power storage device 21 can be prevented.

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。
Next, of the voltage equalization control of the capacitor power storage device 21, the current limit control performed using the step-up / step-down chopper 22 or the constant current control circuit 100 will be described.
In the current limiting control, when the capacitor power storage device 21 is charged, the capacitor voltage is lower than a certain level with respect to the rated voltage of the capacitor power storage device 21 and the capacitor module with the capacitor power storage device 21 is fully charged. Is a control in which the charging current to the capacitor power storage device 21 is set to a specified small current by the step-up / step-down chopper 22 or the constant current control circuit 100.

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。   That is, in this current limit control, when a full charge signal output when the capacitor power storage device 21 is in a fully charged state is output from the capacitor power storage device 21, the capacitor voltage of the capacitor power storage device 21 is When the voltage difference with respect to the rated voltage of the capacitor power storage device 21 exceeds a preset specified value (hereinafter referred to as “voltage difference specified value”), the charging current to the capacitor power storage device 21 is increased or decreased. By the chopper 22 or the constant current control circuit 100, a predetermined value (hereinafter referred to as “specified current value”) set in advance is set. Thereafter, when the capacitor voltage reaches the rated voltage, the capacitor power storage device 21 is charged. Stop.

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。   The full charge signal is a signal output from the capacitor power storage device 21 to the system controller 1 when any one of the capacitor modules of the capacitor power storage device 21 is in a full charge state. It is a signal that is emitted when a state is reached. That is, the fact that the full charge signal is output in a state where the capacitor voltage is lower than the rated voltage by a certain level or more means that there may be a difference (variation) in the charge amount of each capacitor module. In this case, the charging current to the capacitor power storage device 21 is set as the specified current value.

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。   Specifically, the specified voltage difference value and the specified current value are preset in the system controller 1, and when a full charge signal is output from the capacitor power storage device 21 to the system controller 1, the system controller 1 stores the capacitor power. The capacitor voltage of device 21 and the rated voltage are compared. When the voltage difference of the capacitor voltage with respect to the rated voltage exceeds the voltage difference specified value, the system controller 1 charges the capacitor power storage device 21 with respect to the step-up / step-down chopper 22 or the constant current control circuit 100. A command is sent so that the current becomes the specified current value.

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。
That is, when a state in which a full charge signal is output in a state where the capacitor voltage is lower than the rated voltage occurs, the charging current to the capacitor power storage device 21 is specified by the step-up / down chopper 22 or the constant current control circuit 100. By setting the current value (a small current of about 0.5 A), an excessive charging current does not flow into the capacitor power storage device 21, so that the capacitor voltage does not increase rapidly, and the current flows to the capacitor module with a small amount of charge. Since it flows, the charge amount with respect to each capacitor module can be leveled. As a result, it is possible to equalize the terminal voltages of the capacitor modules.
Then, the capacitor power storage device 21 is charged by the charging current of the specified current value, and when the capacitor voltage reaches the rated voltage, the system controller 1 sends a stop signal to the step-up / down chopper 22 or the constant current control circuit 100, Charging of the capacitor power storage device 21 is stopped.

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。   Thus, by performing the current limiting control using the step-up / step-down chopper 22 or the constant current control circuit 100, the charge amount of each capacitor module can be equalized, the charging efficiency is improved, and a certain capacitor module is Heat generation due to overcharging can be suppressed. In addition, since the capacitor voltage of capacitor power storage device 21 can be kept constant, overcharge of capacitor power storage device 21 can be prevented.

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。   This current limiting control is intended to equalize the terminal voltages of the capacitor modules 21a and 21b of the capacitor power storage device 21 by reducing the charging current to the capacitor power storage device 21. Compared with the circuit control by the control circuit 200, it is not suitable for the rapid charging of the capacitor power storage device 21, and is used as a backup application of the circuit control by the equal control circuit 200. For example, after the capacitor modules 21a and 21b of the capacitor power storage device 21 are equalized by the equalization control circuit 200 when the capacitor power storage device 21 is rapidly charged, the current limit control is performed after a certain period of time, and each capacitor Applications such as making each of the modules 21a and 21b fully charged are conceivable.

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。
The charge control and voltage equalization control for the capacitor power storage device 21 described above are, as shown in FIG. 6, a power storage system unit having a fuel cell 29 as a power source for supplying power to the motor generator 11 operating as a motor. 20 can also be performed.
In this case, since the step-up / step-down chopper 22 is not provided, only the constant current control by the constant current control circuit 100 is performed for the charge control for the capacitor power storage device 21. As for the voltage equalization control for the capacitor power storage device 21, only the constant current control circuit 100 is used for limiting the charging current to the capacitor power storage device 21 in the current limit control.

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V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=CV2/2 ・・・(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Vから把握することができ、キャパシタ電圧V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。
By the way, since the capacitor power storage device 21 in which the charge control and the voltage equalization control as described above are performed does not involve a chemical reaction in charge and discharge, if the terminal voltage (capacitor voltage) is measured, the capacitor power storage device is the rest. The stored amount (remaining capacity) can be accurately estimated from the electrostatic capacity of 21.
Specifically, the storage amount (remaining capacity) Q of the capacitor power storage device 21 is obtained from the capacitor voltage V C of the capacitor power storage device 21 when the capacitance indicating the ability of the capacitor power storage device 21 to store charges is C. The storage amount Q of the power storage device 21 is expressed by the following equation (1).
Q = CV C 2/2 (1)
That is, the storage amount Q of the capacitor power storage device 21 can be grasped from the capacitor voltage V C of the capacitor power storage device, when the capacitor voltage V C is the withstand voltage of the capacitor power storage device 21, fully charged capacitor power storage device 21 The state will be shown.

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V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V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V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。
Utilizing such characteristics of the capacitor power storage device 21, in this hybrid system, a map corresponding to the capacitance of the capacitor power storage device 21 (hereinafter referred to as “power storage amount estimation map”) is created in advance, and this power storage amount estimation map Based on this, the amount of power stored in the capacitor power storage device 21 is estimated.
That is, based on the previously measured results, as shown in FIG. 6, the storage amount estimation map representing the relationship between the capacitor voltage V C and the storage amount Q of the capacitor power storage device 21, depending on the capacitance of the capacitor power storage device 21 may be stored in the system controller 1 creates Te, based on the storage amount estimation map, it is made possible to estimate the storage amount Q from the capacitor voltage V C.
That is, when using the capacitor power storage device 21 having different capacitances according to the application or the like, or using a plurality of capacitor modules having different capacitances as the capacitor power storage device 21, each capacitance (C1, C2, C3, ...) to create a storage amount estimation map for each estimates the storage amount of the capacitor power storage device 21 by only measuring the capacitor voltage V C.

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。   As described above, a map corresponding to the capacitance of the capacitor power storage device 21 is created in advance, and the power storage amount of the capacitor power storage device 21 is estimated based on this map, so that the power storage amount can be accurately estimated. The property of the capacitor power storage device 21 can be fully utilized, and the amount of power stored in the capacitor power storage device 21 according to the electrostatic capacity can be easily estimated by measuring only the capacitor voltage.

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。
Further, the amount of power stored in the capacitor power storage device 21 estimated in this way is displayed on a display unit 14 such as a liquid crystal monitor provided in the operation unit 8 and connected to the system controller 1.
As a display form of the current power storage amount of the capacitor power storage device 21 in the display means 14, a numerical value such as digital display or kilowatt display of what percentage of the total power consumption of the capacitor power storage device 21 is consumed. There are a display and a meter display and a bar display that can visually grasp the remaining amount.
Further, in order to more directly grasp the amount of electricity stored in the capacitor power storage device 21, the current amount of power stored in the capacitor power storage device 21 is converted into a time during which the motor generator 11 can be operated as a motor, and this is converted to the capacitor power storage device 21. We propose a method to display the time as the remaining amount.

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。   As described above, the display unit 14 connected to the system controller 1 is provided, and the current storage amount of the capacitor storage device 21 is displayed on the display unit 14, so that the operator can easily store the storage amount of the capacitor storage device 21. It becomes possible to grasp. In other words, the property of the capacitor power storage device 21 that can accurately estimate the power storage amount can be fully utilized, and the work machine to which the present hybrid system is applied corresponds to the power storage amount of the capacitor power storage device 21. The operation can be performed.

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。The figure which shows an example of a structure of the hybrid system which concerns on this invention. 昇降圧チョッパ用ブロック図。Block diagram for a step-up / down chopper. 定電流制御回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of a constant current control circuit. 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。The figure which shows the control flow of the constant current control by a constant current control circuit. 均等制御回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of a uniform control circuit. 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。The figure shown about the structure of the electrical storage system part using the figure fuel cell. キャパシタ蓄電装置の蓄電量推定マップを示す図。The figure which shows the electrical storage amount estimation map of a capacitor electrical storage apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 System controller 2 Engine 11 Motor generator 12 Inverter converter 14 Display means 21 Capacitor power storage device 22 Buck-boost chopper 100 Constant current control circuit 200 Equal control circuit

Claims (9)

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。
Engine, motor for assisting the engine, control means for controlling them, a generator driven by the engine, a capacitor for storing electric power generated from the generator and supplying electric power to the motor A hybrid system comprising: a power storage device; a step-up / step-down chopper for stepping up / down an output voltage of the capacitor power storage device; and an inverter converter interposed between the motor and the step-up / step-down chopper for converting input power to a predetermined value. The step-up / step-down chopper includes a charge / discharge current limiter, and the charge amount to the capacitor power storage device and the discharge from the capacitor power storage device are determined by a charge current command limited within a certain range by the charge / discharge current limiter. A hybrid system characterized by controlling the amount.
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。
The step-up / down chopper is:
When the inverter DC voltage of the inverter converter is lower than the voltage command value from the control means, the command value of the charging current command is decreased to reduce the charge amount to the capacitor power storage device, or the capacitor Discharging the electricity storage device,
2. The hybrid according to claim 1, wherein when the inverter DC voltage is higher than the voltage command value, the charge current command value is increased to increase a charge amount to the capacitor power storage device. system.
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。
The step-up / down chopper is:
When the capacitor voltage exceeds a preset value, the command value of the charging current command is decreased,
When the capacitor voltage falls below the specified value, increase the command value of the charging current command,
The hybrid system according to claim 2, wherein when the capacitor voltage reaches a rated voltage value, charging of the capacitor power storage device is stopped.
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。
Engine, motor for assisting the engine, control means for controlling them, a generator driven by the engine, a capacitor for storing electric power generated from the generator and supplying electric power to the motor A hybrid system comprising a power storage device,
A hybrid system comprising a constant current control circuit that performs constant current control of a charging current to the capacitor power storage device.
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。
When the capacitor voltage of the capacitor power storage device reaches the rated voltage value of the capacitor power storage device,
5. The hybrid system according to claim 1, wherein an alarm is transmitted from the controller and charging of the capacitor power storage device is stopped.
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。   5. The capacitor power storage device includes a plurality of capacitor modules connected in a predetermined manner, and further includes an equalization control circuit that equalizes a voltage for each of the plurality of capacitor modules. Hybrid system. 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。
The voltage difference between the capacitor voltage of the capacitor power storage device and the rated voltage of the capacitor power storage device when a full charge signal output when the capacitor power storage device is fully charged is output from the capacitor power storage device. Is over the preset value,
The charging current to the capacitor power storage device is set to a predetermined value set in advance, and when the capacitor voltage reaches the rated voltage, charging to the capacitor power storage device is stopped. 4. The hybrid system according to 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、
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。
Engine, motor for assisting the engine, control means for controlling them, a generator driven by the engine, a capacitor for storing electric power generated from the generator and supplying electric power to the motor A hybrid system comprising a power storage device,
Based on the results measured in advance, a map representing the relationship between the capacitor voltage of the capacitor power storage device and the storage amount is created according to the capacitance of the capacitor power storage device,
A hybrid system, wherein the storage amount is estimated from the capacitor voltage based on the map.
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。   9. The hybrid system according to claim 8, wherein display means connected to the control means is provided, and the estimated storage amount of the capacitor power storage device is displayed on the display means.
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