JP2005269828A

JP2005269828A - ハイブリッドシステム

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Publication number: JP2005269828A
Application number: JP2004081259A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nakagaki; 充弘中垣
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP4054776B2

Abstract

【課題】蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いるとともにバッテリを併設し、これらキャパシタ蓄電装置及びバッテリを、走行状況や作業状況に応じて使用することにより、モータによるトルクアシスト性能及び発電機による電力回生性能を向上するとともに、モータによる長時間のトルクアシストを可能とするハイブリッドシステムを提供する。
【解決手段】キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が規定値を上回っている場合は、第１切換スイッチ３０ａを入状態とするとともに第２切換スイッチ３０ｂを切状態とし、キャパシタ蓄電装置２１によって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ジェネレータ１１への電力の供給を行い、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が、前記規定値を下回った場合は、第１切換スイッチ３０ａを切状態とするとともに第２切換スイッチ３０ｂを入状態とし、バッテリ２８からモータジェネレータ１１への電力の供給を行う。
【選択図】図１

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、このハイブリッドシステムにおける蓄電システムに関する。

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。

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。）。

特開２００２−１２０６０２号公報

しかし、蓄電装置として使用される電気二重層キャパシタは、前述したような性質を有するため、短時間での充放電には適しているが、長時間にわたって電力を供給することが難しい。つまり、電気二重層キャパシタはバッテリと比較してエネルギー密度が低いため、モータによるアシストが長時間に及んだ場合、モータへの電力の供給ができなくなってしまうという問題がある。
そこで、本発明においては、ハイブリッドシステムにおける蓄電装置として、電気二重層キャパシタを用いるとともにバッテリを併設し、これらキャパシタ蓄電装置及びバッテリを、走行状況や作業状況に応じて使用することにより、モータによるトルクアシスト性能及び発電機による電力回生性能を向上するとともに、モータによる長時間のトルクアシストを可能とするハイブリッドシステムを提供する。

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。

即ち、請求項１においては、エンジンと、該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源とする発電機とを備えるハイブリッドシステムにおいて、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、前記発電機から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と、前記モータへの電力の供給を行うバッテリと、前記制御手段により制御され前記キャパシタ蓄電装置への通電の入切を行う第１切換スイッチと、前記制御手段により制御され前記バッテリへの通電の入切を行う第２切換スイッチとを備え、前記キャパシタ蓄電装置の蓄電量が、予め設定される規定値を上回っている場合は、前記第１切換スイッチを入状態とするとともに前記第２切換スイッチを切状態とし、該キャパシタ蓄電装置によって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い、前記キャパシタ蓄電装置の蓄電量が、予め設定される規定値を下回った場合は、前記第１切換スイッチを切状態とするとともに前記第２切換スイッチを入状態とし、前記バッテリから前記モータへの電力の供給を行うものである。

請求項２においては、前記バッテリのバッテリ電圧が、予め設定される規定値を上回っている場合は、前記第１切換スイッチを切状態とするとともに前記第２切換スイッチを入状態とし、該バッテリによって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い、前記バッテリのバッテリ電圧が、予め設定される規定値を下回り、かつ、単位時間当たりの電圧低下率が、予め設定される規定値よりも大きくなった場合は、前記第１切換スイッチを入状態とし、前記キャパシタ蓄電装置から前記モータへの電力の供給を行うものである。

請求項３においては、エンジンと、該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源とする発電機とを備えるハイブリッドシステムにおいて、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、前記発電機から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第１定電流制御回路と、前記キャパシタ蓄電装置の充電を行うバッテリと、該バッテリから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第２定電流制御回路とを備え、前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧が、前記バッテリのバッテリ電圧より低下した場合は、該バッテリによって前記キャパシタ蓄電装置の充電を行うものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、通常は、バッテリと比較して出力密度の高いキャパシタ蓄電装置によって、発電機からの発電電力の蓄電及びモータへの電力の供給を行うことで、モータによるトルクアシスト性能及び発電機の電力回生性能を向上させることができ、エンジンの急激な負荷変動に対応することが可能となる。そして、キャパシタ蓄電装置の蓄電量が低下した場合には、モータへの電力の供給は、モータへの瞬時の大電流の供給が可能なバッテリ容量を有するバッテリによって行われるので、モータによるトルクアシストが長時間に及んだ場合など、バッテリと比較してエネルギー密度の低いキャパシタ蓄電装置の電力不足を補うことができる。
また、第１切換スイッチ及び第２切換スイッチ設け、これらを所定に制御することにより、バッテリからモータへの電力の供給を行う際に、バッテリからキャパシタ蓄電装置に瞬時に過大な電流が流れ込むのを防ぐことができるので、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置の破壊・故障を防止して保護することができる。そして、キャパシタ蓄電装置の再充電を行う際には、発電機からの発電電力がバッテリへ供給されることがないので、キャパシタ蓄電装置の充電を効率良く行うことが可能となる。

請求項２においては、通常は、バッテリによってモータへの電力の供給を行い、エンジンに急激に高い負荷がかかったとき等、必要な場合にだけ、モータへの電力の供給を行う蓄電装置がキャパシタ蓄電装置に切り換わるので、電圧ドロップ（急激な負荷変動に対するバッテリの瞬時の放電によって生じる急激な電圧の低下）を防いでシステムの誤作動を防止することができるとともに、モータへの長時間の電力の供給が可能となる。つまり、トルクアシストを行うモータに対して電力の供給を行う蓄電装置として、持続的な負荷に対してはバッテリを用い、瞬時の急激な高い負荷にはキャパシタ蓄電装置を用いることができるので、バッテリの有する高いエネルギー密度及びキャパシタ蓄電装置の有する高い出力密度を適切に用いることが可能となる。これにより、急激な負荷変動が生じる作業などにおいても、モータによる長時間のトルクアシストが可能となる。

請求項３においては、バッテリによって随時充電されるキャパシタ蓄電装置によって、発電機からの発電電力の蓄電及びモータへの電力の供給を行うことができるので、モータによるトルクアシスト性能及び発電機の電力回生性能を向上させることができ、長時間にわたってエンジンの急激な負荷変動に対応することが可能となる。

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は定電流制御回路の構成を示す図、図３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４は均等制御回路の構成を示す図、図５はバッテリ電圧の変化を示す図、図６は蓄電システム部の他の構成を示す図、図７はバッテリとキャパシタ蓄電装置それぞれの充放電特性を示す図である。

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、エンジンにかかる負荷に応じて、エンジンをアシストするモータへのバッテリからの電力の供給、及び発電機によるバッテリの蓄電を行うことを可能とするハイブリッドシステムにおいて適用可能である。
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。

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、昇降圧チョッパ２２、キャパシタ蓄電装置２１、及びバッテリ２８を備えており、後述するように、蓄電システム部２０が有する各作動態様に応じて作動する。
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２２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。

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、キャパシタ蓄電装置２１またはバッテリ２８から電力が供給される。キャパシタ蓄電装置２１またはバッテリ２８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またはバッテリ２８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。

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またはバッテリ２８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。

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による発電電力をキャパシタ蓄電装置２１またはバッテリ２８へと蓄電するように制御されている。

また、このような構成のハイブリッドシステムを小型の作業機などに適用する場合は、前記昇降圧チョッパ２２を使用しない構成とすることもできる。つまり、小型の作業機などのように、モータとして作動するモータジェネレータ１１の出力が比較的小さくてもその作動に影響がないような場合、モータジェネレータ１１のモータ機能を発揮するためには高い電圧は必要ないので、昇降圧チョッパ２２を使用しない構成とすることができる。
この場合、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８は、昇降圧チョッパ２２を介することなくインバータコンバータ１２に接続され、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８の蓄電容量はモータとして作動するモータジェネレータ１１のモータ出力に対応したものとなる。

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、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バッテリ２８とを備えている。
なお、前述したように、ハイブリッドシステムにおいて昇降圧チョッパ２２を用いない構成とする場合、この蓄電システム部２０においては、昇降圧チョッパ２２によるキャパシタ蓄電装置２１の制御機能と同様の機能を有する制御手段を別途設けるか、または、システムコントローラ１に、昇降圧チョッパ２２によるキャパシタ蓄電装置２１の制御機能を備える構成とする。

また、蓄電システム部２０は、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バッテリ２８のバッテリ電圧の検出を行う電流・電圧センサ２５と、発電機として作動するモータジェネレータ１１から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１００と、均等制御回路２００とを備え、第１切換スイッチ３０ａと第２切換スイッチ３０ｂが設けられている。
第１切換スイッチ３０ａ及び第２切換スイッチ３０ｂは、機械式スイッチ、またはパワートランジスタ等の半導体素子から構成されるものであり、システムコントローラによってその入切が制御される。
第１切換スイッチ３０ａは、キャパシタ蓄電装置２１への通電の入切を行うためのスイッチであり、第２切換スイッチ３０ｂは、バッテリ２８への通電の入切を行うためのスイッチである。

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。

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。
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バッテリ２８のバッテリ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に入力される。

続いて、定電流制御回路１００及び均等制御回路２００について詳細に説明する。

＜定電流制御回路１００＞
定電流制御回路１００について説明する。
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。

図２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２において、昇降圧チョッパ２２からは、電流値Ｉ_ＭＡＸ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Ｉ_ＤＳの電流が定電流制御回路１００に供給される（Ｉ_ＭＡＸ≒Ｉｏ＋Ｉ_ＤＳ）。
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Ｉ_ＤＳが、ＭＯＳＦＥＴ１０１の制御入力電圧としてのゲートソース電圧Ｖ_ＧＳ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Ｖ_ＯＰ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Ｖ_ＧＳとすることとしている。

以上の定電流制御回路１００により、図３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Ｖ_ＯＰ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Ｖ_ＧＳが上昇される（ステップ４０３）。そして、このゲートソース電圧Ｖ_ＧＳの上昇により、ＭＯＳＦＥＴ１０１を通過する電流の電流値Ｉ_ＤＳが増加され（ステップ４０４）、この電流値Ｉ_ＤＳ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。

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Ｖ_ＯＰ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Ｖ_ＧＳが低下される（ステップ４１３）。そして、このゲートソース電圧Ｖ_ＧＳの低下により、ＭＯＳＦＥＴ１０１を通過する電流の電流値Ｉ_ＤＳが減少され（ステップ４１４）、この電流値Ｉ_ＤＳ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。

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２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。

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Ｖ_ＧＳ）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Ｉ_ＤＳ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。

＜均等制御回路２００＞
次に、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。

図４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４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Ｖ_ＭＡＸ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Ｖ_ＭＡＸ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。

図４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Ｖ_ＧＳ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Ｖ_ＧＳは基準電圧Ｖ_ＲＥＦと、検出抵抗１３４ａ・１３５ａ・１３４ｂ・１３５ｂの分圧Ｖ_Ｒ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。

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_Ｒ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Ｖ_ＧＳ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。

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４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。

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_Ｒ）と、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ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Ｖ_ＧＳ）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。

このような構成の蓄電システム部２０においては、以下に示すような作動態様を有している。以下、各作動態様について説明する。

まず、第１の作動態様について説明する。
本作動態様においては、トルクアシストを行うモータジェネレータ１１への電力の供給は、主としてキャパシタ蓄電装置２１によって行われる。そして、このキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が、予め設定される規定値を下回った場合は、キャパシタ蓄電装置２１からモータジェネレータ１１への電力の供給を停止し、バッテリ２８によってモータジェネレータ１１への電力の供給を行う。

つまり、本作動態様においては、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが、予め設定される規定値Ｑ_Ｎを上回っている場合は、前記第１切換スイッチ３０ａを入状態とするとともに前記第２切換スイッチ３０ｂを切状態とし、キャパシタ蓄電装置２１によって、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。そして、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが、予め設定される規定値Ｑ_Ｎを下回った場合は、第１切換スイッチ３０ａを切状態とするとともに第２切換スイッチ３０ｂを入状態とし、バッテリ２８から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ことを特徴としている。

前記キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量（残存容量）Ｑは、該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、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧をＶ_Ｃとすると、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＝ＣＶ_Ｃ２／２・・・（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_Ｃから把握することができ、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ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。この式（１）に基づき、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑは、前記電流・電圧センサ２５によって検出されるキャパシタ電圧Ｖ_Ｃと、キャパシタ蓄電装置２１の静電容量Ｃとから算出される。前記規定値Ｑ_Ｎは、例えば、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃがキャパシタ蓄電装置２１の耐電圧の１／２の時の蓄電量に設定される。

このようにして算出されるキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑは、システムコントローラ１にて、予め設定されている規定値Ｑ_Ｎを上回っているか下回っているかが判断される。つまり、システムコントローラ１には予め規定値Ｑ_Ｎが設定されており、このシステムコントローラ１において、前述のようにして算出されるキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑと規定値Ｑ_Ｎとが比較され、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが規定値Ｑ_Ｎを上回っているか下回っているかが常に判断されている。

こうした判断の下、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが規定値Ｑ_Ｎを上回っている状態では、トルクアシスト時におけるモータジェネレータ１１への電力の供給は、キャパシタ蓄電装置２１によって行われる。すなわち、この場合、キャパシタ蓄電装置２１への通電の入切を行う第１切換スイッチ３０ａは入状態となり、バッテリ２８への通電の入切を行う第２切換スイッチ３０ｂは切状態となっており、エンジン２が高負荷状態となってトルクアシストを行うモータジェネレータ１１への電力の供給は、キャパシタ蓄電装置２１により行われる。また、この場合、エンジン２が低負荷状態となった際の、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もキャパシタ蓄電装置２１によって行われる。

そして、エンジン２の高負荷状態が長時間続いたり連続したりして、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが低下し、この蓄電量Ｑが規定値Ｑ_Ｎを下回った場合、キャパシタ蓄電装置２１によるモータジェネレータ１１への電力の供給は停止し、代わりにバッテリ２８によって行われる。すなわち、この場合、前記第１切換スイッチ３０ａは切状態となり、前記第２切換スイッチ３０ｂは入状態となって、モータとして作動するモータジェネレータ１１への電力の供給がバッテリ２８により行われることとなる。そして、このようにキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が低下した場合は、バッテリ２８によってモータジェネレータ１１への電力が供給されるため、バッテリ２８は、エンジン２に急激に高い負荷がかかった場合などモータジェネレータ１１に対して瞬時に大電流を供給することができるバッテリ容量を有するものとする。
また、ここで第１切換スイッチ３０ａを切状態とするのは、バッテリ２８からモータジェネレータ１１への電力の供給を行うために第２切換スイッチ３０ｂを入り状態とすることにより、バッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１へ瞬時に過大な電流が流れ込むのを防止するためである。

このように、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量Ｑが低下することにより、バッテリ２８によるモータジェネレータ１１への電力の供給が行われる状態となった場合、その後のキャパシタ蓄電装置２１の再充電は、エンジン２の負荷が定常状態となった際に行われる。つまり、エンジン２にかかる負荷が下がり、モータジェネレータ１１によるトルクアシストが必要なくなった状態で、エンジン２の余剰出力によって発電機として作動するモータジェネレータ１１の発電電力がキャパシタ蓄電装置２１に蓄電される。この際、モータジェネレータ１１による発電電力がキャパシタ蓄電装置２１のみに蓄電されるようにするため、第１切換スイッチ３０ａは入状態とし、第２切換スイッチ３０ｂは切状態とする。このようにして、本作動態様において主たる蓄電装置としてのキャパシタ蓄電装置２１によって、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状態に戻る。

なお、前述のようにしてバッテリ２８によってモータジェネレータ１１への電力の供給を行うことで、バッテリ２８の蓄電量が低下した場合のバッテリ２８の充電は、モータジェネレータ１１からの発電電力によってキャパシタ蓄電装置２１の充電が終了した後、このモータジェネレータ１１からの発電電力をバッテリ２８に蓄電することによって行う。つまり、前述したようにキャパシタ蓄電装置２１の再充電が行われ、キャパシタ蓄電装置２１がモータジェネレータ１１からの発電電力によって満充電状態となった後に、第１切換スイッチ３０ａを切状態とし、第２切換スイッチ３０ｂを入状態にすることによって、モータジェネレータ１１からの発電電力がバッテリ２８に蓄電されるようにして行う。また、このバッテリ２８の充電は、別途充電器などを用いて外部充電を行うこともできる。

この蓄電システム部２０の第１の作動態様においては、通常は、バッテリと比較して出力密度の高いキャパシタ蓄電装置２１によって、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ことで、モータジェネレータ１１によるトルクアシスト性能及び電力回生性能を向上させることができ、エンジン２の急激な負荷変動に対応することが可能となる。そして、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が低下した場合には、モータとして作動するモータジェネレータ１１への電力の供給は、モータジェネレータ１１への瞬時の大電流の供給が可能なバッテリ容量を有するバッテリ２８によって行われるので、モータジェネレータ１１によるトルクアシストが長時間に及んだ場合など、バッテリと比較してエネルギー密度の低いキャパシタ蓄電装置２１の電力不足を補うことができる。

また、前述したように第１切換スイッチ３０ａ及び第２切換スイッチ３０ｂを制御することにより、バッテリ２８からモータジェネレータ１１への電力の供給を行う際に、バッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１に瞬時に過大な電流が流れ込むのを防ぐことができるので、内部抵抗が低いキャパシタ蓄電装置２１の破壊・故障を防止して保護することができる。そして、キャパシタ蓄電装置２１の再充電を行う際には、モータジェネレータ１１からの発電電力がバッテリ２８へ供給されることがないので、キャパシタ蓄電装置２１の充電を効率良く行うことが可能となる。

次に、蓄電システム部２０における第２の作動態様について説明する。
本作動態様においては、トルクアシストを行うモータジェネレータ１１への電力の供給は、主としてバッテリ２８によって行われる。そして、バッテリ２８のバッテリ電圧が、予め設定される規定値を一定以上の変化率で下回った場合は、キャパシタ蓄電装置２１によって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。

つまり、本作動態様においては、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが、予め設定される規定値Ｖ_Ｎを上回っている場合は、第１切換スイッチ３０ａを切状態にするとともに第２切換スイッチ３０ｂを入状態とし、バッテリ２８によって、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。そして、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが、予め設定される規定値Ｖ_Ｎを下回り、かつ、その単位時間当たりの電圧低下率が、予め設定される規定値よりも大きくなった場合、言い換えると、電圧が低下する際の勾配（変化率）Ｓ（＝ｄＶ_ＢＡＴ／ｄｔ）が予め設定される規定値Ｓ_Ｎを下回った場合（勾配が急になった場合、低下率が大きくなった場合）は、第１切換スイッチ３０ａを入状態とし、キャパシタ蓄電装置２１からモータジェネレータ１１への電力の供給を行うことを特徴としている。

バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、前述したように電流・電圧センサ２５によって検出され、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが低下する際の勾配Ｓは、システムコントローラ１において一定時間（例えば、１秒）毎にサンプリングされ算出される。
これらバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ及びその勾配Ｓは、システムコントローラ１にて、予め設定されている規定値Ｖ_Ｎ（例えば、４５Ｖ）及びＳ_Ｎ（例えば、１０Ｖ）を上回っているか下回っているかがそれぞれ判断される。つまり、システムコントローラ１には予め規定値Ｖ_Ｎ及びＳ_Ｎが設定されており、システムコントローラ１において、電流・電圧センサ２５によって検出されるバッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴと前記規定値Ｖ_Ｎとが比較され、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが規定値Ｖ_Ｎを上回っているか下回っているかが常に判断されている。また、前述のようにして一定時間毎に算出されるバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの勾配Ｓと前記規定値Ｓ_Ｎとが比較され、勾配Ｓが規定値Ｓ_Ｎを上回っているか下回っているかが一定時間毎に判断されている。

こうした判断の下、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが規定値Ｖ_Ｎを上回っている状態では、トルクアシスト時におけるモータジェネレータ１１への電力の供給は、バッテリ２８によって行われる。すなわち、この場合、キャパシタ蓄電装置２１への通電の入切を行う第１切換スイッチ３０ａは切状態となり、バッテリ２８への通電の入切を行う第２切換スイッチ３０ｂは入状態となっており、エンジン２が高負荷状態となってトルクアシストを行うモータジェネレータ１１への電力の供給は、バッテリ２８により行われる。また、この場合、エンジン２が低負荷状態となった際の、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もバッテリ２８によって行われる。

そして、エンジン２に急激に高い負荷がかかり、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの急激な低下が生じると、モータジェネレータ１１への電力の供給をキャパシタ蓄電装置２１から行うようにする。
すなわち、急激にエンジン２に対して高い負荷がかかった場合、この負荷に応じてモータジェネレータ１１はトルクアシストを行うため、バッテリ２８からモータジェネレータ１１へ大電流を瞬時に供給する必要があり、バッテリ２８では瞬時の放電を行う必要がある。しかし、バッテリ２８はこのような瞬時の大電流の供給を行う際、その出力の限界に達すると、図５に示すように、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの急激な降下（電圧ドロップ）を引き起こす。そして、このバッテリ２８の電圧ドロップは、システムの誤作動や停止の原因となる。そこで、バッテリ２８の電圧ドロップを防止するため、エンジン２に急激に高い負荷がかかった場合は、モータジェネレータ１１への電力の供給をキャパシタ蓄電装置２１により行うのである。

具体的には、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが規定値Ｖ_Ｎを下回った状態で、かつ、その勾配Ｓが規定値Ｓ_Ｎを下回った場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが規定値Ｖ_Ｎを下回った状態で、エンジン２に急激に高い負荷がかかりバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが急激に低下した場合、第１切換スイッチ３０ａが入状態となり、モータとして作動するモータジェネレータ１１への電力の供給がキャパシタ蓄電装置２１によって行われることとなる。つまり、前記規定値Ｓ_Ｎは、エンジン２に急激に高い負荷がかかる場合のその負荷の基準となるものである。
ここで、第２切換スイッチ３０ｂは、入状態のままでも切状態としてもよい。つまり、エンジン２に急激に高い負荷がかかりバッテリ２８の電圧が低下することによってキャパシタ蓄電装置２１によるモータジェネレータ１１への電力の供給が行われるので、バッテリ２８側の電圧の方がキャパシタ蓄電装置２１側よりも電圧が低くなり、バッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１への電流の流れ込みが生じないからでる。しかし、キャパシタ蓄電装置２１の安全をより確実なものとするためには、第２切換スイッチ３０ｂは切状態とする方が望ましい。

このようにして、エンジン２に急激に高い負荷がかかってバッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが急激に低下し、キャパシタ蓄電装置２１によるモータジェネレータ１１への電力の供給が行われる状態となった場合、ここで電力を消費するキャパシタ蓄電装置２１の充電は、エンジン２の負荷が定常状態となった際に行われる。つまり、エンジン２にかかる負荷が下がり、モータジェネレータ１１によるトルクアシストが必要なくなると、エンジン２の余剰出力によって発電機として作動するモータジェネレータ１１により発電される電力がキャパシタ蓄電装置２１に蓄電される。そして、キャパシタ蓄電装置２１が満充電状態となり、キャパシタ蓄電装置２１の充電が完了した時点で、第１切換スイッチ３０ａが切状態となり、第２切換スイッチ３０ｂが入状態となって、バッテリ２８がモータジェネレータ１１と接続された状態となる。すなわち、本作動態様において主たる蓄電装置としてのバッテリ２８によって、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状態に戻る。

この蓄電システム部２０の第２の作動態様においては、通常は、バッテリ２８によって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い、エンジン２に急激に高い負荷がかかったとき等、必要な場合にだけ、モータジェネレータ１１への電力の供給を行う蓄電装置がキャパシタ蓄電装置２１に切り換わるので、前述したようなバッテリ２８の電圧ドロップを防いでシステムの誤作動を防止することができるとともに、モータジェネレータ１１への長時間の電力の供給が可能となる。つまり、トルクアシストを行うモータジェネレータ１１に対して電力の供給を行う蓄電装置として、持続的な負荷に対してはバッテリ２８を用い、瞬時の急激な高い負荷にはキャパシタ蓄電装置２１を用いることができるので、バッテリ２８の有する高いエネルギー密度及びキャパシタ蓄電装置２１の有する高い出力密度を適切に用いることが可能となる。これにより、急激な負荷変動が生じる作業などにおいても、モータジェネレータ１１による長時間のトルクアシストが可能となる。

続いて、蓄電システム部２０の別構成について説明する。
なお、本構成の蓄電システム部２０は、図１に示すものと略同一であるため、図１に示すものと同一の用途及び機能を有する装置などについては、同一の符号を付してその説明を省略し、構成の異なる部分については作動態様の説明に沿って説明する。

本構成の蓄電システム部２０の作動態様においては、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への電力の供給は、キャパシタ蓄電装置２１によって行われる。そして、このキャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が低下すると、バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電が行われる。すなわち、本作動態様においては、バッテリ２８はモータジェネレータ１１への電力の供給は行わずにキャパシタ蓄電装置２１の充電のみを行うものであり、モータとして作動するモータジェネレータ１１への電力の供給は全てキャパシタ蓄電装置２１により行われる。

つまり、本構成における作動態様においては、キャパシタ蓄電装置２１の蓄電量が低下し、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃが、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴより低下した場合は、該バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電が行われることを特徴としている。そのため、本構成においては、図６に示すように、バッテリ２８から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第２定電流制御回路１００ａを備えている。つまり、本構成においては、第１定電流制御回路として、発電機として作動するモータジェネレータ１１から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前記定電流制御回路１００を有し、これに加え、バッテリ２８から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第２定電流制御回路１００ａを備えている。そして、このように、バッテリ２８からモータジェネレータ１１への電力の供給は行わず、第２定電流制御回路１００ａは、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８に並列に接続できるので、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８への通電の入切を行う前記第１切換スイッチ３０ａ及び第２切換スイッチ３０ｂは設ける必要がない。なお、第２定電流制御回路１００ａの構造は前記定電流制御回路１００と略同一のため、その説明を省略する。

ところで、本ハイブリッドシステムにおいては、エンジン２にかかる負荷に応じて、モータジェネレータ１１によるトルクアシスト及びキャパシタ蓄電装置２１の蓄電を行うことによるエンジン２の負荷の平準化を行うため、作業機における繰り返しの作業などが行われ、キャパシタ蓄電装置２１が充放電を繰り返すと、図７に示すように、該キャパシタ蓄電装置２１の有する特性から、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃは徐々に低下して行く。
図７は、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８において、同様の電気量の充放電を繰り返した場合のキャパシタ電圧Ｖ_Ｃ及びバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴをそれぞれ示したグラフである。この図からわかるように、キャパシタ蓄電装置２１は充放電を繰り返す度にキャパシタ電圧Ｖ_Ｃが低下して行くのに対し、バッテリ２８のバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、放電した際や充電された際には低下または上昇するが、その都度定電圧に戻り、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴとしては常に定電圧を保つ。このようなキャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８それぞれが有する充放電特性を利用し、バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電を行う。つまり、このようなキャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８それぞれの有する充放電特性により、キャパシタ蓄電装置２１及びバッテリ２８間では、キャパシタ蓄電装置２１の方が必ず電圧が低くなるため、この電圧差を利用することにより、バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電を随時行うようにする。そして、このバッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１への充電電流を制御するために、前記第２定電流制御回路１００ａを設けるのである。

具体的には、通常時、即ちキャパシタ蓄電装置２１がモータジェネレータ１１への電力を供給するに十分な蓄電量を有している場合、キャパシタ蓄電装置２１によって、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への電力の供給がエンジン２にかかる負荷に応じて行われる。この場合、バッテリ２８からの電流は、第２定電流制御回路１００ａによってキャパシタ蓄電装置２１へと流れないように制御される。すなわち、バッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１への充電電流を制御する第２定電流制御回路１００aによってバッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１へ流れる電流をゼロとする。

そして、前述したように、モータジェネレータ１１による負荷平準化にともなうキャパシタ蓄電装置２１の充放電が繰り返されることにより、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧Ｖ_Ｃが低下すると、バッテリ２８からキャパシタ蓄電装置２１へ充電電力が供給される。この際、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流は第２定電流制御回路１００ａによって定電流制御される。
このようなバッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電は、トルクアシストを行っているモータジェネレータ１１に対してキャパシタ蓄電装置２１が電力を供給している最中にも行うことができる。この場合、例えば、エンジン２の高負荷状態が長時間継続し、キャパシタ蓄電装置２１によるモータジェネレータ１１への電力の供給が長時間にわたるとき等において、バッテリ２８によりキャパシタ蓄電装置２１を充電しながら、キャパシタ蓄電装置２１によるモータジェネレータ１１への電力の供給を続けることが可能となる。

また、バッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電は次のようにして行うこともできる。
すなわち、図６に示すように、キャパシタ蓄電装置２１とバッテリ２８との通電を保持した状態でキャパシタ蓄電装置２１のモータジェネレータ１１側との通電の入切を行える位置に第３切換スイッチ３０ｃを設ける。そして、バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電を行う際にはこの第３切換スイッチ３０ｃを切状態とする。なお、この第３切換スイッチ３０ｃは、機械式スイッチ、またはパワートランジスタ等の半導体素子から構成されるものであり、システムコントローラによってその入切が制御される。
こうすることにより、バッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電が行われている間は、キャパシタ蓄電装置２１のモータジェネレータ１１との通電を断つのである。つまり、キャパシタ蓄電装置２１は充電効率が高いという特性を有しているため、バッテリ２８による充電を短時間に行うことができるので、バッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電が行われる際、第３切換スイッチ３０ｃを一旦切状態とし、キャパシタ蓄電装置２１の充電が完了した時点で、再び第３切換スイッチ３０ｃを入状態に戻してキャパシタ蓄電装置２１のモータジェネレータ１１側とを通電させるようにする。

例えば、キャパシタ蓄電装置２１によってモータジェネレータ１１への電力の供給が行われている間に、キャパシタ蓄電装置２１のキャパシタ電圧Ｖ_Ｃが低下すると、第３切換スイッチ３０ｃを一瞬切状態にし、バッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電を瞬時に行い、キャパシタ蓄電装置２１が満充電状態または、蓄電量が一定量以上となった時点で、再び第３切換スイッチ３０ｃを入状態とする。こうすることにより、バッテリ２８から供給される充電電力がモータジェネレータ１１側へ流れるのを防止することができる。
このように、第３切換スイッチ３０ｃを設け、この第３切換スイッチ３０ｃの入切を前述したように制御することにより、バッテリ２８によるキャパシタ蓄電装置２１の充電が効率の良いものとなる。

なお、このようにして、バッテリ２８によってキャパシタ蓄電装置２１の充電を行うことで、蓄電量が低下した場合のバッテリ２８の充電は、モータジェネレータ１１からの発電電力またはバッテリ２８からの充電電力によってキャパシタ蓄電装置２１が満充電状態にある場合に、モータジェネレータ１１からの発電電力をバッテリ２８に蓄電することによって行う。この場合、定電流制御回路１００は、キャパシタ蓄電装置２１への充電電流を制御するとともに、バッテリ２８への充電電流の制御を行うこととなる。また、このバッテリ２８の充電は、別途充電器などを用いて外部充電を行うこともできる。

このような図６に示す構成の蓄電システム部２０における作動態様においては、バッテリ２８によって随時充電されるキャパシタ蓄電装置２１によって、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ことができるので、モータジェネレータ１１によるトルクアシスト性能及び電力回生性能を向上させることができ、長時間にわたってエンジン２の急激な負荷変動に対応することが可能となる。

なお、以上説明した図１及び図６に示すそれぞれの蓄電システム部２０の構成は、同一の蓄電システム部において兼ねた構成とすることもできる。つまり、図１に示す蓄電システム部２０に、図６に示す第３切換スイッチ３０ｃ及び第２定電流制御回路１００ａを設けることにより、同一の蓄電システム部において前述した各作動態様を実施することができる構成とすることもできる。

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。定電流制御回路の構成を示す図。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。均等制御回路の構成を示す図。バッテリ電圧の変化を示す図。蓄電システム部の他の構成を示す図。バッテリとキャパシタ蓄電装置それぞれの充放電特性を示す図。

符号の説明

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
２１キャパシタ蓄電装置
２８バッテリ
３０ａ第１切換スイッチ
３０ｂ第２切換スイッチ
３０ｃ第３切換スイッチ
１００定電流制御回路（第１定電流制御回路）
１００ａ第２定電流制御回路

Claims

エンジンと、該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源とする発電機とを備えるハイブリッドシステムにおいて、
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、前記発電機から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と、前記モータへの電力の供給を行うバッテリと、前記制御手段により制御され前記キャパシタ蓄電装置への通電の入切を行う第１切換スイッチと、前記制御手段により制御され前記バッテリへの通電の入切を行う第２切換スイッチとを備え、
前記キャパシタ蓄電装置の蓄電量が、予め設定される規定値を上回っている場合は、前記第１切換スイッチを入状態とするとともに前記第２切換スイッチを切状態とし、該キャパシタ蓄電装置によって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い、
前記キャパシタ蓄電装置の蓄電量が、予め設定される規定値を下回った場合は、前記第１切換スイッチを切状態とするとともに前記第２切換スイッチを入状態とし、前記バッテリから前記モータへの電力の供給を行うことを特徴とするハイブリッドシステム。
前記バッテリのバッテリ電圧が、予め設定される規定値を上回っている場合は、前記第１切換スイッチを切状態とするとともに前記第２切換スイッチを入状態とし、該バッテリによって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い、
前記バッテリのバッテリ電圧が、予め設定される規定値を下回り、かつ、単位時間当たりの電圧低下率が、予め設定される規定値よりも大きくなった場合は、前記第１切換スイッチを入状態とし、前記キャパシタ蓄電装置から前記モータへの電力の供給を行う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。
エンジンと、該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源とする発電機とを備えるハイブリッドシステムにおいて、
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、前記発電機から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第１定電流制御回路と、前記キャパシタ蓄電装置の充電を行うバッテリと、該バッテリから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第２定電流制御回路とを備え、
前記キャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧が、前記バッテリのバッテリ電圧より低下した場合は、該バッテリによって前記キャパシタ蓄電装置の充電を行うことを特徴とするハイブリッドシステム。