JP4054776B2 - Hybrid system - Google Patents
Hybrid system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4054776B2 JP4054776B2 JP2004081259A JP2004081259A JP4054776B2 JP 4054776 B2 JP4054776 B2 JP 4054776B2 JP 2004081259 A JP2004081259 A JP 2004081259A JP 2004081259 A JP2004081259 A JP 2004081259A JP 4054776 B2 JP4054776 B2 JP 4054776B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power storage
- storage device
- capacitor
- battery
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
Abstract
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。 The present invention relates to a hybrid system that extracts at least a mechanical driving force and electric power from an engine, and more particularly to a power storage system 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).
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共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。 However, since the electric double layer capacitor used as a power storage device has the properties as described above, it is suitable for charging and discharging in a short time, but it is difficult to supply power for a long time. In other words, since the electric double layer capacitor has a lower energy density than the battery, there is a problem that it is impossible to supply power to the motor when the motor assists for a long time. Therefore, in the present invention, an electric double layer capacitor is used as a power storage device in the hybrid system, and a battery is provided side by side, and the capacitor power storage device and the battery are used in accordance with a traveling situation and a work situation, thereby generating torque generated by the motor. Provided is a hybrid system that improves assist performance and power regeneration performance by a generator, and enables long-time torque assist by a motor.
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 problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
請求項1においては、エンジン(2)と、該エンジン(2)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(21)と、前記発電機から前記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1定電流制御回路(100)と、前記モータへの電力の供給を行うバッテリ(28)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(21)への通電の入切を行う第1切換スイッチ(30a)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(30b)とを備え、前記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、該キャパシタ蓄電装置(21)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(21)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(30a)を切状態とするとともに前記第2切換スイッチ(30b)を入状態とし、前記バッテリ(28)から前記モータへの電力の供給を行い、該状態において、前記バッテリ(28)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(30a)を切状態とするとともに、前記第2切換スイッチ(30b)を入状態とし、そのまま該バッテリ(28)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(28)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(30a)を入状態とし、前記キャパシタ蓄電装置(21)から前記モータへの電力の供給を行うものである。
The hybrid generator according to
請求項2においては、請求項1記載の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(21)と、前記発電機から前記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1定電流制御回路(100)を設けるとともに、前記キャパシタ蓄電装置(21)のキャパシタ電圧が、前記バッテリ(28)のバッテリ電圧より低下した場合は、該バッテリ(28)によって前記キャパシタ蓄電装置(21)の充電を可能とし、該バッテリ(28)から前記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)とを設けたものである。
According to claim 2, in the hybrid system according to
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、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。
According to the first aspect of the present invention, normally, the capacitor power storage device having a higher output density than the battery stores the generated power from the generator and supplies the power to the motor, so that the torque assist performance and power generation by the motor can be achieved. The power regeneration performance of the machine can be improved, and it is possible to cope with sudden load fluctuations of the engine. When the amount of power stored in the capacitor power storage device decreases, power is supplied to the motor by a battery having a battery capacity capable of supplying an instantaneous large current to the motor. For example, when the power is extended for a long time, the power shortage of the capacitor power storage device having a lower energy density than that of the battery can be compensated.
Also, by providing a first changeover switch and a second changeover switch and controlling them to a predetermined level, when supplying power from the battery to the motor, an excessive current instantaneously flows from the battery to the capacitor power storage device. Therefore, the capacitor power storage device having a low internal resistance can be protected from being destroyed or broken. When the capacitor power storage device is recharged, the generated power from the generator is not supplied to the battery, so that the capacitor power storage device can be charged efficiently.
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。 According to the second aspect of the present invention, the power storage device that normally supplies power to the motor by a battery and supplies power to the motor only when necessary, such as when the engine is suddenly subjected to a high load, is a capacitor. Since it switches to the power storage device, it can prevent voltage drop (abrupt voltage drop caused by instantaneous battery discharge due to sudden load fluctuation) and prevent malfunction of the system, and long-time power to the motor Can be supplied. In other words, as a power storage device that supplies power to a motor that performs torque assist, a battery can be used for a continuous load, and a capacitor power storage device can be used for an instantaneous and suddenly high load. Thus, it is possible to appropriately use the high energy density of the capacitor and the high output density of the capacitor power storage device. As a result, a long-time torque assist by the motor is possible even in an operation where a sudden load fluctuation occurs.
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。 According to the third aspect of the present invention, since the capacitor power storage device charged at any time by the battery can store the generated power from the generator and supply the power to the motor, the torque assist performance by the motor and the power regeneration of the generator can be achieved. The performance can be improved, and it is possible to cope with a rapid load fluctuation of the engine for a long time.
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。 Next, embodiments of the invention will be described. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a hybrid system according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a constant current control circuit, FIG. 3 is a diagram showing a control flow of constant current control by the constant current control circuit, and FIG. Is a diagram showing the configuration of the equalization control circuit, FIG. 5 is a diagram showing changes in the battery voltage, FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the power storage system unit, and FIG. 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。
First, the configuration of the hybrid system will be described with reference to FIG. In this embodiment, a hybrid system having a
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。
The
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。
In the hybrid system having such a configuration, as described above, the
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。
On the other hand, when the
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。
Such torque assist and power generation by the
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。
Moreover, when applying the hybrid system of such a structure to a small working machine etc., it can also be set as the structure which does not use the said raising / lowering
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。
Next, the power
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。
The power
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
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。
As described above, when the
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。
Next, the constant
<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。
<Constant
The constant
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. 2 shows the configuration of the constant
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
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 VOP in the
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。
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
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
<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。
<
Next, the
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. 4 shows the configuration of the
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VGSは、電圧比較回路となる誤差増幅器133a・133bの出力電圧であり、該ゲートソース電圧VGSは基準電圧VREFと、検出抵抗134a・135a・134b・135bの分圧VRとの比較によって決定される。また、136a・136bは、定電圧素子としてのツェナダイオードであり、各キャパシタモジュール21a・21bに対して並列に接続される。このツェナダイオード136a・136bによって、キャパシタモジュール21a・21bの自己放電が回避されるとともに、各キャパシタモジュール21a・21bの過充電(過電圧)が回避されるようになっている。つまり、該ツェナダイオード136a・136bは、設定電圧よりも高くなると導通する性質を有するため、自己放電防止と、過電圧防止の機能を果たすこととなっている。
In FIG. 4,
以上の構成の分流回路200a・200bは同一の構成とするものである。このうち、まず、分流回路200aの動作について説明すると、キャパシタモジュール21aの充電が進行し、キャパシタ電圧が増加すると、分圧VRが増加することになる。そして、これにより、誤差増幅器133aの出力、即ち、ゲートソース電圧VGSが大きくなり、MOSFET132aを流れる電流の電流値Itが増加する。そして、電流値Itが増加すると、端子120aにおいて、キャパシタモジュール21a側に分流される電流の電流値Ioutが減少されることになる。このようにキャパシタ電圧によって、電流値Ioutの増減が制御されるものであり、キャパシタ電圧が低い場合、つまり、充電量が少ない場合には、電流値Ioutが増加されてすばやく充電され、満充電に近づくにつれキャパシタ電圧が高くなると、電流値Ioutが減少されて、過充電が行われないようになる。そして、キャパシタモジュール21aが最終的に満充電となった場合には、キャパシタモジュール21aへの電流供給が終了されることになる。このようにして、キャパシタ電圧が常に一定に保持されることとなる。また、以上は、キャパシタモジュール21bにおける分流回路200bの動作についても同様である。つまり、キャパシタ蓄電装置21が2個以上のキャパシタモジュールを有する場合、各キャパシタモジュールにおいて同様の分流回路が設けられるものである。
The
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。
Further, in the above charging, particularly when rapid charging is performed, a difference occurs in the voltages of the
以上のように、キャパシタ蓄電装置21内で互いに直列接続されるキャパシタモジュール21a・21bに対し、充電電流を均等に分流して供給する構成とするとともに、前記各キャパシタモジュール21a・21bに対し、前記均等に分流された電流の一部を分流させる分流回路200a・200bが設けられ、前記各分流回路200a・200bは、キャパシタモジュール21a・21bに並列接続される電流制御素子(MOSFET132a・132b)と、キャパシタモジュール21a・21bの電圧(分圧VR)と、基準電圧VREFとを比較する電圧比較回路(誤差増幅器133a・133b)と、キャパシタモジュール21a・21bに並列接続される定電圧素子(ツェナダイオード136a・136b)と、を具備し、電圧比較回路(誤差増幅器133a・133b)の出力を前記MOSFET132a・132bの制御入力電圧(ゲートソース電圧VGS)として印加する構成とし、これにより、充電経路120A・120Bの電流(電流値It)を放電経路120Cに分流させることで、各キャパシタモジュール21a・21bのキャパシタ電圧を一定に保ちつつ、過充電を防止することとするものである。そして、過充電が防止される、つまりは、キャパシタ電圧が、耐電圧よりも低く維持されることにより、キャパシタモジュール21a・21bの加熱・破損・故障を防止することができるようになる(過充電保護)。また、最終的には、両キャパシタモジュール21a・21bが均等に満充電されるので、充放電を繰り返した場合においても、キャパシタ蓄電装置21全体として高い出力密度(規定の出力密度)を維持することができ、即応性が高いといったキャパシタ特有のメリットを十分に生かすことができる。
As described above, the
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。
The power
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。
First, the first operation mode will be described. In this operation mode, power is supplied to
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QN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QN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。
That is, in this operation mode, when the charged amount Q of the capacitor
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VC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=CVC2/2 ・・・(1)
つまり、キャパシタ蓄電装置21の蓄電量Qはキャパシタ蓄電装置のキャパシタ電圧VCから把握することができ、キャパシタ電圧VCがキャパシタ蓄電装置21の耐電圧である場合に、キャパシタ蓄電装置21の満充電状態を示すこととなる。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VC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QNは、例えば、キャパシタ電圧VC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。
The amount of electricity stored (remaining capacity) Q of the capacitor
Q = CVC2 / 2 (1)
That is, the storage amount Q of the capacitor
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QN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QN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QN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QN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。
The amount Q stored in the capacitor
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QN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。
Under such a determination, in the state where the charged amount Q of the capacitor
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QN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。
Then, when the engine 2 is in a high load state or continues for a long time, the amount of charge Q of the capacitor
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。
As described above, when the storage amount Q of the capacitor
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。
The
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。
In the first operation mode of the power
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。
Further, as described above, by controlling the
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。
Next, a second operation mode in the power
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VBATが、予め設定される規定値VN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VBATが、予め設定される規定値VN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(=dVBAT/dt)が予め設定される規定値SN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。
That is, in this operation mode, when the battery voltage VBAT of the
バッテリ28のバッテリ電圧VBAT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VBAT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VBAT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VN(例えば、45V)及びSN(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VN及びSN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VBATと前記規定値VNとが比較され、バッテリ28のバッテリ電圧VBATが規定値VN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VBATの勾配Sと前記規定値SNとが比較され、勾配Sが規定値SN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。
The battery voltage VBAT of the
こうした判断の下、バッテリ28のバッテリ電圧VBATが規定値VN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。
Under such a determination, in a state where the battery voltage VBAT of the
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VBAT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VBAT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。
Then, when a high load is suddenly applied to the engine 2 and the battery voltage VBAT of the
具体的には、バッテリ28のバッテリ電圧VBATが規定値VNを下回った状態で、かつ、その勾配Sが規定値SNを下回った場合、すなわち、バッテリ電圧VBATが規定値VN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VBAT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SN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。
Specifically, in a state where the battery voltage VBAT of the
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VBAT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。
In this way, when the engine 2 is suddenly subjected to a high load, the battery voltage VBAT of the
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。
In the second operation mode of the power
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。
Next, another configuration of the power
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。
In the operation mode of the power
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VCが、バッテリ28のバッテリ電圧VBAT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。
That is, in the operation mode in this configuration, when the amount of power stored in capacitor
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VC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VC及びバッテリ電圧VBAT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VCが低下して行くのに対し、バッテリ28のバッテリ電圧VBAT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VBAT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。
By the way, in this hybrid system, the load of the engine 2 is leveled by performing the torque assist by the
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。
Specifically, in normal times, that is, when the capacitor
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VC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。
As described above, when the capacitor voltage VC of the capacitor
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。
The charging of the capacitor
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VC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。
For example, if the capacitor voltage VC of the capacitor
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。
It should be noted that charging of capacitor
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。
In the operation mode in the power
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。
1 and 6 described above can also be configured to serve as the same power storage system unit. That is, by providing the power
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
DESCRIPTION OF
100a Second constant current control circuit
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004081259A JP4054776B2 (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Hybrid system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004081259A JP4054776B2 (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Hybrid system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005269828A JP2005269828A (en) | 2005-09-29 |
JP4054776B2 true JP4054776B2 (en) | 2008-03-05 |
Family
ID=35093778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004081259A Expired - Fee Related JP4054776B2 (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Hybrid system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4054776B2 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7595597B2 (en) * | 2006-01-18 | 2009-09-29 | General Electric Comapany | Vehicle propulsion system |
JP2007191088A (en) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | Hybrid vehicle |
US7605492B2 (en) * | 2006-04-21 | 2009-10-20 | Ford Global Technologies, Llc | Power supply system and method for supplying power to a vehicle |
JP4961907B2 (en) * | 2006-08-31 | 2012-06-27 | 株式会社エクォス・リサーチ | Electric vehicle drive control device |
KR101268848B1 (en) * | 2007-12-26 | 2013-05-29 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | Hybrid construction machine and control method of hybrid construction machine |
JP2009171759A (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Power converter |
JP2009242088A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Crane device |
JP4882014B2 (en) * | 2010-04-15 | 2012-02-22 | Udトラックス株式会社 | Hybrid vehicle |
CN201937309U (en) * | 2011-02-18 | 2011-08-17 | 中滔有限公司 | Automotive electrical system force multiplier |
JP5590020B2 (en) * | 2011-12-26 | 2014-09-17 | 株式会社エクォス・リサーチ | Electric vehicle drive control device |
FR3008041B1 (en) | 2013-07-05 | 2016-12-09 | Blue Solutions | ELECTRIC VEHICLE AND ASSOCIATED TRANSPORT FACILITY |
JP2015107689A (en) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | いすゞ自動車株式会社 | Hybrid vehicle and control method for the same |
WO2021117217A1 (en) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | ヤマハ発動機株式会社 | Straddled vehicle |
-
2004
- 2004-03-19 JP JP2004081259A patent/JP4054776B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005269828A (en) | 2005-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5611345B2 (en) | Circuit device for in-vehicle system | |
US7667436B2 (en) | Energy storage type feeder voltage compensation apparatus and method of controlling feeder voltage | |
EP2404359B1 (en) | Systems and methods for scalable configurations of intelligent energy storage packs | |
US8581557B2 (en) | Direct-current power source apparatus | |
US8330418B2 (en) | Power supply device capable of equalizing electrical properties of batteries | |
US20180166892A1 (en) | Hybrid super-capacitor / rechargeable battery system | |
JP4893368B2 (en) | Power supply | |
EP2216876A1 (en) | Power supply apparatus for vehicles | |
JP4054776B2 (en) | Hybrid system | |
JP2011130551A (en) | Power supply device and vehicle with the same | |
US7560903B2 (en) | Apparatus and method for discharging electrical energy storage cells | |
US6066936A (en) | Electrical storage system made of capacitors | |
KR101927124B1 (en) | Apparatus for preventing trouble of battery | |
JP2011004556A (en) | Power supply device for vehicle | |
JPWO2013014866A1 (en) | Vehicle power supply | |
CN105934362A (en) | On-board electrical system, and method for operating an on-board electrical system | |
JP2003143713A (en) | Hybrid power supply system | |
JP4636313B2 (en) | Vehicle control device | |
JP2010238529A (en) | Fuel cell system and vehicle equipped with the same | |
JP2005269825A (en) | Hybrid system | |
EP3553907B1 (en) | Power supply device | |
JP2009071922A (en) | Dc backup power supply device and method of controlling the same | |
JP2008079436A (en) | Power supply control unit | |
JP2005269823A (en) | Hybrid system | |
JP4199148B2 (en) | Hybrid system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060817 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070406 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071210 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101214 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101214 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111214 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |