(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの電気モーター（９）と、電気モーター（９）の動作を駆動するように適合されたコントローラ（８）と、モーター（９）に電力供給するように適合されたパワータイプの蓄電器の組（５）と、中央制御ユニット（７）と、エネルギータイプの蓄電器の組（４）を着脱自在に受け入れるために適合された基部（３）と、エネルギータイプの蓄電器の組（４）をパワータイプの蓄電器の組に接続するために適合された直流コンバータ（２）と、を有する自己完結型の動力供給システムに関する。この自己完結型の動力供給システムによれば、容易な保守と、輸送制限の対象ではない技術の使用と、を許容しつつ、大出力のニーズと向上した自己完結性のニーズの両方を充足することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己完結型の動力供給システムであって、
−少なくとも１つの電気モーター（９）と、
−前記電気モーター（９）の動作を駆動するように適合されたコントローラ（８）と、
−前記モーター（９）に電力供給するように適合されたパワータイプの蓄電器の組（５）と、
−中央制御ユニット（７）と、
−エネルギータイプの蓄電器の組（４）を着脱自在に受け入れるために適合された基部（３）と、
−前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）を前記パワータイプの蓄電器の組（５）に接続するように適合された直流コンバータ（２）と、
を有するシステム。
【請求項２】
自己完結型の動力供給システムであって、
−少なくとも１つの電気モーター（９）と、
−前記電気モーター（９）の動作を駆動するように適合されたコントローラ（８）と、
−前記モーター（９）に電力供給するように適合されたパワータイプの蓄電器の組（５）と、
−エネルギータイプの蓄電器の組（４）と、
−中央制御ユニット（７）と、
−前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）を着脱自在に受け入れるように適合された基部（３）と、
−前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）を前記パワータイプの蓄電器の組（５）に接続するように適合された直流コンバータ（２）と、
を有するシステム。
【請求項３】
前記直流コンバータ（２）は、前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）による前記パワータイプの蓄電器の組（５）の充電を制御するように適合されている、請求項１又は２に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項４】
前記中央ユニット（７）は、前記直流コンバータ（２）に対して指示するように適合されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項５】
前記中央ユニット（７）によって指示されるとともに、前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）による前記パワータイプの蓄電器の組（５）の前記充電を中断するように適合された切断部材（６）を更に有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項６】
前記切断部材（６）は、パルス化充電プロファイルによって前記パワータイプの蓄電器の組（５）を充電するように指示される、請求項５に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項７】
前記パワータイプの蓄電器の組（５）、前記電気モーター（９）、前記コントローラ（８）、及び前記中央制御ユニット（７）を支持し、且つ一つに纏めるケース（１）を更に有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項８】
前記ケース（１）は、前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）を受け入れるように適合された前記基部（３）も支持する、請求項７に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項９】
前記ケース（１）は、前記直流コンバータ（２）も支持する、請求項７又は８に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１０】
前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）は、前記直流コンバータ（２）を内蔵する、請求項２〜８の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１１】
前記基部（３）は、前記エネルギータイプの蓄電器の複数の組（４）を受け入れるように適合されている、請求項１〜１０の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１２】
エネルギータイプの蓄電器のそれぞれの組（４）は、直流コンバータ（２）を内蔵する、請求項１０に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１３】
前記パワータイプの蓄電器の組（５）は、Ｎｉ−ＭＨ技術を使用している、請求項１〜１２の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１４】
前記直流コンバータ（２）は、定電流（ＣＣ）出力タイプである、請求項１３に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１５】
前記パワータイプの蓄電器の組（５）は、リチウム技術を使用している、請求項１〜１２の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１６】
前記直流コンバータ（２）は、定電流出力及び定電圧出力（ＣＣＣＶ）タイプである、請求項１５に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１７】
前記エネルギータイプの蓄電器の組（４）は、リチウム技術を使用している、請求項１〜１６の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１８】
蓄電器のそれぞれの組（４、５）の容量は、１００Ｗｈ以下である、請求項１〜１７の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システム。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の少なくとも１つの自己完結型動力供給システムを有する車輪。
【請求項２０】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の少なくとも１つの自己完結型動力供給システムを有する工具。
【請求項２１】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の自己完結型動力供給システムのパワータイプの蓄電器の組の充電を管理する方法であって、
−前記電気モーター（９）により消費される平均電流又は平均エネルギーを演算又は計測し、
−前記中央制御ユニット（７）を使用し、前記直流コンバータ（２）の出力を前記消費される平均電流又は前記消費される平均エネルギーに対して適合させるための指示を伝送する、
ことを含む方法。
【請求項２２】
前記基部（３）は、それぞれが直流コンバータ（２）を内蔵するエネルギータイプの蓄電器の複数の組（４）を受け入れるように適合されており、
前記方法は、それぞれの直流コンバータ（２）の出力を前記電気モーター（９）により消費される前記平均電流又は平均エネルギーに対して適合させるための指示を前記中央制御ユニット（７）によって伝送することを含み、
それぞれの直流コンバータ（２）の出力は、
−連続的であるか、又は、
−好ましくは、前記消費される平均電流もしくは前記消費される平均エネルギーがエネルギータイプの蓄電器の単一の組（４）の最大許容可能放電電流もしくは最大許容可能放電エネルギーを超過した際には、同時である、
前記エネルギータイプの蓄電器の複数の組（４）の放電を保証するように適合されている、請求項２１に記載の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己完結型の電気動力供給システム（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）に関する。このようなシステムは、車輪又は工具において使用してもよい。
【背景技術】
【０００２】
小型自動車には、ユーザーの力を伴うことなしに、或いは、ユーザーの限られた力を伴って、車両の移動を可能にする電気動力供給システムを装備してもよい。動力供給システムについては、電気自動車、電動アシスト自転車、及び、電気又はハイブリッド小型自動車の製造者には周知である。
【０００３】
このようなシステムは、１つ又は複数の電気モーターと、この電気モーターを駆動するコントローラと、電気エネルギー貯蔵装置を形成する蓄電器から構成された電池と、ユーザーとのインターフェイスを提供するとともにモーターを制御できるようにする制御装置と、を有する。
【０００４】
国際特許出願公開第２００４／０５０３８５号、国際特許出願公開第０３／０３０３３６号、及び国際特許出願公開第０３／０９７４３７号は、それぞれ、単一の組立体内において取り付けられたモーター、蓄電器、及びコントローラを有する自己完結型の動力供給システムについて記述している。
【０００５】
このような自己完結型システムのモーターは、可変瞬間電力を消費し、これは、車両を牽引するために又は工具を使用するために必要とされる電力ニーズによって左右される。消費電力は、ゼロから電気モーターの出力定格の数倍にまで変動するであろう。例えば、自転車、スクーターなどの小型車両に対して適用された場合には、丘を登る際に消費される電力は、大きなものになり、下り坂を進む際に消費される電力は、ゼロになる。同様に、ドリルなどの工具に対して適用された場合には、コンクリートの壁を貫通する際に消費される電力は、大きなものとなり、石膏の壁を貫通するために消費される電力は、小さなものになる。
【０００６】
図１は、５分間にわたって１７５ワットの出力定格を有する電動アシスト自転車の牽引チェーン（ｔｒａｃｔｉｏｎ  ｃｈａｉｎ）において読み取った電力のグラフを示している。実線の曲線は、瞬間電力を示しており、且つ、破線の曲線は、１分間の平均電力を示している。図１の例においては、瞬間電力は、０から６００ワットまで変化しており、且つ、平均電力は、約１００ワットである。自己完結型の方式で動作するためには、牽引チェーンは、モーターが必要とする最大電流を供給する能力を有するパワー電池を内蔵しなければならない。
【０００７】
図２は、図１の牽引チェーンにおいて使用されている電池の放電プロファイルのグラフを示している。この例においては、電池は、２４ボルトの定格電圧を有し、且つ、２５アンペアを上回る電流ピークを供給する。電池が供給することを要する電力には、パワータイプの蓄電器と呼ばれる（「パワー電池」という名前でも呼ばれる）大きな電力対重量比（Ｗ／ｋｇ）を有する蓄電器の使用が必要である。これらの蓄電器は、大きな電流ピークを供給する能力を有しているが、供給するエネルギーは、所謂エネルギータイプの（「エネルギー電池」という名前でも呼ばれる）蓄電器と比べて、即ち、大きなエネルギー対重量比（Ｗｈ／ｋｇ）を有するが強力な電流を供給することはできない蓄電器と比べて、小さい。
【０００８】
仏国特許出願公開第２９０９３２５号及び英国特許出願公開第１１３１１７１号は、それぞれ、２つのエネルギー源を有する電気機械に電力供給するための装置について記述している。第１の供給源は、電池を有し、且つ、第２の供給源は、燃料電池を有する。
【０００９】
仏国特許出願公開第２８６６２７９号は、２つの異なる完結した動力チェーンを有する電気動力供給を伴う自動車の駆動輪用の駆動システムについて記述している。それぞれの動力供給チェーンは、電気モーターと、充電式の電池と、を有し、第２チェーンのモーターの出力は、第１チェーンのモーターの出力を上回っている。
【００１０】
仏国特許出願公開第２８３６６０４号は、自動車用のデュアル電圧式電力供給システムについて記述している。高電圧ネットワークは、高電圧電池を有し、且つ、低電圧ネットワークは、低電圧電池を有する。このシステムは、ステップダウンモードにおいては、電気エネルギーを高電圧電池に貯蔵されている電気エネルギーから低電圧ネットワークに供給し、且つ、ステップアップモードにおいては、電気エネルギーを低電圧電池に貯蔵されている電気エネルギーから高電圧ネットワークに供給するように構成された反転可能な電気エネルギーコンバータを有する。
【００１１】
仏国特許出願公開第２７９０１４８号は、並列に構成された少なくとも２つのブランチを有するエネルギー貯蔵システムについて記述しており、それぞれのブランチは、少なくとも１つの電気化学的発電機を有し、これらのブランチは、等しい定格電圧と、異なる電力対エネルギー比と、を有する。
【００１２】
米国特許第５，６７０，２６６号は、充電式の電池と、コンデンサと、を有するハイブリッド型エネルギー貯蔵システムについて記述している。コンデンサは、電気装置の大きな瞬間電力ニーズを充足するように適合されている。
【００１３】
英国特許出願公開第２２７５３７８号、独国特許出願公開第１９８１３１４６号、英国特許出願公開第１４７６０１１号、及び英国特許出願公開第１４７３７９８号は、それぞれ、エネルギータイプの第１電池と、パワータイプの第２電池と、を有する電力源について記述している。
【００１４】
パワータイプの電池とエネルギータイプの電池の組合せを有する既知の装置は、小型車両又は工具用の自己完結型電気動力供給システムには、あまり適していない。実際に、既知の装置は、相対的に重くて嵩張り、且つ、特に、電池装置の様々な要素を、それらの要素を装備する車両又は装置から分離することが容易ではないため、保守が複雑である。
【発明の概要】
【００１５】
したがって、容易な保守（並びに、特に再充電）を許容するとともに輸送の制限が適用されない技術を使用できるようにしつつ、大出力のニーズと高度な自己完結性のニーズの両方を充足できるようにする自己完結型の動力供給システムに対するニーズが存在している。
【００１６】
この目的のために、本発明は、モーターと関連するパワータイプの蓄電器の組と、エネルギータイプの蓄電器の着脱自在且つ輸送可能な組と、を有する自己完結型動力供給システムを提案する。
【００１７】
更に詳しくは、本発明は、自己完結型動力供給システムを提案し、このシステムは、
−少なくとも１つの電気モーターと、
−電気モーターの動作を駆動するように適合されたコントローラと、
−モーターに電力供給するように適合されたパワータイプの蓄電器の組と、
−中央制御ユニットと、
−エネルギータイプの蓄電器の組を着脱自在に受け入れるために適合された基部と、
−エネルギータイプの蓄電器の組をパワータイプの蓄電器の組に接続するように適合された直流コンバータと、
を有する。
【００１８】
又、本発明は、
−少なくとも１つの電気モーターと、
−電気モーターの動作を駆動するように適合されたコントローラと、
−モーターに電力供給するように適合されたパワータイプの蓄電器の組と、
−エネルギータイプの蓄電器の組と、
−中央制御ユニットと、
−エネルギータイプの蓄電器の組を着脱自在に受け入れるように適合された基部と、
−エネルギータイプの蓄電器の組をパワータイプの蓄電器の組に接続するように適合された直流コンバータと、
を有する自己完結型動力供給システムも提案する。
【００１９】
特定の実施形態によれば、本発明による自己完結型動力供給システムは、
−直流コンバータが、エネルギータイプの蓄電器の組によるパワータイプの蓄電器の組の充電を制御するように適合されており、
−中央ユニットが、直流コンバータに指示するように適合されており、
−システムが、中央制御ユニットによって指示されるとともにエネルギータイプの蓄電器の組によるパワータイプの蓄電器の組の充電を中断するように適合された切断部材も有し、
−切断部材が、パルス化充電プロファイルによってパワータイプの蓄電器の組を充電するように指示され、
−システムが、パワータイプの蓄電器の組、電気モーター、コントローラ、及び中央制御ユニットを支持し、且つ一つに纏めるケースも有し、
−ケースが、直流コンバータも支持し、
−エネルギータイプの蓄電器の組が、直流コンバータを内蔵し、
−ケースが、エネルギータイプの蓄電器の組を受け入れるように適合された基部も支持し、
−基部が、エネルギータイプの蓄電器の複数の組を受け入れるように適合されており、好ましくは、エネルギータイプの蓄電器のそれぞれの組が、直流コンバータを内蔵し、
−パワータイプの蓄電器の組が、Ｎｉ−ＭＨ技術を使用しており、
−直流コンバータが、定電流出力タイプであり、
−パワータイプの蓄電器の組が、リチウム技術を使用しており、
−直流コンバータが、定電流出力及び定電圧出力タイプであり、
−エネルギータイプの蓄電器の組が、リチウム技術を使用しており、
−蓄電器のそれぞれの組の容量が、１００Ｗｈ以下である、という特徴のうちの１つ又は複数の特徴を有してもよい。
【００２０】
又、本発明は、本発明による少なくとも１つの自己完結型動力供給システムを有する車輪と、本発明による少なくとも１つの自己完結型動力供給システムを有する工具と、にも関する。
【００２１】
又、本発明は、上述の自己完結型システムのパワータイプの蓄電器の組の充電を管理する方法も提案し、この方法は、
−電気モーターにより消費される平均電流又は平均エネルギーを演算又は計測し、
−中央制御ユニットを使用し、直流コンバータの出力を消費される平均電流又は消費される平均エネルギーに対して適合させるための指示を伝送する、
ことを含む。
【００２２】
一実施形態によれば、基部は、それぞれが直流コンバータを内蔵するエネルギータイプの蓄電器の複数の組を受け入れるように適合されており、方法は、それぞれの直流コンバータの出力を電気モーターにより消費される平均電流又は平均エネルギーに対して適合させるための指示を中央制御ユニットによって伝送するステップを有し、それぞれの直流コンバータの出力は、
−連続的であるか、又は
−好ましくは、消費される平均電流又は消費される平均エネルギーがエネルギータイプの蓄電器の単一の組の最大許容可能放電電流又は最大許容可能放電エネルギーを超過した際には、同時である、エネルギータイプの蓄電器の複数の組の放電を保証するように適合されている。
【００２３】
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明を参照することにより、明らかとなるであろう。この説明は、一例としてのみ、且つ、以下の添付図面を参照して、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】上述の５分間にわたる自己完結型動力供給システムの出力プロファイルである
【図２】上述の図１の自己完結型システムと関連する蓄電器の組の放電プロファイルである。
【図３】本発明の第１実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図４】エネルギータイプの蓄電器の組と関連するパワータイプの蓄電器の組及び関連しないパワータイプの蓄電器の組の充電状態プロファイルである。
【図５】本発明による自己完結型動力供給システムのパワータイプの蓄電器の組及びエネルギータイプの蓄電器の組の充電状態プロファイルである。
【図６】本発明による自己完結型動力供給システムのパワータイプの蓄電器の組及びエネルギータイプの蓄電器の組の電圧プロファイルである。
【図７】本発明の第２実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図８】本発明の第３実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図９】本発明の第４実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図１０】本発明の第５実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図１１】本発明の第６実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図１２】本発明の他の実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【図１３】本発明の他の実施形態による自己完結型動力供給システムである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明による自己完結型動力供給システムについて図３との関係において説明することとする。
【００２６】
図３は、電気モーター９及びパワータイプの蓄電器の組のためのホルダとして機能するケース１を示しており、パワータイプの蓄電器の組は、以下においては、「パワー電池５」として、或いは、「「パワー」電池パック」という表現により、表記する。パワー電池５は、例えば、モーターの動作を、即ち、特に回転の方向及び速度を、駆動するコントローラ８を通じて、モーター９に電力供給するために適合されている。モーター９が、一方向において、且つ一定の速度においてのみ回転する特定の用途においては、モーター９には、ユーザーによって操作される単純なスイッチによって指示することが可能であり、この場合には、コントローラ８は、オン／オフタイプの単純なスイッチであってよい。特定の用途においては、ケース１を設けることは不要であり、システムの各要素は、例えば、工具のシェルなどのその用途のハウジング内に直接的に内蔵してもよい。
【００２７】
又、図３は、パワー電池５の管理を監督するとともに、適宜、コントローラ８を通じて、モーター９を駆動する中央制御ユニット７も示している。又、図３は、エネルギータイプの蓄電器の組も示しており、これは、以下においては、「エネルギー電池４」という表現により、或いは、「「エネルギー」電池パック」という表現により、表記する。エネルギー電池４は、基部３上に着脱自在に配置される。直流コンバータ２がエネルギー電池４をパワー電池５に対して接続している。又、図３は、中央ユニット７によって駆動されるとともにエネルギー電池４とパワー電池５の間の電気接続を中断できるようにする切断部材６も示している。
【００２８】
電気モーター９は、永久磁石を有するブラシレス直流タイプ（ブラシレスＤＣモーター）であってよい。このモーターは、動作の際に静かであるとともに優れた寿命を有するという利点を有する。ケース１は、電気的絶縁性を有する材料から製造してもよく、且つ、各要素の保守と、振動又は衝撃などのシステムが経験する機械的応力に対する抵抗力と、を保証できるようにする機械的特性を有してもよい。例えば、ケース１は、ＡＢＳ−ＰＣ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ／Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）又は複合材料から製造してもよい。又、ケース１は、充填材（例えば、無機粒子）を含むプラスチック又は（例えば、グラスファイバによって）補強されたプラスチックから製造してもよい。
【００２９】
パワー電池５は、適切な保護機能を内蔵するニッケル金属水素化物電力技術又はリチウム電力技術を使用してもよい。又、エネルギー電池４は、リチウムエネルギー技術を使用してもよく、且つ、適切な保護機能（即ち、例えば、短絡機能及び／又は過剰圧力の場合のセキュリティ機能）を内蔵してもよい。
【００３０】
動作の際には、パワー電池５は、モーター９が消費する瞬間電流を供給するとともに、コンバータ２によって調節されたエネルギー電池４からの平均電流を受け取る。コンバータ２は、パワー電池５に供給される電流が、長期間においては、システムによって消費される平均電流と実質的に等しくなることを保証している。コンバータ２は、パワー電池５を直接的に充電するように適合された出力プロファイルを有する。エネルギー電池によるパワー電池の充電をコンバータ２又は中央ユニット７によって制御してもよい。中央ユニット７は、例えば、コンバータ２に指示してもよい（図１１）。又、中央ユニット７は、切断部材６を使用して任意の時点においてパワー電池の充電を中断させてもよい。中央ユニット７は、特に、パワー電池５の充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を演算するとともにパワー電池５がエネルギー電池４からエネルギーを受け取ることができるかを又は受け取らなければならないかを判定するように適合されている。実際に、使用される電池のタイプに応じて、充電制御は、重要である場合もあり、そうでない場合もある。例えば、リチウムタイプの蓄電器の場合には、過充電は、蓄電器の劣化をもたらすことになる。又、中央ユニット７は、パワー電池の各蓄電器を均衡させるための制御装置を含んでもよい。
【００３１】
一実施形態においては、切断部材６は、パワー電池５用の保護部材として使用してもよく、中央ユニット７は、定格範囲外におけるパワー電池５の動作を検出した際に、且つ／又は、１００％のＳＯＣに到達した際に、切断部材６に対して指示する。一実施形態においては、例えば、充電を均衡させる際に、切断部材６を使用し、パルス化充電プロファイルによってパワー電池５を充電してもよい。
【００３２】
図４は、パワー電池５の充電状態ＳＯＣを示している。図４の例は、図１及び図２に示されているシステムの動作の５分間にわたる読取りに対応しており、且つ、再充電を伴わないパワー電池５のＳＯＣ（太線）、再充電を伴うパワー電池５のＳＯＣ（破線）、及び再充電装置の動作又は非動作状態（細線）を示している。再充電を伴わないパワー電池５の充電状態は、迅速に低下していることに留意されたい。中央ユニット７は、充電状態ＳＯＣが、例えば、８０％などの予め規定された閾値を下回った際に、エネルギー電池４によるパワー電池５の再充電を許容する。
【００３３】
パワー電池５は、コンバータ２を通じて、エネルギー電池４によって充電される。コンバータ２は、直流コンバータである。このコンバータは、システムに内蔵されているパワー電池５のタイプに対して適合された出力特性を有する。
【００３４】
パワー電池５がリチウムタイプである場合には、コンバータ２の出力は、電池の充電電圧（通常は、４．２ボルト／蓄電器）に対応した電圧を有するＣＣＣＶ（定電流／低電圧；Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）タイプの充電器のものに類似している。パワー電池５がＮｉ−ＭＨタイプである場合には、コンバータ２の出力は、蓄電器の充電レートに対して適合された電流と、電池を完全に充電するのに十分な電圧（通常は、１．６ボルト／蓄電器）と、を有するＣＣ（定電流；Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）タイプである。
【００３５】
図５は、パワー電池５の充電状態ＳＯＣ（実線）とエネルギー電池４の充電状態ＳＯＣ（破線）を示しており、且つ、図６は、パワー電池５の端子における電圧（実線）とエネルギー電池４の端子における電圧（破線）を示している。
【００３６】
エネルギー電池の充電状態は、電流が、エネルギー電池４において消費され、コンバータ２によって変換され、且つ、パワー電池５を再充電するために使用された際に、低下する。図５の例においては、読取値は、充電済みのエネルギー電池４から、即ち、１００％のＳＯＣから、始まっている。エネルギー電池４の最大放電電流は、その電池を構成している蓄電器が許容可能である電流によって左右される。通常、エネルギータイプの蓄電器は、一時間にわたる放電に等価であるその定格（Ｃ）の１〜２倍に等しいレートで、即ち、例えば、２Ａｈの電池の場合には、２〜４アンペアのレートで、消耗（ｒｕｎ  ｄｏｗｎ）することになるであろう。
【００３７】
パワー電池５用の充電電流は、コンバータ２によって供給され、且つ、この充電電流は、パワー電池５の電圧がエネルギー電池４の電圧を下回る場合には、エネルギー電池４の放電電流を上回ることになるであろう。その場合には、コンバータ２は、「バック（ｂｕｃｋ）」又はステップダウンタイプである。又、エネルギー電池４の電圧は、パワー電池５の電圧を下回ってもよく、その場合には、コンバータ２は、「ブースト」又はステップアップタイプである。
【００３８】
図５及び図６の例においては、エネルギー電池４は、２．２Ａｈの蓄電器から構成されており、且つ、動作の際に４６〜４８ボルトの電圧を有する。パワー電池５は、約２６ボルトの電圧を有する。エネルギー電池４は、システムが動作している際には、３．３アンペアの電流（即ち、１．５Ｃ、又は、電池の定格の１．５倍）で、消耗する。コンバータ２は、９５％の出力を有するバックタイプであり、パワー電池５が受け取る充電電流は、約６アンペアであって、これは、その電圧の低下に伴ってエネルギー電池４が消耗状態になるのに伴い、減少する。
【００３９】
このようにして、本発明によるシステムによれば、単独では電気動力供給に必要な瞬間電力を供給することができないエネルギー電池４において消費されるエネルギーから、モーター９によって消費される平均電流を上回る再充電電流をパワー電池５に対して供給することができる。パワー電池５がモーター９に供給するエネルギーは、平均して、エネルギー電池４から取得されるエネルギーによって補償されているため、システムに内蔵されているパワー電池５は、ほとんど絶対に、消耗しない。
【００４０】
エネルギー電池４は、着脱自在であり、したがって、エネルギー電池４は、システムの外部において再充電してもよく、これにより、保守作業が簡単になる。特に、消耗したエネルギー電池を新しい充電済みのエネルギー電池４によって交換することが可能であり、この交換は、容易に、迅速に、且つ、潜在的にシステムの動作を中断することなしに、実行することができる。実際に、この自己完結型動力供給システムは、エネルギー電池５が存在しない自己完結性が低下した状態において動作してもよく、パワー電池５は、モーター９が必要とする瞬間電力を供給するようにサイズ設定されている。
【００４１】
又、完全に本システムを、即ち、パワー電池５と基部３上に設置されているエネルギー電池４を再充電することもできる。その場合には、エネルギー電池４に対して適合された充電器は、エネルギー電池４を再充電するように、コンバータ２の上流において接続され、同時に、コンバータ２を使用してパワー電池５の再充電を許容する。
【００４２】
一般に、使用の際に消耗するのは、エネルギー電池４のみであり、したがって、動作不能状態になった際に再充電又は交換を必要とするのは、エネルギー電池４のみである。本発明によるシステムにおいては、エネルギー電池４は、着脱自在であり、且つ、したがって、工具や複雑な操作を必要とせずに、組立体から分離することができ、且つ、基部３に内蔵された電気コネクタを使用し、システムとの関係において接続及び接続解除することができる。このエネルギー電池４の着脱自在の特性により、エネルギー電池４をシステムとは無関係の充電ステーションにおいて再充電し、充電済みの電池によって消耗した電池を即座に交換し、又は、いくつかの電池を連続的に使用してシステムの自己完結性を増大させることができる。エネルギー電池４を交換する際には、パワー電池５が単独でモーター９用の電力を一時的に供給してもよく、この結果、システムの停止が回避される。
【００４３】
したがって、エネルギー電池４は、規制された輸送制限閾値未満に留まるように十分に小さな容量を有するようにサイズ設定してもよい。エネルギー電池４は、必要とされる最大電力の代わりにモーター９が必要としている平均電力（例においては、６００ワットの代わりに１００ワット）を供給するように、サイズ設定される。この結果、より低出力であり、且つ、より低エネルギーであって、したがって、より小型であり、且つ、より軽量である電池を使用することができる。エネルギー電池が（例えば、リチウムなどの）輸送制限が適用される技術を使用している際には、この低容量電池を使用する可能性により、規制された閾値（例えば、リチウム用の「クラス９」制限の場合には、１００Ｗｈ）未満に留まることが可能となり、且つ、その制限を回避することが可能となる。
【００４４】
図７〜図１０は、本発明による自己完結型動力供給システムの異なる代替実施形態を示している。
【００４５】
図７の実施形態によれば、基部３は、更に自律性を増大させるために、いくつかのエネルギー電池４を受け入れてもよい。
【００４６】
図８の実施形態によれば、コンバータ２は、ケース１に内蔵されており、且つ、図９の実施形態によれば、コンバータ２は、エネルギー電池の基部３に内蔵されている。
【００４７】
図１０の実施形態によれば、基部３及びコンバータ２は、ケース１に内蔵されている。
【００４８】
図１１の実施形態によれば、中央ユニット７は、例えば、指示を提供する装置により、コンバータ２に対して指示している。この実施形態においては、コンバータ２は、その出力を適合させてパワー電池５を充電するように、中央ユニット７から指示を受け取ってもよい。次いで、中央ユニット７によってコンバータ２を駆動することにより、充電制御及び中断機能を完全に実行してもよい。切断部材６は、冗長性を有するセキュリティを提供するように維持されてもよい。
【００４９】
図１２及び図１３の実施形態によれば、コンバータ２をそれぞれのエネルギー電池４に内蔵してもよい。この結果、それぞれのエネルギー電池４及びその個々のコンバータ２を同一のケース（図示されてはいない）に収容してもよい。この実施形態においては、ケース１には、コンバータ２が提供されてはおらず、即ち、ケース１は、パワー電池５を再充電するためにコンバータ２を内蔵することができない。代替肢に応じて、基部３は、単一のエネルギー電池４（図１２）を、又はいくつかのエネルギー電池４（図１３）を受け入れることができるようにしてもよい。それぞれのエネルギー電池４にコンバータ２を内蔵することにより、それぞれのエネルギー電池４の放電を、考えられるエネルギー電池４が許容可能な最大放電電流に制限することができる。この結果、提案されたシステム用の特にエネルギー電池４の過電流からの保護に関する追加のセキュリティを提供することができる。
【００５０】
この実施形態によれば、エネルギー電池４にコンバータ２を内蔵することにより、エネルギー電池の定格電圧もしくは電流又はエネルギー電池４の蓄電器の充電状態とは無関係に、エネルギー電池４の同一の出力特性を常に保証することができる。換言すれば、パワー電池５が受け取る再充電電流は、再充電に使用されるエネルギー電池４の状態とは無関係であってよい。したがって、この結果、いくつかの異なるエネルギー電池構成４が、同一の自己完結型動力供給システムと、特に、システムのパワー電池５と、互換性を有することになるであろう。更には、図１３を参照すれば、いくつかのエネルギー電池４を同時に使用する際には、それぞれのエネルギー電池４に内蔵されたコンバータ２により、同一の基部３上において接続された異なるエネルギー電池４の間の電流ループを回避することができる。このような一実施形態によれば、異なるエネルギー電池４が異なる定格電圧又は異なる充電状態を有する場合にも、電流ループを回避することができる。
【００５１】
図１１を参照して上述した実施形態と同様に、図１２及び図１３の実施形態においては、それぞれのエネルギー電池４のコンバータ２は、中央制御ユニット７によって伝送された指示を受け取ることができる。この目的のために、中央ユニット７は、電気モーター９が消費する平均電流又は平均エネルギーの演算又は計測に従ってそれぞれのコンバータ２の出力を適合させるための指示を伝送する指示提供装置を有してもよい。それぞれのエネルギー電池４のコンバータ２が受け取る指示により、それぞれのエネルギー電池４の出力をパワー電池５の充電に対して適合させることができる。これらの指示は、電気信号により、又は通信バスにより、伝送してもよい。図１１を参照して上述した利点に加えて、それぞれのエネルギー電池に内蔵されたコンバータに対して指示を送信することにより、
−パワー電池５からの要求に基づいてそれぞれのエネルギー電池４の出力特性を構成し、
−エネルギー電池４の同時放電のために並列に、或いは、エネルギー電池４の１つから他のものへの放電のために連続的に、エネルギー電池４を使用するように、エネルギー電池４を切り替える、ことが可能となる。
【００５２】
エネルギー電池４の同時放電モードによれば、有利には、パワー電池を再充電するために必要な電力が単一のエネルギー電池４が供給可能な電力を上回っている場合に、いくつかのエネルギー電池４を強制的に使用することが可能となる。したがって、消費される平均電流又は消費される平均エネルギーがエネルギータイプの蓄電器の単一の組の最大許容可能放電電流又は最大許容可能放電エネルギーを上回っている際には、中央制御ユニットは、少なくとも２つのエネルギー電池４の並列放電を指示してもよい。同時放電モードへの遷移は、基部３上におけるいくつかのエネルギー電池４の存在を検証した後に、実行してもよい。
【００５３】
本発明による動力供給システムは、車輪に内蔵してもよい。
【００５４】
例えば、ケース１は、車両のシャーシと供に配置してもよく、且つ、次いで、モーター９によって駆動される車軸を車輪と共に配置してもよい。車輪は、電気モーター９によって回転する車軸によって回転し、ケース１は、静止状態に留まってもよい。他の例においては、モーターによって駆動する車軸を車両のシャーシと共に配置し、且つ、ケース１を車輪と共に配置している。車輪は、電気モーター９によって回転するケース１によって回転してもよい。好ましくは、ケース１によって支持される要素は、回転の際の緩み効果を回避するように、分散される。例えば、これらの要素は、システムの重心がケース１の中心に位置するように、駆動シャフトの周りに配置してもよい。
【００５５】
自己完結型動力供給システムは、例えば、自転車、スクーター、手押し車、ストレッチャもしくはその他の車両などの小型車両、又はドリルもしくはその他の工具などの工具のようないくつかの異なる物体内に設置してもよい。
【００５６】
２５０ワットのモーターを有する牽引チェーンを装備した電動アシスト自転車の場合には、パワー電池は、最大で１ｋＷの出力ピークを供給しなければならず、且つ、平均消費パワーは、１５０Ｗである。
【００５７】
従来の動力供給システムにおいては、牽引チェーンは、モーターと、モーター自体が必要としている電力を供給することができなければならない着脱自在の電池と、から構成されている。
【００５８】
本発明の動力供給システムによれば、自己完結型の牽引チェーンは、モーター９と、モーターが必要としている電力を供給する能力を有するパワー電池５と、から構成されている。又、本システムは、牽引チェーンが必要としている平均電力を供給する能力を有する着脱自在のエネルギー電池４を有する再充電装置も有する。
【００５９】
従来のシステムにおいては、単一の２００Ｗｈ電池を使用してモーターに電力供給しなければならない。この電池は、大きなサイズ及び重量を有し、輸送が困難であり、且つ、一般には、その容積に鑑み、特別に適合された自転車フレームの設置を必要としている。更には、電池がリチウムタイプである場合には、「クラス９」の輸送制限の対象となり、その結果、有害製品用の制限を有する包装及び輸送条件が必要となる。
【００６０】
本発明によるシステムにおいては、自己完結型の牽引チェーンは、２つの着脱自在の小型であり且つ軽量の１００Ｗｈ電池によって電力供給することができる。モーター９と、パワー電池５と、を有するケース１は、車輪上に配置してもよく、且つ、フレームは、エネルギー電池４用のハウジングを提供しなければならない。このエネルギー電池４は、単独で、パワー電池５を再充電する能力を有し、且つ、最小限の容積を有し、したがって、フレームの適合を必要としていない。いくつかのエネルギー電池４を連続的に使用してもよく、別のものが使用されている間に、１つのものを再充電することが可能であり、且つ、これらは、その小さな容積に起因して輸送が容易である。電池がリチウムタイプである場合には、それらの電池は、「クラス９」の輸送制限の対象にならない。
【００６１】
したがって、本発明によるシステムは、電動アシスト自転車を推進させるのに必要なエネルギーの搬送の容易性を大幅に改善し、それぞれの電池は、ラップトップコンピュータの電池に匹敵するサイズを有し、且つ、輸送制限の対象にはならない。又、このようなシステムの保守も、エネルギー電池をシステム全体から分離することができることに起因して容易になっている。
【００６２】
当然のことながら、本発明は、一例として上述した実施形態に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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