(57)【要約】  本発明は、モジュール内の個々のスーパーキャパシタの電圧を最適化するため、直列に接続されたＮ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）を有するスーパーキャパシタモジュール（１）に接続されることになるスーパーキャパシタ電圧平衡装置（２）を提案する。電圧平衡装置は、電圧平衡装置（２）をスーパーキャパシタモジュール（１）に接続するための接続手段（３）と、電圧最適化処理を同時に行うようにＰ＜ＮであるＰ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）を選択的に接続するためのセレクタユニット（２１）と、選択されたスーパーキャパシタ（１０）の電圧を求める電圧測定ユニット（２２）と、Ｐ個の個々のスーパーキャパシタの電圧を同時に調整するためにＰ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）に並列に接続するための電圧調整手段を含む充電調整ユニット（２３）と、セレクタユニット（２１）、電圧測定ユニット（２２）、及び充電調整ユニット（２３）を制御するため、前記個々のスーパーキャパシタのいずれに前記電圧最適化処理を行うかを判定するための評価手段を含むコントローラ（２４）と、を備える。【選択図】図１
2008515364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続されたＮ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）を有するスーパーキャパシタモジュール（１）に接続されたスーパーキャパシタ電圧平衡装置（２）であって、
前記モジュールは前記個々のスーパーキャパシタに関連付けられた恒久的手段が無く、前記一連の個々のスーパーキャパシタの各端子並びに２つの隣接する個々のスーパーキャパシタ間の各極が前記Ｎ個のスーパーキャパシタに選択的にアクセスするための１つのワイヤに各々接続されており、そのため前記ワイヤの総数がＮ＋１個であり、前記スーパーキャパシタ電圧平衡装置（２）は、前記モジュール内の前記個々のスーパーキャパシタの電圧を最適化するのに使用され、
前記電圧平衡装置が、
前記電圧平衡装置（２）を前記スーパーキャパシタモジュール（１）の前記Ｎ＋１個のワイヤに接続するための接続手段（３）と、
電圧最適化処理を同時に行うためにＰ＜ＮであるＰ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）のグループを選択的に接続するためのセレクタユニット（２１）と、
Ｐ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）の電圧を求める電圧測定ユニット（２２）と、
前記Ｐ個の個々のスーパーキャパシタの電圧を同時に調整するため、エネルギー供給手段とエネルギー吸収手段とを有するグループからなる２つのエネルギー交換手段の少なくとも１つを含む、Ｐ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）に接続するための充電調整ユニット（２３）と、
前記セレクタユニット（２１）、前記電圧測定ユニット（２２）、及び前記充電調整ユニット（２３）を制御するために前記個々のスーパーキャパシタのどれに前記電圧最適化処理を行うかを判断するための評価手段を含むコントローラ（２４）と、
を備えることを特徴とする電圧平衡装置。
【請求項２】
前記個々のスーパーキャパシタ（１０）は、１つずつ（Ｐ＝１）前記電圧最適化処理を受け、前記充電調整ユニット（２３）は、１つの単一の個々のスーパーキャパシタ（１０）に並列に接続するための単一の電圧調整手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項３】
前記コントローラ（２４）は、Ｐ個の個々のスーパーキャパシタ（１０）の複数のグループを適宜連続したシーケンスで処理するためのカスケード手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項４】
前記セレクタユニット（２１）は、Ｑ個のスーパーキャパシタの１つの中間グループを選択するための第１の分離ステージと、前記充電調整ユニット（２３）に接続されることになる前記中間のグループ内のＰ個（Ｐ＜Ｑ）のスーパーキャパシタのより小さなグループを最終的に選択するための単一の第２の分離ステージとを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項５】
前記グループは、１つの単一のスーパーキャパシタ（１０）（Ｐ＝１）を含み、前記個々のスーパーキャパシタ（１０）は、１つずつ前記電圧最適化処理を受けることを特徴とする請求項４に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項６】
前記電圧測定ユニット（２２）は、本質的に電圧測定のための１つの単一のチャンネルを含むことを特徴とする請求項２又は５に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項７】
前記充電調整ユニット（２３）内の前記エネルギー交換手段が、放電手段を含むが電源供給手段を含まず、その結果、前記電圧最適化処理が電圧降下動作からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項８】
前記充電調整ユニット（２３）内の前記エネルギー交換手段が、電源供給手段を含むが放電手段を含まず、その結果、前記電圧最適化処理が電圧上昇動作からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項９】
前記スーパーキャパシタのモジュールと一体化されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項１０】
メンテナンス動作のために前記スーパーキャパシタのモジュールに任意選択的に接続されることになる遠隔デバイスとして形成される請求項１から８のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項１１】
Ｎが少なくとも２０に等しいことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項１２】
Ｎが少なくとも５０に等しいことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のスーパーキャパシタ電圧平衡装置。
【請求項１３】
直列に接続された複数の個々のスーパーキャパシタを有し、該個々のスーパーキャパシタに関連付けられた恒久的手段が無いスーパーキャパシタモジュールの電気的構成を平衡化する方法であって、
前記方法が本質的に、
要求に応じてメンテナンス電圧平衡システムを前記スーパーキャパシタモジュールに接続することによって要求に応じてメンテナンス動作を実施する段階と、
電圧最適化処理を実施する段階と、
からなり、
前記電圧最適化処理が、
前記モジュールの個々のスーパーキャパシタを選択し、該選択された個々のスーパーキャパシタの電圧を測定する段階と、
各個々のスーパーキャパシタがあるべき理想電圧区間を求める段階と、
前記選択された個々のスーパーキャパシタの電圧を前記理想電圧区間の範囲内に動かすために前記メンテナンス電圧平衡システムと前記選択された個々のスーパーキャパシタとの間でエネルギーを交換する段階と、
他の個々のスーパーキャパシタに対して上記段階を繰り返す段階と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記選択段階が、全ての個々のスーパーキャパシタをスキャンして、前記モジュールの個々のスーパーキャパシタ全ての電圧を測定し前記理想電圧区間を求める段階を更に含む請求項１１に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【請求項１５】
前記理想電圧ステップを求める段階が、本質的に各スーパーキャパシタ内で優勢である各電圧が範囲内にあるべき上限と下限とを得る段階からなり、前記電圧を動かす段階が、本質的に、各個々のスーパーキャパシタに対して、その電圧が前記上限を超える場合には前記スーパーキャパシタの電圧を前記上限よりも低くするために前記個々のスーパーキャパシタを放電させ、その電圧が前記下限未満の場合には前記スーパーキャパシタの電圧を前記下限よりも高くするために前記個々のスーパーキャパシタを充電させることからなる請求項１１又は１２に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【請求項１６】
前記上限は、理想電圧区間として求められ、前記電圧を動かす段階は、全ての電圧を前記上限まで下降させる必要がある場合に、本質的に前記個々のスーパーキャパシタの電圧を低下させる段階からなる請求項１１又は１２に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【請求項１７】
前記下限は、理想電圧区間として求められ、前記電圧を動かす段階は、全ての電圧を下限まで上昇させる必要がある場合に、本質的に前記個々のスーパーキャパシタの電圧を上昇させる段階からなる請求項１１又は１２に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【請求項１８】
前記個々のスーパーキャパシタ全てをスキャンして前記モジュールの個々のスーパーキャパシタ全ての電圧を測定した後で、前記個々のスーパーキャパシタ全てのうちのどれが最も劣化しているかを識別する段階を含み、前記電圧を動かす段階が、前記最も劣化したスーパーキャパシタに対して最初に実施されることを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【請求項１９】
前記選択段階は、個々のスーパーキャパシタのグループを選択する段階を含み、前記電圧を動かす段階は、前記第１のグループの個々のスーパーキャパシタに対して同時に実施され、他のグループに対して前記段階を繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載のスーパーキャパシタモジュールの平衡化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスーパーキャパシタの電圧平衡のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーキャパシタは、電気エネルギー貯蔵の分野で極めて将来性のある構成要素の代表である。ハイブリッド自動車又は燃料電池駆動車両などの高出力用途におけるピーク電力源として多くの応用が現在開発されている。これらの用途では電力供給が必要とされると共に、高電流下で貯蔵装置を充電するために回生ブレーキが欠かせない。
【０００３】
スーパーキャパシタモジュールは、ほぼ全て同じ定格電気パラメータ（同じ容量、同じ内部抵抗）を有し且つ全て直列に接続された、複数の個々のスーパーキャパシタを備えることが一般的である。これは、個々のスーパーキャパシタの定格電圧が低く、典型的には２．５ボルトの範囲にあることによる。上述の用途では、通常数十ボルト、又は数百ボルトさえも超える電圧を必要とするので、例えば自動車用途での利用上の仕様を満足するモジュールを提供するよう幾つかの個々のスーパーキャパシタが直列に接続されている。
【０００４】
例えば回生ブレーキ中の充電モード、並びに車両を移動させるための電力供給又は電気エネルギーの他の利用時の放電モードにおいて、電流は、スーパーキャパシタが直列に接続されているので、全ての個々のスーパーキャパシタにおいて定義上は同じである。各個々のスーパーキャパシタの端子電圧も同一のはずである。しかしながら、製造公差によって、及び／又は個々のスーパーキャパシタのエージング差及びその環境によるモジュール内の温度勾配に起因して、互いに対してスーパーキャパシタの特性（例えばキャパシタンス）に幅があることが知られている。これは、スーパーキャパシタの各々について充電電圧の限界に差があることになる。更に、スーパーキャパシタの各々において漏洩電流が異なると、単一のセルの電圧の逸脱が生じる可能性がある。
【０００５】
この問題は、スーパーキャパシタモジュールの正常な動作を損なう。モジュールの一部のキャパシタは、定格充電電圧を超える電圧に達する場合があり、これがキャパシタの特性を劣化させ、早期エージング又は不具合にさえつながる。従って、スーパーキャパシタが直列に接続されていることに起因して、モジュール全体として正常に機能することができない。
【０００６】
この問題を解決するために、複数のスーパーキャパシタを含むモジュールの各個々のスーパーキャパシタの端子と並列に接続されたバイパス回路を設計することが知られている。既知のスーパーキャパシタ平衡システムの一般原理は、最終充電電圧を個々のスーパーキャパシタ全ての端子上の所定の同一値と同等とみなすために、スーパーキャパシタの充電回路の一部又は全てをバイパスすることにある。
【０００７】
バイパス回路は、個々のスーパーキャパシタと並列に各々接続され、且つ全てが直列に接続された抵抗器に基づくことができる。この解決策は最も簡単なものであるが、抵抗器の電流が多くの損失を生じるのでエネルギー的に非効率である。
【０００８】
また、スーパーキャパシタの最大電圧の値を制限（例えば２．５ボルト）するために、各スーパーキャパシタの両端にツエナーダイオードを接続することも知られている。この解決策は、全ての電圧が制限値よりも低い範囲ではエネルギー的には効率的であるが、多くのスーパーキャパシタがその最大制限電圧に達する場合、電力損失が重要になる可能性がある。
【０００９】
他の解決策は、平衡動作中に消費されるエネルギーを最小にするより高度な方法に基づいている。米国特許出願番号２００３／０２１４２６７で示されているような電圧平衡のための能動回路を設計することも知られている。しかしこれらの方法は、余分な電子部品を必要とし、コスト及び重量が付加されることを意味する。電子的に能動的又は受動的な平衡装置の場合、上述の取り組みはモジュールの自己放電が増大する結果となる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願番号２００３／０２１４２６７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は必要な電圧平衡を改良された手法で管理することである。
【００１２】
直列に接続されたスーパーキャパシタのモジュールが構成要素に対してあまり有害な影響を及ぼすことなく何日も作動することができるといった観察に基づいて、個々のスーパーキャパシタ全ての電圧を最適化するのに使用されるバイパス回路の数を削減することが提案される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、直列に接続されたＮ個の個々のスーパーキャパシタを有するスーパーキャパシタモジュールに接続されたスーパーキャパシタ電圧平衡装置であって、該モジュールは個々のスーパーキャパシタに関連付けられた恒久的手段が無く、一連の個々のスーパーキャパシタの各端子並びに２つの隣接する個々のスーパーキャパシタ間の各極がＮ個のスーパーキャパシタに選択的にアクセスするための１つのワイヤに各々接続されており、そのためワイヤの総数がＮ＋１個であり、スーパーキャパシタ電圧平衡装置は、モジュール内の個々のスーパーキャパシタの電圧を最適化するために使用され、該電圧平衡装置が、
電圧平衡装置をスーパーキャパシタモジュールのＮ＋１個のワイヤに接続するための接続手段と、
電圧最適化処理を同時に行うためにＰ＜ＮであるＰ個の個々のスーパーキャパシタのグループを選択的に接続するためのセレクタユニットと、
選択されたスーパーキャパシタの電圧を求める電圧測定ユニットと、
Ｐ個の個々のスーパーキャパシタの電圧を同時に調整するため、エネルギー供給手段とエネルギー吸収手段とを有するグループからなる２つのエネルギー交換手段の少なくとも１つを含む、Ｐ個の個々のスーパーキャパシタに接続するための充電調整ユニットと、
セレクタユニット、電圧測定ユニット、及び充電調整ユニットを制御するために個々のスーパーキャパシタのどれに電圧最適化処理を行うかを判断するための評価手段を含むコントローラと、
を備えることを特徴とするスーパーキャパシタ電圧平衡装置を提案する。
【００１４】
本発明の第１の可能な実施形態では、電圧平衡装置は、通常スーパーキャパシタモジュールと一体的に作られるが、従来技術で知られている設計と違い、モジュールが個々のスーパーキャパシタを含むほどの数のバイパス回路を含まない。電圧平衡装置と一連の個々のスーパーキャパシタを接続する前記接続手段のおかげで、個々のスーパーキャパシタ全ての間で限定数のバイパス回路を共用することができる。
【００１５】
以下に示される本発明の第２の実施形態では、スーパーキャパシタ電圧平衡装置は、メンテナンス動作のためにスーパーキャパシタのモジュールに任意選択的に接続される遠隔デバイスとして形成される。結果として、スーパーキャパシタのモジュールは、あらゆるバイパス回路又は同様の電圧最適化回路なしで設計することができる。スーパーキャパシタモジュールは、外部から利用可能な個々のスーパーキャパシタの各端子にアクセスするための配線及びプラグだけを含む。平衡化動作は、車両が停止している間にメンテナンス動作と同じように実施される。この場合、電圧平衡装置はオンボードではなく、その重量は車両の性能に全く影響しない。これは、車両をできるだけ軽量に作ることができる取り組みに沿ったものである。同様に、装置は１台よりも多くの自動車に使用することができるので、装置の利用及びコスト効率が向上する。
【００１６】
電圧平衡装置は、前記モジュールに接続されるように設計され、電圧平衡装置は、一連の個々のスーパーキャパシタを理想の電気的構成にするように作動する。例えば、個々のスーパーキャパシタ全てに対して一度に実施されるのではなく、平衡化動作が幾つかの連続した段階で実施されるという理由に加えて、配線重量を更に節約するためにワイヤ断面をできるだけ小さく維持することも好ましといった理由から、通常はモジュールのスーパーキャパシタの電圧を平衡させるのに時間がかかることがあるので、これは終夜実施される可能性がある。ワイヤ断面が小さいので、充電及び放電電流を制限して作動させる必要があり、従って、平衡化動作のために必要とされる時間が増大する。その上、電流が小さいほど緩和（緩和とは、充電後の電圧低下及び／又は放電後の電圧上昇のこと）が小さいので、平衡化動作をより正確にするために限定的な電流で動作させる別の理由は個々の配線の抵抗である。
【００１７】
しかしながら、電圧平衡化のために必要な時間は、少なくとも一人の運転者だけによって極度に使用されている場合でさえ、車両が毎日停車している時間を超えるべきでないことが分かる。
【００１８】
平衡化動作開始時の効率を最大にするために、オンボードデバイス又は遠隔デバイスのいずれによって実施されても、平衡装置はまた、より劣化した個々のスーパーキャパシタに対して優先して作動することができる。これは、車両が停車したままの時間が短い場合に特に興味深い。
【００１９】
更に本発明は、直列に接続された複数の個々のスーパーキャパシタを有し、該個々のスーパーキャパシタに関連付けられた恒久的手段が無いスーパーキャパシタモジュールの電気的構成を平衡化する方法に拡張され、本方法は本質的に、要求に応じてメンテナンス電圧平衡システムをスーパーキャパシタモジュールに接続することによって要求に応じてメンテナンス動作を実施する段階と、電圧最適化処理を実施する段階とからなり、前記電圧最適化処理が、
モジュールの個々のスーパーキャパシタを選択して選択された個々のスーパーキャパシタの電圧を測定する段階と、
各個々のスーパーキャパシタがあるべき理想電圧区間を求める段階と、
選択された個々のスーパーキャパシタの電圧を理想電圧区間の範囲内に動かすためにメンテナンス電圧平衡システムと選択された個々のスーパーキャパシタとの間でエネルギーを交換する段階と、
他の個々のスーパーキャパシタに対して上記段階を繰り返す段階と、
を含む。
【００２０】
より詳細には、選択段階は、ために、全ての個々のスーパーキャパシタをスキャンしてモジュールの個々のスーパーキャパシタ全ての電圧を測定し、個々のスーパーキャパシタの全セットに関して観察した後前記理想電圧区間を求めるようにする段階を更に含むことができる。
【００２１】
特定の態様では、スーパーキャパシタモジュールを平衡化する方法は、
個々のスーパーキャパシタ全てをスキャンしてモジュールの個々のスーパーキャパシタ全ての電圧を測定した後で、個々のスーパーキャパシタ全てのうちのどれが最も劣化しているかを識別する段階を含み、電圧ステップを動かす段階は、最も劣化したスーパーキャパシタに対して最初に実施される。これにより、平衡化の時間を節約することが可能になる。電圧平衡装置は、モジュールがもはや正常使用状態ではないときに（例えば、車両がオンボードデバイスにおいて動作状態にないときに）、最も劣化した個々のスーパーキャパシタに対して優先して作動し、他の個々のスーパーキャパシタの平衡化を後にすることができる。これにより、電圧平衡装置は、特にオンボードで作られる場合、重くならず低コストで作ることができ、多くの用途、特に自動車産業において重要である。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、例証として且つ非限定的な実施例として与えられる以下の説明を読めば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
直列に接続されたＮ＝１００のスーパーキャパシタ（１０）のモジュール（１）が図１に示されている。典型的には、スーパーキャパシタのモジュールは、少なくとも２０（Ｎ≧２０）、より典型的には少なくとも５０（Ｎ≧５０）である多数の個々のスーパーキャパシタを含む。
【００２４】
一連の個々のスーパーキャパシタの各端子並びに２つの隣接する個々のスーパーキャパシタ間の各極は、電気コネクタプラグ（１１）の１つのワイヤに接続される。この１００のスーパーキャパシタの場合では１０１のワイヤがある。当然、１つの個々のスーパーキャパシタは、並列に接続された２つ又はそれ以上のスーパーキャパシタによって実現することができ、当業者には等価と認められるであろう。
【００２５】
スーパーキャパシタ電圧平衡装置（２）は、プラグ（２０）、セレクタ（２１）、電圧測定ユニット（２２）、充電調整ユニット（２３）、及びコントローラ（２４）を含む。接続ケーブル（３）は、スーパーキャパシタモジュール（１）のプラグ（１１）と平衡装置（２）のプラグ（２０）とを相互接続する。このケーブルは、スーパーキャパシタモジュール（１）上のプラグ（１０）と平衡装置（２）上のプラグ（２０）との間の１対１接続を含む。
【００２６】
本発明を示すこの特定の実施形態では、個々のスーパーキャパシタ（１０）は、１つずつ電圧最適化処理を受ける。その結果、充電調整ユニット（２３）は、コントローラ（２４）によって１つの単一の個々のスーパーキャパシタ（１０）に接続されるための単一の電圧調整手段を含む。
【００２７】
セレクタユニット（２１）の特定の実施形態が、図２及び図３に関連して説明され、セレクタユニット（２１）は、２つの部分で実現され、すなわち、Ｑ個のスーパーキャパシタの１つの中間グループを選択するように設計された第１の分離ステージ（２１１）と、充電調整ユニット（２３）に接続されることになるＰ個のスーパーキャパシタの小さなグループを最終的に選択する単一の第２の分離ステージ（２１６）である。より詳細には、ここでの設計上の選択肢は、Ｐ＝１でＱ＝２０である。スーパーキャパシタのモジュールが１００個の個々のスーパーキャパシタ（１０）を含み、設計上の選択肢がＱ＝２０となるので、５つの第１の分離ステージ（２１１）が存在する。５つの第１の分離ステージ（２１１）の各々は、Ｑ＋１のワイヤ（よって２１のワイヤ）を有するバス（２１２）により前記単一の第２の分離ステージ（２１６）に相互接続される。
【００２８】
プラグ（２０）を介したモジュール（１）の１００個のスーパーキャパシタ（１０）の１つからの入来では、第１のワイヤが、フューズ（２１３）に接続され、次にスイッチ（２１４）に接続され、更にバス（２１２）に存在する２１の内の第１のワイヤに接続される。プラグ（２０）を介したモジュール（１）の１００個のスーパーキャパシタ（１０）の次のものからの入来では、第２のワイヤが、フューズ（２１３）に接続され、次にスイッチ（２１４）に接続され、更にバス（２１２）に存在する２１の内の第２のワイヤに接続される。Ｑ＝２０のスーパーキャパシタに相当する２１のワイヤについて以下同様である。コントローラ（２４）によって制御されるリレー（２１５）が２１個のスイッチ（２１４）を制御する。
【００２９】
図２のレイアウトは５回繰り返されるので、２０個のスーパーキャパシタの５つのグループが、バス（２１２）の２１のワイヤに接続されることが可能である。第１の分離ステージ（２１１）は、コントローラ（２４）によって排他的に制御される５つのリレー（２１５）によって動作される。２０個の個々のスーパーキャパシタ（１０）のグループをバス（２１２）に対して同時に接続又は切断することができるだけである。５つのリレー（２１５）を制御する５つの信号が「オフ」である時には、バス（２１２）に接続されるユニット上の入力はない。
【００３０】
第１の分離ステージの機能は、１００個の個々のスーパーキャパシタ（１０）から２０個のスーパーキャパシタ（１０）を予め選択することである。
【００３１】
第２の分離ステージが図３に示される。該ステージでは個々に制御される２０個のリレーを含み、各々が、一方の端子で２０個のスーパーキャパシタの選択されたグループ内の単一のスーパーキャパシタ（１０）に対応するバス（２１２）の２つのワイヤに接続され、他方の端子で充電調整ユニット（２３）に接続されたライン（２１８）に接続された２線スイッチ（２１６）を作動させる。
【００３２】
第２の分離ステージ（２１６）の機能は、対応するスーパーキャパシタ（１０）を充電又は放電するために、２０の予め選択されたスーパーキャパシタ（１０）のうちの１つの単独のスーパーキャパシタを充電調整ユニット（２３）に接続することである。
【００３３】
本発明を例示する実施形態では、電圧測定ユニット（２２）は、本質的に電圧測定のための１つの単一チャンネルを含む。しかしながら、電圧測定ユニットの数は、一度に処理されるスーパーキャパシタの数と少なくとも等しくなければならないこと以外は、一度に処理されるスーパーキャパシタの数には依存しない。電圧測定ユニットは、例えば第１の分離ステージ（２１１）と第２の分離ステージ（２１６）との間でセレクタユニットにある程度は一体化することができる。
【００３４】
充電調整ユニット（２３）は、個々のスーパーキャパシタ（１０）の放電を実施する電気部品並びに個々のスーパーキャパシタ（１０）の充電を実施する電気部品を含むことができる。充電又は放電は、電圧測定ユニット（２２）を用いて収集されたデータと所定の電圧の理想値とを考慮して、コントローラ（２４）によって選択される。
【００３５】
別の手法では、充電調整ユニット（２３）は、充電動作を実施する電気部品だけを含むか、或いは、放電動作を実施する電気部品だけを含み、両方は含まない。これは、装置を更に単純化して、特にオンボードデバイスにおいて重量及びコストをできるだけ削減するためである。結果として第１の特定のケースでは、本発明によるスーパーキャパシタ電圧平衡装置は、充電調整ユニット（２３）のエネルギー交換手段が電源供給手段を含むが、放電手段を含まないので電圧最適化処理が電圧上昇動作からなることによって特徴付けられる。第２の特定のケースでは、本発明によるスーパーキャパシタ電圧平衡装置は、充電調整ユニット（２３）のエネルギー交換手段が放電手段を含むが、電源供給手段を含まないので、電圧最適化処理が電圧降下動作からなることによって特徴付けられる。これは最も安価な実施形態である。
【００３６】
図４は、充電と放電の両方を実施するのに必要とされるハードウェアを有するスーパーキャパシタ電圧平衡装置の動作を示す。理想電圧ステップを判定する段階は、本質的に、各個々のスーパーキャパシタ内で優勢な各電圧が範囲内にあるべき上限と下限とを得る段階からなる。電圧を動かす段階は、本質的に各個々のスーパーキャパシタに対して、その電圧が上限を超える場合にはスーパーキャパシタの電圧を上限よりも低くするために個々のスーパーキャパシタを放電させ、その電圧が下限未満の場合にはスーパーキャパシタの電圧を下限よりも高くするために個々のスーパーキャパシタを充電させることからなる。
【００３７】
フローチャートに示された各充電及び放電のサブ段階は、所定時間の間に、又は好ましくは計算時間の間に実施される。時間の計算は、所与の一定電流（上述のように制限された）の仮定、容量の仮定、及び理想値に対する電圧変動のベース（測定された電圧力計算された）に基づく。スーパーキャパシタのキャパシタンスが既知であれば、既知の理想電位に対する変動が実際の電位の測定値から得られ、電流の限界値を考慮すると（ワイヤのセクションについての上記コメントを参照）、スーパーキャパシタを理想電位にするのに必要な時間を容易に計算することができる。例えば、キャパシタンスＣ＝２８００ファラッド、変動電圧＝０．１Ｖ、充電又は放電電流の最大値Ｉ＝５Ａの場合、電圧を補正するのに必要な時間は、ｔ＝２８００＊０．１／５＝５６秒である。「最後の」段階では、実電圧がチェックされ、必要に応じて更なる充電又は放電段階が実施される。
【００３８】
スーパーキャパシタ電圧平衡装置が、放電動作を実施するために必要なハードウェアだけを有していた場合、スーパーキャパシタモジュールを平衡させるための方法は、例えば、上限が理想電圧区間として判断され、電圧を動かす段階が全ての電圧を上限まで下降させる必要がある場合に本質的に個々のスーパーキャパシタの電圧を低下させる段階からなるようにすることができる。
【００３９】
スーパーキャパシタ電圧平衡装置が充電動作を実施するのに必要なハードウェアだけを有していた場合には、スーパーキャパシタモジュールを平衡させるための方法は、例えば、下限が理想電圧区間と判断され、且つ電圧を動かす段階が全ての電圧を下限まで上昇させる必要がある場合に、本質的に個々のスーパーキャパシタの電圧を上昇させる段階からなるようにすることができる。
【００４０】
ハードウェア及び方法において、多くの変形形態を実施することができる。勿論、例えば、電圧平衡の最適化は、本発明によれば全て一度ではないが、同時に１つより多い個々のスーパーキャパシタに対して実施することができる。例えば、コントローラ（２４）は、個々のスーパーキャパシタ（１０）の複数のグループを適宜別個のシーケンスで処理するカスケード手段を含むことができる。スーパーキャパシタモジュールを平衡させる方法は、この場合、個々のスーパーキャパシタの第１のグループを選択する段階を含み、電圧を動かす段階は、前記第１のグループの個々のスーパーキャパシタに対して同時に実施され、更に他のグループの個々のスーパーキャパシタに対して平衡化する段階を繰り返す。
【００４１】
スーパーキャパシタモジュールの電気的構成の平衡化は、満充電時又は満充電にできるだけ近い平衡段階で実施されるのが望ましい。低電圧時には、非平衡状態であることは重要ではない。個々のスーパーキャパシタの容量の変動とモジュール内のスーパーキャパシタの直列接続に関して、低電圧時の平衡化は、満充電時にスーパーキャパシタを非平衡化状態にすることになる。
【００４２】
本発明は、上述のように自動車用途に使用することができるのは勿論であるが、他の多くの用途にも使用することができる。輸送分野では、例えば、既存の流体システムを電気システムに置き換えるようにする鉄道列車の本体制御を挙げることができる。平衡化ユニットのオフボード用途では、モジュールの各スーパーキャパシタの容量、最終平衡化段階時の電圧偏差、最終平衡化プロセスの時間などのような特性は記憶することができ、平衡化プロセスを開始する前にコントローラに転送することができるので、スーパーキャパシタモジュール内のメモリデバイスの一体化は平衡化時間を短縮するのを助けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】メンテナンス動作のために個々のスーパーキャパシタモジュールに接続された遠隔電圧平衡装置のブロック図である。
【図２】電圧平衡装置のセレクタユニットの特定の実施形態の第１の部分をより詳細に示す図である。
【図３】電圧平衡装置のセレクタユニットの特定の実施形態の第２の部分をより詳細に示す図である。
【図４】モジュール内の全てのスーパーキャパシタの平衡化段階のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１  スーパーキャパシタモジュール
２  スーパーキャパシタ電圧平衡装置
３  接続ケーブル
１０  スーパーキャパシタ
１１  電気コネクタプラグ
２０  プラグ
２１  セレクタ
２２  電圧測定ユニット
２３  充電調整ユニット
２４  コントローラ
【図１】
2008515364.tif 000003
【図２】
2008515364.tif 000004
【図３】
2008515364.tif 000005
【図４】
2008515364.tif 000006
【国際調査報告】
2008515364.tif 000007
2008515364.tif 000008
2008515364.tif 000009