(57)【要約】電気エネルギー緩衝システムである。電気エネルギーを送達するエネルギー源手段と、当該エネルギー源手段から送達された電気エネルギーの緩衝を行うエネルギー緩衝手段であって、複数のスーパーキャパシタを含むエネルギー緩衝手段と、当該エネルギー緩衝手段の動作を、当該スーパーキャパシタを選択的に切り替えることによって制御する制御手段とを含み、当該複数のスーパーキャパシタは、当該エネルギー源手段及び電力出力を含む回路において互いに並列に切り替え可能に接続され、当該制御手段は、各スーパーキャパシタの充電状態又は放電状態を表すパラメータをモニタリングする緩衝器モニタリング手段を含み、並びに第１の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答してシングルの複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタを連続的にオンに切り替えるべく適合され、及び第２の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答してシングルの複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタを連続的にオンに切り替えるべく適合される。
2014515913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギー緩衝システムであって、
電気エネルギーを送達するエネルギー源手段と、
前記エネルギー源手段から送達された電気エネルギーの緩衝を行うエネルギー緩衝手段であって、複数のスーパーキャパシタを含むエネルギー緩衝手段と、
前記エネルギー緩衝手段の動作を、前記スーパーキャパシタを選択的に切り替えることによって制御する制御手段と
を含み、
前記複数のスーパーキャパシタは、前記エネルギー源手段及び電力出力を含む回路において互いに並列に切り替え可能に接続され、
前記制御手段は、各スーパーキャパシタの充電状態又は放電状態を表すパラメータをモニタリングする緩衝器モニタリング手段を含み、並びに第１の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答してシングルの複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタを連続的にオンに切り替えるべく適合され、及び第２の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答してシングルの複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタを連続的にオンに切り替えるべく適合される電気エネルギー緩衝システム。
【請求項２】
前記エネルギー源手段は、光起電力変換器配列及び／又は燃料電池配列を含む、請求項１に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項３】
前記制御手段は、パラメータ値が所定の上限しきい値より上がるか又は所定の下限しきい値より下がるかの検出に応答してオン切り替え又はオフ切り替え信号それぞれを与えるべくモニタリング手段の各出力に設けられるしきい値弁別器手段を含む、請求項１又は２に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項４】
前記しきい値弁別器手段は、各しきい値を調整可能に設定するプログラミング手段を含む、請求項３に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項５】
前記緩衝器モニタリング手段は、各スーパーキャパシタの出力電圧をモニタリングするべく適合される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項６】
前記制御手段は、第１のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタのオフ切り替えと第２のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタのオン切り替えとを、実質的に遅延時間なしで即座に組み合わせるべく適合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項７】
前記制御手段は、エネルギー源手段の性能パラメータ、好ましくは出力電圧及び／又は出力電流、をモニタリングし、かつ、前記性能パラメータの検出値に応答して複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタのオン切り替えに影響を与える補助制御信号を与える源モニタリング手段を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項８】
前記エネルギー源手段は、好ましくはＬｉ−ｉｏｎ型若しくはＮｉＭＨ型又はＮｉＣｄ型若しくは金属／空気型の再充電可能バッテリを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システム。
【請求項９】
電気エネルギー貯蔵システムであって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システムと、
前記電気エネルギー緩衝システムの電力出力に接続されるエネルギー貯蔵手段と
を含み、
各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタに対して複数の出力側スイッチが設けられ、
前記制御手段は、第３の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記エネルギー貯蔵手段に接続するべく、及び第４の所定の充電又は放電状態の検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記エネルギー貯蔵手段から接続解除するべく前記出力側スイッチを連続的に作動させるように適合される電気エネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
前記エネルギー貯蔵手段は、好ましくはＬｉ−ｉｏｎ型若しくはＮｉＭＨ型又はＮｉＣｄ型若しくは金属／空気型の再充電可能バッテリを含む、請求項９に記載の電気エネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
前記エネルギー貯蔵手段は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気モータと、前記モータに結合される機械エネルギー貯蔵手段とを含む電気エネルギー貯蔵システム。
【請求項１２】
電気エネルギー管理システムであって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電気エネルギー緩衝システムと、
前記電気エネルギー緩衝システムの電力出力に接続されて電気エネルギーを消費する負荷手段と
を含み、
各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタに対して複数の出力側スイッチが設けられ、
前記制御手段は、第３の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記負荷手段に接続するべく、及び第４の所定の充電又は放電状態の検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記負荷手段から接続解除するべく前記出力側スイッチを連続的に作動させるように適合される電気エネルギー管理システム。
【請求項１３】
前記エネルギー源手段及び前記負荷手段間に切替可能な直接接続が設けられ、
前記制御手段は、前記エネルギー源手段及び前記負荷手段間の前記直接接続と一のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタを介した接続とのいずれかを選択的にオン切り替え及びオフ切り替えするべく適合される、請求項１２に記載の電気エネルギー管理システム。
【請求項１４】
電気エネルギー管理システムであって、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の電気エネルギー貯蔵システムと、
前記電気エネルギー緩衝システムの追加電力出力に接続される電気エネルギーを消費する負荷手段と
を含み、
各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタに対して複数の出力側スイッチが設けられ、
前記制御手段は、第３の所定の充電又は放電状態それぞれの検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記負荷手段に接続するべく、及び第４の所定の充電又は放電状態の検出に応答して前記スーパーキャパシタ又は前記群のスーパーキャパシタを前記負荷手段から接続解除するべく前記出力側スイッチを連続的に作動させ、並びに前記エネルギー貯蔵手段及び前記負荷手段間の切り替え可能直接接続を含み、
前記制御手段は、前記エネルギー貯蔵手段及び前記負荷手段間の前記直接接続と前記エネルギー源手段及び前記負荷手段間の一のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタを介した接続とのいずれかを選択的にオン又はオフ切り替えをするべく適合される電気エネルギー管理システム。
【請求項１５】
前記負荷手段は、好ましくは車両駆動装置、船舶駆動装置、又は潜水艦駆動装置の電気モータを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電気エネルギー管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーの緩衝、貯蔵、及び管理システムに関し、詳しくは、車両、船舶、及び潜水艦用再生可能エネルギー電気駆動装置の分野に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
一方では世界的規模のエネルギー生産における再生可能エネルギーの、他方では車のための電気及びハイブリッド駆動装置の重要性の激しい高まりにより、洗練されたエネルギー緩衝及び貯蔵システムの開発が重要な側面を迎えている。ウインドファーム及び太陽光エネルギープラントが先進国数カ国における電気エネルギーの市場占有率の急速な増加をもたらす一方、このような発電プラントにより生産されたエネルギーの緩衝、及び将来的な電力供給システムのスマートな管理（「スマートグリッド」）は、大部分が依然未解決のままである。同様に、電気エネルギーのスマートな緩衝及び管理も、広い規模での電気自動車の著しい市場占有率にとって及び生態学的に有利な運用にとって重要である。このようなシステムは、電気エネルギーの典型的に不連続的な生産又は消費と利用可能なバッテリシステムの物理化学的な特殊性及び制限との双方に対して適応させる必要がある。
【０００３】
電子機器及び低電圧システムにおいては、キャパシタ及び中でも電解キャパシタが、有用かつ効率的なエネルギー貯蔵手段として長く知られている。しかしながら、これらの低容量と、それゆえの低エネルギー貯蔵容量とによって、電気エネルギー供給システムにおける貯蔵手段としての使用が許容されていない。近年、スーパーキャパシタとしても知られている電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）が、「エネルギー平滑化」アプリケーション及び瞬時負荷デバイスにおいて使用されている。これらは、車両において及び自家用太陽光エネルギーシステムのような小規模発電プラントアプリケーションにおいて、エネルギー貯蔵手段として使用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Super-Capacitor Stacks Management System With Dynamic Equalization Techniques,” IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 43, NO. 1, JANUARY 2007, Rengui Lu et al.
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、詳しくは、産業規模での電力消費制御アプリケーションだけでなく発電制御アプリケーションにとっても有用なスーパーキャパシタに基づいて、洗練された電気エネルギーの緩衝システムを与えることにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、再生可能エネルギー源から生成された電気エネルギーを産業規模で効率的な態様で貯蔵することができる、スーパーキャパシタを利用する電気貯蔵システムを与えることにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、例えば再充電可能バッテリが装備された車両等における改善された電気又はハイブリッド駆動装置の必須部分としてスーパーキャパシタを利用する電気エネルギー貯蔵システムを与えることにある。
【０００８】
なおもさらに、本発明の目的は、電気及びハイブリッド駆動装置における及び最新式のエネルギー供給システムに接続されるのが典型的な他の負荷に関する電気エネルギーのスマート管理を可能とする、スーパーキャパシタを利用する電気エネルギーの管理システムを与えることにある。
【０００９】
本発明によれば、請求項１に係る電気エネルギー緩衝システム並びに請求項９に係る電気エネルギー貯蔵システム及び請求項１２に係る電気エネルギー管理システムが与えられる。本発明の複数の実施例が、各従属項の主題である。
【００１０】
本発明の一側面によれば、提案されるシステムのエネルギー緩衝手段が、複数のスーパーキャパシタと、特定のスキームに応じて当該スーパーキャパシタを選択的に切り替えることによってエネルギー緩衝手段の動作を制御する制御手段とを含む。本発明のさらなる側面によれば、複数のスーパーキャパシタは、エネルギー源手段及び電力出力を含む回路内で切替可能に互いに並列に接続され、制御手段は、各スーパーキャパシタの充電又は放電状態を表すパラメータをそれぞれモニタリングする緩衝器モニタリング手段を含み、及び、シングルの複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタをそれぞれ連続的にオン又はオフに切り替えるべく適合される。
【００１１】
本発明のさらなる側面によれば、オンへの切り替えは各スーパーキャパシタ又は各群の第１所定充電又は放電状態の検出に応答し、オフへの切り替えは第２所定充電又は放電状態の検出にそれぞれ応答する。
【００１２】
本発明の重要な分野において、エネルギー源手段は光起電力変換器配列を含む。さらなる有利なアプリケーションは燃料電池配列にある。しかしながら、本発明のこうした使用分野が網羅的というわけではなく、再生可能エネルギーに関連するさらに有用なアプリケーション及びこれを超えるものも可能である。他の配列において、エネルギー源手段は、好ましくはＬｉ−ｉｏｎ型若しくはＮｉＭＨ型又はＮｉＣｄ型若しくは金属／空気型の再充電可能バッテリを含む。
【００１３】
本発明の一実施例において、制御手段は、パラメータ値が所定の上限しきい値より上がるか又は所定の下限しきい値より下がるかの検出に応答してオン切り替え又はオフ切り替え信号それぞれを与えるべくモニタリング手段の各出力に設けられるしきい値弁別器手段を含む。詳しくは、ここでは、しきい値弁別器手段は、各しきい値を調整可能に設定するプログラミング手段を含む。
【００１４】
さらなる実施例において、緩衝器モニタリング手段は、各スーパーキャパシタの出力電圧をモニタリングするべく適合される。
【００１５】
なおもさらなる実施例において、制御手段は、第１のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタのオフ切り替えと第２のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタのオン切り替えとを、実質的に遅延時間なしで即座に組み合わせるべく適合される。オフ・オン切り替え動作の「鎖」が実装されている限り、電気エネルギーの生成、貯蔵、又は消費プロセスの緩衝のための十分な電力の不断の送達が確保される。
【００１６】
さらなる実施例によれば、制御手段は、エネルギー源手段の性能パラメータ、好ましくはその出力電圧及び／又は出力電流をモニタリングするための、かつ、当該性能パラメータの検出値に応答して複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタのオン切り替えに影響を与えるべく補助制御信号を与えるための源モニタリング手段を含む。
【００１７】
提案される電気エネルギー貯蔵システムは原則的に、上述された電気エネルギー緩衝システムの電力出力に接続されたエネルギー貯蔵手段を含む。ここで、出力側スイッチが各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタのために設けられて制御手段が、第３の所定充電又は放電状態それぞれの検出に応答して複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタをエネルギー貯蔵手段に接続するべく、かつ、第４の所定充電又は放電状態それぞれの検出に応答してこれらを当該エネルギー貯蔵手段から接続解除するべく、当該出力側スイッチを連続的に作動させるように適合される。
【００１８】
このようなシステムの重要な実施例において、エネルギー貯蔵手段は、好ましくはＬｉ−ｉｏｎ型若しくはＮｉＭＨ型又はＮｉＣｄ型若しくは金属／空気型（上記はさらには基本エネルギー緩衝システムに関連してエネルギー源手段とも称する）の再充電可能バッテリを含む。さらなる実施例において、エネルギー貯蔵手段は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気モータと、当該モータに結合される機械エネルギー貯蔵手段とを含む。このタイプのエネルギー貯蔵手段としてはフライホイールが周知である。
【００１９】
提案される電気エネルギー管理システムは原則的に、上記特定された電気エネルギー緩衝システムのほかに、電気エネルギーを消費する負荷手段を含む。これは、緩衝システムの電力出力に接続される。ここで、各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタのために出力側スイッチが設けられ、制御手段が、複数のスーパーキャパシタ又は複数群のスーパーキャパシタを第３の所定充電又は放電状態それぞれの検出に応答して負荷手段に接続するべく、第４の所定充電又は放電状態それぞれの検出に応答して当該負荷手段に接続するべく、かつ、これらを第４の所定充電又は放電状態の検出に応答して当該負荷手段から接続解除するべく、当該出力側スイッチを連続的に作動させるように適合される。
【００２０】
このようなシステムの一実施例において、エネルギー源手段と負荷手段との間には切り替え可能な直接接続が設けられ、制御手段が、当該エネルギー源手段と当該負荷手段との間の直接接続又は一のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタを介した接続いずれかを選択的にオン切り替え及びオフ切り替えするべく適合される。
【００２１】
電気エネルギー管理システムのもう一つの側面によれば、負荷手段は、エネルギー貯蔵手段を接続するためのその出力のほかに、緩衝システムの付加的電力出力に接続される。ここで、各スーパーキャパシタ又は各群のスーパーキャパシタのために複数の出力側スイッチが設けられ、制御手段が、当該出力側スイッチを連続的に作動させるべく適合される。他方、この作動は、当該スーパーキャパシタ又は当該群のスーパーキャパシタを第３の所定充電又は放電状態それぞれの検出に応答して当該負荷手段に接続することを目的とし、かつ、これらを第４の所定充電又は放電状態の検出に応答して当該負荷手段から接続解除することを目的とする。さらに、エネルギー管理システムは、エネルギー貯蔵手段と負荷手段との切り替え可能直接接続を含む。制御手段は、エネルギー貯蔵手段と負荷手段との直接接続又はエネルギー源手段と負荷手段との接続のいずれかを一のスーパーキャパシタ又は一群のスーパーキャパシタを介して選択的にオン又はオフに切り替えるべく適合される。
【００２２】
このような管理システムの好ましいアプリケーションは、好ましくは車両駆動装置、船舶駆動装置、又は潜水艦駆動装置の電気モータを含む負荷手段を伴う。
【００２３】
本発明は、少なくとも複数の実施例において、スーパーキャパシタの洗練された埋め込みゆえに、電気化学電池を超える特定の利点を利用して電気エネルギーの供給及び駆動システムの、詳しくは再生可能エネルギーアプリケーションの単純かつ効率的なエネルギー緩衝を与える。キャパシタが充電条件に対して不感であること、及びこのようなシステムを制御する基本パラメータを画定かつモニタリングすることが単純であることにより、広い範囲の環境条件及び動作条件にわたって、単純な構造の充電器及び変換器コンポーネントが得られ、かつ、いくつかのタイプのエネルギー源が与える電気エネルギーの著しく増大された全体的な利用及び効率性によるロバストなシステム動作が可能となる。
【００２４】
図面に従う本発明の実施例についての以下の記載から、本発明の重要な側面だけでなく、さらなる実施例及び利点も明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】先行技術の電気エネルギー管理システムのダイヤグラムを示す。
【図２】本発明の電気エネルギー管理システムのダイヤグラムを示す。
【図３】本発明の一実施例の電気エネルギー緩衝回路配列のダイヤグラムを示す。
【図４】このような緩衝回路の制御器の構造を詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、従来型電気エネルギー利用又は管理システム１の構造を示す。これは、例えば、電気若しくはハイブリッド車両又は家庭の再生可能エネルギーシステムにおいて使用することができる。エネルギー管理システム１はシステム入力（エネルギー源入力）３を含む。システム入力３には、システムバッテリ充電器ブロック７を介してシステムバッテリブロック（エネルギー貯蔵手段）５が接続される。エネルギー供給アプリケーションにおいて、システム入力３には風力発電機又は太陽光パネルが接続され得る一方、ハイブリッド車両においては（及び従来型車両においてさえも）、当該入力には内燃機関が接続される。さらに、出力９には、貯蔵された電気エネルギーを負荷に供給するべく、ＤＣ・ＡＣ変換器ブロック１１を介してシステムバッテリブロック５が接続される。負荷は、電気モータ又は他の任意の電気駆動機器であり得る。バッテリの充電及び放電動作並びにシステムのＤＣ−ＡＣ変換及びさらなる機能を制御するべく、制御ユニット１３が設けられる。
【００２７】
図２は、本発明に係るエネルギー管理システム１’の一般的な構造を例示するブロックダイヤグラムである。図１におけるコンポーネントと同一又は類似のコンポーネントには、同じ又は対応する参照番号が付される。図２において、全体的なシステムのコンポーネントとしてエネルギー源１５及び負荷１７が示される一方、図１においては、これらのコンポーネントは示されていない。他方で、図２においては、いずれのＤＣ・ＤＣ又はＤＣ・ＡＣ変換器コンポーネントも省略されている。図３及び以下にさらに与えられる詳細を参照されたい。
【００２８】
図２の電気エネルギー管理システム１’において、並列接続された所定数のスーパーキャパシタ１９ｉを含むスーパーキャパシタブロック１９が、中核コンポーネントである。スーパーキャパシタ充電ユニット８及びスーパーキャパシタ放電ユニット１０がスーパーキャパシタ１９に関連づけられる。充電及び放電ユニット８、１０双方は、ブロック１９の構造に対応する「チャネル」構造を含み、各スーパーキャパシタ１９ｉに対して別個の充電及び放電動作を与える。
【００２９】
当該図に示されているとおり、スーパーキャパシタ充電ユニット８の一出力が、放電ユニット１０及び（第１）出力９を介して負荷１７に接続される。同様に、スーパーキャパシタ放電ユニット１０の一出力が、放電ユニット８及び（第２）出力１２を介してバッテリブロック５に接続される。この第２の出力１２はまた、以下に述べる入力機能を有し得るスーパーキャパシタ充電ユニット８にも接続される。スーパーキャパシタ充電ユニット８、スーパーキャパシタ放電ユニット１０、システムバッテリブロック５、及び負荷１７の配列及び相互接続は、スーパーキャパシタブロック１９を介したエネルギー源１５からシステムバッテリブロック５へ及び／若しくは負荷１７への、又はシステムバッテリブロック５からスーパーキャパシタ１９へ及び／若しくは負荷１７への複数のエネルギー供給経路を与えるべく適合される。これは、本明細書の概要部分においてさらに上述されている。
【００３０】
修正された制御及びモニタリングユニット１３’が、それぞれのエネルギーの流れ及び詳しくはスーパーキャパシタ１９ｉの連続的な充電／放電動作を制御するべく設けられて抜群のシステム性能が得られる。制御及びモニタリングユニット１３’は、その動作をプログラミングすること及びそのモニタリング機能の少なくとも一部を実装すること双方を目的として、工業規格ＰＬＣとして実施することができ、かつ、遠隔制御手段を装備することができる。このような遠隔制御は、例えば家庭再生可能エネルギーアプリケーションにおけるＷＬＡＮ若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は類似の基準を介しての短距離遠隔制御、及び、移動体通信ネットワークを介しての、すなわち分散型再生可能エネルギーアプリケーション及びスマートグリッドを実装するための、長距離遠隔制御の双方として実装することができる。図２においてさらに例示されているのは、エネルギー管理システム１’及びエネルギー緩衝システム１Ａ’全体（エネルギー源１５を含むがスーパーキャパシタ放電ユニット１０、システムバッテリブロック５、及び負荷１７は含まない）並びにエネルギー貯蔵システム１Ｂ’（負荷１７を除くすべてのコンポーネントを含む）がサブシステムとして画定され得るということである。
【００３１】
図３は電気エネルギー貯蔵システム１０１を示す。電気エネルギー貯蔵システム１０１は基本的に、１２Ｖバッテリ１０３、エネルギー源入力１０５、負荷出力１０７、電力源ステップアップ／ステップダウンＤＣ・ＤＣ変換器１０９、１２Ｖ／２４ＶのＤＣ・ＤＣ変換器１１１、及びエネルギー緩衝サブシステム１１３を含む。
【００３２】
エネルギー緩衝サブシステム１１３は、ｎ個のスーパーキャパシタＣ１．．．Ｃｎを含む。これらは、電力入力１０５と負荷出力１０７との間に、入力側が充電スイッチＳＣ１．．．ＳＣｎを介して及び出力側が放電スイッチＳＤ１．．．ＳＤｎを介して並列に接続される。加えて、各スーパーキャパシタブランチの出力側には、任意の逆電流をブロックするショットキーダイオード１１５が設けられる。回路の出力には、出力電圧を２つの所定レベル１２Ｖ又は２４Ｖとの間で切り替えるトグルスイッチＴＧが設けられる。
【００３３】
エネルギー緩衝サブシステム１１３の動作を制御するべく、緩衝制御器１１７が設けられる。緩衝制御器１１７は、スーパーキャパシタ充電スイッチＳＣ１〜ＳＣｎ及び放電スイッチＳＤ１〜ＳＤｎを作動させる制御信号を、キャパシタ整流器（スイッチアクチュエータ）１１９に送達する。充電フィードバック信号Ａ及び放電フィードバック信号Ｂが、充電スイッチブロック１２１又は放電スイッチブロック１２３それぞれから、緩衝制御器１１７の各入力に与えられる。これらのフィードバック信号のほかに、緩衝制御器１１７は、一方では入力（電力源）電圧を、他方では出力（負荷）電圧をモニタリングし、かつ、そのモニタリング機能を介して得られた信号の所定の内部処理に応答して充電又は放電スイッチを制御する。
【００３４】
緩衝制御器１１７は、充電スイッチＳＣ１〜ＳＣｎを制御する。その結果、十分な源電圧が適用されると、スーパーキャパシタＣ１〜ＣＱｎの、所定の上限しきい値までの充電が、第１スーパーキャパシタＣ１から開始される。この上限しきい値電圧がひとたび達成されると、各充電スイッチＳＣ１は開となり、その直後、第２のスーパーキャパシタＣ２に関連づけられる第２の充電スイッチＳＣ２が、第２のスーパーキャパシタがその上限しきい値電圧に到達するまで閉となり、以下同様となる。
【００３５】
反対に、出力１０７から及び緩衝制御器１１７から接続解除された負荷に電気エネルギーを供給する指令がなされると、スーパーキャパシタの放電が、第１スーパーキャパシタＣ１に関連づけられる放電スイッチＳＤ１を所定の下限しきい値電圧に到達するまで作動させることから開始する。この時点において、第１放電スイッチＳＤ１は開であり、その直後、第２のスーパーキャパシタＣ２を負荷に対して放電するべく第２の放電スイッチＳＤ２が閉とされ、以下同様となる。
【００３６】
エネルギー緩衝サブシステム１１３の好ましい動作スキームにおいて、エネルギー源及び負荷が同時に第２の配列１０１に接続されると仮定すれば、スーパーキャパシタの充電及び放電動作は連続的に実行される。すなわち、スーパーキャパシタの一つの放電が所定出力電圧まで低下した直後に、当該一つのスーパーキャパシタの所定電圧までの再充電が開始される。これと同時に、スーパーキャパシタの次の一つが放電され、以下同様となる。このプロセスは、故障が現れないと仮定すれば、システムが電源オフとされるまで、又は接続されたエネルギー源がもはや最小量のエネルギー（入力電圧）を供給することができなくなるまで続く。このような状況において、緩衝サブシステムは、下限入力電圧レベルに到達するまで待ってからその動作を自動的に再開する。
【００３７】
回路配列において出力に接続される負荷が存在しない場合、対応する動作スキームを、内部バッテリ１０３を充電するべく適用することができる。実装されている特定の制御スキームに応じて及びオプションとしてモニタ上のスーパーキャパシタの充電／放電状態に応じて、３個以下のバッテリを、スーパーキャパシタの連続充電と並列して充電することさえ可能である。さらに、緩衝制御器１１７は、充電スイッチ及び放電スイッチを作動させることができる。その結果、バッテリ１０３は、出力１０７に接続される負荷に電気エネルギーを供給する（２次）エネルギー源として機能する態様で、出力１０７を介して放電される。
【００３８】
電力源ステップアップ／ステップダウンＤＣ・ＤＣ変換器１０９は、幅広いレンジの使用可能な入力電圧（６ＶＤＣ．．．３２ＶＤＣ）を、好ましい実施例において９２％を超える効率かつ１０Ａまでの出力電流で与える。変換器１０９は、変換モニタ１２７に双方向的に接続されるパルス充電制御器２５を含む。変換モニタ１２７は、スイッチデバイス１２９と並列して入力１０５に接続される。スイッチデバイス１２９は、その出力ＳＷにおいて変換モニタ１２７への信号を与える一方、入力１０５に適用される電圧のほかにステップアップ／ステップダウンＤＣ・ＤＣ変換器１３１からの制御信号も受信する。さらに、変換器１０９は、システムモニタ１３３、電流センサ１３５、及び電力ライン１３７を含む。システムモニタ１３３の入力は、制御器１３１の各出力に接続される。電力ライン１３７は入力１０５をスーパーキャパシタＣ１〜Ｃｎに接続する。
【００３９】
変換器１０９は、電力ライン１３７に設けられる電力スイッチ１３９に作用する。最大電圧が１６．２Ｖであるスーパーキャパシタが使用されている場合、変換器出力電圧は１５．５Ｖに設定される。その結果、スーパーキャパシタＣ１〜Ｃｎは約１５．２Ｖまで充電される。変換器１０９の詳細な動作スキームに関する限り、このようなタイプの変換器自体、当業者にとって何でもないものなので、詳細に説明することは控える。
【００４０】
１２Ｖ／２４ＶのＤＣ・ＤＣ変換器１１１の構成は基本的に、変換器１０９の構成と同じである。すなわち、変換器１１１も同様に、パルス充電制御器１４１、変換モニタ１４３、スイッチデバイス１４５、ステップアップ／ステップダウンＤＣ・ＤＣ制御器１４７、及びシステムモニタ１４９を含み、（第２）電流センサ１５１及び（第２）電力ライン１５３から信号を受信して電力スイッチ１５５に作用する。変換器１１１は入力側が、外部エネルギー源ではなくバッテリ１０３に接続され、出力側が、トグルスイッチＴＧを介してシステム出力１０７に接続される。標準的なＩＣを装備する好ましい実施例では、９５％までの効率及び６Ａまでの出力電流で動作することができる。
【００４１】
図４は、図３に例示された配列の制御器構造を詳細に示す。緩衝制御器１１７は、各部分がその中核として統合ロジックを含む充電制御器部分１１７Ａ及び放電制御器部分１１７Ｂを含む。当該部分双方の信号入力及び出力ＩＮ１〜ＩＮ４及びＯＵＴ１〜ＯＵＴ４がフィードバックの態様で接続され、上述した連続動作スキームにあるシステムの（４個で例示される）スーパーキャパシタのステップアップ／ステップダウン動作が得られる。シングルの制御信号出力１１７Ｃに接続される各並列出力ラインには、それぞれがリレー電流制限デバイスＣＬ１〜ＣＬ８によって追従される充電リレーＲＣ１〜ＲＣ４又は放電リレーＲＤ１〜ＲＤ４が配列される。
【００４２】
上述された本発明の複数の実施例及び側面を、専ら添付の請求項によって定まるべき本発明の範囲を制限するものと定めてはならない。本発明の概念に係る多くの修正例が特許請求の範囲内で可能であり、詳しくは、いくつかの請求項の特徴の任意の組み合わせが本発明の範囲内に存在するものとみなされる。
【図１】
2014515913.tif 000003
【図２】
2014515913.tif 000004
【図３】
2014515913.tif 000005
【図４】
2014515913.tif 000006
【国際調査報告】
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