(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両（１００）の少なくとも１つの駆動チェーン（１０；３０，３２）の補助エネルギー管理システム（１）であって、
ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）を供給するネットワーク電力供給線（１２）及び前記駆動チェーン（１０；３０，３２）と電気的に連結し得る電力供給端子（２５）と、
第１の値を有する第１の補助電力供給電圧を生成するように構成される第１の蓄電池アセンブリ（２）及び第２の値を有する第２の補助電力供給電圧を生成するように構成される第２の蓄電池アセンブリ（４）を含む、前記電力供給端子（２５）と電気的に連結し得る補助電力供給アセンブリ（３）と、
前記補助電力供給アセンブリ（３）と前記電力供給端子（２５）との間に連結するスイッチ（１６）と、
前記スイッチ（１６）と動作可能に連結し、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）又は前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を、前記電力供給端子（２５）と電気的に連結するように前記スイッチ（１６）を制御するよう適合し、前記電動車両のそれぞれの動作条件を実行する制御ユニット（１０２，１９）であって、
（ｉ）前記第１の補助電力供給電圧と少なくとも一部が相互に関連する第１の中間電圧を前記駆動チェーンに供給する第１の動作状態と、
（ｉｉ）前記ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）と相互に関連する第２の中間電圧によって、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電する第２の動作状態と、
（ｉｉｉ）前記第２の補助電力供給電圧と相互に関連する第３の中間電圧を前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給する第３の動作状態と、
（ｉｖ）電気発生器として動作する前記駆動チェーン（１０；３０，３２）によって生成される回収電圧と相互に関連する第４の中間電圧によって、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電する第４の動作状態と、を含む制御ユニットと、
を含み、
前記第１の動作状態は、前記電動車両の加速であり、且つ、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に、前記ネットワーク電力供給線（１２）から電力の一部と、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）から電力のさらなる一部とを供給して、前記第１の中間電圧を生成することを含み、
前記第２の動作状態は、前記電動車両の駐車又は実質的に一定速度での走行であり、且つ、前記第２の蓄電池アセンブリを充電することを目的とする電力に従って値が選択される前記第２の中間電圧によって、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電することを含み、
前記第３の動作状態は、主電力供給電圧（ＶAL）が欠如し、且つ、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）によって必要とされる動作電圧に従って値が選択される前記第３の中間電圧を前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給することを含み、
前記第４の動作状態は、前記電動車両の制動であり、且つ、前記回収電圧から得られ、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電することを目的とする前記電力に従って値が選択される、前記第４の中間電圧によって、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電することを含む、補助エネルギー管理システム。
【請求項２】
前記スイッチ（１６）と前記電力供給端子（２５）との間に動作可能に配置され、前記補助電力供給アセンブリ（３）と前記駆動チェーン（１０；３０，３２）との間の電圧レベルの適合、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）と補助電力供給アセンブリ（３）との間の電圧レベルの適合、及び、前記ネットワーク電力供給線（１２）と前記補助電力供給アセンブリ（３）との間の電圧レベルの適合のために、交互の時間に共有されるインタフェースを形成するように構成される、１つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）をさらに備え、
前記第１の動作状態の間に、前記スイッチ（１６）は、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）と電気的に連結するように制御され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）は、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記第１の補助電力供給電圧をブースト又はバックするように制御され、前記第１の中間電圧で前記駆動チェーンに供給する電力を、ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）とともに供給し、
前記第２の動作状態の間に、前記スイッチ（１６）は、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）と電気的に連結するように制御され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）は、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）が受け入れる電圧レベルの関数として前記ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）をブースト又はバックするように制御され、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給することに加えて又は前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給することの代わりに、前記ネットワーク電力供給線（１２）は、前記第２の中間電圧（４）で前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電する電力を供給し、
前記第３の動作状態の間に、前記スイッチ（１６）は、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）と電気的に連結するように制御され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）は、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記第２の補助電力供給電圧をブースト又はバックするように制御され、前記第３の中間電圧で前記駆動チェーンに供給する電力を供給し、
前記第４の動作状態の間に、前記スイッチ（１６）は、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）と電気的に連結するように制御され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）は、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記回収電圧をブースト又はバックするように制御され、前記ネットワーク電力供給線（１２）に加えて又は前記ネットワーク電力供給線（１２）の代わりに、前記制動の間に発電機として動作する前記駆動チェーン（１０；３０，３２）は、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電する電力を供給する、請求項１に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項３】
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１８）は、
前記第１の動作状態の間に、電圧ブーストモードで動作して、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）から前記駆動チェーン（１０；３０，３２）へエネルギーを伝送し、
前記第２の動作状態の間に、電圧バックモードで動作して、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）から前記第１の蓄電池アセンブリ（２）へエネルギーを伝送し、
前記第３の動作状態の間に、電圧バックモードで動作して、前記ネットワーク電力供給線（１２）から前記第２の蓄電池アセンブリ（４）へエネルギーを伝送し、
前記第４の動作状態の間に、電圧ブーストモードで動作して、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）から前記駆動チェーンへエネルギーを伝送するように、さらに構成される、請求項２に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項４】
前記電力供給端子（２５）を前記ネットワーク電力供給線（１２）へ電気的に連結する、又は、前記電力供給端子（２５）を前記ネットワーク電力供給線（１２）から電気的に分離するように構成される主電力供給スイッチ（２２）をさらに備え、前記主電力供給スイッチ（２２）は、前記主電力供給電圧（ＶAL）が存在しない動作状態の間の動作状態の間は、開である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項５】
前記第１の蓄電池アセンブリ（２）は、第１の電力密度と第１のエネルギー密度とを供給するように適合し、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）は、前記第１の電力密度より低い第２の電力密度と、前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度とを供給するように適合し、
前記第２の蓄電池アセンブリ（４）は、その耐用期間の間に、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）がその耐用期間の間にサポートするように適合する充電又は放電サイクルの数より少ない充電又は放電サイクルの数をサポートするように適合する、請求項１〜４の何れか一項に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項６】
前記第１の蓄電池アセンブリ（２）は、スーパーキャパシタの配列（２）を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項７】
前記第２の蓄電池アセンブリ（４）は、リチウムバッテリ、鉛バッテリ、ＮｉＭＨバッテリ、ＮｉＣｄバッテリ、ＺＥＢＲＡバッテリから選択される複数のバッテリを含むバッテリスタック（４）を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載の補助エネルギー管理システム。
【請求項８】
電動車両（１００）であって、
トラクションコンバータ（３０）を介して前記ネットワーク電力供給線（１２）と電気的に連結する電気モータ（３２）と、
前記電気モータ（３２）と動作可能に連結し、加速、制動、駐車、及び実質的に一定速度の走行において前記電動車両（１００）を制御する、前記電動車両（１００）のトラクションシステムと、
前記電気モータ（３２）と動作可能に連結する、請求項１〜７の何れか一項に記載の補助エネルギー管理システム（１）と、
前記補助エネルギー管理システム（１）と動作可能に連結し、前記第１の動作状態、前記第２の動作状態、前記第３の動作状態、及び前記第４の動作状態の間に前記補助エネルギー管理システム（１）の前記動作を制御する、制御ユニット（１０２，１９）と、
を備える、電動車両（１００）。
【請求項９】
電動車両（１００）の少なくとも１つの駆動チェーン（１０；３０，３２）の補助エネルギー管理方法であって、
電力供給端子（２５）でネットワーク電力供給電圧（ＶAL）を供給するステップと、
第１の蓄電池アセンブリ（２）によって、第１の値を有する第１の補助電力供給電圧を生成するステップと、
第２の蓄電池アセンブリ（４）によって、第２の値を有する第２の補助電力供給電圧を生成するステップと、
前記第１の蓄電池アセンブリ（２）又は前記第２の蓄電池アセンブリを、前記電力供給端子（２５）と電気的に接続し、前記電動車両のそれぞれの動作状態を実行するステップであって、
（ｉ）前記第１の補助電力供給電圧と少なくとも一部が相互に関連する第１の中間電圧を前記駆動チェーンに供給する第１の動作状態と、
（ｉｉ）前記ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）と相互に関連する第２の中間電圧によって、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電する第２の動作状態と、
（ｉｉｉ）前記第２の補助電力供給電圧と相互に関連する第３の中間電圧を前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給する第３の動作状態と、
（ｉｖ）電気発生器として動作する前記駆動チェーン（１０；３０，３２）によって生成される回収電圧と相互に関連する第４の中間電圧によって、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電する第４の動作状態と、を含む、ステップと、
を含み、
前記第１の動作状態は、前記電動車両の加速であり、且つ、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に、ネットワーク電力供給線（１２）から電力の一部と、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）から電力のさらなる一部を引き込むことにより供給し、前記第１の中間電圧を生成するステップを含み、
前記第２の動作状態は、前記電動車両の駐車又は実質的に一定速度での走行であり、且つ、前記第２の蓄電池アセンブリを充電することを目的とする前記電力に従って値が選択される前記第２の中間電圧によって、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電するステップを含み、
前記第３の動作状態は、主電力供給電圧（ＶAL）が欠如し、且つ、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）によって必要とされる動作電圧に従って値が選択される前記第３の中間電圧を前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給するステップを含み、
前記第４の動作状態は、前記電動車両の制動であり、且つ、前記回収電圧から得られ、前記第１の蓄電池アセンブリを充電することを目的とする前記電力に従って選択される、前記第４の中間電圧によって、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電するステップを含む、方法。
【請求項１０】
前記第１の動作状態の間に、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記第１の補助電力供給電圧をブースト又はブックすることにより、前記第１の中間電圧を生成するステップと、
前記第２の動作状態の間に、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）が受け入れる電圧レベルの関数として前記ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）をブースト又はブックすることにより、前記第２の中間電圧を生成するステップと、
前記第３の動作状態の間に、前記駆動チェーン（１０；３０，３２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記第２の補助電力供給電圧をブースト又はブックすることにより、前記第３の中間電圧を生成するステップと、
前記第４の動作状態の間に、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）が受け入れる電圧レベルの関数として前記回収電圧をブースト又はブックすることにより、前記第４の中間電圧を生成するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の動作状態の間に、電圧ブーストモードで動作して、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）から前記駆動チェーン（１０；３０，３２）へエネルギーを伝送するステップと、
前記第２の動作状態の間に、電圧バックモードで動作して、前記駆動チェーンから前記第１の蓄電池アセンブリ（２）へエネルギーを伝送するステップと、
前記第３の動作状態の間に、電圧バックモードで動作して、前記ネットワーク電力供給線（１２）から前記第２の蓄電池アセンブリ（４）へエネルギーを伝送するステップと、
前記第４の動作状態の間に、電圧ブーストモードで動作して、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）から前記駆動チェーンへエネルギーを伝送するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
電動車両（１００）の少なくとも１つの駆動チェーン（１０；３０，３２）の補助エネルギー管理方法であって、
電力供給端子（２５）でネットワーク電力供給電圧（ＶAL）を供給するステップと、
第１の蓄電池アセンブリ（２）によって、第１の値を有する第１の補助電力供給電圧を生成するステップと、
第２の蓄電池アセンブリ（４）によって、第２の値を有する第２の補助電力供給電圧を生成するステップと、
前記第１の蓄電池アセンブリ（２）又は前記第２の蓄電池アセンブリを、前記電力供給端子（２５）と電気的に接続し、前記電動車両のそれぞれの動作状態を実行するステップであって、
（ｉ）前記第１の補助電力供給電圧と少なくとも一部が相互に関連する第１の中間電圧を前記駆動チェーンに供給する第１の動作状態と、
（ｉｉ）前記ネットワーク電力供給電圧（ＶAL）と相互に関連する第２の中間電圧によって、前記第２の蓄電池アセンブリ（４）を充電する第２の動作状態と、
（ｉｉｉ）前記第２の補助電力供給電圧と相互に関連する第３の中間電圧を前記駆動チェーン（１０；３０，３２）に供給する第３の動作状態と、
（ｉｖ）電気発生器として動作する前記駆動チェーン（１０；３０，３２）によって生成される回収電圧と相互に関連する第４の中間電圧によって、前記第１の蓄電池アセンブリ（２）を充電する第４の動作状態と、を含む、ステップと、
前記第１の蓄電池アセンブリ（２）によって、第１の電力密度と第１のエネルギー密度とを供給するステップと、
前記第２の蓄電池アセンブリ（４）によって、前記第１の電力密度より低い第２の電力密度と、前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度とを供給するステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両のための電力供給及び環境発電（energy harvesting）の補助システム、及び、電力供給及び環境発電の補助システムを運用する方法に関する。特に、電動車両は、架空線を備える電車又は路面電車のために使用される電動車両、とりわけ線路の上を走る電動車両である。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気の供給の望まない中断が存在する場合に電気負荷に電力を供給するために使用される、又は、一般的にはアプリケーションのバックアップのための、再充電可能なバッテリ（「スタック」）が知られている。さらに、これらのバッテリは、電動車両に制動をかける間に放出されるエネルギーによって充電される。
【０００３】
米国特許第6265851号公報は、モノレールの線路上で電子材料の運搬のための路面電車を動かすためのシステムについて述べている。この電力供給システムは、スイッチで接続されるバッテリとウルトラキャパシタとを含む。電気路面電車のモータは、モータによって、及び、ウルトラキャパシタとバッテリとによって供給され得る残留エネルギーによって必要とされるエネルギーに依存して、ウルトラキャパシタによって、バッテリによって、又は、その両方によって、選択的に電力を供給される。ウルトラキャパシタは電力の主電源であり、バッテリは電力の補助電源又は二次電源として使用される。バッテリは、加速段階の間と、エネルギーの余剰分が必要なときに使用される。
【０００４】
出願人は、ウルトラキャパシタによって可能になるエネルギーの交換は、相対的に短い時間（約１０秒）に対して高いピーク電力（鉄道の分野ではおおよそ数百ｋＷ）で特徴付けられることを発見した。ウルトラキャパシタは、非常に急速に、且つ、非常に高いピーク電力で弱くなるため、米国特許第6265851号公報によるシステムは、鉄道の分野において、車両が動作する間に車両に電力を供給する目的のために使用することはできない。
【０００５】
欧州特許出願第2306610号公報は、ある地域でエネルギーを生成し、貯蔵し、伝達するシステムに関連し、電気ネットワークは、２つの異なるエネルギー貯蔵手段、特に特定のバッテリとスーパーキャパシタとを含む。この電気ネットワークは、電気エネルギーを伝達するために所与の地域に広がり、架空線を備える電車又は路面電車による運送とは関係がない。
【０００６】
国際特許出願第2007/082168号公報は、１つ以上のスーパーキャパシタと、１つ以上のバッテリとを含む方法とシステムとについて述べている。スーパーキャパシタは、一般的なエネルギー源に由来するエネルギーによって充電され、スーパーキャパシタに貯蔵される電気エネルギーは、バッテリの充電と、電気負荷への電力の供給の両方に使用される。この場合、欧州特許出願第2306610号公報について議論したときにすでに触れた通り、このシステムは、ある地域でエネルギーを貯蔵し、輸送するために使用され、架空線を備える路面電車のための車両におけるエネルギーの使用とは関係がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第6265851号公報
【特許文献２】欧州特許出願第2306610号公報
【特許文献３】国際特許出願第2007/082168号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明の目的は、先行技術の問題を解決できる、電動車両のための電力供給及び環境発電の補助システム、及び、電力供給及び環境発電の補助システムを運用する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明によって、添付した特許請求の範囲でそれぞれ請求されるように、電動車両のための電力供給及び環境発電の補助システム、及び、電力供給及び環境発電の補助システムを運用する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本願発明は、例示の目的で提供され制限的なものではない以下の好ましい実施形態の詳細な記述を、添付された図面を参照して熟読することにより、最も良く理解されるだろう。
【図１】図１は、本願発明の実施形態による、電動車両のための電力供給及び環境発電の補助回路を示す。
【図２】図２は、図１の電力供給及び環境発電の補助回路をより詳細に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図１及び図２の電力供給及び環境発電の補助回路のスイッチの実施形態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１及び図２の電力供給及び環境発電の補助回路のスイッチの実施形態を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１及び図２の電力供給及び環境発電の補助回路のスイッチの実施形態を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図１及び図２の電力供給及び環境発電の補助回路のスイッチの実施形態を示す。
【図４】図４は、本願発明の一態様による電動車両の動作条件と関連する図１の電力供給及び環境発電の補助回路の動作を示す電力量の波形を示す。
【図５】図５は、本願発明の一態様による図１の電力供給及び環境発電の補助回路を制御する方法を、状態図を使って示す。
【図６】図６は、図１及び図２の電力供給及び環境発電の補助回路を含む電動車両を図式的に示す。
【図７】図７は、既知のスーパーキャパシタ及び既知のバッテリの電力密度／エネルギー密度に関して、性能の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願発明によって、電動車両のための電力の供給及び運動エネルギーの収穫のための、特に架空線を備える電車又は路面電車のための、とりわけ鉄道車両のような線路を走る車両のためのシステムが提供される。従って、一般性を失うことなく、以下、電動車両、線路の上を走る車両、又は架空線を備える路面電車について述べる。本願発明によるシステムは以下の機能を実行する：制動エネルギーの車内での収穫とそれに続く加速ステップにおける再利用によるエネルギー効率の向上、カテナリー式架線の電力ピークの抑制、すなわち、同一のカテナリー式架線電力パワーを与えられた鉄道車両の最高性能の向上、カテナリー式架線なしで、すなわち、電力が供給されないカテナリー式架線を用いて大幅に長い経路を走る能力。本願発明によるシステムは、エネルギーをバッテリのスタック及びスーパーキャパシタの配列に貯蔵することと、バッテリのスタック及びスーパーキャパシタの配列から収穫することとを異なる時間間隔で行うことと、共通のエネルギー交換回路を使用することとによって上述した機能を実行する。混合貯蔵システムの使用は、利用者が、エネルギー効率の向上の機能を実行することとカテナリー式架線の電力ピークを抑制することとにとって不可欠な大電力の交換におけるスーパーキャパシタの能力、及び、電気鉄道線路からの電力の供給がない場合に大幅に長い経路を自動的に走る機能を実行するために使用される、バッテリのエネルギー貯蔵容量を同時に享受することを許す。
【００１２】
言い換えると、スーパーキャパシタは、容量は制限されるが充電／放電サイクルに関しては長続きする耐用期間を提供するため、充電／放電サイクルの大半に使用され、バッテリの使用は、充電／放電サイクルに関する期間が制限されるため、不可欠な場合にだけ制限される。
【００１３】
図１は、本願発明の一態様による、電動車両（特に、線路を走る車両、又は架空線を備える路面電車）のための電力供給システム１を図式的に示す。電力供給システム１は、スーパーキャパシタの配列２とバッテリのスタック４（例：リチウムイオンバッテリ）とを含む補助電力供給アセンブリ３と、スーパーキャパシタの配列２とバッテリのスタック４とにより共同使用されるエネルギー交換回路６とを含む。スーパーキャパシタの配列２とバッテリのスタック４は、直流タイプのそれぞれの電気量（電圧／電流）を供給するよう構成され、それぞれの電圧値を有する（例：バッテリのスタックが約５００Ｖの電圧を提供するのに対し、スーパーキャパシタの配列２は、その充電のレベルに応じて５５〜２５０Ｖの範囲の電圧を供給する）。
【００１４】
エネルギー交換回路６は以下を含む：
−  主電力供給スイッチ２２。エネルギー交換回路６を主電力供給線１２（電力供給電圧ＶＡＬ、特に、例えば７５０Ｖの値を有する直流電圧を供給する）へ／から電気的に連結／分離するよう構成される。
−  伝送スイッチ１４。（主電力供給スイッチ２２と共に）スーパーキャパシタの配列２及びバッテリのスタック４を主電力供給線１２へ／から電気的に連結／分離し、電気負荷１０をスーパーキャパシタの配列２及びバッテリのスタック４へ／から電気的に連結／分離するよう構成される。
【００１５】
主電力供給スイッチ２２は、電力供給システム１のそれぞれの動作手順の間、主電力供給線１２を電力供給システム１へ／から電気的に連結／分離する機能を実行する。例えば、主電力供給線１２が電気負荷１０から及び補助電力供給アセンブリ３から電気的に分離されなければならない状況は、供給のない線の区域（中立区域）の通過を含む。
【００１６】
明らかに、代替的な実施形態によると、主電力供給スイッチ２２、及び／又は伝送スイッチ１２は省略され得る。エネルギー交換回路６は、さらに、伝送スイッチ１４をバッテリ４のスタックに、又はスーパーキャパシタの配列２に、代替的に動作可能に連結するよう構成されるスイッチ１６を含む。スイッチ１６は、電気機械的デバイスによって、又は半導体と共に製造され得る。
【００１７】
特に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、伝送スイッチ１４と選択スイッチ１６との間に電気的に介在する。
【００１８】
主電力供給線１２が、バッテリのスタック４、及び／又はスーパーキャパシタの配列２が動作する電圧より高い電圧で動作する特定の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、電気エネルギーを主電力供給線１２からバッテリのスタック４へ又はスーパーキャパシタの配列２へ供給するためのバックコンバータとして、また、電気エネルギーをバッテリのスタック４から又はスーパーキャパシタの配列２から電気負荷１０へ供給するためのブーストコンバータとして動作するよう構成される。
【００１９】
明らかに、主電力供給線１２が、バッテリ４のスタック及び／又はスーパーキャパシタの配列２が動作する電圧より低い電圧で動作する場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、上述されたものと反対に動作する。
【００２０】
さらに、我々が詳細を以下で説明するように、バッテリのスタック４から、又は、代わりにスーパーキャパシタの配列２から電気負荷１０へエネルギーを伝送するために、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、バッテリのスタック４によって、又は、代わりにスーパーキャパシタの配列２によって電気負荷１０に電力が供給されるステップの間も動作する。
【００２１】
一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、主電力供給線１２からバッテリのスタック４及び／又はスーパーキャパシタの配列２へエネルギーを伝送し、バッテリのスタック４から又はスーパーキャパシタの配列２から電気負荷１０へエネルギーを伝送するためのエネルギー適合を実行する。
【００２２】
伝送スイッチ１４は、電力供給スイッチ２２が閉のときに主電力供給線１２から電力の供給を受ける中間ノード２５と電気的に連結する端子を有する。
【００２３】
この点に関して、電気負荷１０は、車両の少なくとも１つのインバータと１つの電気モータを含み、車両自身のためのトルクを生成するために適合する。主電力供給線１２は、電力を一般的な電動車両に供給することに適する全ての配線であり、電気車両の外部に配置され、特に架空線を備える電車又は路面電車のための電力の供給のための基盤の一部である。
【００２４】
バッテリのスタック４の蓄電池の数、及びスーパーキャパシタの配列２を構成するスーパーキャパシタの数は、以下の基準によって選択される：各充電／放電サイクルの間に貯蔵及び解放されるエネルギーの量、吸収／供給される最大電力、スーパーキャパシタ及びバッテリの耐用期間に関して得られる性能。
【００２５】
スーパーキャパシタは、エネルギーを変換及び貯蔵するためのデバイスであり、高い比容量によって特徴づけられ、体積単位あたりで従来のキャパシタと比較して際立って大きなエネルギーの量を貯蔵することができる。スーパーキャパシタは、科学文献によく記録されており、市場では異なるサイズの容量−数ファラドから数千ファラドまで−が入手でき、製造技術に依存するどのような場合でも、数ボルトの動作電圧の、互いに直列に配置される単位セルの「ストリング」を並列に接続して通常製造される。いくつかの製造業者は、１つのキャパシタのパッケージで、又は、直列及び／又は並列に接続された異なるスーパーキャパシタからなるモジュールでキャパシタを供給する。
【００２６】
本願発明の一態様によると、スーパーキャパシタの配列２は第１の付加電力供給ユニットを形成し、電動車両の所定の動作ステップの間、特に電動車両の加速ステップの間に、第１の付加電力供給ユニットは、電気負荷１０（電気モータ）への電力の供給において主電力供給線１２をサポートする機能を実行する。
【００２７】
本願発明の追加的な一態様によると、バッテリのスタック４は第２の付加電力供給ユニットを形成し、電動車両の所定の動作ステップの間、特に主電力供給線１２が、電気負荷１０に電力を供給するための電流を提供しないとき（例えば、電力供給の中断の原因となった主電力供給線１２の一般的な故障に起因する）、又は、環境的な又は都市計画的な理由に起因して主電力供給線１２が利用できない区域で、第２の付加電力供給ユニットは、電気負荷１０（電気モータ）への電力の供給において主電力供給線１２を置き換える機能を実行する。
【００２８】
スイッチ１６は図３Ａに示されるように、例えば、第１及び第２の双方向電気スイッチ３１、３２によって作ることが可能であり、それらは両方とも開に保持されるか、相補ロジック（一方が閉、他方が開）により動作する。第１の双方向電気スイッチ３１がインダクタ６２とスーパーキャパシタの配列２との間を連結するのに対し、第２の双方向スイッチ３２はインダクタ６２とバッテリのスタック４との間を連結する。それらの動作の間、２つの双方向電気スイッチ３１、３２は、相補ロジックにより制御される：第１のスイッチ３１が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８をスーパーキャパシタの配列２へ電気的に接続することにより（そして、従って、後者を中間ノード２５へ接続することにより）オンになるよう制御されるとき、第２のスイッチ３２は開に保たれ、逆もまた同様である。それ故に、第１及び第２のスイッチ３１、３２は、決して両方がＯＮ状態になるように制御されない。双方向電気スイッチ３１、３２は、ＴＲＩＡＣによって（図３）、共通するそれぞれのエミッタにより互いに直列に連結する一組の逆導通ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴによって（図３Ｃ）、又は、逆並列に連結する２つの逆阻止ＩＧＢＴによって（図３Ｄ）、それぞれ実装され得る。
【００２９】
ｎｏｔが使用されるとき（例えば、電気モータ３２がオフのとき）、第１及び第２の電気スイッチ３１、３２は、ＯＦＦ状態になるように制御され得る。
【００３０】
スイッチ１４及びスイッチ１６は、それらそれぞれの動作状態において、補助電力供給システム１の特定の要素に内蔵される又は補助電力供給システム１の外部にある汎用コントローラ又はマイクロコントローラ１９によって、閉になるよう制御され得る。
【００３１】
もし、それが電力供給システム１の外側にあるなら、マイクロコントローラ１９は、例えば、電動車両の制御／監視システム（図１に不図示）に内蔵されることができ、それは、スーパーキャパシタの配列２によって又はバッテリのスタック４によって車両の電気モータに供給される電力を必要とするイベントを検出するよう構成され得る。図５を参照してより詳細に説明されるステップによって、マイクロコントローラ１９は、スーパーキャパシタの配列２又はバッテリのスタック４が充電され得るステップを検出するようさらに構成される。
【００３２】
代わりに、マイクロコントローラ１９への参照によって説明された機能は、インバータ３０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１８に属する制御及び管理システムによって、分散方式で実行され得る。
【００３３】
マイクロコントローラ１９（又は、代わりに、インバータ３０の、及びＤＣ−ＤＣコンバータ１８の制御及び管理システム）は、電流／電圧センサによって、線１２の電力供給の状態の、及び、バッテリ４の及びスーパーキャパシタ２の充電の状態の情報を取得することによって、上述したタスクを実行し、それらは、電圧／電流のそれぞれのレベルを検出し、ひいてはバッテリ４及び／又はスーパーキャパシタ２を充電する必要／機会があるか、又は（主電力供給ＶＡＬが存在しない場合に）バッテリ４によって電気モータ３２に電力を供給する必要があるかを評価するために、線１２の、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力に、及び、バッテリのスタック４の及びスーパーキャパシタ２の出力に、適切に配置される。
【００３４】
そして、マイクロコントローラ１９は、以下のために、それぞれの制御信号をスイッチ１４に、及びスイッチ１６に送信する：
電気負荷１０に電力を供給するために、スーパーキャパシタの配列２を電気負荷１０に接続するため。
又は、電気負荷１０に電力を供給するために、バッテリのスタック４を電気負荷１０に接続するため。
又は、バッテリのスタック４を充電するために、バッテリのスタック４をネットワーク電力供給１２のソースに接続するため。
又は、特に電動車両の制動ステップの間、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８によって電流発生器として使用される電気モータ３２を介してスーパーキャパシタの配列２を充電するために、スーパーキャパシタの配列２を電気負荷１０に接続するため。実際、制動ステップにおける電動車両の運動エネルギーは、既知の方法で電気エネルギーに変わり得るものであり、電気エネルギーは、スーパーキャパシタに貯蔵され、電動車両の以下の動作ステップで再使用され得る。
【００３５】
スイッチ１４及びスイッチ１６は電気機械デバイスであってもよく、また、それらは電子デバイス（例：ダイオード、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＴＲＩＡＣ、ＩＧＢＴ等）の組み合わせによって製造され得る。
【００３６】
図１の電力供給システム１は、さらに、既に上述した通り、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、且つ、その入力電圧をブースト又はバックすることにより動作するＤＣ−ＤＣコンバータ１８を含む。例えば、それはバック／ブーストコンバータであってもよく、必要に基づいてバックステップ又はブーストステップを実行するため、その動作の中で、既知の方法でマイクロコントローラ１９によって制御される。
【００３７】
負荷１０の、及び、利用可能な異なる電力供給源（すなわち、線１２、バッテリ４及びスーパーキャパシタ２）の電圧レベルは、互いに異なり、また、スーパーキャパシタの場合は充電／放電ステップの間に極めて変化しやすいため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は有効になる。
【００３８】
要約すると、ＤＣ−ＤＣキャパシタ１８は、バッテリのスタック４及びスーパーキャパシタの配列２が電気負荷１０から要求される電力を供給することを許可し、生成される電圧及び電流値に関して電気負荷１０のために最適な条件で同時に動作する機能を実行する。さらに、主電力供給線１２に存在する電圧に関わらず出力を一定値に保つために、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、バッテリのスタック４の、及びスーパーキャパシタの配列２の充電電圧を調整することによって動作する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、バッテリのスタック４によって、また、スーパーキャパシタの配列２によって供給される電流及び／又は電圧を測定する機能を、さらに実行できる。バッテリのスタック４の、及びスーパーキャパシタの配列２の動作条件をチェックするために、測定結果はマイクロコントローラ１９に送信され処理され得る。
【００３９】
図２は、本願発明の一態様による電力供給システム１をより詳細に示す。図１を参照して既に上述された電力供給システムの要素は、同一の参照番号で示され、これ以上説明されない。
【００４０】
図２を参照すると、電力供給システム１は、電力供給線１２によって吸収される高調波電流を減衰させるよう構成されるフィルタをさらに含む。このフィルタは、特に、ＬＣフィルタである。本実施形態によると、このフィルタ、特にインダクタ２３（ＬＣフィルタの誘導成分“Ｌ”を構成する）、の一部は、主電力供給スイッチ２２の端子と、電力供給システム１の中間ノード２５との間に配置される。ＬＣフィルタの容量成分“Ｃ”は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８に存在する容量成分（例えば、図２のキャパシタ６０を参照）から、又は、電気モータを制御するトラクションコンバータに存在する容量成分（図２のトラクションコンバータ３０を参照）から構成される。このようにして、ＬＣフィルタは、電気負荷１０を含むブランチと、補助電力供給アセンブリ３を含むブランチの両方に影響を与える。ＬＣフィルタは任意であり、省略したり、上述されたものと異なるように製造されたりすることもできる。
【００４１】
ここに考慮される実施形態において、電気負荷１０は、主電力供給線１２と電力が供給される電気モータ３２との間のインタフェースの役割を果たす、少なくとも１つの既知のトラクションコンバータ３０を含む。トラクションコンバータ３０及びモータ３２は、駆動チェーンを形成する。
【００４２】
プリチャージ回路２８は、伝送スイッチ１４と並列に電気的に連結し、保護素子２８ａ（例：ヒューズ）と、保護素子２８ａと直接に接続される接触器２８ｂと、接触器２８ｂと直接に接続される抵抗２８ｃとを含む。接触器２８ｂが閉の時間における抵抗２８ｃの下流のショートの場合、保護素子２８ａは抵抗２８ｃを保護するよう適合するのに対し、抵抗２８ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８に供給される電圧／電流の起こり得る振動を弱めるよう適合する。このステップの間、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の容量成分は、保護素子２８ａ及び抵抗２８ｃを介して、電力供給電圧ＶＡＬによって充電される。（ほんのわずかな秒数続き得る）プリチャージステップの終わりに、接触器２８ｂはオフになり、伝送スイッチ１４はオンになる。
【００４３】
「バックブーストコンバータ」と呼ばれる実施形態の１つとして、単なる例として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は図２に図式的に示される。図２のＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、第１及び第２の端子５０ａ´、５０ａ´´（後者は基準電圧Ｖｒｅｆ、例えばグランド基準又は負の基準電圧、と接続する）を含む。第１の端子５０ａ´は第１のスイッチ５２と接続されるのに対し、第２の端子５０ａ´´は第２のスイッチ５４と接続される。従って、第１のスイッチ５２及び第２のスイッチ５４は、電気ノード５５の領域で互いに接続される。
【００４４】
さらに、第１及び第２の端子５０ｂ´、５０ｂ´´の間で、第１及び第２のスイッチ５２、５４によって形成される直列接続と並列に、蓄電池素子６０（一般的には、キャパシタ又はキャパシタの配列）が介在する。
【００４５】
最後に、電気ノード５５はインダクタ６２と接続される。
【００４６】
第１及び第２のスイッチ５２、５４は、例えば逆導通ＩＧＢＴ素子、言い換えれば、逆並列に集められたそれぞれのダイオードにより提供されるＩＧＢＴである。
【００４７】
使用するとき、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、補助電力供給アセンブリ３が電力を電気負荷１０に供給するステップの間と、スーパーキャパシタの配列２、又は、代わりに、バッテリのスタックが充電されるステップの間との両方で使用される。明らかに、電力供給システム１は、図２で示されたタイプとは異なる、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのその他の既知のタイプを含むことができる。
【００４８】
さらに、２つの単方向ＤＣ−ＤＣコンバータが使用され得る。例えば、ブーストコンバータとバックコンバータ、又は、伝送スイッチ１４と補助電力供給ユニット３との間で接続される２つのバックブーストコンバータ。
【００４９】
図４を参照して、図１及び２の電力供給システム１が動作する方法の例について説明する。
【００５０】
図４において、ｘ座標の“ｔ”軸は時間軸であり、電力供給システム１によって実行される機能を識別する信号の時間の進行を示す。この目的のために、ｙ座標の軸は、ｋＷで示される、電力供給システム１を構成する異なる要素の間で交換される電力を示す。この図はまた、電動車両の異なる動作ステップと関連づけて電力曲線の進行を示すために、電動車両の速度（ｋｍ／ｈ）の進行を示す曲線をこれらの電力曲線に重ねて示す。
【００５１】
曲線Ｓ１は、表示の均等性を確保するために電動車両の速度を１０ｋｍ／ｈで示す。時刻ｔ０において、電動車両は駐車場にあると仮定され、その速度は０に等しい。時刻ｔ０と時刻ｔ１との間に電動車両は加速し、時刻ｔ１で７０ｋｍ／ｈの最高速度に達する。
【００５２】
曲線Ｓ２は、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間、すなわち電動車両の加速ステップの間に主電力供給線により供給される電力を示す。曲線Ｓ３は、電動車両のモータ３２によって吸収される電力を示す。
【００５３】
ご覧の通り、主電力供給線１２により供給される電力（曲線Ｓ２）は、最大値まで増加し、そして落ち着き、モータ３２によって必要とされ吸収される電力の機能に応じてその値は次第に減少する。特に、モータ３２は、時刻ｔ１に近い時刻に達するとき、電力の要求を次第に減少させる。
【００５４】
図４で分かるように、曲線Ｓ２は曲線Ｓ３の近くを進む。しかしながら、曲線Ｓ３は、モータによって吸収されるｋＷの値を、主電力供給線１２により提供されるそれぞれのｋＷの値より常に大きく保つ。実際、本願発明によると、エネルギーの要求とその消費とが最大のステップの間に電動車両のモータ３２へ付加的な電力（曲線Ｓ４）を供給するために、スーパーキャパシタの配列２に貯蔵されたエネルギーは、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間にモータ３２へ伝達される。従って、結果として、モータ３２により吸収される電力は、主電力供給線１２から引き込まれ得る電力よりも大きく、特に、スーパーキャパシタの配列２により提供される量と等しい量だけ大きい。
【００５５】
図２及び３を参照すると、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間で動作ステップが行われる間、電力供給スイッチ２２は閉である。このステップの間、スーパーキャパシタの配列２をＤＣ−ＤＣコンバータ１８へ電気的に連結するように、且つ、バッテリのスタック４をＤＣ−ＤＣコンバータ１８から電気的に分離するように、選択スイッチ１６は制御される。キャパシタの配列の電圧レベルをブーストし、結果としてスーパーキャパシタの配列２に貯蔵されたエネルギーを電気負荷１０へ伝送するため、伝送スイッチ１４はＯＮ状態に制御され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は一般的に「ブースト」モードで動作する。
【００５６】
時刻ｔ１に、電動車両は加速ステップを終了する。従って、その間に徐々に弱くなり、最低電圧値に達したスーパーキャパシタの配列２によって、モータへさらに電力を供給することは不要である。加速ステップが終了した後に、実質的に一定速度（「惰性走行（coasting）」と呼ばれる）の走行ステップ（時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時間間隔）が開始し、その間、主電力供給線１２はモータへ電力を供給しない。このステップの間、電動車両は慣性によって走行する。主電力供給線１２はモータへ電力を供給するために使用されないので、主電力供給線１２により供給される電力は、この時間間隔ｔ１−ｔ２の間、バッテリのスタック４を充電するために使用され得る。この目的のため、時刻ｔ１において、選択スイッチ１６は、スーパーキャパシタの配列２をＤＣ−ＤＣコンバータ１８から分離し、バッテリのスタック４をＤＣ−ＤＣコンバータ１８へ連結する。スイッチ２２はオンにされ、伝送スイッチ１４も同様にオンにされる。充電電流は、主電力供給線１２からＤＣ−ＤＣコンバータ１８を経由して、バッテリのスタック４へ流れる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は一般的に「バック」設定で動作する。
【００５７】
時刻ｔ２において、電動車両は制動ステップを開始する。このステップの間、モータ３２はエネルギー発生器として働く。時刻ｔ２において、選択スイッチ１６は、スーパーキャパシタの配列２をＤＣ−ＤＣコンバータ１８へ電気的に連結するよう、且つ、バッテリのスタック４をＤＣ−ＤＣコンバータ１８から電気的に分離するよう切り替わる。
【００５８】
主電力供給スイッチ２２及び伝送スイッチ１４はオンになる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は「バック」モードで動作し、電流発生器として動作するモータ３２によって提供されるエネルギーを受け取り、このようにしてそれをスーパーキャパシタの配列２へ向けて伝送し、そうすることによってスーパーキャパシタの配列２は充電される。
【００５９】
実際、曲線Ｓ４は、ｔ２とｔ３との間で負の値をとる（すなわち、スーパーキャパシタ２は電力を受け取り、エネルギーを貯蔵する）。同じ時間間隔で、曲線Ｓ３は負である。すなわち、モータは電力を吸収する代わりに発生する。モータによって提供されるエネルギーのすべてがスーパーキャパシタの配列２によって貯蔵されるとは限らない。モータから供給されるエネルギーがスーパーキャパシタの配列２の容量を超える場合、貯蔵されないエネルギーはそこから主電力供給線１２へ導入され得る。後者が受け入れ可能な場合、エネルギーは、適切なチョッパーによって挿入される適切な制動抵抗器によって熱に変わる。これは図４において曲線Ｓ２によって示され、ｔ２とｔ３との間で負の値を有する（すなわち、主電力供給線１２が電力を吸収する）。
【００６０】
時刻ｔ３において、電動車両は制動ステップを終了し、停止する（例：電車の駅において）。このステップの間に、バッテリのスタック４の充電を完了し得る。この目的のために、駐車ステップが検出されたとき、選択スイッチ１６は、バッテリのスタック４をＤＣ−ＤＣコンバータ１８へ電気的に連結し、伝送スイッチ１４を開に保つことによって、電気エネルギーを主電力供給線１２からバッテリのスタック４へ提供する（ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は一般的に「バック」モードで動作する）。
【００６１】
本願発明の一態様によると、１つのステップから次のステップへの移行は、図４を参照して説明されたことに従って、電動車両全体の制御／監視システム（例：鉄道車両の場合、ＴＣＭ  −“Train Control and Monitoring System”）、すなわち、１つのトラクション及びエネルギー貯蔵チェーンを制御するトラクション制御部（ＴＣＵ  −  “Traction Control Unit”）によって制御される。このタイプの車内制御システムは、少なくとも１つのコントローラ又はマイクロコントローラ（例：マイクロコントローラ１９）が提供される処理システムを一般的に含む。図４の動作ステップは、例えば、マイクロコントローラ１９で実行される、図５に示されるようなステートマシンのステップとして説明される。
【００６２】
図５を参照すると、ノードＮ１は、電動車両の加速ステップの間に補助電力供給をモータ３２に提供するためにスーパーキャパシタの配列２が放電される状況を表す。電動車両が加速状態にとどまる限り（そして、明らかに、スーパーキャパシタの配列がエネルギーを供給するために十分に充電されている限り）、車内制御システムはノードＮ１の条件にとどまる。
【００６３】
ノードＮ２は、バッテリのスタック４の充電状態を表す。この状態は、すでに上述した通り、電動車両が駐車しているとき、又は、一定速度の走行ステップにあるとき（電力供給電圧ＶＡＬによって供給されない、又は、最小限供給される）に発生する。電動車両がこの状態にとどまる限り、バッテリのスタック４は、主電力供給線１２から取得されるエネルギーによって充電される。電動車両が加速するよう制御される場合、ノードＮ１のステップに戻る。
【００６４】
ノードＮ３は、スーパーキャパシタの配列２が充電される状態を表す。ノードＮ１又はノードＮ２からノードＮ３への進展は、制動の存在下で、すなわち、モータ３２が電気エネルギー発生器として動作するときに発生する。電動車両の制御システムが制動を介してエネルギー発生の状態にとどまる限り、ノードＮ３の状態にとどまる。加速の存在下で、ノードＮ３ノードＮ１への移行が存在し、そうでなければ、電動車両の駐車の、又は、供給のない走行の存在下で、ノードＮ２への移行が存在する。
【００６５】
バッテリのスタック４は、例えば主電力供給線１２の一般的な障害のような特定の場合に、又は、バッテリのスタック４が電動車両の電力の唯一のソースである条件下で、電力を電動車両へ供給するために使用される。これらの場合において、バッテリのスタックによって提供されるエネルギーは、電動車両を安全な場所へ移動するために、例えば、トンネルから脱出するため又は電車の駅か街の近くに到着するために使用される。この目的のために、システムが主電力供給電圧ＶＡＬの欠如を検出し、且つ、電動車両の走行を許可するために電気モータ３２に電力を供給することが必要な場合、ノードＮ１、Ｎ２及びＮ３から、バッテリのスタック４が電気モータ３２へ電力を供給することにより放電されるノードＮ４への移行が存在する。制動ステップの間、電力供給電圧ＶＡＬが存在するか否かに関わらずノードＮ３に戻り、そうでなければ、ノードＮ３の状態にとどまる。電力供給電圧ＶＡＬが復帰するとき、必要に応じて、ノードＮ４からノードＮ１、Ｎ２及びＮ３への移行が存在し得る。
【００６６】
図６は、加速、一定速度での走行、及び制動を制御するために、特にトラクションコンバータ３０を介して主電力供給線１２と電気的に連結し、且つ、電動車両１００のトラクションシステムと動作可能なように連結する電気モータ３２と、図５のステップを実行するよう構成される、マイクロコントローラ１９を含む制御システム１０２と、上述したそれぞれの実施例に従う、図１又は図２の電力供給システム１と、を含む電動車両１００を図式的に示す。
【００６７】
電動車両は以下からなるグループから選択される：電車、トロリーバス、又は、一般的な外部電力供給ネットワークによって電力を供給される他の電動車両。
【００６８】
上述され、添付された図面に示された特徴の分析より、本願発明が達成しようとする長所を明らかに理解することができる。特に、本願発明の結果、
（ｉ）制動ステップの間に車両の運動エネルギーを車内で収穫し、スーパーキャパシタに貯蔵される電気エネルギーに変換し、以下の加速ステップにおいて再使用することによって、車両のエネルギー効率を向上させ得る。これは、コスト及び環境の持続可能性の観点における鉄道会社にとっての優れた強みであるとともに、メーカーがエネルギー消費を削減することを許す。
（ｉｉ）主電力供給線の電力のピーク及び実効電流を制限し得る。すなわち、主電力供給線の同一のピーク電力を仮定すると、鉄道車両のピーク性能を増加させ得る。これは、基幹施設に投資することなく、特に電力供給変電所をさらに開発したり増加させたりする必要なしに、メーカーが保有鉄道車両の性能を向上させる（言い換えれば、線上の車両の数を増加させる、すなわち、加速の観点からはその性能を向上させる）ことを許す。
（ｉｉｉ）電動車両は、主電力供給なしで著しい長さの経路をカバーすることが可能である。これは、車両の用途をより広くし、主電力供給線の存在と両立しない歴史的及び建築学的価値を有する場所、主電力供給線の存在しない倉庫又は修理店、基幹施設で実施される保守作業により電力が供給されない主電力供給線の区域、例えば主電力供給線の電力供給故障の場合、乗客を安全に外に出すために車両をトンネルの外へ出し駅に到着することを許す緊急走行、及び、主電力供給線の凍結した小区域を含む経路で使用されることを許す。
【００６９】
スーパーキャパシタの配列は、電動車両の１回の制動で収穫されるエネルギーを貯蔵することができるようなサイズにすることができる。このエネルギーは、電動車両が駐車している限りスーパーキャパシタに保持され、加速ステップの間に速やかに供給され、結果としてスーパーキャパシタを初期の「放電」状態に戻し、以下の制動ステップのエネルギーを貯蔵する準備がなされる。このエネルギー交換は、極めて短い時間（約１０秒）の間の関連のあるピーク電力（電動車両次第で、約数百ｋＷ）によって特徴づけられ、従って、適度なエネルギーを有する。結果として、スーパーキャパシタは、適度な重みの部品の関連するピーク電力を吸収する／供給する能力のおかげで、非常に便利であると分かる部品である。
【００７０】
他方で、バッテリのスタックは、主電力供給線の電力供給がない場合に車両を動かすために必要とされる大量のエネルギーを貯蔵するためのサイズである。この走行モードは低速で起こるので、必要とされる充電電力は制限される。他方で、バッテリは相対的に短時間で、電動車両のすべての「惰性走行」（一定速度で走行すること）及び駐車ステップ（例えば、２つのバッテリ走行ステップの間で生じる）を利用して充電され得る。通常の加速及び制動のサイクルの間、バッテリは環境発電を実行するために使用されないため、バッテリによって供給され得る制限された比電力（specific power）は重要なサイズの制限を構成せず、それらの比エネルギー（specific energy）は全部利用され得る。同様に、バッテリが経験する充電及び放電サイクルの数は、スーパーキャパシタが受けるそれよりも非常に少なく、それらの耐用期間の間に許される制限された数に対応する。
【００７１】
鉄道車両に一般的に存在する低電圧の車内サービスのバッテリとは違って、本願発明の実施態様に従って使用されるリチウムバッテリは、トラクション回路へ（言い換えれば、電気モータ３２へ）接続され、そして、従って、それらはガルバニック絶縁を確保するために動作する充電器を必要としない。従って、リチウムバッテリの充電／放電曲線を温度にも応じて実行することは可能なので、スーパーキャパシタ（言い換えれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８及びスイッチ１６）とのエネルギー交換のために使用される電力回路はまた、バッテリからの電力を充電／入手するためにも使用される。特に、多くのスペースを占めるコンバータの部品であるインダクタ６２は、重く高価であり、ユニークであり、スーパーキャパシタの充電／放電モードとバッテリの充電／放電モードとの両方で動作する。
【００７２】
最後に、添付の図面を参照して上述された特徴は、添付された特許請求の範囲に記述される本願発明の保護の範囲をこの理由により超えることなく、変更及び変形され得る。
【００７３】
例えば、バッテリのスタックによって及び／又はスーパーキャパシタ２によって生成される電圧レベルが、電気負荷１０が電力を直接供給されるような場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は一方向のコンバータであり、バッテリのスタック／スーパーキャパシタ２を充電するために（逆もまた同様に）、ネットワーク電圧ＶＡＬの及び負荷１０により生成される電圧の変換を行うように適合する。さらに、ネットワーク電圧ＶＡＬ及び負荷１０により生成される電圧が、バッテリのスタック／スーパーキャパシタ２を充電するためにＤＣ−ＤＣ変換を必要としない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは省略され得る。
【００７４】
特に、バッテリのスタック４は、例えばリチウム、鉛、ＮｉＣｄ、ＮｉＭＨ、ＺＥＢＲＡ又は他の、全ての利用可能な技術のバッテリを含み得る。同様に、スーパーキャパシタの配列はウルトラキャパシタによって置き換えられ得る。
【００７５】
一般的に、補助電力供給アセンブリ３は、第１の蓄電池モジュール（上述されたスーパーキャパシタの配列２に対応）、及び、第２の蓄電池モジュール（上述されたバッテリのスタック４に対応）を含む。２つの蓄電池モジュールのそれぞれの電圧値は、ある制限内で、線間電圧と調和するよう適切に決定され得るが、バッテリモジュールは充電及び放電ステップの間にあまり変わらない電圧を有するのに対して、スーパーキャパシタは充電及び放電ステップの間に大きな電圧変動、例えば５０％の変動、を受ける。さらに、図７は、現在市場で入手可能ないくつかのスーパーキャパシタ及びバッテリの性能の電力密度−エネルギー密度図を示す。例えば、電力は重量単位で供給／吸収されるものとして考慮され、エネルギーは重量単位で貯蔵／解放されるものとして考慮される。
【００７６】
本願発明によると、重量と、占めるスペースと、電力供給及び環境発電システムのコストとを最小化するために、第１の蓄電池モジュールは、その低いエネルギー密度を受け入れるために、高電力密度を供給しなければならず、且つ、その耐用期間に多くのサイクルを可能にしなければならない。反対に、第２の蓄電池モジュールは、その低い電力密度（すなわち、第１の蓄電池モジュールにより提供される電力密度より低い）と、その耐用期間に少数の充電／放電サイクルを担う能力（すなわち、第１の蓄電池モジュールが担い得る充電／放電サイクルの数より少ない）とを受け入れるために、高いエネルギー密度（第１の蓄電池モジュールにより提供されるエネルギー密度より高い）を供給しなければならない。
【図１】
0006717826.tif 000002
【図２】
0006717826.tif 000003
【図３Ａ】
0006717826.tif 000004
【図３Ｂ】
0006717826.tif 000005
【図３Ｃ】
0006717826.tif 000006
【図３Ｄ】
0006717826.tif 000007
【図４】
0006717826.tif 000008
【図５】
0006717826.tif 000009
【図６】
0006717826.tif 000010
【図７】
0006717826.tif 000011