(57)【要約】  モバイルキャパシターの静電容量を活用する方法として、モバイルキャパシターを並列に接続して充電し、直列に接続して電力を出力する。キャパシターがいくつかのステージにグループ化され、第１ステージでは、複数の相互接続されたキャパシターからなるグループが形成され、第２ステージでは、第１ステージからの複数のグループが相互接続されて追加のグループを形成し、さらなるステージでは、それぞれのケースで、それぞれ先行する各ステージのグループが相互接続されて追加のグループを形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイルキャパシターの静電容量を利用する方法であって、前記モバイルキャパシターは充電のために並列に接続され、電流を出力するために直列に接続され、前記キャパシターはいくつかのステージにグループ化され、第１ステージでは、複数の相互接続されたキャパシターからなるグループが形成され、第２ステージでは、前記第１ステージからの複数のグループが相互接続されて追加のグループを形成し、さらなるステージでは、先行する前記各ステージのグループが相互接続されて、それぞれのケースで追加のグループを形成することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記グループは、それぞれ３つの相互接続されたキャパシターまたはグループからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１に記載のモバイルキャパシターを充電する方法を実行するためのシステムであって、グループを形成するように相互接続された複数のキャパシターと、前記キャパシターを直列または並列に交互に接続するための接続装置と、を特徴とするシステム。
【請求項４】
複数のグループがそれぞれのケースで多段に相互接続されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記キャパシターおよびグループを接続するためのリレーを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記リレーは３極リレーであることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文によるキャパシターの静電容量の活用度を改善するための方法、およびこの方法を実行するための請求項３による装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の従来技術によれば、電気自動車は、主に、移動するために必要な電力を電気化学ベースの蓄電池から得ている。電力貯蔵素子は、現在、最大のエネルギー密度を有するものであり、したがって、それらの重量に基づいて電力の最大の範囲が与えられる。同様にすでに車両で使用されている他の蓄電器は容量性蓄電器であるが、現在は蓄電池のエネルギー密度の約１０％にしか達していないため、頻繁に再充電可能な場合にのみ使用できる。
【０００３】
蓄電池の高エネルギー密度の利点は、長い充電時間、比較的短い寿命など、いくつかの重大な欠点に直面している。この点で容量性蓄電器には利点がある。ただし、容量性蓄電器の充電時間が、たとえば蓄電池の充電時間よりもはるかに短いとしても、蓄電量が少ないという欠点を補うには十分ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、キャパシター、特に車両内の移動式ウルトラキャパシターおよび擬似キャパシターの静電容量の活用度を改善することであり、その結果、キャパシターのエネルギー密度が比較的低いことは、もはや不利益を構成しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、これは、請求項１および３の主要な特徴によって達成される。
【０００６】
従属請求項に記載された特徴によって好ましい実施形態は特徴付けられる。
【０００７】
本明細書において、「キャパシター」という用語は、異なる技術を有するすべてのタイプの容量性エネルギー貯蔵器、特に、原則として電気自動車を駆動するのに適した、１０００Ｆ以上の範囲の大きな静電容量を有するものを指す。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面に基づいて以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】リレーによって直列ａ）または並列ｂ）に接続された３つのキャパシターを示す。
【図２】複数ステージのキャパシターグループの接続を示す。
【図３】３極リレーの概略図である。
【図４】３極リレーによって接続された３つのキャパシターを示す。
【図５】に複数のキャパシターグループの接続を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ウルトラキャパシターや擬似キャパシターなどの高出力コンデンサーは、通常２．７ボルト以下の電圧を提供する。つまり、電気自動車の駆動やその他の応用には低すぎる。より高い電圧を達成するために、複数の充電されたキャパシターを直列に接続して電荷を取り出す必要がある。しかしながら、直列に接続された複数のキャパシターが充電される場合、それらの全体の静電容量は、最小の独立した静電容量よりも小さい。したがって、直列に接続されたキャパシターは、これらの個々のキャパシターのそれぞれが保持できる電荷の一部しか保持することができない。つまり、直列に接続されたときに所望の大きさの電圧を提供する必要がある複数のキャパシターを完全に充電するために、すなわち実際に利用可能な静電容量を完全に使い切るために、当該複数のキャパシターを充電目的で並列に接続する必要がある。
【００１１】
したがって、複数のキャパシターを直列または並列に接続する接続装置が必要である。このような接続装置は、たとえば、市販のリレーである。以下の説明では、リレーによって直列または並列に接続できる複数のキャパシターからなるグループを「相互接続」と呼ぶことがある。複数の個々のキャパシターの相互接続を可能にするのと同じ方法で、キャパシターのグループを相互接続することも可能である。
【００１２】
以下に説明する多段のグループ接続の実施形態により、必要なすべてのパラメータに関して最大の柔軟性が可能である。図１に示す第１ステージでは、３つのキャパシター１がグループを形成する度に接続されており、以下では「第１ステージのグループＧ１」または単に「グループＧ１」と呼ぶ。図１ａに示すように、電荷を取り出すために上記のキャパシターが直列に接続されている場合、８．１ボルトの電圧を提供する。図１ｂのように並列に接続すると、上記のキャパシターを完全に充電することができ、たとえば２．７ボルトの電圧まですべて充電することができる。充電用の並列と電力出力用の直列の切り替えは、４つの独立した従来型のリレー２、または４接点リレーによって行われる。
【００１３】
図２ａに示される第２ステージでは、第１ステージの３つのそのようなグループＧ１は、追加のグループＧ２を形成するために、４つの個々のリレー３、または４接点リレーによってそれぞれ３つのキャパシター１に接続される。したがって、この追加のグループＧ２は、直列に接続された９つのキャパシターで構成され、キャパシターの充電状態に応じて最大２４．３ボルトを供給する。一部のキャパシターが直列に接続され、一部が並列に接続されている場合、異なる電圧を取り出すことができる。
【００１４】
図２ｂは、追加のグループＧ３を形成するために、第２ステージに形成された３つのグループＧ２が４つの個々のリレー４、または４接点リレーによって相互接続される第３ステージを示す。わかりやすくするために、この表現ではグループＧ１をブロックとして示している。したがって、第３ステージのこの追加のグループＧ３は、２７個のキャパシターで構成され、キャパシターの充電状態に応じて最大７２．９ボルトを供給することができるが、他のさまざまな電圧を供給することもできる。
【００１５】
図２ｃは、追加の第４グループＧ４を形成するために、第３ステージに形成された３つのグループＧ３が４つの個々のリレー４、または４接点リレーによって相互接続される第４ステージを示す。ここではグループＧ３をブロックとして示している。第４ステージのこの追加のグループＧ４は、８１個のキャパシターで構成される。
【００１６】
各ステージでは、基礎となるステージの３つ以上のグループを組み合わせてグループを形成することもできる。グループを形成するには、それらを接続するためにより多くのリレーを必要とする。１極リレーの個数を表すＲを、式Ｒ＝（Ｃ−１）×２に従って、使用されるキャパシターの個数であるＣを用いて求めることができる。これはデバイス全体に適用される。
【００１７】
図２では、すべてのリレーが接続位置に示され、すべてのキャパシターが並列に相互接続されている。すべてのリレーが直列に接続されている場合、それらは第４ステージで２１８．７ボルトの最大電圧を提供する。いくつかを並列に接続し、いくつかを直列に接続すると、さまざまな低い電圧値を得ることができる。
【００１８】
あるいは、他の最大電圧および電圧ステップが達成されるように、３個よりも多くの、すなわち４個、５個、あるいはそれ以上のキャパシターまたはグループを各々の独立したステージにおいて相互接続することができる。個々のステージでそれらを異なる方法でグループ化することもできる。つまり、第１ステージで３つのキャパシティーを接続して第１グループＧ１を形成し、次に追加の各ステージで５つのグループＧ１、Ｇ２などを接続して追加のグループを形成するといったことも可能である。
【００１９】
各グループ内で、接続タイプは常に同じ、つまり、並列または直列のいずれかであることが必要となる。さらに、常に同じ個数の要素をステージ内に提供する必要がある。つまり、すべての第１グループＧ１に同じ数のキャパシターを提供し、第２ステージの第２グループＧ２に同じ数のグループＧ１を提供することが必要となる。
【００２０】
とりわけ、１つのステージのすべてのグループに同じ個数の要素が提供されるという条件は、欠陥のあるキャパシターを使用停止にするために非常に重要であり、以下ではまだ説明しないが、特別なリレー構成または第２ステージにおける３極リレーの使用を必要とする。これらのリレー構成または変形は、任意に第１ステージで使用することもできる。
【００２１】
第１ステージにおいて、グループを形成する度に少数の、たとえば、３つのキャパシターを単に接続することは、個々のキャパシターが欠陥により故障した場合に必要な対策の点で有利である。１つのグループＧ１の個々のキャパシターに障害が発生した場合、欠陥のあるキャパシターを含むグループＧ１を次のステージでオフにする必要がある。さらに、グループＧ１を他のすべてのグループＧ２で「オフライン」にし、すべてのグループＧ２を並列に切り替える必要がある。Ｇ１を含む他のステージのグループがどのように接続されているかは重要ではなく、それは電子制御システムによって選択される。
【００２２】
１つのグループ内の相互接続されたキャパシターの数が少ないほど、個々のキャパシターの欠陥が原因でグループが故障する確率は下がる。グループＧ２内の要素の数が多いほど、「オフライン」になるキャパシターの割合は少なくなる。
【００２３】
直列と並列とを切り替えるために使用されるリレーは、デフォルトの位置で、つまり電機子に電圧がない状態で、キャパシターまたはグループが直列に接続されるように（つまり、図１．ａに示すように）接続されることが好ましく、電機子に電圧がある場合は並列に接続されることが好ましい。これには、たとえば導電性になった欠陥のあるキャパシターがシステム全体に与える損傷を、最小限に抑えるという利点がある。欠陥のあるキャパシターを直列に接続すると、電力は単にそれらを通って流れ、キャパシターの誘電体への損傷を増大させるが、他のキャパシターには影響を与えないか、ほとんど影響を与えない。欠陥のあるキャパシターを並列に接続すると、それらのグループの他のキャパシターおよびデバイス全体に対して短絡のように作用し、重大な破壊を引き起こす。したがって、デバイスは非アクティブ化されるが、フェイルセーフではない。まだ説明されていない３極リレーは、フェイルセーフを達成するのに有利であり、したがって、使用することが好ましい。
【００２４】
いくつかの例として上で述べたさまざまな接続の変形例は、複数の異なる電圧ステップを提供することを可能にする。これらはグループの追加の直列接続によって必要な出力電圧を利用可能に保ち、総電荷が減少するにつれて重要になる。
【００２５】
キャパシターは、バッテリーとは異なる放電曲線を有している。利用可能な電圧は、蓄えられた電荷に実質的に比例する。つまり、まだ半分の電荷が残っているキャパシターは、完全に充電されたときに利用可能な電圧の半分の電圧を持つ。しかし、電力消費機器は通常、均一な、すなわち可能な限り一定の、または挿入されたＤＣ−ＤＣインバーターを用いて、遵守すべき電圧帯域幅を必要とする。インバーターは「電圧の供給」を必要としており、これは特定の帯域幅にあり、通常は特定の係数を超えて変化することはなく、多くの場合、３倍も変化しない。これにより、実際の使用に不可欠な電圧ステージ、つまり、動作中の適応、すなわち切り替えを可能にする電圧ステージが実現する。ここで説明するデバイスは、まさにこの特性を備えている。上記のグループは、いつでも切り替えができるように接続可能である。これは、使用するインバーターに、必要な電圧を継続的に供給可能であることを意味する。したがって、電力消費機器に電力を供給するために、キャパシターの充電状態および負荷に応じて、常に適切な供給電圧をインバーターに供給することができる。
【００２６】
たとえば、２４ボルトのモーターを運転する場合、キャパシターまたはグループは、最初、３つのステージが並列に接続され、１つのステージが直列に接続される。電荷が減少するにつれて、より多くのステージが並列接続から直列接続に変更される。この例では、第１ステージにグループＧ１として約２４ボルトを超える電圧の９つのキャパシターが直列に接続されている。すなわち、Ｇ１は９つの要素を含んでいる。また、グループＧ２、Ｇ３、およびＧ４は、この例ではそれぞれ３つの要素またはサブグループを含むことを意図している。したがって、このデバイスは９  ｘ  ３  ｘ  ３  ｘ  ３  ＝  ２４３個のキャパシターを含んでいる。
【００２７】
Ｇ１が直列に切り替えられ、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４が並列に切り替えられた場合、２４．３ボルトの出力電圧が利用可能になる。次に、電力の消費中にキャパシターが３３％まで放電し、それによって７．２ボルトが印加されるようになると、直上にある３つのグループの１つまたは１つのステージだけを並列から直列に切り替えることで、２４ボルトの出力電圧を再び達成できる。したがって、このデバイスは、２つのステージにおける２つのグループによる「並列」接続タイプと２つのステージにおける「直列」接続タイプで構成される。さらに放電して再び７．２ボルトに達した場合、２４ボルトをもう一度提供できるようにするには、追加のグループまたはステージを並列から直列に切り替えるだけでよい。
【００２８】
もちろん、すべてのステージまたはすべてのグループが直列に接続されている場合、完全に充電されたときに印加される電圧は６５６．１ボルトになるだろう（２．７ボルトの２４３個のキャパシター  ＝  ６５６．１ボルト）。これらがすべて直列に接続され、グループが７．２ボルトの電圧に達した場合、絶対的には、キャパシターは依然として１％の残留電荷を持っていることを示している。これは、静電容量のほぼ９９％が使用されており、直列充電による静電容量の損失がないことを示している。
【００２９】
このタスクでは、５つのキャパシターのグループが第１ステージにおける適切な解となる。これは、電圧のステップは少ないが幅が広く、目的のターゲット電力消費機器電圧に近いからである。
【００３０】
別の実施形態によれば、ＤＣ−ＤＣステップアップコンバータとも呼ばれるＤＣ−ＤＣインバーターが、電圧を増幅または上昇させて電力消費機器に同じ電圧を絶えず提供することができるようにするために使用される。ＤＣ−ＤＣインバーターの効率は約９０％である。ＤＣ−ＤＣインバーターは、可変入力電圧を用いて一定に規定された出力電圧を保証し、より高い入力電圧から一定に規定された低レベルの出力電圧を提供することができまる。後者は、モバイルユニットの充電に使用できる。これには、次の利点がある。
【００３１】
並列に接続されたキャパシターのグループは、直列に充電することができ、電子ポンプと捉えることのできるＤＣ−ＤＣインバーターによって互いに分離されているため、全体の静電容量の点で損失を被ることはない。その結果、充電ケーブルに印加される電圧が相当高くなる可能性があり、これは、より高速な充電とより少ない伝送損失をもたらす。一定の制限内で、ＤＣ−ＤＣインバーターの入力電圧として選択された２．５ボルト以外のより高い値によっても、この恩恵を受けることができる。
【００３２】
負荷がかかると、セルが提供する電圧は、電力消費機器に引き出される電力に比例して減少する。逆に、セルには負荷が停止すると「回復」するという特徴がある。つまり、印加される電圧は、時間の経過とともに、以前の負荷がかかっていたときよりも高いレベルに再び上昇する。従来の化学電池もこのような挙動をするが、その程度ははるかに小さいため、通常、この影響は無視される。この効果は、「スーパーキャパシター」や「ウルトラキャパシター」よりも擬似キャパシターにおいて若干顕著である。
【００３３】
「電圧ステップ」を使用できるため、エネルギー貯蔵器は電力消費機器に「適応」する。本発明の別の有利な要素は、３極リレーである。
【００３４】
通常の接点リレーは、アイドル位置の入力端子を２つの動作端子の一方に接続する（ＮＣは「通常接続（Ｎｏｒｍａｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」）。制御端子に電圧が印加されると、入力端子は他方の動作端子に接続される（ＮＯ  ＝「ノーマルオープン（Ｎｏｒｍａｌ  Ｏｐｅｎ）」）。
【００３５】
図３に示す３極１接点リレー１０は、２極リレーと同じように２つの動作端子６、７で構成されているが、どちらもアイドル状態で入力８に接続されておらず、中央位置にある（図３ｂ、フェイルセーフ位置）。この位置では、入力端子は中央の追加の出力端子９に接続されている。制御端子に正の電位差を印加することにより、入力は図３ａに示すように動作端子６に接続され、負の電位差が印加されると、図３ｃに示すように動作端子７に接続される。
【００３６】
あるいは、正の逆電位差のみを印加できるようにリレーを設計することもできるが、これらはマイクロエレクトロニクスによって制御される方法で同時に除外される。ただし、それでもこれが発生した場合、両方の信号がキャンセルされ、リレーが中央位置に留まるため、設計は「フェイルセーフ」と言えるだろう。
【００３７】
すべてのケースにおいて、接点は２つのばね要素によって中央位置に移動され、制御電圧が印加されていない場合はそこに保持される。
【００３８】
図３ｄは、それぞれの接続タイプを回路図として示している。
【００３９】
デバイスが現在入手可能な部品を使用して、または上記の理論的考察に従って設計されている場合、次の問題が発生するであろう。すなわち、１つのステージのすべてのリレーをミリ秒台の同時間内に切り替えなければならず、具体的にはその時間内に、（図３）電機子またはコイルのアクティブ化（または非アクティブ化）によって接点が出力端子６から離れるか出力端子６との接触を断ち、他の出力端子７へのルートを移動し、そこで端子７への接続を形成することになる。これは非常に短い時間枠であり、デバイス内のすべてのリレーがこれを十分に迅速に実行する可能性は非常に低い。つまり、最初のリレーが端子７と接触する前に、最後のリレーが接点６との接続を遮断する。したがって、たとえＦｉｎｄｅｒ社のマスターアダプターを使用している場合でも、このような装置ではスイッチングプロセス中に大きな故障電流が発生することがある。
【００４０】
これらは常に相互接続されているため、システム全体のみを測定でき、個々のグループやキャパシターを測定することができない。これは、リレーやキャパシターなどの部品の特性が変化しても検出できないということであり、大きな問題である。故に、キャパシターやリレーが故障した場合などの緊急事態に、介入することのできる機会がない。
【００４１】
したがって、実際に実装されたデバイスには、次の特徴を与えた。
【００４２】
a.      リレーがどちらの端子出力（図３の６または７）にも接触しない時間は、任意の長さにすることができ、自由に選択できる。
【００４３】
b.      個々のキャパシターおよび個々のグループＧ１、Ｇ２などは、システムの他の部分から完全に分離できる。
c.      障害のある部品をデバイスから取り出すことができる。そして、
d.      デバイスには、緊急事態を検知して処理するためのオプションを備える。
【００４４】
これは、３極リレーの第３の位置によって可能になる。第３の位置を以下では中央位置と呼ぶことがある。具体的に言うと、スイッチを並列から直列に切り替える場合、第１のステップですべてのリレーがこの状態になるまでスイッチは並列から中央位置に切り替えられ、次に第２のステップでのみ、スイッチは直列に切り替えられるということである。したがって、直列から並列への切り替えも２ステップで行われる。これにより、個々のキャパシターまたはグループは、リレーの中央位置にあるため、システムの他の部分から完全に分離して個別に測定することができ、その結果、障害のある部品が認識され、システム全体を最大限に制御することが可能となる。
【００４５】
従来の「２極リレー」に関する上記の理論的考察とは異なり、３極リレーを使用するデバイスでは、各グループ内にさらに２つのリレーを必要とする。これは、次の考察に基づいている。上記の理論的考察では、リレーは接続タイプを切り替え可能にすることを主目的としてキャパシター間で使用されるが、ここでは、キャパシターをシステムの他の部分から分離し、制御可能にすることを主目的としてキャパシターの前後で使用される。
【００４６】
実用的および経済的な考察は、第２ステージ、つまりグループＧ２でのみ３極リレーを使用することを提案する。これは、次の条件に関連している。第２ステージでは、３極２接点リレーを使用できることが好ましい。第２ステージ以外の他のすべてのステージでの各スイッチングプロセス中に、第２ステージのリレー２は最初に中央位置に移動され、次に実際のスイッチングプロセスが行われ、次に第２ステージが前の位置に戻される。グループＧ１（およびＧ３、Ｇ４など）の中では、２接点（または４接点あるいはｎ個のキャパシターの場合はｎ＊２接点）を使用する必要がある。個別に使用される１接点リレーとは異なり、それらが常に入力端子と出力端子の間の同じ位置にあることがその理由であり、これはそれらの設計によって保証されている（図１）。
【００４７】
これらの条件により、すべてのグループＧ１は、スイッチングプロセス中にシステムの残りの部分から分離される。これは、リレーのスイッチング時間が異なっても何も起きないことを意味している。したがって、従来の２極２接点リレーは、第２ステージを除く他のすべてのステージで使用できる。したがって、デバイス全体は本質的にフェイルセーフである。
【００４８】
図４は、図１に示した配置に従って３極リレーで接続された３つのキャパシターを示す。グループＧ１を接続するには、このようなリレーが６個必要となる。
【００４９】
図５は、図２ａに示した配置に従ってグループＧ２を形成するために６つの追加の３極リレーによって接続された３つのグループＧ１を示す。追加のステージのグループは、最初に説明した実施形態と同じ方法で接続される。
【００５０】
そのような３極リレーが本発明の文脈内で使用される場合、アイドル位置において入力端子は、個々のキャパシターを測定し、欠陥のあるキャパシターを除外するために１つのグループＧ１内で使用可能な追加のさらなる出力端子に接続される。そして充電ステーション（つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ）との接続のためにグループＧ１間で使用することができる。
【００５１】
したがって、追加の中央位置を使用して、充電状態、発生した電荷の受け入れ（つまり、蓄積すべき電荷を実際に蓄積するか否か）、および内部抵抗、静電容量、または実際に提供される静電容量、すなわち劣化過程の段階など、他の個々の値に関して、個々のキャパシターを測定したり、キャパシターを任意に非稼働中としてマークしたり、短絡動作などの緊急事態（物質的なエラーまたは疲労によって引き起こされる）においてグループ全体をオフラインにしたりするために、使用することができる。さらに、中央位置では、個々のグループを、他のグループとは独立して、充電したり、測定したり、（事実上または実際に）非可動と見なしたりすることができる。
【００５２】
中央位置により、グループを個別に充電することができる。つまり、グループを互いに分離することができる。これは並列充電を必要とし、さらに充電プロセスを高速化する。
【００５３】
図４は、図１に示した配置に従って３極リレーで接続された３つのキャパシターを示す。グループＧ１を接続するには、これらのリレーが６個必要となる。
【００５４】
図５は、図２ａに示した配置に従ってグループＧ２を形成するために６つの追加の３極リレーによって接続された３つのグループＧ１を示す。グループは、追加のステージにおいて、最初に説明した実施形態と同じ方法で接続される。
【００５５】
本発明の文脈内での最適な使用のために、これらの３極１接点リレーを６つ、または３極６接点リレーを１つ、それぞれのケースで第３のグループに統合する。後者を使用すると、単一の３極６接点リレーを使用して、３つのキャパシターで構成されるグループの直列と並列の切り替えが可能となる。このようなグループＧ１は、３本の接続ケーブル、具体的にはキャパシターグループの正と負のケーブル（０〜２．５Ｖ並列、０〜７．５Ｖ直列）、リレー電源ケーブル（１２Ｖ）、およびリレー用の制御ケーブル（−５、０または５ボルト）を備える。
【００５６】
通常、２極４接点リレーが標準であり、したがって、３極４接点リレーは簡単に実装できるだろう。
【００５７】
充電プロセスは、従来の電源によって、すなわち、たとえば２．５ボルトの、必要な充電電圧を提供する充電装置によって行うことができる。あるいは、その内容が本明細書で明示的に参照されている並行特許出願ＣＨ…に記載されている方法および装置を使用して、充電を行うことができる。キャパシターによるこの充電方法は、かなり効率的で、かなり多くのエネルギーを節約し、したがって、発熱する制御機器を使用する必要がない、または使用しないため、かなり環境に優しい。さらに、最適に調整すると大幅に高速化する。
【００５８】
第２ステージのグループＧ２では、各グループＧ１に、充電状態または非充電状態のために独自のリレーが与えられる。後者は、障害が発生した場合、つまりキャパシターに欠陥があり、関連するグループが「オフライン」になった場合に発生する。Ｇ１グループでは、すべてのキャパシターが並列に接続されており、測定または充電に備えている。
【００５９】
Ｇ１グループは動作中であるとマイクロチップが判断した場合、充電制御リレーがアクティブになり、充電できる。それ以外の場合、充電制御リレーは開いたままである。
【００６０】
第２ステージのＧ２グループでは、すべてのＧ１グループが結合されるため、たとえば、それぞれが３つのＧ２グループで構成されるＧ３グループが３つのケースでは、デバイス全体で合計９ユニットが充電される。追加のステージがある場合、当該グループは、それぞれのケースでトップステージの下のステージにおいて結合される。
【００６１】
これらのＧ２グループは、充電機器またはキャパシターによって充電できる。最初のケースでは、充電ステーションへの充電ケーブルは２本の芯線を含んでおり、車両への独自の接続ソケットを有している。２番目のケースでは、９本の２芯ケーブル、データライン、および同様に独自の接続ソケットを備えている。どの種類が機能するかは、使用する充電ステーションのタイプによって決まる。
【００６２】
充電ステーションが交流を提供する場合、仕様に準拠するために、電圧コンバータを含むことのある整流器が、充電ケーブルとＤＣ−ＤＣコンバータとの間に接続される。
【００６３】
キャパシター充電ステーションの場合、各Ｇ２グループは充電ステーションの充電制御ユニット（ＣＣＵ）に直接かつ常時接続される。
【００６４】
最初のステップでは、デバイスのコントローラーは、キャパシターの静電容量がどれだけ大きいか（すべて同一の場合）、Ｇ２グループ内でオンラインになっているキャパシターがいくつあるか（すべてが並列に接続されている場合）、および９本のラインのうちどれに接続しているかを、充電ステーションに通知する。
【００６５】
したがって、将来、最大許容電圧の高いキャパシターが市場に出回る場合を除いて、充電ステーションには必要なすべての情報を有しており、この情報も伝達する必要がある。
【００６６】
２番目のステップでは、充電ステーションがそれぞれのケースで９本のラインに印加される電圧を測定する。これらの電圧同士の差が大きすぎる場合はトラブルシューティングのルーチンが起動し、そうでなければ充電が開始される。
【００６７】
得られたデータを使用して、ＣＣＵは「理想的な」キャパシターを選択し、それぞれを充電ケーブルに接続する。充電用キャパシターが空になった場合、つまりその役目を終えた場合、それは充電ケーブルから取り外され、次の充電用キャパシターが選ばれて充電ケーブルに接続される。
【００６８】
この目的のために、それぞれのケースで３６個のキャパシターを排他的に操作できるよう、ＣＣＵは大電流を切り替えるソリッドリレーと、たとえば、古い電話システムで使用されていた４つの回転式ダイヤルのグループを必要とする（１つのダイヤルユニットは１０個の端子を有し、９個の端子にはキャパシターが１つずつ接続され、１０個目の端子は空きの「非接続」である）。
【００６９】
したがって、ＣＣＵは車両のＧ１グループを３％ステップで充電できる。
【００７０】
車両に取り付けられたキャパシターの静電容量にもよるが、所定の電荷、たとえば８０％を超えるあたりから、個々の充電用キャパシターの物理的な最大静電容量に達するため、複数の充電用キャパシターからなる「等価」の充電用キャパシターが使用されることがある。
【００７１】
充電ステーションが静電容量の異なるキャパシターを使用して車両を充電する場合、ＣＣＵはそれに対応してより多くの回転式ダイヤルとそれに接続された（静電容量の異なる）充電用キャパシターを備える必要がある。
【００７２】
充電用キャパシターのマイナス端子は直接相互接続される。充電用キャパシターは、ツェナーダイオードを使用して直列に充電されたり、並列に充電されたり、回転式ダイヤルを介して充電されたりする。
【００７３】
据え置き型のキャパシターによるモバイルキャパシターの充電は非常に高速であり、非常に高い効率を有している。
【図１ａ）】
2022502868.tif 000003
【図１ｂ）】
2022502868.tif 000004
【図２ａ）】
2022502868.tif 000005
【図２ｂ）】
2022502868.tif 000006
【図２ｃ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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