(57)【要約】  本発明は、特に自律型電気またはハイブリッド移動体に供給するための容量効果による電気エネルギー貯蔵の分野に含まれる。本発明は、再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスに関し、すなわち、異なるエネルギー貯蔵モジュール間の内部接続を変更することができる再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスに関する。  本発明に係るデバイス（１００）は、  Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュール（１１１〜１２２）であって、ＭおよびＮは真に正の自然数であり、各貯蔵モジュールは、陰極端子と陽極端子との間で容量効果によって電気エネルギーを貯蔵可能である、Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュール（１１１〜１２２）と、  それ自体の端子によって異なる組み合わせでＭｉ×Ｎｉ個の貯蔵モジュールを接続することを可能にするために配置されるコンタクタ（１３１〜１４０）であって、インデックスｉによって示される各組み合わせは、並列に接続されるＭｉ個の分枝（１５１〜１５３）を含み、各分枝は直列に接続されるＮｉ個の貯蔵モジュールを含み、Ｍｉ×Ｎｉ≦Ｍ×Ｎである、コンタクタ（１３１〜１４０）と、  並列に接続される分枝の端を各組み合わせで接続することが可能な陽極電気接続端子（１０２）および陰極電気接続端子（１０１）と  を含む。公開図：図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュール（１１１〜１２２）であって、ＭおよびＮは真に正の自然数であり、各貯蔵モジュールは、陰極端子と陽極端子との間で容量効果によって電気エネルギーを貯蔵可能である、Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュール（１１１〜１２２）と、
それ自体の端子によって異なる組み合わせでＭｉ×Ｎｉ個の貯蔵モジュールを接続することを可能にするために配置されるコンタクタ（１３１〜１４０）であって、インデックスｉによって示される各組み合わせは、並列に接続されるＭｉ個の分枝を含み、各分枝は直列に接続されるＮｉ個の貯蔵モジュールを含み、Ｍｉ×Ｎｉ≦Ｍ×Ｎである、コンタクタ（１３１〜１４０）と、
並列に接続される前記分枝の端を各組み合わせで接続することが可能な陽極電気接続端子（１０２）および陰極電気接続端子（１０１）と
を含む再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２】
前記コンタクタ（１３１〜１４０）は制御されたコンタクタである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）の少なくとも１つの組み合わせについて、各分枝（１５１〜１５３）が前記陽極電気接続端子（１０２）および／または前記陰極電気接続端子（１０１）から絶縁される絶縁位置をとることができるために配置される安全コンタクタ（１００１）も含む請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記安全コンタクタ（１００１）は制御されたコンタクタである、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュール（１１１〜１２２）は、それらの端子で完全に同一の最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘを持ち、完全に同一の静電容量を持つ、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記コンタクタ（１３１〜１４０）は、各組み合わせについて、分枝の数と各分枝中の貯蔵モジュールの数との積Ｍｉ×Ｎｉが前記再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイス（１００，２００，８１０）中の貯蔵モジュールの数Ｍ×Ｎに等しいように配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記コンタクタ（１３１〜１４０）は、異なる組み合わせ間で、各分枝中の貯蔵モジュールの最大数Ｎｍａｘが各分枝中の貯蔵モジュールの最小数Ｎｍｉｎの３倍以下であるように配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールのうちの第１の貯蔵モジュールの前記陰極端子と、前記第１の貯蔵モジュールと同一であるか、これとは異なる、前記Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールのうちの第２の貯蔵モジュールの前記陽極端子との間の制御電圧を測定するために配置される測定ユニット（２０１）と、
前記制御電圧の関数として前記制御されたコンタクタを駆動するために配置される制御ユニット（２０２）と
をも含む請求項１〜７のいずれか一項および請求項２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記制御ユニット（２０２）は、前記制御電圧が、最小電圧Ｕｍｉｎ未満または最大電圧Ｕｍａｘを超えるときに、前記制御電圧が前記最小電圧Ｕｍｉｎと前記最大電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる新しい組み合わせで前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）を接続するために前記制御されたコンタクタ（１３１〜１４０）が駆動されるように配置される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記制御ユニット（２０２）は、
前記制御電圧が最小放電電圧Ｕｄｅｃｈ未満になるとき、前記制御電圧が最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれ、Ｕｄｅｃｈ＜Ｕｍｉｎ＜Ｕｍａｘである新しい組み合わせで前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）を接続するために前記制御されたコンタクタ（１３１〜１４０）が駆動され、かつ／または、
前記制御電圧が最大負荷電圧Ｕｃｈを超えるとき、前記制御電圧が最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれ、Ｕｍｉｎ＜Ｕｍａｘ＜Ｕｃｈである新しい組み合わせで前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）を接続するために前記制御されたコンタクタ（１３１〜１４０）が駆動される
ように配置される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記測定ユニット（２０１）は、前記再構成可能デバイス（１００，２００，８０１）の前記陽極電気接続端子（１０２）および陰極電気接続端子（１０１）の間で前記制御電圧を測定するために配置される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記制御ユニット（２０２）および前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）は、前記最大動作電圧Ｕｍａｘと前記最小動作電圧Ｕｍｉｎとの電圧差ΔＵｍａｘが貯蔵モジュールの前記端子での前記最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘ以上であるように配置される、請求項５および１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記制御ユニット（２０２）および前記貯蔵モジュール（１１１〜１２２）は、ある組み合わせから次の組み合わせへの切り替えの間に各分枝に対して付加または除去を行うことが可能な貯蔵モジュールの数が、関係
ｎｍａｘＵｍｏｄ−ｍａｘ≦ΔＵｍａｘ≦（ｎｍａｘ＋１）Ｕｍｏｄ−ｍａｘ
を満たすように決められる最大数ｎｍａｘ以下であるように配置され、ΔＵｍａｘは、前記再構成可能デバイスの前記陽極電気接続端子（１０２）と陰極電気接続端子（１０１）との間の前記最大動作電圧Ｕｍａｘと前記最小動作電圧Ｕｍｉｎとの電圧差である、請求項５および請求項１１または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
負荷に電力を供給可能であり、充電ステーションによって再充電可能である電力供給システム（８００）であって、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイス（１００，２００，８１０）と、
前記負荷または前記充電ステーションに接続可能である第３の電気接続端子（４１１，８２３）および第４の電気接続端子（４１２，８２４）と、
前記第１および第２の電気接続端子を前記第３および前記第４の電気接続端子に接続可能であり、かつ前記第１の電気接続端子と第２の電気接続端子との間の電圧の形を前記第３の電気接続端子と前記第４の電気接続端子との間の電圧の形に適合させるために配置されるエネルギーコンバータ（４１０，８２０）と
を含む電力供給システム（８００）。
【請求項１５】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載のデバイス（２００，８１０）を含む電力供給システムであって、前記制御ユニット（２０２）は、前記最小動作電圧Ｕｍｉｎと前記最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる前記電圧範囲内で、前記エネルギーコンバータ（４１０，８２０）が９５％以上の効率を持つように配置される、請求項１４に記載の電力供給システム。
【請求項１６】
第５の電気接続端子（８３１）と第６の電気接続端子（８３２）との間で電気エネルギーを貯蔵可能な電荷移動による電気化学的エネルギー貯蔵デバイス（８３０）と、
前記第３および第４の電気接続端子を前記再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの前記第１および第２の電気接続端子または電荷移動による前記電気化学的エネルギー貯蔵デバイスの前記第５および第６の電気接続端子に接続するために配置される被制御スイッチ（８４０）と
をも含む請求項１４または１５に記載の電力供給システム。
【請求項１７】
第７の電気接続端子と第８の電気接続端子との間に電気エネルギーを供給可能な発電ユニットと、
前記第３および第４の電気接続端子を前記再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの前記第１および第２の電気接続端子または前記発電ユニットの前記第７および第８の電気接続端子に接続するために配置される被制御スイッチと
をも含む請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項１８】
前記被制御スイッチ（８４０）は、前記第３および第４の電気接続端子を前記再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイス（１００，２００，８１０）の前記第１および第２の電気接続端子、電荷移動による前記電気化学的エネルギー貯蔵デバイス（８３０）の前記第５および第６の電気接続端子または前記発電ユニットの前記第７および第８の電気接続端子に接続するために配置される、請求項１６および１７に記載の電力供給システム。
【請求項１９】
電気パワートレーンと、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイスまたは請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の電力供給システムのいずれかとを含む移動体であって、前記デバイスまたは前記電力供給システムは前記パワートレーンに電気エネルギーを供給するために配置される、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギー貯蔵の分野に含まれ、特に、容量性形態のエネルギー貯蔵の分野に含まれる。特に自律型電気移動体用の電力供給に適用される。特に、本発明は、容量効果によるエネルギー貯蔵デバイス、このデバイスが組み込まれた供給システム、およびこのデバイスまたはこの電力供給システムが組み込まれた電気またはハイブリッド移動体に関する。
【先行技術】
【０００２】
電気エネルギーをその動作に利用する機械または設備は、多くの場合それに供給されるエネルギーの性質を適合させなければならない。適合させなければならないのは、特に、エネルギーが機械的形態（たとえばフライホイールによるもの）で供給されたり、電気的形態であるが、不適切な電圧特性および信号形態を持つ形態（たとえば可変電圧や直流電圧）で供給されたりする場合である。自律型電気移動体用の電力供給の分野では、エネルギー貯蔵は典型的には電気化学的電荷移動デバイスの形態で行われる。これは実質的には電池（または蓄電池）および燃料電池を含む。これらの電気化学的エネルギー貯蔵デバイスは直流電圧を供給するが、移動体の電気機械は非常に多くの場合交流電圧を必要とする。このため、これらの電気化学的エネルギー貯蔵デバイスにエネルギー変換デバイスを組み合わせることが一般的である。また、エネルギー変換デバイスは、電気化学的エネルギー貯蔵デバイスによって供給される電圧範囲を当該電気機械の電力供給の電圧または電圧範囲に適合させることができる。電気化学的エネルギー貯蔵デバイスによって貯蔵されているエネルギーの使用を最適化するために、エネルギー変換デバイスはこれに関して高度に最適化される。特に、ジュール効果による損失を最小にしてエネルギー効率を上げるために、エネルギー変換デバイスの入力電圧範囲を貯蔵デバイスの出力電圧範囲に適合させる。この適合には実際上、エネルギー変換デバイスをエネルギー貯蔵デバイスと組み合わせることが必要であるが、エネルギー効率が損なわれる状態に至らない限り、貯蔵デバイスを異なる特性を持つ別のものと交換する可能性はない。
【０００３】
近年、容量性形態のエネルギー貯蔵デバイスは急速に発展している。特に、今後、スーパーキャパシタは、電気移動体の推進のための主なエネルギー源としてスーパーキャパシタの使用を考えることができる程度に十分な重量容量比を持つことになろう。しかしながら、電気化学的エネルギー貯蔵デバイスを１つ以上のスーパーキャパシタに単純に置き換えると、パフォーマンス値の激しい悪化をまねく。実際、電気化学的エネルギー貯蔵デバイスが比較的狭い電圧範囲にわたって稼動する一方で、スーパーキャパシタは比較的広い電圧範囲にわたって稼動する。電気化学的エネルギー貯蔵デバイスは一般的にはＵｒｅｆ±１５％の電圧範囲にわたって動作する。ここで、Ｕｒｅｆにより定格電圧値が定められる。実際に、電気化学的エネルギー貯蔵デバイスの有効なエネルギーの１００％が電圧範囲［２／３Ｕｒｅｆ，Ｕｒｅｆ］にわたって利用可能である。対照的に、相当する電圧範囲［２／３Ｕｎ；Ｕｎ］（Ｕｎは充電状態での電圧の定格値）にわたって、スーパーキャパシタはその有効なエネルギーの約５０％に迫るにすぎない。したがって、完全に同一の電圧範囲にわたって、同じエネルギーを最初に貯蔵されて、スーパーキャパシタは電気バッテリすなわち燃料電池よりも２倍小さいエネルギーしか供給しない。
【０００４】
スーパーキャパシタをエネルギー変換デバイスに接続すると、２／３Ｕｎ未満の電圧値で貯蔵エネルギーを効率的に回復させることができない。実際には、電圧範囲［２／３Ｕｍａｘ；Ｕｍａｘ］にわたって、エネルギー変換デバイスはほぼ９８％のオーダーの効率を持つ。しかしながら、この効率は、２／３Ｕｍａｘ未満の電圧では９０％未満に大幅に低下する場合がある。
【０００５】
さらに、エネルギー変換デバイスは一般的には一定の電力で動作する。電気化学的エネルギー貯蔵デバイスの場合、デバイスの端子での電圧は大幅に変化することはなく、したがって、電力要求に関連するジュール効果による損失はわずかなままである。スーパーキャパシタの場合、電圧は動作中に大幅に変化し、電圧が降下する場合には、電流によってこの降下を補償しなければならず、ジュール効果による損失の増大をまねく。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は特に上述の欠点の全部または一部を克服することである。特に、本発明の目的は、貯蔵エネルギーの使用を最適化することを可能にする容量効果による電気エネルギー貯蔵デバイスを提案することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、電気化学的エネルギー貯蔵デバイスを効果的に置き換えることを可能にする容量効果によるエネルギー貯蔵デバイスを提案することである。
【０００８】
容量効果によるエネルギー貯蔵デバイスは、特に、エネルギーコンバータと組み合わされる電気化学的エネルギー貯蔵デバイスと置き換わる場合に、典型的には９５％を超える比較的高い効率を持つ変換範囲内でこのエネルギーコンバータを使用することを可能にしなければならない。
【０００９】
本発明に係る容量効果によるエネルギー貯蔵デバイスは、いくつかの基本エネルギー貯蔵モジュールを用いて、エネルギー貯蔵デバイスがその端子において所望の電圧範囲内に含まれる電圧を所定時間にわたって持つようにこれらのモジュール間の接続を再構成することに基づく。
【００１０】
特に、本発明の目的は、
Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールであって、ＭおよびＮは真に正の自然数であり、各貯蔵モジュールは、陰極端子と陽極端子との間で容量効果によって電気エネルギーを貯蔵可能である、Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールと、
それ自体の端子によって異なる組み合わせでＭｉ×Ｎｉ個の貯蔵モジュールを接続することを可能にするために配置されるコンタクタであって、インデックスｉによって示される各組み合わせは、並列に接続されるＭｉ個の分枝を含み、各分枝は直列に接続されるＮｉ個の貯蔵モジュールを含み、Ｍｉ×Ｎｉ≦Ｍ×Ｎである、コンタクタと、
並列に接続される分枝の端を各組み合わせで接続することが可能な陽極電気接続端子（１０２）および陰極電気接続端子（１０１）と
を含む再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスである。
【００１１】
容量効果によるエネルギー貯蔵モジュールは典型的にはスーパーキャパシタまたはスーパーキャパシタの組み合わせである。
【００１２】
少なくとも２つの電気ポイント間の電気接触の確立または中断を行うことが可能である場合、コンタクタを任意のタイプのコンタクタとすることができ、任意の技術とすることができる。たとえば、これらはスイッチ、特に、制御可能なスイッチ、制御可能なインバータまたは制御可能な整流器であってもよい。これらのコンタクタは、貯蔵モジュールのある組み合わせから別の組み合わせに切り替えことを可能にするので、再構成コンタクタとして説明される場合がある。
【００１３】
電荷移動による電気化学的エネルギー貯蔵デバイスに対して容量効果によるエネルギー貯蔵モジュールの端子での電圧変化の振幅が大きいにもかかわらず、本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、その電気環境と、特に、エネルギーコンバータとを変更することなく、このようなデバイスを置き換えることができる。特に、２つの接続端子の間で最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘとの間で変化可能な電圧を持つように再構成可能デバイスを構成することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る再構成可能デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスの内部接続の設計を最適化するという利点を持つ。実際にはエネルギーコンバータは一般的に大きい電力で稼動する。エネルギー貯蔵デバイスが稼動する電圧が低いほど、それを通る電流のアンペア数が大きくなり、したがって、エネルギーコンバータを通る電流のアンペア数が大きくなる。容量効果によるエネルギー貯蔵デバイスを再構成することができない場合、低電圧で流れる大電流を通すためにその内部接続の寸法を変更しなければならない。これは、電流の通過のために大きい断面を持つ比較的大きい電力のコネクタ技術の使用を前提とし、この前提により、結局、重さ、容積およびコストに関するさらなる制約が生じる。本発明に係る再構成可能デバイスの場合、最大許容電流を定めることができ、これは、この閾値を超える電流の増加を避けるための構成の変更に関係している。電流の通過のためにより小さい断面を用いることを可能にする電流制限もエネルギーコンバータには有用である。低電流で稼動すると、一般的にエネルギーコンバータは改善されたエネルギー効率を示す利点も持つ。
【００１５】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスをエネルギーコンバータと関連させると、ジュール効果による損失を低減することもできる。実際に、これらの損失は全電流の２乗の関数であるので、エネルギーコンバータを高電圧範囲で稼動させ、したがって、比較的低い電流の範囲で稼動させると、これらの損失は抑制される。
【００１６】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、安全な構成、すなわち、陽極電気接続端子および陰極電気接続端子が貯蔵モジュールによって連結される構成にあるように構成することができる。言い換えると、貯蔵モジュールの各々の分枝は、陽極および陰極接続端子の少なくとも１つから絶縁される。その際、電流は陰極電気接続端子から陽極電気接続端子に流れることができない。安全な構成は、特に、感電のリスクを抑制することによってオペレータがメンテナンス作業を行うことを可能にするほど有用である場合がある。
【００１７】
安全な構成は、たとえば、貯蔵モジュールの少なくとも１つの組み合わせについて、各分枝が陽極電気接続端子および／または陰極電気接続端子から絶縁される絶縁位置をとることができるために配置される安全コンタクタを本発明に係る再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスに設けることによって得ることができる。安全コンタクタは、たとえば、並列に接続される分枝の陽極端と陽極電気接続端子との間または並列に接続される分枝の陰極端と陰極電気接続端子との間に配置される。当然のことながら、本発明に係る再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスは、各々が１つ以上の分枝の端に対して陽極電気接続端子または陰極電気接続端子を接続するまたは絶縁させることができる、いくつかの安全コンタクタを備えることができる。
【００１８】
安全コンタクタを手動コンタクタまたは制御されたコンタクタ（contacteurs commandes）とすることができる。必要に応じて、貯蔵モジュールの異なる組み合わせを生じさせるために配置されるコンタクタを駆動する制御ユニットと同じ制御ユニットによって安全コンタクタを制御することができる。
【００１９】
なんら特別な安全コンタクタを導入することなく、安全な構成を得ることもできる。異なる組み合わせで貯蔵モジュールを接続することを可能にするように構成される再構成コンタクタは、陽極電気接続端子および／または陰極電気接続端子の各分枝を絶縁させるように実際に駆動することができる。
【００２０】
特定の実施形態によれば、Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールは、それらの端子で完全に同一の最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘを持ち、完全に同一の静電容量を持つ。この場合、異なる組み合わせに係る貯蔵モジュールの再構成が容易になる。特に、すべての貯蔵モジュールが前の組み合わせで同じように充電される場合、各分枝が同一の数の貯蔵モジュールを備える任意の新しい組み合わせで、分枝はそれらの端子で完全に同一の電圧を持ち、したがって、貯蔵モジュール間のエネルギー伝達に無関係に並列に接続することができる。
【００２１】
異なる貯蔵モジュールに同じように充電するために、各組み合わせについて、分枝の数と各分枝中の貯蔵モジュールの数との積Ｍｉ×Ｎｉが再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイス中の貯蔵モジュールの数Ｍ×Ｎに等しいようにコンタクタを配置することができる。
【００２２】
容量性貯蔵モジュールのエネルギーの約９０％を、この貯蔵モジュールの端子での最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘの３分の２に対応する電圧範囲にわたって復元させることを可能にするために、コンタクタは、異なる組み合わせ間で、各分枝中の貯蔵モジュールの最大数Ｎｍａｘが各分枝中の貯蔵モジュールの最小数Ｎｍｉｎの３倍以下であるように配置される。
【００２３】
貯蔵モジュールの組み合わせの別の組み合わせへの再構成を管理するために、再構成可能デバイスは、
Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールのうちの第１の貯蔵モジュールの陰極端子と、第１の貯蔵モジュールと同一であるか、これとは異なる、Ｍ×Ｎ個の貯蔵モジュールのうちの第２の貯蔵モジュールの陽極端子との間の制御電圧を測定するために配置される測定ユニットと、
制御電圧の関数として制御されたコンタクタを駆動するために配置される制御ユニットと
をも備えることができる。
【００２４】
第１の実施形態の変形例によれば、制御ユニットは、制御電圧が、最小電圧Ｕｍｉｎ未満または最大電圧Ｕｍａｘを超えるときに、制御電圧が最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる新しい組み合わせで貯蔵モジュールを接続するために制御されたコンタクタが駆動されるように配置される。
【００２５】
第２の変形実施形態によれば、制御ユニットは、
制御電圧が最小放電電圧Ｕｄｅｃｈ未満になるとき、制御電圧が最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれ、Ｕｄｅｃｈ＜Ｕｍｉｎ＜Ｕｍａｘである新しい組み合わせで貯蔵モジュールを接続するために制御されたコンタクタが駆動され、かつ／または、
制御電圧が最大負荷電圧Ｕｃｈを超えるとき、制御電圧が最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれ、Ｕｍｉｎ＜Ｕｍａｘ＜Ｕｃｈである新しい組み合わせで貯蔵モジュールを接続するために制御されたコンタクタが駆動される
ように配置される。
【００２６】
測定ユニットは、たとえば、再構成可能デバイスの陽極電気端子および陰極電気端子の間、すなわち、並列に接続される分枝の端の間で制御電圧を測定するために配置される。
【００２７】
制御ユニットおよび貯蔵モジュールは、最大動作電圧Ｕｍａｘと最小動作電圧Ｕｍｉｎとの電圧差ΔＵｍａｘが貯蔵モジュールの端子での最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘ以上であるように配置することができる。すべての貯蔵モジュールはそれらの端子で完全に同一の最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘを持ち、完全に同一の静電容量を持つ場合、この状態により、各分枝に貯蔵モジュールを付加したり除去したりすることで、最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間で分枝の端間の電圧を確実に観察することが可能になる。
【００２８】
ある組み合わせから次の組み合わせへの切り替えの間に各分枝に対して付加または除去を行うことが可能な貯蔵モジュールの数が、以下の関係を満たすように決められる最大数ｎｍａｘ以下であるように制御ユニットおよび貯蔵モジュールを配置することもでき、
ｎｍａｘＵｍｏｄ−ｍａｘ≦ΔＵｍａｘ≦（ｎｍａｘ＋１）Ｕｍｏｄ−ｍａｘ
ここで、ΔＵｍａｘは、再構成可能デバイスの陽極端子と陰極端子との間の最大動作電圧Ｕｍａｘと最小動作電圧Ｕｍｉｎとの電圧差である。
【００２９】
本発明の目的は、電気またはハイブリッド移動体のパワートレーンなどの負荷に電力を供給可能であり、充電ステーションによって再充電可能な電力供給システムでもある。システムは、
上述したような再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスと、
負荷または充電ステーションに接続可能である第３の電気接続端子および第４の電気接続端子と、
第１および第２の電気接続端子を第３および第４の電気接続端子に接続可能であり、かつ第１の電気接続端子と第２の電気接続端子との間の電圧の形を第３の電気接続端子と第４の電気接続端子との間の電圧の形に適合させるために配置されるエネルギーコンバータと
を備える。
【００３０】
電力供給システムが、再構成可能エネルギー貯蔵デバイスを備え、最小動作電圧Ｕｍｉｎと最大動作電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる電圧範囲内で、エネルギーコンバータが９０％または９５％以上の効率を持つように制御ユニットが配置されることが有効である。
【００３１】
第１の変形例によれば、供給システムは、
第５の電気接続端子と第６の電気接続端子との間で電気エネルギーを貯蔵可能な電荷移動による電気化学的エネルギー貯蔵デバイスと、
第３および第４の電気接続端子を再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの第１および第２の電気接続端子、または電荷移動による電気化学的エネルギー貯蔵デバイスの第５および第６の電気接続端子に接続するために配置される被制御スイッチ（commutateur commande）と
をも備える。
【００３２】
第２の変形例によれば、電力供給システムは、
第７の電気接続端子と第８の電気接続端子との間に電気エネルギーを供給可能な発電ユニットと、
第３および第４の電気接続端子を再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの第１および第２の電気接続端子、または発電ユニットの第７および第８の電気接続端子に接続するために配置される被制御スイッチと
をも備える。
【００３３】
第１および第２の変形例は、利用可能な２つの追加のエネルギー源および再構成可能デバイスを有するために組み合わせることができる。したがって、第３の変形実施形態によれば、被制御スイッチは、第３および第４の電気接続端子を再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの第１および第２の電気接続端子、電荷移動による電気化学的エネルギー貯蔵デバイスの第５および第６の電気接続端子、または発電ユニットの第７および第８の電気接続端子に接続するために配置される。
【００３４】
最後に、本発明の目的は、電気パワートレーンと、上述のような再構成可能エネルギー貯蔵デバイスまたは上述のような電力供給システムのいずれかとを備える移動体であって、デバイスまたは電力供給システムはパワートレーンに電気エネルギーを供給するために配置される、移動体である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の他の利点および特徴は、なんら限定的ではない実装例および実施形態の詳細な説明を読み、以下に説明されている添付の図面を見ることで明らかになる。
−図１Ａは、１２個の貯蔵モジュールを備える本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの第１の例を概略的に示す。
−図１Ｂは、本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの第１の例の変形例を概略的に示す。
−図２は、測定ユニットおよび制御ユニットが組み込まれた本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの第２の例を概略的に示す。
−図３Ａ〜図３Ｅは、図１Ａの再構成可能デバイスの貯蔵モジュールの異なる可能な組み合わせを示す。
−図４は、図２の再構成可能デバイスおよびエネルギーコンバータを備える電力供給システムの例を示す。
−図５Ａおよび図５Ｂは、２つの組み合わせ間の再構成中の図１Ａの再構成可能デバイスの被制御インバータ（d’inverseurs commandes）の切り替えの順序制御の例を示す。
−図６は、容量性要素の放電中に利用可能な有効なエネルギーの典型的な関係をその端子の電圧の関数として示す。
−図７Ａ〜図７Ｅは、１６個の貯蔵モジュールを備える再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの異なる可能な組み合わせを示す。
−図８は、本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスと電気バッテリとを備える電力供給システムを示す。
【実施形態の説明】
【００３６】
以下に説明されている実施形態はなんら限定的ではないので、説明されている他の特徴と分けて扱われる以下に説明されている特徴の選択物のみを備える本発明の変形例を特に考えることができる。これは、（この選択物がこれらの他の特徴を含む文章内で分けて扱われる場合であっても）特徴のこの選択物が技術的利点を与えるか、または本発明を先行技術と差別化するのに十分である場合に考えることができる。この選択物は少なくとも１つの好ましい機能的特徴を備え、この機能的特徴は構成詳細部を含まなかったり、構成詳細部の部分のみを含んだりする。部分のみを含むのは、構成詳細部の一部が単体で技術的利点を与えるか、または先行技術に関して本発明を差別化するのに十分である場合である。
【００３７】
本発明では、「容量効果によるエネルギー貯蔵モジュール」またはより簡単に「貯蔵モジュール」により、２つの接続端子を有するようにともに接続される１つ以上の電気キャパシタの任意のアセンブリが示される。２つの接続端子の一方は陰極端子と記載され、他方は陽極端子と記載されている。キャパシタは、誘電体によって分離される２つの導電プレートを有し、かつ正負の電荷をそのプレートに貯蔵可能な任意の電気コンポーネントまたは電子コンポーネントと定義される。プレートは、２つの接続端子を介して電気回路の要素に接続可能である。貯蔵モジュールでは、キャパシタを任意の種類の組み合わせでともに接続することができる。好ましくは、貯蔵モジュールのすべてのキャパシタが同じタイプである（たとえば、電解質型または絶縁体を有するもの）。静電容量、最大電圧および内部抵抗について同じ特性を持つことが有効である。貯蔵モジュールは比較的大量の電気エネルギーを貯蔵することを意図している。例として、各貯蔵モジュールはキロワット時オーダー、たとえば０．１ｋＷｈ〜１０ｋＷｈの範囲に含まれる電気エネルギー量を貯蔵することができる。エネルギー貯蔵用途では、キャパシタは一般的に「スーパーキャパシタ」と呼ばれている。既存のスーパーキャパシタの大部分は「電気化学的２重層」と呼ばれている技術に基づいている。この技術によれば、スーパーキャパシタは、たとえば活性炭を含み、イオン溶液に浸漬される２つの多孔質電極を備える。
【００３８】
キャパシタが主にその静電容量Ｃによって特徴づけられ、キャパシタで貯蔵されるエネルギーＥが以下の関係によって定義される点に留意する。
【数１】
2018530989.tif 000003
ここで、Ｕは、理想的である、すなわち、特に内部抵抗がないとみなされるキャパシタの端子での電圧である。キャパシタはゼロ電圧（Ｕ＝０）と最大電圧Ｕｍａｘとの間で定義される電圧範囲にわたって機能することができる。キャパシタはしたがって以下に等しいエネルギー量の貯蔵および供給を潜在的に行うことができる。
【数２】
2018530989.tif 000004
【００３９】
本説明によれば、コンタクタは、少なくとも２つの位置、すなわち、コンタクタが２つの接続端子などの２ポイント間の電気接触を確立する接触位置と呼ばれる第１の位置と、コンタクタがこれらの２ポイントを互いに電気的に絶縁する絶縁位置と呼ばれる第２の位置とをとることが可能な任意の電気デバイスと定義される。コンタクタはより多数の位置をとることができる。コンタクタは３ポイント間の関係を管理することもでき、ポイントの１つは、他の２つのポイントのうちの１つに択一的に接続することができる。一般的にこれはインバータと呼ばれる。コンタクタを手動で作動させたり、制御したりすることができる。後者の場合、コンタクタは「制御コンタクタ」として記載されている。異なる技術によって制御コンタクタを製造することができる。特に、トランジスタや、少なくとも１つのトランジスタを備える電気回路の形態で製造することができる。
【００４０】
図１Ａは、本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの例を概略的に示す。この実施形態では、デバイス１００は、陰極接続端子１０１、陽極接続端子１０２、１２個の貯蔵モジュール１１１〜１２２および１０個の被制御インバータ１３１〜１４０を備える。単純にするために、貯蔵モジュールは、参照符号１１０によって個別にまたはまとめて示され、被制御インバータは、参照符号１３０によって個別にまたはまとめて示される。
【００４１】
貯蔵モジュール１１０はすべて同じ電気特性を持つ（電気コンポーネントの設計ばらつきおよび経時変化によりプラスマイナス数パーセント）。特に、貯蔵モジュール１１０は、完全に同一の定格電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘおよび完全に同一の静電容量Ｃを持つ。したがって、各々は完全に同一の量の電気エネルギーを貯蔵可能である。貯蔵モジュール１１１，１１２および１１３は第１の分枝１５１を形成するために直列に接続される。貯蔵モジュール１１４，１１５および１１６は第２の分枝１５２を形成するために直列に接続される。貯蔵モジュール１１７，１１８および１１９は第３の分枝１５３を形成するために直列に接続される。貯蔵モジュール１１１〜１１９の接続は、各分枝１５１〜１５３中で不変である。言い換えると、デバイス１００は、直列の３つの組み合わせを用いる以外に貯蔵モジュール１１１〜１１９を接続することを可能にする手段を有さない。他方で残りの３つのモジュール１２０〜１２２は不変的にともに接続されることはない。貯蔵モジュール１１０が４列×３行の配置で図１Ａに示されている点に留意するべきである。したがって、貯蔵モジュールの数は積４×３、またはより一般的にはＭ＝４かつＮ＝３を用いてＭ×Ｎによって定義することができる。しかし、本発明に関しては、貯蔵モジュールの総数のみが重要であることに力点を置くことが重要であり、貯蔵モジュール間の所望の接続が（不変的であるか否かにかかわらず）可能であれば、これらの配置は重要ではない。
【００４２】
デバイス１００は、５つの内部接続ポイント１６１，１６２，１６３，１６４，１６５も備える。貯蔵モジュール１１０に貯蔵されているエネルギーを供給したり、これらのモジュールに貯蔵されることになるエネルギーを受けたりする目的で、これらの接続ポイントは再構成可能エネルギー貯蔵デバイス１００の外部に接続されることを意図していないので、これらの接続ポイントは内部として説明されている。ただし、たとえば、電圧をモニタするために測定ポイントとして機能するように、接続ポイント１６１〜１６５をデバイス１００の外部からアクセスできるようにすることができる。接続ポイント１６１〜１６５は、特に、デバイス１００のいくつかの要素（貯蔵モジュールおよび制御されたコンタクタ）に接続することができるポイントを形成することによって再構成可能エネルギー貯蔵デバイス１００の製造を単純化する機能を持つ。接続ポイント１６１〜１６３は、（デバイス１００および／または貯蔵モジュール１１０の）特定の接続端子を物理的にともにクローズ状態にする機能も持つ。したがって、接続ポイント１６１〜１６３はたとえば電線の形態をとる。当該ケースでは、接続ポイント１６１は貯蔵モジュール１１３の陰極端子を貯蔵モジュール１１４の陽極端子に対してクローズ状態にし、また貯蔵モジュール１２２の陽極端子に対してクローズ状態にし、接続ポイント１６２は貯蔵モジュール１１６の陰極端子を貯蔵モジュール１１７の陽極端子に対してクローズ状態にし、また貯蔵モジュール１２１の陽極端子に対してクローズ状態にし、接続ポイント１６３は貯蔵モジュール１１９の陰極端子を貯蔵モジュール１２０の陽極端子に対してクローズ状態にする。特定の接続端子をクローズ状態にすることで、単純な被制御スイッチの代わりに被制御インバータを用いることができる。したがって、制御されたコンタクタの数を減らすことができ、これにより、再構成可能電気エネルギー貯蔵デバイスの製造が容易になり、その信頼性が増す。
【００４３】
被制御インバータ１３１は、貯蔵モジュール１１４の陽極端子を接続ポイント１６１またはデバイス１００の陽極接続端子１０２のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３２は、貯蔵モジュール１１７の陽極端子を接続ポイント１６２またはデバイス１００の陽極接続端子１０２のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３３は、貯蔵モジュール１２０の陽極端子を接続ポイント１６３またはデバイス１００の陽極接続端子１０２のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３４は、貯蔵モジュール１１３の陰極端子を接続ポイント１６１またはデバイス１００の陽極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３５は、貯蔵モジュール１１６の陰極端子を接続ポイント１６２またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３６は、貯蔵モジュール１１９の陰極端子を接続ポイント１６３またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３７は、貯蔵モジュール１２０の陰極端子を接続ポイント１６４またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３８は、貯蔵モジュール１２１の陽極端子を接続ポイント１６２または接続ポイント１６４のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１３９は、貯蔵モジュール１２１の陰極端子を接続ポイント１６５またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置される。被制御インバータ１４０は、貯蔵モジュール１２２の陽極端子を接続ポイント１６１または接続ポイント１６５のいずれかに接続するために配置される。
【００４４】
デバイス１００内で効果的に確立される接続に関する以下の説明を読めば、当業者であれば、図１Ａに関して説明されている構成とは別の構成が可能であることが分かる。特に、接続ポイント１６４および１６５を省略してもよい。その際には、被制御インバータ１３７は、貯蔵モジュール１２０の陰極端子を貯蔵モジュール１２１の陽極端子またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置されることになる。被制御インバータ１３８は、貯蔵モジュール１２１の陽極端子を接続ポイント１６２に接続したりしなかったりするために配置される被制御スイッチに置き換えてもよい。同様に、その際には、被制御インバータ１３９は、貯蔵モジュール１２１の陰極端子を貯蔵モジュール１２２の陽極端子またはデバイス１００の陰極接続端子１０１のいずれかに接続するために配置されることになる。被制御インバータ１４０は、貯蔵モジュール１２２の陽極端子を接続ポイント１６１に接続したりしなかったりするために配置される被制御スイッチに置き換えてもよい。
【００４５】
図１Ｂは、図１Ａに関して説明されている再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの例の変形例を示す。この変形例では、デバイス１０００は、接触位置（閉位置）または絶縁位置（開位置）をとるために配置される安全スイッチと呼ばれるスイッチ１００１も含む点のみでデバイス１００とは異なる。接触位置では、安全スイッチ１００１は陰極電気接続端子１０１を貯蔵モジュール１２０，１２１および１２２の陰極端子に接続する。絶縁位置では、陰極電気接続端子１０１を貯蔵モジュール１２０，１２１および１２２の陰極端子から絶縁する。典型的には安全スイッチ１００１を手動スイッチとすることができる。したがって、このようなスイッチについては、デバイス１０００に対するメンテナンス操作の前にオペレータによって開くことができ、メンテナンス作業の終了時に閉じることができる。スイッチ１００１を被制御スイッチとすることもできる。この場合、これを貯蔵モジュール１１１〜１２２と完全に同一の制御ユニットによって駆動したり、別体の制御ユニットによって駆動したりすることができる。陰極電気接続端子１０１および／または陽極電気接続端子１０２の各貯蔵モジュール１１１〜１２２を絶縁するように被制御インバータ１３１〜１４０を駆動し、安全スイッチ１００１を（手動でまたは自動的に）操作することによって、デバイス１０００は安全な構成をとることができる。第１の解決手段によれば、被制御インバータ１３１〜１４０は、図３Ｂに関して以下に説明されている構成に係る、貯蔵モジュール１１１，１１２，１１３および１２２から形成される第１の分枝と、貯蔵モジュール１１４，１１５，１１６および１２１から形成される第２の分枝と、貯蔵モジュール１１７，１１８，１１９および１２０から形成される第３の分枝とを形成するために駆動される。第２の解決手段によれば、被制御インバータ１３１〜１４０は、図３Ｄに関して以下に説明されている構成に係る、直列に接続されている貯蔵モジュール１１１〜１２２のアセンブリを備える単一の分枝を形成するために駆動される。各解決手段では、安全スイッチ１００１は、陰極電気接続端子１０１と陽極電気接続端子１０２との間の電気接続を切断するように絶縁位置に操作される。
【００４６】
再構成可能エネルギー貯蔵デバイス１００または１０００は、典型的には、各瞬間で、その接続端子１０１および１０２間で、最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘとの間で変化可能な電圧を持つために配置することができ、この機能範囲は、１つの貯蔵モジュール１１０の端子でのその完全放電状態（Ｕｍｏｄ＝０）とその完全充電状態（Ｕｍｏｄ＝Ｕｍｏｄ−ｍａｘ）との間の電圧変化の振幅未満の振幅を持つ。その際には、デバイス１００または１０００は、接続端子１０１および１０２間の電圧がこの機能範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］内に維持されるように被制御インバータを制御する手段も備えることができる。
【００４７】
図２は、このような手段を備える再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの例を示す。特に、デバイス２００は、デバイス１００の要素に加えて、２つの端子間の制御電圧を測定するために配置される測定ユニット２０１と、被制御インバータ１３０を駆動するために配置される制御ユニット２０２とを備える。測定ユニット２０１は、たとえば、デバイス１００の接続端子１０１および１０２間の電圧を測定する。しかし、デバイス２００の他のポイント間で制御電圧を測定してもよい。特に、貯蔵モジュール１１０のうちの１つの端子間で測定してもよい。それは、この電圧がデバイス２００の各端子での電圧を代表するからである。このようなことは、特に、すべての貯蔵モジュールが同一であり、各瞬間で同じように充電および再充電が行われ、かつ貯蔵モジュールの組み合わせが既知である場合である。制御ユニットがハードウェアアーキテクチャまたはソフトウェアプログラムを実行可能なソフトウェアアーキテクチャを有することが可能である。たとえば、制御ユニットは、プログラマブルロジックコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであってもよい。再構成可能エネルギー貯蔵デバイス２００は当然、図１Ｂと同様に手動安全スイッチまたは被制御安全スイッチを含んでもよい。
【００４８】
組み合わせをなんらか変更すると、再構成可能デバイスの異なる分枝で直列に接続される少なくとも１つの貯蔵モジュールを付加したり、除去したりすることが必要になる点に留意するべきである。したがって、各再構成では、デバイスの端子での電圧は、再構成の変更のときに、貯蔵モジュールのうちの１つの端子で存在する電圧の少なくとも１倍だけ増減する。再構成可能デバイスが再構成前と再構成後の両方で、確実に所望の機能範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］内に含まれる電圧を持つように、少なくとも、電圧範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］の振幅ΔＵｍａｘが完全に同一の貯蔵モジュールの端子での最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘに等しいように配置を行わなければならない。同様に、再構成中に分枝に付加したり分枝から除去したりすることができる貯蔵モジュールの最大数が存在する。この最大数は、完全に同一の貯蔵モジュールの端子での最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘを所望の機能範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］の振幅ΔＵｍａｘ内に含ませることができる回数に対応する。したがって、与えられた組み合わせについて、付加したり除去したりすることが可能な貯蔵モジュールの数ｎは、以下の関係を満たさなければならない。
【数３】
2018530989.tif 000005
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｅは、デバイス１００における貯蔵モジュール１１０の異なる可能な組み合わせを示す。図３Ａにおいて、被制御インバータ１３０は、直列に接続される３つの貯蔵モジュール１１０（Ｎ＝３）の並列の４つの分枝（Ｍ＝４）を形成するために配置される。したがって、被制御インバータ１３１，１３２，１３３は、貯蔵モジュール１１４，１１７および１２０の陽極端子それぞれをデバイス１００の陽極接続端子１０２に接続する。被制御インバータ１３４，１３５，１３６は、貯蔵モジュール１１３，１１６および１１９の陰極端子それぞれをデバイス１００の陰極接続端子１０１に接続する。被制御インバータ１３７および１３８それぞれは、貯蔵モジュール１２０の陰極端子と貯蔵モジュール１２１の陽極端子とを接続ポイント１６４に接続する。被制御インバータ１３９および１４０それぞれは、貯蔵モジュール１２１の陰極端子と貯蔵モジュール１２２の陽極端子とを接続ポイント１６５に接続する。図３Ｂにおいて、被制御インバータ１３１および１３２を除いて、すべての被制御インバータ１３０で図３Ａに関するこれらについての接続が変更されている。したがって、デバイス１００では、直列の４つの貯蔵モジュール１１０（Ｎ＝４）の並列の３つの分枝（Ｍ＝３）が形成されている。第１の分枝は貯蔵モジュール１１１，１１２，１１３および１２２を備え、第２の分枝は貯蔵モジュール１１４，１１５，１１６および１２１を備え、第３の分枝は貯蔵モジュール１１７，１１８，１１９および１２０を備える。図３Ｃにおいて、被制御インバータ１３１，１３５，１３７，１３８，１３９および１４０で、図３Ｂに関するこれらについての接続が変更されている。デバイス１００では、直列の６つの貯蔵モジュール１１０（Ｎ＝６）の並列の２つの分枝（Ｍ＝２）が形成されている。第１の分枝は貯蔵モジュール１１１〜１１６を備え、第２の分枝は貯蔵モジュール１１７〜１２２を備える。図３Ｄにおいて、被制御インバータ１３２および１３５のみで、図３Ｃの組み合わせに関するこれらについての接続が変更されている。したがって、デバイス１００では、直列の１２個の貯蔵モジュール（Ｎ＝１２）の１つの分枝（Ｍ＝１）が形成されている。図３Ａ〜図３Ｄの組み合わせの各々では、すべての貯蔵モジュール１１０が分枝の１つに組み込まれている。したがって、これらのすべてに同時に充電または放電が行われる。これらが分枝に組み込まれ、各分枝が完全に同一の数の貯蔵モジュールを備える場合に限り、貯蔵モジュール１１０には各瞬間で同じように負荷がかけられる。図３Ｅは、すべての貯蔵モジュール、すなわち、貯蔵モジュール１２０〜１２２が用いられるとは限らない組み合わせを示す。デバイス１００では、９つの貯蔵モジュール（Ｎ＝９）の１つの分枝（Ｍ＝１）が形成されている。この組み合わせでは、被制御インバータ１３１，１３２，１３３は、貯蔵モジュール１１４，１１７および１２０それぞれの陽極端子を接続ポイント１６１，１６２および１６３それぞれに接続する。被制御インバータ１３４および１３５は、貯蔵モジュール１１３および１１６それぞれの陰極端子を接続ポイント１６１および１６２それぞれに接続する。被制御インバータ１３６は貯蔵モジュール１１９の陰極端子をデバイス１００の陰極接続ポイント１０１に接続する。貯蔵モジュール１２０〜１２２はデバイス１００の残りの部分に接続されていないので、被制御インバータ１３７，１３８，１３９および１４０の位置は重要ではない。
【００５０】
１つ以上の貯蔵モジュール１１０が与えられた組み合わせで用いられない場合、この貯蔵モジュールをその後に生じる組み合わせで用いることができ、この組み合わせが、完全に同一の数の用いられない貯蔵モジュールを備える組み合わせの各分枝の影響を受ける点に留意するべきである。より一般的には、デバイス１００が組み合わせ中で並列のいくつかの分枝を備える（Ｍ≧２）場合に、各分枝がその端子で完全に同一の電圧を持つことが重要である。実際上、これは、全体として同じように充電される貯蔵モジュールのアセンブリを各分枝が備えることを意味する。
【００５１】
エネルギーコンバータとの組み合わせ
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは典型的には、エネルギーコンバータも備える電力供給システムに組み込むことができる。エネルギーコンバータを直流コンバータとすることができる。再構成可能エネルギー貯蔵デバイスが負荷下で電気エネルギーを供給する場合には、これをパワーインバータとすることもできるし、再構成可能デバイスが外部ソースから電気エネルギーを受ける場合には、これを整流器とすることもできる。
【００５２】
図４は、図２（測定ユニットは示されていない）の再構成可能エネルギー貯蔵デバイス２００およびエネルギーコンバータ４１０を備える電力供給システム４００の例を示す。エネルギーコンバータ４１０は、再構成可能デバイス２００がエネルギーを供給しているか、エネルギーを受けているかにしたがって、パワーインバータとして、また整流器として交互にそれぞれ動作する。エネルギーコンバータ４１０は、交流側で２つの接続端子４１１および４１２を含み、直流側で２つの接続端子４１３および４１４を含む。接続端子４１１および４１２は、再構成可能デバイス２００によって供給されなければならない負荷に接続されることを意図し、接続端子４１３および４１４は、デバイス２００の陰極接続端子１０１および陽極接続端子１０２にそれぞれ接続される。
【００５３】
エネルギーコンバータの効率は、エネルギーコンバータの端子のうちの２つの上の入力でエネルギーコンバータが受ける電圧と、エネルギーコンバータの他の２つの端子上の出力にエネルギーコンバータが供給しなければならない電圧とに依存するので、エネルギーコンバータを予め定められた電圧範囲にわたって動作させることが好ましい。本説明では、接続端子４１１および４１２間の平均電圧が一定であると考える。接続端子４１３および４１４間の電圧のみを考える。効率が最適である電圧範囲は最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘとの間で変化し、この電圧範囲を最適動作範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］と呼ぶ。この範囲は、たとえば、エネルギーコンバータが９０％を超えるか、９５％を超える効率ηを持つように決められる。典型的には、エネルギーコンバータは、所定の動作範囲にわたって９５％を超える効率ηを持ち、この所定の動作範囲の下限Ｕｍｉｎは最大電圧Ｕｍａｘの３分の２にほぼ等しい。すなわち、振幅は最大電圧Ｕｍａｘの３分の１に等しい。
【００５４】
被制御インバータ、または、より一般的には、制御されたコンタクタの切り替えは、これらの制御されたコンタクタの劣化を避けるように、低電流が流れる状態で優先して実行されなければならない。したがって、制御されたコンタクタの切り替えが低電流で実行されたり、さらに無電流で実行されたりすることが有効である。この結果として、貯蔵モジュール１１０の組み合わせを変更するのに必要な期間に対応する比較的短い期間（１秒の数十分の１のオーダーの期間）に、デバイス２００とエネルギーコンバータ４１０との間で限られた量のエネルギーしか伝達できないか、まったくエネルギーを伝達できない。したがって、エネルギー変換要求が低く抑えられるように、エネルギーコンバータ４１０に貯蔵モジュール１１０の組み合わせの変更が通知されることが有効である。電気エネルギーの供給に対するこの時間的制限により、「無停電電源（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）」型（定義上、一定のエネルギー供給を必要とする）の用途では困難がもたらされる場合がある。無停電電力供給システムは、たとえばバックアップ電源として用いられ、商用電源網がダウンした場合に、エネルギー供給サービスを確実に継続することを可能にする。１つの解決策は、再構成可能エネルギー貯蔵デバイス２００を電荷移動電気化学的エネルギー貯蔵デバイスなどの別の電力供給に接続することである。他の用途については、電気エネルギー供給の時間的制限はなんらの困難も示さない。例として、再構成可能デバイス２００および供給システム４００は、「電気またはハイブリッド移動体」および「ネットワークフィルタリング」型の用途に特によく適する。表現「電気またはハイブリッド移動体（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｏｒ  ｈｙｂｒｉｄ  ｖｅｈｉｃｌｅ）」は、移動体を動かす電気モータの少なくとも部分的なかつ／または断続的な使用を前提とした、人および／または貨物を輸送することを意図する移動体群を指す。たとえば、移動体は地下鉄列車、路面電車（ｔｒａｍ）、バス、ボート、自動車、二輪車、貨物車両、移動プラットホーム（ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）、エレベータ（ｌｉｆｔ）またはクレーンである。電気またはハイブリッド移動体には、エネルギー供給制限を克服することができる機械的慣性が有効である。用語「ネットワークフィルタリング（ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）」は、電力供給網によって供給されるエネルギーの質を改善することを可能にする電気デバイスのセットを指す。一般に、いくつかのデバイスは、交流配電網の力率（「ｃｏｓφ」）を最適化するために配置されるキャパシタに主に基づいている。その他のデバイスは、たとえば、風力タービンや太陽電池パネルによって生成される断続的なエネルギー流を平滑化することを可能にする電荷移動電気化学的エネルギー貯蔵デバイスを備える。電気化学的エネルギー貯蔵デバイスは、たとえば、突風や太陽が雲の後ろから戻ってくる場合の結果として電力が急激に増加する間にエネルギーを蓄積し、たとえば、風が止んだり、雲が太陽を通り過ぎたりする結果として電力が急激に減少する間に付加的なエネルギーを解放する。したがって、これらのデバイスの電気化学的エネ��ギー貯蔵デバイスおよびキャパシタを本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスに置き換えることができる。
【００５５】
制御されたコンタクタの切り替えの際には、他に注意を払わなければならない。特に、異なる数の直列の貯蔵モジュールを含む分枝を並列に瞬間的に配置することを避けることが好ましい。避けられない場合、いくつかの貯蔵モジュールは他の貯蔵モジュールに放電し、これらの充電の状態の不均衡をまねく。したがって、所定の順序で制御されたコンタクタを操作することが好ましいし、また、当初、最初の組み合わせと最後の組み合わせとに応じて、分枝を互いから瞬間的に絶縁するために動かされる必要がなかった制御されたコンタクタさえも操作することが好ましい。
【００５６】
制御されたコンタクタの切り替えの間にさらに注意することは、再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの端子で各瞬間に存在する電圧に関係する。この電圧は典型的には、予め定められた電圧範囲、たとえばエネルギーコンバータの最適動作範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］に含まれなければならない。これを実現するために、組み合わせの任意の変更の間に、デバイス１００の陰極接続端子１０１および陽極接続端子１０２に接続される任意の分枝が、再構成前の組み合わせの分枝または再構成後の組み合わせの分枝のいずれかと同じ数の直列の貯蔵モジュールを有するように制御ユニットを配置することができる。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂは、直列に接続される３つの貯蔵モジュール１１０の並列の４つの分枝を備える組み合わせ（図５Ａ）（Ｍ×Ｎ＝４×３）から、直列の４つの貯蔵モジュール１１０の並列の３つの分枝を備える組み合わせ（図５Ｂ）（Ｍ×Ｎ＝３×４）への切り替えの間の被制御インバータ１３０の切り替えの順序制御の例を示す。（１）と示されている第１の工程では、被制御インバータ１３３，１３４および１３５を作動させる。この工程は、貯蔵モジュール１２０，１１３および１１６を陰極接続端子１０１および陽極接続端子１０２からそれぞれ切断する効果を持つ。（２）と示されている第２の工程では、被制御インバータ１３７および１３９を作動させる。（３）と示されている第３の工程では、被制御インバータ１３６を作動させる。（４）と示されている第４の工程では、被制御インバータ１３８および１４０を作動させる。各工程では、順番にまたは同時に被制御インバータを作動させることができる。
【００５８】
制御されたコンタクタの切り替えを所望の順序で確実に実行するために、異なる制御されたコンタクタの位置を確認する機構を設けてもよい。この確認機構は、たとえば、制御されたコンタクタを順番に切り替えることを開始することができる制御ユニットにデータフィードバックを送る。
【００５９】
一般化
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスが任意の数のＭ×Ｎ貯蔵モジュールを含むことができる点に留意する。ここで、ＭおよびＮは１以上の２つの自然数である。特に、利用可能なエネルギー、エネルギーコンバータの効率および／または構成の数に関して組み合わせの異なる最適化が可能である。
【００６０】
利用可能なエネルギーに関する最適化
利用可能なエネルギーに関する最適化では、常に貯蔵モジュールのアセンブリＭ×Ｎが用いられると仮定する。言い換えると、組み合わせｉに無関係に以下の関係にしたがう。
Ｍｉ×Ｎｉ＝Ｍ×Ｎ
【００６１】
組Ｍｉ×Ｎｉによって定まる以下の組み合わせが特に可能である。
【表１】
2018530989.tif 000006
【００６２】
これらの組み合わせでは、ｋは真に正の自然整数（ｓｔｒｉｃｔｌｙ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｎａｔｕｒａｌ  ｉｎｔｅｇｅｒ）である。ｋにより、整数Ｎｉが、指定された整数の倍数であることを示すことが可能になる。さらにまた、組み合わせ全体を用いることが求められない場合、Ｍを当該整数の倍数とすることができる。たとえば、６×２ｋから始まる組み合わせ列は、３×２ｋから始まる列の第１項の続きにすぎず、２つずつ分枝がまとめられる。８×３ｋおよび４×３ｋから始まる列についても同様である。
【００６３】
エネルギーコンバータの効率に関する最適化
本発明に係る再構成可能デバイスをエネルギーコンバータと組み合わせる場合、デバイスの接続端子での電圧が各瞬間でこのエネルギーコンバータの最適動作範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］内にあることが可能であるような組み合わせを用いることが有用である。この条件は以下の関係によって表される。
【数４】
2018530989.tif 000007
ここでＫηは以下によって定義される。
【数５】
2018530989.tif 000008
各連続する組み合わせ間で、Ｎｉ＋１に対するＮｉの比は常に３分の２を超えるので、たとえば９×４ｋから始まる組み合わせ列によって良好な最適化が実現される。
【００６４】
以下のテーブルは、ｋη＝２／３の場合のエネルギーコンバータの効率を最適化することを可能にする異なる可能な組み合わせを示す。Ｕｄｅｖｉｃｅ−ｍａｘおよびＵｄｅｖｉｃｅ−ｍｉｎは再構成可能デバイスの端子での最大電圧および最小電圧をそれぞれ指す。
【表２】
2018530989.tif 000009
【００６５】
以下のテーブルは、ｋη＝３／４の場合のエネルギーコンバータの効率を最適化することを可能にする異なる可能な組み合わせを示す。
【表３】
2018530989.tif 000010
【００６６】
この組み合わせ列が以下の条件にしたがう唯一のものである点に留意するべきである。
【数６】
2018530989.tif 000011
整数ｋが上記の条件にしたがう中間の組み合わせを貫くことが可能でない限り、他のいかなる最初の組み合わせについてもこれに続く組み合わせの１つに、使用されない貯蔵モジュールを残すことが必要である。たとえば、最初の組み合わせＭ×Ｎ＝８×１５を持つ再構成可能デバイスの場合、以下の組み合わせ列が可能である。
【表４】
2018530989.tif 000012
【００６７】
引き続きｋη＝３／４の場合である以下の例は、特定の組み合わせで貯蔵モジュールを除いた状態で、これらを以下の組み合わせに再び組み込むために、再構成列をどのように管理することができるかを示す。
【表５】
2018530989.tif 000013
【００６８】
この後者の例において、組み合わせ２では２つの貯蔵モジュールが除かれている。電流がこれらのモジュールを通らないので、その組み合わせの期間にわたって同じ状態充電を維持する。組み合わせ３では、組み合わせ２で絶縁された２つのモジュールを１つの分枝あたり１つの割合で再び入れ、それらから他の６つを絶縁させる。組み合わせ４では、６つの絶縁されたモジュールを１つの分枝あたり３つの貯蔵モジュールの割合で再び入れる。
【００６９】
再構成の数に関する最適化
図６は、容量効果によるエネルギー貯蔵モジュールの特性を示す。図６は、貯蔵モジュールの放電中に利用可能な有効なエネルギーを放電終了時のその端子の電圧の関数として表す。ｘ軸は、放電終了時の電圧（最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘに対する割合としての電圧）に対応し、ｙ軸は、利用可能な有効なエネルギー（貯蔵モジュールにおいて利用可能な全エネルギーに対する百分率としてのエネルギー）に対応する。この図は、貯蔵モジュールの定格エネルギーの９０％が電圧範囲［Ｕｍｏｄ−ｍａｘ；Ｕｍｏｄ−ｍｉｎ］にわたって利用可能であることを示す。ここで、Ｕｍｏｄ−ｍｉｎは、Ｕｍｏｄ−ｍａｘの３分の１にほぼ等しい。したがって、本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスのエネルギーの９０％を用いるには、１つの分枝あたりの貯蔵モジュールの最大数が１つの分枝あたりの貯蔵モジュールの最小数の厳密に３倍未満であることが必要である。厳密に３倍未満であるこの関係は貯蔵モジュールの端子での電圧変化に起因する。したがって、組み合わせを以下にすることができる。
【表６】
2018530989.tif 000014
【００７０】
上述されているように、制御ユニットは、本発明に係る再構成可能デバイスの端子の電圧Ｕｄｅｖｉｃｅが、たとえばエネルギーコンバータの最適動作範囲に対応する電圧範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］内にあるように制御されたコンタクタを駆動することができる。電圧Ｕｄｅｖｉｃｅが最小電圧Ｕｍｉｎ未満になるまたは電圧Ｕｍａｘを超えるようになるときに、電圧Ｕｄｅｖｉｃｅが電圧範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］内に戻る新しい組み合わせで貯蔵モジュールを接続するために制御されたコンタクタが駆動されるように制御ユニットを配置することができる。
【００７１】
エネルギーコンバータは数ボルトのオーダーの電圧振動をもたらす場合があるので、組み合わせの変更が再構成可能デバイスの充電と放電との両方で完全に同一の電圧で実行される場合に、２つの組み合わせの間で不規則な振動の現象が認められる場合がある。このような現象を避けるために、組み合わせの変更の各電圧を中心にして数ボルト（たとえば１〜５ボルト）のヒステリシスを導入することができる。例として、各々がＮ１個の貯蔵モジュールを有する並列のＭ１個の分枝の第１の組み合わせと、各々がＮ２個の貯蔵モジュールを有する並列のＭ２個の分枝の第２の組み合わせとを考える。ここで、Ｎ２＞Ｎ１かつＭ１×Ｎ１＝Ｍ２×Ｎ２である。放電の際には、第１の組み合わせから第２の組み合わせへの切り替えは、電圧Ｕｄｅｖｉｃｅが電圧Ｕｍｉｎ未満の数ボルトである電圧Ｕｄｅｃｈに達するときに実行することができる。他方、充電の際には、第２の組み合わせから第１の組み合わせへの切り替えは、電圧Ｕｄｅｖｉｃｅが電圧Ｕｍｉｎに達するときに実行することができる。
【００７２】
ヒステリシスを導入する別の解決策は、最適動作範囲［Ｕｍａｘ；Ｕｍｉｎ］の端子での再構成閾値を保ちつつ、最小電圧Ｕｍｉｎを最大電圧Ｕｍａｘで割った商ｋηをわずかに超える比Ｎ１／Ｎ２で稼動するものである。放電の際、電圧Ｕｄｅｖｉｃｅは、Ｕｍｉｎ＝ｋηＵｍａｘから、Ｕｍａｘよりも極わずかに小さいＮ１／Ｎ２・Ｕｍｉｎに変化する。充電の際、電圧Ｕｄｅｖｉｃｅは電圧Ｕｍａｘから、ｋηＵｍａｘよりも極わずかに小さいＮ１／Ｎ２・Ｕｍａｘに変化する。上記の解決策に対して、この第２の解決策は、エネルギーコンバータの最適動作範囲に電圧Ｕｄｅｖｉｃｅを保つという利点を持つ。
【００７３】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、電気公共輸送移動体に供給するのに特に好適であり、特に、バス停留所での予め定められた停車を含む行程をこなす場合に好適である。このようなことは、特に、バスおよび路面電車の場合である。移動体の再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、実際に停留所での停車中に定期的に再充電することができることで、停留所間を自律的に移動するために十分なエネルギーを蓄積することが可能になる。この場合には、停留所は「充電ステーション」と記載されている。容量効果によるエネルギー貯蔵の技術、特にスーパーキャパシタをカバーする技術により、移動体が停留所で停車する時間にみあう比較的短い充電時間が可能になる。停車時間は典型的には約１０秒のオーダーであり、最高で約３０秒にもなる。
【００７４】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスの第１の使用例によれば、このデバイスは、３３０Ｖ〜４３０Ｖに含まれる最適エネルギー効率で、３００Ｖ〜４５０Ｖに含まれる入力電圧範囲にわたって動作するドライブトレーン（無段変速トランスミッション＋モータ）を含む移動体に供給する。本発明に係る再構成可能デバイスの使用の利点をよりよく理解するために、まず、比較として、容量効果による再構成不能なエネルギー貯蔵デバイスを考える。すなわち、貯蔵モジュールの組み合わせが一定のものを考える。この再構成不能なデバイスは、たとえば、直列に接続される８つの貯蔵モジュールの並列の４つの分枝を備える。各貯蔵モジュールは５０Ｖであるその端子間の最大電圧Ｕｍｏｄ−ｍａｘを持つ。したがって、デバイスの端子での最大電圧は、ドライブトレーンの最適動作範囲の上限（４３０Ｖ）に近い４００Ｖである。他方、その電圧が最適動作範囲の下限（３３０Ｖ）に達するまで再構成不能なデバイスを放電すると、デバイスに貯蔵されているエネルギーのわずかな部分、すなわち、約３３％しか使用できなくなる。この部分は、放電が３００Ｖの電圧まで可能である場合には約５０％に達することができるが、まだ比較的小さい。前提となる電気移動体の自律性について、貯蔵エネルギーのこの使用率を実現するのに、再構成不能な貯蔵のデバイスの寸法を過度に大きくする必要がある。
【００７５】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスにより、完全に同一の数の貯蔵モジュールに基づいて利用可能な自律性を高めることが可能になり、並列の分枝の数が最適化され、すなわち、これらの２つの所望による選択肢間の妥協が図られる。自律性が高まる場合、各々が８つの貯蔵モジュールを有する並列の４つの分枝の最初の１つの組み合わせを含む、以下に示されている表によれば、貯蔵エネルギーの最大８６％を用いることができることがみられる。分枝の数の最適化が求められる場合、再構成可能デバイスは各々が８つの貯蔵モジュールを有する並列の分枝を２つのみ備えることができる（Ｍ×Ｎ＝２×８）ことに注意する。以下の組み合わせを用いることができる。
【表７】
2018530989.tif 000015
【００７６】
図７Ａ〜図７Ｅは、対応する種々の組み合わせを概略的に示す。第１の組み合わせを示す図７Ａでは、デバイス７００は、８つの貯蔵モジュールの各々が直列である、並列の２つの分枝を備える。第１の分枝７１０は、１から８まで連続的に番号が付されている貯蔵モジュールを備え、第２の分枝７２０は、９から１６まで連続的に番号が付されている貯蔵モジュールを備える。第２の組み合わせを示す図７Ｂでは、デバイス７００は、貯蔵モジュール１〜１０から形成される１つの分枝を備え、貯蔵モジュール１１〜１６は絶縁されている。第３の組み合わせを示す図７Ｃでは、デバイス７００はこの場合も１つの分枝を備えるが、この場合には、貯蔵モジュール１〜３および９〜１６から形成され、貯蔵モジュール４〜８は絶縁されている。第４の組み合わせを示す図７Ｄでは、デバイス７００は、貯蔵モジュール４〜１６から形成される１つの分枝を備え、貯蔵モジュール１〜３は絶縁されている。図７Ｅに示されている最後の組み合わせでは、デバイスは、直列に接続される１６個の貯蔵モジュールのアセンブリから形成される１つの分枝を備える。これらの異なる組み合わせを可能にするために、デバイス７００は、貯蔵モジュール３および４間、貯蔵モジュール１０および１１間、貯蔵モジュール８とデバイス７００の陰極接続端子との間、および貯蔵モジュール９とデバイス７００の陽極接続端子との間に制御されたコンタクタを備える。
【００７７】
本発明に係る再構成可能デバイスの第２の使用例によれば、このデバイスは、そのドライブトレーンが、３５０Ｖ〜７３０Ｖに含まれる最適エネルギー効率で、３００Ｖ〜７５０Ｖに含まれる入力電圧範囲にわたって動作する電気移動体に供給する。動作範囲が比較的広い（ここでＵｍａｘ＞２Ｕｍｉｎ）ので、容量効果による再構成不能なエネルギー貯蔵デバイスを用いることを考えてもよい。しかし、本発明に係る再構成可能デバイスは、停留所で電気移動体を再充電するのに特に有用である。実際に、停留所に到着する際に、再構成可能デバイスはその端子で３５０Ｖの電圧を持つ場合があり、その端子に７００Ｖの電圧を供給するエネルギーコンバータを介して充電する必要がある場合がある。エネルギーコンバータには主に２つのタイプがある。すなわち、昇圧型および降圧型である。昇圧コンバータの場合、入力電圧範囲は出力電圧範囲未満である。ここで、充電時間が短い必要があると、大電流がステーションと電気移動体との間に流れなければならず、これには、特別なコネクタが必要であり、きわめて大きい設計コストおよび維持コストが必要になる。さらに、ジュール効果による損失がきわめて大きい。降圧コンバータの場合、入力電圧範囲は出力電圧範囲を超える。このエネルギーコンバータの欠点は安全リスクである。充電ステーションは典型的には都市環境に配置され、乗員または通行者との電気接触のリスクがある。したがって、この高電圧が存在し、きわめて大きい電力が伝達されることで、機械的集積化および材料に関して非常に厳しい安全対策が必要であり、したがってコストに関して非常に厳しい安全対策が必要である。
【００７８】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、２つの段階で充電を可能にすることによって、これらの欠点を抑制する。再構成可能デバイスは、たとえば、直列の１４個のモジュールの２つの分枝（または２の倍数個の分枝）を含み、各貯蔵モジュールはその端子で５０Ｖの最大電圧を持つ。昇圧エネルギー変換デバイスが、たとえば、２２５Ｖ〜４５０Ｖに含まれる電圧範囲にわたって動作し、５００Ｖ〜１０００Ｖに含まれる出力電圧範囲にわたって動作する場合、第１の段階では、２８個のモジュールの分枝を形成するために、２つの分枝が直列に配置される（または、分枝は２つずつ直列に配置される）。この分枝の端子での電圧は７００Ｖから１０００Ｖに変化する。第２の段階では、再構成可能デバイスは、貯蔵モジュールの再充電を完了させるために、その初期構成（Ｍ×Ｎ＝２ｋ×１４）に戻る。貯蔵モジュールの端子での電圧は５００Ｖから７００Ｖに変化する。５００Ｖ〜１０００Ｖに含まれる入力電圧範囲にわたって動作し、２２５Ｖ〜４５０Ｖに含まれる出力電圧範囲にわたって動作する降圧エネルギー変換デバイスの場合、第１の段階では、再構成可能デバイスはその初期構成（Ｍ×Ｎ＝２ｋ×１４）にされ、各分枝の端子での電圧は３５０Ｖから４５０Ｖに変化する。第２の段階では、１４個の貯蔵モジュールの各分枝は、７つの貯蔵モジュールの２つの並列の分枝に各々分けられる。充電の際、分枝の端子での電圧は２２５Ｖから３５０Ｖに変化する。その際、デバイスはその初期構成に変更され、各分枝はその端子で７００Ｖの電圧を持つ。最大電圧はエネルギーコンバータの上流にあり、充電ステーション内に事前に設置され、したがって、人の近くに位置しにくいので、対人安全上、昇圧コンバータの使用よりも降圧エネルギーコンバータの使用の方が好ましい。他方、昇圧コンバータの使用では、エネルギーコンバータの下流に最大電圧があり、特に、一般的に人の近くに位置し易い充電ステーションと移動体との間の電源接続デバイスに最大電圧がある。
【００７９】
本発明に係る再構成可能デバイスは、電気移動体の電力供給源としての利点を持つ。これは、停留所で移動体に搭載されている再構成可能デバイスを再充電する間にエネルギーの伝達を容易にするために、充電ステーションにおいて有用である場合がある。「地上再構成可能デバイス」と呼ばれる充電ステーションに配置される再構成可能デバイスは、数分のオーダーの比較的長い充電時間を持ち、この充電時間は充電ステーションでの移動体の２つの停車の間の時間間隔に対応する。したがって、電力伝達値（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｖａｌｕｅ）は著しく低く、これにより、直接電力供給網から充電することが可能になる。したがって、電気またはハイブリッド移動体用の電力供給システムは、２つの停留所の間で自律的に移動体に供給するために移動体に搭載される、本発明に係る第１の再構成可能エネルギー貯蔵デバイスと、各々の充電ステーションに配置される本発明に係る第２の再構成可能デバイスと、２つの再構成可能デバイスを接続するために配置されるエネルギーコンバータとを含むことができる。移動体のドライブトレーンの電気特性は、搭載再構成可能デバイスの電圧範囲に影響し、したがって、各分枝中の直列の貯蔵モジュールの数に影響する。一方、２つの充電ステーションの間に必要な自律性に応じて、搭載再構成可能デバイス中の並列の分枝の数を設定する。
【００８０】
例として、搭載再構成可能デバイスは、最初の組み合わせで、８つの貯蔵モジュールの各々が直列されている並列の４つの分枝を備える、すなわち、合計３２個の貯蔵モジュールを備えると考える。地上再構成可能デバイスから搭載再構成可能デバイスに伝達されるエネルギーは、エネルギー伝達による損失、特にエネルギーコンバータでの損失を無視して、２つの充電ステーションの間で移動体が移動するのに有効なエネルギーに対応する。したがって、地上再構成可能デバイスは完全に同一の数の貯蔵モジュールを備える。地上の再構成可能デバイスが動作しなければならない電圧範囲は、エネルギーコンバータの変換比の影響を受ける。１／２の比を持つ降圧エネルギーコンバータの場合、地上の再構成可能デバイスは搭載再構成可能デバイスの２倍の電圧で稼動する。したがって、これの３２個の貯蔵モジュールは、１６個の貯蔵モジュールの並列の２つの分枝の組み合わせで接続される（Ｍ×Ｎ＝２×１６）。搭載再構成可能デバイスおよび地上の再構成可能デバイスは、直列の８つの貯蔵モジュールの４つの分枝を備える完全に同一の基本再構成可能デバイスと、４つの分枝の並列の組み合わせまたは１６個の貯蔵モジュールの並列の２つの分枝の組み合わせのいずれかを選択することが可能な接続システムとから製造することができる。２の比を持つ昇圧エネルギーコンバータの場合、地上の再構成可能デバイスは搭載再構成可能デバイスの半分の電圧で稼動する。したがって、この再構成可能デバイスの３２個の貯蔵モジュールは、直列の４つの貯蔵モジュールの並列の８つの分枝の組み合わせで接続される。搭載再構成可能デバイスおよび地上の再構成可能デバイスは同様に、直列の４つの貯蔵モジュールの８つの分枝を備える完全に同一の基本再構成可能デバイスと、８つの分枝の並列の組み合わせまたは８つの貯蔵モジュールの並列の４つの分枝の組み合わせのいずれかを選択することが可能な接続システムとから製造することができる。接続システムは、母線を含むことができ、母線は、再構成可能デバイス、すなわち移動体の目的地または充電ステーションにしたがって必要な位置に完成時にボルト留めされる。接続システムは、手動電力遮断器などの手動制御されるスイッチを含むこともでき、その位置は、再構成可能デバイスの目的地の関数として決められる。再構成可能デバイスの目的地が事前に決められる点に注意しなければならない。したがって、用いられる接続システムが制御可能であることは必要ではない。しかし、再構成可能デバイスの充電または放電を行う間に用いられるような制御されたコンタクタを用いることができる。
【００８１】
本発明に係る再構成可能エネルギー貯蔵デバイスは、他の電力供給源と組み合わせることができ、特に、電荷移動電気化学的エネルギー貯蔵デバイス（電気バッテリまたは燃料電池）または発電ユニットと組み合わせることができる。これらの追加の電力供給源は、瞬断（ｓｈｏｒｔ  ｐｏｗｅｒ  ｃｕｔ）の場合、たとえば組み合わせの変更の間、および突然の電力要求の場合、または再構成可能デバイスを放電するときに再構成可能デバイスをバックアップすることができる。
【００８２】
図８は、本発明に係る再構成可能デバイスに加えて電力供給源を備える電力供給システムの例を示す。電力供給システム８００は、再構成可能デバイス８１０、エネルギーコンバータ８２０、電気バッテリ８３０および被制御スイッチ８４０を備える。再構成可能デバイス８１０は、陰極接続端子８１１、陽極接続端子８１２、貯蔵モジュール８１３のアセンブリおよび被制御インバータ８１４のアセンブリを備える。電気バッテリ８３０は、陰極接続端子８３１および陽極接続端子８３２を備える。エネルギーコンバータ８２０は、２つの入力端子８２１，８２２および２つの出力端子８２３，８２４を備える。接続端子が説明のためだけに「入力」または「出力」と記載されているが、当然のことながらエネルギーコンバータ８２０は両方向で動作することができる。被制御スイッチ８４０は、たとえば、再構成可能デバイス８１０の制御ユニットによって駆動したり、電力供給システムの任意の制御手段によって駆動したりする。これにより、エネルギーコンバータの入力端子８２１，８２２を再構成可能デバイス８１０の接続端子８１１，８１２または電気バッテリの接続端子８３１，８３２のいずれかに接続することが可能になる。
【００８３】
当然のことながら、本発明は、ここで説明されている例に限定されず、本発明の範囲を超えない限りにおいて、例に対して多数の調整を行うことができる。さらに、記載されている異なる特徴、形態、変形例および実施形態は矛盾せず、互いに排他的でない限り、これらを様々な組み合わせでともに組み合わせることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
2018530989.tif 000019
【図３Ｂ】
2018530989.tif 000020
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2018530989.tif 000022
【図３Ｅ】
2018530989.tif 000023
【図４】
2018530989.tif 000024
【図５Ａ】
2018530989.tif 000025
【図５Ｂ】
2018530989.tif 000026
【図６】
2018530989.tif 000027
【図７Ａ】
2018530989.tif 000028
【図７Ｂ】
2018530989.tif 000029
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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