特許 5774919 機械設備を駆動する電動装置、及びそれに関連する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5774919

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】機械設備を駆動する電動装置、及びそれに関連する方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20150820BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20150820BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 K

   B60L9/18 J

   B60L11/18 A

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-140204(P2011-140204)

(22)【出願日】2011年6月24日

(65)【公開番号】特開2012-70612(P2012-70612A)

(43)【公開日】2012年4月5日

【審査請求日】2014年6月24日

(31)【優先権主張番号】1055095

(32)【優先日】2010年6月25日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】508021716

【氏名又は名称】ヴァレオ システム ドゥ コントロール モトゥール

(74)【代理人】

【識別番号】100060759

【弁理士】

【氏名又は名称】竹沢 荘一

(74)【代理人】

【識別番号】100087893

【弁理士】

【氏名又は名称】中馬 典嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100086726

【弁理士】

【氏名又は名称】森 浩之

(72)【発明者】

【氏名】ボリス ブーシェ

(72)【発明者】

【氏名】リュイ ドゥ スーザ

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３３３８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３６８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５６１５９５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 欧州特許第０１２４１０４１（ＥＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｂ６０Ｌ １１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械設備を駆動し、かつ電動モータ（５）及びインバータ（３）を備える電動装置であって、前記インバータ（３）は、前記電動モータ（５）の各相に対応するＨブリッジ構造を有し、このＨブリッジ構造は、Ｈブリッジ構造の２つの端子（２１）を接続する２つの分岐（１５）に配置され、かつ前記モータの少なくとも１つの相の巻線（２３）に給電するように構成されている４つのスイッチング素子（１３）を有し、前記巻線（２３）は中点付き巻線であり、
前記電動装置は更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニット、すなわち、一方において前記電動モータ（５）の少なくとも１つの相に、前記相の巻線（２３）の中点（２５）を介して接続され、かつ他方において、前記巻線（２３）に給電する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子（２１）に接続されているスーパーコンデンサ（７）を備える電動装置。

【請求項2】

前記エネルギー貯蔵ユニットであるスーパーコンデンサ（７）の接続先の前記Ｈブリッジ構造の端子（２１）は、接地電位（２７）に接続されている端子に対応している、請求項１に記載の電動装置。

【請求項3】

前記装置は、一方において、前記電動モータ（５）の各相の巻線（２３）の中点（２５）に接続され、かつ他方において、前記巻線（２３）に給電する前記Ｈブリッジ構造の端子（２１）に接続されている単一のエネルギー貯蔵ユニットであるスーパーコンデンサ（７）を備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記装置は、各相に対応するエネルギー貯蔵ユニットであるスーパーコンデンサ（７）を備え、このエネルギー貯蔵ユニットは、一方において、電動モータ（５）の巻線（２３）の中点（２５）に接続され、かつ他方において、前記巻線（２３）に給電する前記Ｈブリッジ構造の端子（２１）に接続されている、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記エネルギー貯蔵ユニットは、電気化学二重層スーパーコンデンサ（７）である、請求項１に記載の電動装置。

【請求項6】

前記モータは、燃料電池によって給電されるようになっている、請求項１に記載の電動装置。

【請求項7】

前記モータの電源の遮断に対応する過渡状態になっている間に、前記燃料電池から供給されるエネルギーは、前記エネルギー貯蔵ユニットに貯蔵されるようになっている、請求項６に記載の電動装置。

【請求項8】

前記モータへの給電を可能にする蓄電手段と、前記インバータ（３）の制御手段とを備え、前記制御手段は、一方において、前記車両の制動フェーズ中の前記エネルギー貯蔵ユニットの充電を可能にし、かつ他方において、加速フェーズ中の前記エネルギー貯蔵ユニットから、前記モータへの放電、または前記蓄電手段への放電を可能にして前記蓄電手段を充電するように構成されている、請求項１に記載の電動装置。

【請求項9】

前記蓄電手段は、バッテリ（１）を含む、請求項８に記載の電動装置。

【請求項10】

前記スイッチング素子（１３）は、並列接続されているトランジスタ及びダイオードを含む、請求項１に記載の電動装置。

【請求項11】

前記トランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである、請求項１０に記載の電動装置。

【請求項12】

前記電動モータ（５）は、三相モータである、請求項１に記載の電動装置。

【請求項13】

原動機付き車両の電動モータ（５）により生成される電気エネルギーを取り出す方法であって、前記電動モータ（５）の各相は、中点付き巻線（２３）を含み、かつＨブリッジ構造により給電され、前記車両の制動フェーズ中に、前記Ｈブリッジ構造のスイッチング素子（１３）を制御して、生成される電気エネルギーを取り出すことにより、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットに貯蔵するようになっている、具体的には、前記モータの少なくとも１つの相と前記Ｈブリッジ構造の接地電位に対応する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子（２１）との間に、前記相の巻線の中点（２５）を介して接続されているスーパーコンデンサ（７）に貯蔵するようになっている方法。

【請求項14】

前記エネルギー貯蔵ユニットを充電するときに、前記Ｈブリッジ構造の前記素子群を制御して、前記エネルギー貯蔵ユニットまたはユニット群のエネルギーの一部を、バッテリ（１）に向けて放電させるようになっている、請求項１３に記載の取り出す方法。

【請求項15】

少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニット、具体的には、スーパーコンデンサ（７）に貯蔵される電気エネルギーを取り出して、原動機付き車両の電動モータ（５）に供給する方法であって、前記電動モータ（５）の各相は、中点付き巻線（２３）を含み、かつＨブリッジ構造により給電され、
前記車両の加速フェーズ中は、前記Ｈブリッジ構造のスイッチング素子群（１３）を制御して、前記モータの少なくとも１つの相と、前記Ｈブリッジ構造の接地電位に対応する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子との間に、前記相の巻線（２３）の中点（２５）を介して接続されている前記エネルギー貯蔵ユニットに貯蔵されているエネルギーを優先的に使用する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機械設備、例えば原動機付き車両を、電動モータを使用して駆動するように構成され、かつ特定の環境下において、例えば原動機付き車両の場合には、回生制動とも呼ばれる制動中に、当該機械設備から供給されるエネルギーの一部を取り出しうるようにする電動装置の分野に関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術では、電動モータは、直流をインバータ３に供給する再充電可能な高電圧バッテリ１から電力が供給され、このインバータ３が、この直流を交流に変換することにより、電動モータ５に電源供給することができ、この電動モータによって、機械設備を図１に示すように動かすことができるようになっている。

【0003】

更に、電動モータ５、通常は図１に示すような非同期三相モータを作動させることにより、機械設備によって使用されない機械エネルギーを発電に使用して、バッテリ１を再充電することもできる。しかしながら、都会を走行しているときに、車両は、短時間の急激な制動を行なって、大量のエネルギーを、短時間に、かつ時間の経過とともに繰り返し発生させる。生成される大電流は、バッテリ１には吸収されず、過剰状態が発生することにより、バッテリ１が早期に劣化してしまう。

【0004】

この問題を解決するために、先行技術による解決策では、特許文献１に記載されているように、スーパーコンデンサを使用して、制動中に取り出されるエネルギーを貯蔵するようになっている。図２〜図５は、スーパーコンデンサを電動モータ５の電源供給回路に使用する先行技術による構成例を示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ヨーロッパ特許第１ ２４１ ０４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図２では、スーパーコンデンサ７であるエネルギー貯蔵ユニットは、バッテリ１に並列接続されている。このような構成における問題は、バッテリとスーパーコンデンサとの間のエネルギーの管理を制御することができないことである。従って、スーパーコンデンサを放電させて、ゼロボルトにすることができないか、または充電して、バッテリの電圧よりも高い電圧にすることができないので、スーパーコンデンサの容量の使用が制限され、スーパーコンデンサの利点が制約される。

【0007】

この問題を解決するための、１つの可能な解決策として、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ９を導入して、図３に示すようなスーパーコンデンサに対する個別管理を可能にすることがある。しかし、このような構成は、直流−直流コンバータ９のコストが高く付くので費用が嵩む。

【0008】

幾つかの電源回路は、電圧昇圧コンバータ１１をインバータ３の上流に有している。この構成によると、インバータ３への電源供給が制御されるので、電源回路を最適化することができる。従って、１つの考えとして、図４に示すように、スーパーコンデンサ７を電圧昇圧コンバータ１１の出力に配置することがある。しかし、これにより、依存性が、インバータ３への電源電圧とスーパーコンデンサの充電状態との間に生じる。従って、インバータ３への電源電圧が、例えば低速の場合と同じように低い場合には、スーパーコンデンサ７は、それに応じて、放電せざるを得なくなる。更には、スーパーコンデンサ７を完全に放電させることはできない。これらの不具合は、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ９を、図５に示すように付加することにより、解決することができるが、この場合、図３に示す構成と同じように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９のコストが非常に高くなる。

【0009】

従って、先行技術における前述の不具合を解決することができ、そして具体的には、スーパーコンデンサ７の容量の使用の最適化を可能にして、エネルギーを電動モータ５から取り出すことができる簡単かつ安価な実施形態を提供することが必要である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の例示的な実施形態は、機械設備を駆動し、かつ交流モータ及びインバータを備える電動装置を提供するものであり、前記インバータは、前記モータの各相に対応して、Ｈブリッジ構造を有し、このＨブリッジ構造は、Ｈブリッジ構造の２つの端子を接続する２つの分岐に配置され、かつ前記モータの少なくとも１つの相の巻線に給電するように構成されている４つのスイッチング素子を有し、前記巻線は、中点付き巻線であり、前記電動装置は、前記モータの各相に対応して、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを備え、一方においては、前記モータの着目相の巻線の中点に接続され、かつ他方においては、前記巻線に給電するＨブリッジ構造の１つの端子に接続されているスーパーコンデンサを備えている。

【0011】

本発明の他の例示的な実施形態は、機械設備を駆動し、かつ電動モータ及びインバータを備える電動装置を提供するものであり、前記インバータは、電動モータの各相に対応して、Ｈブリッジ構造を有し、このＨブリッジ構造は、前記Ｈブリッジ構造の２つの端子を接続する２つの分岐に配置され、かつ前記モータの少なくとも１つの相の巻線に給電するように構成されている４つのスイッチング素子を有し、前記巻線は、中点付き巻線であり、
前記電動装置は更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを備え、具体的には、一方において、前記モータの少なくとも１つの相に、前記相の前記巻線の中点を介して接続され、かつ他方において、前記巻線に給電する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子に接続されているスーパーコンデンサを備えている。

【0012】

前記装置は、単一のエネルギー貯蔵ユニットを備え、一方において、前記モータの各相の巻線の中点に、直接接続され、かつ他方において、前記巻線に給電するＨブリッジ構造の端子に接続されている単一のスーパーコンデンサを備えることができる。

【0013】

１つの変形例として、前記装置は、各相に対応するエネルギー貯蔵ユニットを備え、具体的には、一方において、前記モータの相の巻線の中点に接続され、かつ他方において、前記巻線に給電するＨブリッジ構造の端子に接続されているスーパーコンデンサを備えることができる。

【0014】

場合によって、スーパーコンデンサとすることができる前記エネルギー貯蔵ユニットの接続先の前記Ｈブリッジ構造の端子は、接地電位に接続されている端子と対応させることができる。

【0015】

スーパーコンデンサは、例えば１０００〜５０００Ｗ／ｋｇの電力密度、及び／又は４〜６Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有するコンデンサである。

【0016】

前記スーパーコンデンサは、電気化学二重層スーパーコンデンサとすることができる。

【0017】

本発明の第１の例示的な実施形態によれば、前記電動モータは、燃料電池によって給電されるもので、この燃料電池を、電動装置の一部とすることができる。

【0018】

本発明のこの第１の例示的な実施形態によれば、前記電動モータの電源の遮断に対応する過渡状態になっている間に、燃料電池から供給されるエネルギーは、前記貯蔵ユニットに、具体的には、前記スーパーコンデンサに貯蔵することができる。

【0019】

本発明の第２の例示的な実施形態によれば、前記電動装置は更に、モータへの給電を可能にする蓄電手段と、前記インバータの制御手段とを備え、前記制御手段は、一方において、車両の制動フェーズ中のエネルギー貯蔵ユニット、具体的には、前記スーパーコンデンサの充電を可能にし、かつ他方において、加速フェーズ中のエネルギー貯蔵ユニット、具体的には、前記スーパーコンデンサからモータへの放電、及び／又は前記蓄電手段への放電を可能にして、この蓄電手段を充電するように構成されている。

【0020】

本発明のこの第２の実施形態によれば、蓄電手段は、バッテリを含むことができる。

【0021】

１つのスイッチング素子、具体的には、各スイッチング素子は、並列接続されているトランジスタ及びダイオードを含むことができる。

【0022】

前記トランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとすることができる。

【0023】

前記交流モータは、三相モータとすることができる。

【0024】

モータの各相の各端子は、Ｈブリッジ構造のスイッチング素子群に接続することができ、モータの各相は、Ｈブリッジの負荷に対応している。

【0025】

この装置のＨブリッジ群の全てを、同じとすることができる。この装置のＨブリッジ群の全てを、同じとする必要はない。

【0026】

本発明の他の例示的な実施形態は、原動機付き車両の電動モータにより生成される電気エネルギーを取り出す方法を提供するものであり、前記電動モータの各相は、中点付き巻線を含み、かつＨブリッジ構造により給電され、前記車両の制動フェーズ中に、前記Ｈブリッジ構造のスイッチング素子群を制御して、生成されるエネルギーを取り出して、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットに貯蔵するようになっている。具体的には、前記モータの少なくとも１つの相と、具体的には１つの相、または３つの相と、前記Ｈブリッジ構造の分岐群の下流部に対応する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子との間に、前記相の巻線の中点を介して接続されているスーパーコンデンサに貯蔵する。

【0027】

本発明の他の例示的な実施形態によれば、前記エネルギー貯蔵ユニット、具体的には、前記スーパーコンデンサを充電するときに、前記Ｈブリッジ構造の素子群を制御して、エネルギー貯蔵ユニット、具体的には、スーパーコンデンサのエネルギーの一部を、バッテリに向けて放電させるようになっている。

【0028】

他の例示的な実施形態は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニット、具体的には、スーパーコンデンサに貯蔵される電気エネルギーを取り出して、原動機付き車両の電動モータに供給する方法を提供するものであり、前記電動モータの各相は、中点付き巻線を有し、かつＨブリッジ構造により給電される。前記方法では、前記車両の加速フェーズ中に、前記Ｈブリッジ構造のスイッチング素子群を制御して、前記モータの少なくとも１つの相、具体的には、１つの相、または３つの相と前記Ｈブリッジ構造の分岐群の下流部に対応する前記Ｈブリッジ構造の１つの端子との間に、前記相の巻線の中点を介して接続されている前記エネルギー貯蔵ユニット、具体的には、スーパーコンデンサに貯蔵されているエネルギーを、優先的に使用する。

【0029】

前記エネルギー貯蔵ユニットまたはユニット群は、スーパーコンデンサ以外の貯蔵ユニット、例えばリチウムイオンバッテリとすることができる。

【0030】

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の可能な実施形態を、例示的に、かつ非限定的に示す添付の図面を参照して行う以下に述べる本発明に関する説明を読むことにより明らかになると思う。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】従来技術による電源回路図の１つの例示的な実施形態を示す。

【図2】従来技術によるスーパーコンデンサを使用する電源回路図の第１の例示的な実施形態を示す。

【図3】従来技術によるスーパーコンデンサを使用する電源回路図の第２の例示的な実施形態を示す。

【図4】従来技術によるスーパーコンデンサを使用する電源回路図の第３の例示的な実施形態を示す。

【図5】従来技術によるスーパーコンデンサを使用する電源回路図の第４の例示的な実施形態を示す。

【図6】Ｈブリッジ構造を示す。

【図7】本発明の１つの実施形態によるＨブリッジ構造を示す。

【図8】本発明の第１の実施形態を示す。

【図9】本発明の第２の実施形態を示す。

【図10】本発明の１つの実施形態によるＨブリッジの作動回路の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下の説明において、次の一般的な表記を使用する。
「Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ）」という用語は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）入力及びバイポーラトランジスタ出力を有するハイブリッドトランジスタに対応する。
「Ｈ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（Ｈブリッジ構造）」または「Ｈ ｂｒｉｄｇｅ（Ｈブリッジ）」という用語は、図６に示すように、Ｈ形に略対称に配置される４個のスイッチング素子１３を含む電気回路または電子回路に対応し、Ｈの２つの垂直分岐１５は、それぞれ、Ｈの水平分岐１７の各側に配置されている２つのスイッチング素子１３を含み、この水平分岐１７は、ブリッジの負荷１９に対応している。本発明の場合、この負荷１９は、モータ５の１つの相の巻線に対応している。更に、２つの垂直分岐１５は、これらの分岐の両端で、ブリッジの２つの端子２１に接続されている。これらのスイッチング素子は、通常、１つのトランジスタを図８及び９に示すように、１つのダイオードに並列接続することにより具体化される。トランジスタは通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。
「ｓｕｐｅｒｃｉｎｄｅｎｓｅｒ」という用語は、通常、電気化学二重層形成方法を使用して形成されている高容量コンデンサに対応し、この電気化学二重層形成方法では、活性炭により形成され、かつ電解液を含浸させた２つの多孔質電極を、絶縁多孔質膜で分離する（イオン伝導度を確保する）。これにより、中程度の電力密度を、バッテリ群と従来のコンデンサ群との間で実現することができ、バッテリよりもエネルギーを高速で取り出すことが可能になる。

【0033】

本発明の種々の実施形態では、少なくとも１つの相の巻線２３が中点付き巻線である構成の電動モータ５と、電動モータの電源回路とを使用し、この電源回路のインバータには、少なくとも１つのＨブリッジ構造を使用して少なくとも１つの相に給電し、エネルギー貯蔵ユニットであるスーパーコンデンサ７が、巻線の中点２５と、Ｈブリッジのうち、図７に示すような接地２７に対応する端子２１との間に接続されている。この場合、電動モータ５の巻線２３は、Ｈブリッジの負荷１９になる。

【0034】

記載した例では、エネルギー貯蔵ユニットまたはユニット群７は、スーパーコンデンサ７であるが、本発明はこのような例に限定されない。

【0035】

本発明は、どのような相数の電動モータ５にも適用することができるが、ここでは、本発明を例示する三相モータについて説明することとする。このようなモータは、電動機付き車両の分野において広く使用されている。

【0036】

図８は、三相電動モータの電源回路の第１の実施形態を示し、この電源回路では、燃料電池であるバッテリ１は、インバータ３にステップアップ回路１１を介して接続され、インバータ３は、これらの相の巻線２３により表わされる電動モータの３つの相に給電するように構成されている３つのＨブリッジ構造を備えている。これらの３つの相の各相に関して、スーパーコンデンサ７が、巻線２３の中点と電源回路の接地電位２７との間に接続されている。更に、スイッチ群２９を、これらの巻線の中点２５と、スーパーコンデンサ７との間に配置することにより、スーパーコンデンサ７の接続に対する制御を可能にしている。

【0037】

第２の実施形態によれば、３つの相の巻線２３の中点は、図９に示すように、単一のスーパーコンデンサ７に接続されている。

【0038】

従って、図８及び図９に示す実施形態の場合、スーパーコンデンサ７の充電電流または放電電流は、電動モータ５のこれらの相を流れるが、充電電流または放電電流によって、電動モータ５の作動が妨害されることはない。実際、これらの相の１／２巻線を流れる電流が等しい場合、この電流は起磁力を発生し、この起磁力は互いに打ち消し合うので、トルクは発生しない。

【0039】

従って、インバータ３の電流の制御手段は、スーパーコンデンサ７の充電電流及び放電電流が均等に割り当てられるように管理する必要がある。

【0040】

従って、これらの構成では、スーパーコンデンサ７に専用のコンバータ９を追加する必要がなく、そのため、設備のコストを低減することができ、かつスーパーコンデンサ７を放電させてゼロ電圧にすることができ、好適な使用が可能になる。

【0041】

次に、本発明のこれらの実施形態を一層深く理解しうるように、電源回路の作動について、電動モータにより駆動される原動機付き車両の場合に関して、詳細に説明する。なお、例えば風力駆動式または油圧式の他の機械設備も、本発明に包含される。

【0042】

作動においては、インバータ３の制御手段を介して、Ｈブリッジのスイッチング手段１３の開閉、及びスイッチ群２９の開閉を制御して、スーパーコンデンサ７を好適に使用する。

【0043】

本発明の１つの態様によれば、静止状態（加速または制動を行なわない）では、スーパーコンデンサ７の両端に現われる電圧は、ゼロボルトと、バッテリ１から供給される電源電圧の値Ｅとの中間値、例えばＥ／２に調整される。

【0044】

この中間値により、車両の加速を行なう場合には、インバータ３の制御手段でスーパーコンデンサ７の放電を制御して（場合によっては、ゼロボルトの電圧に下がるように）、電動モータ５に給電することができ、これにより、バッテリ１に対する要求電力量を小さく抑えることができる。そして制動を行なう場合には、電動モータ５（このモータは、発電機として機能する）から供給されるエネルギーを、スーパーコンデンサ７を再充電する（場合によっては、電圧Ｅにまで）することにより取り出すことができる。スーパーコンデンサ７の充電量が、中間値（本例ではＥ／２）よりも大きい値と対応している場合、制御手段は、スーパーコンデンサ７の両端に現われる電圧を、スーパーコンデンサをバッテリ１に向けて放電させることにより、Ｅ／２に戻す。この操作は、燃料電池の場合には、電気化学反応が不可逆であるので可能ではない。この場合、制動時に取り込んだエネルギーによってのみ、スーパーコンデンサの再充電が可能になる。

【0045】

更に、燃料電池の場合、電源供給の停止は直ぐには行なわれないので、電動モータへの電源供給を停止する指令が出されると（原動機付き車両の場合、この指令は、アクセルの踏み込み解除に対応する）、燃料電池は、エネルギーを供給し続ける（過渡状態）。従って、スーパーコンデンサによって、このエネルギーを熱の形で放散するのではなく、取り出すことができる。そのため、この過渡状態になっている間に貯蔵されるエネルギーは、次の加速時に使用することができる。

【0046】

例えば、加速及び制動を交互に行なう都会の走行時には、電動モータ５への電源供給は、基本的に、かつ優先的にスーパーコンデンサ７によって行なわれる。従って、バッテリ１に対する放電要求は、過渡状態になっている間のごくわずかな時間に亘ってしかなされないので、全体電力消費量は低減し、かつ、バッテリ１の経年劣化を小さくすることができる。

【0047】

更に、スーパーコンデンサ７の電流、及びモータ５に有効に作用する電流の両方を制御することができる。「有効に作用する」とは、起磁力を発生する電流を意味している。実際、図７に示すように、モータ５の１つの相の１／２巻線の電流Ｉ１及びＩ２を制御することにより、有効電流Ｉｕ、及びスーパーコンデンサ７を流れる電流Ｉｃも制御される。これらの電流の間の関係は、次の方程式のようになる。

【数1】

【0048】

図７の電気回路は、高周波数で遮断されるブリッジの分岐群が、電源電圧Ｅ、及びデューティサイクルα１及びα２の平均値によって変わる電圧源と等価である平均モデルによりモデル化することができる。上記デューティサイクルは、０〜１の間である。次に、図１０の状態となり、電圧源３１及び３３は、それぞれ電圧α１．Ｅ及びα２．Ｅを供給する。

【0049】

従って、電流Ｉ１及びＩ２は、次式のようになる。

【数2】

上式において、Ｖｃは、スーパーコンデンサ７の両端に現われる電圧であり、Ｚは、１／２巻線のインピーダンスである。

【0050】

従って、電流Ｉｕ及びＩｃの値は、次式のようになる。

【数3】

【0051】

従って、電動モータ５に流れる有効電流は、デューティサイクルの差（α１−α２）によって制御されるのに対し、スーパーコンデンサ７を流れる電流は、デューティサイクルの和（α１＋α２）によって制御される。従って、２つの値（Ｉｕ及びＩｃ）は、個別に制御することができ、これらの２つの値に関連性はない。

【0052】

従って、本発明の１つの実施形態によれば、ブリッジのスイッチング素子群１３は、パルス幅変調指令（ＰＷＭ）により制御され、このパルス幅変調指令のデューティサイクルが計算されて、電動モータ５及びスーパーコンデンサ７を流れる所望電流が得られる。

【0053】

従って、巻線２３に給電するＨブリッジの中点付き巻線２３である相巻線群を有するモータ５を使用し、スーパーコンデンサ７を、巻線２３の中点２５と、電源回路の接地２７との間に設けることにより、ブリッジのスイッチング素子１３に対する制御を利用して、スーパーコンデンサ７または他のエネルギー貯蔵ユニット群を、これらの部品の動作範囲全体に亘って使用することができる。具体的には、これらの部品を、各スーパーコンデンサ７に専用の電圧コンバータを使用することなく、完全に放電させることができる。従って、これにより、電源回路におけるスーパーコンデンサ７の適用形態を最適化することができ、一方において、コンバータ１１を追加する必要が全くないので、製造コストを低減することができ、他方において、バッテリ１の電力消費量が小さくなり、かつバッテリの稼働時間が、特に都会で運転しているときの充放電サイクルの回数が減ることにより延びるので、運転の作動コストを低減させることができる。

【符号の説明】

【0054】

１ バッテリ
３ インバータ
５ 電動モータ
７ スーパーコンデンサ
９ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ コンバータ
１３ スイッチング素子
１５ 垂直分岐
１７ 水平分岐
１９ 負荷
２１ 端子
２３ 巻線
２５ 中点
２７ 接地電位
２９ スイッチ
３１，３３ 電圧源
Ｅ 電源電圧
Ｉ１，Ｉ２ １／２巻線の電流
Ｉｃ スーパーコンデンサを流れる電流
Ｉｕ 有効電流
Ｖｃ スーパーコンデンサの両端に現われる電圧
Ｚ １／２巻線のインピーダンス
α１，α２ デューティサイクル
α１．Ｅ，α２．Ｅ電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】