JP2023508169A - ハイブリッド型エネルギー貯蔵装置を備えた電気機械 - Google Patents

Abstract

【解決手段】第１エネルギー消費部および第２エネルギー消費部を備えた電気機械であって、第１エネルギー消費部は、より高出力のエネルギー源を必要とし、第２エネルギー消費部は、より低出力のエネルギー源を必要とし、機械はさらに、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置を備え、第１エネルギー貯蔵装置は、第２エネルギー貯蔵装置に対してより高出力であり、第１エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、第２エネルギー貯蔵装置は、第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、第１エネルギー貯蔵装置は、充電のために充電器に接続可能であり、第１エネルギー貯蔵装置において充電が最大状態に到達するまでに要する時間は第２エネルギー貯蔵装置よりも短く、第１エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー消費部に電力を直接供給するように構成される。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、第１エネルギー貯蔵部および第２エネルギー貯蔵部を備えた電気機械に関する。さらに、本発明は、電気機械の構成方法に関する。

各種電気機械には、電力源として、再充電可能なエネルギー貯蔵部が設けられている。バッテリを設けてエネルギーを貯蔵することは、電力グリッドから常に直接的に電力が供給されないが、稼働のために電力を必要とする用途において好ましい選択である。

一例として、バッテリ電気自動車（ＢＥＶ）がある。しかし、ディーゼル車やガス自動車とは異なり、ＢＥＶの充電時間は、自律性（放電時間）とほぼ等しく、その範囲は３０分から数時間となる。車両が高稼働率で必要とされるような用途では、ハイブリッドソリューションが好まれるが、その場合、車両はもはや完全な電気自動車ではあり得ない。

一般的に、無人搬送車（ＡＧＶ）等の電気自動車には、再充電可能なバッテリパックが電力源として設けられる。電気自動車は、複数のバッテリを備えたバッテリパックにより動作するように構成できる。一般的に使用されるバッテリは、鉛酸バッテリまたはリチウムイオンバッテリである。一般的に、鉛酸バッテリは完全に充電されなければならず、充電時間が比較的長いことが欠点である。充電時間が長いと、電気機械（例えば電気自動車）の非生産的時間が長くなり、結果的に、効率性を著しく損なう虞がある。

一般的に、工場またはＥＣ倉庫では、マテリアルハンドリングまたは荷物の輸送を、１日２４時間、週７日行う必要がある。倉庫係の代わりに、電動フォークリフトまたは無人搬送車（ＡＧＶ）を使用すると、このようなオペレーションの実現性は増す。これらの小型車両や中型車両は、非生産的な時間を最小限に抑えて完全に自動で動作する必要がある。この点で、どのようにＡＧＶを充電し、どのようにエネルギーを管理するかは、生産性を向上させるために非常に重要となる。産業用屋内用途（フォークリフト、ＡＧＶ）では高い稼働率とゼロエミッションが求められるため、高速充電が必要となる。

数分で充電をするには非常に大きな電力が必要なことから、バッテリの寸法をかなり大きくしなければならない。自律性を１時間得ようとする場合、バッテリを１日に約２０サイクルすることになり、このように使用すると、バッテリの急速な劣化を招く虞がある。ＡＧＶにおいて、従来のバッテリ（鉛酸型）の再充電にはかなりの時間（総持続時間の２０％超）が費やされる。したがって、充電持続時間は、プラント、工場、または倉庫の全体的な生産性に影響を及ぼす。

例えば、鉛酸型を採用したＡＧＶの場合、車両を充電のために停止させる時間の割合は、一般的には２０パーセントを超え、または約４０パーセントに至ることもある。例えば、８時間以内で、充電は３時間前後、運転は７時間前後となる。この問題を解決するために、場合によっては、ＡＧＶを２０％から３０％追加して用いることがあるが、追加にはコストがかかり、また、一般的には操作上の困難も伴う。さらに、一般的には、プラント内の床面積は限られていて、その限られた床面積が、停止中の車両により塞がれてしまう。車両の約４分の１が常時充電されていることから、複数の充電器が必要となることもある。このように、ＡＧＶを追加することは、全体的にコストのかかる非効率的なソリューションである。

従来のソリューションにおける充電時間は低速であることから、電気機械（例えば、車両）の生産性は低くなる傾向がある。また、電気自動車のバッテリは寸法が非常に大きいため、車体がかさばり重くなる上に、コストも高くなってしまう。さらに、バッテリが早々に劣化して、推定運転費用（ＯＰＥＸ）が高くなる虞がある。あるいは、作動動作（例えば、荷物の積み込み・積み下ろし）を実行しながら充電すると、エネルギー源に対して過電圧となる問題が生じることがある。また、バッテリが消耗した場合でも、バックアップ用エネルギー源が利用できないことがある。

上述した欠点のうち少なくとも一つに対処するために、電気機械の改良設計が必要である。

本発明の目的は、上述した欠点のうち少なくとも１つを解消する方法およびシステムを提供することである。

さらに、または代替的に、本発明の目的は、動作効率が改善された電気機械を提供することである。

さらに、または代替的に、本発明の目的は、充電時間の間隔がより短い電気機械を提供することである。

さらに、または代替的に、電気機械の非生産的時間を減少させることが望ましい。

上述の目的に対して、本発明は、第１エネルギー消費部および第２エネルギー消費部を備えた電気機械であって、前記第１エネルギー消費部は、より高出力のエネルギー源を必要とし、前記第２エネルギー消費部は、より低出力のエネルギー源を必要とし、前記機械は、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置をさらに備え、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第２エネルギー貯蔵装置に対してより高出力であり、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第２エネルギー貯蔵装置は、前記第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第１エネルギー貯蔵装置は、充電のために充電器に接続可能であり、前記第１エネルギー貯蔵装置における充電の最大状態に到達するまでに要する時間が前記第２エネルギー貯蔵装置よりも短く、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を直接供給するように構成される電気機械、を提供する。

本発明によれば、必要な車両数をより少なくするために、高速充電を提供する。これにより、例えば、工場の床のスペースが節約される。さらに、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）に伝達されたエネルギーを、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）に戻す必要がないため、損失が少なくなる。さらに、駆動電力の伝達にＤＣ／ＤＣを介す必要がないことで、損失が少なくなる。小型のＤＣ／ＤＣコンバータでも、例えば、補助システムを駆動するのに十分であり得る。さらに、車載負荷のために電圧レギュレータを設けなくてよい。例えば、ウルトラキャパシタを小さくすることで、省スペースになる可能性がある。バッテリは（ＤＣ／ＤＣコンバータのトポロジのために）自動的にウルトラキャパシタをバックアップすることができる。さらに、第１エネルギー貯蔵装置は、停止中に操作や動作をしながら充電することができるため、専用の充電時間を必要としない。さらに、エネルギー貯蔵システムは、既存のハードウェア（例えば、従来鉛酸バッテリによって電力供給されているＡＧＶ）と直接的に互換性（サイズ、重量、電圧、エネルギー）があるため、後付けが可能である。有利には、バッテリまたは第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）のサイズが過大とならずに済む。さらに、充電時間の増大、または充電器を追加しなければならない事態を回避することができる。

電気機械の充電時間は、様々な用途において、総合的な効率性、生産性等の向上のためのボトルネックとして見ることができる。充電のために車両を停止させる時間の割合を大幅に低減させ、例えば、５パーセント未満、さらには１パーセントに近い範囲にすることができる。また、充電のための中断時間を最小限に抑えることで、必要な電気機械（例えば車両）の数や充電器の数を減らすことができる。充電のために停止時間の低減は、電気機械が使用される一連の流れに大きな影響を与える。

本発明は、生産時間の最大化および充電時間の最小化を主な目的として、数分で充電でき、且つ充電時間よりも１０倍から２０倍長い自律性を用途に与えることができるエネルギー貯蔵装置（ハイブリッド型貯蔵装置）のソリューションを提供することができる。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置のエネルギー容量は、第２エネルギー貯蔵装置に対してより低くてもよい。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置を、充電のために充電器に接続できるように設けてもよい。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置は１つ以上のスーパーキャパシタを備え、第２エネルギー貯蔵装置は１つ以上のバッテリを備えてもよい。

本発明によれば、第１エネルギー消費部（例えば、電気自動車の駆動推進、ツールに対する高出力での作動等）に電力を供給するために使用される第１エネルギー貯蔵装置を高速に充電することができる。第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）は、補助システム（例えば、車載電子機器、通信ユニット、アクチュエータ、マテリアルハンドリング、冷却、加熱等）に使用することができる。第１エネルギー貯蔵部のエネルギーは、距離（単位変位距離当たり）によって消費されるが、第２エネルギー部のエネルギーは、単位時間当たりで消費される。第１エネルギー貯蔵部は、例えば、ウルトラキャパシタとして具体化することができる。ウルトラキャパシタのエネルギー容量・内容量は比較的小さいため、ウルトラキャパシタは、特定の用途のためにできるだけ小さく設計および寸法決めされる。

なお、１つ以上のスーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタとして具体化される第１エネルギー貯蔵部の具体化には様々な例がある。一方で、例えばフライホイール、または空気圧や油圧等、高速充電を可能にする他の高出力貯蔵装置を使用してもよい。例えば、フライホイールは電気機械装置であり、エネルギーは電気モータを介して入力され、発電機（通常、モータと同じユニット）を介して回収される。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー貯蔵装置の電圧が電圧閾値を下回ると、第２エネルギー貯蔵装置が、第１エネルギー貯蔵装置に電力を供給するためのバックアップ電源を自動的に提供するように構成されてもよい。

例えば、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、リチウムイオンバッテリ）をバックアップとして機能させ、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ＵＣａp）の電圧がある閾値を下回った場合に、エネルギーを供給してＡＧＶを駆動するように構成することができる。このようにして、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ＵＣａp）は、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）から充電される。

また、任意には、電気機械は、第１エネルギー貯蔵装置と第２エネルギー貯蔵装置との間に配置された回路要素を備え、この回路要素は、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー消費部へ単一方向のみに電流を流すように構成されてもよい。

回路要素を設けることにより、電気機械は、複雑な制御システムを必要とせずにバックアップシステムを実現し、また、バックアップシステムの信頼性を向上させることができる。第２エネルギー貯蔵装置は、必要に応じて、回路要素を通過する電流によるバックアップエネルギー源を自動的に提供することができる。

また、任意には、回路素子は、一方向に電流を流す構成要素である。回路素子は、電流の一方向弁のように動作するように構成されてもよい。

また、任意には、ダイオードは第２エネルギー貯蔵装置と第１エネルギー貯蔵装置との間に配置され、第２エネルギー貯蔵装置が第１エネルギー消費部にバックアップ電力源を提供する際には、電流はダイオードを介して第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー消費部に流れる。

第２エネルギー貯蔵装置および第１エネルギー貯蔵装置の電圧は異なってもよい。第１エネルギー貯蔵装置における充電状態が消耗・空である場合、第２エネルギー貯蔵装置が自動的に引き継いで、リンプモードで最も近い充電器まで走行するのに必要なエネルギー源を供給するように構成することができる。このような場合、追加のコンバータは不要である。第１エネルギー貯蔵装置の電圧は、第２エネルギー貯蔵装置の電圧と等しくすることができる（ダイオード、０．４Ｖ差）。よって、第１エネルギー貯蔵装置に負荷がない限り、第１エネルギー貯蔵装置に流れる電流はない。電流は負荷に流れる。

電気自動車の場合、モータ駆動により、比較的大きな電圧ウインドウ（例えば、３０Ｖから６０Ｖの間）とすることができる第１エネルギー貯蔵装置の電圧ウインドウに対応することができる。これはモータ駆動にとって問題はなくても、車載電子機器にとっては問題になる可能性があることから、第１エネルギー貯蔵装置と第２エネルギー貯蔵装置との間にＤＣ－ＤＣコンバータを配置することによって対応する。例えば、バックアップシステムでは、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー貯蔵装置を充電することはない。電流は、第２エネルギー貯蔵装置から車両の推進に対して直接伝達することができる。第２エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー貯蔵装置に充電するのではなく、推進の制御を担う。しかしながら、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ（または双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ）を追加して用いる場合、第１エネルギー貯蔵装置を充電することができる。このようにして、車両の加速が必要とされるときに、フルパワーが提供されてもよい。

第１エネルギー貯蔵装置がほとんど空であるときに、第２エネルギー貯蔵装置が自動的に第１エネルギー貯蔵装置をバックアップするように、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置の電圧を一致させて適合（設計・調整）してもよい。このようにして、ＤＣ－ＤＣコンバータの代わりにダイオードを採用することができ、より安価な設計が実現する。ダイオードは比較的安価な装置である（ＤＣ－ＤＣコンバータよりはるかに安価である）。下限電圧は第２エネルギー貯蔵装置の基準電圧よりも僅かに低くすることができ、第２エネルギー貯蔵装置の充電量が十分であれば、推進を自動的にバックアップするように構成することができる。

回路素子がダイオードである場合、簡単な設計で、効果的で信頼性の高いエネルギー源のバックアップを必要に応じて実現することができる。例えば、単方向のコンバータをダイオードと並列に配置することができる。

なお、ダイオードは、動作中において、主に一方向に電流を伝導するダイオードのように作用する任意の構成要素（例えば、電気的または電子的に制御された回路素子）によって置き換えが可能である。

また、任意には、回路要素は、第２エネルギー貯蔵装置が第１エネルギー消費部に対してバックアップ電源を提供する場合に、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー消費部へ一方向のみに電流を流すように構成された電子制御スイッチである。

また、任意には、回路素子はソリッドステート制御スイッチである。有利には、電圧降下による電気的損失が低減されたり、防止されたりする。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置と第２エネルギー貯蔵装置との間には直流・直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータが配置され、このＤＣ／ＤＣは、少なくとも第１エネルギー貯蔵装置から第２エネルギー貯蔵装置へ電流を流すことができる。

また、任意には、ＤＣ／ＤＣコンバータは一方向性である。

また、任意には、ＤＣ／ＤＣコンバータは双方向性である。

例えば、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ＵＣａp）と第２エネルギー貯蔵装置（例えば、リチウムイオンバッテリ）との間にＤＣ／ＤＣコンバータおよびダイオードを配置して、第１エネルギー貯蔵装置から第２エネルギー貯蔵装置へ、および第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー貯蔵装置へ、それぞれエネルギーを伝達するように構成する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１エネルギー貯蔵装置から第２エネルギー貯蔵装置にエネルギーを供給するためのシンプルな一方向降圧型コンバータとすることができる。また、フリーホイール・ダイオードにより、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー貯蔵装置への自動バックアップを提供することができる。

また、任意には、電気機械は電気自動車であり、第１エネルギー消費部は電気自動車における推進システムであり、第２消費部は車両における少なくとも１つの補助システムからなる。

例えば、本発明によれば、生産効率向上を目的として、高速かつ長寿命のＡＧＶ用ハイブリッド型パックを構築する、超高速ハイブリッド型エネルギー貯蔵装置を実現することができる。例えば、ＡＧＶ用のハイブリッド型貯蔵装置にウルトラキャパシタ（例えば、Ｕｃａｐｓ、ＬｉＣａｐ等）およびリチウムイオンバッテリを設け、エネルギー必要量が満たされるようにする。この方法では、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）は、ＡＧＶを常に駆動するためのエネルギーを供給するとともに、余剰エネルギーが存在する場合には、駆動中に第２エネルギー貯蔵装置（例えば、リチウムイオンバッテリ）の充電に利用される。

一方で、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、リチウムイオンバッテリ）は、車載電子機器に電力を供給し、荷の積み込み・積み下ろしを実行するために利用される。他の補助システムとしては、例えば、ＡＧＶと遠隔地（例えば、サーバ）との間の通信のためのユニット、照明、スピーカ、空調、過熱、冷却、有線または無線通信等が挙げられる。

また、任意には、電気自動車は、第１エネルギー貯蔵装置に制動エネルギーを回収するように構成される。鉛酸バッテリでは、制動エネルギーの回収に制限がある。しかしながら、第１エネルギー貯蔵装置としてウルトラキャパシタ等を用いる場合、そのような制限はない。

また、任意には、ウルトラキャパシタは、電気自動車の牽引力または電気制動力のうち少なくとも１つに基づいた寸法である。

また、任意には、電気機械は電気ツールであり、第１消費部は、ツールにおける少なくとも１つの高出力のサブシステムから構成され、第２消費部は、ツールにおける少なくとも１つの低出力の補助サブシステムから構成される。

本発明は、柔軟性があり、休止時間が非常に短い電気機械を提供する。本発明は、車両（例えば、荷役のような動作を行うＡＧＶ）等のモビリティへの適用に限定されない。本発明は、例えば、フォークリフト、移動式高圧水洗機等のような電動ツールにおいても、動作や作業を行うために、エネルギー貯蔵を必要とする様々な例および用途に適用することができる。ツールは、例えば使用時に、可動であっても不動であってもよい。例えば、自動スタッカクレーンは、設置場所において固定される。

従来のバッテリを備えた高圧洗浄機は、（例えば、日中）作動させるために、長時間（例えば、夜間）充電しなければならないことがある。本発明によれば、迅速な充電（例えば、約１５分）が可能なため、バッテリを削減することができ、柔軟性が増す。負荷が非常に高い場合でも、限られた時間（例えば約15分）だけで電気機械を完全に充電することができ、別のシフト（例えば3～4時間）の運転が可能になることもある。

本発明によれば、充電時間を大幅に短縮することができる。ウルトラキャパシタにより、比較的速い充電が可能となる。例えば、必要となる充電時間は１０分未満であり、好ましくは５分未満、さらにより好ましくは３分未満、例えば２分である。

また、任意には、車両は、少なくとも電力管理を行うように構成されたコントローラを備え、このコントローラは、第１充電地点と第２充電地点との間で車両が走行する所定のルートを決定し、第１充電地点において、第１エネルギー貯蔵装置が完全に充電される完全充電状態を決定し、車両が第１充電地点から第２充電地点まで走行するのに必要な総エネルギーを決定し、完全充電状態および総エネルギーに基づき余剰エネルギーを決定し、第１充電地点と第２充電地点との間の走行の少なくとも一部において、余剰エネルギーを使用して第２エネルギー貯蔵装置を充電するように機械を動作させる。

また、任意には、車両は、第１充電地点または第２充電地点のうちの少なくとも一方の間において積み込み・積み下ろし動作を行うように構成され、この積み込み・積み下ろし動作は、第２エネルギー貯蔵装置によって電力が供給される、車両における補助サブシステムによって行われる。

積み込み・積み下ろしまたは他の荷役は、１つまたは複数のアクチュエータまたはマニピュレータを用いて行うことができる。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置が有する電力は、第２エネルギー貯蔵装置に対して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍であり、第２エネルギー貯蔵装置の有するエネルギー容量は、第１エネルギー貯蔵装置に対して少なくとも２倍である。

第１エネルギー貯蔵装置により供給、吸収可能な電力量は、第２エネルギー貯蔵装置より著しく多くてもよい。

例えば、第１エネルギー貯蔵装置のエネルギー容量は低く（例えば、０．５ｋＷｈ）、出力エネルギーは高い（例えば、１２ｋＷ）。また、例えば、第２エネルギー貯蔵装置のエネルギー容量は高く（例えば、１．５ ｋＷｈ）、出力エネルギーは低い（例えば、５００Ｗ）。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置は、１５分未満、好ましくは１０分未満、より好ましくは５分未満で完全に充電されるように構成される。

第１エネルギー貯蔵装置を完全に充電するために必要な充電時間は、第２エネルギー貯蔵装置よりもかなり短くてよい。

また、任意には、第１エネルギー貯蔵装置は、フライホイール、油圧エネルギー貯蔵装置、または圧縮空気エネルギー貯蔵装置のうち少なくとも１つを備える。比較的大きなエネルギーを高速に貯蔵するために、他の機構を用いてもよい。

一態様によれば、本発明は、電気機械を構成する方法であって、この方法は、第１エネルギー消費部および第２エネルギー消費部を設ける工程であって、第１エネルギー消費部はより高出力のエネルギー源を必要とし、第２エネルギー消費部はより低出力のエネルギー源を必要とする工程と、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置を設ける工程であって、第１エネルギー貯蔵装置は第２エネルギー貯蔵装置に対してより高出力である工程、とを含み、第１エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、第２エネルギー貯蔵装置は、第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、第１エネルギー貯蔵装置は、充電のために充電器に接続可能であり、第１エネルギー貯蔵装置において充電が最大状態に到達するまでに要する時間が第２エネルギー貯蔵装置よりも短く、第１エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー消費部に電力を直接供給するように構成され、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置は、第１エネルギー貯蔵装置の電圧が電圧閾値を下回ると、第２エネルギー貯蔵装置が、第１エネルギー貯蔵装置に電力を供給するためのバックアップ電源を自動的に提供するように構成され、電気機械は、第１エネルギー貯蔵装置と第２エネルギー貯蔵装置との間に配置された回路要素を備え、回路要素は、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー消費部へ単一方向のみに電流を流すように構成される、方法を提供する。

充電時間が長くなると、非生産的な時間が長くなり、効率性が損なわれる虞がある。本発明によれば、有利には、充電持続時間を大幅に減らすことで、非生産的な時間を短縮することができる。非生産的な時間を減らすには高速充電が必要であり、セミハイブリッドによって達成することができる。例えば、電気機械は、推進・牽引のための電力供給用で、非常に高速に充電できるウルトラキャパシタと、補助システムへのエネルギー伝達用で、より長い充電時間間隔を必要とするリチウムイオンバッテリを含む電気自動車とすることができる。第２エネルギー貯蔵装置によって電力が供給されるため、例えば、充電プロセスから独立しているマテリアルハンドリングのために車両が停止している間に、第１エネルギー貯蔵装置の充電を行うことで、非生産的な時間はゼロまで減らすことができる。

一態様によると、本発明は、より高出力のエネルギー源およびより低出力のエネルギー源を備えたハイブリッド型エネルギー貯蔵システムに関する。

なお、回路素子は、主に一方向に電流を伝導する二端子の電子部品であるダイオードとすることができる。回路素子は、非対称コンダクタンスを提供することができる。あるいは、回路素子は、主に単一の方向に電流を伝導し、逆方向の電流を遮断するように制御されたスイッチであってもよい。これを達成するために、回路素子は、一方向に低い抵抗（理想的にはゼロ）を有し、他方向に高い抵抗（理想的には無限大）を有してもよい。

例えば、ダイオードは、ある閾値電圧またはカットイン電圧が順方向（すなわち、電流が流れ、通過できる方向）に存在する場合にのみ、電気の伝導を開始するように構成してもよい。

なお、回路要素は、様々な形態や実装とすることができる。使用可能な種々のダイオードに加えて、例えばダイオードとして作用する電子部品等、代替の形態を使用することもできる。

また、他の例示的な実施形態では、回路素子はコンタクタであってもよい。コンタクタは、順方向に電気を伝導させ、逆方向の電流を遮断するように、電力回路を切り替えるために使用される電気制御スイッチである。

なお、本明細書におけるスーパーキャパシタは、ウルトラキャパシタ（ｕｃａp）、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等を指すことがある。

なお、電気自動車は、様々な方法で具体化することができる。例えば、ＡＧＶ、ツール、洗浄機、フォークリフト、および自動スタッカクレーン、電気自動車、電気バス、フェリー、電気トラック、メトロ、軽鉄道輸送等である。電気機械は、組立工場、ＥＣ倉庫、自動車および物流（港および空港）、小包、宅配便、配達サービスおよび流通センター、ヘルスケア産業、食品および飲料産業、航空宇宙産業、ならびに製造産業において使用することができる。

なお、電気機械についての態様、特徴、オプションは、いずれも、記載されたシステムおよび方法に同様に適用される。また、上記の態様、特徴、およびオプションのうちの任意の１つまたは複数を組み合わせることができる。

機械の一実施形態の模式図である。 機械の一実施形態の模式図である。 機械の一実施形態の模式図である。 機械の一実施形態の模式図である。 機械の一実施形態の模式図である。 車両ルートの一実施形態の模式図である。 グラフの模式図である。

図面に示される例示的な実施形態に基づき、本発明をさらに説明する。例示的な実施形態は、非限定的な例として示される。図面は非限定的な例を示すものであり、本発明の実施形態の概略的な表現に過ぎない。

図１は、電気機械１の一実施形態の模式図である。電気機械には、第１エネルギー消費部と第２エネルギー消費部とが設けられる。本例では、電気機械はＡＧＶとして具体化されているが、他の装置（例えば、高圧洗浄機、エレベータ、クレーン等のツール）であってもよい。第１エネルギー消費部が必要とするエネルギー源はより高出力であり、第２エネルギー消費部が必要とするエネルギー源はより低出力である。さらに、機械には、第１エネルギー貯蔵装置３および第２エネルギー貯蔵装置５が設けられる。第１エネルギー貯蔵装置３は、第２エネルギー貯蔵装置５に比べてより高い電力を有する。本例では、第１エネルギー貯蔵装置３は１つ以上のウルトラキャパシタとして具体化され、第２エネルギー貯蔵装置５は１つ以上のバッテリとして具体化される。第１エネルギー貯蔵装置３は、第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、第２エネルギー貯蔵装置５は、第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成される。第１エネルギー貯蔵装置３は、充電のために充電器に接続可能である。さらに、第１エネルギー貯蔵装置３は、第２エネルギー貯蔵装置５よりも、より短い充電時間でその最大充電状態に到達するように構成される。さらに、第１エネルギー貯蔵装置３は、第１エネルギー消費部に直接的に電力を供給するように構成される。

充電器はウルトラキャパシタを直接的に充電することができる。例えば、電気機械において、充電器は、ウルトラキャパシタを最大許容電圧まで５分未満、より好ましくは３分未満で充電することができる。充電されたウルトラキャパシタにより、電気機械（車両やツール等）は駆動可能となる。一方で、電気機械には、例えば、車載電子機器、積み込み・積み下ろし等の作業を行うためのアクチュエータ等、電力を必要とする補助システムが設けられることがある。例えば、本発明はセミハイブリッド型エネルギー貯蔵システムを採用し、電気機械に一体化することが可能なウルトラキャパシタおよびバッテリ（例えば、リチウムイオン）を備えている。ウルトラキャパシタを車両の駆動用電源として構成し、直接的に（例えば、５分未満で）充電されるようにし、また、バッテリは、他の補助システム（例えば、車載電子機器、積み込み・積み下ろし等）の制御を担うように構成することができる。

図２は、機械１の実施形態の模式図であり、特に、エネルギー貯蔵システム７が示されている。機械１のエネルギー貯蔵システム７には、第１エネルギー貯蔵装置３および第２エネルギー貯蔵装置５が設けられ、その間にＤＣ－ＤＣコンバータ８が配置される。第１エネルギー貯蔵装置３（例えば、ウルトラキャパシタ）から第２エネルギー貯蔵装置５（例えば、バッテリ）へのエネルギーの伝達は、ＤＣ－ＤＣコンバータ８を介して行うことができる。（第１エネルギー貯蔵装置３内の）残ったエネルギーは、例えば、車両が走行する短めの走行ルートに用いるために、第２エネルギー貯蔵装置５に伝達することができる。第１エネルギー貯蔵装置３内のエネルギーを消費し尽くしてしまうと（または装置３が最小閾値電圧に達した場合）、第１エネルギー貯蔵装置３を使用した車両の駆動ができなくなってしまう。このような場合に、第２エネルギー貯蔵装置５において十分な充電状態（ＳｏＣ）が確保されていると、そのエネルギーを、ダイオードまたは双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ８のいずれかを介して渡すことができる。バックアップシナリオでは、第２エネルギー貯蔵装置５から第１エネルギー貯蔵装置３にエネルギーが伝達され、それにより車両が駆動される。

本例では、ダイオードは、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置の間に配置された回路要素であり、この回路要素は、第２エネルギー貯蔵装置から第１エネルギー消費部に向かって単一方向にのみ電流を流すことができるように構成されている。一方で、本発明によれば、他の種類の回路素子を使用することもできる。回路素子は、一方向に電流を伝導するように構成された電子装置または電気機械装置であってもよい。回路素子（例えば、ダイオード）は、主に電流を単一方向に自動的に流すように構成することができる。しかしながら、回路素子を手動で制御したり、自動的に制御したりすることも可能である。図３は、充電器９に接続可能な機械１の実施形態の模式図である。充電器は、接続部１１を介してグリッドに接続することができる。充電器には、さらに、整流器およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３が設けられ、その出力は、第１エネルギー貯蔵装置（本例ではウルトラキャパシタ）の無線充電用のポート１７に接続するために、ＤＣ／ＡＣコンバータ１５に提供される。無線充電には、追加の変換器が必要となる場合がある。本例では無線充電が採用されているが、（例えば、より変換の少ない）有線充電を採用することもできる。この目的のために、電気機械がＡＣ／ＤＣコンバータ１９を備えるように構成してもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は、第２エネルギー貯蔵装置５（本例ではリチウムイオンバッテリ）への接続のために配置された任意のＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続可能であってもよい。

図３に示す実施形態は、充電器９に接続可能なＡＧＶ１におけるハイブリッド型エネルギー貯蔵装置の概略例を示す。本例では、ＵＣａpｓは、１２ｋＷの充電器によって３分でフル充電される。充電地点においてＡＧＶが必要とするエネルギー（走行＋荷の積み込みや積み下ろし＋車載電子機器への電力供給）は、ＡＧＶがあらかじめ決められたルートでの走行を開始する前に事前に把握されている。充電中にＵＣａpｓに供給されるエネルギーが、完全な走行サイクルや走行ルートにおける車両駆動にのみ十分であるかどうかが計算される。例えば、ルートの長さが１時間以上の走行であり、ＵＣａpｓにおける利用可能なエネルギーはＡＧＶの駆動のみに十分である場合、車載電子機器や荷の積み込み・積み下ろしに対する電力は、バッテリから供給される。第１エネルギー貯蔵装置３と第２エネルギー貯蔵装置５との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ８は、無効にすることができる。また、選択された走行サイクルや走行ルートが短めで、充電中にＵＣａpｓに供給されるエネルギーが、完全な走行サイクルや走行ルートにおける車両駆動に十分以上ある場合は、ＵＣａpの余剰エネルギーを、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介してバッテリに伝達することができる。このように、車両の動作中に、バッテリを定期的に充電することができる。車載電子機器および積み込み・積み下ろしの対応には一定の電圧が必要となるため、バッテリはこれらのために直接電力を供給する。さらに、ＡＧＶの動作中にＵＣａpにかかる電圧がその最小閾値電圧まで低下すると、バッテリはＵＣａpｓの後を継ぎ、リンプホームの車両駆動に十分なエネルギーを、フリーホイール・ダイオードを介して提供することができる。さらに、何らかの不測の障害物または異物により車両が停止した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を無効にして、ＵＣａp内のエネルギーが、走行サイクルや走行ルートを完了し、異物の除去後に充電地点に戻るのに十分であることを確認するように構成することができる。さらに、バッテリは車載電子機器および積み込み・積み下ろしに対して、充電プロセスから独立して直接電力を供給することから、車両が走行サイクルや走行ルート上の特定の地点で荷の積み込み・積み下ろしのために停止した場合は、この期間を利用してＵＣａpを充電することができる。例えば、エネルギー管理の目標は、ＵＣａpがフル充電状態で充電器から出発し、ＵＣａpの充電が空になって戻ってくることである。このようにして、充電中に最大量のエネルギーを移動させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、車載バッテリを充電することによってこの目標を達成するために用いることができる。

上述の例では電気自動車について説明したが、他の用途、例えば他のツール、高圧洗浄機、クレーン、エレベータ等にも適用可能である。

電気機械は、例えば、（水を循環させるための）補助ポンプ、冷却ユニット、電気加熱ユニット、ヒータの制御装置等を備えた高圧洗浄機であってもよく、高圧ポンプが第１エネルギー消費部に対応すると考えることができる。例えば、水の噴霧が高圧洗浄機の動作総時間のわずか１０％または２０％で行われる場合、総時間の８０％から９０％は、高圧洗浄機は動作していないことになる。しかし、補助システム（例えば、過熱ユニット、冷却ユニット、および他の補助ユニット）は作動し続け、エネルギーを消費する。

図４Ａおよび図４Ｂは、機械１の実施形態の模式図を示す。図４Ａおよび図４Ｂに示す例では、機械１はＡＧＶである。一方で、電気機械は、他の電気ツールとして具体化してもよい。図４ＡはＡＧＶのハイブリッド型貯蔵装置（ＵＣａpおよびバッテリ）の模式図およびその使用方法を示す図である。図４Ａに示す実施形態において、第１エネルギー貯蔵装置３（例えば、ＵＣａp）と第２エネルギー貯蔵装置５（例えば、リチウムイオンバッテリ）との間のＤＣ／ＤＣコンバータおよびダイオード２１によって、第１エネルギー貯蔵装置３から第２エネルギー貯蔵装置５へ、また、第２エネルギー貯蔵装置５から第１エネルギー貯蔵装置３へ、それぞれエネルギーが伝達される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａは、単方向降圧型コンバータであり、ＵＣａpからバッテリにエネルギーを供給する。フリーホイール・ダイオードは、バッテリからＵＣａpへの自動バックアップを提供する。図４Ｂは、ＡＧＶのハイブリッド型貯蔵装置（ＵＣａpおよびバッテリ）の模式図とその使用方法を示す。図４Ｂに示す実施形態において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８ｂは、第１エネルギー貯蔵装置３と第２エネルギー貯蔵装置５との間に配置される。ＤＣ／ＤＣコンバータを（時間と方向で）限定的に使用することで、ＤＣ／ＤＣコンバータに由来する損失が少なくなり、エネルギー効率が高まる。

第１エネルギー貯蔵装置３（例えば、ウルトラキャパシタ）は、電気自動車の通常の使用において、常に推進力を駆動するように構成することができる。したがって、車両の駆動装置を作動させるためのエネルギーの全てを、第１エネルギー貯蔵装置３から供給するようにしてもよい（これは通常の状態の場合であり、例えば、車両が充電地点に到達する前にウルトラキャパシタが完全に放電し、その後、第２エネルギー貯蔵装置５（例えば、バッテリ）が引き継いで、ダイオード２１または双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８ｂのいずれかにエネルギーを供給する場合を除く）。このように構成した場合、第２エネルギー貯蔵装置５（例えば、バッテリ）をバックアップとして動作させる。第１エネルギー貯蔵装置３（例えば、ウルトラキャパシタ）が推進のためのエネルギーを提供することが望ましいが、最悪の場合、第２エネルギー貯蔵装置５（例えば、バッテリ）に十分なエネルギーが残っていないときは、第２エネルギー貯蔵装置５が第１エネルギー貯蔵装置をバックアップシステムとして引き継ぐことができる。

補助システムとして、車両による荷の積み下ろしがされることがある。充電と動作（例えば、マテリアルハンドリング、荷の積み込み・積み下ろし等）が同時に行われると、従来のバッテリシステムでは過電圧となる虞がある。この技術的問題は、例えば鉛酸バッテリのようなバッテリをエネルギー源として使用する場合にしばしば発生する。例えば、充電中に、電圧が増加することがあり（例えば、標準値の２４Ｖではなく２９Ｖ）、その場合の電圧は約２９Ｖとなる。車載電子機器は高電圧に対応することができないと損傷する虞があるため、これを防ごうとすると、充電時間が長くなってしまう（したがって、休止時間も長くなる）。電圧の制限は技術的ソリューションであるが、経済的バランス（休止時間がより長くなる）が損なわれる。

本発明では、この問題を、移動のための電源と、積み込み・積み下ろしのような補助サブシステムのための電源とを分離することにより解決する。例えば、電気自動車に対して、電源としてウルトラキャパシタを用いて駆動や充電を行い、バッテリを用いて、とりわけ、ハンドリング動作（例えば、積み込み・積み下ろし）等の補助タスクを実行するために、車載電子機器への電力供給を行うようにすることができる。

図４に示す構成要素間の関係を表す例示的な数値は、ＵＣａpのエネルギー容量＝４６０Ｗｈ、バッテリ＝１２００Ｗｈ、ＤＣ／ＤＣ＝５００Ｗ、推進力＝３ｋＷ、充電器電力定格＝１２ｋＷ、ＵＣａp電圧範囲＝３３Ｖから５７Ｖ、バッテリ電圧範囲＝３０Ｖから４２Ｖである。

例えば、牽引ライン（エネルギーフロー）にＤＣコンバータを配置しない場合がある。このように構成すると、コストが著しく節約され、また損失が低減される。ウルトラキャパシタは高出力であり、ＤＣコンバータの価格はＤＣコンバータの電力によって決定される。そのため、コンバータを有するウルトラキャパシタは、コンバータを有するバッテリよりも高価になる。キャパシタは本質的に高出力装置である。よって、ウルトラキャパシタが充電器の電荷を吸収して大きなバッテリに変換し、バッテリから駆動ラインに電力を供給するように構成される場合に関して有利な設計である。しかし、その場合、ウルトラキャパシタからバッテリ用、そしてバッテリから牽引モータ（車輪）用に、牽引エネルギーを二回変換することになる。本発明は、メインのエネルギーフローについての変換を１回分回避することができる点で有利である。

電気自動車は、制動エネルギーを第１エネルギー貯蔵装置に回生するように構成されてもよい。第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）は、電気自動車の牽引・推進電力、または電気制動電力の少なくとも１つに基づいて寸法を決めることができる。本例では、矢印２２ａは車両を駆動するための牽引・推進力を示し、矢印２２ｂは電気制動による例示的なエネルギーの回生を示している。

図５は、車両ルート５０の一実施形態の模式図である。電気機械は、少なくとも電力管理を提供するように構成されたコントローラを備えた電気自動車であってもよい。コントローラは、第１充電地点５３と第２充電地点５５との間で車両が走行する所定のルート５１を決定するように構成できる。さらに、コントローラは、第１エネルギー貯蔵装置３が第１充電地点で完全に充電される完全充電状態を決定し、第１充電地点から第２充電地点まで車両が走行するのに必要な総エネルギーを決定し、完全充電状態および総エネルギーに基づいて余剰エネルギーを決定するように構成できる。さらに、コントローラは、第１充電地点５３と第２充電地点５５との間の走行の少なくとも一部において、第２エネルギー貯蔵装置５を充電するために余剰エネルギーを使用するよう、機械を動作させるように構成できる。車両は、第１充電地点または第２充電地点のうちの少なくとも一方の間において、積み込み・積み下ろし動作を行うように構成することができ、この積み込み・積み降ろし動作は、第２エネルギー貯蔵装置５によって電力が供給される車両の補助サブシステムによって行われる。

電気自動車（例えば、ＡＧＶ）は、例えば、プラント、工場、または倉庫等の様々な用途で使用することができる。ライン６０は、車両がカバーしなければならないルートを表す。点６１は、例えば、積み込みや積み下ろしのような動作を実行するために車両が停止しなければならない場所を示す。点６３（緑色の点）は充電地点を表し、車両が充電を停止したり、積み込みや積み下ろしをしたりする場所である（２つの機能を同時に行う：充電＋積み込み・積み下ろし）。点６５は、電気自動車の充電が可能な場所を示す。

図６は、駆動サイクル中にＡＧＶが必要とするエネルギーに対するバッテリ充電状態を示すグラフ１００の模式図である。初期ルートの開始時には、バッテリ充電状態（ＳｏＣ）は５０％で、ＵＣａpは空であると想定される。ＵＣａpは、充電器によって４６０Ｗｈで完全に充電される。最初の駆動サイクルでは、合計２９７Ｗｈが必要である。よって、次の充電セッション中は、バッテリは４６０Ｗｈ－１８７Ｗｈ＝２７３Ｗｈで充電される。

充電セッション５では、最も長い作業サイクルが予想される（必要エネルギー＝７０７Ｗｈ）。ＵＣａp(４６０Ｗｈ）内の全てのエネルギーは牽引のために必要であり、車載消費部や積み込み・積み下ろし用のエネルギー（７０７Ｗｈ－４６０Ｗｈ＝２４７Ｗｈ）は、バッテリからゆっくりと放電される。

このサイクルの作業順序は、１６時間のシフトに対して現実的に最悪なケースのシナリオと考えられる。最後のバッテリＳｏＣは最初より高いことから、このシステムが完全に自己持続していることがわかる。つまり、保守充電（結果として非生産的な時間）は必要とされない。

図６は、エネルギー使用の表を示している。本例では、例示的なＬｉＣａｐｓ（最小電圧要件を有する）とリチウムイオンバッテリとの間にＤＣ／ＤＣコンバータおよびダイオードが配置され、それぞれＬｉＣａｐｓからバッテリへ、およびバッテリからＬｉＣａｐｓへエネルギーを伝達している（ＬｉＣａｐｓの電圧が最小値に達する場合）。ＬｉＣａｐｓは、２．２Ｖから３．８Ｖまで動作することができる。３３Ｖから５７Ｖの動作電圧を提供するために、ハイブリッド型装置には、１６セルのＬｉＣａｐが直列に、７セルのＬｉＣａｐが並列に設けられている。ＬｉＣａｐｓの他に、３０Ｖから４２Ｖの間の電圧の１０セルのリチウムイオンバッテリ列が存在する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、シンプルな単方向降圧型コンバータとすることができる。その内部フリーホイール・ダイオードは、バッテリによるＬｉＣａｐｓへの自動バックアップを提供する。ＢＭＳは、コンバータの制御とともに、ＬｉＣａｐｓとバッテリの電圧バランスを管理する。ダイオードにより、ＬｉＣａｐｓの最低電圧要件を下回る電圧降下は回避される。

ＡＧＶにおけるエネルギー必要量は、推進・駆動、積み込み・積み下ろし（すなわち、ハンドリング）、車載電子機器用への電力供給について異なっている。ＡＧＶは、一定の速度で動作可能である。ルート期間およびルートについて必要なエネルギーは、事前に把握することができる。本例では、ＡＧＶのウルトラキャパシタは、約３分で直接充電することができる。ウルトラキャパシタには４６０Ｗｈをエネルギー貯蔵できる。サブルートごとの推進に要するエネルギー量は算出可能であり、これは、補助システム（例えば、電子機器、およびハンドリング（すなわち、積み込み・積み下ろし）等）に必要とされるエネルギーとの間で分離可能である。さらに、ＡＧＶのエネルギー必要量は、予め決定したり、推定したりすることができる。例えば、ウルトラキャパシタは４６０Ｗｈまで完全に充電できるが、走行に必要なエネルギーは３００Ｗｈである場合、車両がサブルートを完了した時点で１６０Ｗｈが残る。エネルギーの必要量は、例えば履歴データを用いた推定に基づくことができる。推定には、小さな変動が含まれるが、追加のエネルギー（余剰分）がウルトラキャパシタに残っているので、その余剰エネルギーをバッテリに転送する（つまり、バッテリを充電する）ことができる。

ウルトラキャパシタがほぼ空の状態で車両が充電地点に到着し、その結果、可能な限り多くのエネルギーで充電されることが望ましい。ウルトラキャパシタに蓄えられたエネルギーは、主に推進に使用される。したがって、余剰エネルギーをバッテリに伝達して、消耗させないようにしてもよい。一般的に、バッテリはウルトラキャパシタのようには高速充電に対応できない。ウルトラキャパシタは、バッテリよりもエネルギー密度が低い場合がある。しかし、ウルトラキャパシタは、バッテリと比較して、大幅に高速で充電することができる。

ＡＧＶでは、駆動・推進のための一次的エネルギー需要と、補助（サブ）システムのための二次的エネルギー需要の２つのエネルギー需要が存在し得る。ＡＧＶを、バッテリを充電する必要なく、複数サイクルを実行するように構成してもよいが、これは、通常、期間の長いプロセスとみなされ、ＡＧＶの停止が必要となる。例えば、リチウムイオンバッテリや鉛酸バッテリを再充電するには数時間かかる。有利には、充電器でウルトラキャパシタを充電するたびに、ＡＧＶを最大量のエネルギーを得ることができる。例えば、ウルトラキャパシタは充電地点での充電のたびに最大量のエネルギーまで充電されるので、電気機械は、次の充電地点に到着したときにある程度空になっているように、（例えば、車両の推進力を駆動する次のバッテリを再充電するために）ウルトラキャパシタに貯蔵されたエネルギーの大部分を消費するように構成することができる。

例えば、ウルトラキャパシタは、車両の推進・駆動に必要なエネルギーを提供するために使用することができ、バッテリは、他のアクチュエータ、ハンドリング、車載電子機器等を動作させるために必要なエネルギーを提供するために使用することができる。駆動電力は、車載電子機器が必要とする電力に比べて比較的高くなる。例えば、駆動電力は、３ｋＷであり、一方、車載電子機器は、２００Ｗ（１５倍以下）である。補助システム（例えば、車載電子機器）用の電力はより低い場合があるが、車両は時々停止され、その場合、推進エネルギーを提供するウルトラキャパシタからのエネルギーは消費されない。しかし、車両が停止されたときにも、補助システムは依然としてエネルギーを必要とする場合がある。ウルトラキャパシタは、エネルギー容量の観点から、できるだけ小さいサイズとすることが可能である（エネルギー密度が非常に低いと、比較的大きなスペースが必要となる）。ウルトラキャパシタの出力密度は比較的高い。

任意には、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）を、充電の度にその最大量まで充電されるように構成してもよい。ウルトラキャパシタは、最長ルートのための牽引エネルギーを提供するように構成されつつ、そのサイズをできるだけ小さく設けてもよい。例えば、そのサイズはウルトラキャパシタの最小サイズとすることができる。

ＡＧＶが最長ルート、すなわち予め把握することができる最長ルートを走行していないときは、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）から第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）へエネルギーを伝達することができる。この伝達されたエネルギーにより、バッテリはより長い期間にわたってバランスを保つことができる。

第１エネルギー貯蔵装置のエネルギー容量は、複数の連続するルートの最長のルートにおいて必要とされる牽引エネルギーに応じた大きさとしてもよい。

短めのルートでは、ウルトラキャパシタからのエネルギーがすべて必要になるわけではない。ルートは、２つの充電位置の間の軌道として定義することができる。例えば、ある充電場所がルート上で経由されない場合、それも１つのルートと見なしてもよい。牽引または推進（駆動動作）は、高出力負荷とみなすことができる。電気機械は、高出力の消費部（第１エネルギー消費部を参照）および低出力の消費部（第２エネルギー消費部を参照）を備える。第１エネルギー貯蔵装置は、高出力の消費部（例えば３ｋＷ）に電力を供給するように構成することができ、第２エネルギー貯蔵装置は、低出力の消費部（３００Ｗから２００Ｗ）に電力を供給するように構成することができる。

ルートが短い場合、第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）に残っているエネルギー量をバッテリに伝達することができる。バッテリは、例えば車載電子機器のような補助システムにエネルギーを供給するように構成することができる。最長のルートに関しては、利用可能なエネルギーの大部分が推進のために提供されてもよい。

第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）は、マテリアルハンドリング中に充電することができる。マテリアルハンドリングには、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）からのエネルギーを使用する。第１エネルギー貯蔵装置は、第２エネルギー貯蔵装置から完全に分離されてもよい。よって、有利には、マテリアルハンドリングを行う地点に充電器を配置して、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）の電圧に影響を与えることなく、ウルトラキャパシタを充電することができる。

充電地点において、車両の第１エネルギー貯蔵装置は、貯蔵可能なエネルギーの最大量で充電することができる。第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）が消耗（その最小閾値電圧まで低下）すると、第２エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）が引き継いで、エネルギーをダイオードまたはＤＣ－ＤＣコンバータに伝達することができる。

表において、Ｅｃａp ｓｔａｒｔは、車両の始動時にウルトラキャパシタに蓄積されたエネルギーを示す。本例では、ウルトラキャパシタは４６０Ｗｈまでフル充電されている。

表において、Ｅｃａp ｅｎｄは、車両が到着し、そのルートを完了したときにウルトラキャパシタに蓄積されたエネルギーを示す。例えば、ウルトラキャパシタは、最大エネルギー量（Ｅｃａp ｓｔａｒｔ ４６０Ｗｈを参照）で充電されるように、ゼロになるまで放電されることが望ましい。

表において、Ｅｃａp ｎｅｅｄｅｄは、予定ルート上での車両の牽引または推進が必要とするエネルギー量を示す。

表において、Ｅｂａｔ ｎｅｅｄｅｄは、予定ルート上での車載電子機器およびマテリアルハンドリングが必要とするエネルギー量を示す。

表において、Ｅ ｔｏ ｂａｔは、ルートが短い場合にウルトラキャパシタからバッテリに伝達されるエネルギー量（エネルギー伝達）を示す。

表において、Ｅ ｉｎ ｂａｔは、ルートが完了した後のバッテリのＳｏＣを示す。

表において、Ｐ ＤＣ／ＤＣは、ＤＣ－ＤＣコンバータを介してウルトラキャパシタとバッテリとの間で伝達される電力を示す。

例示的な表では、車両がどのルートを通過するか、および、どれだけのエネルギーが必要かを示す情報が提供される。予定ルートには、充電地点間に複数のサブルートが含まれ得る。エネルギー必要量が事前に定義されるよう、ルートおよびサブルートを事前に定義してもよい。車両が特定のルートを走行中に、サブルートではエネルギー必要量が異なることがある。

車両は、（サブ）ルートについて異なる順序をとることができる。そして、サブルートごとに、車両はエネルギーを消費する（長めのサブルートではエネルギー消費量が多くなり、短めのサブルートではエネルギー消費量が少なくなる）。

最長（サブ）ルートに沿って走行するために必要な最大エネルギーを把握することができる（例えば、７００Ｗｈ）。車両が最長ルートで走行しているときに、車両を駆動するための全てのエネルギーを提供するように、車両のウルトラキャパシタを構成することができる。最短（サブ）ルートに沿って移動するのに必要なエネルギー量も、同様に把握することができる。第１エネルギー貯蔵装置（例えば、ウルトラキャパシタ）は、この情報に基づいて設計することができる。例えば、車両が走行する最長ルートにウルトラキャパシタはいくつ必要であるか、および、最長ルートに沿って車両が走行する際にウルトラキャパシタによって車両を駆動するには、車両が必要とするエネルギーをどれだけ充電すればよいかを、車両の設計時に把握することができる。

なお、上述の方法は、コンピュータで実施される工程を含むことができる。上述のすべてのステップは、コンピュータにより実施されるステップとすることができる。実施形態にコンピュータ装置を設けることができ、処理はコンピュータ装置で実行される。本発明はまた、本発明を実施するように適合されたコンピュータプログラム、特にキャリア上またはキャリア内のコンピュータプログラムにも及ぶ。プログラムは、ソースコードまたはオブジェクトコードの形態であってもよく、または本発明による処理の実施に使用するのに適した任意の他の形態であってもよい。キャリアは、プログラムを実行することができる任意のエンティティまたはデバイスであってもよい。例えば、キャリアは、ＲＯＭ、例えば半導体ＲＯＭまたはハードディスクのような記憶媒体を含むことができる。さらに、キャリアは、電気ケーブルまたは光ケーブルを介して、または無線または他の手段、例えばインターネットまたはクラウドを介して伝達され得る、電気または光信号等を伝送可能なキャリアとすることができる。

実施形態の一部は、例えば、命令または命令セットを格納することができる機械、有形のコンピュータ可読媒体、または物品を用いて実施することができる。機械によって実行された場合は、実施形態にしたがった方法や動作を機械に実行させることができる。

様々な実施形態は、ハードウェア要素、ソフトウェア要素、または両方の組合せを使用して実施することができる。ハードウェア要素の例として、プロセッサ、マイクロプロセッサ、回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、論理ゲート、レジスタ、半導体デバイス、マイクロチップ、チップセット等が挙げられる。ソフトウェアの例として、ソフトウェアコンポーネント、プログラム、アプリケーションプログラム、コンピュータプログラム、システムプログラム、マシンプログラム、オペレーティングシステムソフトウェア、モバイルアプリ、ミドルウェア、ファームウェア、ソフトウェアモジュール、ルーチン、サブルーチン、機能、コンピュータ実装方法、手順、ソフトウェアインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）、方法、命令セット、コンピューティングコード、コンピュータコード等が挙げられる。

本明細書において、本発明は、本発明の実施形態のうち特定の例を参照して記載されている。しかし、本発明の本質から逸脱することなく、様々な修正、変形、代替、および変更を行うことができることは明らかである。明確および簡潔に説明するために、特徴は同一または別個の実施形態の一部として本明細書に記載されるが、これらの別個の実施形態に記載された特徴の全てまたは一部の組み合わせを含む代替の実施形態も想定され、特許請求の範囲によって概略的に示される本発明の範囲に含まれる。したがって、明細書、図面、および実施例は、限定的ではなく、例示的と見なされるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲の要旨および範囲内にある全ての代替、修正および変形を包含することを意図している。さらに、説明された要素の多くは、任意の適切な組み合わせおよび位置において、個別のまたは分散構成要素として、あるいは他の要素と併せて実装され得る機能体である。

請求の範囲において、括弧内に付された参照記号は、クレームを限定するものと解釈されない。「備え」という語は、請求項に列挙されたもの以外の他の特徴または工程の存在を排除するものではない。さらに、「ａ」および「ａｎ」という用語は、「１つのみ」に限定されるものではなく、代わりに「少なくとも１つ」を意味するために使用され、複数を排除するものではない。ある手段が相互に異なる請求項に記載されているという事実だけでは、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

Claims (15)

1. 第１エネルギー消費部および第２エネルギー消費部を備えた電気機械であって、
   前記第１エネルギー消費部は、より高出力のエネルギー源を必要とし、前記第２エネルギー消費部は、より低出力のエネルギー源を必要とし、前記機械は、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置をさらに備え、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第２エネルギー貯蔵装置に対してより高出力であり、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第２エネルギー貯蔵装置は、前記第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第１エネルギー貯蔵装置は、充電のために充電器に接続可能であり、前記第１エネルギー貯蔵装置において充電が最大状態に到達するまでに要する時間は前記第２エネルギー貯蔵装置よりも短く、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を直接供給するように構成され、前記第１エネルギー貯蔵装置および前記第２エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー貯蔵装置の電圧が電圧閾値を下回ると、前記第２エネルギー貯蔵装置が、前記第１エネルギー貯蔵装置に電力を供給するためのバックアップ電源を自動的に提供するように構成され、前記電気機械は、前記第１エネルギー貯蔵装置と前記第２エネルギー貯蔵装置との間に配置された回路要素を備え、前記回路要素は、前記第２エネルギー貯蔵装置から前記第１エネルギー消費部へ単一方向のみに電流を流すように構成される、電気機械。
2. 前記第１エネルギー貯蔵装置は１つ以上のスーパーキャパシタを備え、前記第２エネルギー貯蔵装置は１つ以上のバッテリを備える、請求項１に記載の電気機械。
3. 前記回路素子はダイオードであり、前記第２エネルギー貯蔵装置が前記第１エネルギー消費部に対してバックアップ電源を提供する場合に、前記ダイオードは、前記第２エネルギー貯蔵装置から前記ダイオードを介して前記第１エネルギー消費部へ流れる電流のみを流す、請求項１に記載の電気機械。
4. 前記回路要素は、前記第２エネルギー貯蔵装置が前記第１エネルギー消費部に対してバックアップ電源を提供する場合に、前記第２エネルギー貯蔵装置から前記第１エネルギー消費部へ一方向のみに電流を流すように構成された電子制御スイッチである、請求項１または２に記載の電気機械。
5. 前記第１エネルギー貯蔵装置と前記第２エネルギー貯蔵装置との間にはＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、前記ＤＣ／ＤＣは、少なくとも前記第１エネルギー貯蔵装置から前記第２エネルギー貯蔵装置へ電流を流すことができる、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気機械。
6. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは一方向性である、請求項５に記載の電気機械。
7. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは双方向性である、請求項５に記載の電気機械。
8. 前記電気機械は電気自動車であり、前記第１エネルギー消費部は前記電気自動車における推進システムであり、前記第２消費部は前記車両における少なくとも１つの補助システムである、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気機械。
9. 前記電気機械は電気ツールであり、前記第１消費部は、前記ツールにおける少なくとも１つの高出力のサブシステムから構成され、前記第２消費部は、前記ツールにおける少なくとも１つの低出力の補助サブシステムから構成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気機械。
10. 前記車両は、少なくとも電力管理を行うように構成されたコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    第１充電ポイントと第２充電ポイントとの間で前記車両が走行する所定のルートを決定し、
    前記第１充電ポイントにおいて、前記第１エネルギー貯蔵装置が完全に充電される完全充電状態を決定し、
    前記車両が前記第１充電ポイントから前記第２充電ポイントまで走行するのに必要な総エネルギーを決定し、
    前記完全充電状態および前記総エネルギーに基づき余剰エネルギーを決定し、
    前記第１充電ポイントと前記第２充電ポイントとの間の走行の少なくとも一部において、前記余剰エネルギーを使用して前記第２エネルギー貯蔵装置を充電するように前記機械を動作させる、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の電気機械。
11. 前記車両は、前記第１充電ポイントまたは前記第２充電ポイントのうちの少なくとも一方の間において積み込み・積み下ろし動作を行うように構成され、前記積み込み・積み下ろし動作は、前記第２エネルギー貯蔵装置によって電力が供給される、前記車両における補助サブシステムによって行われる、請求項１０に記載の電気機械。
12. 前記第１エネルギー貯蔵装置が有する電力は、前記第２エネルギー貯蔵装置に対して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍であり、前記第２エネルギー貯蔵装置の有するエネルギー容量は、前記第１エネルギー貯蔵装置に対して少なくとも２倍である、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気機械。
13. 前記第１エネルギー貯蔵装置は、１５分未満、好ましくは１０分未満、より好ましくは５分未満で完全に充電されるように構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気機械。
14. 前記第１エネルギー貯蔵装置は、フライホイール、油圧エネルギー貯蔵装置、または圧縮空気エネルギー貯蔵装置のうち少なくとも１つを備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気機械。
15. 電気機械を構成する方法であって、
    前記方法は、第１エネルギー消費部および第２エネルギー消費部を設ける工程であって、前記第１エネルギー消費部はより高出力のエネルギー源を必要とし、前記第２エネルギー消費部はより低出力のエネルギー源を必要とする工程と、第１エネルギー貯蔵装置および第２エネルギー貯蔵装置を設ける工程であって、前記第１エネルギー貯蔵装置は前記第２エネルギー貯蔵装置に対してより高出力である工程、とを含み、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第２エネルギー貯蔵装置は、前記第２エネルギー消費部に電力を供給するように構成され、前記第１エネルギー貯蔵装置は、充電のために充電器に接続可能であり、前記第１エネルギー貯蔵装置において充電が最大状態に到達するまでに要する時間は前記第２エネルギー貯蔵装置よりも短く、前記第１エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー消費部に電力を直接供給するように構成され、前記第１エネルギー貯蔵装置および前記第２エネルギー貯蔵装置は、前記第１エネルギー貯蔵装置の電圧が電圧閾値を下回ると、前記第２エネルギー貯蔵装置が、前記第１エネルギー貯蔵装置に電力を供給するためのバックアップ電源を自動的に提供するように構成され、前記電気機械は、前記第１エネルギー貯蔵装置と前記第２エネルギー貯蔵装置との間に配置された回路要素を備え、前記回路要素は、前記第２エネルギー貯蔵装置から前記第１エネルギー消費部へ単一方向のみに電流を流すように構成される、方法。
    

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