CN113906645A - 能够级联和互连配置的基于模块的能量系统及其相关方法 - Google Patents
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Abstract
提供了具有多个转换器‑源模块的基于模块的能量系统。转换器‑源模块可以各自包括能量源和转换器。所述系统可以进一步包括用于模块的控制电路。模块可以以各种方式布置，以提供单相AC、多相AC和/或DC输出。每个模块可以被独立监视和控制。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月29日提交的序列号为62/826，158的美国临时申请、2019年3月29日提交的序列号为62/826，238的美国临时申请和2019年9月25日提交的序列号为62/906，007的美国临时申请的权益和优先权，出于所有目的，所有这些申请通过引用并入本文中。
技术领域
本文中描述的主题总地涉及基于模块的能量系统和供在其中使用的模块，以及促进基于模块的能量系统中的模块的连接和控制的系统、设备和方法。
背景技术
在许多行业中，具有多个能量源或能量汇的能量系统是常见的。一个示例是汽车行业。如在过去的一个世纪里演进的，今天的汽车技术的特征除许多事物外还在于电机、机械元件和电子器件的相互作用。这些是影响车辆性能和驾驶员体验的关键组分。电机具有燃烧型或电动型，并且通常发现每个汽车有一个电机，具有混合动力传动系统的汽车是例外，混合动力传动系统的特征是内燃机与一个或两个电机的组合，或者配备有两个电机的面向性能的电动车辆。几乎在所有情况下，来自（一个或多个）电机的旋转能量都是经由一组高度复杂的机械元件（诸如离合器、变速器、差速器、驱动轴、扭矩管、耦合器等）递送的。这些零件在很大程度上控制轮的扭矩转换和功率分布，并且是限定汽车性能的关键要素。它们也影响道路处置。多年来，个体汽车制造商高度优化了这些机械零件，以提供更好的性能、更高的燃料效率，并最终在市场上提供差异化。在控制侧，除了诸如娱乐、导航和人机界面元素之类的驾驶员舒适性之外，通常只有几个专门的电子硬件和嵌入式软件群集，其控制/优化电机、离合器/变速器操作和道路保持/处置。
EV包括与动力传动系统相关的各种电气系统，其除了其他之外还包括电池、充电器和电机控制。下面描述了这些电气系统目前的能力和缺点的简要介绍。
常规电池设计
高压电池包通常被组织成较低压电池模块的串联链。每个这样的模块进一步包括串联连接的一组个体电池单元和简单的嵌入式电池管理系统，以调节基本的电池单元相关特性，诸如电荷状态和电压。缺乏具有更复杂能力或某种形式智能互连性的电子器件。因此，任何监视或控制功能都由单独的系统来处置，如果就算该系统存在于汽车中的其他地方，也缺少监视个体电池单元的健康、电荷状态、温度和其他影响性能的指标的能力。也没有能力以任何形式调整每个个体电池单元的功耗。一些主要的后果是：（1）最弱的电池单元约束了整个电池包的总体性能，（2）任何电池单元或模块的故障导致需要更换整个电池包，（3）电池的可靠性和安全性大幅降低，（4）电池寿命有限，（5）热管理困难，（6）电池包总是在最大能力之下操作，（7）再生制动衍生的电能突然涌入电池包不能容易地存储在电池中，并且将需要经由倾卸电阻器耗散。
常规充电器设计
充电电路通常在单独的车载系统中实现。它们将来自EV外部的功率以AC信号或DC信号的形式分级（stage），将其转换为DC并将其馈送给（一个或多个）电池包。充电系统监视电压和电流，并且通常供应稳定的恒定馈电。考虑到电池包和典型充电电路的设计，不太有能力基于电池单元的健康、性能特性、温度等为个体电池模块定制充电流程。充电周期通常也很长，因为充电系统和电池包缺少允许脉冲充电或将优化电荷传输或可实现的总电荷的其他技术的电路。
常规电机控制设计
常规控制包含DC到DC转换级，以将电池包电压电平调整到EV的电气系统的总线电压。然后，电机进而由简单的两电平多相转换器驱动，该转换器向电机提供所需的（一个或多个）AC信号。传统上，每个电机都由单独的控制器控制，该控制器以3相设计驱动电机。双电机EV将需要两个控制器，而使用四个轮内电机的EV将需要4个个体控制器。常规的控制器设计也缺乏驱动下一代电机的能力，诸如开关磁阻电机（SRM），其特征在于极片数量更多。自适应将需要更高的相位设计，从而使系统更加复杂，并且最终无法解决电噪声和驱动性能，诸如高转矩涟波和声学噪声。
这些缺陷中的许多不仅适用于汽车，还适用于其他机动车辆，并且在一定程度上也适用于固定应用。出于这些和其他原因，存在针对用于移动和固定应用的能量系统的改进系统、设备和方法的需要。
发明内容
本文中提供了用于与许多应用广泛相关的基于模块的能量系统的系统、设备和方法的示例实施例。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统包括多个模块，其中每个模块至少包括能量源和转换器。还公开了每个模块的更复杂的配置。该系统的模块可以以变化复杂性的不同布置连接在一起，以执行该系统所应用于的特定技术应用所特有的功能。该系统可以被配置为在系统使用期间重复监视每个模块的状态信息、至少一个操作特性或其他参数，基于该监视的状态信息、操作特性或其他参数评估每个模块的状态，并且独立地控制每个模块，以努力实现和/或维持一个或多个期望的目标，诸如电性能、热性能、寿命等等。该控制可以发生来促进来自该系统的能量供应（例如放电）和/或能量消耗（例如充电）。描述了这些系统、设备和方法的许多示例应用。
在许多示例实施例中，模块的至少一个能量源可以包括电容器（诸如超级电容器或超电容器）、电池或燃料电池单元。
在许多示例实施例中，该系统可以包括以一维阵列或以多维阵列连接的至少两个转换器-源模块。至少两个一维阵列可以例如在不同的行和列处直接或通过一个或多个附加的转换器-源模块连接在一起。在这样的配置中，可以在基于模块的能量系统的输出处生成任何形状和频率的输出电压，作为个体转换器-源模块的输出电压的叠加。
在许多示例实施例中，该系统包括能够选择性地向两个或更多个模块阵列之一供电的一个或多个互连模块。互连模块准许阵列之间的高效能量交换，并且还可以用于补偿不同阵列之间出现的操作参数（诸如电荷状态或温度）的不平衡。因此，互连模块可以用于阵列间平衡。如果那些阵列专用于产生不同相位角的输出波形，则互连模块可以用于相间平衡。
示例实施例的各种互连架构使能实现了单个基于模块的能量系统（例如电池包）内的阵列间或相间功率管理和多个基于模块的能量系统（例如电池包）之间的系统间功率管理，以及辅助负载到（一个或多个）系统的连接，并维持从这样的系统的所有转换器-源模块提供给那些负载的能量的均匀分布。
示例实施例的各种连接架构还使能实现控制在转换器-源模块之间的功率共享。这样的控制使得例如转换器-源模块的能量源的参数（如电荷状态）的调节能够在循环期间以及静止时实时且持续地平衡，这促进了每个能量源的全部容量的利用，而不管它们的容量的可能差异如何。此外，这样的控制可以用于平衡转换器-源模块的能量源的温度。例如，温度平衡可以增加系统（例如电池包）的功率能力，并提供能量源更均匀的老化，而不管它们在系统内的物理位置和它们的热阻率的差异如何。
在研究以下各图和详细描述后，本文中描述的主题的其他系统、设备、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。意图所有这样的附加系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，在本文中所描述主题的范围内，并受所附权利要求的保护。在权利要求中缺少示例实施例的特征的明确记载的情况下，那些特征决不应当被解释为限制所附权利要求。
附图说明
通过研究附图，本文中阐述的主题的细节（关于其结构和操作两者）可以是清楚的，在附图中，相似的参考数字指代相似的部分。各图中的组件不一定是按比例的，取而代之，将重点放在说明本主题的原理上。此外，所有图示都意图传达概念，其中可以示意性地而不是字面上或精确地图示相对大小、形状和其他详细属性。
图1A、1B和1C是描绘基于模块的能量系统的示例实施例的框图。
图2是描绘了根据本公开实施例的具有连接到主控制设备（MCD）的本地控制设备（LCD）的转换器-源模块（ConSource V1）的示例实施例的框图。
图3是描绘了根据本公开实施例的具有连接到MCD的LCD的转换器-源模块（ConSource V2）的另一示例实施例的框图。
图4是描绘了根据本公开实施例的具有连接到MCD的LCD和可选辅助负载的转换器-源模块（ConSource V3）的另一示例实施例的框图。
图5A是描绘了根据本公开实施例的图2中所示的转换器（转换器V1）的示例实施例的示意图。
图5B是描绘了根据本公开实施例的图2和3中所示的转换器（转换器V2）的示例实施例的示意图。
图6A、6B和6C是描绘了根据本公开实施例的用作图1、2和3中所示能量源的能量存储元件的示例实施例的图。
图7A、7B和7C是描绘了根据本公开实施例的用作图1、2和3中所示的能量缓冲器的示例实施例的示意图。
图8A、8B、8C、8D、8E和8F是描绘了根据本公开实施例的用作图3中所示的能量源2的示例实施例的图。
图9是描绘了根据本公开实施例的示例转换器的输出电压的曲线图。
图10是描绘了根据本公开实施例的具有六个示例转换器-源模块的示例基于模块的能量存储系统的输出电压的曲线图。
图11是描绘了根据本公开实施例的用于图3中所示的示例转换器-源模块（ConSource V2）的功率流管理的示例实施例的框图。
图12A和12B是描绘了图3中所示的转换器-源（ConSource V2）模块的示例波形的曲线图，其中转换器V2提供了降低二阶电流谐波的次级功能。
图13是描绘了根据本公开实施例的图4中所示的转换器-源（ConSource V3）模块的功率流管理的示例实施例的框图。
图14A、14B、14C和14D是描绘了适用于基于模块的能量系统的示例实施例的脉宽调制的示例实施例的曲线图。
图15是描绘了根据本公开示例实施例的连接的示例转换器-源模块的示例一维阵列的示意图。
图16是描绘了根据本公开示例实施例的连接的示例转换器-源模块的示例二维阵列的示意图。
图17是描绘了根据本公开示例实施例的连接的示例转换器-源模块的另一示例二维阵列的示意图。
图18是描绘了根据本公开示例实施例的具有以三维阵列连接的多个示例转换器-源模块的示例系统的示意图。
图19是描绘了根据本公开示例实施例的具有以三维阵列连接的多个示例转换器-源模块的另一示例系统的示意图。
图20是描绘了根据本公开示例实施例的具有以三维阵列连接的多个示例转换器-源模块的另一示例系统的示意图。
图21是描绘了根据本公开示例实施例的具有以多维阵列连接的多个示例转换器-源模块的示例系统的示意图。
图22是描绘了根据本公开示例实施例的示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并连接到电机的多个示例转换器-源模块。
图23是描绘了根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并且连接到电机的多个示例转换器-源模块。
图24是描绘了根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并且连接到电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图25是描绘了根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并且连接到电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图26是描绘了根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以六维阵列连接并且连接到六相电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图27A和27B是描绘了根据本公开示例实施例的附加示例系统的示意图，该附加示例系统具有以三维阵列连接并且连接到多个三相电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图28是描绘了根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并且连接到三相开式绕组电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图29图示了描绘根据本公开示例实施例的另一示例系统的示意图，该示例系统具有以三维阵列连接并且连接到两个三相开式绕组电机和辅助负载的多个示例转换器-源模块。
图30是描绘了用于与本公开的示例实施例一起使用的单相平衡控制器的示例实施例的示意图。
图31描绘了用于与本公开的示例实施例一起使用的示例单相系统的均压控制的相量图。
图32描绘了描绘用于与本公开的示例实施例一起使用的单相平衡控制器的示例实施例的示意图。
图33A和33B描绘了用于（A）仅相内平衡和（B）相内和相间平衡的三相结构的均压控制的相量图。
图34A和34B描绘了具有互连模块（或公共模块）的三相结构通过（A）公共模块和（B）公共模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图35A和35B描绘了四相系统利用（A）中性点偏移和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图36A和36B描绘了五相系统利用（A）中性点偏移和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图37A和37B描绘了六相系统利用（A）中性点偏移和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图38A和38B描绘了图27中所示的示例系统通过（A）互连模块和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图39A和39B描绘了图28中所示的系统通过（A）互连模块和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图40A和40B描绘了图29中所示的系统通过（A）互连模块和（B）互连模块和中性点偏移具有相内和相间平衡的均压控制的相量图。
图41A-41F是描绘了具有互连模块的能量供应系统的示例实施例的框图和示意图。
图42A-42B是描绘了利用互连模块执行相间平衡的方法的示例实施例的流程图。
图43A-43C是描绘了转换器-源模块的示例实施例的框图。
图44A和44B是描绘了安装在一个或多个基板上的转换器-源模块的组件的示例实施例的示意图。
具体实施方式
在详细描述本主题之前，要理解的是，本公开不限于所描述的特定实施例，因为这当然可以变化。还要理解的是，本文中使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是意图是限制性的，因为本公开的范围将仅由所附权利要求来限制。
本文中描述了基于模块的能量系统的示例实施例，如下：这样的系统内的设备、电路、软件和组件的示例实施例；操作和使用这样的系统的方法的示例实施例；以及其中可以实现或并入这样的系统或者可以与这样的系统一起利用的应用的示例实施例（例如，装置、机器、网格、场所、结构、环境等）。在许多情况下，这些应用可以被分类为移动应用或固定应用。
应用示例
移动应用一般是这样的应用，其中基于模块的能量系统位于实体上或实体内，并存储和提供电能，以通过电机转换成动力来移动或辅助移动该实体。可以与本文中公开的实施例一起使用的移动实体的示例包括但不限于：在陆地上或下面、海洋上或下面、陆地上方或海洋上方以及与陆地或海洋脱离接触（例如，在空中飞行或盘旋）或通过外层空间移动的电动和/或混合动力实体。可以与本文中公开的实施例一起使用的移动实体的示例包括但不限于：车辆、火车、轮船、船只、航天器和宇宙飞船。可以与本文中公开的实施例一起使用的移动车辆的示例包括但不限于：仅具有一个轮或轨道的移动车辆、仅具有两个轮或轨道的移动车辆、仅具有三个轮或轨道的移动车辆、仅具有四个轮或轨道的移动车辆、以及具有五个或更多个轮或轨道的移动车辆。可以与本文中公开的实施例一起使用的移动实体的示例包括但不限于：汽车、公共汽车、卡车、摩托车、踏板车、工业车辆、采矿车辆、飞行器（例如，飞机、直升机、无人机等）、海上船只（例如，商业航运船只、轮船、游艇、小船或其他水运工具）、潜艇、机车或基于铁路的车辆（例如，火车等）、军用车辆、宇宙飞船和卫星。
固定应用一般是除移动应用以外的应用。一般地，在固定应用中，基于模块的能量系统驻留在静态位置中，同时提供电能供一个或多个其他实体消耗。本文中公开的实施例可用于其中或与其一起使用的固定应用的示例包括但不限于：由一个或多个住宅结构或场所使用或在其内使用的能量系统、由一个或多个工业结构或场所使用或在其内使用的能量系统、由一个或多个商业结构或场所使用或在其内使用的能量系统，由一个或多个政府结构或场所使用或在其内使用的能量系统（包括军事和非军事用途两者），以及将太阳能、风能、地热能、化石燃料或核反应转换为电进行存储的系统。本文中公开的实施例可以用于其中或与其一起使用的固定应用的示例包括但不限于：用于对上述移动应用充电的能量系统（例如，充电站）。本文中公开的实施例可以用于其中或与其一起使用的固定应用的其他示例包括但不限于：数据中心存储系统、电网或微电网。固定能量系统可以以存储或非存储角色使用。
在描述本文中的实施例时，可以参考特定的移动应用（例如，电动车辆（EV））或固定应用（例如，电网）。这样的参考是为了便于解释，并不意味着特定的实施例仅限用于该特定的移动或固定应用。向电机提供功率的系统的实施例可以用于移动和固定应用两者中。虽然某些配置可能比其他配置更适合于一些应用，但是除非另外指出，否则本文中公开的所有示例实施例都能够用于移动和固定应用两者中。
基于模块的能量系统的示例实施例
图1A描绘了基于模块的能量系统100的示例实施例。这里，系统100包括控制电路102，其分别通过通信路径或链路106-1至106-N与N个转换器-源模块108-1至108-N通信地耦合。在这些实施例中，可以使用任何数量的两个或更多个转换器-源模块108（例如，N大于或等于二）。转换器-源模块108——本文中称为“ConSource”模块或模块108——可以以多种方式彼此连接，如将参考图15-29更详细描述的。为了便于说明，在图1A-1C中，模块108被示为串联连接，或者作为一维阵列，其中第N模块108耦合到负载101。负载101是当系统100用于提供功率时向其输出功率的电负载。负载101可以是任何类型的负载，包括但不限于电机或电网。为了充电，附加于或代替于负载101，模块108可以与充电源（未示出）耦合。如本文中将更详细描述的，系统100可以被配置为供应多个负载101，包括主要负载和辅助负载两者。
在图1A的实施例中，控制电路102被配置为基于从相同或不同的一个或多个模块108接收的状态信息来控制一个或多个模块108。控制也可以基于一个或多个其他因素，例如负载101的要求。在许多实施例中，被控制的方面是每个模块108随时间的输出功率；然而，作为输出功率的替代或附加于此，可以控制其他方面。
负载要求信息109可以由控制电路102通过通信路径或链路107接收。负载要求信息109可以在任何特定时间通知控制电路102关于负载101的需求。在一些示例实施例中，负载要求信息109可以采取一个或多个模拟或数字控制信号波形的形式（例如，对于每个相位不同的控制信号波形），诸如可以由用于移动实体（例如，EV的负责一个或多个其他功能（例如，电机控制、驾驶员界面控制、牵引力控制等）的电子控制单元（ECU）或主控制单元（MCU））的控制器或用于电网或其他固定能量存储系统的控制器提供。作为对由另一控制器供应的信息的替代或附加于此，在一些实施例中，负载要求信息109可以包括由系统100的一个或多个传感器取得的负载测量（例如，电压、电流），其中那些测量被供应回反馈回路中的控制电路102，用于维持某种电源条件。
在许多实施例中，系统100中的每个模块108的状态信息将被传送到控制电路102，控制电路102将根据该状态信息独立地控制每个模块108-1……108-N。其他变型是可能的。例如，对特定模块108（或模块108的子集）的控制可以基于该特定模块108（或ConSource模块108的子集）的状态信息，基于不是特定模块108（或模块108的子集）的不同模块108的状态信息，基于除特定模块108（或模块108的子集）之外的所有模块108的状态信息，基于该特定模块108（或模块108的子集）的状态信息以及不是该特定模块108（或模块108的子集）的至少一个其他模块108的状态信息，或者基于系统100中所有模块108的状态信息。这包括系统100，系统100供应多个负载或电机，并且具有布置在多个包中的模块108。
如本文中将描述的，状态信息可以是关于每个模块108的一个或多个方面的信息。状态信息可以是操作特性或其他参数。状态信息的类型包括但不限于模块108或其组件的以下方面：电荷状态（SOC）（例如，能量源相对于其容量的充电水平，诸如分数或百分比）、健康状态（SOH）（例如，能量源的条件与其理想条件相比的品质因数）、容量（Q）、温度（T）、电压（V）、电流（I）或故障的存在或不存在。每个模块108包括一个或多个传感器或其他测量元件，用于收集构成状态信息或可以被转换成状态信息的感测或测量信号或数据。不需要单独的传感器来收集每种类型的状态信息，因为可以利用单个传感器来感测或测量多于一种类型的状态信息，或者以其他方式通过算法来确定，而不需要附加的传感器。
图1B描绘了系统100的另一示例实施例。这里，控制电路102被实现为分别通过通信路径或链路115-1至115-N与N个不同的本地控制设备114-1至114-N通信地耦合的主控制设备112。每个本地控制设备114-1至114-N分别通过通信路径或链路116-1至116-N与一个转换器-源模块108-1至108-N通信地耦合，使得在本地控制设备114与转换器-源模块108之间存在1∶1的关系。主控制设备112可以通信地耦合到系统中的所有本地控制设备114，而不管那些本地控制设备114是否向相同的负载供电。例如，一个主控制设备112可以接收信息并将信息发送到多个不同子系统和包的本地控制设备114。
图1C描绘了系统100的另一示例实施例。这里，主控制设备112分别通过通信路径或链路115-1至115-M与M个不同的本地控制设备114-1至114-M通信地耦合。本地控制设备114可以与两个或更多个转换器-源模块108耦合并控制它们。在这里示出的示例中，每个本地控制设备114与两个转换器-源模块108通信地耦合，使得M个本地控制设备114-1至114-M分别通过通信路径或链路116-1至116-2M与2M个转换器-源模块108-1至108-2M耦合。
通信路径或链路106、107、115和116每个都可以是以并行或串行方式双向传送数据或信息的有线或无线通信路径或链路。数据可以以标准或自定义格式进行传送。在一些（例如，汽车）应用中，通信路径或链路115可以被配置为根据FlexRay或CAN协议来传送数据。
在参考图1B和1C描述的实施例中，本地控制设备114从每个模块108接收状态信息，或者根据从每个模块108接收的感测或测量信号或数据确定状态信息，并将该信息传送给主控制设备112。在一些实施例中，本地控制设备114将测量或感测的数据传送给主控制设备112，然后主控制设备112在该原始数据的基础上通过算法确定状态信息。主控制设备112然后可以使用关于所有模块108的状态信息来相应地做出控制确定。控制确定可以采取可以由本地控制设备114解释或利用以维持或调整模块108的操作或贡献的指令、命令或其他信息（诸如下面描述的调制指数）的形式。
例如，关于SOC，如果在读取所有模块108的SOC测量时，主控制设备112做出评估，即第一模块108在比为系统100的一个相位供电的其他模块108相对较低的SOC下操作，则主控制设备112可以指示该第一模块108降低其功率输出，并且可以指示一个或多个其他模块108增加该相位中的（一个或多个）功率输出以进行补偿。这应当引起其他模块108的SOC比第一模块108的SOC降低得更快，并且从而收敛到平衡条件。关于温度，如果在读取所有模块108的温度测量时，主控制设备112做出第一模块108在比为系统100中的一个相位供电的其他模块108相对更高的温度下操作的评估，则主控制设备112可以指示该第一模块108降低其功率输出，并且可以指示一个或多个其他模块108增加该相位中的（一个或多个）功率输出以进行补偿。这应当引起第一模块108的温度接近其他模块108的温度（通过冷却第一模块108和/或加热其他模块108），并因此收敛到平衡条件。
主控制设备112可以接收状态信息，该状态信息指示特定模块108（或其组件）相对于系统100中的一个或多个其他模块108正在其下操作的以下条件中的一个或多个：具有相对更低的SOC、具有相对更低的SOH、具有相对更低的容量、具有相对更低的电压、具有相对更低的电流、具有相对更高的温度或具有故障。在这样的示例中，主控制设备112可以输出控制信息，该控制信息引起该特定模块108的功率输出减小（或者在一些情况下，取决于条件而提高）。以这种方式，可以降低以例如更高温度操作的模块108的功率输出，以便引起该模块108的温度朝向一个或多个其他模块108的温度收敛。
在其他实施例中，是否调整特定模块108的操作的确定可以通过将状态信息与预定阈值、极限或条件进行比较，而不一定通过与其他模块108的状态进行比较来做出。预定阈值、极限或条件可以是静态阈值、极限或条件，诸如由制造商设置的在使用期间不改变的那些。预定阈值、极限或条件可以是动态阈值、极限或条件，它们在使用期间准许改变或确实改变。例如，如果模块108的状态信息指示其正在违反（例如，高于或低于）预定阈值或限制的情况下操作，或者在可接受的操作条件的预定范围之外操作，则主控制设备112可以调整该模块108的操作。类似地，如果模块108的状态信息指示实际或潜在故障（例如，警报或警告）的存在，或者指示实际或潜在故障的不存在或移除，则主控制设备112可以调整该模块108的操作。故障的示例包括但不限于组件的实际故障、组件的潜在故障、短路或其他过电流条件、开路、过电压条件、未能接收通信、接收损坏的数据等等。
本地控制设备114可以接收、处理和传输：来自模块108的各种传感器（例如，温度、电压和电流传感器）的信号；去往和来自半导体开关的开关（例如触发）和故障信号；能量存储和缓冲元件的基本电池单元的电压；和其他信号。本地控制设备114可以与主控制设备112进行通信，以及向主控制设备112和从主控制设备112传输对应的控制信号。
以这种方式，主控制设备112可以控制系统100内的模块108，以实现期望的目标或朝向期望的目标收敛。例如，该目标可以是所有模块108相对于彼此在相同或相似水平上的操作，或者在预定阈值极限或条件内的操作。该过程也被称为平衡或寻求实现模块108的操作或操作特性中的平衡。如本文中使用的术语“平衡”不要求在模块108或其组件之间的绝对相等，而是在广义上使用，以向本领域普通技术人员传达系统100的操作可以用于主动减少原本将存在的模块108之间的操作差异。
返回参考图1A，控制电路102可以被配置为使用软件（存储在存储器中的可由处理电路执行的指令）、硬件或其组合来操作和执行控制。如这里所示，控制电路102可以包括处理电路120和存储器122。处理电路120和存储器122的示例实现方式在下面进一步描述。通信路径或链路106还可以包括有线电源，以便从一个或多个转换器-源模块108直接为控制电路102供应操作功率。在某些实施例中，用于控制电路102的功率仅从一个或多个模块108供应。
参考图1B-1C，主控制设备112和本地控制设备114可以类似地被配置为使用软件（存储在存储器中的可由处理电路执行的指令）、硬件或其组合来操作和执行控制，并且每个可以包括处理电路120和存储器122，如这里所示。处理电路120和存储器122的示例实现方式在下面进一步描述。通信路径或链路116还可以包括有线电源，以便从一个或多个模块108直接为本地控制设备114供应操作功率。在某些实施例中，用于每个本地控制设备114的操作功率仅由该本地控制设备114通过路径116连接到的一个或多个模块108供应。主控制设备112的操作功率可以从一个或多个模块108间接供应（例如，诸如通过汽车的功率网络）。
在一些实施例中，控制电路102可以包括用于整个系统100的单个控制设备。在其他实施例中，控制电路可以分布在与模块108相关联的本地控制设备114之间，使得单独的主控制设备112不是必需的，并且可以从系统100中省略。
在一些实施例中，系统100的控制可以分布在系统100专用或本地的控制电路102和与应用的其他部分共享的控制电路之间。例如，主控制设备112可以被实现为向系统100（例如，ECU或MCU）提供负载要求信息109的移动或固定控制器的一部分。控制电路102可以具有用于与总体移动或固定应用的另一控制设备通信的通信接口。例如，在汽车应用中，控制电路102（例如，主控制设备112）可以向车辆的ECU或MCU输出关于系统100的数据或信息。
基于模块的系统内的转换器-源模块的示例实施例
图2-4描绘了如图1B中所描绘的系统100内的转换器-源模块108的示例实施例，其中每个模块108具有一个本地控制设备114。除非另外指出，否则图2-4的实施例和本文中描述的任何和所有其他实施例可以根据图1A-1C的配置来实现。
ConSource模块108可以实现为电压转换器或电流转换器。为了便于描述，本文中描述的实施例是参考电压转换器来完成的，尽管实施例可以替代地被配置成电流转换器。
图2是描绘系统100内的ConSource模块108A的示例实施例的框图。ConSource模块108A的该实施例在本文中可以被称为示例ConSource模块的版本1（ConSource V1），并且是一种类型的转换器-源模块108的示例。还示出的是本地控制设备114（LCD）和主控制设备112（MCD）。ConSource V1 108A与LCD 114通信地耦合，LCD 114又与MCD 112通信地耦合。
ConSource V1 108A包括能量源202（能量源1），其可以包括一个或多个能量存储元件。能量源1可以是例如以下各项之一，但不限于：高能量密度（HED）电容器，诸如超级电容器或超电容器600（图6A）；包括至少一个电池单元或者串联和/或并联连接的多个电池单元的电池模块610（图6B）；或燃料、燃料电池单元或燃料电池单元模块620（图6C）。与固体电介质相反，HED电容器600可以利用双层电容，并且附加于更高的容量还可以具有普通电解电容器能量密度的10至100倍（或更高）的能量密度。电池能量源。
能量可以通过第一节点（例如正节点）out1和第二节点（例如负节点）out2输入和输出。能量源1的输出out1和out2可以分别连接到能量缓冲器204的输入端子in1和in2，能量缓冲器204可以包括例如以下元件和拓扑之一，但不限于以下元件和拓扑，其基于：电解和/或薄膜电容器CEB 700（图7A）；由两个电感器LEB1和LEB2以及两个电解和/或薄膜电容器CEB1和CEB2形成的Z源网络710（图7B）；由两个电感器LEB1和LEB2、两个电解和/或薄膜电容器CEB1和CEB2以及二极管DEB形成的准Z源网络720（图7C）。能量缓冲器的具体拓扑和组件的选择取决于能量缓冲器输出端子out1和out 2上高频电压脉动的最大可准许幅度。这些脉动可能使ConSource模块108的性能退化，因此可以通过设计合适的元件和拓扑作为其基础来高效地缓冲它们。
能量缓冲器204的输出out1和out2分别连接到转换器V1的输入in1和in2。图5A中示出了转换器V1 206的示例实施例的示意性表示。转换器V1 206可以包括开关电路207，该开关电路207被配置为跨out1和out2施加至少三个不同的电压（基于线电压VDCL）：+VDCL、-VDCL和零（例如，短路条件）。开关电路207还可以被配置为阻止电流跨out1和out2流动（例如，开路条件）。开关电路207可以以多种不同的方式配置在许多不同的开关类型中。示例开关类型包括但不限于半导体开关，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET（如图5A中所示）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）或氮化镓（GaN）晶体管。半导体开关可以在相对高的开关频率下操作，从而准许转换器V1在期望时以脉宽调制模式操作，并在相对短的时间间隔内响应控制命令。这可以提供高输出电压调节容差和瞬态模式下的快速动态行为。开关电路207可以由控制电路102（例如，MCD 112或LCD 114）产生的一个或多个控制或开关信号（未示出）控制。
在许多实施例中，开关电路207可以包括至少四个独立可控的开关S3、S4、S5、S6，其可以被配置成H桥。在该实施例中，转换器V1 206通过经由开关S3、S4、S5、S6的不同组合，将DC线电压VDCL在其端子in1和in2之间连接到其输出端子out1和out2，从而生成三个不同的电压输出+VDCL、0和–VDCL。为了获得+VDCL，开关S3和S6被接通，而–VDCL可以通过接通开关S4和S5来获得。通过接通S3和S5或S4和S6，输出电压被设置为零（例如，短路）或参考电压。
半导体开关S3、S4、S5、S6的控制或开关信号（输入路径未示出）可以取决于LCD和MCD（如图2中所示）中采用的控制技术的灵活性和要求以不同的方式生成。一种方法是使用脉宽调制（PWM）技术，诸如空间矢量脉宽调制SVPWM或正弦脉宽调制SPWM或其变型，来生成转换器V1的输出电压。图9中示出了转换器V1的输出电压波形900的示例。调制方法还取决于其应用于系统100的哪个版本，并且一种可能的调制解决方案将在本文中作为示例进一步呈现。
在使用PWM的一些实施例中，LCD（而不是MCD）为ConSource模块中的开关生成开关信号，尽管PWM实施例不限于此。在一些实施例中，诸如那些使用滞后的实施例，开关信号的生成可以由MCD执行。图2中所示的LCD 114可以经由一组诊断、测量、保护和控制信号线连接到ConSource V1 108A，并且可以执行三个主要功能中的一个或多个。第一个功能是能量源1的管理。第二个功能是能量缓冲器的保护，并且更具体地说，是保护其组件免受过流、过压和高温条件的影响。第三个功能是转换器V1 206的控制和保护。
在一个示例实施例中，由LCD 114对用于ConSource V1模块108A的能量源1进行管理的功能如下。LCD 114接受测量信号VES1、TES1、IES1，它们是：VES1——能量源1的至少一个、优选全部基本组件的电压或基本组件群组的电压，诸如例如并且不限于（个体或串联和/或并联连接的）电池单元、（个体或串联和/或并联连接的）超级电容器电池单元；TES1——能量源1的至少一个、优选全部基本组件的温度或基本组件群组的温度；IES1——能量源1的输出电流。基于这些测量信号，LCD 114可以执行以下各项中的一项或多项：基本组件或基本组件群组的真实容量、实际电荷状态（SOC）和健康状态（SOH）的计算或确定；基于测量和/或计算的数据设置警告或警报信号；和/或向MCD 112传输对应的信号。
在一个示例实施例中，LCD对ConSource V1模块108A的能量缓冲器204的保护功能如下。LCD 114接受测量信号VEB、TEB、IEB，它们是：VEB ——能量缓冲器204的至少一个主要组件的电压，例如并且不限于电容器CEB或电容器CEB1、CEB2（参见图7A-7C）；TEB——能量缓冲器204的至少一个组件的温度；和/或IEB——通过能量缓冲器204的至少一个组件的电流。基于这些测量信号，LCD 114可以执行以下各项：基于测量数据设置警告或警报信号；和/或向MCD 112传输对应的警告或警报信号。
在一个示例实施例中，由LCD 114对ConSource V1模块108A的转换器V1 206的控制和保护的功能如下。LCD可以通过路径115（例如，通过FlexRay或CAN）从MCD接收命令信号，在一些实施例中，该命令信号可以是调制参考信号和使能信号，或者是参考信号和调制指数，其可以与LCD中的脉宽调制技术一起使用，以生成用于半导体开关S3、S4、S5、S6的控制信号。来自转换器V1 206的集成电流传感器的电流反馈信号IOUT（图2中未示出）可以与来自转换器V1 206的开关的驱动电路（图2中未示出）的一个或多个信号F一起用于过电流保护，该一个或多个信号F可以携带关于转换器V1中所有开关的故障状态（例如，短路或开路故障模式）的信息。基于该数据，LCD可以做出关于如下的决定：哪个开关信号组合将被施加到对应的半导体开关S3、S4、S5、S6，以使转换器V1和整个ConSource V1模块108A绕过系统100或从系统100断连。（特定开关的开关信号可以使该开关接通或断开。）。
图3是描绘了ConSource模块108B的另一个示例实施例的框图，该ConSource模块108B在本文中可以被称为ConSource模块的版本2（ConSource V2），并且是一种类型的转换器-源模块108的示例。ConSource V2 108B与LCD114通信地耦合，LCD 114又与MCD 112通信地耦合。
在该实施例中，ConSource V2 108B处于具有主要能量源1 202和次级能量源2304的双能量源配置中。如同ConSource V1 108A一样，能量源1可以是或包括关于图6A-6C描述的任何示例或其他示例。
能量源1 202的输出out1和out2可以连接到能量缓冲器204的输入端子in1和in2。如同ConSource V1 108A一样，能量缓冲器204可以是或包括参考图7A-7C描述的任何示例或其他示例。能量缓冲器204的输出out1和out2分别连接到转换器V2 308的输入in1和in3。
能量缓冲器204的输出out2也可以连接到能量源2 304的输出out2。能量源2的另一个输出out1可以连接到转换器V2 308的输入in2。能量源2可以包括例如以下存储元件之一，但不限于此，诸如：电解和/或薄膜电容器CEB 800（图8A）；高能量密度（HED）电容器600（图8B）；电池或电池模块610，包括至少一个电池单元或串联和/或并联连接的多个电池单元（图8C）；与高能量密度电容器600并联连接的电解和/或薄膜电容器CEB 800（图8D）；与电池模块610并联连接的电解和/或薄膜电容器CEB 800（图8E）；与高能量密度电容器600和电池模块610并联连接的电解和/或薄膜电容器CEB 800（图8F）。
图5B中示出了转换器V2 308的示例实施例的简化示意性表示。这里，转换器V2308包括开关电路207（如关于图5A所描述的）和开关电路208。开关电路208可以被配置在任何布置中和具有任何开关类型，其选择性地将in2（通过LC）耦合到in1或in3。开关电路208还可以被配置为阻止电流从in1和in3流过in2（即，隔离in2）。开关电路208可以被配置在本文中描述的任何开关类型（例如，半导体MOSFET、IGBT、GaN晶体管或其他）中。半导体开关可以在高开关频率下操作，从而准许转换器V2 308在需要时在脉宽调制模式下操作，并且在短时间间隔内响应控制命令，从而提供高输出电压调节容差和瞬态模式下的快速动态行为。
在该实施例中，开关电路208包括两个独立可控的开关S1和S2，并且可以在节点1处生成两个不同的电压，即+VDCL和0，参考输入In3，其可以处于虚拟零电势。耦合电感器LC连接在输入In2和节点1之间。能量源2的输出out1连接到转换器V2 308的输入In 3处的耦合电感器LC。从能量源2 304消耗或向能量源2 304生成的电流可以通过调节耦合电感器LC上的电压来控制，例如使用脉宽调制技术或用于换向开关S1和S2的滞后控制方法。也可以使用其他技术。未示出开关S1和S2的控制信号输入路径。
在该实施例中，开关电路207以类似于图5A中所示的方式配置，并且包括四个开关S3、S4、S5、S6，其通过经由开关S3、S4、S5、S6的不同组合将端子in1和in2之间的DC线电压VDCL连接到输出端子out1和out2，能够生成三个不同的电压输出，即+VDCL、0（或短路条件）和–VDCL。为了获得out1和out2之间的+VDCL电压，开关S3和S6接通，而out1和out2之间的–VDCL电压可以通过接通开关S4和S5获得。通过接通S3和S5或S4和S6，输出电压被设置为零或参考电势。如同半导体开关S1和S2一样，半导体开关S3、S4、S5、S6的控制可以使用本文中描述的各种PWM或滞后技术或其他技术来执行。未示出开关S3、S4、S5、S6的控制信号输入路径。
在该ConSource V2模块108B示例中，能量源1 202充当主要能量源，并且因此供应负载所需的平均功率。能量源2 304可以是具有通过在负载功率峰值处提供附加功率或吸收过量功率来辅助能量源1的功能的次级能量源。
图10示出了来自具有六个示例转换器-源模块108的示例基于模块的能量存储系统的输出电压波形1000。
图11是描绘了两个能量源（能量源1 202和能量源2 304）与ConSource V2模块108B的示例实施例的负载之间的功率流管理1100的示例实施例的框图。负载可以是例如但不限于电网或电动车辆电机的单相。该实施例允许每个能量源的电特性（端子电压和电流）和负载1102的电特性之间完全去耦。
在这些实施例中，功率流控制器1 1110和功率流控制器2 1120可以是分立的控制设备，与LCD 114和MCD 112分离，可以实现为LCD内的软件，可以实现为LCD内的硬件，或者可以实现为LCD内的硬件和软件的组合。在一些实施例中，功率流控制器1 1110和功率流控制器2 1120的功能可以在LCD 114和MCD 112之间共享或分布。
功率流控制器1 1110可以从LCD 114接收能量源1的参考功率流信号（PES1, REF）。该信号可以由位于MCD 112中的主功率管理控制器基于电机功率或电网功率要求以及ConSource V2模块108B的能量源1 202的状态来确定。功率流控制器1 1110可以估计能量源1 202的最大可允许充电和/或放电电流，并计算能量源1的实际可准许功率流（PES1）。该值可以与PCONSOURCE进行比较，并且该差异可以作为信号（PES2, REF）应用于功率流控制器21120。功率流控制器2 1120可以基于能量源2 304的输出端子out1和out2之间的电压来计算耦合电感器LC中的参考电流，并且使用例如但不限于脉宽调制或滞后控制算法来确定转换器V2 308的开关S1和S2的开关信号。因此，总功率流（PCONSOURCE）可以由转换器V2的开关部分提供，该开关部分包括开关S3、S4、S5、S6。能量源1 202的功率流（PES1）可以基于能量源1的最大可准许电流和能量源1的实际条件来估计，所述实际条件诸如但不限于电荷状态（SOC）、健康状态（SOH）、基本电池单元或并联和/或串联连接的电池单元群组的温度、等效串联电阻等。功率流（PES1）可以维持为负载（PLOAD）和能量源2（PES2）的电流值之间的差异，其中PES2由转换器V2 308的开关部分管理，该开关部分包括开关S1、S2和耦合电感器LC。
在许多实施例中，能量源2 304可以是次级能量源，并且其功能是通过在负载功率峰值处提供功率和/或吸收过量功率来辅助能量源1 202。能量源2 304的次级功能可以是有源滤波，诸如减少（衰减）或消除由于例如单相系统的固有脉动功率性质而在转换器V2的输入in1和in3处流动的电流IDC_CONV中出现的任何二阶电流谐波。该谐波可能具有相当大的峰到峰值，其可以高达负载电流幅度的两倍。二阶电流分量表现出一些缺点，例如，能量源1 202中的内部损耗与所得电流RMS值相关的增加。为了执行该次级功能，能量源2 304可以包括电解电容器或超级电容器（或超电容器）作为独立组件，或者如图8A、8B和8D-8F中所示与其他能量存储元件并联连接。
图12A和12B示出了在执行该有源滤波次级功能之前和期间出现的波形1200、1220的示例。在补偿开始之前（时刻t1之前），能量源1 202（图12A）的电流包括DC分量（IDC=130A）和具有幅度I2AC = 60A的二阶谐波分量。由转换器V2 308的开关行为确定的高频谐波（未示出）被能量缓冲器204高效地缓冲。从时刻t1开始，转换器V2开始生成电流IES2，将电流IES1的二阶谐波重定向到能量源2。该电流IES2具有与IES1电流的二阶谐波相等的主谐波幅度，但是具有几乎相反的相位角，以这样的方式，能量源1 IES1中的所得电流包括仅DC分量或者主要是DC分量，具有一些显著减小的AC涟波，如图12A中所示。在仅由转换器V2执行次级功能的情况下，并且如果能量源2仅包括电容器和/或超电容器810，则电流IES2（图12B）可以包括需要从负载或从能量源1 202供应的DC分量，以将能量源2 304的电容器和/或超电容器810上的电压维持在设定值，这是对转换器V2 308的正确操作所需要的。
由转换器V2执行并且上面描述的主要和次级功能两者可以单独或同时执行。如果同时，则能量源2 304优选包括与其他能量存储元件并联连接的电解电容器或超级电容器810（如图8A、8B和8D-8F中所示）。
图3中示出了用于ConSource V2模块的LCD 114，其经由一组诊断、测量、保护和控制信号线连接到ConSource V2模块108B，并且可以执行四个主要功能中的至少一个、优选全部。第一个功能是能量源1 202的管理。第二个功能是能量源2 304的管理。第三个功能是能量缓冲器204的保护，并且更具体地说，是保护其组件免受过流、过压和高温的影响。第四个功能是转换器V2 308的控制和保护。
用于ConSource V2模块108B的能量源1的管理功能可以如下。LCD 114接受测量信号VES1、TES1、IES1，它们是：VES1——能量源1的所有基本组件/电池单元的电压或基本组件/电池单元群组的电压，诸如例如但不限于单独的或串联和/或并联连接的电池单元、单独的或串联和/或并联连接的超级电容器电池单元；TES1——能量源1的所有基本组件的温度或基本组件群组的温度；IES1——能量源1的输出电流。基于这些测量信号，LCD可以执行以下各项：计算基本组件或基本组件群组的真实容量、实际电荷状态（SOC）和健康状态（SOH）；基于测量和计算的数据设置警告或警报信号；向MCD 112传输对应的信号。
用于ConSource V2模块108B的能量源2 304的管理功能可以如下。LCD 114可以接收测量信号VES2、TES2、IES2，它们是：VES2——能量源2的所有基本组件或电池单元的电压或基本组件或电池单元群组的电压，诸如例如但不限于单独或串联和/或并联连接的电池单元、单独或串联和/或并联连接的超级电容器电池单元；TES2——能量源2的所有基本组件的温度或基本组件群组的温度；IES2——能量源2的输出电流。基于这些测量信号，LCD可以执行以下各项：计算基本组件或基本组件群组的真实容量、实际电荷状态（SOC）和健康状态（SOH）；基于测量和计算的数据设置警告或警报信号；和/或向MCD传送对应的信号。
用于ConSource V2模块108B的能量缓冲器204的保护功能可以如下。LCD 114接收测量信号VEB、TEB、IEB，它们是：VEB——能量缓冲器的至少一个主要组件的电压，所述主要组件例如并且不限于电容器CEB或电容器CEB1、CEB2（参见图7A-7C）；TEB——能量缓冲器的至少一个主要组件的温度；和/或IEB——通过能量缓冲器的至少一个主要组件的电流。基于这些测量信号，LCD可以执行以下各项：基于测量数据设置故障（例如，警告或警报）信号；和/或向MCD 112传输对应的故障信号。
用于ConSource V2模块108B的转换器V2 308的控制和保护功能可以如下。LCD114从MCD 112接收命令信号，该命令信号可以是调制参考信号和使能信号，或者是参考信号和调制指数，其可以用在LCD中的PWM和/或滞后功能中，以根据上述功率管理和/或二阶谐波降低技术生成半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的控制信号。来自转换器V2的集成电流传感器（图3中未示出）的电流反馈信号IES2、IOUT可以与例如来自转换器V2 308的半导体器件的驱动电路（图3中未示出）的信号F一起用于过电流保护，该信号F携带关于一个或多个、优选所有半导体开关的故障状态（例如，短路或开路故障模式）的信息。基于该特定数据，LCD 114可以做出关于将开关信号S1、S2、S3、S4、S5、S6的哪个组合应用于对应的半导体开关的决定，以使转换器V2和整个ConSource V2模块绕过系统100（例如电池包等）或从系统100断连。
图4是描绘了ConSource模块108C的示例实施例的框图，该ConSource模块108C被称为ConSource模块的版本3（ConSource V3），并且是一种类型的转换器-源模块108的示例。ConSource V3 108C与LCD 114通信地耦合，LCD 114又与MCD 114通信地耦合。
ConSource V3模块108C可以包括能量源能量源1 202和转换器V2 308，转换器V2308具有用于连接辅助负载2 410的附加输入，如果期望的话。ConSource V3模块具有输出端口1和2，用于与示例系统100内的其他ConSource（例如，V1/V2/V3）模块连接。如果需要，ConSource V3的所图示输出端口3和4用于将示例ConSource V3模块连接到示例系统100的其他ConSource V3模块的相同输出端口，和/或如果期望，用于连接到辅助负载1 408。如果需要，ConSource V3 108C的所图示输出端口5和6用于将示例ConSource V3模块连接到示例系统100的其他ConSource V3模块的相同输出端口，和/或如果期望，用于连接到辅助负载2 410。
如同ConSource V1 108A一样，ConSource V3模块108C的能量源1 202可以是或包括关于图6A-6C描述的任何示例或其他示例。
能量源1 202的输出out1和out2连接到能量缓冲器204的输入端子in1和in2。与ConSource V1 108A一样，ConSource V3模块108C的能量缓冲器204可以是或包括关于图7A-7C描述的任何示例或其他示例。
能量缓冲器204的输出out1和out2分别连接到转换器V2 308的输入in1和in3。转换器V2 308可以如关于ConSource V2模块108B（例如，关于图5B）所讨论的那样配置。在该实施例中，耦合电感器LC的输出通过转换器V2 308的输入In2连接到ConSource V3模块108C的端口5和可选的辅助负载2 410，如图4中所示那样。假设辅助负载2具有输入电容器，因此转换器V2 308可以对负载上所需的恒定电压进行调节、使其降压和稳定，从而调节耦合电感器LC上的电压和通过耦合电感器LC的电流。如果不存在输入电容器，则可选的电容器（未示出）可以放置在In2和In3（或节点1和in3）之间，以形成具有耦合电感器LC的LC电路。例如，如果能量源1是具有48V标准操作电压的电池模块（例如，十二个串联的4V电池单元），并且辅助负载2需要24V，则可以控制S1和S2以50%的占空比操作（其中S1闭合且S2断开，然后其中S1断开且S2闭合），并且基于来自电流和/或电压传感器的反馈，相应地调整以将电压维持在24V的较低降压电平处。辅助负载1与能量源1并联耦合，并且因此在没有转换器V2308进行调节的情况下，以与能量源1相同的电压操作。
附加辅助负载（例如，辅助负载1）可以通过将输出3和4耦合到在与能量源1相同的电压下操作的其他负载来供应，或者替代地通过为那些附加的负载提供输出3和4的附加实例来供应。可以通过添加开关电路208和耦合电感器LC的附加实例以及附加输出端口5和6来供应在来自能量源1的降压电压下操作的附加辅助负载（例如，辅助负载2）。因此，在本文中描述的模块108可以被配置为供应任何数量的一个或多个辅助负载，这些辅助负载在与能量源1相同或更低的电压电平下操作。
半导体开关S3、S4、S5、S6的控制开关信号可以取决于LCD 114和MCD 112中采用的控制技术的灵活性和要求以不同的方式生成。
能量源1 202可以供应系统100的负载、辅助负载1 408和/或辅助负载2 410（如果连接的话）所需的对应部分功率。图13示出了ConSource V3模块的功率流管理的示例，其中可以调整能量源1、辅助负载1和辅助负载2之间的功率流。辅助负载的示例可以是例如电动车辆的车载电网络、电动车辆的HVAC系统。系统100的负载可以是例如电动车辆电机或电网的相位之一。该实施例可以允许能量源的电特性（端子电压和电流）和负载的电特性之间完全去耦。
在这些实施例中，参考图13，功率流控制器1 1310 （PFC 1）、功率流控制器2 1320（PFC 2）、功率流估计器1 （PFE 1）和功率流估计器2（PFE 2）可以是分立的控制设备，与LCD114和MCD 112分离，可以实现为LCD内的软件，可以实现为LCD内的硬件，或者可以实现为LCD内的硬件和软件的组合。在一些实施例中，PFC 1、PFC 2、PFE 1和PFE 2的功能可以在LCD和MCD之间共享或分布。为了便于解释，在以下实施例中，PFC1、PFC2、PFE1和PFE2被实现为由LCD执行的软件指令。
PFE 1可以基于负载功率要求和该特定ConSource V3模块108C的能量源1的状态，从位于MCD 112中的主功率管理控制器（未示出）接收能量源1 202 的参考功率流信号PES1, REF。PFE1还可以接收信号PLOAD1，该信号PLOAD1由辅助负载1 408的功率消耗和/或生成来确定并且在功率计算块（图13中未示出）中获得，这基于辅助负载1中的电流（例如，由可以集成在ConSource V3模块中的电流传感器测量，或者由LCD直接从辅助负载1接收）。能量源1 202 PTOT_REF_ES1的总参考功率流可以是PES1, REF和PLOAD1的总和。PFC 1 1310可以估计能量源1的最大可允许充电和/或放电电流，并计算能量源1的实际可准许功率流PTOT,ES1。
PFE 2 1320可以从PFC 1接收能量源1的总功率流信号PTOT,ES1。PFE2还可以接收信号PLOAD2，该信号PLOAD2由辅助负载2的功率消耗和/或生成来确定并且在功率计算块（图13中未示出）中获得，这基于辅助负载2中的电流（例如，由可以集成在ConSource V3模块中的电流传感器测量，或者由LCD直接从辅助负载2接收）。具有两个辅助负载PCONSOURCE的ConSourceV3模块的总参考功率流可以是PLOAD2和PTOT,ES1的总和。总PCONSOURCE功率流由各个转换器V2的开关部分提供，每个转换器V2包括开关S3、S4、S5、S6。功率流PLOAD2可以由转换器V2的开关部分管理，该开关部分包括开关S1、S2和耦合电感器LC。
图4中示出了用于ConSource V3模块180C的LCD 114。它可以经由一组诊断、测量、保护和控制信号线连接到ConSource V2模块108B，并且可以执行四个主要功能中的至少一个、优选全部。第一个功能可以是能量源1 202的管理。第二个功能可以是辅助负载2 410的管理。第三个功能可以是能量缓冲器204的保护，并且更具体地说，是保护其组件免受过流、过压和高温的影响。第四个功能可以是转换器V1的控制和保护。
在一些示例实施例中，用于ConSource V3模块108C的能量源1 202的能量管理功能可以如下。LCD 114接受测量信号VES1、TES1、IES1，它们是：VES1——能量源1 202的所有基本组件/电池单元的电压或基本组件/电池单元群组的电压，诸如例如但不限于单独的或串联和/或并联连接的电池单元、单独的或串联和/或并联连接的超级电容器电池单元；TES1——能量源1的所有基本组件的温度或基本组件群组的温度；IES1——能量源1的输出电流。基于这些测量信号，LCD可以执行以下各项：计算基本组件或基本组件群组的真实容量、实际电荷状态（SOC）和健康状态（SOH）；基于测量和计算的数据设置警告或警报信号；向MCD传输对应的信号。
ConSource V3模块108C的辅助负载2 410的管理功能可以如下。LCD接收测量信号VAL2、IAL2，它们是：VAL2——ConSource V3模块的端口5和6之间的电压；以及IAL2——转换器V2的耦合电感器LC中的电流，它是辅助负载2的电流。在一些实施例中，LCD将这些信号（或其表示）报告给MCD，MCD通过调整模块108C的调制指数来执行校正。在其他实施例中，基于这些信号，LCD对LCD中的脉宽调制的参考信号执行校正，以稳定和/或控制辅助负载2上的电压。
ConSource V3模块108C的能量缓冲器204的保护功能可以如下。LCD可以接收测量信号VEB、TEB、IEB，它们是：VEB——能量缓冲器的至少一个主要组件的电压，所述主要组件例如并且不限于电容器CEB或电容器CEB1、CEB2（参见图7A-7C）；TEB——能量缓冲器204的至少一个主要组件的温度；IEB——通过能量缓冲器204的至少一个主要组件的电流。基于这些测量信号，LCD可以执行以下各项：基于测量数据设置故障（例如，警告或警报）信号；和/或向MCD传输对应的故障信号。
ConSource V3模块108C的转换器V2 308的控制和保护功能可以如下。LCD 114从MCD 112接收命令信号，该命令信号可以是调制参考信号和使能信号，或者是参考信号和调制指数，其可以用在LCD中的PWM和/或滞后功能中，以根据上述功率管理和/或二阶谐波降低技术生成半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的控制信号。来自转换器V2的集成电流传感器（图4中未示出）的电流反馈信号IES2、IOUT可以与来自转换器V2的半导体器件的驱动电路（图4中未示出）的一个或多个信号F一起用于过电流保护，该信号F携带关于一个或多个、优选所有半导体开关的故障状态（例如，短路或开路故障模式）的信息。基于该特定数据，LCD可以做出关于将开关信号S1、S2、S3、S4、S5、S6的哪个组合应用于对应的半导体开关的决定，以使转换器V2 308和整个ConSource V3模块绕过系统100（例如电池包等）或从系统100断连。
ConSource模块的一个示例是转换器-电池模块，其具有作为第一能量源的电池。转换器-电池模块可以被称为ConBatt模块。ConBatt模块可以用在例如移动应用（诸如电动车辆（EV））的电池包中。被配置为用作具有多个ConBatt模块的电池包的系统100可以被称为ConBatt包。
在其他示例实施例中，ConSource模块可以与诸如光伏板和/或无线充电接收器之类的附加功率源连接。在其他示例实施例中，系统100可以连接到与不同电压电平的其他辅助负载耦合的另一系统100（例如，另一ConBatt包），诸如例如，EV的车载电网络系统和空调。
ConSource模块V1、V2或V3的一个示例实施例的特征可以根据期望与ConSource模块V1、V2或V3的另一个示例实施例的特征相组合。例如，ConSource模块V1和V2可以各自配置为供应辅助负载1和/或2，如关于ConSource模块V3所描述的那样。作为另一个示例，ConSource模块V1和V3可以各自配置有第二能量源（能量源2），如关于ConSource模块V2所描述的那样。
基于模块的系统的模块布置的示例实施例
图15-29描绘了根据各种架构或配置布置的系统100的示例实施例。在这些实施例中，系统100可以被配置成一个或多个模块包，尽管实施例不限于包。为了便于说明，没有示出每个实施例中的MCD和LCD。如可以看出的，模块可以以许多方式布置，使得每个模块贡献的功率可以求和，以形成例如单相AC输出、多相AC输出和DC输出中的一个或多个。
图15示出了根据本公开的包括数量N个连接的ConSource模块108-1、108-2……108-N的一维阵列的ConSource包1500的示例实施例。一维阵列也可以被称为N级级联，其中每一级对应于一个模块108。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。阵列中的每个ConSource模块可以根据上面参考图2、3和4讨论的三个模块版本（V1、V2和V3）中的任何一个来配置。多个ConSource模块可以包括根据相同模块版本（V1、V2或V3）配置的模块，或者根据三个模块版本（V1、V2和V3）中的两个或更多个配置的模块的混合。一维阵列的第一行的ConSource V1/V2/V3模块（“第一ConSource V1/V2/V3模块”）的第一端口1连接到ConSource模块的一维阵列的第一输出端子out1。第一ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第二行中的ConSource V1/V2/V3模块（“第二ConSource V1/V2/V3模块”）的第一端口1。第二ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第三行中的ConSource V1/V2/V3模块（“第三ConSource V1/V2/V3模块”）的第一端口，以相同的顺序以此类推进一步向下到第N行或最后一行中的第NConSource V1/V2/V3模块。第N ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到一维阵列1500的第二输出端子out 2。该数量N个连接的ConSource模块的一维阵列可以用作DC或单相AC能量源，诸如例如电池包，用于DC或AC单相负载的固定能量存储应用。DC或AC单相负载可以连接在第一和第二输出端子out1和out2之间。
数量N个连接的ConSource模块的一维阵列的输出电压可以使用例如但不限于利用相移载波技术的空间矢量调制或正弦脉宽调制（“PWM”）来生成。然后，可以使用相移载波技术生成每个ConSource模块的转换器的开关信号。该技术确保了ConSource模块持续旋转，并且功率几乎相等地分布在它们之间。
相移技术的示例目的是使用增量偏移的两电平波形生成多电平输出PWM波形。因此，通过 (X-1)/2个两电平PWM波形的求和来创建X电平PWM波形。这些两电平波形是通过将参考波形Vref与增量偏移360º/(X-1)的三角形载波1400、1410（图14A、14B）进行比较而生成的。图14A中示出了9电平示例1400（使用四个模块108）。载波增量偏移360º/(9-1) = 45º，并与参考波形进行比较。所得到的两电平PWM波形1420在图14C中示出。这些两电平波形可以用作每个ConSource模块108中转换器的半导体开关的开关信号。作为示例，对于包括四个级联的ConSource模块的一维阵列，每个ConSource模块具有转换器V1（其中S3、S4、S5、S6布置在H桥中），0°信号用于S3，并且180°信号用于第一ConSource模块的S6，45°信号用于S3，并且225°信号用于第二ConSource模块的S6，以此类推。注意到，在所有转换器V1/V2/V3中，S3的信号与S4互补，并且S5的信号与S6互补，连同具有一定的死区时间，以避免每个支路的击穿。图14D描绘了由来自四个模块的输出电压叠加产生的示例AC波形。
取决于用于实现调制的硬件的资源和限制，一种替代方案是连同最初（N-1）/2个载波一起生成负参考信号。图14B中示出了9电平示例。在该情况下，0°至135°PWM信号通过将Vref与对应的载波进行比较来生成，并且180°至315°PWM信号通过将-Vref与0°至135°载波进行比较来生成。然而，后一种情况中的比较逻辑必须逆转。诸如状态机解码器之类的其他技术也可以用于为H桥生成门信号。
在多相系统实施例中，相同的载波可以用于每个相位，或者载波组可以作为一个整体对于每个相位偏移。例如，在三相系统中，每个相位阵列可以使用具有相同相对偏离的相同数量的载波（如图14A和14B中所示），但是第二相位的载波与第一相位的载波相比偏移了120度，并且第三相位的载波与第一相位的载波相比偏移了240度。在许多情况下，载波频率将是固定的，但是在一些示例实施例中，载波频率可以被调整。载波频率的调整可以帮助降低EV电机在高电流条件下的损耗。
图15中所示的系统100的该一维阵列1500实施例使得能够：在ConSource模块中以显著降低的开关和传导损耗使用低电压和/或中电压额定能量源元件和开关组件（MOSFET、JFET、IGBT等），在第一和第二端子out1和out2之间获得具有非常低的总谐波失真的任何形状的高电压。
图16示出了根据本公开的包括数量N个连接的ConSource V1/V2/V3模块108-1、108-2……108-N的二维阵列1600或两个一维阵列1500的ConSource包的第一版本的示例实施例。形成该二维阵列1600的两个一维阵列1500中的每一个的DC或AC电压生成的输出在上面参考图15进行了描述。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。两个一维阵列的第N行或最后一行中的第NConSource V1/V2/V3模块中的每一个的第二端口2连接在一起，并连接到二维阵列的公共输出端子Out3。在第一和第二输出端子Out1和Out2以及公共输出端子Out3之间提供输出电压。
数量2N个连接的ConSource V1/V2/V3模块的该二维阵列可以用作两相AC能量源，用于DC或AC单相负载的固定能量存储应用。如果需要，负载可以连接在第一和第二输出端子Out1和Out2之间，而公共端子Out3可以连接到负载的中性点。
当公共输出端子out3连接到AC或DC负载的第二端子时，示例基于二维阵列的ConSource包的第一和第二输出端子out1和out2可以经由耦合电感器连接在一起，并且连接到AC或DC负载的相同第一端子。在该情况下，这样的具有N行的基于二维阵列的ConSource包的输出功率能力是具有相同数量N行的基于一维阵列的ConSource包的输出功率能力的两倍之高。
图16中所示的系统100的该二维阵列实施例使得能够获得具有90度相位移位的高压的两相系统。例如，这样的系统可以用在电炉中。一般而言，在ConSource模块中以显著降低的开关和传导损耗使用低电压和/或中电压额定能量源元件和开关组件（MOSFET、JFET、IGBT等），可以在端子out1、out2和公共端子out3（其可以用作中性点）之间获得具有非常低的总谐波失真的任何形状的高电压。
图17示出了根据本公开的包括二维阵列1700或数量N和N+1个连接的ConSource模块108-1、108-2……108-N的两个一维阵列的ConSource包的第二版本的示例实施例。上面参考图15描述了两个一维阵列1500中的每一个的DC或AC电压生成的输出，这两个一维阵列1500具有形成该二维阵列的N个和N+1个互连的ConSource模块。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。在两个一维阵列的第N行或最后一行中的第N ConSource V1/V2/V3模块的每一个的第二端口2连接到附加的或第N+1 ConSource V1/V2/V3模块的第一和第二端口1和2。
数量2N+1个连接的ConSource V1/V2/V3模块的该二维阵列可以用作用于DC或AC单相负载的固定能量存储应用的单相AC能量源。负载可以连接在每个一维阵列的第一行中的第一ConSource V1/V2/V3模块的第一和第二输出端子Out1和Out2之间。
图18示出了根据本公开的包括以三维阵列1800连接的多个ConSource V1/V2/V3模块108-1、108-2……108-N的ConSource包的第一版本的示例实施例。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。ConSource包的第一、第二和第三输出端子out1、out2和out3连接到三个一维阵列1500中每一个的第一行的第一ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1，这三个一维阵列形成了该基于三维阵列1800的ConSource包。上面参考图15描述了形成该基于三维阵列1800的ConSource包的三个一维阵列1500中的每一个的DC或AC电压生成的输出。三个一维阵列中的每一个的第N行或最后一行中的第N ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接在一起，并连接到三维阵列的公共输出端子out4。输出电压提供在第一、第二和第三输出端子out1、out2、out3和公共输出端子out4之间。
3N个连接的ConSource V1/V2/V3模块108-1、108-2……108-N的该三维阵列1800可以用作用于DC或AC单负载、三相负载、三相电网或三相电机2200的固定能量存储或电动车辆应用的三相AC能量源，如图22中所示。如果需要，三相负载可以连接在第一、第二和第三输出端子out1、out2、out3之间，而公共输出端子out4可以连接到负载的中性点。
当公共输出端子out4连接到DC或单相AC负载的第二端子时，基于三维阵列的ConSource包的第一、第二和第三输出端子out1、out2和out3可以经由耦合电感器连接在一起，并连接到DC或单相AC负载的相同第一端子。在该情况下，这样具有N行的基于三维阵列的ConSource包的输出功率能力是具有相同数量N行的基于一个单维阵列的ACi电池包的三倍之高。
图19中所示的系统100的该三维阵列1900实施例使得能够：在ConSource模块中以显著降低的开关和传导损耗使用低和/或中电压额定能量源元件和开关组件（MOSFET、JFET、IGBT等），在端子ou1、out2、out3和公共端子out3（其可以用作中性点）之间获得具有非常低的总谐波失真的任何形状的高电压三相系统。这样的系统可以连接到配电网，并且可以用作有源电源或缓冲器、无功功率补偿器和功率因数校正器、具有非常高动态响应的有源谐波滤波器以及out1、out2、out3和电网相位之间显著减小大小的无源滤波器。该系统还可以连接到从诸如电池、超电容器、燃料电池单元等之类的能量源元件提供能量的三相负载。
图19示出了根据本公开的包括以三维阵列1900连接的多个ConSource模块108-1、108-2……108-N的ConSource包的第二版本的示例实施例。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。
三个一维阵列1500中的每一个的第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1（“第一ConSource V1/V2/V3模块”）的第一端口1连接到三个一维阵列中的每一个的第一、第二和第三输出端子out1、out2和out3，这三个一维阵列形成了该基于三维阵列的ConSource包。上面参考图15描述了三个一维阵列中的每一个的输出DC或AC电压生成，该三个一维阵列具有形成该三维阵列的数量N个连接的ConSource V1/V2/V3模块。第一ConSource V1/V2/V3模块108-1的第二端口2连接到三个一维阵列的第二行中的ConSource V1/V2/V3模块108-2（“第二ConSource V1/V2/V3模块”）的第一端口1。第二ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到三个一维阵列的第三行中ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到数量M行的ConSource V1/V2/V3模块，其中M是2或更大。
第M+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1连接到第M行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2（未示出）。第M+1行中的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+2行中的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出）。第M+2行中的ConSourceV1/V2/V3模块的第二输出端口2连接到第M+3行中的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到数量M+N行的ConSource V1/V2/V3模块。
三维阵列的第一列1500的最后一行或第M+N行中的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到三维阵列的第二列1500’ 的第M+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。三维阵列的第二列的最后一行或第M+N行中的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到三维阵列的第三列1500’’的第M+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。三维阵列的第三列的最后一行或第M+N行中的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到三维阵列的第一列的M+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。
连接的ConSource V1/V2/V3模块的该三维阵列可以用作用于DC或AC单负载、三相负载、三相电网或三相电机的固定能量存储或电动车辆应用的三相能量源，如图23中所示。
除了关于图18提到的优点之外，图19中所示的系统100的该三相（三维阵列）配置的实施例——具有串联连接和德尔塔连接的ConSource模块的组合——使得能够在系统的所有ConSource模块和电网或负载的相位之间进行有效的能量交换（相间平衡）。德尔塔和串联连接的ConSource模块的组合允许减少阵列中ConSource模块的总数，以获得所期望的输出电压。
图20示出了根据本公开的包括以三维阵列2000连接的多个ConSource模块的ConSource包的第三版本的示例实施例。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。ConSource包的第一、第二和第三输出端子out1、out2和out3连接到三个一维阵列1500的第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1，这三个一维阵列1500形成了该基于三维阵列2000的ConSource包。上面参考图15描述了三个一维阵列中的每一个的输出DC或AC电压生成，这三个一维阵列具有数量N个连接的ConSource V1/V2/V3模块108-1、108-2……108-N，它们形成该三维阵列。三维阵列的第一列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第一附加ConSource V3模块的第一端口1，第一附加ConSource V3模块用作第N+1行的互连（IC）模块108-IC。三维阵列的第二列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第N+1行的第一附加ConSource V3模块108-IC的第二端口2。三维阵列的第三列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第N+1行的第二附加ConSource V3模块108-IC的第一端口1。第二附加ConSource V3模块的第二端口2连接到ConSource包的第四输出端子Out4。第N+1行的第一和第二附加ConSource V3模块的第三和第四端口3和4互连，如图20中所示。
连接的ConSource V1/V2/V3模块的该三维阵列可以用作用于DC或AC单负载、三相负载、三相电网或三相电机的固定能量存储或电动车辆应用的三相能量源，如图24中所示。三相负载可以连接在第一、第二和第三输出端子out1、out2和out3之间，而第四输出端子out4可以用作一个充电端子。
除了关于图18提到的优点之外，图20中所示的系统100的该三相（三维阵列）配置的实施例——具有两个附加的互连ConSource V3模块108-IC——使得能够在系统的所有ConSource模块和电网或负载的相位之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。
图21示出了根据本公开的包括以多维阵列2100（包括K个一维阵列1500）连接的多个ConSource模块的ConSource包的第四版本的示例实施例，其中K作为示例为3或更大，并且仅出于呈现和参考目的以具有多行和K列的示例取向图示出。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。K个一维阵列1500中的每一个包括具有第一和第二端口的M+N个ConSource V1/V2/V3模块108-1……108-（M+N）。第一、第K和其他奇数整数一维阵列中的每一个包括具有第一、第二、第三和第四端口的第M+N+1附加ConSource V3模块108-IC。
数量K个一维阵列中的每一个的第一行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1分别连接到第一和第二输出端子out1和out2中的个体输出端子，以此类推到形成该基于多维阵列的ConSource包的数量K个一维阵列中的第K输出端子outK。第一行中的ConSourceV1/V2/V3模块的第二端口2连接到数量K个一维阵列中的每一个的第二行中的ConSourceV1/V2/V3模块的第一端口1（未示出）。第二行中的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到数量K个一维阵列中的每一个的第三行中的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到数量M行的ConSource V1/V2/V3模块，其中M是2或更大。
第M行的第一阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-M的第二端口2连接到第一行的第二阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1。第M行的第二阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-M的第二端口2连接到第一行的第三阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1，以相同的顺序以此类推到第K阵列列，其中第M行的第K阵列列中的ConSource V1/V2/V3模块108-M的第二端口2连接到第一行的第一阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108的第一端口1。
第M+1行的所有第一到第K阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-(M+1)的第一端口1连接到第M行的ConSource V1/V2/V3模块108-M的第二端口2。第M+1行的所有第一到第K阵列列的ConSource V1/V2/V3模块108-(M+1)的第二端口2连接到第M+2行的所有第一到第K列的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1，以相同的顺序以此类推进一步向下到数量N行的ConSource V1/V2/V3模块，其中N是2或更大。
多维阵列的第一阵列列的第M+N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+N+1行的第一附加ConSource V3模块的第一端口1。多维阵列的第二阵列列的第M+N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+N+1行的第一附加ConSource V3模块的第二端口2。多维阵列的第K-2个阵列列的第M+N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+N+1行的第((K-1)/2)附加ConSource V3模块的第一端口1。多维阵列的第K-1列的第M+N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+N+1行的第((K-1)/2)附加的ConSource V3模块的第二端口2。多维阵列的第K列的第M+N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+N+1行的第(K+1)/2附加ConSource V3模块的第一端口1。第(K+1)/2附加ConSource V3模块的第二端口2连接到ConSource包的第K输出端子outK+1。如图21中所示，第M+N+1行的所有(K+1)/2个附加ConSource V3模块的输出端口3和4连接在一起。
连接的ConSource V1/V2/V3模块的该多维阵列可以用作用于DC负载、多相AC负载、多相电网或多相电机的固定能量存储或电动车辆应用的多相能量源。
除了关于图18提到的优点之外，图21中所示的系统100的该多维阵列2100实施例——具有德尔塔连接和串联连接的ConSource模块以及附加的互连ConSource V3模块的组合——使得能够在系统的所有ConSource模块和电网或负载的相位之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。德尔塔和串联连接的ConSource模块的组合允许减少阵列中ConSource模块的总数，以获得所期望的输出电压。
图22和图23分别示出了分别如图18和图19中呈现的第一和第二版本的ConSource包1800、1900的示例实施例，并且进一步连接到任何类型的三相电机2200。如果期望，图22中所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。这同样适用于图23中所示的所有模块108。
图22中所示的系统100的三维阵列1800（三相电机驱动系统）实施例使得能够以显著降低的开关和传导损耗使用低和/或中电压额定能量源元件和开关组件（MOSFET、JFET、IGBT等），在电机相位A、B和C之间获得具有非常低的总谐波失真的任何形状的高电压三相系统。这样的系统不需要如在2电平逆变器的情况中使用庞大的无源滤波器，并且具有高动态响应。
除了关于图22提到的优点之外，图23中所示的系统100（三维阵列）的三相电机驱动实施例1900——具有串联连接和德尔塔连接的ConSource模块108的组合——使得能够在系统的所有ConSource模块和电机2200的所有相位之间进行有效的能量交换（相间平衡）。德尔塔和串联连接的ConSource模块的组合允许减少阵列中ConSource模块的总数，以获得期望的输出电机电压。
图24示出了连接到任何类型的三相电机2200的ConSource包的第三版本的示例实施例。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。ConSource包如图21中呈现的，其中K等于3，其中第N+1行的两个附加ConSource V3模块108-IC的第三和第四输出端口3和4连接在一起，并连接到第二辅助负载2。第N+1行的两个附加ConSource V3模块进一步包括连接在一起并连接到第一辅助负载1 408的第五和第六输出端口5和6。第一辅助负载1和第二辅助负载2 410具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
除了关于图21提到的优点之外，图24中所示的系统100（三维阵列）的该三相电机驱动实施例2400——具有串联连接和德尔塔连接的ConSource模块108和两个附加的互连ConSource V3模块108-IC的组合——使得能够在系统的所有ConSource模块和电机2200的相位之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。德尔塔和串联连接的ConSource模块的组合允许减少阵列中的ConSource模块的总数，以获得期望的输出电机电压。互连ConSource V3模块的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，该低电压可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低电压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块阵列递送的。
图25示出了连接到任何类型的三相电机2200的ConSource包的第四版本的示例实施例2500。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。ConSource包如图20中呈现的，其中第N+1行的两个附加ConSource V3模块108的第三和第四输出端口3和4连接在一起，并连接到第二辅助负载410。第N+1行的两个附加ConSource V3模块进一步包括连接在一起并连接到第一辅助负载408的第五和第六输出端口5和6。第一辅助负载408和第二辅助负载410具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
除了关于图22提到的优点之外，图25中所示的系统100（三维阵列）的该三相电机驱动实施例——具有两个附加的互连ConSource V3模块108-IC——使得能够在系统的所有ConSource模块和相位电机之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。互连ConSourceV3模块108-IC的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，其可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低电压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块阵列递送的。
图26示出了连接到任何类型的六相电机2650的ConSource包的第五版本的示例实施例2600。如果期望，这里所示的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。ConSource包如图25中呈现的，其中三维阵列2500的第一和第二阵列列重复两次，以形成包括图25中所示的3组第一和第二阵列列的六维阵列的六个阵列列。第N+1行的三个附加ConSource V3模块108-IC的第三和第四端口3和4连接在一起并连接到第二辅助负载2 410，并且第N+1行的三个附加ConSource V3模块108-IC的第五和第六端口5和6连接在一起并连接到第一辅助负载1 408。第一辅助负载408和第二辅助负载410具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
除了关于图22提到的优点之外，图26中所示的系统100（三维阵列）的该三相电机驱动实施例——具有三个附加的互连ConSource V3模块108-IC——使得能够在系统的所有ConSource模块和所有六相电机之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。互连ConSource V3模块的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，该低电压可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低电压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块的六维阵列递送的。
图27A示出了系统100的第六版本的示例实施例，其具有两个ConSource系统2700和2700’，每个ConSource系统包括以三维阵列连接的N行ConSource模块。系统2700被配置为三相电机2200的主要电供应，而系统2700’被配置为三相电机2200’的主要电供应。系统2700和2700’两者可以在不同的电压和频率下操作。系统2700包括耦合到辅助负载和系统2700’的第N行模块108-N的第N+1行IC模块108-IC。
每个系统2700、2700’可以独立地配置成单个公共电气和机械单元或包，其中模块108彼此相邻或紧密接近地放置，并且共享相同的冷却系统。包2700、2700’中的每一个可以分别位于其自己单独且独立的壳体或外壳2705、2705’中。在其他实施例中，图27A中所示的所有模块108可以组合成一个公共包。在又一实施例中，可以使用任何前面提到的配置，但是其中IC模块108-IC在一个或多个单独的包中，与保持其他级联模块108的（一个或多个）包分开。
第一电机1 2200的第一、第二和第三端子A、B和C在包2700的第一行的ConSourceV1/V2/V3模块108-1的第一端口1处连接到ConSource包。包2700的所有三个阵列列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第N+1行的三个对应的IC模块108-IC的第一端口1，如图27A中所示。第N+1行的所有三个IC模块108-IC的第二端口2连接到包2700’的第N行的ConSource V1/V2/V3模块108-N的第二端口2。电机2200’的第一、第二和第三输出端子A’、B’和C’连接到ConSource包2700’的第1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。第1行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第二端口2连接到包2700’的第二行的ConSource V1/V2/V3模块108-2的第二端口2，以相同的顺序以此类推进一步向下到包2700’的最后一行或第N行，如图27A中所示。
IC模块108-IC的第三和第四端口3和4连接在一起，并连接到第一辅助负载408。三个IC模块108-IC的第五和第六端口5和6连接在一起，并连接到第二辅助负载410。第一辅助负载和第二辅助负载具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
图27A中所示的具有三个附加的互连ConSource V3模块108-IC的系统100的该三维阵列实施例为至少两个独立的电机（例如，双电机驱动系统）提供独立的电压和频率调节（控制），并且使得能够在这样的双电机系统的所有ConSource模块和两个电机的相位之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。互连ConSource V3模块的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，该低电压可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电动车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块阵列递送的。在该实施例中，IC模块108-IC被示为包2700的一部分，但是在其他实施例中，IC模块108-IC可以在包2700和2700’之外，或是作为独立的实体，或是在包含三个IC模块108-IC的第三包中。图27A的配置可以用于多种固定和移动应用中，包括具有两个轮内电机2200和2200’——其可以是两个前轮（前轮驱动）或两个后轮（后轮驱动）的电机——的EV。不管是否供应辅助负载408和410，该实施例准许每个个体系统内和跨两个系统的相位之间的相间平衡（例如，系统间或包间平衡）。
图27B示出了系统100的另一个示例实施例，其中参考图27A描述的系统已经被复制，以分别实现四个系统2750、2750’、2750”、2750”’作为四个电机2200、2200’、2200”、2200’”的主要供应。每个系统2750、2750’、2750”、2750”’包括以三维阵列连接的多行模块108，其中系统2750具有N行，系统2750’具有M行，系统2750”具有P行，并且系统2750’”具有Q行。尽管在许多实施例中行数可以相同（N=M=P=Q），但是每个系统中的行数（以及因此级联级）可以不同。所有四个系统可以在不同的电压和频率下操作。系统2750包括实现为IC模块的第N+1行模块108-IC，其耦合到辅助负载1和2以及系统2750’的第M行模块108。系统2750”包括实现为IC模块的第P+1行模块108-IC，其也耦合到辅助负载1和2以及系统2750”的第Q行模块108。
每个系统2750、2750’、2750”、2750’”可以独立地配置成单个公共电气和机械单元或包，其中模块108彼此相邻或紧密接近地放置，并且共享相同的冷却系统。包2750、2750’、2750”、2750’”中的每个可以分别位于其自己的单独且独立的壳体或外壳2705、2705’、2705”、2705’”中。在其他实施例中，图27B中所示的所有模块108可以被组合为一个公共包，或者四个系统中的两个可以被实现为第一包（例如，专用于EV的前轮），并且四个系统中的其他两个可以被实现为第二包（例如，专用于EV的后轮）。在又一实施例中，可以使用任何前面提到的配置，但是其中IC模块108-IC在一个或多个单独的包中，与保持其他级联模块108的（一个或多个）包分开。
电机2200的第一、第二和第三端子A1、B1和C1在系统2750的第一行的ConSourceV1/V2/V3模块108-1的第一端口1处连接到系统2750。第一行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2可以以如本文中所述的级联方式耦合到任何数量的中间行（未示出），直到系统2750的所有三个阵列列的第N行的第一端口。第N行模块108的第二端口连接到第N+1行的三个对应IC模块108-IC的第一端口1，如图27B中所示。第N+1行的所有三个IC模块108-IC的第二端口2连接到系统2750’的第M行的ConSource V1/V2/V3模块108的第二端口2。电机2200’的第一、第二和第三输出端子A2、B2和C2连接到系统2750’的第一行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第二端口2以如本文中所述的级联方式连接任何数量的中间行（未示出），直到系统2750的所有三个阵列列的第M行的第一端口。
电机2200”的第一、第二和第三端子A3、B3和C3在系统2750”的第一行的ConSourceV1/V2/V3模块108-1的第一端口1处连接到系统2750”。第一行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2可以以如本文中所述的级联方式耦合到任何数量的中间行（未示出），直到系统2750”的所有三个阵列列的第P行的第一端口。第P行模块108的第二端口连接到第P+1行的三个对应的IC模块108-IC的第一端口1，如图27B中所示。第P+1行的所有三个IC模块108-IC的第二端口2连接到系统2750’”的第Q行的ConSource V1/V2/V3模块108的第二端口2。电机2200’”的第一、第二和第三输出端子A4、B4和C4连接到系统2750’”的第一行的ConSourceV1/V2/V3模块的第一端口1。第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第二端口2以如本文中所述的级联方式连接任何数量的中间行（未示出），直到系统2750’”的所有三个阵列列的第Q行的第一端口。
系统2750的第N+1行和系统2750”的第P+1行的六个IC模块108-IC的第三和第四端口3和4连接在一起，并连接到第一辅助负载408。系统2750的第N+1行和系统2750”的第P+1行的六个IC模块108-IC的第五和第六端口5和6连接在一起，并连接到第二辅助负载410。辅助负载408和410具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。图27B的配置可以用于在多种固定和移动应用中，包括具有四个轮内电机2200、2200’、2200”、2200’”的四轮EV，以提供全轮驱动。该实施例可以被配置为使得电机2200和2200”是前轮电机，并且电机2200’和2200’”是后轮电机，或者逆转。不管是否供应辅助负载408和410，该实施例准许每个个体系统内和跨四个系统的相位之间的相间平衡（例如，系统间或包间平衡）。
图28示出了根据本公开的包括以三维阵列连接的多个ConSource模块108的ConSource包的第七版本的示例实施例，ConSource模块108连接到三相开式绕组电机2850和辅助负载408、410。在该实施例中，模块108可以被分割成第一系统2800和第二系统2800’。系统2800和2800’可以以相似的频率但不同的电压操作。如果期望，这里示出的所有模块108可以组合在单个能量包中，其中模块108共同位于单个公共壳体或外壳中。替代地，系统2800的模块108可以组合在第一包中，并且系统2800’的模块108可以组合在不同的第二包中。
所有三个阵列列2810的第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1连接在一起。所有三个阵列列的第一行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到所有三个阵列列2810的第二行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到每个阵列列的第N行。如图28中所示，所有三个阵列列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块108的第二端口2连接到开式绕组电机2850的第一、第二和第三端子A、B、C。开式绕组电机2850的第一、第二和第三端子A’、B’、C’连接到所有三个阵列列的第N+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1。所有三个阵列列的第N+1行的ConSourceV1/V2/V3模块的第二端口2连接到所有三个阵列列的第N+2行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1，以相同的顺序以此类推进一步向下到每个阵列列的第M行。第一列的第M行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+1行的第一附加ConSource V3模块108-IC的第一端口1。第二阵列列的第M行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+1行的第一附加ConSource V3模块108-IC的第二端口2。第三列的第M行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2连接到第M+1行的第二附加ConSource V3模块108-IC的第一端口1。
第M+1行的两个附加ConSource V3模块的第三和第四端口3和4连接在一起，并连接到第二辅助负载410。第M+1行的两个附加ConSource V3模块的第五和第六端口5和6连接在一起，并连接到第一辅助负载408。第一辅助负载和第二辅助负载具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
除了关于图22提到的优点之外，图28中所示的系统100（三维阵列）的该三相电机驱动实施例——具有两个附加的互连ConSource V3模块——适合用于开式绕组电机，并且使得能够在系统的所有ConSource模块和相位电机之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。互连ConSource V3模块的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，该低电压可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低电压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块阵列递送的。在图28的实施例中，所有模块可以在单个包中实现，或者行1至N的模块可以实现为第一包，并且行N+1至M（或M+1）的模块可以实现为第二包。
图29示出了根据本公开的包括多个ConSource模块108的ConSource包的第八版本的示例实施例，这些ConSource模块108以三维阵列连接并形成两个系统2901和2901，连接到两个三相开式绕组电机2850、2850’和辅助负载408、410。更具体地说，两个三相子系统2900、2900’用于驱动电机2850和供应辅助负载408和410，而其他两个三相子系统2900”、2900”’用于驱动电机和2850’，并且系统2901和2902两者与子系统2900’的模块108-IC互连。因此，系统2901和系统2902可以在不同的电压和频率下操作，而在系统2901内，子系统2900和2900’可以在相似或相等的频率下操作，但可以具有不同的电压，并且在系统2902内，子系统2900”和2900”’可以在相似或相等的频率下操作，但可以具有不同的电压。图29中所示的所有模块108可以组合在单个包中。替代地，系统2901的所有模块108可以组合在单个包中，并且系统2902的所有模块108可以组合在不同的第二包中。在又一个实施例中，四个子系统2900、2900’、2900”、2900”’中的每一个的模块108分别组合在四个单独的包2705、2705’、2705”、2705”’中。也可以实现系统2901和2902的这些不同包配置的组合。在一些实施例中，IC模块108-IC可以单独或一起组合在单独且独立的包中。
所有三个阵列列的第一行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1连接在一起。所有三个阵列列的第一行的ConSource V1/V2/V3模块108的第二端口2连接到所有三个阵列列的第二行的ConSource V1/V2/V3模块108-1的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到第N行。所有三个阵列列的第N行的ConSource V1/V2/V3模块108-N的第二端口2连接到第一开式绕组电机2850的第一、第二和第三端子A1、B1、C1，如图29中所示。第一开式绕组电机2850的第一、第二和第三端子A1’、B1’、C1’连接到所有三个阵列列的第N+1行的ConSource V1/V2/V3模块108-(N+1)的第一端口1。所有三个阵列列的第N+1行的ConSource V1/V2/V3模块108-(N+1)的第二端口2连接到所有三个阵列列的第N+2行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到第M行。
ConSource包的所有三个阵列列的第M行的ConSource V1/V2/V3模块108-M的第二端口2连接到第M+1行的三个对应的ConSource V3模块108-IC的第一端口1，如图29中所示。第M+1行的所有三个ConSource V3模块108-IC的第二端口2连接到第M+2行的ConSourceV1/V2/V3模块108-(M+2)的第二端口2。第M+2行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1连接到第M+3行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到第K行。所有三个阵列列的第K行的ConSource V1/V2/V3模块108-K的第一端口1连接到第二开式绕组电机2850’的第一、第二和第三输入端子A2、B2、C2，如图29中所示。
第二开式绕组电机2850’的第一、第二和第三输出端子A2’、B2’、C2’连接到所有三个阵列列的第K+1行的ConSource V1/V2/V3模块108-(K+1)的第一端口1。所有三个阵列列的第K+1行的ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1连接到所有三个阵列列的第K+2行的ConSource V1/V2/V3模块的第二端口2（未示出），以相同的顺序以此类推进一步向下到第L行。ConSource V1/V2/V3模块的第一端口1所有三个阵列列的第L行连接在一起。
第M+1行的两个附加ConSource V3模块的第三和第四端口3和4连接在一起，并连接到第二辅助负载410。M+1行的两个附加ConSource V3模块的第五和第六端口5和6连接在一起，并连接到第一辅助负载408。第一辅助负载和第二辅助负载410具有不同的电压，并且分别表示例如但不限于电动车辆的车载网络系统和空调电源系统。
具有图29中所示的三个附加互连ConSource V3模块的系统100的该三维阵列实施例为两个独立的开式绕组电机（双电机驱动系统）提供独立的电压和频率调节（控制），并允许在这样的双电机系统的所有ConSource模块和两个电机的相位之间进行有效和快速的能量交换（相间平衡）。互连ConSource V3模块的附加输出端子3、4、5、6提供不同电平的低电压，该低电压可以用于为辅助负载提供功率，辅助负载又表示例如电动车辆的电车载网络和HVAC功率线。在该情况下，不需要额外的低电压电池；上面提到的系统的能量是由整个ConSource模块阵列递送的。
模块控制的示例实施例
转向图30-40B，示出了促进控制系统100以在不同系统配置中的ConSource模块之间提供平衡的示例系统和方法。图1至图29中所示的示例实施例的架构使得能够控制ConSource模块之间的功率共享。这样的控制使得能够在放电、充电期间以及静止时维持一个或多个参数（诸如ConSource模块的能量源的SOC）平衡，这可以帮助利用每个能量源的全部容量，而不管容量方面可能的差异。此外，平衡可以用于均衡ConSource模块的能量源和/或其他组件的温度。温度平衡增加了系统100的功率能力，并提供了更均匀的能量源老化，而不管它们在系统100内的位置和热阻率方面的差异。
系统100可以在特定相位内平衡模块108的参数，这可以被称为相内平衡，并且可以在不同相位或多相（例如，两个或更多个相位）系统中平衡模块108的参数，这可以被称为相间平衡。系统100的控制电路102可以同时执行相内平衡、相间平衡、模块内多个能量源的利用（图11）、有源滤波（图12A-12B）和辅助负载供应（图13）的任何组合。
图30描绘了单相AC或DC平衡控制器3000的示例实施例，其可以包括峰值检测器3010（“峰值检测”）、分频器3020（“分频”）和相内平衡控制器3030（“相内平衡控制器”）。峰值检测器3010检测参考电压Vr的峰值Vpk，其可以是相位控制器3000以之操作和/或平衡所特定的。分频器通过将参考电压Vr除以其检测到的峰值Vpk来生成归一化参考波形Vrn。相内平衡控制器3030使用峰值电压Vpk连同ConSource状态信息（例如，SOCi、Ti、Qi、Vi等）为被控制相位内的每个模块生成调制指数Mi。单相平衡控制器3000可以用硬件、软件或其组合来实现，并且可以作为MCD的一部分来定位，或者可以部分或全部分布在本文中描述的LCD之间，或者可以是独立于MCD和LCD的单独的控制器。
在单相AC或DC的情况下，或者相对于多相系统的单相，单相平衡控制器3000（例如，作为MCD的一部分）接收参考电压Vr，并且从系统100的所有ConSource（例如，从系统的LCD）收集状态信息，诸如电荷状态SOCi、温度Ti、容量Qi和电压Vi。控制器3000使用这些信号来生成调制指数Mi和归一化参考波形Vrn，然后将其发送到每个LCD以生成开关信号。参考波形Vrn可以持续发送，并且调制指数可以以规律间隔发送，诸如每个Vrn周期发送一次。LCD可以通过接收到的调制指数来调制或缩放归一化参考电压Vrn。在一些示例中，调制指数可以是介于零和一之间的数字（包括零和一）。根据关于图14A-14D描述的脉宽调制技术，或者根据其他调制技术，该调制或缩放的Vrn可以用作Vref（或者-Vref）。以这种方式，调制指数可以用于控制由LCD生成并提供给转换器开关电路（例如，S3-S6或S1-S6）的PWM开关信号，并且从而调节每个ConSource模块的操作。例如，被控制维持正常或完全操作的ConSource模块可以接收到为一的调制指数，而被控制小于正常或完全操作的ConSource模块可以接收到小于一的调制指数。被控制停止功率输出的ConSource模块可以接收到为零的调制指数。本领域的普通技术人员在阅读本说明书后将容易认识到，调制指数的其他值可以用于实现类似的功能性。
单相平衡控制器3000可以根据本文中描述的任何数量的方面或操作特性，诸如其能量源的电荷状态（SOC）、温度（T）、容量（Q）、健康状态（SOH）、电压（V）和/或电流（I），以促进以下内容的方式为每个ConSource模块生成调制指数：生成的ConSource电压的总和不超过峰值电压Vpk。例如，Vpk可以是每个模块的主要能量源电压和该模块的调制指数的乘积之和（例如，Vpk = M1V1+M2V2+M3V3 . . . +MNVN等）。可以使用调制指数的不同组合，并且因此使用由模块做出的相应的电压贡献，但是总生成电压应当保持相同。图31是描绘单相阵列输出所需的峰值电压3100的相量图，旁边是跨四个模块阵列的两个相对端子A、B产生的输出电压3100’的第一示例，其中输出电压3100’是来自四个模块中的每一个的四个相等电压贡献的叠加。还示出的是输出电压3100”的第二示例，其中四个模块的相对贡献被调整并且不相等。
此外，控制器3000可以在如下程度上控制操作：即它不妨碍在任何一个时间（例如，诸如在EV的最大加速期间）实现系统的功率输出要求，使得每个模块中的（一个或多个）能量源的SOC保持平衡或者在它们不平衡的情况下收敛到平衡条件，和/或使得每个模块中的（一个或多个）能量源或者其他组件（例如，能量缓冲器）的温度保持平衡或者在它们不平衡的情况下收敛到平衡条件。可以调节进出模块的功率流，使得源之间的容量差异不会引起SOC偏差。SOC和温度的平衡可能间接引起SOH的某种平衡。如果期望，可以直接平衡电压和电流，但是在许多实施例中，系统的主要目标是平衡SOC和温度，并且SOC的平衡可以导致其中模块具有相似容量和阻抗的高度对称系统中的电压和电流的平衡。
由于可能不可能同时平衡所有参数（例如，一个参数的平衡可能进一步使另一个参数不平衡），因此可以应用平衡任何两个或更多参数（SOC、T、Q、SOH、V、I）的组合，其中取决于应用要求而将优先级给予任何一个。与其他参数（T、Q、SOH、V、I）相比，平衡中的优先级可以给予SOC，如果其他参数（T、Q、SOH、V、I）之一达到阈值之外的严重不平衡条件，则有例外。
如提到的，平衡也可以以阵列间或相间的方式执行。为了易于描述，将相对于相间平衡来描述实施例。在本文中描述的所有实施例中，可以在执行相内平衡的同时执行相间平衡。例如，图32描绘了三相平衡控制器3200的示例实施例，其可以包括分别用于相位A、B和C的一个相间控制器3210和三个相内平衡控制器3220-1、3220-2、3220-3。相内平衡控制器3220可以被配置或编程为平衡每个一维阵列内的ConSource模块的各方面，特别地并且作为示例，在一个相位内。相间平衡控制器3210可以被配置或编程为在整个多维阵列之间或跨整个多维阵列平衡ConSource模块的各方面，特别地并且作为示例，在不同相位的阵列之间或跨不同相位的阵列。这可以通过向相位注入共模（例如，中性点偏移）或通过互连模块（公共模块）或通过两者来实现。控制器3200可以用硬件、软件或其组合来实现，并且可以作为MCD的一部分来定位，或者可以部分或全部分布在本文中描述的LCD之间，或者可以是独立于MCD和LCD的单独的控制器。相内平衡控制器3220-1、3220-2、3220-3和相间平衡控制器3210可以各自单独地以硬件、软件或其组合来实现，并且可以作为MCD的一部分来定位，或者可以部分或全部分布在本文中描述的LCD之间，或者可以是独立于MCD和LCD的分离的控制器。
该系统的参考信号输入可以是VrA、VrB、VrC或这些信号中两个的任何组合，或者可以重建这些信号的任何其他变换，诸如克拉克变换（即，Vrα、Vrβ）。
图33A和33B是相量图，其描绘了用于在相位A、B和C之间没有互连（IC）模块的Y连接三相系统（例如，参见关于图18和22描述的系统100）的控制技术的示例实施例3300和3300’。这里，可以通过控制每个相位A、B和C内的模块的调制指数来执行或实现相内平衡，其中每个双向箭头指示每个相位内特定模块的能量贡献（在具有九个模块的示例中，每个相位中有三个模块）。
控制电路（例如，控制器3200、MCD 112）可以通过向相位参考（VrnA、VrnB、VrnC）添加某些共模来执行相间平衡，中性点“N”可以从一个位置偏移到另一个位置。相位参考的改变引起该相位中所有模块的调制指数的改变，这增加或减少它们对功率的合计贡献。例如，在测量每个相位中的模块的一个或多个参数（例如，SOC、T、Q、SOH、V、I）之后，相间平衡控制器3210可以确定将能量输出（放电）或输入（充电）调整到一个或多个相位。例如，如果做出将相位A中模块的能量输出降低10%的确定，则可以从VrnA中减去等于VrnA的10%的分量，并且也可以从VrnB和VrnC中减去VrnA的该相同的10%分量（例如，共模），这将使中性点朝向A偏移。如上面所提到的，这可以在执行相内平衡的同时发生。
例如，在图33B中，假设系统正在放电，并且相位A的模块中可用的总能量小于相位C的模块中可用的总能量，而相位C的模块中可用的总能量又小于相位B的模块中可用的总能量，根据类似的共模技术，对于SOC平衡，中性点可以从图33A的位置偏移到图33B的位置，如3310所示。这减少了相位A的贡献，并且在较小程度上减少了相位C的贡献，并且增加了相位B的贡献进行补偿。这提供了对每个相位的能量输出份额的控制，以建立三相电压。
图34A和34B是相量图，其描绘了用于在相位A、B和C之间具有互连（IC）模块的Y连接三相系统（例如，参见系统100，图20和24）的控制技术的示例实施例3400和3400’。这里，通过如上所述控制每个相位阵列内的模块的调制指数，可以再次实现相内平衡。例如由控制器3200总体控制的相间平衡可以通过选择性地将来自一个或多个IC模块的能量施加到一个或多个相位的阵列来执行，这可以被称为相间能量注入。这在图34A中描绘，其中由（一个或多个）IC模块供应的第四贡献（与图33A的示例相比）已经被添加在相量图的中心。
图34A表示一示例，其中系统正在放电，并且相位A的三个模块中可用的总能量（SOC）小于相位C的三个模块中可用的总能量，相位C的三个模块中可用的总能量又小于相位B的三个模块中可用的总能量（SOCA < SOCC < SOCB）。控制器3200可以向相位A的IC模块供应或输出调制指数，该调制指数大于相位B的IC模块（其可以是相同的或不同的IC模块）的调制指数，相位B的IC模块的调制指数又大于相位C的IC模块（其可以是与A和B的IC模块相同或不同的IC模块）（MIA > MIC > MIB）。每个相位内非互连模块的调制指数可以相应降低，并且因此相位B的非互连模块的贡献大于相位C的非互连模块的贡献，相位C的非互连模块的贡献又大于相位A的非互连模块的贡献，这使系统在所有相位中都朝向平衡SOC移动。类似的方法可以用来平衡其他参数（T、Q、SOH、V、I）中的一个或多个。
在相位之间具有IC模块的系统中，相间平衡也可以通过如上所述的中性点偏移（或共模注入）来执行。图34B描绘了一示例，其中在具有使用共模注入和相间能量注入两者的IC模块的系统中，由控制器3200执行相间平衡。这样的组合允许在更宽范围的操作条件下进行更鲁棒和灵活的平衡。
系统100可以确定适当的环境，在该环境下，单独利用中性点偏移、单独利用相间能量注入或同时利用两者的组合来执行相间平衡。可以利用来自每个相位阵列的所有模块的能量来执行中性点偏移，而利用仅来自一个或多个IC模块的能量来执行相间能量注入。因此，中性点偏移具有更宽范围的可用能量，以覆盖更多不同的相间不平衡。可能存在其中系统100正在供应辅助负载的实施例或其中使中性点偏移并不合期望的其他系统，并且在一些情况下，中性点偏移可能增加相位阵列的电压和电流之间的相移，这可能增加DC二阶谐波。相间能量注入准许在不使中性点偏移的情况下进行平衡，并且可以避免这些潜在的副作用。在一些实施例中，控制电路102（例如，控制器3200、MCD 114）可以对相对较小或微小的相间不平衡使用相间能量注入，并且可以对相对较大或较严重的和/或需要在短时间段内平衡的相间不平衡使用中性点偏移（单独或与相间能量注入一起）。在这些实施例中，控制电路102可以被配置为评估或确定相间不平衡的程度，并将其与阈值（例如，SOC、温度）进行比较，该阈值在相对较小和相对较大的相间不平衡（或管控使用哪种技术的其他条件）之间进行区分，并且对于较小的差异仅使用相间能量注入并且对于相对较大的差异使用中性点偏移或两者的组合来执行相间平衡。
图35A和35B是相量图，其描绘了用于在相位A、B、C和D之间分别没有IC模块和具有IC模块的四相系统的控制技术的示例实施例3500和3500’。这里，相内平衡可以通过控制相位A、B、C和D中的每一个内的模块的调制指数来实现。相间平衡可以通过中性点偏移和/或通过在适用情况下控制互连模块对每个相位的贡献（相间能量注入）来实现。
图36A和36B是相量图，其描绘了用于在相位A、B、C、D和E之间分别没有IC模块和具有IC模块的五相系统的控制技术的示例实施例3600和3600’。这里，相内平衡可以通过控制相位A、B、C、D和E中的每一个内的模块的调制指数来实现。相间平衡可以通过中性点偏移和/或通过在适用情况下控制互连模块对每个相位的贡献（相间能量注入）来实现。
图37A和37B是相量图，其描绘了用于在相位A、B、C、D、E和F之间分别没有IC模块和具有IC模块（例如，参考图26描述的）的六相系统的控制技术的示例实施例3700和3700’。这里，相内平衡可以通过控制相位A、B、C、D、E和F中的每一个内的模块的调制指数来实现。相间平衡可以通过中性点偏移和/或通过在适用情况下控制互连模块对每个相位的贡献（相间能量注入）来实现。
在关于图27所描述的系统100中，示出了两个三相系统2700和2700 ’,它们可以用不同的电压和频率放电和充电。这些系统的相内平衡可以通过控制每个相位A、B、C、A’、B’、C’内的模块108的调制指数来实现。每个系统2700和2700’内以及两个系统之间的相间平衡可以通过控制IC模块108-IC对每个相位的电压贡献来实现。在图38A的相量图中描绘了具有IC模块108-IC的情况下如分别应用于系统2700和2700’的相间平衡的示例3810和3820，例如其中N是3。每个系统2700和2700’内的相间平衡可以替代地或附加地通过中性点偏移来实现，如图38B的示例3810和3820中所示的那样。
在关于图28所描述的系统100中，描述了两个三相系统2800和2800 ’，它们以相似的频率放电但考虑到可能具有不同的电压。系统2800和2800’的平衡分别关于图39A和39B中的示例3900和3900’进行描述（例如，其中对于系统2800的N=2并且对于系统2800’的M-N=3）。在图39A中，由于两个系统3900、3900’中的互补相位成对工作以跨每个电机绕组生成电压，因此相位对（例如，A和A’、B和B’、C和C’）中的模块108可以被考虑用于相内平衡。例如，为了在A和A’之间建立某个电压，A和A’相位中的所有模块108可以根据它们的状态信息成比例地贡献。如图39A中所示，可以通过互连模块108-IC来实现相间平衡、或者在该情况下是相位对之间的平衡。每个系统2800和2800’内的相间平衡可以替代地或附加地通过中性点偏移来完成，如图39B的示例3900和3900’中所示那样。
在关于图29所描述的系统100中，系统2901和系统2902可以在不同的电压和频率下操作。在系统2901内，子系统2900和2900’可以以相似或相等的频率操作，但是可以具有不同的电压；并且在系统2902内，子系统2900”和2900”’可以以相似或相等的频率操作，但是可以具有不同的电压。系统2900、2900’、2900”、2900”’的平衡分别关于图40A和40B中的示例4000、4010、4020、4030进行描述（例如，其中每个系统2900、2900’、2900”和2900”’具有3行模块108、不包括IC模块108-IC）。在图40A中，由于四个系统4000、4010、4020、4030中的互补相位成对工作以跨每个电机绕组生成电压，因此相位对（例如，A1和A1’、B1和B1’、C1和C1’、A2和A2’、B2和B2’、C2和C2’）中的模块108可以被考虑用于相内平衡。例如，为了在A1和A1’之间建立某个电压，A1和A1’相位中的所有模块108可以根据它们的状态信息成比例地贡献。
如图40A中所示，可以通过4010和4030的互连模块108-IC来实现相间平衡、或者在该情况下是相位对之间的平衡。每个系统2900、2900’、2900”和2900”’内的相间平衡可以替代地或附加地通过中性点偏移来完成，如图40B的示例中所示那样。
IC模块的附加示例实施例
互连（IC）模块可以用于相间平衡和辅助负载供应中的任一个或两者。附加于可用作相位内的标准模块级（例如，N个模块之一），ConSource模块V3被示出并描述为可用作能够进行相间平衡和辅助负载供应两者的IC模块108-IC（例如，参见关于图4、17、20、21、24-29描述的示例实施例）。IC模块也可以在其他配置中实现，包括图2和图3的配置，其中模块输出（out1和out2）连接到在不同相位中操作的单独的模块阵列。IC模块可以包括任何数量的一个或多个能量源、可选的能量缓冲器、用于向一个或多个模块阵列供应能量和/或向一个或多个辅助负载供应功率的开关电路，可以包括控制电路（例如，本地控制设备），并且可以包括测量电路（例如，一个或多个电路和/或传感器），用于测量关于IC模块本身或其各种负载的各种参数（例如，能量源的SOC， 能量源或能量缓冲器的温度、能量源的容量、能量源的SOH、与IC模块相关的电压和/或电流测量、与（一个或多个）辅助负载相关的电压和/或电流测量等）。
图41A是描绘了系统100的示例实施例的框图，其中IC模块108-IC被配置成分别用在相位A、B和C的阵列1500-A、1500-B和1500-C之间的相间平衡中。IC模块108-IC可以根据ConSource模块实施例V1、V2或V3中的任何一个来配置。IC模块108-IC可以选择性地将模块108-IC的一个或多个能量源连接到阵列1500-A、1500-B和1500-C中的一个或多个，或者没有输出。系统100可以由控制电路102（未示出，参见图1A）控制。阵列1500-A在节点A处输出AC电压波形（VoutA），阵列1500-B在节点B处输出AC电压波形（VoutB），并且阵列1500-C在节点C处输出AC电压波形（VoutC）。
图41B是描绘了具有与开关电路132耦合的能量源202的IC模块108-IC的示例实施例的示意图。如关于开关电路207和208所描述的，开关电路132可以以适合应用要求的任何布置和以任何开关类型（例如，MOSFET、IGBT、硅、GaN等）来配置。开关电路132具有耦合到阵列1500-A、1500-B和1500-C中每一个的模块的输出133-1、133-2和133-3。在其他实施例中，IC模块108-IC可以与仅具有两个相位的系统耦合，在这种情况下，仅两个输出133是必要的。类似地，IC模块108-IC可以用附加的开关电路和输出按比例放大，以耦合到具有多于三个相位的系统。
参考图41A和41B，三个阵列1500电气地定位在IC模块108-IC与到负载的输出A、B、C之间。换句话说，阵列1500-A具有用于连接到负载的第一端子A和用于连接到IC模块108-IC的输出133-1的第二端子（在阵列1500-A的相对端上与第一端子相对定位）。类似地，阵列1500-B和阵列1500-C各自具有分别用于连接到负载的第一端子B和C，以及用于分别连接到IC模块108-IC的输出133-2和133-3的第二端子。以这种方式定位IC模块108-IC尤其允许IC模块控制三相阵列1500-A、B和C中的每一个之间的电流路由。
在该实施例中，开关电路132用三个开关部分134-1、134-2和134-3实现，每个开关部分耦合到相应的输出133。每个开关部分134可以经由一个或多个控制输入线136由控制电路（例如，控制电路102，参见图1A）控制。控制电路可以根据任何期望的控制技术（包括本文中提到的PWM和滞后技术）来控制开关电路132。
在图41B的示例中，控制电路102被实现为LCD 114和MCD 112（未示出）。LCD 114与该IC模块108-IC相关联，并且可以从IC模块108-IC接收监视数据（例如，ES1的SOC、ES1的温度、ES1的Q等），该监视数据来自与模块108-IC耦合的传感器或其他测量设备或电路（未示出）。该监视数据和/或从该监视数据导出的其他数据可以输出到MDC 112，用于如本文中所述的系统控制中。LCD 114还可以接收定时信息（未示出），用于同步系统100的模块的目的。一个或多个载波信号（未示出）、诸如PWM中使用的锯齿信号（图14A、14B）也可以由LCD 114接收或由LCD 114内部生成。
开关部分134可以各自实现为具有开关S7和S8的半支路，可由LCD 114经由控制输入线136-1至136-6选择性地控制。（开关S7和S8可以与早前描述的开关S3和S4（或S5和S6）相同）。为了相间平衡，来自能量源202的能量可以使用开关部分134随时间供应给任何一个或两个相位阵列1500。向一个或两个相位阵列供应补充能量允许相对于（一个或多个）未供应的相位阵列减少那些被供应的相位阵列的级联模块108-1至108-N的能量输出。
例如，在应用PWM的一些示例实施例中，LCD 114可以被配置为针对IC模块108-IC耦合到的一个或多个相位阵列中的每一个，（从MCD 112）接收归一化电压参考信号（Vrn），在该示例中，该归一化电压参考信号是全部三个：VrnA、VrnB、VrnC。LCD 114还可以分别从MCD 112接收每个相位阵列的开关部分134-1、134-2、134-3的调制指数MiA、MiB、MiC。LCD114可以用直接耦合到该相位阵列的开关部分的调制指数调制（例如，乘以）每个相应的Vrn（例如，VrnA乘以MiA），并且然后利用载波信号生成每个开关部分134的（一个或多个）控制信号。在其他实施例中，MCD 112可以执行调制，并将每个部分134的调制电压参考波形直接输出到LCD 114。在仍其他实施例中，所有的处理和调制可以由单个控制实体进行，该控制实体可以将控制信号直接输出到每个部分134。
这种切换可以被调制，使得来自能量源202的功率以适当的间隔和持续时间被供应给（一个或多个）阵列。这样的方法技术可以以各种方式实现。
在一个示例实施例中，关于图14A-14D描述的PWM方法被应用于图41A和41B的实施例，其中每个模块108-1至108-N的开关电路207被配置成H桥（图5A）。对于每个阵列1500中存在四个级联级（N=4）加上IC模块108-IC的示例情况，则相位角中相等地偏离的九个载波信号（2N+1）用于生成控制信号。九个载波信号中的八个用于为特定阵列1500的四个模块108-1至108-4中的每一个生成控制信号（例如，每个模块一个载波用于S3和S4，并且一个载波用于S5和S6），并且第九个载波可以用于为IC模块108-IC的开关部分134生成控制信号。因此，每个AC输出波形（Vout）可以是具有零伏处的第一电平的十一电平波形，可由四个级联模块108-1至108-4产生八个电平，并且可由IC模块108-IC产生两个电平（图41B中所示的+VIC和-VIC）。（IC模块108-IC的能量源202优选与级联模块的能量源为相同的标准电压，尽管这不是必需的。）。
在平衡操作期间，每个开关部分134的调制指数可以被设置在使得相同或相似量的净能量由能量源202和/或能量缓冲器204供应给每个阵列1500的值处。例如，用于每个开关部分134的调制指数可以是相同或相似的，并且可以被设置在使得（一个或多个）IC模块在平衡操作期间向一个或多个阵列1500执行能量的净值或时间平均放电的电平或值处，以便以与系统中其他模块相同的速率耗散（一个或多个）IC模块。在一些实施例中，用于每个开关部分134的调制指数可以是相同的或相似的，并且可以被设置为在平衡操作期间不使得能量净值或时间平均放电（使得净能量放电为零）的电平或值处。这在如下情形中可以是有用的：其中（一个或多个）IC模块可以被耗散到其他模块的电平以下，并且需要其他模块的持续操作而不耗散（一个或多个）IC模块，以便跨整个系统100达到类似的SOC水平。例如，如果EV在不驾驶的情况下在延长时间段内向辅助负载供应功率，就可能出现这种情况。
当阵列1500之间出现不平衡条件时，则可以调整系统100的调制指数，以使得系统收敛回平衡条件。例如，控制电路102可以检测到阵列1500之一具有比其他阵列相对较低的SOC参数（例如，级联模块108-1至108-4的总SOC之和）。控制电路102然后可以使得IC模块108-IC比其他阵列更多地放电到该低阵列，并且还可以使得该低阵列的级联模块放电相对较少（例如，在时间平均的基础上）。与被辅助的阵列的模块相比，以及还与IC模块贡献给其他阵列的净能量的量相比，IC模块108-IC贡献的相对净能量增加。这可以通过如下操作完成：以将该低阵列的Vout维持在适当或所需的电平处的方式增加供应该低阵列的IC模块开关部分的调制指数并降低该低阵列的一个或多个级联模块的调制指数，并且保持供应其他相位阵列的其他开关部分134的调制指数相对不变。下面关于图42A-42B描述了利用IC模块的相间平衡的附加示例实施例。
IC模块108-IC还可以被缩放以向第一系统或包的一个或多个相位以及第二系统或包的一个或多个相位供应电流（例如，参见图27A、27B和29的IC模块108-IC）。例如，IC模块的第一开关部分134-1可以与第一包的相位阵列耦合，并且IC模块的第二开关部分134-2可以与不同的第二包的相位阵列耦合。第一包可以具有向第一电机提供多相供应的多个阵列，并且第二包可以具有向第二电机提供多相供应的多个阵列（例如，如图27A、27B和29中所描绘的）。为了包间平衡，可以使用开关部分134-1和134-2随时间将来自IC模块的能量供应给不同包的两相阵列。该系统可以被缩放，使得每个IC模块供应两个阵列——来自每个包有一个阵列，因此对于两个三相包需要三个IC模块（如图27A、27B和29中所示），或者每个IC模块供应多于两个阵列，最多并且包括两个包的所有阵列（例如，一个IC模块耦合第一三相包的所有三个阵列和第二三相包的所有三个阵列）。控制电路可以监视不同组件的阵列的相关参数（例如，电荷状态和温度），并调整IC模块的能量输出，以补偿不同组件的阵列或相位之间的不平衡，其方式与本文中描述的补偿相同组件的阵列或相位之间的不平衡相同。在具有多个IC模块的所有情况下，能量源可以并联耦合在一起，以便如本文中所述共享能量。
IC模块108-IC还可以被配置为向一个或多个辅助负载408（在与能量源202相同的电压下）和/或一个或多个辅助负载410（在从能量源202降压的电压下）供应功率。图41C是描绘了系统100的示例实施例的框图，该系统100类似于图41A的系统100，但是具有供应辅助负载408、410-1和410-2的IC模块108-IC。图41D是描绘了系统100的该示例实施例的示意性框图，重点是具有与开关电路132耦合的能量源202的IC模块108-IC。这里，控制电路102再次被实现为LCD 114和MCD 112（未示出）。LCD 114可以从IC模块108-IC接收监视数据（例如，ES1的SOC、ES1的温度、ES1的Q、辅助负载410的电压等）并且可以将该监视数据和/或其他监视数据输出到MDC 112，以用于如本文中所述的系统控制中。在该实施例中，开关电路132被配置为提供相间平衡能力，并且还供应辅助负载408、410-1和410-2。开关电路132用两个附加的开关部分208-1和208-2实现，它们可以具有许多不同的配置。这里，部分208-1和208-2每个包括开关S1和S2，并且因此被配置得如关于图5B描述的实施例那样。开关部分208-1具有耦合到电感器LC1的输出，电感器LC1又与辅助负载410-1耦合。开关部分208-2具有耦合到电感器LC2的输出，电感器LC2又与辅助负载410-2耦合。开关部分208-1和208-2可以由具有一个或多个控制线136的LCD112控制。
基于LC1和LC2的电感以及施加到开关部分208-1和208-2的占空比，辅助负载410-1和410-2可以在不同的电压下操作。例如，如果能量源202在48V下操作，那么辅助负载408也可以在48V下操作，辅助负载410-1可以在24V下操作，并且辅助负载410-2可以在12V下操作。本领域普通技术人员将从本公开中认识到，实施例可以在几乎无限的不同电压和电压组合下操作。电压和/或电流监视电路（未示出）可以监视供应给辅助负载410-1和410-2的电压和/或电流，然后将其作为来自模块的监视数据反馈给LCD 114。LCD 114可以使用该数据来控制开关部分208-1和208-2的占空比，并且从而独立地调节供应给负载410-1和410-2的电压。
为了增加IC模块108-IC的功率供应能力，能量源202可以被配置为具有比模块108的能量源更高的容量。例如，在一个实施例中，其中一个IC模块向三个相位阵列施加能量，并且每个相位阵列的IC模块输出的能量大约是该相位阵列中的模块的一半，则IC模块优选地具有是相位阵列中的模块1.5倍之大的容量（假设那些模块具有相同的容量），从而允许IC模块以与相位阵列本身的模块相同的速率放电。如果IC模块也供应辅助负载，则可能期望甚至更大的容量，诸如相位阵列中模块容量的两倍，以便准许IC模块以与其他模块相对相同的速率继供应辅助负载又放电。替代地，或者附加于更高的容量，IC模块108-IC可以被连接，使得多于一个或所有IC模块108-IC的能量源202并联，如本文中关于ConSource模块V3 108-IC所描述和示出的（参见例如关于图4、20、21和24-29所描述的端口3和4耦合在一起）。在那些示例中，并联放置能量源基本上使容量加倍，并且准许IC模块以与系统中的其他模块相对相同的速率放电，同时还供应辅助负载。
图41E是描绘了系统100的示例实施例的框图，该系统100类似于图25的系统100，但是没有示出负载或电机。这里，实现了两个IC模块：108-IC-1和108-IC-2，其中模块108-IC-1与相位阵列1500-A和1500-B耦合，并且其中模块108-IC-2与相位阵列1550-C耦合。两个模块108-IC均供应辅助负载408和410。图41F是图41E的系统的示意图，重点是两个IC模块108-IC和它们的LCD 114，其中模块108-IC-1被实现为ConSource V3模块108-IC，并且模块108-IC-2被实现为ConSource V3模块108-IC，但是没有第二开关部分134（例如，图5B的开关S5和S6）。这里，每个模块108-IC-1和108-IC-2包括开关电路208和耦合电感器LC，以供应辅助负载410，从而使电流承载容量加倍。
对具有并联连接的能量源202的两个或更多个IC模块108-IC（如这里所示经由到每个模块的节点3和4的连接）的使用使得能量能够在模块之间交换，并且使得两者能够在保持相对平衡的条件下操作。换句话说，IC模块108-IC-1的能量源202将保持与第二IC模块108-IC-2中的能量源202’相同或相似的电荷水平下。随着每个相位中的电流改变极性，每个能量源202可以潜在地由当时以负极性操作的一个或多个相位传入的电流持续充电。在具有多个IC模块的配置中，每个IC模块108的能量源202优选地具有相同的容量，尽管这不是必需的，并且在一些实施例中，IC模块可以具有不同的容量。类似地，IC模块的能量源202可以具有与每个阵列中的级联模块相同的容量，使得放电速率一般相同。但是在其他实施例中可以具有不同的容量。此外，在其他实施例中，多个IC模块108-IC的能量源可以串联而不是并联耦合。
具有IC模块的相间平衡的附加示例实施例
图42A-42B是描绘了在具有至少一个IC模块108-IC的系统100中执行相间平衡的方法的示例实施例的流程图。该系统可以具有在本文中描述的模块108或其他模块的任何配置或拓扑布置，并且可以为了或者从任何数量的两个或更多相位供应（或存储）能量。被平衡的阵列可以供应相同的负载或电机，或者可以在供应不同负载或电机的不同系统或包中（例如，系统间或包间平衡）。因为所有模块的开关电路倾向于根据PWM和滞后技术在相对高的频率下操作，所以模块对能量输出的参考（例如，增加、减少或保持不变）是跨时间的，例如，在时间平均或净值的基础上。这些对能量输出的参考也可以表达为一段时间内（例如，在输出波形的多个接续周期内）的累积或合计能量。
图42A示出了方法4200。在4202处，控制电路102可以确定或评估在至少两个不同阵列1500之间是否存在足以调用相间平衡的不平衡条件。该确定可以基于传送到控制电路的宽范围的一种、两种或更多种类型的定性或定量信息（例如，测量或表征）（例如，由LCD收集并传送到MCD）。以下段落描述了适用于本文中描述的所有实施例的这些不同类型的几个非限制性示例。
不平衡条件可以与阵列中的能量或电荷相关，诸如一个阵列的SOC参数（例如，测量）或表征一个阵列的SOC参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOC值。SOC参数可以是例如：阵列中所有模块的总SOC、阵列中所有模块的SOC的中心趋势值（例如平均值或中值）、阵列中一个或多个模块的SOC、阵列中一个或多个模块中的SOC改变率等等。
不平衡条件可以与阵列中的温度相关，诸如一个阵列的温度参数或表征一个阵列的温度参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的温度参数。温度参数可以是例如：阵列中所有模块的温度的中心趋势值（例如，平均值或中值）、阵列中一个或多个模块的温度、阵列中一个或多个模块的温度改变率等等。
不平衡条件可以与阵列中的容量（Q）相关，诸如一个阵列的容量参数或表征一个阵列的容量参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的Q参数。Q参数可以是例如：阵列中所有模块的Q的中心趋势值（例如，平均值或中值），阵列中一个或多个模块的Q，阵列中一个或多个模块中Q的改变率，等等。
不平衡条件可以与阵列中的健康状态（SOH）相关，诸如一个阵列的SOH参数或表征一个阵列的SOH参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOH参数。SOH参数可以是例如：阵列中所有模块的SOH的中心趋势值（例如平均值或中值）、阵列中一个或多个模块的SOH、阵列中一个或多个模块的SOH的改变率等等。
不平衡条件可以与阵列中的电压相关，诸如一个阵列的电压参数或表征一个阵列的电压参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电压参数。电压参数可以是例如：阵列中所有模块的电流电压水平的中心趋势值（例如，平均值或中值）、阵列中一个或多个模块的电流电压、阵列中一个或多个模块的电压改变率等等。
不平衡条件可以与阵列中的电流相关，诸如一个阵列的电流参数或表征一个阵列的电流参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电流参数。电流参数可以是例如：阵列中所有模块的当前电流水平的中心趋势值（例如平均值或中值）、阵列中一个或多个模块的当前电流、阵列中一个或多个模块的电流改变率等等。
不平衡条件也可以是限制或妨碍阵列中模块的操作或性能的故障或退化条件，因为这样的故障或退化可能导致跨所有类型的测量和表征的不平衡条件。
如上所述，确定或评估两个阵列是否处于不平衡条件可以是相对的。相对差异可以依据比较分数或百分位来表征，或者依据标准化单位（例如，库仑、温度、伏特、安培等）来表征。该系统可以被配置为基于任何期望的相对差异的量或阈值来调用相间平衡，其中较小的相对阈值（例如，1%）将比较大的相对阈值（例如，5%）更频繁地调用相间平衡。对两个阵列是否处于足够不平衡条件的确定或评估可以基于绝对值或非相对值，例如，如果第一阵列具有低于绝对阈值（最高温度、最低SOC等）的值，则可以确定不平衡条件存在，而不管（一个或多个）其他阵列具有（一个或多个）什么值。确定两个阵列是否处于不平衡条件可以基于相对因素和绝对因素两者，例如，与第二阵列相比，第一阵列的温度可能超过相对阈值差异（例如，3摄氏（C）度相对差异），但是直到两个阵列都超过最小绝对温度（例如，12 C度）以开始相间平衡才将执行相间平衡。
返回参考图42A，如果控制电路确定满足不平衡条件要求，则方法4200前进到步骤4206（如4204所指示）。如果不满足要求，则方法4200回到步骤4202。当系统100正在操作以持续地或重复地监视不平衡条件的发生时，该逆转回路可以无限期地继续。
在步骤4206处，控制电路使得补充净能量从IC模块108-IC的能量源供应给模块108-1至108-N的适当阵列1500。适当阵列是需要附加能量来抵消不平衡条件的阵列。在一些实施例中，该步骤可以包括控制电路，该控制电路使得从模块108-1至108-N的级联阵列中的一个或多个供应的能量减少，其中该减少等效于由IC模块108-1添加的补充能量，从而允许系统100满足负载要求。控制电路可以确定或估计模块108-1至108-N和模块108-IC需要以使得阵列开始收敛回到平衡条件的能量输出调整量。补充能量的量可以是在步骤4206之前发生的平衡操作状态下由IC模块108-IC供应的量（零或非零）之上的增量。返回参考关于图41A-41B描述的示例，其中N=4，在阵列1500-A需要由IC模块108-IC补充的样本情况下，那么MCD 112可以确定使阵列1500-A的所有模块108-1至108-4的调制指数减少的量、以及使开关部分134-1的调制指数增加的量，以满足负载要求并使得阵列随着时间朝向平衡条件收敛。这些调制指数可以被传送到LCD 114，然后LCD 114可以为所有模块108-1至108-4以及为开关部分134-1调制VrnA，并且使用调制波形为每个生成控制信号136。
在4206处调整相对能量输出之后，控制电路可以在4208处再次确定或评估不平衡条件是否持续。如果条件持续，则该方法可以回到步骤4206，并且补充能量可以如上所述由IC模块108-IC再次供应（如4210所指示）。如果不满足不平衡条件要求，则方法4200可以前进到步骤4212，在步骤4212处，可以停止来自IC模块108-IC的能量的补充供应。这可以包括逆转到进入不平衡条件之前使用的调制指数（对于IC模块108-IC和1500-A的模块108-1至108-4），例如逆转到平衡条件的调制指数。替代地，这可以包括开关部分134-1的调制指数的减少以及级联模块108-1至108-N的调制指数的增加，至不一定与先前平衡操作中使用的值相同的值。
图42B是描绘了在具有至少一个IC模块108-IC的系统中的相间平衡的方法4220的另一示例实施例的流程图。方法4220类似于方法4200，除了通过减少由IC模块108-IC供应给阵列的能量来执行相间平衡。在该示例实施例中，IC模块108-IC在平衡条件期间向每个阵列1500贡献能量或功率。步骤4222和4224类似于方法4200的步骤4202和4204。在4222处，控制电路102可以确定或评估在至少两个不同阵列1500之间是否存在足以调用相间平衡的不平衡条件。如果满足不平衡条件要求，则方法4220前进到步骤4226（如4224所指示）。如果不满足要求，则方法4220回到步骤4222。当系统100正在操作以持续地或重复地监视不平衡条件的发生时，该逆转回路可以无限期地继续。
在步骤4226处，控制电路使得从IC模块108-IC输出到具有较大操作裕度（例如，具有较高的总体SOC）的阵列的能量减少，而不是使用IC模块108-IC来增加输出到阵列的能量（例如，具有较低的总体SOC）。该步骤可以包括控制电路以更大的裕度使得从阵列中的模块108-1至108-N的级联阵列中的一个或多个供应的能量增加，其中该增加等效于由IC模块108-IC供应给该阵列的减量的能量，从而允许系统100满足负载要求。控制电路可以确定或估计经调整的模块108-1至108-N和模块108-IC所需的能量输出调整量，以使得阵列开始收敛回到平衡条件。返回参考关于图41A-41B描述的示例，其中N=4，在阵列1500-A具有比阵列1500-B和阵列1500-C相对更大的总体SOC的样本情况下，那么MCD 112可以确定使阵列1500-A的所有模块108-1至108-4的调制指数增加的量、以及使供应阵列1500-A的开关部分134-1的调制指数减少的量， 以满足负载要求，并且使得阵列1500-A随着时间与阵列1500-B和1500-C朝向平衡条件收敛。这些调制指数可以被传送到LCD 114，然后LCD 114可以为所有模块108-1至108-4以及为开关部分134-1调制VrnA，并且使用调制波形为每个生成控制信号136。
在4226处调整相对能量输出之后，控制电路可以在4228处再次确定或评估不平衡条件是否持续。如果条件持续，则该方法可以回到如上所述的步骤4226（如4230所指示）。如果不满足不平衡条件要求，则方法4200可以前进到步骤4232，在步骤4232处，可以停止从IC模块108-IC的能量供应的减少。这可以包括逆转到进入不平衡条件之前使用的调制指数（对于IC模块108-IC和模块108-1至108-4），例如逆转到平衡条件的调制指数。替代地，这可以包括开关部分134-1的调制指数的增加以及阵列1500-A的级联模块108-1至108-N的调制指数的减少，至不一定与先前平衡操作中使用的值相同的值。
关于图42A和42B描述的实施例也可以被组合以补偿本文中描述的任何不平衡条件。例如，在阵列1500-A具有比阵列1500-B更低的总体SOC的情况下，则由阵列1500-A的IC模块供应的能量或功率可以增加，并且该阵列1500-A的一个或多个级联模块108的能量或功率输出可以对应地减少。同时，由阵列1500-B的IC模块供应的能量或功率可以减少，并且该阵列1500-B的一个或多个级联模块108的能量或功率输出可以对应地增加。
阵列1500通过一个或多个IC模块108-IC的互连使得多个相位的阵列1500之间能够有效和快速地交换能量。例如，从节点A、B或C之一传递到系统100中的电流可以用于对一个或多个模块108-IC内的能量源充电，而那些能量源可以用于向节点A、B和C中的一个或多个选择性放电。
与布局和外壳相关的示例实施例
在本文中的许多实施例中，ConSource模块被示出或描述为与LCD分离。然而，在本文中所述的任何和所有实施例中，可以配置ConSource模块，使得LCD是其组件。例如，图43A是描绘转换器-源模块108（其也可以被称为ConSource模块V1、V2或V3）的示例实施例的框图。在该实施例中，模块108具有容纳模块108的LCD 114，以及转换器V1或V2 206、308，能量缓冲器204和能量源1 202（以及可选的能量源2 304，如果存在的话）的公共外壳或物理包装4302。因此，在该实施例中，模块108被提供或制造为集成的或统一的设备或子系统。
图43B是描绘了转换器-源模块108的另一示例实施例的框图。在该实施例中，模块108具有容纳模块108的LCD以及转换器V1或V2 206、308和能量缓冲器204的外壳或物理包装4303。能量源1 202（以及可选的能量源2 304，如果存在的话）设置在单独的外壳4304中。外壳4303和4304可以在安装在系统100中之前物理接合、固定或连接在一起，或者可以是电气地连接在一起的单独的实体。外壳4303、4304可以具有端口或其他入口，以容纳各种设备114、206、308、202等之间的电连接。
图43C是描绘了转换器-源模块108的另一示例实施例的框图。在该实施例中，模块108具有保持模块108的LCD 114的第一外壳或物理包装4306，以及保持转换器V1或V2 206、308和能量缓冲器204的第二外壳或物理包装4308。能量源1 202（以及可选的能量源2 304，如果存在的话）设置在单独的外壳4304中。外壳4306、4308和4304可以在安装在系统100中之前物理接合、固定或连接在一起，或者可以是电气地连接在一起的单独的实体。所有外壳4306、4308和4304都可以具有端口或其他入口，以容纳各种设备114、206、308、202等之间的电连接。
在本文中描述的任何和所有实施例中，各种电路组件可以集成在一个或多个基板上，以降低形状因数。例如，如关于图43A-43C所描述的，LCD可以是ConSource模块的一部分。图44A是描绘示例实施例的示意性视图，其中LCD 114、转换器V1或V2 206、308和能量缓冲器204各自安装或固定到单个公共基板4402，该单个公共基板4402可以是单个印刷电路板（PCB）。这些组件可以与基板4402电气地耦合并且彼此电气地耦合以准许它们之间的信号或数据交换。其他无源或有源组件同样可以安装或固定到基板4402。
图44B是描绘了示例实施例的示意性视图，其中转换器V1或V2 206、308和能量缓冲器204各自安装或固定到单个公共基板4404，该单个公共基板4404可以是单个印刷电路板（PCB）。这些组件可以与基板4404电气地耦合并且彼此电气地耦合以准许它们之间的信号或数据交换。LCD 114安装或固定到不同的基板4406，该不同的基板4406也可以是单个PCB。其他无源或有源组件相同可以安装或固定到基板4404和4406。LCD和基板4404上的组件之间的通信可以通过一个或多个总线、导线或光纤进行。
在本文中描述的实施例中，相内平衡可以通过一个或多个相内平衡控制器来实现，并且相间平衡可以通过一个或多个相间平衡控制器来实现。这些相内平衡控制器和相间平衡控制器可以用硬件、软件或其组合来实现。这些相内平衡控制器和相间平衡控制器可以完全由诸如主控制设备的设备来实现。这些相内平衡控制器和相间平衡控制器可以在诸如主控制设备和一个或多个本地控制设备之类的多个设备之间以分布式方式实现。
系统100可以跨如各种固定和移动应用中可能需要的宽频率范围操作。例如，固定应用中的系统AC输出频率通常将为60Hz。在电路207中的每个开关使用MSOFET的实施例中（图5A），每个MSOFET的开关频率（Fsw）可以在1Khz-2kHz或更高的范围内。在每个相位阵列中有8个模块的示例中，则AC输出电压的所得脉动频率将为2Fsw*N = 16kHz-32kHz或更高。常规系统（如基于IGBT的大功率逆变器）的开关频率通常小于5kHz。在移动应用中，系统频率将取决于（一个或多个）电机的需求，这对于正弦输出波形通常的范围在0Hz至2000Hz或更高。在电路207的开关的Fsw是5Khz的示例实施例中，那么具有五个串联模块的示例系统100的开关频率（等效输出脉动）将是2*5kHz*5=50kHz。这与具有小于20kHz的开关频率的常规功率逆变器相比。这些示例仅说明了系统100对比常规系统的增强性能，并且决不意图是限制性的。
在本文中描述的所有实施例中，特定系统的每个模块的主要能量源可以具有相同的电压（或是标准操作电压或是标称电压）。这样的配置简化了系统的管理和构造。主要和第二能量源也可以具有相同的电压（标准或标称）。可以实现其他配置，诸如相同系统的不同模块的主要能量源具有不同电压（标准或标称）的配置，以及模块的主要和次级能量源具有不同电压（标准或标称）的配置。仍可以实现其他配置，其中系统模块的主要能量源具有作为不同化学成分的主要能量源电池，或者系统模块具有第一化学成分的主要能量源电池和第二化学成分的次级能量源电池。彼此不同的模块可以基于系统中的放置（例如，相位阵列内的模块不同于（一个或多个）IC模块）。
在图1A-8F、11、13、15-30、32、41A-41F和43A-44B中，各图的各种组成部分（例如，元件、组件、设备、系统和/或功能块）被描绘为与一个或多个其他组成部分（例如，元件、组件、设备、系统和/或功能块）耦合或连接到一个或多个其他组成部分（例如，元件、组件、设备、系统和/或功能块）。这些组成部分通常被示出为在没有中间实体存在的情况下诸如在直接耦合或连接中被耦合或连接。鉴于本说明书，本领域普通技术人员将容易认识到，这些耦合或连接可以是直接的（没有一个或多个中间组件）或间接的（具有未示出的一个或多个中间组件）。因此，该段落用作作为直接耦合连接或者间接耦合或连接的所有耦合或连接的先行支持。
在题为“Systems And Methods For Power Management And Control”的2019年3月22日提交的公开号为WO 2019/183553的国际公开中提供了关于可以与本文中所述的系统、设备和方法结合使用的系统（例如，ACi电池包）、设备和方法的详细讨论，该国际公开出于所有目的通过引用并入本文中，如同完整阐述一样。
当在例如汽车行业中用作电池包时，本文中描述的实施例准许取消作为伴随每个电池模块的子系统的常规电池管理系统。通常由电池管理系统执行的功能性被本文中描述的系统实施例的不同且在许多方面更大的功能性所包含或替换。
本领域普通技术人员将理解，如本文中使用的术语“模块”是指系统100内的设备、组装件或子系统，并且系统100不必被配置为准许每个个体模块相对于其他模块在物理上是可移除和可替换的。例如，系统100可以封装在不准许移除和替换任何一个模块的公共外壳中，而不需要将系统作为一个整体来拆卸。然而，本文中的任何和所有实施例可以被配置成使得每个模块相对于其他模块以方便的方式是可移除和可替换的，诸如不需要拆卸系统。
本文中使用的术语“主控制设备”是广义的，并且不需要实现任何特定的协议，诸如与任何其他设备（诸如本地控制设备）的主和从关系。
本文使用的术语“输出”是广义的，并且不排除作为输出和输入两者以双向方式运转。类似地，本文中使用的术语“输入”是广义的，并且不排除作为输出和输入两者以双向方式运转。
本文中使用的术语“终端”和“端口”是广义的，可以是单向的或双向的，可以是输入或输出，并且不需要诸如凹形或凸形配置之类的特定物理或机械结构。
本文中描述的示例实施例可以与一个或多个冷却系统一起使用，以从系统的任何和所有组件（例如，开关电路、能量源、能量缓冲器、控制电路等）散热。冷却系统可以利用冷却介质，诸如气体、液体或固体。冷却系统可以利用一个或多个压电冷却元件。
下面阐述了本主题的各个方面，以回顾和/或补充到目前为止描述的实施例，这里的重点是以下实施例的相互关系和可互换性。换句话说，重点在于如下事实：实施例的每个特征可以与各个和每个其他特征相组合，除非另外明确声明或者逻辑上不可信。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备被配置为为多个开关生成多个开关信号。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中第一能量源为本地控制设备提供操作功率。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备被配置为检测转换器-源模块中的故障并生成故障信号。在这些实施例中，故障信号指示实际故障或潜在故障。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括通信地耦合到本地控制设备的主控制设备，其中本地控制设备被配置为向主控制设备输出故障信号。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备、能量缓冲器和转换器一起实现在单个印刷电路板上。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备、能量缓冲器和转换器容纳在不容纳第一能量源的公共外壳内。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备、第一能量源、能量缓冲器和转换器容纳在不容纳另一转换器-源模块的公共外壳内。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备，其中本地控制设备、能量缓冲器和转换器容纳在不容纳第一能量源的公共外壳内。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关，并且其中能量缓冲器和转换器一起实现在单个印刷电路板上。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括包含燃料电池单元的第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中能量缓冲器包括包含两个电感器和两个电容器的Z源网络，或者包含两个电感器、两个电容器和二极管的准Z源网络。在这些实施例中，转换器-源模块进一步包括与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器、第二能量源以及包括第一输入、第二输入和第三输入的转换器，其中第一和第三输入与第一能量源和能量缓冲器耦合，其中第二和第三输入与第二能量源耦合，其中转换器进一步包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关，并且其中第一和第二能量源两者均包括电池或者第一和第二能量源两者均不包括电池。
在这些实施例中的许多实施例中，第一和第二能量源均包括电容器或燃料电池单元。在这些实施例中的许多实施例中，转换器包括第一开关、电感器和第二开关，其中第一开关耦合在第一输入和第一节点之间，电感器耦合在第二输入和第一节点之间，并且第二开关耦合在第三输入和第一节点之间。在这些实施例中的许多实施例中，多个开关包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关。在这些实施例中的许多实施例中，第一和第二能量源两者均包括电池，其中第二能量源进一步包括与电池并联的第一电容器。在这些实施例中的许多实施例中，第一和第二能量源两者均包括电池，其中第二能量源进一步包括与电池并联的第一电容器和与电池并联的第二电容器。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块。在这些实施例中，转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及与第一能量源和能量缓冲器耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中，转换器-源模块进一步包括用于连接到主要负载或另一转换器-源模块的第一输出端口和用于连接到辅助负载的第二输出端口。
在这些实施例中的许多实施例中，辅助负载是第一辅助负载，并且转换器-源模块包括用于连接到第二辅助负载的第三输出端口。在这些实施例中的许多实施例中，第一输出端口与主要负载或另一转换器-源模块耦合，第二输出端口与第一辅助负载耦合，并且第三输出端口与第二辅助负载耦合。在这些实施例中的许多实施例中，转换器包括第一输入、第二输入和第三输入，其中第一和第三输入与第一能量源、能量缓冲器和第二输出端口耦合，并且其中第二和第三输入与第三输出端口耦合。在这些实施例中的许多实施例中，转换器包括第一开关、电感器和第二开关，其中第一开关耦合在第一输入和第一节点之间，电感器耦合在第二输入和第一节点之间，并且第二开关耦合在第三输入和第一节点之间。在这些实施例中的许多实施例中，多个开关包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关。在这些实施例中的许多实施例中，第三开关、第四开关、第五开关和第六开关作为H桥耦合在一起。在这些实施例中的许多实施例中，第一输出端口包括第一输出和第二输出，其中第三开关耦合在第一输入和第一输出之间，第四开关耦合在第三输入和第一输出之间，第五开关耦合在第一输入和第二输出之间，并且第六开关耦合在第三输入和第二输出之间。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统进一步包括在阵列中与转换器-源模块耦合的多个转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，多个转换器-源模块中的每个转换器-源模块包括第一能量源、与第一能量源耦合的能量缓冲器以及转换器，该转换器包括被配置为选择该转换器-源模块的输出电压的多个开关。在这些实施例中的许多实施例中，多个开关在具有正极性的第一电压、零电压或参考电压以及具有负极性的第一电压之间进行选择。在这些实施例中的许多实施例中，第一电压是直流（DC）电压。在这些实施例中的许多实施例中，阵列被配置为输出交流（AC）信号。
在许多前面提到的实施例中，转换器包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为输出指示第一能量源的温度、第一能量源的电荷状态、第一能量源的电压或电流的一个或多个感测信号。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与转换器-源模块通信地耦合的本地控制设备。
在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括多个转换器-源模块和多个本地控制设备，其中多个本地控制设备中的每个本地控制设备专用于与多个转换器-源模块中的一个转换器-源模块一起使用。在这些实施例中的许多实施例中，转换器-源模块是第一转换器-源模块，其中所述系统包括第二转换器-源模块，并且其中本地控制设备控制第一和第二转换器-源模块两者。
在许多前面提到的实施例中，本地控制设备包括处理电路和与处理电路通信地耦合的存储器，其中存储器包括可由处理电路执行的指令。
在许多前面提到的实施例中，本地控制设备被配置为使用脉宽调制为转换器生成开关信号。
在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备被配置为调制或缩放接收到的参考信号，并使用调制的参考信号用于开关信号的生成。在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备被配置为使用接收到的调制指数来调制接收到的参考信号。
在许多前面提到的实施例中，本地控制设备被配置为接收指示转换器-源模块或其组件的一个或多个以下操作特性的一个或多个信号：温度、电荷状态、容量、健康状态、电压或电流。
在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备被配置为向主控制设备传送指示转换器-源模块或其组件的一个或多个以下操作特性的信息：温度、电荷状态、容量、健康状态、电压或电流。
在许多前面提到的实施例中，本地控制设备仅由第一能量源供电。
在许多前面提到的实施例中，本地控制设备由除第一能量源之外的能量源供电。
在许多前面提到的实施例中，转换器-源模块包括第二能量源，其中本地控制设备被配置为使得转换器-源模块用来自第二能量源的电流对来自第一能量源的输出电流中的二次谐波进行主动滤波。
在这些实施例中的许多实施例中，第一能量源包括电池，并且第二能量源包括电容器。在这些实施例中的许多实施例中，第二能量源的电容器是超级电容器或超电容器。
在许多前面提到的实施例中，转换器-源模块包括第二能量源，其中本地控制设备被配置为控制转换器来管理功率传输：从第一能量源到转换器-源模块的累积负载，从第二能量源到转换器-源模块的累积负载，以及在第一能量源和第二能量源之间。
在这些实施例中的许多实施例中，第一能量源和第二能量源之间的功率传输包括从第一能量源到第二能量源的功率传输和从第二能量源到第一能量源的功率传输。在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备被配置为至少部分地基于第一辅助负载的功耗和第二辅助负载的功耗来控制转换器以管理功率传输。在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备包括处理器和存储器，其中存储器包括指令，该指令当由处理电路执行时，使得处理电路管理功率传输：从第一能量源到转换器-源模块的累积负载，从第二能量源到转换器-源模块的累积负载，以及在第一能量源和第二能量源之间。在这些实施例中的许多实施例中，本地控制设备被配置为通过为转换器生成开关信号来管理功率传输。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统进一步包括主控制设备，该主控制设备被配置为相对于所述系统内其他转换器-源模块的一个或多个操作参数来管理转换器-源模块的一个或多个操作参数。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与本地控制设备通信地耦合的主控制设备。
在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备通过串行数据线缆与本地控制设备通信地耦合。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备包括处理电路和与处理电路通信地耦合的存储器，其中存储器包括可由处理电路执行的指令。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与多个转换器-源模块耦合的多个本地控制设备，其中主控制设备与多个本地控制设备中的每个本地控制设备通信地耦合。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为读取指示多个转换器-源模块的一个或多个操作特性的数据，并确定多个转换器-源模块中的至少一个转换器-源模块的贡献。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为确定多个转换器-源模块中的每一个的贡献。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为输出多个转换器-源模块中的每一个的调制或缩放指数，其中调制或缩放指数指示功率流贡献。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为向每个本地控制设备输出参考信号，其中每个本地控制设备被配置为利用接收到的调制或缩放指数来调制或缩放参考信号，并且基于调制或缩放的参考信号生成开关信号。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置用于在移动实体中操作。
在这些实施例中的许多实施例中，移动实体是以下各项中的一项：汽车、公共汽车、卡车、摩托车、踏板车、工业车辆、采矿车辆、飞行器、海上船只、机车、火车或基于铁路的车辆或军用车辆。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置用于作为固定能量系统操作。
在这些实施例中的许多实施例中，固定能量系统是以下各项中的一项：住宅存储系统、工业存储系统、商业存储系统、数据中心存储系统、电网、微电网或充电站。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置成用于电动车辆的电池包。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括多个转换器-源模块，每个转换器-源模块包括电气地耦合在一起的第一能量源、能量缓冲器和转换器，其中多个转换器-源模块在阵列中电气地耦合在一起。在这些实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与多个转换器-源模块通信地耦合的控制电路，其中控制电路被配置为监视多个转换器-源模块中的每一个的至少一个操作特性，并且基于监视的至少一个操作特性，独立地控制多个转换器-源模块内的每个转换器-源模块，以进行阵列的性能优化。
在这些实施例中的许多实施例中，至少一个操作特性选自：电荷状态、温度、健康状态、容量、故障存在、电压或电流。在这些实施例中的许多实施例中，温度是以下各项中的至少一项：第一能量源或其组件的温度、能量缓冲器或其组件的温度、转换器或其组件的温度。在这些实施例中的许多实施例中，容量是以下各项中的至少一项：第一能量源的容量或第一能量源的一个或多个组件的容量。在这些实施例中的许多实施例中，故障存在是以下各项中的至少一项：测量故障存在的指示、潜在故障存在的指示；警报状况存在的指示，或警告状况存在的指示。在这些实施例中的许多实施例中，电压是以下各项中的至少一项：第一能量源或其组件的电压、能量缓冲器或其组件的电压、转换器或其组件的电压。在这些实施例中的许多实施例中，电流是以下各项中的至少一项：第一能量源或其组件的电流、能量缓冲器或其组件的电流、转换器或其组件的电流。在这些实施例中的许多实施例中，每个转换器-源模块包括至少一个传感器来感测至少一个操作特性。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为监视所有以下操作特性：电荷状态、温度、健康状态、容量、故障存在、电压和电流。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为通过生成多个开关信号并将所述多个开关信号输出到每个转换器-源模块的转换器来独立地控制每个转换器-源模块的放电或充电。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为利用脉宽调制或滞后来生成多个开关信号。
在这些实施例中的许多实施例中，多个转换器-源模块中的至少一个转换器-源模块是如许多前面提到的实施例中所述的转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，多个转换器-源模块中的每个转换器-源模块都是如许多前面提到的实施例中所述的转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为独立地控制多个转换器-源模块内的每个转换器-源模块的放电或充电，以进行阵列的性能优化。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为基于与阵列耦合的负载的功率要求来独立地控制每个转换器-源模块的放电或充电。在这些实施例中的许多实施例中，负载是电机、商业结构、住宅结构、工业结构或能量网。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路包括多个本地控制设备和与所述多个本地控制设备通信地耦合的主控制设备。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括N个转换器-源模块的阵列，其中N是2或更大，其中N个转换器-源模块中的每一个串联连接，其中N个转换器-源模块中的每一个根据前面提到的实施例中的任何一个配置，并且其中该阵列包括第一转换器-源模块的第一输出端子和第N转换器-源模块的第二输出端子。
在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括多个本地控制设备，每个本地控制设备与N个转换器-源模块中的一个或多个通信地耦合。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与多个本地控制设备通信地耦合的主控制器。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括连接在第一和第二输出端子之间的负载。在这些系统中的许多系统中，负载是DC负载或单相AC负载中的一个。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括转换器-源模块的M个阵列，其中M是2或更大，其中M个阵列中的每一个包括N个转换器-源模块，其中N是2或更大，其中N个转换器-源模块中的每一个串联连接在M个阵列中的每一个中，其中N个转换器-源模块中的每一个根据前面提到的实施例中的任一个进行配置，其中M个阵列中的每一个包括第一转换器-源模块的个体输出端子，并且其中M个阵列中的每一个的第N转换器-源模块连接到公共输出端子。
在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括多个本地控制设备，每个本地控制设备与M个阵列中的每一个的N个转换器-源模块中的一个或多个通信地耦合。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与多个本地控制设备通信地耦合的主控制器。在这些实施例中的许多实施例中，M个阵列包括第一和第二阵列。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括连接在第一和第二阵列的个体输出端子之间的负载。在这些实施例中的许多实施例中，公共输出端子耦合到负载的中性点。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括连接在公共输出端子与第一和第二阵列的个体输出端子的联合耦合之间的负载。在这些实施例中的许多实施例中，负载是DC负载或单相AC负载中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，M个阵列包括第一、第二和第三阵列。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括连接在第一、第二和第三阵列的个体输出端子之间的三相负载。在这些实施例中的许多实施例中，公共输出端子耦合到负载的中性点。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括连接在公共输出端子与第一、第二和第三阵列的个体输出端子的联合耦合之间的DC或单相AC负载。
在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括多个本地控制设备，每个本地控制设备与第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一和第十二阵列的N个转换器-源模块中的一个或多个通信地耦合。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统进一步包括与多个本地控制设备通信地耦合的主控制器。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括多个连接的转换器-源模块和控制电路，其中控制电路被配置为基于与一个或多个转换器-源模块相关联的状态信息来调整一个或多个转换器-源模块的贡献。
在这些实施例中的许多实施例中，转换器-源模块包括根据许多前面提到的实施例的转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，转换器-源模块包括包含至少一个能量存储元件的能量源、能量缓冲器和转换器。在这些实施例中的许多实施例中，状态信息包括转换器-源模块或其组件的电荷状态、健康状态、温度、容量、电流或电压中的一个或多个。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为平衡多个连接的转换器-源模块的电荷状态（SOC）。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路包括处理电路和至少一个其上存储有指令的存储器，该指令当被处理电路执行时，使得处理电路引起基于与一个或多个转换器-源模块相关联的状态信息对一个或多个转换器-源模块的贡献的调整。在这些实施例中的许多实施例中，处理电路和至少一个存储器是主控制设备、本地控制设备的组件，或者分布在主控制设备和一个或多个本地控制设备之间。
在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为基于第一转换器-源模块和一个或多个其他转换器-源模块的状态信息，使得第一转换器-源模块相对于一个或多个其他转换器-源模块的贡献降低。在这些实施例中的许多实施例中，与一个或多个其他转换器-源模块的状态信息相比，第一转换器-源模块的状态信息指示以下各项中的至少一项：相对较低的电荷状态、相对较低的健康状态、相对较低的容量、相对较低的电压、相对较低的电流、相对较高的温度或故障。
在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为基于第一转换器-源模块和一个或多个其他转换器-源模块的状态信息，使得第一转换器-源模块相对于一个或多个其他转换器-源模块的贡献提高。在这些实施例中的许多实施例中，与一个或多个其他转换器-源模块的状态信息相比，第一转换器-源模块的状态信息指示以下各项中的至少一项：相对较高的电荷状态、相对较高的健康状态、相对较高的容量、相对较高的电压、相对较高的电流、相对较低的温度或故障的不存在。
在这些实施例中的许多实施例中，贡献是第一转换器-源模块随时间的输出功率。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路包括主控制设备和多个本地控制设备。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为为多个转换器-源模块生成多个调制指数，其中为多个转换器-源模块中的每个转换器-源模块独立地生成一个调制指数。
在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备包括相内平衡控制器。在这些实施例中的许多实施例中，相内平衡控制器被配置为为每个转换器-源模块生成调制指数。在这些实施例中的许多实施例中，基于以下各项中的一个或多个来确定转换器-源模块的调制指数：基于模块的能量系统的参考电压Vr的峰值电压Vpk、转换器-源模块的电荷状态、转换器-源模块的温度、转换器-源模块的容量、转换器-源模块的电流或转换器-源模块的电压。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备进一步包括峰值检测器，用于检测基于模块的能量系统的参考电压Vr的峰值电压Vpk。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为从参考电压Vr生成归一化参考波形Vrn。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为通过将参考电压Vr除以其峰值电压Vpk，从参考电压Vr生成归一化参考波形Vrn。在这些实施例中的许多实施例中，主控制设备被配置为向多个本地控制设备中的每一个输出归一化参考波形Vrn。在这些实施例中的许多实施例中，多个本地控制设备中的每个本地控制设备被配置为通过接收到的调制指数来调制接收到的归一化参考波形Vrn。在这些实施例中的许多实施例中，多个本地控制设备中的每个本地控制设备被配置为基于调制的参考波形为转换器-源模块生成开关信号。在这些实施例中的许多实施例中，多个本地控制设备中的每个本地控制设备被配置为基于用调制的参考波形实现的脉宽调制技术为转换器-源模块生成开关信号。
在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数以确保来自多个转换器-源模块的生成电压之和不超过峰值电压Vpk。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的能量源的电荷状态（SOC）朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的健康状态（SOH）朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的容量朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的电压朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的电流朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi以使得多个转换器-源模块的温度朝向平衡条件收敛。在这些实施例中的许多实施例中，生成多个调制指数Mi，以与不具有故障状况的一个或多个其他转换器-源模块相比，减少具有故障状况的一个或多个转换器-源模块的贡献。
在这些实施例中的许多实施例中，控制电路包括相间平衡控制器或相内平衡控制器中的一个或两者。在这些实施例中的许多实施例中，多个转换器-源模块被布置在多维阵列中。在这些实施例中的许多实施例中，相内平衡控制器被配置为调整多维阵列的一维阵列内的多个转换器-源模块的贡献。在这些实施例中的许多实施例中，相间平衡控制器被配置为控制中性点偏移或者对每个相位公共的转换器-源模块的贡献中的一个或多个。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统是单相或多相中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，基于模块的能量系统是输出以三相、四相、五相或六相信号的多相基于模块的能量系统。
在许多前面提到的实施例中，多个转换器-源模块被布置在多维阵列中。
在许多前面提到的实施例中，根据许多前面提到的实施例中的任何一个来布置多个转换器-源模块。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置用于在电动或混合动力移动车辆中操作。在这些实施例中的许多实施例中，电动或混合动力移动车辆是以下各项中的一个：汽车、公共汽车、卡车、摩托车、踏板车、工业车辆、采矿车辆、飞行器、海上船只、机车或基于铁路的车辆或军用车辆。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置用于作为固定能量系统操作。在这些实施例中的许多实施例中，固定能量系统是以下各项中的一个：住宅系统、工业系统、商业系统、数据中心存储系统、电网、微电网或充电站。
在许多前面提到的实施例中，基于模块的能量系统被配置成用于电动车辆的电池包。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括多个连接的转换器-源模块和控制电路，其中控制电路被配置为基于与一个或多个转换器-源模块相关联的状态信息来调整对一个或多个转换器-源模块的功率供应。在这些实施例中的许多实施例中，每个转换器-源模块包括根据许多前面提到的实施例的转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，每个转换器-源模块包括包含至少一个能量存储元件的能量源、能量缓冲器和转换器。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为独立地确定系统的每个转换器-源模块从系统外部的电源接收到的电荷量。在这些实施例中的许多实施例中，控制电路被配置为基于与一个或多个转换器-源模块或其组件相关联的状态信息，独立地确定系统的每个转换器-源模块从系统外部的电源接收到的电荷量，其中状态信息包括以下各项中的一个或多个：电荷状态（SOC）、健康状态（SOH）、容量、温度、电压、电流、故障的存在或故障的不存在。在这些实施例中的许多实施例中，多个转换器-源模块被布置在多维阵列中。在这些实施例中的许多实施例中，根据许多前面提到的实施例来布置多个转换器-源模块。
在许多实施例中，转换器-源模块包括包含至少一个能量存储元件的能量源、能量缓冲器和包含多个的转换器，转换器被配置为基于多个开关的组合生成输出电压。
在这些实施例中的许多实施例中，能量源的输出可耦合到能量缓冲器的输入端子。在这些实施例中的许多实施例中，能量缓冲器的输出可耦合到转换器的输入端子。在这些实施例中的许多实施例中，能量存储元件是超级电容器、包括串联和/或并联连接的至少一个电池单元或多个电池单元的电池或者燃料电池单元中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，能量缓冲器包括以下各项中的一个或多个：电解电容器、薄膜电容器、包括两个电感器和两个电容器的Z源网络、或者包括两个电感器、两个电容器和二极管的准Z源网络。在这些实施例中的许多实施例中，多个开关中的每一个包括半导体MOSFET或半导体IGBT中的至少一个。在这些实施例中的许多实施例中，转换器被配置为通过多个开关的不同组合生成三个不同的电压输出。在这些实施例中的许多实施例中，能量源被配置为输出直流电压VDC，并且三个不同的电压输出是+VDC、0和–VDC。在这些实施例中的许多实施例中，转换器-源模块被配置为从本地控制设备接收多个开关的开关信号。
在许多实施例中，根据许多前面提到的实施例，能量系统包括至少两个转换器-源模块。
在这些实施例中的许多实施例中，至少两个转换器-源模块连接在一维阵列或多维阵列之一中。在这些实施例中的许多实施例中，至少两个一维阵列在不同的行和列处直接或经由附加的转换器-源模块连接在一起。在这些实施例中的许多实施例中，能量系统包括至少两个本地控制设备，每个转换器-源模块有一个本地控制设备。在这些实施例中的许多实施例中，每个本地控制设备管理来自能量源的能量，保护能量缓冲器，并控制转换器。
在许多实施例中，基于模块的能量系统包括本地控制设备和连接到本地控制设备的转换器-源模块，其中转换器-源模块包括具有存储元件的能量源，能量源的第一和第二输出连接到能量缓冲器的第一和第二输入，能量缓冲器的第一和第二输出连接到转换器的第一和第二输入，该转换器包括至少四个开关，以生成三个电压电平，该三个电压电平包括具有正极性的第一电压电平、零电压电平或参考电压电平以及具有负极性的第一电压电平，其中通过至少四个开关的不同组合将转换器的第一和第二输入之间的第一电压电平连接到转换器的第一和第二输出来生成三个电压电平。
在这些实施例中的许多实施例中，存储元件包括超级电容器、包括一个或多个连接的电池单元的电池模块和燃料电池单元模块中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，能量缓冲器包括电解和/或薄膜电容器、由两个电感器和两个电解和/或薄膜电容器形成的Z源网络以及由两个电感器、两个电解和/或薄膜电容器和二极管形成的准Z源网络中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，开关被配置成半导体开关。在这些实施例中的许多实施例中，能量源包括主要能量源和次级能量源，其中主要能量源包括存储元件，该存储元件包括超级电容器、包括一个或多个连接的电池单元的电池模块和燃料电池单元模块中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，主要能量源的第一和第二输出耦合到能量缓冲器的第一和第二输入端子，其中能量缓冲器包括电解和/或薄膜电容器、由两个电感器和两个电解和/或薄膜电容器形成的Z源网络以及由两个电感器、两个电解和/或薄膜电容器和二极管形成的准Z源网络中的一个。在这些实施例中的许多实施例中，能量缓冲器的第二输出连接到次级能量源的第二输出，并且其中次级能量源的第一输出连接到转换器的第二输入。在这些实施例中的许多实施例中，次级能量源包括存储元件，该存储元件包括以下各项中的一个：电解和/或薄膜电容器、超级电容器、包括一个或多个连接的电池单元的电池模块、与超级电容器并联连接的电解和/或薄膜电容器、与包括一个或多个连接的电池单元的电池模块并联连接的电解和/或薄膜电容器、与超级电容器并联连接的电解和/或薄膜电容器以及包括一个或多个连接的电池单元的电池模块。在这些实施例中的许多实施例中，转换器包括六个开关。在这些实施例中的许多实施例中，转换器-源模块被配置为给第一和第二辅助负载供电。
在这些实施例中的许多实施例中，所述系统进一步包括平衡控制器。在这些实施例中的许多实施例中，平衡控制器是单相平衡控制器。在这些实施例中的许多实施例中，平衡控制器包括峰值检测器、分频器和相内平衡控制器。在这些实施例中的许多实施例中，所述系统进一步包括多个转换器-源模块，并且平衡控制器被配置为在所述系统的多个转换器-源模块之间平衡电荷状态和温度。在这些实施例中的许多实施例中，平衡控制器是三相平衡控制器。在这些实施例中的许多实施例中，平衡控制器包括相间平衡控制器和多个相内控制器。在这些实施例中的许多实施例中，所述系统进一步包括多个转换器-源模块，并且平衡控制器被配置为在所述系统的多个转换器-源模块之间平衡电荷状态和温度。
在许多实施例中，提供了一种基于模块的能量系统，包括转换器-源模块，该转换器-源模块包括：第一能量源；以及与第一能量源耦合的转换器，其中转换器包括被配置为选择模块的输出电压的多个开关。
在许多实施例中，提供了一种从基于模块的能量系统供应输出功率的方法，所述方法包括：由系统的控制电路从系统的多个转换器-源模块中的至少一个接收状态信息，其中每个转换器-源模块包括能量源和转换器，并且其中每个转换器-源模块被配置为向系统的输出功率贡献功率；以及由控制电路基于状态信息控制多个转换器-源模块中的至少一个转换器-源模块的功率贡献。
在这些实施例中，控制电路可以包括主控制设备和多个本地控制设备。主控制设备可以从至少一个本地控制设备接收状态信息，并且所述方法可以进一步包括从主控制设备向至少一个本地控制设备输出参考波形和调制指数。所述方法可以进一步包括：由本地控制设备用调制指数调制参考波形；以及至少部分地基于调制的参考波形，为与本地控制设备相关联的转换器-源模块的转换器生成多个开关信号。开关信号可以利用脉宽调制生成。
在这些实施例中，由控制电路控制至少一个转换器-源模块的功率贡献可以包括：从控制电路生成多个开关信号并将其输出到至少一个转换器-源模块的转换器，其中所述方法进一步包括由转换器切换至少一个转换器-源模块的输出电压。
在这些实施例中，由控制电路控制至少一个转换器-源模块的功率贡献可以包括：降低至少一个转换器-源模块的功率贡献或者提高至少一个转换器-源模块的功率贡献。与至少一个转换器-源模块的先前功率贡献相比，或者与一个或多个其他转换器-源模块的功率贡献相比，可以降低或提高功率贡献。
在这些实施例中，控制电路可以控制多个转换器-源模块中的每个转换器-源模块的功率贡献。
在这些实施例中，控制电路可以根据脉宽调制或滞后技术来控制功率贡献。
在这些实施例中，控制电路可以重复接收每个转换器-源模块的状态信息，其中状态信息特定于每个个体的转换器-源模块。控制电路可以基于状态信息控制每个转换器-源模块，其中控制实时发生。
在许多实施例中，提供了一种对基于模块的能量系统充电的方法，所述方法包括：由系统的控制电路从系统的多个转换器-源模块中的至少一个接收状态信息，其中每个转换器-源模块包括能量源和转换器，并且其中每个转换器-源模块被配置为由电源充电；以及由控制电路基于状态信息控制多个转换器-源模块中的至少一个转换器-源模块的功耗。
在这些实施例中，由控制电路控制至少一个转换器-源模块的功耗可以包括：从控制电路生成多个开关信号并将其输出到至少一个转换器-源模块的转换器，并且其中所述方法可以进一步包括由转换器切换多个开关，使得至少一个转换器-源模块的功耗降低或提高，可选地，其中与至少一个转换器-源模块的先前功耗相比，或者与一个或多个其他转换器-源模块的功耗相比，功耗被降低或提高。
在许多实施例中，提供了一种基于模块的能量系统，所述系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；以及耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块，其中互连模块包括能量源和开关电路，并且其中互连模块被配置为调整由能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量。
在许多实施例中，第一阵列和第二阵列电气地定位在负载和互连模块之间。
在一些实施例中，所述系统进一步包括被配置为控制开关电路的控制电路，其中能量源具有正节点和负节点，并且其中互连模块的开关电路是可控的，以选择性地将第一和/或第二阵列耦合到能量源的第一和/或第二节点。控制电路可以被配置为控制开关电路，使得在第一阵列和第二阵列之间的不平衡条件下，能量源向第一阵列比向第二阵列释放相对更多的能量。不平衡条件可以与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关。控制电路可以被配置为控制开关电路，使得能量源向第一阵列释放相对更多的能量，以供从第一阵列供应给负载。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
在一些实施例中，控制电路被配置为从第一阵列和第二阵列的每个级联模块接收电荷状态信息，确定第一阵列还是第二阵列具有相对更低的总体电荷状态，并且使得互连模块的能量源向第一阵列和第二阵列中具有相对更低电荷状态的一个释放更多的能量。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
在一些实施例中，控制电路被配置为从第一阵列和第二阵列的每个级联模块接收温度信息，确定第一阵列还是第二阵列具有相对更高的温度，并且使得互连模块的能量源向第一阵列和第二阵列中具有相对更高温度的一个释放更多的能量。
在一些实施例中，控制电路被配置为利用互连模块的能量源来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，控制电路被配置为利用向第一阵列和第二阵列的中性点的偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，控制电路被配置为根据脉宽调制或滞后技术来控制开关电路。
在一些实施例中，所述系统被配置为根据脉宽调制技术生成第一和第二电压波形。控制电路可以被配置为在平衡相间条件下控制开关电路，使得互连模块为第一阵列和第二阵列两者供应能量。供应给第一阵列的能量可以与供应给第二阵列的能量相同。控制电路可以被配置为调制开关电路的操作频率，以相对于供应给第二阵列的能量调整由能量源供应给第一阵列的能量。控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第一阵列输出相对更多的能量。控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由第一阵列的一个或多个模块输出相对更少的能量。控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下维持由第二阵列的一个或多个模块以及由互连模块向第二阵列输出相同的能量。控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第二阵列输出相对更少的能量，并且使得由第二阵列的一个或多个模块输出相对更多的能量。
控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第一阵列输出相对更少的能量。控制电路可以被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由第一阵列的一个或多个模块输出相对更多的能量。
在许多前面提到的实施例中，控制电路可以包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。主控制设备可以被配置为确定第一阵列和第二阵列是否处于不平衡条件。主控制设备可以被配置为使得本地控制设备为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号引起对能量源供应给第一阵列和第二阵列之一的能量进行调整。主控制设备可以被配置为调制归一化参考信号，并且将调制信号输出到本地控制设备。主控制设备可以被配置为向本地控制设备输出参考信号和调制指数，并且本地控制设备可以被配置为基于调制指数来调整参考信号。控制电路可以被配置为通过调整一个或多个调制指数来执行相间平衡。
在一些实施例中，负载是主要负载，并且互连模块被配置为电气地耦合到辅助负载。互连模块可以包括与电感器耦合的开关电路，以调节向辅助负载的电压供应。
在一些实施例中，负载是主要负载，并且互连模块被配置为电气地耦合到辅助负载，并且控制电路可以被配置为测量辅助负载的电压和/或电流，并且控制互连模块的开关电路来调节向辅助负载的电压或电流供应。
在一些实施例中，第一阵列的每个模块包括能量源和开关电路，并且第二阵列的每个模块包括能量源和开关电路。
在一些实施例中，所述系统中的每个模块包括本地控制设备和公共外壳，并且该模块的开关电路、能量源和本地控制设备容纳在公共外壳内。
在一些实施例中，所述系统中的每个模块包括本地控制设备、第一外壳和第二外壳，并且该模块的本地控制设备和开关电路位于第一外壳中，并且该模块的能量源位于第二外壳中，并且第一和第二外壳彼此物理接合。
在一些实施例中，所述系统中的每个模块包括本地控制设备、第一外壳、第二外壳和第三外壳，其中该模块的本地控制设备位于第一外壳中，该模块的开关电路位于第二外壳中，并且该模块的能量源位于第三外壳中，并且第一、第二和第三外壳物理接合在一起。
在一些实施例中，对于所述系统的每个模块，开关电路和本地控制设备位于第一印刷电路板上。
在一些实施例中，控制电路被配置为：确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；如果低于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以降低相间不平衡的量；并且如果高于阈值，则使得向所述系统的中性点偏移，以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。控制电路还可以被配置为：如果相间不平衡的量高于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以帮助降低相间不平衡的量。
在许多实施例中，提供了一种系统中的相间平衡方法，其中所述系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块；以及控制电路，并且所述方法包括：由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件；以及调整从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量。
在一些实施例中，调整从能量源供应的能量包括增加从能量源供应的净能量。所述方法可以进一步包括减少第一阵列的至少一个模块输出的净能量。净能量的增加可以等效于净能量的减少。所述方法可以进一步包括减少由第一阵列的所有模块供应的净能量。所述方法可以进一步包括将从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：减少从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及增加第二阵列的至少一个模块输出的净能量。
在一些实施例中，所述方法进一步包括增加耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。所述方法可以进一步包括降低第一阵列的至少一个模块的调制指数，以降低第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
在一些实施例中，所述方法进一步包括由控制电路从第一阵列和第二阵列的每个模块接收电荷状态信息；以及在增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量之前，由控制电路确定第一阵列是否具有相对更低的总体电荷状态。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
在一些实施例中，所述方法进一步包括从第一阵列和第二阵列的每个模块接收温度信息；以及在增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量之前，确定第一阵列是否具有比第二阵列相对更高的温度。
在一些实施例中，控制电路被配置为使用互连模块来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，控制电路包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。所述方法可以进一步包括由主控制设备确定第一阵列和第二阵列是否处于不平衡条件。所述方法可以进一步包括使得本地控制设备为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号引起对互连模块供应给第一阵列和第二阵列之一的能量进行调整。所述方法可以进一步包括调制归一化参考信号，并且将调制信号输出到本地控制设备。所述方法可以进一步包括向本地控制设备输出参考信号和调制指数；以及基于调制指数调整参考信号。
在一些实施例中，负载是主要负载，并且所述方法进一步包括从互连模块向辅助负载提供电压。所述方法可以进一步包括调节由互连模块供应给辅助负载的电压。所述方法可以进一步包括测量辅助负载的电压和/或电流；以及控制互连模块的开关电路来调节供应给辅助负载的电压。
在一些实施例中，调整从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量包括减少从能量源供应的净能量。互连模块可以在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。所述方法可以进一步包括增加第一阵列的至少一个模块输出的净能量。净能量的增加等效于净能量的减少。所述方法可以进一步包括增加由第一阵列的所有模块供应的净能量。所述方法可以进一步包括将从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。所述方法可以进一步包括增加从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及减少第二阵列的至少一个模块输出的净能量。所述方法可以进一步包括降低耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
在一些实施例中，所述方法进一步包括由控制电路确定或估计使得第一阵列和第二阵列收敛到平衡条件的能量输出调整。
在一些实施例中，不平衡条件与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关。
在一些实施例中，所述方法进一步包括使用互连模块和中性点偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，第一和第二电压波形是根据脉宽调制或滞后技术来生成的。
在一些实施例中，互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
在一些实施例中，所述方法进一步包括通过调整一个或多个调制指数来执行相间平衡。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一种或多种类型的定性或定量信息。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的SOC参数或表征一个阵列的SOC参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOC参数。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的温度参数或表征一个阵列的温度参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的温度参数。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的健康状态（SOH）参数或表征一个阵列的健康状态（SOH）参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOH参数。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的电压参数或表征一个阵列的电压参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电压参数。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的电流参数或表征一个阵列的电流参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电流参数。
在一些实施例中，由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考故障或退化条件。
在一些实施例中，第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件的确定基于第一阵列和第二阵列之间的相对差异或者绝对因素。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；如果低于阈值，则调整互连模块的净能量输出以降低相间不平衡的量；以及如果高于阈值，则偏移所述系统的中性点以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。在一些实施例中，所述方法进一步包括：如果高于阈值，则调整互连模块的净能量输出，以帮助降低相间不平衡的量。
在许多实施例中，提供了一种被配置为提供对基于模块的能量存储系统的控制的控制系统，所述基于模块的能量存储系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；以及耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块，其中控制系统包括：控制电路和通信地耦合到控制电路的非暂时性存储器，其中多个指令存储在存储器上，当由控制电路执行时，所述多个指令使得控制电路：确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件；并且引起对从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量进行调整。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起第一阵列的至少一个模块输出的净能量减少。净能量的增加可以等效于净能量的减少。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起由第一阵列的所有模块供应的净能量减少。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量处于恒定水平。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列输出的净能量的减少和第二阵列的至少一个模块输出的净能量的增加。
在一些实施例中，所述多个指令可以进一步使得控制电路增加耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。所述多个指令可以进一步使得控制电路降低第一阵列的至少一个模块的调制指数，以减少第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路在引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加之前，确定第一阵列是否具有相对更低的总体电荷状态。
在一些实施例中，不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路在引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加之前，确定第一阵列是否具有比第二阵列相对更高的温度。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路引起在第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，控制电路包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。所述多个指令可以进一步使得控制电路为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号引起对互连模块供应给第一阵列和第二阵列之一的能量进行调整。
在一些实施例中，所述多个指令可以进一步使得控制电路用调制指数来调制归一化参考信号。
在一些实施例中，负载是主要负载，并且所述多个指令进一步使得控制电路调节从互连模块供应给辅助负载的电压。所述多个指令可以进一步使得控制电路控制互连模块的开关电路，以调节供应给辅助负载的电压。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起第一阵列的至少一个模块输出的净能量的增加。净能量的增加等效于净能量的减少。所述多个指令可以进一步使得控制电路增加由第一阵列的所有模块供应的净能量。所述多个指令可以进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。所述多个指令可以进一步使得控制电路：增加从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及减少第二阵列的至少一个模块输出的净能量。所述多个指令可以进一步使得控制电路降低耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路确定或估计使得第一阵列和第二阵列收敛到平衡条件的能量输出调整。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路处于与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关的不平衡条件。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路控制能量存储系统根据脉宽调制或滞后技术生成第一和第二电压波形。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路引起互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路通过调整所述系统的调制指数来控制所述系统朝向相间平衡条件收敛。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路通过参考如下来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件：一个阵列的SOC参数或表征一个阵列的SOC参数，其小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOC参数。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路通过参考如下来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件：一个阵列的温度参数或表征一个阵列的温度参数，其小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的温度参数。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路通过参考故障或退化条件来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路使用互连模块和中性点偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
在一些实施例中，所述多个指令进一步使得控制电路：确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；如果低于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以降低相间不平衡的量；并且如果高于阈值，则使得向所述系统的中性点偏移，以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。所述多个指令可以进一步使得控制电路：如果相间不平衡的量高于阈值，则也使用互连模块来调整净能量输出，以降低相间不平衡的量。
在一些实施例中，处理电路包括多个处理器，并且存储器包括多个分立的存储器设备。
在许多实施例中，提供了一种基于模块的能量系统，所述系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形；级联模块的第三阵列，被配置为向负载输出第三电压波形，其中第一、第二和第三电压波形各自具有不同的相位角；耦合到第一阵列和第二阵列两者的第一互连模块，其中第一互连模块包括第一能量源和第一开关电路；以及耦合到第三阵列的第二互连模块，其中第二互连模块包括第二能量源和第二开关电路，其中第一和第二能量源电气地耦合在一起，并且其中第一互连模块被配置为调整由第一和第二能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量，并且其中第二互连模块被配置为调整由第一和第二能量源供应给第三阵列的能量的量。
在一些实施例中，第一阵列和第二阵列电气地定位在负载和第一互连模块之间，并且第三阵列电气地定位在负载和第二互连模块之间。
在一些实施例中，所述系统进一步包括控制电路，所述控制电路被配置为控制第一和第二开关电路，其中第一能量源具有与第二能量源共享的正节点和负节点，并且其中第一开关电路可控制为选择性地将第一和/或第二阵列耦合到第一和/或第二节点，并且第二开关电路可控制为选择性地将第三阵列耦合到第一和/或第二节点。控制电路可以被配置为控制第一和第二开关电路，以调整从第一和第二能量源输出到第一、第二和第三阵列之一的相对能量，从而减轻第一、第二和第三阵列中的至少两个之间的电荷或温度的不平衡。控制电路可以被配置为利用向第一、第二和第三阵列的中性点的偏移来控制第一、第二和第三阵列之间的相间能量的平衡。控制电路可以被配置为在平衡相间条件下控制第一和第二开关电路，使得第一互连模块为第一阵列和第二阵列两者供应能量，并且第二互连模块为第三阵列供应能量。供应给第一、第二和第三阵列的净能量在一段时间内可以相同。
在许多实施例中，提供了一种基于模块的能量系统，所述系统包括：第一电池包，包括级联转换器模块的第一多个阵列，所述级联转换器模块的第一多个阵列被配置为输出第一多个电压波形以给第一电机供电，第一多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；第二电池包，包括级联转换器模块的第二多个阵列，所述级联转换器模块的第二多个阵列被配置为输出第二多个电压波形以给第二电机供电，第二多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；以及耦合到第一多个阵列的第一阵列和第二多个阵列的第二阵列的互连模块，其中互连模块包括能量源和开关电路，其中互连模块被配置为调整由能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量。
在一些实施例中，第一电池包包括第一外壳，并且第一多个阵列共同位于第一外壳中，并且其中第二电池包包括第二外壳，并且第二多个阵列共同位于第二外壳中。互连模块可以位于第一外壳中。
在一些实施例中，第一和第二电机是电动车辆的轮内电机。
在许多实施例中，所述系统进一步包括控制电路，所述控制电路被配置为监视第一和第二电池包的操作参数，并且使得所述系统利用互连模块平衡第一电池包和第二电池包之间的能量。控制电路可以被配置为控制开关电路，使得在第一阵列和第二阵列之间的不平衡条件下，能量源向第一阵列比向第二阵列释放相对更多的能量。
在一些实施例中，互连模块是第一互连模块，能量源是第一能量源，并且开关电路是第一开关电路，所述系统进一步包括：第三电池包，包括级联转换器模块的第三多个阵列，所述级联转换器模块的第三多个阵列被配置为输出第三多个电压波形以给第三电机供电，第三多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；第四电池包，包括级联转换器模块的第四多个阵列，所述级联转换器模块的第四多个阵列被配置为输出第四多个电压波形以给第四电机供电，第四多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；以及耦合到第三多个阵列的第三阵列和第四多个阵列的第四阵列的第二互连模块，其中第二互连模块包括第二能量源和第二开关电路，其中第二互连模块被配置为调整由第二能量源供应给第三和/或第四阵列的能量的量。第一、第二、第三和第四电机可以是四轮电动车辆的轮内电机。
处理电路可以包括一个或多个处理器、微处理器、控制器和/或微控制器，每个处理器、微处理器、控制器和/或微控制器可以是分立的或独立的芯片，或者分布在多个不同的芯片中（和其中的一部分）。可以实现任何类型的处理电路，诸如但不限于个人计算架构（例如，诸如用在台式PC、膝上型计算机、平板计算机等中）、可编程门阵列架构、专有架构、定制架构等。处理电路可以包括数字信号处理器，其可以用硬件和/或软件实现。处理电路可以执行存储在存储器上的软件指令，该软件指令使得处理电路采取许多不同的动作并控制其他组件。
处理电路也可以执行其他软件和/或硬件例程。例如，处理电路可以与通信电路对接，并执行模数转换、编码和解码、其他数字信号处理、多媒体功能、将数据转换成适合于提供给通信电路的格式（例如，同相和正交），和/或可以使得通信电路（有线或无线）传输数据。
本文中描述的任何和所有信号都可以无线通信，除非另有说明或逻辑上不合理。可以包括用于无线通信的通信电路。通信电路可以被实现为一个或多个芯片和/或组件（例如，发射器、接收器、收发器和/或其他通信电路），其在适当的协议（例如，Wi-Fi、蓝牙、蓝牙低能量、近场通信（NFC）、射频识别（RFID）、专有协议等）下通过链路执行无线通信。根据需要，一个或多个其他天线可以被包括在通信电路中，以与各种协议和电路一起操作。在一些实施例中，通信电路可以共享天线用于在链路上传输。处理电路还可以与通信电路对接，以执行接收无线传输并将其转换成数字数据、语音和/或视频所必需的反向功能。RF通信电路可以包括发射器和接收器（例如，集成为收发器）以及相关联的编码器逻辑。
处理电路也可以适用于执行操作系统和任何软件应用，并执行与传输和接收到的通信的处理无关的那些其他功能。
用于实行根据所述主题的操作的计算机程序指令可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言——诸如Java、JavaScript、Smalltalk、C++、C#、Transact-SQL、XML、PHP等，以及常规的过程编程语言——诸如“C”编程语言或类似的编程语言。
存储器、存储装置和/或计算机可读介质可以由存在的各种功能单元中的一个或多个共享，或者可以分布在它们中的两个或更多个之间（例如，作为存在于不同芯片内的单独存储器）。存储器也可以是其自身的单独芯片。
就本文中公开的实施例包括存储器、存储装置和/或计算机可读介质或与存储器、存储装置和/或计算机可读介质相关联地操作的程度而言，该存储器、存储装置和/或计算机可读介质是非暂时性的。因此，就存储器、存储装置和/或计算机可读介质被一个或多个权利要求覆盖的程度而言，该存储器、存储装置和/或计算机可读介质仅仅是非暂时性的。如本文中使用的术语“非暂时性的”和“有形的”旨在描述除传播电磁信号之外的存储器、存储装置和/或计算机可读介质，但是不旨在依据存储装置的持久性或其他方面来限制存储器、存储装置和/或计算机可读介质的类型。例如，“非暂时性”和/或“有形”存储器、存储装置和/或计算机可读介质包括易失性和非易失性介质，诸如随机存取介质（例如，RAM、SRAM、DRAM、FRAM等）、只读介质（例如，ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存等）及其组合（例如，混合RAM和ROM、NVRAM等）及其变体。
应当注意，针对本文中提供的任何实施例描述的所有特征、元件、组件、功能和步骤旨在与来自任何其他实施例的特征、元件、组件、功能和步骤自由可组合和可替换。如果某个特征、元件、组件、功能或步骤仅针对一个实施例进行描述，则应当理解，该特征、元件、组件、功能或步骤可以与本文中描述的每隔一个实施例一起使用，除非另有明确说明。因此，该段落在任何时候都用作权利要求的引入的先行基础和书面支持，该权利要求组合了来自不同实施例的特征、元件、组件、功能和步骤，或者用来自一个实施例的特征、元件、组件、功能和步骤替换来自另一个实施例的特征、元件、组件、功能和步骤，即使以下描述在特定情况下没有明确声明这样的组合或替换是可能的。清楚承认的是，每一种可能的组合和替换的明确叙述都过于繁琐，尤其是考虑到各个和每个这样的组合和替换的准许性将容易被本领域普通技术人员认识到。
如本文中和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确规定。
虽然实施例容许进行各种修改和替代形式，但是其具体示例已经在附图中示出并在本文中详细描述。然而，应当理解，这些实施例不限于所公开的特定形式，相反，这些实施例将覆盖落入本公开精神内的所有修改、等同物和替代物。此外，实施例的任何特征、功能、步骤或元素可以在权利要求中陈述或添加到权利要求，以及通过不在该范围内的特征、功能、步骤或元素来限定权利要求的发明范围的负面限制。
Claims (140)
1.一种基于模块的能量系统，包括：
级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；
级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；和
耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块，其中互连模块包括能量源和开关电路，并且其中互连模块被配置为调整由能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中第一阵列和第二阵列电气地定位在负载和互连模块之间。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置为控制开关电路的控制电路，其中能量源具有正节点和负节点，并且其中互连模块的开关电路是可控的，以选择性地将第一和/或第二阵列耦合到能量源的第一和/或第二节点。
4.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为控制开关电路，使得在第一阵列和第二阵列之间的不平衡条件下，能量源向第一阵列比向第二阵列释放相对更多的能量。
5.根据权利要求4所述的系统，其中不平衡条件与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关。
6.根据权利要求4所述的系统，其中控制电路被配置为控制开关电路，使得能量源向第一阵列释放相对更多的能量，以供从第一阵列供应给负载。
7.根据权利要求3所述的系统，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
8.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为从第一阵列和第二阵列的每个级联模块接收电荷状态信息，确定第一阵列还是第二阵列具有相对更低的总体电荷状态，并且使得互连模块的能量源向第一阵列和第二阵列中具有相对更低电荷状态的一个释放更多的能量。
9.根据权利要求3所述的系统，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
10.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为从第一阵列和第二阵列的每个级联模块接收温度信息，确定第一阵列还是第二阵列具有相对更高的温度，并且使得互连模块的能量源向第一阵列和第二阵列中具有相对更高温度的一个释放更多的能量。
11.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为利用互连模块的能量源来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
12.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为利用向第一阵列和第二阵列的中性点的偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
13.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为根据脉宽调制或滞后技术来控制开关电路。
14.根据权利要求3所述的系统，其中所述系统被配置为根据脉宽调制技术生成第一和第二电压波形。
15.根据权利要求14所述的系统，其中控制电路被配置为在平衡相间条件下控制开关电路，使得互连模块为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
16.根据权利要求15所述的系统，其中供应给第一阵列的能量与供应给第二阵列的能量相同。
17.根据权利要求14所述的系统，其中控制电路被配置为调制开关电路的操作频率，以相对于供应给第二阵列的能量调整由能量源供应给第一阵列的能量。
18.根据权利要求14所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第一阵列输出相对更多的能量。
19.根据权利要求18所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由第一阵列的一个或多个模块输出相对更少的能量。
20.根据权利要求19所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下维持由第二阵列的一个或多个模块以及由互连模块向第二阵列输出相同的能量。
21.根据权利要求19所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第二阵列输出相对更少的能量，并且使得由第二阵列的一个或多个模块输出相对更多的能量。
22.根据权利要求14所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由互连模块向第一阵列输出相对更少的能量。
23.根据权利要求22所述的系统，其中控制电路被配置为与平衡相间条件相比，在不平衡相间条件下使得由第一阵列的一个或多个模块输出相对更多的能量。
24.根据权利要求3-23中任一项所述的系统，其中控制电路包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。
25.根据权利要求24所述的系统，其中主控制设备被配置为确定第一阵列和第二阵列是否处于不平衡条件。
26.根据权利要求24所述的系统，其中主控制设备被配置为使得本地控制设备为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号引起对能量源供应给第一和第二阵列之一的能量进行调整。
27.根据权利要求24所述的系统，其中主控制设备被配置为调制归一化参考信号，并且将调制信号输出到本地控制设备。
28.根据权利要求24所述的系统，其中主控制设备被配置为向本地控制设备输出参考信号和调制指数，并且其中本地控制设备被配置为基于调制指数来调整参考信号。
29.根据权利要求24所述的系统，其中控制电路被配置为通过调整一个或多个调制指数来执行相间平衡。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的系统，其中负载是主要负载，并且其中互连模块被配置为电气地耦合到辅助负载。
31.根据权利要求30所述的系统，其中互连模块包括与电感器耦合的开关电路，以调节向辅助负载的电压供应。
32.根据权利要求3所述的系统，其中负载是主要负载，并且互连模块被配置为电气地耦合到辅助负载，并且其中控制电路被配置为测量辅助负载的电压和/或电流，并且控制互连模块的开关电路来调节向辅助负载的电压或电流供应。
33.根据权利要求1-32中任一项所述的系统，其中第一阵列的每个模块包括能量源和开关电路，并且其中第二阵列的每个模块包括能量源和开关电路。
34.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统中的每个模块包括本地控制设备和公共外壳，其中该模块的开关电路、能量源和本地控制设备容纳在公共外壳内。
35.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统中的每个模块包括本地控制设备、第一外壳和第二外壳，其中该模块的本地控制设备和开关电路位于第一外壳中，并且该模块的能量源位于第二外壳中，并且第一和第二外壳彼此物理接合。
36.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统中的每个模块包括本地控制设备、第一外壳、第二外壳和第三外壳，其中该模块的本地控制设备位于第一外壳中，该模块的开关电路位于第二外壳中，并且该模块的能量源位于第三外壳中，并且第一、第二和第三外壳物理接合在一起。
37.根据权利要求34-35中任一项所述的系统，其中，对于所述系统的每个模块，开关电路和本地控制设备位于第一印刷电路板上。
38.根据权利要求3所述的系统，其中控制电路被配置为：
确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；
如果低于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以降低相间不平衡的量；以及
如果高于阈值，则使得向所述系统的中性点偏移，以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。
39.根据权利要求38所述的系统，其中控制电路还被配置为：如果相间不平衡的量高于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以帮助降低相间不平衡的量。
40. 一种系统中的相间平衡方法，所述系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块；以及控制电路，所述方法包括：
由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件；以及
调整从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量。
41.根据权利要求40所述的方法，其中调整从能量源供应的能量包括增加从能量源供应的净能量。
42.根据权利要求41所述的方法，进一步包括减少第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
43.根据权利要求42所述的方法，其中净能量的增加等效于净能量的减少。
44.根据权利要求42所述的方法，进一步包括减少由第一阵列的所有模块供应的净能量。
45.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：
将从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。
46. 根据权利要求41所述的方法，进一步包括：
减少从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及
增加第二阵列的至少一个模块输出的净能量。
47.根据权利要求41所述的方法，进一步包括增加耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
48.根据权利要求42所述的方法，进一步包括降低第一阵列的至少一个模块的调制指数，以降低第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
49.根据权利要求41所述的方法，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
50. 根据权利要求41所述的方法，进一步包括：
由控制电路从第一和第二阵列的每个模块接收电荷状态信息；以及
在增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量之前，由控制电路确定第一阵列是否具有相对更低的总体电荷状态。
51.根据权利要求41所述的方法，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
52. 根据权利要求41所述的方法，进一步包括：
从第一阵列和第二阵列的每个模块接收温度信息；以及
在增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量之前，确定第一阵列是否具有比第二阵列相对更高的温度。
53.根据权利要求41所述的方法，其中控制电路被配置为使用互连模块来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
54.根据权利要求40-53中任一项所述的方法，其中控制电路包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。
55.根据权利要求54所述的方法，进一步包括由主控制设备确定第一阵列和第二阵列是否处于不平衡条件。
56.根据权利要求54所述的方法，进一步包括使得本地控制设备为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号使得对互连模块供应给第一和第二阵列之一的能量进行调整。
57.根据权利要求54所述的方法，进一步包括调制归一化参考信号并且将调制信号输出到本地控制设备。
58. 根据权利要求54所述的方法，进一步包括：
向本地控制设备输出参考信号和调制指数；以及
基于调制指数调整参考信号。
59.根据权利要求40-58中任一项所述的方法，其中负载是主要负载，并且进一步包括从互连模块向辅助负载提供电压。
60.根据权利要求59所述的方法，进一步包括调节由互连模块供应给辅助负载的电压。
61. 根据权利要求59所述的方法，进一步包括：
测量辅助负载的电压和/或电流；以及
控制互连模块的开关电路来调节供应给辅助负载的电压。
62.根据权利要求40所述的方法，其中调整从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量包括减少从能量源供应的净能量。
63.根据权利要求62所述的方法，其中互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
64.根据权利要求62所述的方法，进一步包括增加第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
65.根据权利要求64所述的方法，其中净能量的增加等效于净能量的减少。
66.根据权利要求62所述的方法，进一步包括增加由第一阵列的所有模块供应的净能量。
67.根据权利要求62所述的方法，进一步包括：
将从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。
68. 根据权利要求62所述的方法，进一步包括：
增加从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及
减少第二阵列的至少一个模块输出的净能量。
69.根据权利要求62所述的方法，进一步包括降低耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
70.根据权利要求40所述的方法，进一步包括由控制电路确定或估计使得第一和第二阵列收敛到平衡条件的能量输出调整。
71.根据权利要求40所述的方法，其中不平衡条件与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关。
72.根据权利要求40所述的方法，其中控制电路被配置为使用互连模块和中性点偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
73.根据权利要求40所述的方法，其中第一和第二电压波形是根据脉宽调制或滞后技术来生成的。
74.根据权利要求40所述的方法，进一步包括在平衡条件期间从互连模块向第一阵列和第二阵列两者供应能量。
75.根据权利要求40所述的方法，进一步包括通过调整一个或多个调制指数来执行相间平衡。
76.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一种或多种类型的定性或定量信息。
77.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的SOC参数或表征一个阵列的SOC参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOC参数。
78.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的温度参数或表征一个阵列的温度参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的温度参数。
79.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的健康状态（SOH）参数或表征一个阵列的健康状态（SOH）参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOH参数。
80.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的电压参数或表征一个阵列的电压参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电压参数。
81.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考一个阵列的电流参数或表征一个阵列的电流参数小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的电流参数。
82.根据权利要求40所述的方法，其中由控制电路确定在第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件包括参考故障或退化条件。
83.根据权利要求40所述的方法，其中第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件的确定基于第一阵列和第二阵列之间的相对差异或者绝对因素。
84.根据权利要求40所述的方法，进一步包括：
确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；
如果低于阈值，则调整互连模块的净能量输出以降低相间不平衡的量；以及
如果高于阈值，则偏移所述系统的中性点以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。
85.根据权利要求84所述的方法，进一步包括：如果高于阈值，则调整互连模块的净能量输出，以帮助降低相间不平衡的量。
86.一种被配置为提供对基于模块的能量存储系统的控制的控制系统，所述基于模块的能量存储系统包括：级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形，其中第一和第二电压波形各自具有不同的相位角；以及耦合到第一阵列和第二阵列两者的互连模块，所述控制系统包括：
控制电路和通信地耦合到控制电路的非暂时性存储器，其中多个指令存储在存储器上，当由控制电路执行时，所述多个指令使得控制电路：
确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件；以及
引起对从互连模块的能量源供应给第一阵列的能量进行调整。
87.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加。
88.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起第一阵列的至少一个模块输出的净能量减少。
89.根据权利要求87所述的控制系统，其中净能量的增加等效于净能量的减少。
90.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起由第一阵列的所有模块供应的净能量减少。
91.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量处于恒定水平。
92.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列输出的净能量的减少和第二阵列的至少一个模块输出的净能量的增加。
93.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路增加耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便增加从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
94.根据权利要求93所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路降低第一阵列的至少一个模块的调制指数，以减少第一阵列的至少一个模块输出的净能量。
95.根据权利要求87所述的控制系统，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更低的总体能量水平。
96.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路在引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加之前，确定第一阵列是否具有相对更低的总体电荷状态。
97.根据权利要求87所述的控制系统，其中不平衡条件是第一阵列比第二阵列具有相对更高的温度。
98.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路在引起从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量增加之前，确定第一阵列是否具有比第二阵列相对更高的温度。
99.根据权利要求87所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起在第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
100.根据权利要求86-99中任一项所述的控制系统，其中控制电路包括主控制设备和与主控制设备通信地耦合的本地控制设备。
101.根据权利要求100所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路为开关电路生成一个或多个控制信号，所述控制信号引起对互连模块供应给第一阵列和第二阵列之一的能量进行调整。
102.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路用调制指数来调制归一化参考信号。
103.根据权利要求87-102中任一项所述的控制系统，其中负载是主要负载，并且其中所述多个指令进一步使得控制电路调节从互连模块供应给辅助负载的电压。
104.根据权利要求103所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路控制互连模块的开关电路，以调节供应给辅助负载的电压。
105.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
106.根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
107.根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起第一阵列的至少一个模块输出的净能量的增加。
108.根据权利要求107所述的控制系统，其中净能量的增加等效于净能量的减少。
109.根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路增加由第一阵列的所有模块供应的净能量。
110.根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起从互连模块到第二阵列以及从第二阵列的模块输出的净能量的相对量维持在恒定水平。
111. 根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路：
增加从互连模块到第二阵列输出的净能量；以及
减少第二阵列的至少一个模块输出的净能量。
112.根据权利要求105所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路降低耦合到第一阵列的互连模块的开关电路的调制指数，以便减少从互连模块的能量源供应给第一阵列的净能量。
113.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路确定或估计能量输出调整，所述能量输出调整使得第一阵列和第二阵列收敛到平衡条件。
114.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路处于与电荷状态、温度、容量、健康状态、电压和/或电流相关的不平衡条件。
115.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路控制能量存储系统根据脉宽调制或滞后技术生成第一和第二电压波形。
116.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路引起互连模块在平衡条件期间为第一阵列和第二阵列两者供应能量。
117.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路通过调整所述系统的调制指数来控制所述系统朝向相间平衡条件收敛。
118.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路通过参考如下来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件：一个阵列的SOC参数或表征一个阵列的SOC参数，其小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的SOC参数。
119.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路通过参考如下来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件：一个阵列的温度参数或表征一个阵列的温度参数，其小于、大于或实质性不同于至少一个不同阵列或作为整体的系统的温度参数。
120.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路通过参考故障或退化条件来确定第一阵列和第二阵列之间存在不平衡条件。
121.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路使用互连模块和中性点偏移来控制第一阵列和第二阵列之间的相间能量的平衡。
122.根据权利要求86所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路：
确定第一阵列和第二阵列之间的相间不平衡的量；
如果低于阈值，则使得互连模块调整净能量输出以降低相间不平衡的量；以及
如果高于阈值，则使得向所述系统的中性点偏移，以调整净能量输出，从而降低相间不平衡的量。
123.根据权利要求122所述的控制系统，其中所述多个指令进一步使得控制电路：如果相间不平衡的量高于阈值，则也使用互连模块来调整净能量输出，以降低相间不平衡的量。
124.根据权利要求86所述的控制系统，其中处理电路包括多个处理器，并且存储器包括多个分立的存储器设备。
125.一种基于模块的能量系统，包括：
级联模块的第一阵列，被配置为向负载输出第一电压波形；
级联模块的第二阵列，被配置为向负载输出第二电压波形；
级联模块的第三阵列，被配置为向负载输出第三电压波形，其中第一、第二和第三电压波形各自具有不同的相位角；
耦合到第一阵列和第二阵列两者的第一互连模块，其中第一互连模块包括第一能量源和第一开关电路；以及
耦合到第三阵列的第二互连模块，其中第二互连模块包括第二能量源和第二开关电路，其中第一和第二能量源电气地耦合在一起，并且其中第一互连模块被配置为调整由第一和第二能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量，并且其中第二互连模块被配置为调整由第一和第二能量源供应给第三阵列的能量的量。
126.根据权利要求125所述的系统，其中第一阵列和第二阵列电气地定位在负载和第一互连模块之间，并且第三阵列电气地定位在负载和第二互连模块之间。
127.根据权利要求125所述的系统，进一步包括被配置为控制第一和第二开关电路的控制电路，其中第一能量源具有与第二能量源共享的正节点和负节点，并且其中第一开关电路可控制为选择性地将第一和/或第二阵列耦合到第一和/或第二节点，并且第二开关电路可控制为选择性地将第三阵列耦合到第一和/或第二节点。
128.根据权利要求127所述的系统，其中控制电路被配置为控制第一和第二开关电路，以调整从第一和第二能量源输出到第一、第二和第三阵列之一的相对能量，从而减轻第一、第二和第三阵列中的至少两个之间的电荷或温度的不平衡。
129.根据权利要求127所述的系统，其中控制电路被配置为利用向第一、第二和第三阵列的中性点的偏移来控制第一、第二和第三阵列之间的相间能量的平衡。
130.根据权利要求127所述的系统，其中控制电路被配置为在平衡相间条件下控制第一和第二开关电路，使得第一互连模块为第一阵列和第二阵列两者供应能量，并且第二互连模块为第三阵列供应能量。
131.根据权利要求130所述的系统，其中供应给第一、第二和第三阵列的净能量在一段时间内是相同的。
132.一种基于模块的能量系统，包括：
第一电池包，包括级联转换器模块的第一多个阵列，所述级联转换器模块的第一多个阵列被配置为输出第一多个电压波形以给第一电机供电，第一多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；
第二电池包，包括级联转换器模块的第二多个阵列，所述级联转换器模块的第二多个阵列被配置为输出第二多个电压波形以给第二电机供电，第二多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；以及
耦合到第一多个阵列的第一阵列和第二多个阵列的第二阵列的互连模块，其中互连模块包括能量源和开关电路，其中互连模块被配置为调整由能量源供应给第一和/或第二阵列的能量的量。
133.根据权利要求132所述的系统，其根据权利要求3-39中任一项被配置，其中负载包括第一和第二电机。
134.根据权利要求132所述的系统，其中第一电池包包括第一外壳，并且第一多个阵列共同位于第一外壳中，并且其中第二电池包包括第二外壳，并且第二多个阵列共同位于第二外壳中。
135.根据权利要求134所述的系统，其中互连模块位于第一外壳中。
136.根据权利要求132所述的系统，其中第一和第二电机是电动车辆的轮内电机。
137.根据权利要求132所述的系统，进一步包括控制电路，所述控制电路被配置为监视第一和第二电池包的操作参数，并且使得所述系统利用互连模块平衡第一电池包和第二电池包之间的能量。
138.根据权利要求137所述的系统，其中控制电路被配置为控制开关电路，使得在第一阵列和第二阵列之间的不平衡条件下，能量源向第一阵列比向第二阵列释放相对更多的能量。
139.根据权利要求132所述的系统，其中互连模块是第一互连模块，能量源是第一能量源，并且开关电路是第一开关电路，所述系统进一步包括：
第三电池包，包括级联转换器模块的第三多个阵列，所述级联转换器模块的第三多个阵列被配置为输出第三多个电压波形以给第三电机供电，第三多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；
第四电池包，包括级联转换器模块的第四多个阵列，所述级联转换器模块的第四多个阵列被配置为输出第四多个电压波形以给第四电机供电，第四多个电压波形中的每一个具有不同的相位角；以及
耦合到第三多个阵列的第三阵列和第四多个阵列的第四阵列的第二互连模块，其中第二互连模块包括第二能量源和第二开关电路，其中第二互连模块被配置为调整由第二能量源供应给第三和/或第四阵列的能量的量。
140.根据权利要求139所述的系统，其中第一、第二、第三和第四电机是四轮电动车辆的轮内电机。
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