JP2022527301A - カスケード接続され相互接続された構成が可能なモジュールベースのエネルギーシステムおよびそれに関連する方法 - Google Patents

カスケード接続され相互接続された構成が可能なモジュールベースのエネルギーシステムおよびそれに関連する方法 Download PDF

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Abstract

複数のコンバータ・ソースモジュールを有する、モジュールベースのエネルギーシステムが、提供される。コンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含むことができる。本システムはさらに、モジュールのための制御回路を含むことができる。モジュールは、単相ＡＣ、多相ＡＣ、および／またはＤＣ出力を提供するように、種々の方法で配列されることができる。各モジュールは、独立して監視および制御されることができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、全てがあらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年３月２９日に出願された、米国仮出願第６２／８２６，１５８号、２０１９年３月２９日に出願された、米国仮出願第６２／８２６，２３８号、および２０１９年９月２５日に出願された、米国仮出願第６２／９０６，００７号の利益および優先権を主張する。
本明細書に説明される主題は、概して、モジュールベースのエネルギーシステムおよびその中で使用するためのモジュール、およびモジュールベースのエネルギーシステム内のモジュールの接続および制御を促進する、システム、デバイス、および方法に関する。
複数のエネルギー源またはシンクを有する、エネルギーシステムが、多くの業界でよく見られる。一実施例は、自動車産業である。過去１世紀にわたって発展されたような現在の自動車技術は、とりわけ、モータ、機械的要素、および電子機器の相互作用によって特徴付けられる。これらは、車両性能および運転者体験に影響を及ぼす、主要なコンポーネントである。モータは、燃焼および電気タイプであり、通常、車あたり１つのモータが見出されるが、例外は、１つまたは２つの電気モータを伴う燃焼エンジンの組み合わせを特徴とする、ハイブリッド駆動系を伴う車、または２つのモータを装備した性能重視の電気自動車である。ほぼ全ての場合において、モータからの回転エネルギーは、クラッチ、変速装置、差動装置、駆動シャフト、トルクチューブ、結合器等の極めて精巧な機械的要素のセットを介して送達される。これらの部品は、車輪へのトルク変換および配電を大いに制御し、車の性能を定義するための主要な要素である。それらはまた、道路取扱にも影響を及ぼす。長年にわたって、個々の車製造業者は、より良好な性能、より高い燃料効率、最終的に、市場における差別化を提供するように、これらの機械的部品を非常に最適化してきた。制御側では、娯楽、ナビゲーション、ヒューマンマシンインターフェース要素等の運転者快適性以外に、典型的には、モータ、クラッチ／変速装置動作および道路保持／取扱を制御／最適化する、いくつかの特殊電子機器ソフトウェアおよび組み込みソフトウェア群のみが存在する。
ＥＶは、とりわけ、バッテリ、充電器、およびモータ制御を含む、駆動系に関連する種々の電気システムを含む。現在の能力の不足およびこれらの電気システムの欠点が、下記に説明される。
（従来のバッテリ設計）
高電圧バッテリパックは、典型的には、低電圧バッテリモジュールの直列連鎖に編成される。各そのようなモジュールはさらに、充電状態および電圧等の基本的な電池関連特性を調整するように、個々の電池の直列に接続されたセットと、単純な組み込みバッテリ管理システムとを含む。より精巧な能力またはある形態の高性能相互接続性を伴う電子機器が、欠如している。結果として、任意の監視または制御機能は、車内の他の場所に存在したとしても、個々の電池健全性、充電状態、温度、および他の性能に影響を及ぼすメトリックを監視する能力が欠けている、別個のシステムによって対処される。また、任意の形態の個々の電池あたりの電力引き込みを調節する能力が存在しない。主要な結果のうちのいくつかは、（１）最も弱い電池がバッテリパック全体の全体的性能を制約する、（２）任意の電池またはモジュールの故障がパック全体の交換の必要性につながる、（３）バッテリ信頼性および安全性が著しく低減される、（４）バッテリ寿命が限定される、（５）熱管理が困難である、（６）バッテリパックが、常に、最大能力を下回って動作する、（７）回生制動由来の電力のバッテリパックへの急激な突入が、バッテリ内に容易に貯蔵されることができず、ダンプ抵抗器を介した散逸を要求するであろうことである。
（従来の充電器設計）
充電回路は、典型的には、別個の車載システムで実現される。それらは、ＡＣ信号またはＤＣ信号の形態でＥＶの外側から来る電力を段階化し、それをＤＣに変換し、それをバッテリパックに送給する。充電システムは、電圧および電流を監視し、典型的には、着実な一定の送給量を供給する。バッテリパックおよび典型的充電回路の設計を前提として、電池健全性、性能特性、温度等に基づいて、個々のバッテリモジュールへの充電流を合わせる能力が殆どない。充電サイクルはまた、典型的には、充電システムおよびバッテリパックに、達成可能な電荷移動または全電荷を最適化するであろうパルス充電または他の技法を可能にするための回路が欠けているため、長い。
（従来のモータ制御設計）
従来の制御は、バッテリパック電圧レベルをＥＶの電気システムのバス電圧に調節するためのＤＣ－ＤＣ変換段階を含有する。モータは、ひいては、次いで、要求されるＡＣ信号を電気モータに提供する、単純な２段多相コンバータによって駆動される。各モータは、３相設計でモータを駆動する、別個のコントローラによって従来的に制御される。二重モータＥＶが、２つのコントローラを要求するであろう一方、４つのインホイールモータを使用するＥＶは、４つの個々のコントローラを要求するであろう。従来のコントローラ設計はまた、より多数の極片によって特徴付けられる、スイッチリラクタンスモータ（ＳＲＭ）等の次世代モータを駆動する能力も欠けている。適合は、高次相設計を要求し、本システムをより複雑にし、最終的に、高いトルクリップルおよび音響雑音等の電気雑音および駆動性能に対処することをできなくさせるであろう。
これらの欠陥の多くは、自動車だけではなく、他のモータ駆動車両、また、定常用途にもある程度適用される。これらおよび他の理由により、移動および定常用途のための改良されたシステム、デバイス、およびエネルギーシステムのための方法の必要性が存在する。
システム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、多くの用途に広く関連性があるモジュールベースのエネルギーシステムのために本明細書で提供される。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、複数のモジュールを含み、各モジュールは、少なくとも、エネルギー源と、コンバータとを含む。各モジュールのより複雑な構成もまた、開示される。本システムのモジュールは、システムが適用される特定の技術的用途に特有の機能を実施するように、種々の複雑性の異なる配列でともに接続されることができる。本システムは、システムの使用の間に繰り返して、ステータス情報、少なくとも１つの動作特性、または各モジュールの他のパラメータを監視し、その監視されたステータス情報、動作特性、または他のパラメータに基づいて、各モジュールの状態を査定し、とりわけ、電気的性能、熱的性能、寿命等の１つ以上の所望の標的を達成および／または維持しようと努力して、各モジュールを独立して制御するように構成されることができる。本制御は、システムからのエネルギー提供（例えば、放電）および／またはエネルギー消費（例えば、充電）を促進するように生じることができる。これらのシステム、デバイス、および方法の多数の例示的用途が、説明される。
多くの例示的実施形態では、モジュールの少なくとも１つのエネルギー源は、コンデンサ（ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタ等）、バッテリ、または燃料電池を含むことができる。
多くの例示的実施形態では、本システムは、１次元アレイで、または多次元アレイで接続される、少なくとも２つのコンバータ・ソースモジュールを含むことができる。少なくとも２つの１次元アレイは、例えば、直接、または１つ以上の付加的コンバータ・ソースモジュールによって、異なる行および列においてともに接続されることができる。そのような構成では、任意の形状および周波数の出力電圧が、個々のコンバータ・ソースモジュールの出力電圧の重畳として、モジュールベースのエネルギーシステムの出力において発生されることができる。
多くの例示的実施形態では、本システムは、電力をモジュールの２つ以上のアレイのうちの１つに選択的に供給することが可能な１つ以上の相互接続モジュールを含む。相互接続モジュールは、アレイの間のエネルギーの効率的な交換を許容し、また、異なるアレイの間で生じる、充電状態または温度等の動作パラメータの不平衡を補償するために使用されることもできる。相互接続モジュールは、したがって、アレイ間平衡のために使用されることができる。それらのアレイが、異なる位相角の出力波形を生成することに向けられている場合、相互接続モジュールは、相間平衡のために使用されることができる。
例示的実施形態の種々の相互接続されたアーキテクチャは、単一のモジュールベースのエネルギーシステム（例えば、バッテリパック）内のアレイ間または相間電力管理および複数のモジュールベースのエネルギーシステム（例えば、バッテリパック）の間のシステム間電力管理、およびシステムへの補助負荷の接続、およびそのようなシステムの全てのコンバータ・ソースモジュールからそれらの負荷に提供されるエネルギーの一様な分配の維持を可能にする。
例示的実施形態の種々の接続されたアーキテクチャはまた、コンバータ・ソースモジュールの間の電力共有の制御も可能にする。そのような制御は、例えば、リアルタイムで、および循環の間に継続的に、および静止時に、コンバータ・ソースモジュールのエネルギー源の充電状態のようなパラメータの調整が平衡を保たれることを可能にし、これは、それらの容量の可能性として考えられる差異にかかわらず、各エネルギー源の全容量の利用を助長する。加えて、そのような制御は、コンバータ・ソースモジュールのエネルギー源の温度の平衡を保つために使用されることができる。温度平衡は、例えば、システム（例えば、バッテリパック）の電力能力を増加させ、システム内のそれらの物理的場所およびそれらの熱抵抗性の差異にかかわらず、エネルギー源のより一様な経年劣化を提供し得る。
本明細書に説明される主題の他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点が、以下の図および詳細な説明の検討に応じて、当業者に明白であろう、または明白となるであろう。全てのそのような付加的システム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であり、付随する請求項によって保護されることが意図される。例示的実施形態の特徴は、請求項にそれらの特徴の明示的記載がない場合、いかようにも添付の請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。
その構造および動作の両方に関して、本明細書に記載される主題の詳細は、同様の参照番号が同様の部品を指す、付随する図面の考察によって明白であり得る。図内のコンポーネントは、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、主題の原理を例証することに重点が置かれている。さらに、全ての説明図は、相対サイズ、形状、および他の詳細な属性が、文字通りに、または精密にではなく、図式的に図示され得る、概念を伝えることを意図している。
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。 図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。 図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図２は、本開示の実施形態による、マスタ制御デバイス（ＭＣＤ）に相互接続されたローカル制御デバイス（ＬＣＤ）を伴うコンバータ・ソースモジュール（コンソースＶ１）の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図３は、本開示の実施形態による、ＭＣＤに接続されたＬＣＤを伴うコンバータ・ソースモジュール（コンソースＶ２）の別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図４は、本開示の実施形態による、ＭＣＤおよび随意の補助負荷に接続されたＬＣＤを伴うコンバータ・ソースモジュール（コンソースＶ３）の別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図５Ａは、本開示の実施形態による、図２に示されるコンバータ（コンバータＶ１）の例示的実施形態を描写する、概略図である。
図５Ｂは、本開示の実施形態による、図２および３に示されるコンバータ（コンバータＶ２）の例示的実施形態を描写する、概略図である。
図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃは、本開示の実施形態による、図１、２、および３に示されるエネルギー源として使用するためのエネルギー貯蔵要素の例示的実施形態を描写する、略図である。
図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、本開示の実施形態による、図１、２、および３に示されるエネルギーバッファとして使用するための例示的実施形態を描写する、概略図である。
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、および８Ｆは、本開示の実施形態による、図３に示されるエネルギー源２として使用するための例示的実施形態を描写する、略図である。
図９は、本開示の実施形態による、例示的コンバータからの出力電圧を描写する、グラフである。
図１０は、本開示の実施形態による、６つの例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、例示的モジュールベースのエネルギー貯蔵システムからの出力電圧を描写する、グラフである。
図１１は、本開示の実施形態による、図３に示される例示的コンバータ・ソースモジュール（コンソースＶ２）のための電力潮流管理の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図１２Ａおよび１２Ｂは、コンバータＶ２が二次電流高調波の低減という二次機能を提供する、図３に示されるコンバータ・ソース（コンソースＶ２）モジュールの例示的波形を描写する、グラフである。
図１３は、本開示の実施形態による、図４に示されるコンバータ・ソース（コンソースＶ３）モジュールのための電力潮流管理の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、および１４Ｄは、モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態に適用可能なパルス幅変調の例示的実施形態を描写する、グラフである。
図１５は、本開示の例示的実施形態による、接続された例示的コンバータ・ソースモジュールの例示的１次元アレイを描写する、概略図である。
図１６は、本開示の例示的実施形態による、接続された例示的コンバータ・ソースモジュールの例示的２次元アレイを描写する、概略図である。
図１７は、本開示の例示的実施形態による、接続された例示的コンバータ・ソースモジュールの別の例示的２次元アレイを描写する、概略図である。
図１８は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続される複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、例示的システムを描写する、概略図である。
図１９は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続される複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２０は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続される複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２１は、本開示の例示的実施形態による、多次元アレイで接続される複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、例示的システムを描写する、概略図である。
図２２は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、電気モータに接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、例示的システムを描写する、概略図である。
図２３は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、電気モータに接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２４は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２５は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２６は、本開示の例示的実施形態による、６次元アレイで接続され、６相電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２７Ａおよび２７Ｂは、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、複数の３相電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、付加的な例示的システムを描写する、概略図である。 図２７Ａおよび２７Ｂは、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、複数の３相電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、付加的な例示的システムを描写する、概略図である。
図２８は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、３相開巻線電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図である。
図２９は、本開示の例示的実施形態による、３次元アレイで接続され、２つの３相開巻線電気モータおよび補助負荷に接続される、複数の例示的コンバータ・ソースモジュールを有する、別の例示的システムを描写する、概略図を図示する。
図３０は、本開示の例示的実施形態と併用するための単相平衡コントローラの例示的実施形態を描写する、概略図である。
図３１は、本開示の例示的実施形態と併用するための例示的単相システムのための電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３２は、本開示の例示的実施形態と併用するための単相平衡コントローラの例示的実施形態を描写する、概略図を描写する。
図３３Ａおよび３３Ｂは、（Ａ）相内平衡のみおよび（Ｂ）相内および相間平衡のための３相構造のための電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３４Ａおよび３４Ｂは、（Ａ）共通モジュールおよび（Ｂ）共通モジュールおよび中性点偏移を通した相内および相間平衡を用いた相互接続モジュール（または共通モジュール）を伴う３相構造のための電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３５Ａおよび３５Ｂは、（Ａ）中性点偏移および（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を伴う４相システムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３６Ａおよび３６Ｂは、（Ａ）中性点偏移および（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を伴う５相システムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３７Ａおよび３７Ｂは、（Ａ）中性点偏移および（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を伴う６相システムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３８Ａおよび３８Ｂは、（Ａ）相互接続モジュールおよび（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を通した、図２７に示される例示的システムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図３９Ａおよび３９Ｂは、（Ａ）相互接続モジュールおよび（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を通した、図２８に示されるシステムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図４０Ａおよび４０Ｂは、（Ａ）相互接続モジュールおよび（Ｂ）相互接続モジュールおよび中性点偏移を通した、図２９に示されるシステムのための相内および相間平衡を伴う電圧共有制御のフェーザ図を描写する。
図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。 図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。 図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。 図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。 図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。 図４１Ａ－４１Ｆは、相互接続モジュールを伴うエネルギー供給システムの例示的実施形態を描写する、ブロックおよび概略図である。
図４２Ａ－４２Ｂは、相互接続モジュールを用いて相間平衡を実施する方法の例示的実施形態を描写する、フロー図である。 図４２Ａ－４２Ｂは、相互接続モジュールを用いて相間平衡を実施する方法の例示的実施形態を描写する、フロー図である。
図４３Ａ－４３Ｃは、コンバータ・ソースモジュールの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。 図４３Ａ－４３Ｃは、コンバータ・ソースモジュールの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。 図４３Ａ－４３Ｃは、コンバータ・ソースモジュールの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
図４４Ａおよび４４Ｂは、１つ以上の基板上に搭載されるコンバータ・ソースモジュールのコンポーネントの例示的実施形態を描写する、概略図である。
本主題が詳細に説明される前に、本開示は、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変動し得ることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、本開示の範囲が添付の請求項のみによって限定されるであろうため、限定的であることを意図していないことを理解されたい。
そのようなシステム内のデバイス、回路、ソフトウェア、およびコンポーネントの例示的実施形態、そのようなシステムを動作させ、使用する方法の例示的実施形態、そのようなシステムが実装される、または組み込まれ得る、またはそのようなシステムがともに利用され得る、用途（例えば、装置、機械、グリッド、場所、構造、環境等）の例示的実施形態であるような、モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態が、本明細書に説明される。多くの場合、これらの用途は、移動用途または定常用途として分類されることができる。
（用途の実施例）
移動用途は、概して、モジュールベースのエネルギーシステムが、エンティティ上または内に位置し、モータによる原動力への変換のために電気エネルギーを貯蔵および提供し、そのエンティティを移動させる、または移動させることを支援するものである。本明細書に開示される実施形態が併用され得る、移動エンティティの実施例は、限定ではないが、陸にわたって、または地下で、海にわたって、または海中で、陸または海の上方でそれと接触せずに（例えば、空中を飛行またはホバリングする）、または宇宙空間を通して移動する、電気および／またはハイブリッドエンティティを含む。本明細書に開示される実施形態が併用され得る、移動エンティティの実施例は、限定ではないが、車両、列車、船、船舶、航空機、および宇宙船を含む。本明細書に開示される実施形態が併用され得る、移動車両の実施例は、限定ではないが、１つだけの車輪または軌道を有するもの、２つだけの車輪または軌道を有するもの、３つだけの車輪または軌道を有するもの、４つだけの車輪または軌道を有するもの、および５つ以上の車輪または軌道を有するものを含む。本明細書に開示される実施形態が併用され得る、移動エンティティの実施例は、限定ではないが、車、バス、トラック、バイク、スクータ、産業用車両、鉱業車両、飛行体（例えば、飛行機、ヘリコプタ、ドローン等）、船舶（例えば、商業用輸送船、船、ヨット、ボート、または他の水上乗物）、潜水艦、機関車またはレールベースの車両（例えば、列車等）、軍用車両、宇宙船、および衛星を含む。
定常用途は、概して、移動用途以外の用途である。概して、定常用途では、モジュールベースのエネルギーシステムは、１つ以上の他のエンティティによる消費のための電気エネルギーを提供しながら、静的場所に常駐する。本明細書に開示される実施形態が使用または併用され得る、定常用途の実施例は、限定ではないが、１つ以上の住宅構造または場所による、またはその内側での使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の産業用構造または場所による、またはその内側での使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の商業用構造または場所による、またはその内側での使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の政府構造または場所による、またはその内側での使用のためのエネルギーシステム（軍用および非軍用使用の両方を含む）、および貯蔵のために太陽光、風力、地熱エネルギー、化石燃料、または核反応を電気に変換するシステムを含む。本明細書に開示される実施形態が使用または併用され得る、定常用途の実施例は、限定ではないが、上記に説明される移動用途を充電するためのエネルギーシステム（例えば、充電ステーション）を含む。本明細書に開示される実施形態が使用または併用され得る、定常用途の他の実施例は、限定ではないが、データセンター貯蔵システム、送電網、またはマイクログリッドを含む。定常エネルギーシステムは、貯蔵または非貯蔵役割のいずれかで使用されることができる。
本明細書の実施形態を説明する際に、特定の移動用途（例えば、電気自動車（ＥＶ））または定常用途（例えば、グリッド）が、参照され得る。そのような参照は、解説を容易にするために行われ、特定の実施形態が、使用のためにその特定の移動または定常用途のみに限定されることを意味しない。電力をモータに提供するシステムの実施形態は、移動および定常用途の両方で使用されることができる。ある構成は、他のものと比べていくつかの用途により好適であり得るが、本明細書に開示される全ての例示的実施形態は、別様に記述されない限り、移動および定常用途の両方での使用が可能である。
（モジュールベースのエネルギーシステムの例示的実施形態）
図１Ａは、モジュールベースのエネルギーシステム１００の例示的実施形態を描写する。ここでは、システム１００は、それぞれ、通信経路またはリンク１０６－１から１０６－Ｎを経由して、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュール１０８－１から１０８－Ｎと通信可能に結合される、制御回路１０２を含む。これらの実施形態では、任意の数の２つ以上のコンバータ・ソースモジュール１０８が、使用されることができる（例えば、Ｎは、２以上である）。本明細書では「コンソース（ＣｏｎＳｏｕｒｃｅ）」モジュールまたはモジュール１０８と称される、コンバータ・ソースモジュール１０８は、図１５－２９に関してより詳細に説明されるであろうように、種々の様式で相互に接続されることができる。例証を容易にするために、図１Ａ－１Ｃでは、モジュール１０８は、直列に接続されて、または１次元アレイとして示され、第Ｎモジュール１０８が、負荷１０１に結合される。負荷１０１は、システム１００が、電力を提供するために使用されるときに電力を出力する、電気負荷である。負荷１０１は、限定ではないが、モータまたはグリッドを含む、任意のタイプの負荷であり得る。充電のために、モジュール１０８は、負荷１０１に加えて、またはその代わりにのいずれかで、充電源（図示せず）と結合されることができる。本明細書にさらに詳細に説明されるであろうように、システム１００は、一次および補助負荷の両方を含む、複数の負荷１０１を供給するように構成されることができる。
図１Ａの実施形態では、制御回路１０２は、モジュール１０８のうちの同一のまたは異なる１つ以上のものから受信される、ステータス情報に基づいて、１つ以上のモジュール１０８を制御するように構成される。制御はまた、負荷１０１の要件等の１つ以上の他の要因に基づくこともできる。多くの実施形態では、制御される側面は、経時的な各モジュール１０８の出力電力であるが、しかしながら、他の側面も、出力電力の代替として、またはそれに加えて、制御されることができる。
負荷要件情報１０９が、通信経路またはリンク１０７を経由して、制御回路１０２によって受信されることができる。負荷要件情報１０９は、任意の特定の時間における負荷１０１の要件に関して制御回路１０２に知らせることができる。いくつかの例示的実施形態では、負荷要件情報１０９は、移動エンティティのためのコントローラ（例えば、ＥＶの１つ以上の他の機能（例えば、モータ制御、ドライバインターフェース制御、牽引制御等）に対する責任を有する、電子制御ユニット（ＥＣＵ）またはマスタ制御ユニット（ＭＣＵ））、またはグリッドまたは他の定常エネルギー貯蔵システムのためのコントローラによって提供され得るような、１つ以上のアナログまたはデジタル制御信号波形の形態（例えば、位相毎の異なる制御信号波形）をとることができる。別のコントローラによって供給される情報の代替として、またはそれに加えて、いくつかの実施形態では、負荷要件情報１０９は、システム１００の１つ以上のセンサによって得られる負荷測定値（例えば、電圧、電流）を含むことができ、それらの測定値は、ある電力供給条件を維持するためのフィードバックループにおいて制御回路１０２に戻るように供給される。
多くの実施形態では、システム１００内の全モジュール１０８のステータス情報が、制御回路１０２に通信され、そこから、制御回路１０２が、全モジュール１０８－１…１０８－Ｎを独立して制御するであろう。他の変形例も、可能性として考えられる。例えば、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）の制御は、その特定のモジュール１０８（またはコンソースモジュール１０８のサブセット）のステータス情報に基づく、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）ではない、異なるモジュール１０８のステータス情報に基づく、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）以外の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づく、その特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）のステータス情報およびその特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）ではない少なくとも１つの他のモジュール１０８のステータス情報に基づく、またはシステム１００内の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づくことができる。これは、複数の負荷またはモータに供給し、複数のパックに配列されるモジュール１０８を有する、システム１００を含む。
本明細書に説明されるであろうように、ステータス情報は、各モジュール１０８の１つ以上の側面についての情報であり得る。ステータス情報は、動作特性または他のパラメータであり得る。ステータス情報のタイプは、限定ではないが、モジュール１０８またはそのコンポーネントの以下の側面、すなわち、充電状態（ＳＯＣ）（例えば、分数またはパーセント等のその容量に対するエネルギー源の充電のレベル）、健全性状態（ＳＯＨ）（例えば、その理想的条件と比較したエネルギー源の条件の性能指数）、容量（Ｑ）、温度（Ｔ）、電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）、または障害の存在または非存在を含む。各モジュール１０８は、ステータス情報を構成する、またはステータス情報に変換され得る、感知または測定信号またはデータを収集するための１つ以上のセンサまたは他の測定要素を含む。１つを上回るタイプのステータス情報が、単一のセンサを用いて感知または測定される、または別様に付加的センサを必要とすることなくアルゴリズムで決定されることができるため、別個のセンサが、各タイプのステータス情報を収集するために必要とされない。
図１Ｂは、システム１００の別の例示的実施形態を描写する。ここでは、制御回路１０２は、それぞれ、通信経路またはリンク１１５－１から１１５－Ｎを経由して、Ｎ個の異なるローカル制御デバイス１１４－１から１１４－Ｎと通信可能に結合される、マスタ制御デバイス１１２として実装される。各ローカル制御デバイス１１４－１から１１４－Ｎは、ローカル制御デバイス１１４とコンバータ・ソースモジュール１０８との間に１：１の関係が存在するように、それぞれ、通信経路またはリンク１１６－１から１１６－Ｎを経由して、１つのコンバータ・ソースモジュール１０８－１から１０８－Ｎと通信可能に結合される。マスタ制御デバイス１１２は、それらのローカル制御デバイス１１４が同一の負荷に電力を供給しているかどうかにかかわらず、システム内の全てのローカル制御デバイス１１４に通信可能に結合されることができる。例えば、１つのマスタ制御デバイス１１２が、情報を受信し、複数の異なるサブシステムおよびパックのローカル制御デバイス１１４に送信することができる。
図１Ｃは、システム１００の別の例示的実施形態を描写する。ここでは、マスタ制御デバイス１１２は、それぞれ、通信経路またはリンク１１５－１から１１５－Ｍを経由して、Ｍ個の異なるローカル制御デバイス１１４－１から１１４－Ｍと通信可能に結合される。ローカル制御デバイス１１４は、２つ以上のコンバータ・ソースモジュール１０８と結合され、それらを制御することができる。ここに示される実施例では、各ローカル制御デバイス１１４は、Ｍ個のローカル制御デバイス１１４－１から１１４－Ｍが、それぞれ、通信経路またはリンク１１６－１から１１６－２Ｍを経由して、２Ｍ個のコンバータ・ソースモジュール１０８－１から１０８－２Ｍと結合されるように、２つのコンバータ・ソースモジュール１０８と通信可能に結合される。
通信経路またはリンク１０６、１０７、１１５、および１１６はそれぞれ、並列または直列様式で、データまたは情報を双方向に通信する、有線または無線通信経路またはリンクであり得る。データは、標準またはカスタム形式で通信されることができる。いくつかの（例えば、自動車）用途では、通信経路またはリンク１１５は、ＦｌｅｘＲａｙまたはＣＡＮプロトコルに従ってデータを通信するように構成されることができる。
図１Ｂおよび１Ｃに関して説明される実施形態では、ローカル制御デバイス１１４は、各モジュール１０８からステータス情報を受信する、または各モジュール１０８から受信される感知または測定信号またはデータからステータス情報を決定し、その情報をマスタ制御デバイス１１２に通信する。いくつかの実施形態では、ローカル制御デバイス１１４は、測定または感知されたデータを制御デバイス１１２に通信し、これは、次いで、その未加工データに基づいてステータス情報をアルゴリズムで決定する。マスタ制御デバイス１１２は、次いで、モジュール１０８の全てに関するステータス情報を使用し、それに応じて制御決定を行うことができる。制御決定は、モジュール１０８の動作または寄与を維持するか、または調節するかのいずれかのためにローカル制御デバイス１１４によって解釈または利用され得る、命令、コマンド、または他の情報（下記に説明される変調指数等）の形態をとってもよい。
例えば、ＳＯＣに関して、全てのモジュール１０８に関してＳＯＣ測定値を読み出すことに応じて、マスタ制御デバイス１１２が、第１のモジュール１０８がシステム１００の位相のために電力を供給する他のモジュール１０８よりも比較的に低いＳＯＣにおいて動作しているという査定を行う場合、マスタ制御デバイス１１２は、その電力出力を減少させるようにその第１のモジュール１０８に命令することができ、補償するためにその位相内の電力出力を増加させるように１つ以上の他のモジュール１０８に命令することができる。これは、他のモジュール１０８のＳＯＣを第１のモジュール１０８のものよりも速く減少させ、したがって、平衡条件に収束させるべきである。温度に関して、全てのモジュール１０８に関して温度測定値を読み出すことに応じて、マスタ制御デバイス１１２が、第１のモジュール１０８がシステム１００内の位相のために電力を供給する他のモジュール１０８よりも比較的に高い温度において動作しているという査定を行う場合、マスタ制御デバイス１１２は、その電力出力を減少させるようにその第１のモジュール１０８に命令することができ、補償するためにその位相内の電力出力を増加させるように１つ以上の他のモジュール１０８に命令することができる。これは、（第１のモジュール１０８の冷却および／または他のモジュール１０８の加熱によって）第１のモジュール１０８の温度を他のモジュール１０８のものに接近させ、したがって、平衡条件に収束させるべきである。
例えば、マスタ制御デバイス１１２は、特定のモジュール１０８（またはそのコンポーネント）がシステム１００内の１つ以上の他のモジュール１０８に対して動作している、以下の条件、すなわち、比較的により低いＳＯＣを伴う、比較的により低いＳＯＨを伴う、比較的により低い容量を伴う、比較的により低い電圧を伴う、比較的により低い電流を伴う、比較的により高い温度を伴う、または障害を伴うもののうちの１つ以上のものを示す、ステータス情報を受信してもよい。そのような実施例では、マスタ制御デバイス１１２は、特定のモジュール１０８の電力出力を低減させる（またはある場合には、条件に応じて上昇させる）、制御情報を出力することができる。このように、例えば、より高い温度で動作しているモジュール１０８の電力出力は、そのモジュール１０８の温度を１つ以上の他のモジュール１０８の温度に向かって収束させるように、低減されることができる。
他の実施形態では、特定のモジュール１０８の動作を調節するかどうかの決定は、必ずしも他のモジュール１０８のステータスとの比較ではなく、事前決定された閾値、限界、または条件とのステータス情報の比較によって行われることができる。事前決定された閾値、限界、または条件は、使用の間に変化しない、製造業者によって設定されるもの等の静的閾値、限界、または条件であり得る。事前決定された閾値、限界、または条件は、使用の間に変化することが許容される、または変化する、動的閾値、限界、または条件であり得る。例えば、マスタ制御デバイス１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、それが事前決定された閾値または限界に違反して（例えば、それを上回って、または下回って）、または許容動作条件の事前決定された範囲外で動作していることを示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。同様に、マスタ制御デバイス１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、実際のまたは潜在的障害の存在（例えば、アラームまたは警告）を示す、または実際のまたは潜在的障害の非存在または除去を示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。障害の実施例は、限定ではないが、コンポーネントの実際の故障、コンポーネントの潜在的故障、短絡または他の過剰電流条件、開回路、過剰電圧条件、通信を受信できないこと、破損したデータの受信、および同等物を含む。
ローカル制御デバイス１１４は、モジュール１０８の種々のセンサ（例えば、温度、電圧、および電流センサ）からの信号、半導体スイッチへおよびそれからの切替（例えば、トリガ）および障害信号、エネルギー貯蔵およびバッファリング要素の基本電池の電圧、および他の信号を受信、処理、および伝送することができる。ローカル制御デバイス１１４は、マスタ制御デバイス１１２との通信と、そこへおよびそれからの対応する制御信号の伝送とを実施することができる。
このように、マスタ制御デバイス１１２は、システム１００内のモジュール１０８を制御し、所望の標的を達成する、またはそれに向かって収束することができる。標的は、例えば、相互に対して同一または類似レベルにおける、または事前決定された閾値、限定、または条件内の全てのモジュール１０８の動作であり得る。本プロセスはまた、モジュール１０８の動作または動作特性において平衡を保つこと、または平衡を達成しようと努めることとして参照される。本明細書で使用されるような用語「平衡」は、モジュール１０８またはそのコンポーネントの間の絶対平等性を要求せず、むしろ、システム１００の動作が、別様に存在するであろうモジュール１０８の間の動作の相違を能動的に低減させるために使用され得ることを当業者に伝えるために、広義で使用される。
図１Ａに戻って参照すると、制御回路１０２は、ソフトウェア（処理回路によって実行可能である、メモリ内に記憶された命令）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、動作し、制御を実行するように構成されることができる。制御回路１０２は、ここで示されるような、処理回路１２０と、メモリ１２２とを含むことができる。処理回路１２０およびメモリ１２２の例示的実装が、下記にさらに説明される。通信経路またはリンク１０６はまた、１つ以上のコンバータ・ソースモジュール１０８から制御回路１０２のための動作電力を直接供給するように、有線電力を含むこともできる。ある実施形態では、制御回路１０２のための電力が、１つ以上のモジュール１０８のみから供給される。
図１Ｂ－１Ｃを参照すると、マスタ制御デバイス１１２およびローカル制御デバイス１１４は、同様に、ソフトウェア（処理回路によって実行可能である、メモリ内に記憶された命令）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、動作し、制御を実行するように構成されることができ、それぞれは、ここで示されるような、処理回路１２０と、メモリ１２２とを含むことができる。処理回路１２０およびメモリ１２２の例示的実装が、下記にさらに説明される。通信経路またはリンク１１６はまた、１つ以上のモジュール１０８からローカル制御デバイス１１４のための動作電力を直接供給するように、有線電力を含むこともできる。ある実施形態では、ローカル制御デバイス１１４毎の動作電力は、そのローカル制御デバイス１１４が経路１１６によって接続される、１つ以上のモジュール１０８のみによって供給される。マスタ制御デバイス１１２のための動作電力は、（例えば、車の電力ネットワークを通して等）モジュール１０８のうちの１つ以上のものから間接的に供給されることができる。
いくつかの実施形態では、制御回路１０２は、システム１００全体のための単一の制御デバイスを含むことができる。他の実施形態では、制御回路は、別個のマスタ制御デバイス１１２が必要ではなく、システム１００から省略され得るように、モジュール１０８と関連付けられるローカル制御デバイス１１４の間に分散されることができる。
いくつかの実施形態では、システム１００の制御は、システム１００専用の、またはそれのローカルにある制御回路１０２と、用途の他の部品と共有される制御回路との間に分散されることができる。例えば、マスタ制御デバイス１１２は、負荷要件情報１０９をシステム１００（例えば、ＥＣＵまたはＭＣＵ）に提供する、移動または定常コントローラの一部として実装されることができる。制御回路１０２は、全体的移動または定常用途の別の制御デバイスと通信するための通信インターフェースを有することができる。例えば、自動車用途では、制御回路１０２（例えば、マスタ制御デバイス１１２）は、システム１００についてのデータまたは情報を車両のＥＣＵまたはＭＣＵに出力することができる。
（モジュールベースのシステム内のコンバータ・ソースモジュールの例示的実施形態）
図２－４は、モジュール１０８あたり１つのローカル制御デバイス１１４を伴う、図１Ｂに描写されるようなシステム１００内のコンバータ・ソースモジュール１０８の例示的実施形態を描写する。図２－４の実施形態および本明細書に説明されるありとあらゆる他の実施形態は、別様に記述されない限り、図１Ａ－１Ｃの構成に従って実装されることができる。
コンソースモジュール１０８は、電圧コンバータまたは電流コンバータとして実装されることができる。説明を容易にするために、本明細書に説明される実施形態は、電圧コンバータを参照してそのように行われるが、実施形態は、代替的に、電流コンバータとして構成され得る。
図２は、システム１００内のコンソースモジュール１０８Ａの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。コンソースモジュール１０８Ａの本実施形態は、本明細書では例示的コンソースモジュールのバージョン１（コンソースＶ１）と称され得、コンバータ・ソースモジュール１０８のタイプの実施例である。また、ローカル制御デバイス１１４（ＬＣＤ）およびマスタ制御デバイス１１２（ＭＣＤ）も示される。コンソースＶ１ １０８Ａは、ひいては、ＭＣＤ１１２と通信可能に結合される、ＬＣＤ１１４と通信可能に結合される。
コンソースＶ１ １０８Ａは、１つ以上のエネルギー貯蔵要素を含み得る、エネルギー源２０２（エネルギー源１）を含む。エネルギー源１は、例えば、限定ではないが、以下、すなわち、ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタ６００等の高エネルギー密度（ＨＥＤ）コンデンサ（図６Ａ）、少なくとも１つの電池、または直列および／または並列に接続された複数のバッテリ電池を含む、バッテリモジュール６１０（図６Ｂ）、または燃料、燃料電池、または燃料電池モジュール６２０（図６Ｃ）のうちの１つであり得る。ＨＥＤコンデンサ６００は、固体誘電体と対照的な二重層静電容量を利用することができ、より高い容量に加えて、通常の電解コンデンサのものの１０～１００倍（またはそれよりも高い）エネルギー密度を有することができる。バッテリエネルギー源
エネルギーは、第１のノード（例えば、正のノード）ｏｕｔ１および第２のノード（例えば、負のノード）ｏｕｔ２を通して、入力および出力されることができる。エネルギー源１の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、それぞれ、例えば、限定ではないが、以下、すなわち、電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ７００（図７Ａ）、２つのインダクタＬＥＢ１およびＬＥＢ２、および２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ１およびＣＥＢ２によって形成される、Ｚ源ネットワーク７１０（図７Ｂ）、２つのインダクタＬＥＢ１およびＬＥＢ２、２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ１およびＣＥＢ２、およびダイオードＤＥＢによって形成される、準Ｚ源ネットワーク７２０（図７Ｃ）に基づく、要素およびトポロジのうちの１つを含み得る、エネルギーバッファ２０４の入力端子ｉｎ１およびｉｎ２に接続されることができる。エネルギーバッファの具体的トポロジおよびコンポーネントの選択肢は、エネルギーバッファの出力端子ｏｕｔ１およびｏｕｔ２上の高周波数電圧脈動の最大許容振幅に依存する。これらの脈動は、コンソースモジュール１０８の性能を劣化させ得、したがって、それらは、その基礎として好適な要素およびトポロジを設計することによって、効率的にバッファリングされることができる。
エネルギーバッファ２０４の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、それぞれ、コンバータＶ１の入力ｉｎ１およびｉｎ２に接続される。コンバータＶ１ ２０６の例示的実施形態の概略表現が、図５Ａに示される。コンバータＶ１ ２０６は、ｏｕｔ１およびｏｕｔ２を横断して少なくとも３つの異なる電圧（線間電圧ＶＤＣＬに基づく）、すなわち、＋ＶＤＣＬ、－ＶＤＣＬ、およびゼロ（例えば、短絡条件）を加えるように構成される、スイッチ回路２０７を含むことができる。スイッチ回路２０７はまた、ｏｕｔ１およびｏｕｔ２を横断する電流の流れ（例えば、開条件）を遮断するように構成されることもできる。スイッチ回路２０７は、多数の異なるスイッチタイプ内で多数の異なる方法で構成されることができる。例示的スイッチタイプは、限定ではないが、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ（図５Ａに示されるような）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタ等の半導体スイッチを含む。半導体スイッチは、比較的に高いスイッチング周波数において動作され、それによって、コンバータＶ１が、所望される場合、パルス幅変調モードで動作されること、および比較的に短い時間間隔内で制御コマンドに応答することを可能にすることができる。これは、過渡モードにおいて出力電圧調整および高速動的挙動の高い耐性を提供することができる。スイッチ回路２０７は、制御回路１０２（例えば、ＭＣＤ１１２またはＬＣＤ１１４）によって生成される、１つ以上の制御または／切替信号（図示せず）によって制御されることができる。
多くの実施形態では、スイッチ回路２０７は、Ｈブリッジとして構成され得る、少なくとも４つの独立して制御可能なスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含むことができる。本実施形態では、コンバータＶ１ ２０６は、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の異なる組み合わせによって、その端子ｉｎ１とｉｎ２との間のＤＣライン電圧ＶＤＣＬを、その出力端子ｏｕｔ１およびｏｕｔ２に接続することによって、３つの異なる電圧出力、すなわち、＋ＶＤＣＬ、０、および－ＶＤＣＬを発生させる。＋ＶＤＣＬを取得するために、スイッチＳ３およびＳ６が、オンにされる一方、－ＶＤＣＬは、スイッチＳ４およびＳ５をオンにすることによって取得されることができる。Ｓ３およびＳ５またはＳ４およびＳ６をオンにすることによって、出力電圧は、ゼロ（例えば、短絡）または基準電圧に設定される。
半導体スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御または切替信号（入力経路は、示されていない）は、（図２に示される）ＬＣＤおよびＭＣＤにおける採用された制御技法の柔軟性および要件に応じて、異なる方法で発生されてもよい。１つのアプローチは、空間ベクトルパルス幅変調ＳＶＰＷＭまたは正弦波パルス幅変調ＳＰＷＭ、またはそれらの変形例等のパルス幅変調（ＰＷＭ）技法を使用し、コンバータＶ１の出力電圧を発生させることである。コンバータＶ１の出力電圧波形９００の実施例が、図９に示される。変調方法はまた、それが適用されるシステム１００のバージョンに依存し、変調の１つの可能性として考えられるソリューションが、実施例として本明細書にさらに提示されるであろう。
ＰＷＭを使用する、いくつかの実施形態では、（ＭＣＤではなく）ＬＣＤは、コンソースモジュール内のスイッチのために切替信号を発生させるが、ＰＷＭ実施形態は、そのようなものに限定されない。ヒステリシスを使用するもの等のいくつかの実施形態では、切替信号の発生が、ＭＣＤによって実施されることができる。図２に示されるＬＣＤ１１４は、診断、測定、保護、および制御信号ラインのセットを介して、コンソースＶ１ １０８Ａに接続されることができ、３つの主要機能のうちの１つ以上のものを実施することができる。第１の機能は、エネルギー源１の管理である。第２の機能は、過電流、過電圧、および高温条件からのエネルギーバッファ、より具体的には、そのコンポーネントの保護である。第３の機能は、コンバータＶ１ ２０６の制御および保護である。
一例示的実施形態では、ＬＣＤ１１４による、コンソースＶ１モジュール１０８Ａのためのエネルギー源１の管理の機能は、以下の通りである。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＳ１、ＴＥＳ１、ＩＥＳ１を受け入れ、ＶＥＳ１は、エネルギー源１の基本コンポーネントのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全ての電圧、または、例えば、限定ではないが、バッテリ電池（個々、または直列および／または並列に接続された）、ウルトラキャパシタ電池（個々、または直列および／または並列に接続された）等の基本コンポーネント群の電圧であり、ＴＥＳ１は、エネルギー源１の基本コンポーネントのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全ての温度、または基本コンポーネント群の温度であり、ＩＥＳ１は、エネルギー源１の出力電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤ１１４は、以下、すなわち、基本コンポーネントまたは基本コンポーネント群の実際の容量、実際の充電状態（ＳＯＣ）、および健全性状態（ＳＯＨ）の計算または決定、測定および／または計算されたデータに基づく警告またはアラーム信号の設定、および／またはＭＣＤ１１２への対応する信号の伝送のうちの１つ以上のものを実施することができる。
一例示的実施形態では、ＬＣＤによる、コンソースＶ１モジュール１０８Ａのためのエネルギーバッファ２０４の保護の機能は、以下の通りである。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＢ、ＴＥＢ、ＩＥＢを受け入れ、ＶＥＢは、エネルギーバッファ２０４の少なくとも１つの主要なコンポーネント、例えば、限定ではないが、コンデンサＣＥＢ、またはコンデンサＣＥＢ１、ＣＥＢ２の電圧（図７Ａ－７Ｃ参照）であり、ＴＥＢは、エネルギーバッファ２０４の少なくとも１つのコンポーネントの温度であり、および／またはＩＥＢは、エネルギーバッファ２０４の少なくとも１つのコンポーネントを通した電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤ１１４は、以下、すなわち、測定されたデータに基づく警告またはアラーム信号の設定、および／またはＭＣＤ１１２への対応する警告またはアラーム信号の伝送を実施することができる。
一例示的実施形態では、ＬＣＤ１１４による、コンソースＶ１モジュール１０８ＡのためのコンバータＶ１ ２０６の制御および保護の機能は、以下の通りである。ＬＣＤは、半導体スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御信号を発生させるために、ＬＣＤにおいてパルス幅変調技法と併用され得る、いくつかの実施形態では、変調基準信号およびイネーブル信号、または基準信号および変調指数であり得る、コマンド信号を（例えば、ＦｌｅｘＲａｙまたはＣＡＮを経由して）ＭＣＤから経路１１５を経由して受信することができる。コンバータＶ１ ２０６の統合電流センサから来る電流フィードバック信号ＩＯＵＴ（図２に示されていない）が、コンバータＶ１内の全てのスイッチの故障ステータス（例えば、短絡または開回路故障モード）についての情報を搬送し得る、コンバータＶ１ ２０６のスイッチの駆動回路（図２に示されていない）から来る１つ以上の信号Ｆとともに、過電流保護のために使用されることができる。本データに基づいて、ＬＣＤは、バイパスするために、またはシステム１００からコンバータＶ１およびコンソースＶ１モジュール１０８Ａ全体を接続解除するために、対応する半導体スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６に印加されるべき切替信号の組み合わせについて決定を行うことができる。（特定のスイッチのための切替信号が、そのスイッチをオンまたはオフにすることができる。）
図３は、本明細書ではコンソースモジュールのバージョン２（コンソースＶ２）と称され得、コンバータ・ソースモジュール１０８のタイプの実施例である、コンソースモジュール１０８Ｂの別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。コンソースＶ２ １０８Ｂが、ひいては、ＭＣＤ１１２と通信可能に結合される、ＬＣＤ１１４と通信可能に結合される。
本実施形態では、コンソースＶ２ １０８Ｂは、一次エネルギー源１ ２０２および二次エネルギー源２ ３０４を伴う二重エネルギー源構成である。コンソースＶ１ １０８Ａと同様に、エネルギー源１は、図６Ａ－６Ｃに関して説明される実施例のうちのいずれかまたはその他であり得る、またはそれを含むことができる。
エネルギー源１ ２０２の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、エネルギーバッファ２０４の入力端子ｉｎ１およびｉｎ２に接続されることができる。コンソースＶ１ １０８Ａと同様に、エネルギーバッファ２０４は、図７Ａ－７Ｃに関して説明される実施例のうちのいずれかまたはその他であり得る、またはそれを含むことができる。エネルギーバッファ２０４の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、それぞれ、コンバータＶ２ ３０８の入力ｉｎ１およびｉｎ３に接続される。
エネルギーバッファ２０４の出力ｏｕｔ２は、エネルギー源２ ３０４の出力ｏｕｔ２にも接続されることができる。エネルギー源２の別の出力ｏｕｔ１が、コンバータＶ２ ３０８の入力ｉｎ２に接続されることができる。エネルギー源２は、例えば、限定ではないが、以下、すなわち、電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ８００（図８Ａ）、高エネルギー密度（ＨＥＤ）コンデンサ６００（図８Ｂ）、少なくとも１つのバッテリ電池または直列および／または並列に接続された複数のバッテリ電池を含む、バッテリまたはバッテリモジュール６１０（図８Ｃ）、高エネルギー密度コンデンサ６００と並列に接続された電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ８００（図８Ｄ）、バッテリモジュール６１０と並列に接続された電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ８００（図８Ｅ）、高エネルギー密度コンデンサ６００およびバッテリモジュール６１０と並列に接続された、電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ８００（図８Ｆ）等の貯蔵要素のうちの１つを含むことができる。
コンバータＶ２ ３０８の例示的実施形態の簡略化された概略表現が、図５Ｂに示される。ここでは、コンバータＶ２ ３０８は、スイッチ回路２０７（図５Ｂに関して説明されるような）と、スイッチ回路２０８とを含む。スイッチ回路２０８は、任意の配列で、（ＬＣを通して）ｉｎ２をｉｎ１またはｉｎ３のいずれかに選択的に結合する任意のスイッチタイプを伴って構成されることができる。スイッチ回路２０８はまた、ｉｎ１およびｉｎ３からｉｎ２を通した電流の流れを遮断する（すなわち、ｉｎ２を単離する）ように構成されることもできる。スイッチ回路２０８は、本明細書に説明されるスイッチタイプのうちのいずれか（例えば、半導体ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧａＮトランジスタ、またはその他）で構成されることができる。半導体スイッチは、比較的に高いスイッチング周波数において動作され、それによって、コンバータＶ２ ３０８が、要求される場合、パルス幅変調モードで動作されること、および短い時間間隔内で制御コマンドに応答することを可能にし、過渡モードにおいて出力電圧調整および高速動的挙動の高い耐性を提供することができる。
本実施形態では、スイッチ回路２０８は、２つの独立して制御可能なスイッチＳ１およびＳ２を含み、仮想ゼロ電位にあり得る、入力Ｉｎ３に参照される、＋ＶＤＣＬおよび０である、２つの異なる電圧をノード１において発生させることができる。結合インダクタＬＣは、入力Ｉｎ２とノード１との間に接続される。エネルギー源２の出力ｏｕｔ１は、コンバータＶ２ ３０８の入力Ｉｎ３において結合インダクタＬＣに接続される。エネルギー源２ ３０４から消費される、またはそれに発生される電流は、例えば、パルス幅変調技法、またはスイッチＳ１およびＳ２を整流するためのヒステリシス制御方法を使用して、結合インダクタＬＣ上の電圧を調整することによって、制御されることができる。他の技法も、使用されることができる。スイッチＳ１およびＳ２のための制御信号入力経路は、示されていない。
本実施形態では、スイッチ回路２０７は、図５Ａに示されるような類似様式で構成され、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の異なる組み合わせによって、端子ｉｎ１とｉｎ２との間のＤＣライン電圧ＶＤＣＬを出力端子ｏｕｔ１およびｏｕｔ２に接続することによって、３つの異なる電圧出力、すなわち、＋ＶＤＣＬ、０（または短絡条件）、および－ＶＤＣＬを発生させることが可能な４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む。ｏｕｔ１とｏｕｔ２との間で＋ＶＤＣＬ電圧を取得するために、スイッチＳ３およびＳ６が、オンにされる一方、ｏｕｔ１とｏｕｔ２との間の－ＶＤＣＬ電圧は、スイッチＳ４およびＳ５をオンにすることによって取得されることができる。Ｓ３およびＳ５またはＳ４およびＳ６をオンにすることによって、出力電圧は、ゼロまたは基準電位に設定される。半導体スイッチＳ１およびＳ２と同様に、半導体スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の制御は、本明細書に説明される種々のＰＷＭまたはヒステリシス技法、またはその他を使用して、実施されてもよい。スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御信号入力経路は、示されていない。
本例示的コンソースＶ２モジュール１０８Ｂでは、エネルギー源１ ２０２は、一次エネルギー源として作用し、したがって、負荷によって必要とされる平均電力を供給する。エネルギー源２ ３０４は、負荷電力ピークにおいて付加的電力を提供すること、または過剰な電力を吸収することによって、エネルギー源１を支援する機能を伴う二次エネルギー源であり得る。
図１０は、６つの例示的コンバータ・ソースモジュール１０８を有する、例示的モジュールベースのエネルギー貯蔵システムからの出力電圧波形１０００を示す。
図１１は、コンソースＶ２モジュール１０８Ｂの例示的実施形態に関して、２つのエネルギー源（エネルギー源１ ２０２およびエネルギー源２ ３０４）と負荷との間の電力潮流管理１１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。負荷は、例えば、限定ではないが、電気自動車モータまたは配電網の単相であり得る。本実施形態は、各エネルギー源の電気特性（端子電圧および電流）と負荷１１０２の電気特性との間の完全な分断を可能にする。
これらの実施形態では、電力潮流コントローラ１ １１１０および電力潮流コントローラ２ １１２０は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２と別個である、離散制御デバイスであり得る、ＬＣＤ内のソフトウェアとして実装されることができる、ＬＣＤ内のハードウェアとして実装されることができる、またはＬＣＤ内のハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして実装されることができる。いくつかの実施形態では、電力潮流コントローラ１ １１１０および電力潮流コントローラ２ １１２０の機能は、ＬＣＤ１１４とＭＣＤ１１２との間で共有または分散されることができる。
電力潮流コントローラ１ １１１０は、ＬＣＤ１１４からエネルギー源１の基準電力潮流の信号（ＰＥＳ１，ＲＥＦ）を受信することができる。本信号は、モータ電力または配電網電力要件、およびコンソースＶ２モジュール１０８Ｂのエネルギー源１ ２０２のステータスに基づいて、ＭＣＤ１１２内に位置する主要電力管理コントローラによって決定されることができる。電力潮流コントローラ１ １１１０は、エネルギー源１ ２０２の最大許容充電および／または放電電流を推定し、エネルギー源１の実際の許容電力潮流（ＰＥＳ１）を計算することができる。本値は、ＰＣＯＮＳＯＵＲＣＥと比較されることができ、差異は、信号（ＰＥＳ２，ＲＥＦ）として電力潮流コントローラ２ １１２０に印加されることができる。電力潮流コントローラ２ １１２０は、エネルギー源２ ３０４の出力端子ｏｕｔ１とｏｕｔ２との間の電圧に基づいて、結合インダクタＬＣ内の基準電流を計算することができ、例えば、限定ではないが、パルス幅変調またはヒステリシス制御アルゴリズムを使用して、コンバータＶ２ ３０８のスイッチＳ１およびＳ２のための切替信号を決定する。したがって、全電力潮流（ＰＣＯＮＳＯＵＲＣＥ）が、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む、コンバータＶ２の切替部分によって提供されることができる。エネルギー源１ ２０２の電力潮流（ＰＥＳ１）は、エネルギー源１の最大許容電流、および限定ではないが、充電状態（ＳＯＣ）、健全性状態（ＳＯＨ）、基本電池または並列および／または直列接続された電池群の温度、等価直列抵抗、および同等物等のエネルギー源１の実際の条件に基づいて、推定されることができる。電力潮流（ＰＥＳ１）は、負荷（ＰＬＯＡＤ）およびエネルギー源２（ＰＥＳ２）の電流値の間の差異として維持されることができ、ＰＥＳ２は、スイッチＳ１、Ｓ２を含むコンバータＶ２ ３０８の切替部分および結合インダクタＬＣによって管理される。
多くの実施形態では、エネルギー源２ ３０４は、二次エネルギー源であり得、その機能は、負荷電力ピークにおいて電力を提供すること、および／または過剰な電力を吸収することによって、エネルギー源１ ２０２を支援することである。エネルギー源２ ３０４の二次機能は、例えば、単相システムの固有の脈動電力性質の結果として、コンバータＶ２の入力ｉｎ１およびｉｎ３において流動する電流ＩＤＣ＿ＣＯＮＶに出現する任意の二次電流高調波を低減させる（減衰させる）、または排除する等のための能動フィルタリングであり得る。本高調波は、負荷電流振幅の２倍にまで到達し得る、著しいピーク間値を有することができる。二次電流成分は、いくつかの不利点、例えば、結果として生じる電流ＲＭＳ値に関連するエネルギー源１ ２０２内の内側損失の増加を呈する。本二次機能を実施するために、エネルギー源２ ３０４は、独立型コンポーネントとして、または図８Ａ、８Ｂ、および８Ｄ－８Ｆに示されるように、他のエネルギー貯蔵要素と並列に接続された、電解コンデンサまたはウルトラキャパシタ（またはスーパーキャパシタ）を含むことができる。
図１２Ａおよび１２Ｂは、本能動フィルタリング二次機能の実施の前および間に生じる、波形１２００、１２２０の実施例を示す。補償が開始する前に（瞬間ｔ１の前に）、エネルギー源１ ２０２の電流（図１２Ａ）は、ＤＣ成分（ＩＤＣ＝１３０Ａ）と、振幅Ｉ２ＡＣ＝６０Ａを伴う二次高調波成分とを含む。コンバータＶ２ ３０８の切替挙動によって決定される高周波数高調波（図示せず）は、エネルギーバッファ２０４によって効率的にバッファリングされる。瞬間ｔ１から開始して、コンバータＶ２は、電流ＩＥＳ２を発生させ始め、電流ＩＥＳ１の二次高調波をエネルギー源２に再指向する。本電流ＩＥＳ２は、ＩＥＳ１電流の二次高調波の振幅に等しい主要高調波の振幅を有するが、エネルギー源１内の結果として生じる電流ＩＥＳ１が、ＤＣ成分のみ、または大部分は図１２Ａに示されるようにいくつかの有意に低減したＡＣリップルを伴うＤＣ成分のいずれかを含むような方法で、ほぼ反対の位相角を伴う。二次機能のみがコンバータＶ２によって実施される場合において、エネルギー源２が、コンデンサおよび／またはスーパーキャパシタ８１０のみを含む場合、電流ＩＥＳ２（図１２Ｂ）は、コンバータＶ２ ３０８の正しい動作のために要求される、設定された値においてエネルギー源２ ３０４のコンデンサおよび／またはスーパーキャパシタ８１０上の電圧を維持するために、負荷から、またはエネルギー源１ ２０２から供給される必要がある、ＤＣ成分を含んでもよい。
コンバータＶ２によって実施され、上記に説明される、一次および二次機能は両方とも、別個に、または同時にのいずれかで、実施されることができる。同時である場合、エネルギー源２ ３０４は、好ましくは、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｄ－８Ｆに示されるように、他のエネルギー貯蔵要素と並列に接続された電解コンデンサまたはウルトラキャパシタ８１０を含む。
コンソースＶ２モジュールのためのＬＣＤ１１４は、診断、測定、保護、および制御信号ラインのセットを介して、コンソースＶ２モジュール１０８Ｂに接続されて図３に示され、４つの主要機能のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てを実施することができる。第１の機能は、エネルギー源１ ２０２の管理である。第２の機能は、エネルギー源２ ３０４の管理である。第３の機能は、過電流、過電圧、および高温からのエネルギーバッファ２０４、より具体的には、そのコンポーネントの保護である。第４の機能は、コンバータＶ２ ３０８の制御および保護である。
コンソースＶ２モジュール１０８Ｂのためのエネルギー源１の管理の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＳ１、ＴＥＳ１、ＩＥＳ１を受け入れ、ＶＥＳ１は、エネルギー源１の全ての基本コンポーネント／電池の電圧、または、例えば、限定ではないが、個々の、または直列および／または並列に接続されたバッテリ電池、個々の、または直列および／または並列に接続されたウルトラキャパシタ電池等の基本コンポーネント／電池群の電圧であり、ＴＥＳ１は、エネルギー源１の全ての基本コンポーネントの温度、または基本コンポーネント群の温度であり、ＩＥＳ１は、エネルギー源１の出力電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤは、以下、すなわち、基本コンポーネントまたは基本コンポーネント群の実際の容量、実際の充電状態（ＳＯＣ）、および健全性状態（ＳＯＨ）を計算すること、測定および計算されたデータに基づいて警告またはアラーム信号を設定すること、ＭＣＤ１１２への対応する信号の伝送を実施することができる。
コンソースＶ２モジュール１０８Ｂのためのエネルギー源２ ３０４の管理の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＳ２、ＴＥＳ２、ＩＥＳ２を受信することができ、ＶＥＳ２は、エネルギー源２の全ての基本コンポーネントまたは電池の電圧、または、例えば、限定ではないが、個別に、または直列および／または並列に接続されたバッテリ電池、個別に、または直列および／または並列に接続されたウルトラキャパシタ電池等の基本コンポーネントまたは電池群の電圧であり、ＴＥＳ２は、エネルギー源２の全ての基本コンポーネントの温度、または基本コンポーネント群の温度であり、ＩＥＳ２は、エネルギー源２の出力電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤは、以下、すなわち、基本コンポーネントまたは基本コンポーネント群の実際の容量、実際の充電状態（ＳＯＣ）、および健全性状態（ＳＯＨ）を計算すること、測定および計算されたデータに基づいて警告またはアラーム信号を設定すること、および／またはＭＣＤへの対応する信号の通信を実施することができる。
コンソースＶ２モジュール１０８Ｂのためのエネルギーバッファ２０４の保護の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＢ、ＴＥＢ、ＩＥＢを受信し、ＶＥＢは、エネルギーバッファの少なくとも１つの主要なコンポーネント、例えば、限定ではないが、コンデンサＣＥＢ、またはコンデンサＣＥＢ１、ＣＥＢ２の電圧（図７Ａ－７Ｃ参照）であり、ＴＥＢは、エネルギーバッファの少なくとも１つの主要なコンポーネントの温度であり、および／またはＩＥＢは、エネルギーバッファの少なくとも１つの主要なコンポーネントを通した電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤは、以下を実施する、すなわち、測定されたデータに基づいて障害（例えば、警告またはアラーム）信号を設定する、および／または対応する障害信号をＭＣＤ１１２に伝送することができる。
コンソースＶ２モジュール１０８ＢのためのコンバータＶ２ ３０８の制御および保護の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、上記に説明される電力管理および／または二次高調波低減技法に従って、半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御信号を発生させるために、ＬＣＤにおいてＰＷＭおよび／またはヒステリシス機能で使用され得る、変調基準信号およびイネーブル信号、または基準信号および変調指数であり得る、コマンド信号をＭＣＤ１１２から受信する。コンバータＶ２の統合電流センサから来る電流フィードバック信号ＩＥＳ２、ＩＯＵＴ（図３に示されていない）が、半導体スイッチのうちの１つ以上のもの、好ましくは、全ての故障ステータス（例えば、短絡または開回路故障モード）についての情報を搬送する、例えば、コンバータＶ２ ３０８の半導体デバイスの駆動回路（図３に示されていない）から来る信号Ｆとともに、過電流保護のために使用されることができる。本具体的データに基づいて、ＬＣＤ１１４は、バイパスする、またはシステム１００（例えば、バッテリパック等）からコンバータＶ２およびコンソースＶ２モジュール全体を接続解除するために、対応する半導体スイッチに印加されるべき切替信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の組み合わせについて決定を行うことができる。
図４は、コンソースモジュールのバージョン３（コンソースＶ３）と称される、コンソースモジュール１０８Ｃの例示的実施形態を描写するブロック図であり、コンバータ・ソースモジュール１０８のタイプの実施例である。コンソースＶ３ １０８Ｃは、ひいては、ＭＣＤ１１４と通信可能に結合される、ＬＣＤ１１４と通信可能に結合される。
コンソースＶ３モジュール１０８Ｃは、所望される場合、補助負荷２ ４１０の接続のための付加的入力を伴って、エネルギー源、すなわち、エネルギー源１ ２０２と、コンバータＶ２ ３０８とを含むことができる。コンソースＶ３モジュールは、例示的システム１００内の他のコンソース（例えば、Ｖ１／Ｖ２／Ｖ３）モジュールと接続するための出力ポート１および２を有する。コンソースＶ３の図示される出力ポート３および４は、必要とされる場合、例示的システム１００の他のコンソースＶ３モジュールの同一の出力ポートへの例示的コンソースＶ３モジュールの接続のために、および／または所望される場合、補助負荷１ ４０８への接続のために使用される。コンソースＶ３ １０８Ｃの図示される出力ポート５および６は、必要とされる場合、例示的システム１００の他のコンソースＶ３モジュールの同一の出力ポートへの例示的コンソースＶ３モジュールの接続のために、および／または所望される場合、補助負荷２ ４１０への接続のために使用される。
コンソースＶ１ １０８Ａと同様に、コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのエネルギー源１ ２０２は、図６Ａ－６Ｃに関して説明される実施例のうちのいずれかまたはその他であり得る、またはそれを含むことができる。
エネルギー源１ ２０２の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、エネルギーバッファ２０４の入力端子ｉｎ１およびｉｎ２に接続される。コンソースＶ１ １０８Ａと同様に、コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのエネルギーバッファ２０４は、図７Ａ－７Ｃに関して説明される実施例のうちのいずれかまたはその他であり得る、またはそれを含むことができる。
エネルギーバッファ２０４の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、それぞれ、コンバータＶ２ ３０８の入力ｉｎ１およびｉｎ３に接続される。コンバータＶ２ ３０８は、コンソースＶ２モジュール１０８Ｂに関して（例えば、図５Ｂに関して）議論されるように構成されることができる。本実施形態では、結合インダクタＬＣの出力は、図４に示されるように、コンバータＶ２ ３０８の入力Ｉｎ２を通して、コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのポート５に、および随意の補助負荷２ ４１０に接続される。補助負荷２が、入力コンデンサを有するため、コンバータＶ２ ３０８は、電圧をオンに調整する負荷上の要求される定電圧および結合インダクタＬＣを通した電流を調整し、逓減し、安定させ得ると仮定される。入力コンデンサが存在しない場合、随意のコンデンサ（図示せず）が、結合インダクタＬＣとＬＣ回路を形成するようにＩｎ２とＩｎ３と（またはノード１とｉｎ３と）の間に設置されることができる。例えば、エネルギー源１が、４８Ｖ標準動作電圧（例えば、直列の１２個の４Ｖ電池）を伴うバッテリモジュールであり、補助負荷２が、２４Ｖを要求する場合、Ｓ１およびＳ２は、５０％デューティサイクルで（Ｓ１が閉鎖され、Ｓ２開放し、次いで、Ｓ１が開放し、Ｓ２が閉鎖された状態で）動作するように制御され、電流および／または電圧センサからのフィードバックに基づいて、電圧を２４Ｖのより低い逓減されたレベルで維持するように、それに応じて調節されることができる。補助負荷１が、エネルギー源１と並列に結合され、したがって、コンバータＶ２ ３０８による調整を伴わないエネルギー源１と同一の電圧において動作する。
付加的補助負荷（例えば、補助負荷１）が、出力３および４をエネルギー源１と同一の電圧において動作する他の負荷に結合することによって、または代替として、それらの付加的負荷のために出力３および４の付加的インスタンスを提供することによって、供給されることができる。エネルギー源１からの逓減された電圧において動作する付加的補助負荷（例えば、補助負荷２）が、付加的出力ポート５および６を伴って、スイッチ回路２０８および結合インダクタＬＣの付加的インスタンスを追加することによって、供給されることができる。したがって、本明細書に説明されるモジュール１０８は、同一の電圧レベルまたはエネルギー源１よりも低い電圧レベルにおいて動作する、任意の数の１つ以上の補助負荷に供給するように構成されることができる。
半導体スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御切替信号は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２における採用された制御技法の柔軟性および要件に応じて、異なる方法で発生されてもよい。
エネルギー源１ ２０２は、接続された場合、システム１００の負荷、補助負荷１４０８、および／または補助負荷２ ４１０によって必要とされる電力の対応する部分を供給することができる。図１３は、エネルギー源１、補助負荷１、および補助負荷２の間の電力潮流が調節され得る、コンソースＶ３モジュールのための電力潮流管理の実施例を示す。補助負荷の実施例は、例えば、電気自動車の車載電気ネットワーク、電気自動車のＨＶＡＣシステムであり得る。システム１００の負荷は、例えば、電気自動車モータまたは配電網の位相のうちの１つであり得る。本実施形態は、エネルギー源の電気特性（端子電圧および電流）と負荷の電気特性との間の完全な分断を可能にすることができる。
これらの実施形態では、図１３を参照して、電力潮流コントローラ１ １３１０（ＰＦＣ１）、電力潮流コントローラ２ １３２０（ＰＦＣ２）、電力潮流推定器１（ＰＦＥ１）、および電力潮流推定器２（ＰＦＥ２）は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２と別個である、離散制御デバイスであり得る、ＬＣＤ内のソフトウェアとして実装されることができる、ＬＣＤ内のハードウェアとして実装されることができる、またはＬＣＤ内のハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして実装されることができる。いくつかの実施形態では、ＰＦＣ１、ＰＦＣ２、ＰＦＥ１、およびＰＦＥ２の機能は、ＬＣＤとＭＣＤとの間で共有または分散されることができる。解説を容易にするために、以下の実施形態では、ＰＦＣ１、ＰＦＣ２、ＰＦＥ１、およびＰＦＥ２は、ＬＣＤによって実行されるソフトウェア命令として実装される。
ＰＦＥ１は、エネルギー源１ ２０２の基準電力潮流の信号ＰＥＳ１，ＲＥＦを、負荷電力要件および本具体的コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのエネルギー源１のステータスに基づいて、ＭＣＤ１１２内に位置する（図示されていない）主要電力管理コントローラから受信することができる。ＰＦＥ１はまた、補助負荷１ ４０８の電力消費および／または発生によって決定され、補助負荷１内の電流（例えば、コンソースＶ３モジュール内に統合され得る電流センサによって測定される、またはＬＣＤによって補助負荷１から直接受電される）に基づいて電力計算ブロック（図１３に示されていない）で取得される、信号ＰＬＯＡＤ１を受信することもできる。エネルギー源１ ２０２のための全基準電力潮流ＰＴＯＴ＿ＲＥＦ＿ＥＳ１は、ＰＥＳ１，ＲＥＦおよびＰＬＯＡＤ１の総和であり得る。ＰＦＣ１ １３１０は、エネルギー源１の最大許容充電および／または放電電流を推定し、エネルギー源１の実際の許容電力潮流ＰＴＯＴ，ＥＳ１を計算することができる。
ＰＦＥ２ １３２０は、ＰＦＣ１からエネルギー源１の全電力潮流の信号ＰＴＯＴ，ＥＳ１を受信することができる。ＰＦＥ２は、補助負荷２の電力消費および／または発生によって決定され、補助負荷２内の電流（例えば、コンソースＶ３モジュール内に統合され得る電流センサによって測定される、またはＬＣＤによって補助負荷２から直接受電される）に基づいて電力計算ブロック（図１３に示されていない）で取得される、信号ＰＬＯＡＤ２も受信することができる。２つの補助負荷を伴うコンソースＶ３モジュールのための全基準電力潮流ＰＣＯＮＳＯＵＲＣＥは、ＰＬＯＡＤ２およびＰＴＯＴ，ＥＳ１の総和であり得る。全ＰＣＯＮＳＯＵＲＣＥ電力潮流は、そのそれぞれがスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む、種々のコンバータＶ２の切替部分によって提供される。電力潮流ＰＬＯＡＤ２は、スイッチＳ１、Ｓ２を含むコンバータＶ２の切替部分および結合インダクタＬＣによって管理されることができる。
コンソースＶ３モジュール１８０ＣのためのＬＣＤ１１４は、図４に示される。これは、診断、測定、保護、および制御信号ラインのセットを介して、コンソースＶ２モジュール１０８Ｂに接続されることができ、４つの主要機能のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てを実施することができる。第１の機能は、エネルギー源１ ２０２の管理であり得る。第２の機能は、補助負荷２ ４１０の管理であり得る。第３の機能は、過電流、過電圧、および高温からのエネルギーバッファ２０４、より具体的には、そのコンポーネントの保護であり得る。第４の機能は、コンバータＶ１の制御および保護であり得る。
いくつかの例示的実施形態では、コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのためのエネルギー源１ ２０２の管理の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、測定信号ＶＥＳ１、ＴＥＳ１、ＩＥＳ１を受け入れ、ＶＥＳ１は、エネルギー源１ ２０２の全ての基本コンポーネント／電池の電圧、または、例えば、限定ではないが、個々の、または直列および／または並列に接続されたバッテリ電池、個々の、または直列および／または並列に接続されたウルトラキャパシタ電池等の基本コンポーネント／電池群の電圧であり、ＴＥＳ１は、エネルギー源１の全ての基本コンポーネントの温度、または基本コンポーネント群の温度であり、ＩＥＳ１は、エネルギー源１の出力電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤは、以下、すなわち、基本コンポーネントまたは基本コンポーネント群の実際の容量、実際の充電状態（ＳＯＣ）、および健全性状態（ＳＯＨ）を計算すること、測定および計算されたデータに基づいて警告またはアラーム信号を設定すること、ＭＣＤへの対応する信号の伝送を実施することができる。
コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのための補助負荷２ ４１０の管理の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤは、測定信号ＶＡＬ２、ＩＡＬ２を受信し、ＶＡＬ２は、コンソースＶ３モジュールのポート５と６との間の電圧であり、ＩＡＬ２は、補助負荷２の電流である、コンバータＶ２の結合インダクタＬＣ内の電流である。いくつかの実施形態では、ＬＣＤは、モジュール１０８Ｃの変調指数を調節することによって補正を実施するＭＣＤにこれらの信号（またはそれらの表現）を報告する。他の実施形態では、これらの信号に基づいて、ＬＣＤは、補助負荷２上の電圧を安定させるため、および／または制御するために、ＬＣＤ内のパルス幅変調のための基準信号の補正を実施する。
コンソースＶ３モジュール１０８Ｃのためのエネルギーバッファ２０４の保護の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤは、測定信号ＶＥＢ、ＴＥＢ、ＩＥＢを受信することができ、ＶＥＢは、エネルギーバッファの少なくとも１つの主要なコンポーネント、例えば、限定ではないが、コンデンサＣＥＢ、またはコンデンサＣＥＢ１、ＣＥＢ２の電圧（図７Ａ－７Ｃ参照）であり、ＴＥＢは、エネルギーバッファ２０４の少なくとも１つの主要なコンポーネントの温度であり、ＩＥＢは、エネルギーバッファ２０４の少なくとも１つの主要なコンポーネントを通した電流である。これらの測定信号に基づいて、ＬＣＤは、以下を実施する、すなわち、測定されたデータに基づいて障害（例えば、警告またはアラーム）信号を設定する、および／または対応する障害信号をＭＣＤに伝送することができる。
コンソースＶ３モジュール１０８ＣのためのコンバータＶ２ ３０８の制御および保護の機能は、以下の通りであり得る。ＬＣＤ１１４は、上記に説明される電力管理および／または二次高調波低減技法に従って、半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のための制御信号を発生させるためにＰＷＭおよび／またはヒステリシス機能で使用され得る、変調基準信号およびイネーブル信号、または基準信号および変調指数であり得る、コマンド信号をＭＣＤ１１２から受信する。コンバータＶ２の統合電流センサから来る電流フィードバック信号ＩＥＳ２、ＩＯＵＴ（図４に示されていない）が、半導体スイッチのうちの１つ以上のもの、好ましくは、全ての故障ステータス（例えば、短絡または開回路故障モード）についての情報を搬送する、コンバータＶ２の半導体デバイスの駆動回路（図４に示されていない）から来る１つ以上の信号Ｆとともに、過電流保護のために使用されることができる。本具体的データに基づいて、ＬＣＤは、バイパスする、またはシステム１００（例えば、バッテリパック等）からコンバータＶ２ ３０８およびコンソースＶ３モジュール全体を接続解除するために、対応する半導体スイッチに印加されるべき切替信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の組み合わせについて決定を行うことができる。
コンソースモジュールの一実施例は、第１のエネルギー源としてバッテリを有する、コンバータ・バッテリモジュールである。コンバータ・バッテリモジュールは、コンバット（ＣｏｎＢａｔｔ）モジュールと称されることができる。コンバットモジュールは、例えば、電気自動車（ＥＶ）等の移動用途のバッテリパックで使用されることができる。複数のコンバットモジュールを伴うバッテリパックとして使用するために構成されるシステム１００は、コンバットパックと称されることができる。
他の例示的実施形態では、コンソースモジュールは、光起電性パネルおよび／または無線充電受信機等の付加的電力源と接続することができる。他の例示的実施形態では、システム１００は、例えば、ＥＶの車載電気ネットワークシステムおよび空調機等の異なる電圧レベルの他の補助負荷と結合される、別のシステム１００（例えば、別のコンバットパック）に接続することができる。
コンソースモジュールＶ１、Ｖ２、またはＶ３の一例示的実施形態の特徴は、所望に応じて、コンソースモジュールＶ１、Ｖ２、またはＶ３の別の例示的実施形態の特徴と組み合わせられることができる。例えば、コンソースモジュールＶ１およびＶ２はそれぞれ、コンソースモジュールＶ３に対して記載されているように、補助負荷１および／または２に供給するように構成されることができる。別の実施例として、コンソースモジュールＶ１およびＶ３はそれぞれ、コンソースモジュールＶ２に対して記載されているように、第２のエネルギー源（エネルギー源２）を伴って構成されることができる。
モジュールベースのシステムのためのモジュール配列の例示的実施形態
図１５－２９は、種々のアーキテクチャまたは構成に従って配列されるシステム１００の例示的実施形態を描写する。これらの実施形態では、システム１００は、１つ以上のモジュールパックとして構成され得るが、実施形態は、パックに限定されない。例証を容易にするために、各実施形態におけるＭＣＤおよびＬＣＤは、示されていない。分かり得るように、モジュールは、各モジュールによって寄与される電力が、例えば、単相ＡＣ出力、ＡＣ出力の複数の位相、およびＤＣ出力のうちの１つ以上のものを形成するために合計され得るように、多数の方法で配列されることができる。
図１５は、本開示による、Ｎ個の接続されたコンソースモジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎの１次元アレイを含む、コンソースパック１５００の例示的実施形態を示す。１次元アレイはまた、各段階が１つのモジュール１０８に対応する、Ｎ個の段階のカスケードと称されることもできる。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。アレイ内のコンソースモジュールはそれぞれ、図２、３、および４に関して上記に議論される３つのモジュールバージョン（Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３）のうちのいずれか１つに従って構成されてもよい。複数のコンソースモジュールは、同一のモジュールバージョン（Ｖ１、Ｖ２、またはＶ３）に従って構成されるモジュール、または３つのモジュールバージョン（Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３）のうちの２つ以上のものに従って構成されるモジュールの混合物を含んでもよい。１次元アレイの第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール（「第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール」）の第１のポート１が、コンソースモジュールの１次元アレイの第１の出力端子ｏｕｔ１に接続される。第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第２の行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール（「第２のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール」）の第１のポート１に接続される。同一の順序でさらに第Ｎまたは最後の行内の第ＮコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールまで、第２のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第３の行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール（「第３のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール」）の第１のポート１に接続される等である。第ＮコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、１次元アレイ１５００の第２の出力端子ｏｕｔ２に接続される。Ｎ個の接続されたコンソースモジュールの本１次元アレイは、ＤＣまたはＡＣ単相負荷のための定常エネルギー貯蔵用途のために、例えば、バッテリパック等のＤＣまたは単相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。ＤＣまたはＡＣ単相負荷が、第１および第２の出力端子ｏｕｔ１とｏｕｔ２との間に接続されることができる。
Ｎ個の接続されたコンソースモジュールの１次元アレイの出力電圧は、例えば、限定ではないが、位相偏移キャリア技法と、空間ベクトル変調または正弦パルス幅変調（「ＰＷＭ」）を併用して、発生されることができる。コンソースモジュールのコンバータ毎の切替信号は、次いで、位相偏移搬送波技法を使用して発生されてもよい。本技法は、コンソースモジュールが持続的に回転され、電力がそれらの間でほぼ等しく分配されることを確実にする。
位相偏移技法の例示的目的は、増分的に偏移した２レベル波形を使用して、多重レベル出力ＰＷＭ波形を発生させることである。したがって、ＸレベルＰＷＭ波形が、（Ｘ－１）／２個の２レベルＰＷＭ波形の総和によって生成される。これらの２レベル波形は、基準波形Ｖｒｅｆを増分的に３６０°／（Ｘ－１）偏移される三角形の搬送波１４００、１４１０（図１４Ａ、１４Ｂ）と比較することによって発生される。９レベル実施例１４００が、図１４Ａ（４つのモジュール１０８を使用）に示される。搬送波は、増分的に３６０°／（９－１）＝４５°偏移され、基準波形と比較される。結果として生じた２レベルＰＷＭ波形１４２０は、図１４Ｃに示される。これらの２レベル波形は、各コンソースモジュール１０８内のコンバータの半導体スイッチのための切替信号として使用されてもよい。実施例として、（Ｈブリッジに配列されたＳ３、Ｓ４、Ｓ５を伴って）コンバータＶ１をそれぞれ有する、４つのカスケード接続されたコンソースモジュールを含む、１次元アレイに関して、０°信号は、第１のコンソースモジュールのＳ３のために、１８０°信号は、Ｓ６のために使用され、４５°信号は、第２のコンソースモジュールのＳ３のために、２２５°信号は、Ｓ６のために使用される等である。コンバータＶ１／Ｖ２／Ｖ３の全てでは、各区間のシュートを回避するためのある不感時間とともに、Ｓ３のための信号は、Ｓ４を補完し、Ｓ５のための信号は、Ｓ６を補完することに留意されたい。図１４Ｄは、４つのモジュールからの出力電圧の重畳によって生成される、例示的ＡＣ波形を描写する。
変調を実装するために使用されるハードウェアのリソースおよび限定に応じて、代替物は、最初の（Ｎ－１）／２個の搬送波とともに、負の基準信号を発生させることである。９レベル実施例が、図１４Ｂに示される。この場合、０°～１３５°ＰＷＭ信号は、Ｖｒｅｆを対応する搬送波と比較することによって発生され、１８０°～３１５°ＰＷＭ信号は、－Ｖｒｅｆを０°～１３５°の搬送波と比較することによって発生される。しかしながら、後者の場合の比較の論理は、逆転されなければならない。状態機械デコーダ等の他の技法もまた、Ｈブリッジのためのゲート信号を発生させるために使用されてもよい。
多相システム実施形態では、同一の搬送波が、位相毎に使用されることができる、または搬送波のセットが、位相毎に全体として偏移されることができる。例えば、３相システムでは、各位相アレイは、図１４Ａおよび１４Ｂに示されるものと同一の相対オフセットを伴って同数の搬送波を使用することができるが、第２の位相の搬送波は、第１の位相の搬送波と比較して１２０度偏移され、第３の位相の搬送波は、第１の位相の搬送波と比較して２４０度偏移される。多くの場合、搬送波周波数は、固定されるであろうが、いくつかの例示的実施形態では、搬送波周波数は、調節されることができる。搬送波周波数の調節は、高電流条件下でＥＶモータ内の損失を低減させることに役立ち得る。
図１５に示されるシステム１００の本１次元アレイ１５００実施形態は、コンソースモジュール内に有意に低減した切替および伝導損失を伴う低および／または中電圧定格エネルギー源要素および切替コンポーネント（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴＳ等）を使用して、第１および第２の端子ｏｕｔ１とｏｕｔ２との間に非常に低い全高調波歪みを伴って任意の形状の高電圧を取得することを可能にする。
図１６は、本開示による、Ｎ個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎの２次元アレイ１６００または２つの１次元アレイ１５００を含む、コンソースパックの第１のバージョンの例示的実施形態を示す。本２次元アレイ１６００を形成する、２つの１次元アレイ１５００のそれぞれのＤＣまたはＡＣ電圧発生の出力が、図１５に関して上記に説明される。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。１次元アレイの両方の第Ｎまたは最後の行内の第ＮコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのそれぞれの第２のポート２が、ともに、および２次元アレイの共通出力端子Ｏｕｔ３に接続される。出力電圧が、第１および第２の出力端子Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２と共通出力端子Ｏｕｔ３との間に提供される。
２Ｎ個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの本２次元アレイは、ＤＣまたはＡＣ単相負荷のために、定常エネルギー貯蔵用途のためにの２相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。負荷が、第１および第２の出力端子Ｏｕｔ１とＯｕｔ２との間に接続されることができる一方、共通端子Ｏｕｔ３は、要求される場合、負荷の中性端子に接続されることができる。
例示的２次元アレイベースのコンソースパックの第１および第２の出力端子ｏｕｔ１およびｏｕｔ２は、結合インダクタを介してともに接続され、共通出力端子ｏｕｔ３がＡＣまたはＤＣ負荷の第２の端子に接続されるときに、ＡＣまたはＤＣ負荷の同一の第１の端子に接続されることができる。この場合、Ｎ行を伴うそのような２次元アレイベースのコンソースパックの出力電力能力は、同数のＮ行を伴う１次元アレイベースのコンソースパックのうちの１つよりも２倍高い。
図１６に示されるシステム１００の本２次元アレイ実施形態は、９０度位相変位を伴って高電圧の２相システムを取得することを可能にする。例えば、そのようなシステムは、電気炉で使用されることができる。一般に、非常に低い全高調波歪みを伴う任意の形状の高電圧は、コンソースモジュール内に有意に低減した切替および伝導損失を伴う低および／または中電圧定格エネルギー源要素および切替コンポーネント（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴＳ等）を使用して、端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２と、中性端子としての役割を果たし得る共通端子ｏｕｔ３との間で取得されることができる。
図１７は、本開示による、ＮおよびＮ＋１個の接続されたコンソースモジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎの２次元アレイ１７００または２つの１次元アレイを含む、コンソースパックの第２のバージョンの例示的実施形態を示す。本２次元アレイを形成する、ＮおよびＮ＋１個の接続されたコンソースモジュールを伴う２つの１次元アレイ１５００のそれぞれのＤＣまたはＡＣ電圧発生の出力が、図１５に関して上記に説明される。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。１次元アレイの両方の第Ｎまたは最後の行内の第ＮコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのそれぞれの第２のポート２が、付加的または第Ｎ＋１コンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１および第２のポート１および２に接続される。
２Ｎ＋１個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの本２次元アレイは、ＤＣまたはＡＣ単相負荷のために、定常エネルギー貯蔵用途のための単相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。負荷は、１次元アレイのそれぞれの第１の行内の第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１および第２の出力端子Ｏｕｔ１とＯｕｔ２との間に接続されることができる。
図１８は、本開示による、３次元アレイ１８００で接続される複数のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎを含む、コンソースパックの第１のバージョンの例示的実施形態を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。コンソースパックの第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、およびｏｕｔ３が、本３次元アレイ１８００ベースのコンソースパックを形成する、３つの１次元アレイ１５００のそれぞれの第１の行の第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポートに接続される。本３次元アレイ１８００ベースのコンソースパックを形成する、３つの１次元アレイ１５００のそれぞれのＤＣまたはＡＣ電圧発生の出力が、図１５に関して上記に説明される。３つの１次元アレイのそれぞれの第Ｎまたは最後の行内の第ＮコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、ともに、および３次元アレイの共通出力端子ｏｕｔ４に接続される。出力電圧は、第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、ｏｕｔ３と共通出力端子ｏｕｔ４との間に提供される。
３Ｎ個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎの本３次元アレイ１８００は、図２２に示されるように、ＤＣまたはＡＣ単一負荷、３相負荷、３相送電網、または３相電気モータ２２００のために、定常エネルギー貯蔵用途または電気自動車用途のための３相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。３相負荷が、第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、ｏｕｔ３の間に接続されることができる一方、共通出力端子ｏｕｔ４は、要求される場合、負荷の中性端子に接続されることができる。
３次元アレイベースのコンソースパックの第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、およびｏｕｔ３は、結合インダクタを介してともに接続され、共通出力端子ｏｕｔ４がＤＣまたは単相ＡＣ負荷の第２の端子に接続されるときに、ＤＣまたは単相ＡＣ負荷の同一の第１の端子に接続されることができる。この場合、Ｎ行を伴うそのような３次元アレイベースのコンソースパックの出力電力能力は、同数のＮ行を伴う１つの１次元アレイベースのＡＣｉバッテリパックよりも３倍高い。
図１９に示されるシステム１００の本３次元アレイ１９００実施形態は、コンソースモジュール内に有意に低減した切替および伝導損失を伴う低および／または中電圧定格エネルギー源要素および切替コンポーネント（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴＳ等）を使用して、端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、ｏｕｔ３と、中性端子としての役割を果たし得る共通端子ｏｕｔ３との間に非常に低い全高調波歪みを伴って任意の形状の高電圧の３相システムを取得することを可能にする。そのようなシステムは、配電網に接続されることができ、能動電源またはバッファ、無効電力補償器および力率補正器、非常に高い動的応答を伴う能動高調波フィルタ、および送電網のｏｕｔ１、ｏｕｔ２、ｏｕｔ３と位相との間の有意に縮小されたサイズの受動フィルタとして、使用されることができる。本システムはまた、バッテリ、スーパーキャパシタ、燃料電池等のエネルギー源要素からエネルギーを提供する、３相負荷に接続されることもできる。
図１９は、本開示による、３次元アレイ１９００で接続される複数のコンソースモジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎを含む、コンソースパックの第２のバージョンの例示的実施形態を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。
３つの１次元アレイ１５００のそれぞれの第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１（「第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール」）の第１のポート１が、本３次元アレイベースのコンソースパックを形成する、３つの１次元アレイのそれぞれの第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、およびｏｕｔ３に接続される。本３次元アレイを形成する、Ｎ個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールを伴う３つの１次元アレイのそれぞれの出力ＤＣまたはＡＣ電圧発生が、図１５に関して上記に説明される。第１のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第２のポート２が、３つの１次元アレイの第２の行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－２（「第２のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール」）の第１のポート１に接続される。同一の順序で、Ｍが２以上の、さらにコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのＭの行数まで、第２のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、３つの１次元アレイの第３の行（図示せず）内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。
第Ｍ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１が、第Ｍ行（図示せず）のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２に接続される。第Ｍ＋１行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第Ｍ＋２行（図示せず）内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。同一の順序でさらにコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのＭ＋Ｎの行数まで、第Ｍ＋２行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２の出力ポート２が、第Ｍ＋３行（図示せず）内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。
３次元アレイの第１の列１５００の最後の行または第Ｍ＋Ｎ行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、３次元アレイの第２の列１５００’のＭ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。３次元アレイの第２の列の最後の行または第Ｍ＋Ｎ行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、３次元アレイの第３の列１５００”のＭ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。３次元アレイの第３の列の最後の行または第Ｍ＋Ｎ行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、３次元アレイの第１の列のＭ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。
接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの本３次元アレイは、図２３に示されるように、ＤＣまたはＡＣ単一負荷、３相負荷、３相送電網、または３相電気モータのために、定常エネルギー貯蔵用途または電気自動車用途のための３相エネルギー源として使用されることができる。
図１８に関して述べられる利点に加えて、直列接続およびデルタ接続されたコンソースモジュールの組み合わせを伴う、図１９に示されるシステム１００の本３相（３次元アレイ）構成された実施形態は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と送電網または負荷の位相との間のエネルギーの効果的な交換を可能にする。デルタおよび直列接続されたコンソースモジュールの組み合わせは、所望の出力電圧を取得するために、アレイ内のコンソースモジュールの総数を削減することを可能にする。
図２０は、本開示による、３次元アレイ２０００で接続される複数のコンソースモジュールを含む、コンソースパックの第３のバージョンの例示的実施形態を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。コンソースパックの第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、およびｏｕｔ３が、本３次元アレイ２０００ベースのコンソースパックを形成する、３つの１次元アレイ１５００の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１に接続される。本３次元アレイを形成する、Ｎ個の接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１、１０８－２…１０８－Ｎを伴う３つの１次元アレイのそれぞれのＤＣまたはＡＣ電圧発生の出力が、図１５に関して上記に説明される。３次元アレイの第１の列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第Ｎ＋１行の相互接続（ＩＣ）モジュール１０８－ＩＣとして採用される、第１の付加的コンソースＶ３モジュール１０８Ｃの第１のポート１に接続される。３次元アレイの第２の列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第Ｎ＋１行の第１の付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第２のポート２に接続される。３次元アレイの第３の列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、第Ｎ＋１行の第２の付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第２の付加的コンソースＶ３モジュールの第２のポート２が、コンソースパックの第４の出力端子Ｏｕｔ４に接続される。第Ｎ＋１行の第１および第２の付加的コンソースＶ３モジュールの第３および第４のポート３および４は、図２０に示されるように相互接続される。
接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの本３次元アレイは、図２４に示されるように、ＤＣまたはＡＣ単一負荷、３相負荷、３相送電網、または３相電気モータのために、定常エネルギー貯蔵用途または電気自動車用途のための３相エネルギー源として使用されることができる。３相負荷が、第１、第２、および第３の出力端子ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、およびｏｕｔ３の間に接続されることができる一方、第４の出力端子ｏｕｔ４は、充電端子としての役割を果たすことができる。
図１８に関して述べられる利点に加えて、２つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣを伴う、図２０に示されるシステム１００の本３相（３次元アレイ）構成された実施形態は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と送電網または負荷の位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。
図２１は、本開示による、Ｋが、実施例として、３以上の、Ｋ個の１次元アレイ１５００を含む、多次元アレイ２１００で接続される複数のコンソースモジュールを含み、提示および参照目的のみのために、複数の行およびＫ列を有する例示的配向で図示される、コンソースパックの第４のバージョンの例示的実施形態を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。Ｋ個の１次元アレイ１５００はそれぞれ、第１および第２のポートを有する、Ｍ＋Ｎ個のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１…１０８－（Ｍ＋Ｎ）を含む。第１、第Ｋ、および他の奇数の整数の１次元アレイはそれぞれ、第１、第２、第３、および第４のポートを有する、第Ｍ＋Ｎ＋１付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣを含む。
それぞれ、Ｋ個の１次元アレイのそれぞれの第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１は、本多次元アレイベースのコンソースパックを形成する、Ｋ個の１次元アレイの第Ｋ出力端子ｏｕｔＫまで、第１および第２の出力端子ｏｕｔ１およびｏｕｔ２のうちの個々のものに接続される等である。第１の行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、Ｋ個の１次元アレイのそれぞれの第２の行（図示せず）内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。同一の順序で、Ｍが２以上の、さらにコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのＭの行数まで、第２の行内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２が、Ｋ個の１次元アレイのそれぞれの第３の行（図示せず）内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。
第Ｍ行の第１のアレイ列のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｍの第２のポート２は、第１の行の第２のアレイ列のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１に接続される。同一の順序で第Ｋアレイ列まで、第Ｍ行の第２のアレイ列のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｍの第２のポート２は、第１の行の第３のアレイ列のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１に接続される等であり、第Ｍ行の第Ｋアレイ列内のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｍの第２のポート２は、第１の行の第１のアレイ列のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１に接続される。
第Ｍ＋１行の第１から第Ｋアレイ列の全てのコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｍ＋１）の第１のポート１は、第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｍの第２のポート２に接続される。同一の順序で、Ｎが２以上の、さらにコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールのＮの行数まで、第Ｍ＋１行の第１から第Ｋアレイ列の全てのコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｍ＋１）の第２のポート２は、第Ｍ＋２行の第１から第Ｋ列の全てのコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。
多次元アレイの第１のアレイ列の第Ｍ＋Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋Ｎ＋１行の第１の付加的コンソースＶ３モジュールの第１のポート１に接続される。多次元アレイの第２のアレイ列の第Ｍ＋Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋Ｎ＋１行の第１の付加的コンソースＶ３モジュールの第２のポート２に接続される。多次元アレイの第Ｋ－２アレイ列の第Ｍ＋Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋Ｎ＋１行の第（（Ｋ－１）／２）付加的コンソースＶ３モジュールの第１のポート１に接続される。多次元アレイの第Ｋ－１列の第Ｍ＋Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋Ｎ＋１行の第（（Ｋ－１）／２）付加的コンソースＶ３モジュールの第２のポート２に接続される。多次元アレイの第Ｋ列の第Ｍ＋Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋Ｎ＋１行の第（Ｋ＋１）／２付加的コンソースＶ３モジュールの第１のポート１に接続される。第（Ｋ＋１）／２付加的コンソースＶ３モジュールの第２のポート２は、コンソースパックの第Ｋ出力端子ｏｕｔＫ＋１に接続される。第Ｍ＋Ｎ＋１行の（Ｋ＋１）／２個全ての付加的コンソースＶ３モジュールの出力ポート３および４は、図２１に示されるように、ともに接続される。
接続されたコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの本多次元アレイは、ＤＣ負荷、多相ＡＣ負荷、多相送電網、または多相電気モータのために、定常エネルギー貯蔵用途または電気自動車用途のための多相エネルギー源として使用されることができる。
図１８に関して述べられる利点に加えて、デルタ接続および直列接続されたコンソースモジュールおよび付加的相互接続コンソースＶ３モジュールの組み合わせを伴う、図２１に示されるシステム１００の本多次元アレイ２１００実施形態は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と送電網または負荷の位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。デルタおよび直列接続されたコンソースモジュールの組み合わせは、所望の出力電圧を取得するために、アレイ内のコンソースモジュールの総数を削減することを可能にする。
図２２および図２３は、それぞれ、図１８および図１９に提示され、任意のタイプの３相電気モータ２２００にさらに接続されるような、それぞれ、コンソースパック１８００、１９００の第１および第２のバージョンの例示的実施形態を示す。図２２に示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。同一のことが、図２３に示されるモジュール１０８の全てに適用される。
図２２に示されるシステム１００の３次元アレイ１８００（３相モータ駆動システム）実施形態は、有意に低減した切替および伝導損失を伴う低および／または中電圧定格エネルギー源要素および切替コンポーネント（ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴＳ等）を使用して、モータ位相Ａ、Ｂ、およびＣの間に非常に低い全高調波歪みを伴って任意の形状の高電圧の３相システムを取得することを可能にする。そのようなシステムは、２レベルインバータの場合のような嵩張る受動フィルタの使用を要求せず、高動的応答を有する。
図２２に関して述べられる利点に加えて、直列接続およびデルタ接続されたコンソースモジュール１０８の組み合わせを伴う、図２３に示されるシステム１００（３次元アレイ）の３相モータ駆動実施形態１９００は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と電気モータ２２００の全ての位相との間のエネルギーの効果的な交換を可能にする。デルタおよび直列接続されたコンソースモジュールの組み合わせは、所望の出力モータ電圧を取得するために、アレイ内のコンソースモジュールの総数を削減することを可能にする。
図２４は、任意のタイプの３相電気モータ２２００に接続されるコンソースパックの第３のバージョンの例示的実施形態を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。コンソースパックは、図２１に提示される通りであり、Ｋは、３に等しく、第Ｎ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第３および第４の出力ポート３および４が、ともに、および第２の補助負荷２に接続される。第Ｎ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールはさらに、ともに、および第１の補助負荷１ ４０８に接続される、第５および第６の出力ポート５および６を含む。第１の補助負荷１および第２の補助負荷２ ４１０は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２１に関して述べられる利点に加えて、直列接続およびデルタ接続されたコンソースモジュール１０８および２つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの組み合わせを伴う、図２４に示されるシステム１００（３次元アレイ）の本３相モータ駆動実施形態２４００は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と電気モータ２２００の位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。デルタおよび直列接続されたコンソースモジュールの組み合わせは、所望の出力モータ電圧を取得するために、アレイ内のコンソースモジュールの総数を削減することを可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュールの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールのアレイ全体によって送達される。
図２５は、任意のタイプの３相電気モータ２２００に接続されるコンソースパックの第４のバージョンの例示的実施形態２５００を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。コンソースパックは、図２０に提示される通りであり、第Ｎ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８の第３および第４の出力ポート３および４が、ともに、および第２の補助負荷４１０に接続される。第Ｎ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールはさらに、ともに、および第１の補助負荷４０８に接続される、第５および第６の出力ポート５および６を含む。第１の補助負荷４０８および第２の補助負荷４１０は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２２に関して述べられる利点に加えて、２つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣを伴う、図２５に示されるシステム１００（３次元アレイ）の本３相モータ駆動実施形態は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と電気モータの位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールのアレイ全体によって送達される。
図２６は、任意のタイプの６相電気モータ２６５０に接続されるコンソースパックの第５のバージョンの例示的実施形態２６００を示す。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。コンソースパックは、図２５に提示される通りであり、３次元アレイ２５００の第１および第２のアレイ列が、図２５に示される第１および第２のアレイ列の３つのセットを含む、６次元アレイの６つのアレイ列を形成するように２回繰り返す。第Ｎ＋１行の３つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第３および第４のポート３および４は、ともに、および第２の補助負荷２ ４１０に接続され、第Ｎ＋１行の３つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第５および第６のポート５および６は、ともに、および第１の補助負荷１ ４０８に接続される。第１の補助負荷４０８および第２の補助負荷４１０は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２２に関して述べられる利点に加えて、３つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣを伴う、図２６に示されるシステム１００（３次元アレイ）の本３相モータ駆動実施形態は、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と電気モータの６つ全ての位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュールの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールの６次元アレイ全体によって送達される。
図２７Ａは、それぞれ、３次元アレイで接続されるコンソースモジュールのＮ行を含む、２つのコンソースシステム２７００および２７００’を有する、システム１００の第６のバージョンの例示的実施形態を示す。システム２７００は、３相電気モータ２２００のための一次電気供給部であるように構成される一方、システム２７００’は、３相電気モータ２２００’のための一次電気供給部であるように構成される。両方のシステム２７００および２７００’は、異なる電圧および周波数で動作することができる。システム２７００は、補助負荷およびシステム２７００’のモジュール１０８－Ｎの第Ｎ行に結合される、ＩＣモジュール１０８－ＩＣの第Ｎ＋１行を含む。
各システム２７００、２７００’は、モジュール１０８が相互と隣接または近接近して設置され、同一の冷却システムを共有する、単一の共通電気および機械的ユニット、またはパックとして、独立して構成されることができる。パック２７００、２７００’はそれぞれ、その独自の別個の独立したエンクロージャまたは筐体２７０５、２７０５’内に、それぞれ、位置することができる。他の実施形態では、図２７Ａに示されるモジュール１０８の全ては、１つの共通パックとして組み合わせられることができる。さらに別の実施形態では、前述の構成のいずれかが、使用されることができるが、１つ以上の別個のパック内のＩＣモジュール１０８－ＩＣは、他のカスケード型モジュール１０８を保持するパックから離れている。
第１のモータ１ ２２００の第１、第２、および第３の端子Ａ、Ｂ、およびＣは、パック２７００の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１においてコンソースパックに接続される。パック２７００の３つ全てのアレイ列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、図２７Ａに示されるように、第Ｎ＋１行の３つの対応するＩＣモジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第Ｎ＋１行のＩＣモジュール１０８－ＩＣのうちの３つ全ての第２のポート２は、パック２７００’の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｎの第２のポート２に接続される。モータ２２００’の第１、第２、および第３の出力端子Ａ’、Ｂ’、およびＣ’は、コンソースパック２７００’の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。図２７Ａに示されるように、同一の順序でさらにパック２７００’の最後の行または第Ｎ行まで、第１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第２のポート２は、パック２７００’の第２の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－２の第２のポート２に接続される等である。
ＩＣモジュール１０８－ＩＣの第３および第４のポート３および４は、ともに、および第１の補助負荷４０８に接続される。３つのＩＣモジュール１０８－ＩＣの第５および第６のポート５および６は、ともに、および第２の補助負荷４１０に接続される。第１の補助負荷および第２の補助負荷は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２７Ａに示される３つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣを伴うシステム１００の本３次元アレイ実施形態は、少なくとも２つの独立したモータ（二重モータ駆動システム）のための独立電圧および周波数調整（制御）を提供し、そのような二重モータシステムの全てのコンソースモジュールと２つの電気モータの位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換（相間平衡）を可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュールの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールのアレイ全体によって送達される。本実施形態では、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、パック２７００の一部であるものとして示されるが、他の実施形態では、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、独立エンティティとして、または３つのＩＣモジュール１０８－ＩＣを含有する第３のパック内のいずれかで、パック２７００および２７００’の外側にあり得る。図２７Ａの構成は、２つの前輪（前輪駆動）または２つの後輪（後輪駆動）へのモータであり得る、２つのインホイールモータ２２００および２２００’を有するＥＶを含む、複数の定常および移動用途で使用されることができる。補助負荷４０８および４１０が供給されるかどうかにかかわらず、本実施形態は、各個々のシステム内の位相の間で、および２つのシステムを横断して（例えば、システム間またはパック間平衡）相間平衡を許容する。
図２７Ｂは、図２７Ａに関して説明されるシステムが、それぞれ、４つのモータ２２００、２２００’、２２００’’、２２００’’’のための一次供給部として４つのシステム２７５０、２７５０’、２７５０’’、２７５０’’’を実装するように複製された、システム１００の別の例示的実施形態を示す。各システム２７５０、２７５０’、２７５０’’、２７５０’’’は、３次元アレイに接続されるモジュール１０８のいくつかの行を含み、システム２７５０は、Ｎ行を有し、システム２７５０’は、Ｍ行を有し、システム２７５０’’は、Ｐ行を有し、システム２７５０’’’は、Ｑ行を有する。各システム内の行（故に、カスケード型段階）の数は、異なり得るが、多くの実施形態では、行の数は、同一であり得る（Ｎ＝Ｍ＝Ｐ＝Ｑ）。４つ全てのシステムは、異なる電圧および周波数で動作することができる。システム２７５０は、補助負荷１および２およびシステム２７５０’のモジュール１０８の第Ｍ行に結合される、ＩＣモジュールとして実装される、モジュール１０８－ＩＣの第Ｎ＋１行を含む。システム２７５０’’は、補助負荷１および２およびシステム２７５０’’のモジュール１０８の第Ｑ行にも結合される、ＩＣモジュールとして実装される、モジュール１０８－ＩＣの第Ｐ＋１行を含む。
各システム２７５０、２７５０’、２７５０’’、２７５０’’’は、モジュール１０８が相互と隣接または近接近して設置され、同一の冷却システムを共有する、単一の共通電気および機械的ユニット、またはパックとして、独立して構成されることができる。パック２７５０、２７５０’、２７５０’’、２７５０’’’はそれぞれ、その独自の別個の独立したエンクロージャまたは筐体２７０５、２７０５’、２７０５’’、２７０５’’’内に、それぞれ、位置することができる。他の実施形態では、図２７Ｂに示されるモジュール１０８の全ては、１つの共通パックとして組み合わせられることができる、または４つのシステムのうちの２つが、第１のパック（例えば、ＥＶの前輪専用）として実装されることができ、４つのシステムのうちの他の２つが、第２のパック（例えば、ＥＶの後輪専用）として実装されることができる。さらに別の実施形態では、前述の構成のいずれかが、使用されることができるが、１つ以上の別個のパック内のＩＣモジュール１０８－ＩＣは、他のカスケード型モジュール１０８を保持するパックから離れている。
モータ２２００の第１、第２、および第３の端子Ａ１、Ｂ１、およびＣ１は、システム２７５０の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１においてシステム２７５０に接続される。第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、システム２７５０の３つ全てのアレイ列の第Ｎ行の第１のポートまで、本明細書に説明されるようなカスケード型様式で任意の数の介在する行（図示せず）に結合されることができる。モジュール１０８の第Ｎ行の第２のポートは、図２７Ｂに示されるように、第Ｎ＋１行の３つの対応するＩＣモジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第Ｎ＋１行のＩＣモジュール１０８－ＩＣのうちの３つ全ての第２のポート２は、システム２７５０’の第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８の第２のポート２に接続される。モータ２２００’の第１、第２、および第３の出力端子Ａ２、Ｂ２、およびＣ２は、システム２７５０’の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第２のポート２は、システム２７５０の３つ全てのアレイ列の第Ｍ行の第１のポートまで、本明細書に説明されるようなカスケード型様式で任意の数の介在する行（図示せず）に接続される。
モータ２２００’’の第１、第２、および第３の端子Ａ３、Ｂ３、およびＣ３は、システム２７５０’’の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１においてシステム２７５０’’に接続される。第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、システム２７５０’’の３つ全てのアレイ列の第Ｐ行の第１のポートまで、本明細書に説明されるようなカスケード型様式で任意の数の介在する行（図示せず）に結合されることができる。モジュール１０８の第Ｐ行の第２のポートは、図２７Ｂに示されるように、第Ｐ＋１行の３つの対応するＩＣモジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第Ｐ＋１行のＩＣモジュール１０８－ＩＣのうちの３つ全ての第２のポート２は、システム２７５０’’’の第Ｑ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８の第２のポート２に接続される。モータ２２００’’’の第１、第２、および第３の端子Ａ４、Ｂ４、およびＣ４は、システム２７５０’’’の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第２のポート２は、システム２７５０’’’の３つ全てのアレイ列の第Ｑ行の第１のポートまで、本明細書に説明されるようなカスケード型様式で任意の数の介在する行（図示せず）に接続される。
システム２７５０の第Ｎ＋１行およびシステム２７５０’’の第Ｐ＋１行の６つのＩＣモジュール１０８－ＩＣの第３および第４のポート３および４は、ともに、および第１の補助負荷４０８に接続される。システム２７５０の第Ｎ＋１行およびシステム２７５０’’の第Ｐ＋１行の６つのＩＣモジュール１０８－ＩＣの第５および第６のポート５および６は、ともに、および第２の補助負荷４１０に接続される。補助負荷４０８および４１０は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。図２７Ｂの構成は、全輪駆動を提供するために、４つのインホイールモータ２２００、２２００’、２２００’’、２２００’’’を有する四輪ＥＶを含む、複数の定常および移動用途で使用されることができる。本実施形態は、モータ２２００および２２００’’が、前輪モータであり、モータ２２００’および２２００’’’が、後輪モータである、または逆であるように、構成されることができる。補助負荷４０８および４１０が供給されるかどうかにかかわらず、本実施形態は、各個々のシステム内の位相の間で、および２つのシステムを横断して（例えば、システム間またはパック間平衡）相間平衡を許容する。
図２８は、本開示による、３相開巻線電気モータ２８５０および補助負荷４０８、４１０に接続される、３次元アレイで接続される複数のコンソースモジュール１０８を含む、コンソースパックの第７のバージョンの例示的実施形態を示す。本実施形態では、モジュール１０８は、第１のシステム２８００および第２のシステム２８００’にセグメント化されることができる。両方のシステム２８００および２８００’は、異なる電圧であるが、類似周波数で動作することができる。ここで示されるモジュール１０８の全ては、所望される場合、単一のエネルギーパック内で組み合わせられることができ、モジュール１０８は、単一の共通エンクロージャまたは筐体内に共同設置される。代替として、システム２８００のモジュール１０８は、第１のパック内で組み合わせられることができ、システム２８００’のモジュール１０８は、異なる第２のパック内で組み合わせられることができる。
３つ全てのアレイ列２８１０の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８の第１のポート１は、ともに接続される。同一の順序でさらに各アレイ列の第Ｎ行まで、３つ全てのアレイ列の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、３つ全てのアレイ列２８１０の第２の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール（図示せず）の第１のポート１に接続される等である。３つ全てのアレイ列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８の第２のポート２は、図２８に示されるように、開巻線電気モータ２８５０の第１、第２、および第３の端子Ａ、Ｂ、Ｃに接続される。開巻線電気モータ２８５０の第１、第２、および第３のＡ’、Ｂ’、Ｃ’は、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される。同一の順序でさらにアレイ列のそれぞれの第Ｍ行まで、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋２行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。第１の列の第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋１行の第１の付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第２のアレイ列の第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋１行の第１の付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第２のポート２に接続される。第３の列の第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２は、第Ｍ＋１行の第２の付加的コンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。
第Ｍ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールの第３および第４のポート３および４は、ともに、および第２の補助負荷４１０に接続される。第Ｍ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールの第５および第６のポート５および６は、ともに、および第１の補助負荷４０８に接続される。第１の補助負荷および第２の補助負荷は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２２に関して述べられる利点に加えて、２つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュールを伴う、図２８に示されるシステム１００（３次元アレイ）の本３相モータ駆動実施形態は、開巻線モータのために好適であり、システムの全てのコンソースモジュール（相間平衡）と電気モータの位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュールの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールのアレイ全体によって送達される。図２８の実施形態では、全てのモジュールは、単一のパックで実装されることができる、または行１からＮのモジュールは、第１のパックとして実装されることができ、行Ｎ＋１からＭ（またはＭ＋１）のモジュールは、第２のパックとして実装されることができる。
図２９は、本開示による、３次元アレイで接続される複数のコンソースモジュール１０８を含み、２つの３相開巻線電気モータ２８５０、２８５０’、および補助負荷４０８、４１０に接続される、２つのシステム２９０１および２９０１を形成する、コンソースパックの第８のバージョンの例示的実施形態を示す。より具体的には、２つの３相サブシステム２９００、２９００’が、モータ２８５０を駆動し、補助負荷４０８および４１０に供給するために使用される一方、２つの他の３相サブシステム２９００’’、２９００’’’が、モータ２８５０’を駆動するために使用され、両方のシステム２９０１および２９０２が、サブシステム２９００’のモジュール１０８－ＩＣと相互接続される。したがって、システム２９０１およびシステム２９０２が、異なる電圧および周波数で動作してもよい一方、システム２９０１内では、サブシステム２９００および２９００’は、類似または等しい周波数において動作してもよいが、異なる電圧を有してもよく、システム２９０２内では、サブシステム２９００’’および２９００’’’は、類似または等しい周波数において動作してもよいが、異なる電圧を有してもよい。図２９に示されるモジュール１０８の全ては、単一のパック内で組み合わせられることができる。代替として、システム２９０１のモジュール１０８の全ては、単一のパック内で組み合わせられることができ、システム２９０２のモジュール１０８の全ては、異なる第２のパック内で組み合わせられることができる。さらに別の実施形態では、４つのサブシステム２９００、２９００’、２９００’’、２９００’’’のそれぞれのモジュール１０８は、それぞれ、４つの別個のパック２７０５、２７０５’、２７０５’’、２７０５’’’内で組み合わせられる。システム２９０１および２９０２のためのこれらの異なるパック構成の組み合わせもまた、実装されることができる。いくつかの実施形態では、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、別個の独立したパック内で個別に、またはともに組み合わせられることができる。
３つ全てのアレイ列の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－１の第１のポート１は、ともに接続される。同一の順序でさらに第Ｎ行まで、３つ全てのアレイ列の第１の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８の第２のポート２は、３つ全てのアレイ列の第２の行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８（図示せず）の第１のポート１に接続される等である。３つ全てのアレイ列の第Ｎ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｎの第２のポート２は、図２９に示されるように、第１の開巻線電気モータ２８５０の第１、第２、および第３の端子Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に接続される。第１の開巻線電気モータ２８５０の第１、第２、および第３の端子Ａ１’、Ｂ１’、Ｃ１’は、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｎ＋１）の第１のポート１に接続される。同一の順序でさらに第Ｍ行まで、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｎ＋１）の第２のポート２は、３つ全てのアレイ列の第Ｎ＋２行（図示せず）のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１に接続される等である。
コンソースパックの３つ全てのアレイ列の第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｍの第２のポート２は、図２９に示されるように、第Ｍ＋１行の３つの対応するコンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第１のポート１に接続される。第Ｍ＋１行の３つ全てのコンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣの第２のポート２は、第Ｍ＋２行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｍ＋２）の第２のポート２に接続される。同一の順序でさらに第Ｋ行まで、第Ｍ＋２行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１は、第Ｍ＋３行（図示せず）のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２に接続される等である。３つ全てのアレイ列の第Ｋ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－Ｋの第１のポート１は、図２９に示されるように、第２の開巻線電気モータ２８５０’の第１、第２、および第３の入力端子Ａ２、Ｂ２、Ｃ２に接続される。
第２の開巻線電気モータ２８５０’の第１、第２、および第３の出力端子Ａ２’、Ｂ２’、Ｃ２’は、３つの全てのアレイ列の第Ｋ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュール１０８－（Ｋ＋１）の第１のポート１に接続される。同一の順序でさらに第Ｌ行まで、３つ全てのアレイ列の第Ｋ＋１行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１は、３つ全てのアレイ列の第Ｋ＋２行（図示せず）のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２に接続される等である。３つ全てのアレイ列の第Ｌ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１は、ともに接続される。
第Ｍ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールの第３および第４のポート３および４は、ともに、および第２の補助負荷４１０に接続される。第Ｍ＋１行の２つの付加的コンソースＶ３モジュールの第５および第６のポート５および６は、ともに、および第１の補助負荷４０８に接続される。第１の補助負荷および第２の補助負荷４１０は、異なる電圧を有し、例えば、限定ではないが、それぞれ、電気自動車の車載ネットワークシステムおよび空調機電力供給システムを表す。
図２９に示される３つの付加的相互接続コンソースＶ３モジュールを伴うシステム１００の本３次元アレイ実施形態は、２つの独立した開巻線モータ（二重モータ駆動システム）のための独立電圧および周波数調整（制御）を提供し、そのような二重モータシステムの全てのコンソースモジュールと２つの電気モータの位相との間のエネルギーの効果的で高速の交換（相間平衡）を可能にする。相互接続コンソースＶ３モジュールの付加的出力端子３、４、５、６は、ひいては、例えば、電気自動車の電気車載ネットワークおよびＨＶＡＣ電力線を表す、補助負荷のための電力を提供するために使用され得る、異なるレベルの低電圧を提供する。この場合、余分な低電圧バッテリは、要求されず、上記に述べられるシステムのためのエネルギーは、コンソースモジュールのアレイ全体によって送達される。
（モジュール制御の例示的実施形態）
図３０－４０Ｂに目を向けると、システム１００の制御を促進し、異なるシステム構成におけるコンソースモジュールの間の平衡を提供する、例示的システムおよび方法が、示される。図１から２９に示される例示的実施形態の接続アーキテクチャは、コンソースモジュールの間の電力共有の制御を可能にする。そのような制御は、放電、充電の間に、および静止時に、平衡を保たれた状態でコンソースモジュールのエネルギー源のＳＯＣ等の１つ以上のパラメータを維持することを可能にし、これは、容量の可能性として考えられる差異にかかわらず、各エネルギー源の全容量が利用されることに役立ち得る。加えて、平衡は、コンソースモジュールのエネルギー源および／またはその他のコンポーネントの温度を均一にするために使用されることができる。温度平衡は、システム１００の電力能力を増加させ、システム１００内のそれらの場所および熱抵抗性の差異にかかわらず、エネルギー源のより一様な経年劣化を提供する。
システム１００は、相内平衡と称され得る、特定の位相内のモジュール１０８のパラメータの平衡を保つことができ、相間平衡と称され得る、異なる位相または多相（例えば、２つ以上の位相）システム内のモジュール１０８のパラメータの平衡を保つことができる。システム１００のための制御回路１０２は、相内平衡、相間平衡、モジュール内の複数のエネルギー源の利用（図１１）、能動フィルタリング（図１２Ａ－１２Ｂ）、および補助負荷供給（図１３）の任意の組み合わせを同時に実施することができる。
図３０は、ピーク検出器３０１０（「ピーク検出」）と、除算器３０２０（「除算」）と、相内平衡コントローラ３０３０（「相内平衡コントローラ」）とを含み得る、単相ＡＣまたはＤＣ平衡コントローラ３０００の例示的実施形態を描写する。ピーク検出器３０１０は、それとともに動作している、および／または平衡を保っている位相コントローラ３０００に特有であり得る、基準電圧ＶｒのピークＶｐｋを検出する。除算器は、基準電圧Ｖｒをその検出されたピークＶｐｋで除算することによって、正規化基準波形Ｖｒｎを発生させる。相内平衡コントローラ３０３０は、コンソースステータス情報（例えば、ＳＯＣｉ、Ｔｉ、Ｑｉ、Ｖｉ等）とともにピーク電圧Ｖｐｋを使用し、制御されている位相内のモジュール毎に変調指数Ｍｉを発生させる。単相平衡コントローラ３０００は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができ、ＭＣＤの一部として位置してもよい、または本明細書に説明されるＬＣＤの間で部分的または完全に分散されてもよい、またはＭＣＤおよびＬＣＤから独立した別個のコントローラであってもよい。
単相ＡＣまたはＤＣの場合、または多相システムの単一の位相に関して、（例えば、ＭＣＤの一部としての）単相平衡コントローラ３０００は、基準電圧Ｖｒを受信し、システム１００の全てのコンソールから（例えば、システムのＬＣＤから）充電状態ＳＯＣｉ、温度Ｔｉ、容量Ｑｉ、および電圧Ｖｉ等のステータス情報を収集する。コントローラ３０００は、これらの信号を使用し、変調指数Ｍｉおよび正規化基準波形Ｖｒｎを発生させ、これは、次いで、切替信号を発生させるように各ＬＣＤに送信される。基準波形Ｖｒｎは、継続的に送信されることができ、変調指数は、Ｖｒｎの全周期にわたって１回等の定期的間隔で送信されることができる。ＬＣＤは、受信された変調指数によって正規化基準Ｖｒｎを変調またはスケーリングすることができる。変調指数は、いくつかの実施例では、０～１（０および１を含む）の数であり得る。本変調またはスケーリングされたＶｒｎは、図１４Ａ－１４Ｄに関して説明されるパルス幅変調技法に従って、または他の変調技法に従って、Ｖｒｅｆ（または－Ｖｒｅｆ）として使用されることができる。このように、変調指数は、ＬＣＤによって発生され、コンバータ切替回路に提供されるＰＷＭ切替信号（例えば、Ｓ３－Ｓ６またはＳ１－Ｓ６）を制御し、したがって、各コンソースモジュールの動作を調整するために使用されることができる。例えば、正常または完全な動作を維持するように制御されているコンソースモジュールが、１の変調指数を受信してもよい一方、正常または完全に満たない動作に制御されているコンソースモジュールは、１未満の変調指数を受信してもよい。電力出力を停止するように制御されるコンソースモジュールは、ゼロの変調指数を受信してもよい。当業者は、本説明を熟読した後に、変調指数の他の値が類似機能性を達成するために使用され得ることを容易に認識するであろう。
単相平衡コントローラ３０００は、以下、すなわち、発生されたコンソース電圧の総和がピーク電圧Ｖｐｋを超えないことを促進する様式で、そのエネルギー源の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）、容量（Ｑ）、健全性状態（ＳＯＨ）、電圧（Ｖ）、および／または電流（Ｉ）等の本明細書に説明される任意の数の側面または動作特性に従って、コンソースモジュール毎に変調指数を発生させることができる。例えば、Ｖｐｋは、各モジュールの一次エネルギー源電圧およびそのモジュールのための変調指数の積の総和（例えば、Ｖｐｋ＝Ｍ１Ｖ１＋Ｍ２Ｖ２＋Ｍ３Ｖ３．．．＋ＭＮＶＮ等）であり得る。変調指数の異なる組み合わせ、したがって、モジュールによる個別の電圧寄与が、使用されてもよいが、合計の発生された電圧は、同一のままとなるべきである。図３１は、出力電圧３１００’が４つのモジュールのそれぞれから４つの等しい電圧寄与の重畳である、４モジュールアレイの２つの反対端子Ａ、Ｂを横断して生成される出力電圧３１００’の第１の実施例と並行して、単相アレイによる出力のために要求されるピーク電圧３１００を描写する、フェーザ図である。また、４つのモジュールの相対的寄与が調節され、不平等である、出力電圧３１００’’の第２の実施例も示される。
さらに、コントローラ３０００は、各モジュール内のエネルギー源のＳＯＣが、平衡状態のままである、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、および／または各モジュール内のエネルギー源または他のコンポーネント（例えば、エネルギーバッファ）の温度が平衡状態のままである、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、いずれか１つの時間に（例えば、ＥＶの最大加速の間等に）システムの電力出力要件を達成することを妨げない限りにおいて、動作を制御することができる。モジュール内および外の電力潮流は、源の間の容量差がＳＯＣ偏差を引き起こさないように、調整されることができる。ＳＯＣおよび温度の平衡は、ＳＯＨのある程度の平衡を間接的に引き起こし得る。電圧および電流は、所望される場合、直接平衡を保たれることができるが、多くの実施形態では、本システムの主要目標は、ＳＯＣおよび温度の平衡を保つことであり、ＳＯＣの平衡は、モジュールが類似容量およびインピーダンスである、極めて対称のシステム内の電圧および電流の平衡につながり得る。
全てのパラメータの平衡を保つことが、同時に可能ではない場合がある（例えば、１つのパラメータの平衡がさらに、別のパラメータの平衡を失わせ得る）ため、いずれか２つ以上のパラメータ（ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）の平衡を保つことの組み合わせが、用途の要件に応じて、いずれか一方に与えられる優先順位を伴って適用されてもよい。平衡における優先順位は、他のパラメータ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）と比べてＳＯＣに与えられることができ、他のパラメータのうちの１つ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）が閾値外の重大な不平衡条件に到達する場合、例外が認められる。
述べられるように、平衡はまた、アレイ間または相間様式で実施されることもできる。説明を容易にするために、実施形態は、相間平衡に関して説明されるであろう。本明細書に説明される全ての実施形態では、相間平衡は、相内平衡が実施されているときと同時に実施されることができる。例えば、図３２は、１つの相間コントローラ３２１０と、それぞれ、位相Ａ、Ｂ、およびＣのための３つの相内平衡コントローラ３２２０－１、３２２０－２、３２２０－３とを含み得る、３相平衡コントローラ３２００の例示的実施形態を描写する。相内平衡コントローラ３２２０は、各１次元アレイ内で、特に、実施例として、１つの位相内で、コンソースモジュールの側面の平衡を保つように構成またはプログラムされることができる。相間平衡コントローラ３２１０は、多次元アレイ全体の間で、またはそれを横断して、特に、実施例として、異なる位相のアレイの間で、またはそれを横断して、コンソースモジュールの側面の平衡を保つように構成またはプログラムされることができる。これは、位相への投入共通モード（例えば、中性点偏移）を通して、または相互接続モジュール（共通モジュール）を通して、または両方を通して達成され得る。コントローラ３２００は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができ、ＭＣＤの一部として位置してもよい、または本明細書に説明されるＬＣＤの間で部分的または完全に分散されてもよい、またはＭＣＤおよびＬＣＤから独立した別個のコントローラであってもよい。相内平衡コントローラ３２２０－１、３２２０－２、３２２０－３、および相間平衡コントローラ３２１０はそれぞれ、個別に、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができ、ＭＣＤの一部として位置してもよい、または本明細書に説明されるＬＣＤの間で部分的または完全に分散されてもよい、またはＭＣＤおよびＬＣＤから独立した別個のコントローラであってもよい。
本システムへの基準信号入力は、ＶｒＡ、ＶｒＢ、ＶｒＣ、またはこれらの信号のうちの２つの任意の組み合わせ、またはクラーク変換（すなわち、Ｖｒα、Ｖｒβ）等のこれらの信号を再生成し得る任意の他の変換であってもよい。
図３３Ａおよび３３Ｂは、位相Ａ、Ｂ、およびＣの間に相互接続（ＩＣ）モジュールを伴わないＹ接続３相システム（例えば、図１８および２２に関して説明されるようなシステム１００参照）のための制御技法の例示的実施形態３３００および３３００’を描写する、フェーザ図である。ここでは、相内平衡は、各両側矢印が、各位相内に３つのモジュールを伴う９つのモジュールを有する実施例では、各位相内の特定のモジュールのエネルギー寄与を示す、各位相Ａ、Ｂ、およびＣ内のモジュールの変調指数を制御することによって、実施または達成されることができる。
相間平衡は、ある共通モードを位相基準（ＶｒｎＡ、ＶｒｎＢ、ＶｒｎＣ）に追加することによって、制御回路（例えば、コントローラ３２００、ＭＣＤ１１２）によって実施されることができ、中性点「Ｎ」が、１つの位置から別の位置に偏移されてもよい。位相基準の変化は、電力へのそれらの集約された寄与を増加または減少させる、その位相内の全てのモジュールの変調指数の変化を引き起こす。例えば、各位相内のモジュールの１つ以上のパラメータ（例えば、ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）を測定した後、相間平衡コントローラ３２１０は、１つ以上の位相へのエネルギー出力（放電）または入力（充電）を調節することを決定することができる。例えば、位相Ａ内のモジュールのエネルギー出力を１０％低下させるように決定が行われる場合、ＶｒｎＡの１０％に等しい成分が、ＶｒｎＡから減算されることができ、ＶｒｎＡの本同一の１０％成分（例えば、共通モード）もまた、ＶｒｎＢおよびＶｒｎＣから減算されることができ、これは、Ａに向かって中性点を偏移させるであろう。上記に述べられるように、これは、相内平衡が実施されているときと同時に生じることができる。
例えば、図３３Ｂでは、システムが放電しており、位相Ａのモジュールで利用可能な全エネルギーが、ひいては、位相Ｂのモジュールで利用可能な全エネルギーよりも小さい、位相Ｃのモジュールで利用可能な全エネルギーより小さいと仮定して、ＳＯＣ平衡のために、中性点は、類似共通モード技法に従って、３３１０によって示されるように、図３３Ａの位置から図３３Ｂの位置に偏移されることができる。これは、位相Ａの寄与を減少させ、より少ない程度に位相Ｃの寄与を減少させ、補償するために位相Ｂの寄与を増加させる。これは、各位相によって出力されるエネルギーの共有に対する制御を提供し、３相電圧を確立する。
図３４Ａおよび３４Ｂは、位相Ａ、Ｂ、およびＣの間に相互接続（ＩＣ）モジュールを伴うＹ接続３相システム（例えば、システム１００、図２０および２４参照）のための制御技法の例示的実施形態３４００および３４００’を描写する、フェーザ図である。ここでは、相内平衡は、説明されるように、各位相アレイ内のモジュールの変調指数を制御することによって、再び達成されることができる。例えば、コントローラ３２００によって全体的に制御される、相間平衡は、相間エネルギー注入と称され得る、１つ以上のＩＣモジュールから１つ以上の位相のアレイにエネルギーを選択的に印加することによって、実施されることができる。これは、ＩＣモジュールによって供給される（図３３Ａの実施例と比較した）第４の寄与がフェーザ図の中心に追加された、図３４Ａに描写される。
図３４Ａは、システムが放電しており、位相Ａの３つのモジュールで利用可能な全エネルギー（ＳＯＣ）が、ひいては、位相Ｂの３つのモジュールで利用可能な全エネルギーよりも小さい、位相Ｃの３つのモジュールで利用可能な全エネルギーより小さい（ＳＯＣＡ＜ＳＯＣＣ＜ＳＯＣＢ）、実施例を表す。コントローラ３２００は、ひいては、（ＡおよびＢのものと同一または異なるＩＣモジュールであり得る）位相ＣのＩＣモジュールのための変調指数を上回る、（同一または異なるＩＣモジュールであり得る）位相ＢのＩＣモジュールのための変調指数を上回る（ＭＩＡ＞ＭＩＣ＞ＭＩＢ）、変調指数を位相ＡのＩＣモジュールに供給または出力することができる。各位相内の非相互接続モジュールのための変調指数は、それに応じて減少されることができ、したがって、位相Ｂの非相互接続モジュールの寄与は、位相Ｃのものを上回り、これは、ひいては、位相Ａのものを上回り、全ての位相内の平衡ＳＯＣに向かってシステムを移行させる。類似アプローチが、他のパラメータ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）のうちの１つ以上のものの平衡を保つために使用されることができる。
位相の間にＩＣモジュールを伴うシステムでは、相間平衡もまた、上記に説明されるような中性点偏移（または共通モード注入）によって実施されることができる。図３４Ｂは、相間平衡が、共通モード注入および相間エネルギー注入の両方を使用して、ＩＣモジュールを伴うシステム内のコントローラ３２００によって実施される、実施例を描写する。そのような組み合わせは、より広範囲の動作条件下で、よりロバストかつ柔軟な平衡を可能にする。
システム１００は、中性点偏移のみ、相間エネルギー注入のみ、または同時に両方の組み合わせを用いて相間平衡を実施する、適切な状況を決定することができる。中性点偏移が、各位相アレイのモジュールの全てからのエネルギーを用いて実施されることができる一方、相間エネルギー注入は、１つ以上のＩＣモジュールのみからのエネルギーを用いて実施される。したがって、中性点偏移は、より異種の相間不平衡を網羅するために利用可能なより広範囲のエネルギーを有する。システム１００が、中性点を偏移させることが望ましくない、補助負荷または他のシステムに供給しており、ある場合には、中性点偏移が、位相アレイの電圧と電流との間の位相偏移を増加させ得、ＤＣ二次高調波を増加させ得る、実施形態が存在し得る。相間エネルギー注入は、中性点を偏移させることなく平衡を許容し、これらの潜在的副作用を回避することができる。いくつかの実施形態では、制御回路１０２（例えば、コントローラ３２００、ＭＣＤ１１４）は、比較的小さいまたは軽微である相間不平衡のために相間エネルギー注入を使用することができ、比較的により大きい、または重大である、および／または短い時間周期内に平衡を要求する、相間不平衡のために中性点偏移を（単独で、または相間エネルギー注入とともにのいずれかで）使用することができる。これらの実施形態では、制御回路１０２は、相間不平衡の程度を査定または決定し、それを、比較的に小さい、および比較的に大きい相間不平衡（または使用する技法を統制する他の条件）を区別する閾値（例えば、ＳＯＣ、温度）と比較し、わずかな差異のために相間エネルギー注入のみを使用し、比較的により大きい差異のために中性点偏移または両方の組み合わせのいずれかを使用して、相間平衡を実行するように構成されることができる。
図３５Ａおよび３５Ｂは、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤの間に、それぞれ、ＩＣモジュールを伴わない、およびＩＣモジュールを伴う４相システムのための制御技法の例示的実施形態３５００および３５００’を描写する、フェーザ図である。ここでは、相内平衡は、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれ内のモジュールの変調指数を制御することによって、達成されることができる。相間平衡は、中性点偏移によって、および／または適用可能である場合、各位相への相互接続モジュールの寄与を制御すること（相間エネルギー注入）によって、達成されることができる。
図３６Ａおよび３６Ｂは、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥの間に、それぞれ、ＩＣモジュールを伴わない、およびＩＣモジュールを伴う５相システムのための制御技法の例示的実施形態３６００および３６００’を描写する、フェーザ図である。ここでは、相内平衡は、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのそれぞれ内のモジュールの変調指数を制御することによって、達成されることができる。相間平衡は、中性点偏移によって、および／または適用可能である場合、各位相への相互接続モジュールの寄与を制御すること（相間エネルギー注入）によって、達成されることができる。
図３７Ａおよび３７Ｂは、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦの間に、それぞれ、ＩＣモジュールを伴わない、およびＩＣモジュールを伴う（例えば、図２６に関して説明される）６相システムのための制御技法の例示的実施形態３７００および３７００’を描写する、フェーザ図である。ここでは、相内平衡は、位相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦのそれぞれ内のモジュールの変調指数を制御することによって、達成されることができる。相間平衡は、中性点偏移によって、および／または適用可能である場合、各位相への相互接続モジュールの寄与を制御すること（相間エネルギー注入）によって、達成されることができる。
図２７に関して説明されるようなシステム１００では、異なる電圧および周波数で放電および充電し得る、２つの３相システム２７００および２７００’が示される。これらのシステムのための相内平衡は、各位相Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’内のモジュール１０８の変調指数を制御することを通して達成されることができる。各システム２７００および２７００’内および２つのシステムの間の相間平衡は、各位相へのＩＣモジュール１０８－ＩＣの電圧寄与を制御することによって、達成されることができる。ＩＣモジュール１０８－ＩＣを用いた相間平衡の実施例３８１０および３８２０が、Ｎが３である実施例に関して、それぞれ、システム２７００および２７００’に適用されるような、図３８Ａのフェーザ図に描写される。各システム２７００および２７００’内の相間平衡は、代替として、または加えて、図３８Ｂの実施例３８１０および３８２０に示されるように、中性点偏移によって遂行され得る。
図２８に関して説明されるようなシステム１００では、類似周波数で放電するが、異なる電圧を有し得る、２つの３相システム２８００および２８００’が考慮される。システム２８００および２８００’の平衡は、（システム２８００に関してＮ＝２であり、システム２８００’に関してＭ－Ｎ＝３である、実施例に関して）図３９Ａおよび３９Ｂにおいて、それぞれ、実施例３９００および３９００’に関して説明される。図３９Ａでは、２つのシステム３９００、３９００’内の補完的位相が、ペアで稼働し、各モータ巻線を横断して電圧を発生させるため、位相ペア（例えば、ＡおよびＡ’、ＢおよびＢ’、ＣおよびＣ’）内のモジュール１０８が、相内平衡のために考慮され得る。例えば、ＡとＡ’との間にある電圧を確立するために、ＡおよびＡ’位相内の全てのモジュール１０８は、それらのステータス情報に従って、比例的に寄与することができる。相間平衡、またはこの場合、位相ペアの間の平衡は、図３９Ａに示されるように、相互接続モジュール１０８－ＩＣを通して実装されてもよい。各システム２８００および２８００’内の相間平衡は、代替として、または加えて、図３９Ｂの実施例３９００および３９００’に示されるように、中性点偏移によって遂行され得る。
図２９に関して説明されるようなシステム１００では、システム２９０１およびシステム２９０２は、異なる電圧および周波数で動作してもよい。システム２９０１内では、サブシステム２９００および２９００’は、類似または等しい周波数において動作してもよいが、異なる電圧を有してもよく、システム２９０２内では、サブシステム２９００’’および２９００’’’は、類似または等しい周波数において動作してもよいが、異なる電圧を有してもよい。システム２９００、２９００’、２９００’’、２９００’’’の平衡は、（各システム２９００、２９００’、２９００’’、２９００’’’が、ＩＣモジュール１０８－ＩＣを含まない、モジュール１０８の３行を有する、実施例に関して）図４０Ａおよび４０Ｂにおいて、それぞれ、実施例４０００、４０１０、４０２０、４０３０に関して説明される。図４０Ａでは、４つのシステム４０００、４０１０、４０２０、４０３０内の補完的位相が、ペアで稼働し、各モータ巻線を横断して電圧を発生させるため、位相ペア（例えば、Ａ１およびＡ１’、Ｂ１およびＢ１’、Ｃ１およびＣ１’、Ａ２およびＡ２’、Ｂ２およびＢ２’、Ｃ２およびＣ２’）内のモジュール１０８が、相内平衡のために考慮され得る。例えば、Ａ１とＡ１’との間にある電圧を確立するために、Ａ１およびＡ１’位相内の全てのモジュール１０８は、それらのステータス情報に従って、比例的に寄与することができる。
相間平衡、またはこの場合、位相ペアの間の平衡は、図４０Ａに示されるように、４０１０および４０３０の相互接続モジュール１０８－ＩＣを通して実装されてもよい。各システム２９００、２９００’、２９００’’、および２９００’’’内の相間平衡は、代替として、または加えて、図４０Ｂの実施例に示されるように、中性点偏移によって遂行され得る。
ＩＣモジュールの付加的例示的実施形態
相互接続（ＩＣ）モジュールが、相間平衡および補助負荷供給のいずれか一方または両方のために使用されることができる。位相内の標準モジュール段階（例えば、Ｎ個のモジュールのうちの１つ）として採用可能であることに加えて、コンソースモジュールＶ３が、示され、相間平衡および補助負荷供給の両方が可能なＩＣモジュール１０８－ＩＣとして採用可能であるものとして説明される（例えば、図４、１７、２０、２１、２４－２９に関して説明される例示的実施形態参照）。ＩＣモジュールは、モジュール出力（ｏｕｔ１およびｏｕｔ２）が、異なる位相内で動作するモジュールの別個のアレイに接続される、図２および図３のものを含む、他の構成でも実装されることができる。ＩＣモジュールは、任意の数の１つ以上のエネルギー源と、随意のエネルギーバッファと、エネルギーを１つ以上のモジュールアレイに供給するため、および／または電力を１つ以上の補助負荷に供給するためのスイッチ回路とを含むことができ、制御回路（例えば、ローカル制御デバイス）を含むことができ、ＩＣモジュール自体またはその種々の負荷についての種々のパラメータ（例えば、エネルギー源のＳＯＣ、エネルギー源またはエネルギーバッファの温度、エネルギー源の容量、エネルギー源のＳＯＨ、ＩＣモジュールに関連する電圧および／または電流測定値、補助負荷に関連する電圧および／または電流測定値等）を測定するための測定回路（例えば、１つ以上の回路および／またはセンサ）を含むことができる。
図４１Ａは、それぞれ、位相Ａ、Ｂ、およびＣのアレイ１５００－Ａ、１５００－Ｂ、および１５００－Ｃの間の相間平衡での使用に関して構成される、ＩＣモジュール１０８－ＩＣを伴うシステム１００の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、コンソースモジュール実施形態Ｖ１、Ｖ２、またはＶ３のうちのいずれかに従って構成されることができる。ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、モジュール１０８－ＩＣの１つ以上のエネルギー源を、アレイ１５００－Ａ、１５００－Ｂ、および１５００－Ｃのうちの１つ以上のものに選択的に接続することができる、またはいずれの出力にも接続しない。システム１００は、制御回路１０２（図示せず、図１Ａ参照）によって制御されることができる。アレイ１５００－Ａは、ノードＡにおいてＡＣ電圧波形（ＶｏｕｔＡ）を出力し、アレイ１５００－Ｂは、ノードＢにおいてＡＣ電圧波形（ＶｏｕｔＢ）を出力し、アレイ１５００－Ｃは、ノードＣにおいてＡＣ電圧波形（ＶｏｕｔＣ）を出力する。
図４１Ｂは、スイッチ回路１３２と結合されるエネルギー源２０２を有する、ＩＣモジュール１０８－ＩＣの例示的実施形態を描写する、概略図である。スイッチ回路２０７および２０８に関して説明されるように、スイッチ回路１３２は、任意の配列で、用途の要件のために好適な任意のスイッチタイプ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、シリコン、ＧａＮ等）を伴って構成されることができる。スイッチ回路１３２は、アレイ１５００－Ａ、１５００－Ｂ、および１５００－Ｃのそれぞれのモジュールに結合される、出力１３３－１、１３３－２、および１３３－３を有する。他の実施形態では、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、２つだけの位相を有するシステムと結合されることができ、その場合、２つだけの出力１３３が必要である。同様に、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、３つを上回る位相を有するシステムに結合するように、付加的スイッチ回路および出力を用いてスケールアップされることができる。
図４１Ａおよび４１Ｂを参照すると、３つのアレイ１５００は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣと負荷への出力Ａ、Ｂ、Ｃとの間に電気的に位置する。異なるように言えば、アレイ１５００－Ａは、負荷への接続のための第１の端子Ａと、ＩＣモジュール１０８－ＩＣの出力１３３－１への接続のための第２の端子（アレイ１５００－Ａの反対端上の第１の端子と反対に位置する）とを有する。同様に、アレイ１５００－Ｂおよびアレイ１５００－Ｃはそれぞれ、負荷への接続のための、それぞれ、第１の端子ＢおよびＣと、それぞれ、ＩＣモジュール１０８－ＩＣの出力１３３－２および１３３－３への接続のための第２の端子とを有する。このようなＩＣモジュール１０８－ＩＣの位置付けは、とりわけ、ＩＣモジュールが、３相アレイ１５００－Ａ、Ｂ、およびＣのそれぞれの間の電流のルーティングを制御することを可能にする。
本実施形態では、スイッチ回路１３２は、それぞれ、個別の出力１３３に結合される、３つのスイッチセクション１３４－１、１３４－２、および１３４－３を伴って実装される。各スイッチセクション１３４は、１つ以上の制御入力ライン１３６を介して、制御回路（例えば、制御回路１０２、図１Ａ参照）によって制御されることができる。制御回路は、本明細書に述べられるＰＷＭおよびヒステリシス技法を含む、任意の所望の制御技法に従って、スイッチ回路１３２を制御することができる。
図４１Ｂの実施例では、制御回路１０２は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として実装される。ＬＣＤ１１４は、本ＩＣモジュール１０８－ＩＣと関連付けられ、ＩＣモジュール１０８－ＩＣから、モジュール１０８－ＩＣと結合されるセンサまたは他の測定デバイスまたは回路（図示せず）から、監視データ（例えば、ＥＳ１のＳＯＣ、ＥＳ１の温度、ＥＳ１のＱ等）を受信することができる。本監視データおよび／または本監視データから導出される他のデータは、本明細書に説明されるようなシステム制御で使用するために、ＭＤＣ１１２に出力されることができる。ＬＣＤ１１４はまた、システム１００のモジュールの同期化の目的のために、タイミング情報（図示せず）を受信することもできる。ＰＷＭ（図１４Ａ、１４Ｂ）で使用される鋸歯信号等の１つ以上のキャリア信号（図示せず）もまた、ＬＣＤ１１４によって受信される、またはＬＣＤ１１４によって内部で発生されることができる。
スイッチセクション１３４はそれぞれ、制御入力ライン１３６－１から１３６－６を介してＬＣＤ１１４によって選択的に制御可能なスイッチＳ７およびＳ８を伴う半区画として実装されることができる。（スイッチＳ７およびＳ８は、以前に説明されたスイッチＳ３およびＳ４（またはＳ５およびＳ６）と同一であり得る。）相間平衡のために、エネルギー源２０２からのエネルギーが、スイッチセクション１３４を使用して、経時的にいずれか１つまたは２つの位相アレイ１５００に供給されることができる。１つまたは２つの位相アレイへの補完的エネルギーの供給は、それらの供給された位相アレイのそれらのカスケード型モジュール１０８－１から１０８－Ｎのエネルギー出力が、供給されていない位相アレイに対して低減されることを可能にする。
例えば、ＰＷＭを適用する、いくつかの例示的実施形態では、ＬＣＤ１１４は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣが結合される１つ以上の位相アレイ毎に、本実施例では３つ全て、すなわち、ＶｒｎＡ、ＶｒｎＢ、ＶｒｎＣである、正規化電圧基準信号（Ｖｒｎ）を（ＭＣＤ１１２から）受信するように構成されることができる。ＬＣＤ１１４はまた、ＭＣＤ１１２から、それぞれ、位相アレイ毎にスイッチセクション１３４－１、１３４－２、１３４－３のための変調指数ＭｉＡ、ＭｉＢ、ＭｉＣを受信することもできる。ＬＣＤ１１４は、その位相アレイに直接結合されるスイッチセクションのための変調指数を用いて各個別のＶｒｎを変調させ（例えば、乗算し）（例えば、ＭｉＡによって乗算されたＶｒｎＡ）、次いで、キャリア信号を利用し、スイッチセクション１３４毎に制御信号を発生させることができる。他の実施形態では、ＭＣＤ１１２は、変調を実施し、セクション１３４毎の変調された電圧基準波形をＬＣＤ１１４に直接出力することができる。なおも他の実施形態では、全ての処理および変調は、制御信号を各セクション１３４に直接出力し得る、単一の制御エンティティによって生じることができる。
本切替は、エネルギー源２０２からの電力が適切な間隔および持続時間においてアレイに供給されるように、変調されることができる。そのような方法論は、種々の方法で実装されることができる。
一例示的実施形態では、図１４Ａ－１４Ｄに関して説明されるＰＷＭアプローチは、各モジュール１０８－１から１０８－Ｎのスイッチ回路２０７がＨブリッジ（図５Ａ）として構成される、図４１Ａおよび４１Ｂの実施形態に適用される。ＩＣモジュール１０８－ＩＣを加えて、各アレイ１５００に４つのカスケード型段階（Ｎ＝４）が存在する例示的な場合に関して、次いで、位相角が等しくオフセットされた９つの搬送波信号（２Ｎ＋１）が、制御信号を発生させるために使用される。９つの搬送波信号のうちの８つが、特定のアレイ１５００の４つのモジュール１０８－１から１０８－４毎に制御信号（例えば、モジュールにつきＳ３およびＳ４のための１つの搬送波およびＳ５およびＳ６のための１つの搬送波）を発生させるために使用され、第９の搬送波が、ＩＣモジュール１０８－ＩＣのスイッチセクション１３４のための制御信号を発生させるために使用されることができる。各ＡＣ出力波形（Ｖｏｕｔ）は、したがって、０ボルトにおける第１のレベルを伴う１１レベル波形であり得、８つのレベルが、４つのカスケード型モジュール１０８－１から１０８－４によって生成可能であり、２つのレベルが、ＩＣモジュール１０８－ＩＣによって生成可能である（図４１Ｂに示される＋ＶＩＣおよび－ＶＩＣ）。（ＩＣモジュール１０８－ＩＣのエネルギー源２０２は、好ましくは、カスケード型モジュールのエネルギー源と同一の標準電圧であるが、そのようなものは要求されない。）
平衡動作の間に、スイッチセクション１３４毎の変調指数は、同一または類似量の正味エネルギーをエネルギー源２０２および／またはエネルギーバッファ２０４によって各アレイ１５００に供給させる値に設定されることができる。例えば、スイッチセクション１３４毎に使用される変調指数は、同一または類似であり得、システム内の他のモジュールと同一の率においてＩＣモジュールを消耗するように、ＩＣモジュールに、平衡動作の間に１つ以上のアレイ１５００へのエネルギーの正味または時間平均放出を実施させる、レベルまたは値に設定されることができる。いくつかの実施形態では、スイッチセクション１３４毎に使用される変調指数は、同一または類似であり得、平衡動作の間にエネルギーの正味または時間平均放出を引き起こさない（ゼロの正味エネルギー放出を引き起こす）レベルまたは値に設定されることができる。これは、ＩＣモジュールが他のモジュールのレベルを下回って消耗され得、システム１００全体を横断して類似ＳＯＣレベルに到達するために、ＩＣモジュールを消耗することなく、他のモジュールの継続的動作が要求される、状況で有用であり得る。例えば、これは、ＥＶが運転することなく長期的周期にわたって電力を補助負荷に供給している場合に起こり得る。
不平衡条件がアレイ１５００の間で生じるとき、次いで、システム１００の変調指数は、システムを平衡条件に戻るように収束させるために調節されることができる。例えば、制御回路１０２は、アレイ１５００のうちの１つが他のアレイよりも比較的に低いＳＯＣパラメータ（例えば、カスケード型モジュール１０８－１から１０８－４の総計ＳＯＣ）を有することを検出することができる。制御回路１０２は、次いで、ＩＣモジュール１０８－ＩＣに、他のアレイよりもその低アレイに多くを放出させることができ、また、その低アレイのカスケード型モジュールに、（例えば、時間平均基準で）比較的に少なく放出させることもできる。ＩＣモジュール１０８－ＩＣによって寄与される相対正味エネルギーは、支援されているアレイのモジュールと比較して、また、ＩＣモジュールが他のアレイに寄与する正味エネルギーの量と比較して、増加する。これは、その低アレイのためのＶｏｕｔを適切または要求レベルで維持する様式で、他の位相アレイに供給する他のスイッチセクション１３４のための変調指数を比較的に不変のままにして、その低アレイに供給するＩＣモジュールスイッチセクションのための変調指数を増加させることによって、かつその低アレイの１つ以上のカスケード型モジュールの変調指数を減少させることによって、遂行されることができる。ＩＣモジュールを用いた相間平衡の付加的例示的実施形態が、図４２Ａ－４２Ｂに関して下記に説明される。
ＩＣモジュール１０８－ＩＣはまた、電流を第１のシステムまたはパックの１つ以上の位相および第２のシステムまたはパックの１つ以上の位相に供給するようにスケーリングされることもできる（例えば、図２７Ａ、２７Ｂ、および２９のＩＣモジュール１０８－ＩＣ参照）。例えば、ＩＣモジュールの第１のスイッチセクション１３４－１が、第１のパックの位相アレイと結合されることができ、ＩＣモジュールの第２のスイッチセクション１３４－２が、異なる第２のパックの位相アレイと結合されることができる。第１のパックは、多相供給を第１のモータに提供する、複数のアレイを有することができ、第２のパックは、多相供給を第２のモータに提供する、複数のアレイを有することができる（例えば、図２７Ａ、２７Ｂ、および２９に描写されるように）。パック間平衡のために、ＩＣモジュールからのエネルギーが、スイッチセクション１３４－１および１３４－２を使用して、経時的に異なるパックの２つの位相アレイに供給されることができる。本システムは、各ＩＣモジュールが、各パックから１つずつ、２つのアレイに供給し、したがって、（図２７Ａ、２７Ｂ、および２９に示されるように）２つの３相パックのために３つのＩＣモジュールを要求する、または各ＩＣモジュールが、両方のパックの全てのアレイまでを含む、２つを上回るアレイ（例えば、１つのＩＣモジュールが、第１の３相パックの３つ全てのアレイおよび第２の３相パックの３つ全てのアレイを結合した）に供給するように、スケーリングされることができる。制御回路は、異なるパックのアレイの相対的パラメータ（例えば、ＳＯＣおよび温度）を監視し、ＩＣモジュールのエネルギー出力を調節し、同一のパックのアレイまたは位相の間の不平衡を補償することと本明細書に説明される同一の様式で、異なるパックのアレイまたは位相の間の不平衡を補償することができる。複数のＩＣモジュールを用いた全ての場合において、エネルギー源は、本明細書に説明されるようにエネルギーを共有するように、ともに並列に結合されることができる。
ＩＣモジュール１０８－ＩＣはまた、電力を（エネルギー源２０２と同一の電圧において）１つ以上の補助負荷４０８および／または（エネルギー源２０２から逓減される電圧において）１つ以上の補助負荷４１０に供給するように構成されることもできる。図４１Ｃは、図４１Ａのものに類似するが、補助負荷４０８、４１０－１、および４１０－２に供給するＩＣモジュール１０８－ＩＣを伴う、システム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。図４１Ｄは、スイッチ回路１３２と結合されたエネルギー源２０２を有するＩＣモジュール１０８－ＩＣを強調した、システム１００の本例示的実施形態を描写する概略ブロック図である。ここでは、制御回路１０２は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として再び実装される。ＬＣＤ１１４は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣから監視データ（例えば、ＥＳ１のＳＯＣ、ＥＳ１の温度、ＥＳ１のＱ、補助負荷４１０の電圧等）を受信することができ、本明細書に説明されるようなシステム制御で使用するために、本および／または他の監視するデータをＭＤＣ１１２に出力することができる。本実施形態では、スイッチ回路１３２は、相間平衡能力を提供するように、また、補助負荷４０８、４１０－１、および４１０－２に供給するように構成される。スイッチ回路１３２は、多数の異なる構成を有し得る、２つの付加的スイッチセクション２０８－１および２０８－２を伴って実装される。ここでは、セクション２０８－１および２０８－２はそれぞれ、スイッチＳ１およびＳ２を含み、したがって、図５Ｂに関して説明される実施形態のように構成される。スイッチセクション２０８－１は、ひいては、補助負荷４１０－１と結合される、インダクタＬＣ１に結合される出力を有する。スイッチセクション２０８－２は、ひいては、補助負荷４１０－２と結合される、インダクタＬＣ１に結合される出力を有する。スイッチセクション２０８－１および２０８－２は、１つ以上の制御ライン１３６を用いてＬＣＤ１１２によって制御されることができる。
補助負荷４１０－１および４１０－２は、ＬＣ１およびＬＣ２のインダクタンスおよびスイッチセクション２０８－１および２０８－２に印加されるデューティサイクルに基づいて、異なる電圧において動作することができる。例えば、エネルギー源２０２が、４８Ｖにおいて動作する場合、補助負荷４０８もまた、４８Ｖにおいて動作することができ、補助負荷４１０－１は、２４Ｖにおいて動作することができ、補助負荷４１０－２は、１２Ｖにおいて動作することができる。当業者は、本開示から、実施形態がほぼ無限の異なる電圧および電圧の組み合わせにおいて動作され得ることを認識するであろう。電圧および／または電流監視回路（図示せず）は、補助負荷４１０－１および４１０－２に供給される電圧および／または電流を監視することができ、これは、次いで、モジュールから監視データとしてＬＣＤ１１４にフィードバックされる。本データは、スイッチセクション２０８－１および２０８－２のデューティサイクルを制御し、したがって、負荷４１０－１および４１０－２に供給される電圧を独立して調整するために、ＬＣＤ１１４によって使用されることができる。
ＩＣモジュール１０８－ＩＣの電力供給能力を増加させるために、エネルギー源２０２は、モジュール１０８のエネルギー源よりも高い容量を伴って構成されることができる。例えば、１つのＩＣモジュールが、エネルギーを３相アレイに印加し、位相アレイ毎にＩＣモジュールによって出力されるエネルギーが、その位相アレイ内のモジュールの約半分である、実施形態では、次いで、ＩＣモジュールは、好ましくは、ＩＣモジュールが位相アレイ自体のモジュールと同一の率において放電することを可能にするように、（それらのモジュールが同一の容量を有すると仮定して）位相アレイ内のモジュールを１．５倍上回る容量を有する。ＩＣモジュールがまた、補助負荷にも供給している場合、ＩＣモジュールが、他のモジュールと比較的に同一の率において補助負荷に供給すること、および放電することの両方を可能にするように、位相アレイ内のモジュールの容量の２倍等のさらに大きい容量が、所望され得る。代替として、またはより高い容量に加えて、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、ＩＣモジュール１０８－ＩＣのうちの１つを上回るものまたは全てのエネルギー源２０２が、コンソースモジュールＶ３ １０８－ＩＣに関して本明細書に説明され、示されるように、並列であるように、接続されることができる（例えば、図４、２０、２１、および２４－２９に関して説明されるようにポート３および４をともに結合することを参照）。それらの実施例では、エネルギー源を並列に設置することは、本質的に容量を倍にし、ＩＣモジュールが、補助負荷にも供給しながら、システム内の他のモジュールと比較的に同一の率において放電することを可能にする。
図４１Ｅは、負荷またはモータを示すことはないが、図２５のものに類似するシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。ここでは、２つのＩＣモジュール１０８－ＩＣ－１および１０８－ＩＣ－２は、位相アレイ１５００－Ａおよび１５００－Ｂと結合されたモジュール１０８－ＩＣ－１を伴って、かつ位相アレイ１５５０－Ｃと結合されたモジュール１０８－ＩＣ－２を伴って実装される。両方のモジュール１０８－ＩＣは、補助負荷４０８および４１０に供給する。図４１Ｆは、モジュール１０８－ＩＣ－１がコンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣとして実装され、モジュール１０８－ＩＣ－２がコンソースＶ３モジュール１０８－ＩＣとして実装されるが、第２のスイッチセクション１３４（例えば、図５ＢのスイッチＳ５およびＳ６）を伴わない、２つのＩＣモジュール１０８－ＩＣおよびそれらのＬＣＤ１１４を強調した、図４１Ｅのシステムの概略図である。ここでは、各モジュール１０８－ＩＣ－１および１０８－ＩＣ－２は、電流搬送容量を倍にするように、スイッチ回路２０８と、補助負荷４１０に供給するための結合インダクタＬＣとを含む。
各モジュールのノード３および４への接続を介して、ここに示されるように並列に接続されたエネルギー源２０２との２つ以上のＩＣモジュール１０８－ＩＣの併用は、エネルギーがモジュールの間で交換されることを可能にし、両方が比較的に平衡を保たれた条件に留まりながら動作することを可能にする。換言すると、ＩＣモジュール１０８－ＩＣ－１のエネルギー源２０２は、第２のＩＣモジュール１０８－ＩＣ－２内のエネルギー源２０２’と同一または類似充電レベルに留まるであろう。各位相内の電流が極性を変化させるにつれて、各エネルギー源２０２は、潜在的に、その時点で負の極性で動作する位相のうちの１つ以上のものから着信する電流によって、持続的に充電されることができる。複数のＩＣモジュールを伴う構成では、各ＩＣモジュール１０８のエネルギー源２０２は、好ましくは、同一の容量を有するが、それは、要求されず、いくつかの実施形態では、ＩＣモジュールは、異なる容量を有することができる。同様に、各ＩＣモジュール１０８のエネルギー源２０２は、放電率が概して同一であるように、各アレイ内のカスケード型モジュールと同一の容量を有することができる。しかし、他の実施形態では、異なる容量を有することができる。また、他の実施形態では、複数のＩＣモジュール１０８－ＩＣのエネルギー源は、並列の代わりに直列に結合されることができる。
ＩＣモジュールを用いた相間平衡の付加的例示的実施形態
図４２Ａ－４２Ｂは、少なくとも１つのＩＣモジュール１０８－ＩＣを有するシステム内で相間平衡を実施する方法の例示的実施形態を描写する、フロー図である。本システムは、本明細書に説明されるモジュール１０８の任意の構成またはトポロジ配列、またはその他を有することができ、任意の数の２つ以上の位相のために、またはそこからエネルギーを供給（または貯蔵）することができる。平衡を保たれているアレイは、同一の負荷またはモータに供給することができる、または異なる負荷またはモータに供給する、異なるシステムまたはパック内にあり得る（例えば、システム間またはパック間平衡）。全てのモジュールの切替回路が、ＰＷＭおよびヒステリシス技法に従って比較的に高い周波数において動作する傾向があるため、（例えば、増加する、減少する、または同一に留まる）モジュールによるエネルギー出力の言及は、例えば、時間平均または正味基準で、時間を横断する。エネルギー出力のこれらの言及はまた、経時的な（例えば、出力波形の複数の連続周期にわたる）累積または総エネルギーとして表されることもできる。
図４２Ａは、方法４２００を示す。４２０２では、制御回路１０２は、相間平衡を呼び出すために十分である不平衡条件が少なくとも２つの異なるアレイ１５００の間に存在するかどうかを決定または査定することができる。本決定は、制御回路に通信される（例えば、ＬＣＤによって収集され、ＭＣＤに通信される）、広範囲の１つ、２つ、以上のタイプの定性的または定量的情報（例えば、測定または特性評価）に基づくことができる。以下の段落は、本明細書に説明される全ての実施形態に適用可能なこれらの種々のタイプのいくつかの非限定的実施例を説明する。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムのＳＯＣパラメータ（例えば、測定値）、またはそれに関してＳＯＣ値未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内のエネルギーまたは電荷に関し得る。ＳＯＣパラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールの全ＳＯＣ、アレイ内の全てのモジュールのＳＯＣの中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールのＳＯＣ、アレイ内の１つ以上のモジュールにおけるＳＯＣの変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの温度パラメータ、またはそれに関して温度パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内の温度に関し得る。温度パラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールの温度の中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールの温度、アレイ内の１つ以上のモジュールにおける温度の変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの容量（Ｑ）パラメータ、またはそれに関してＱパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内のＱに関し得る。Ｑパラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールのＱの中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールのＱ、アレイ内の１つ以上のモジュールにおけるＱの変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの健全性状態（ＳＯＨ）パラメータ、またはそれに関してＳＯＨパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内のＳＯＨに関し得る。ＳＯＨパラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールのＳＯＨの中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールのＳＯＨ、アレイ内の１つ以上のモジュールにおけるＳＯＨの変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの電圧パラメータ、またはそれに関して電圧パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内の電圧に関し得る。電圧パラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールの現在の電圧レベルの中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールの現在の電圧、アレイ内の１つ以上のモジュールにおける電圧の変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件は、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの電流パラメータ、またはそれに関して電流パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するもの等のアレイ内の電流に関し得る。電流パラメータは、例えば、アレイ内の全てのモジュールの現在の電流レベルの中心傾向値（例えば、平均または中央値）、アレイ内の１つ以上のモジュールの現在の電流、アレイ内の１つ以上のモジュールにおける電流の変化率、またはその他であり得る。
不平衡条件はまた、そのような障害または劣化条件が全てのタイプの測定および特性評価を横断して不平衡条件につながり得るため、アレイ内のモジュールの動作または性能を限定または妨害する障害または劣化条件であり得る。
２つのアレイが不平衡条件にあるかどうかの決定または査定は、上記に説明されるように相対的であり得る。相対的差異は、比較分数またはパーセンタイルの観点から、または標準化単位（例えば、クーロン、温度の度数、ボルト、アンペア等）の観点から特性評価されることができる。本システムは、相対的差異の任意の量または閾値に基づいて相間平衡を呼び出すように構成されることができ、より小さい相対閾値（例えば、１％）が、より大きい相対閾値（例えば、５％）よりも頻繁に相間平衡を呼び出すであろう。２つのアレイが十分な不平衡条件にあるかどうかの決定または査定は、絶対または非相対値に基づくことができ、例えば、不平衡条件は、他のアレイが有する値の内容にかかわらず、第１のアレイが絶対閾値（最大温度、最小ＳＯＣ等）を下回る値を有する場合、存在すると決定されることができる。２つのアレイが不平衡条件にあるかどうかの決定は、相対および絶対要因の両方に基づくことができ、例えば、第１のアレイの温度は、第２のアレイと比較して、相対的閾値差（例えば、摂氏３度（℃）の相対的差異）を超え得るが、相間平衡は、両方のアレイが最低絶対温度を超えて相間平衡を開始する（例えば、１２℃）まで実施されないであろう。
図４２Ａに戻って参照すると、制御回路が、不平衡条件要件が満たされていないことを決定する場合、方法４２００は、（４２０４によって示されるように）ステップ４２０６に進む。要件が満たされない場合、方法４２００は、ステップ４２０２に戻る。本復帰ループは、システム１００が動作し、不平衡条件の発生に関して持続的に、または繰り返して監視している間に、無期限に継続することができる。
ステップ４２０６では、制御回路は、補完的正味エネルギーを、ＩＣモジュール１０８－ＩＣのエネルギー源からモジュール１０８－１から１０８－Ｎの適切なアレイ１５００に供給させる。適切なアレイは、不平衡条件に対抗するために付加的エネルギーを要求するアレイである。本ステップは、いくつかの実施形態では、制御回路が、モジュール１０８－１から１０８－Ｎのカスケード型アレイのうちの１つ以上のものから供給されるエネルギーの低減を引き起こすステップを含むことができ、低減は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣによって追加される補充エネルギーと同等であり、したがって、システム１００が負荷要件を満たすことを可能にする。制御回路は、アレイを平衡条件に戻るように収束し始めさせるためにモジュール１０８－１から１０８－Ｎおよびモジュール１０８－ＩＣに要求されるエネルギー出力調節の量を決定または推定することができる。補完的エネルギーの量は、ステップ４２０６に先立って生じる、平衡動作状態でＩＣモジュール１０８－ＩＣによって供給される量（ゼロまたはゼロではない）を上回る増分量であり得る。Ｎ＝４である、図４１Ａ－４１Ｂに関して説明される実施例に戻って参照すると、アレイ１５００－ＡがＩＣモジュール１０８－ＩＣによる補充を要求する、サンプル事例では、次いで、ＭＣＤ１１２は、負荷要件を満たすように、かつアレイを経時的に平衡条件に向かって収束させるように、アレイ１５００－Ａのモジュール１０８－１から１０８－４の全てのための変調指数を減少させる量、およびスイッチセクション１３４－１のための変調指数を増加させる量を決定することができる。これらの変調指数は、ＬＣＤ１１４に通信されることができ、これは、次いで、モジュール１０８－１から１０８－４の全てのため、およびスイッチセクション１３４－１のためのＶｒｎＡを変調させ、変調された波形を使用し、それぞれのための制御信号１３６を発生させることができる。
４２０６において相対的エネルギー出力を調節した後、制御回路は、４２０８において不平衡条件が持続するかどうかを再び決定または査定することができる。条件が持続する場合、本方法は、ステップ４２０６に戻ることができ、補完的エネルギーは、上記に説明されるように（４２１０によって示されるように）ＩＣモジュール１０８－ＩＣによって再び供給されることができる。不平衡条件要件が満たされない場合、方法４２００は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣからのエネルギーの補完的供給が停止され得る、ステップ４２１２に進むことができる。これは、不平衡条件になることに先立って使用されていた（１５００－ＡのＩＣモジュール１０８－ＩＣおよびモジュール１０８－１から１０８－４のための）変調指数への復帰、例えば、平衡条件のための変調指数への復帰を含むことができる。代替として、これは、以前の平衡動作で使用されていたものと必ずしも同一ではない値へのスイッチセクション１３４－１のための変調指数の低減およびカスケード型モジュール１０８－１から１０８－Ｎのための変調指数の増加を含むことができる。
図４２Ｂは、少なくとも１つのＩＣモジュール１０８－ＩＣを伴うシステム内の相間平衡の方法４２２０の別の例示的実施形態を描写する、フロー図である。方法４２２０は、相間平衡がＩＣモジュール１０８－ＩＣによってアレイに供給されるエネルギーを減少させることによって実施されることを除いて、方法４２００に類似する。本例示的実施形態では、ＩＣモジュール１０８－ＩＣは、平衡条件の間にエネルギーまたは電力を各アレイ１５００に寄与している。ステップ４２２２および４２２４は、方法４２００のステップ４２０２および４２０４に類似する。４２２２では、制御回路１０２は、相間平衡を呼び出すために十分である不平衡条件が少なくとも２つの異なるアレイ１５００の間に存在するかどうかを決定または査定することができる。不平衡条件要件が満たされる場合、方法４２２０は、（４２２４によって示されるように）ステップ４２２６に進む。要件が満たされない場合、方法４２２０は、ステップ４２２２に戻る。本復帰ループは、システム１００が動作し、不平衡条件の発生に関して持続的に、または繰り返して監視している間に、無期限に継続することができる。
ＩＣモジュール１０８－ＩＣを使用し、（例えば、より低い全体的ＳＯＣを有する）アレイへのエネルギー出力を増加させる代わりに、ステップ４２２６において、制御回路は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣからより大きい動作限度を有する（例えば、より高い全体的ＳＯＣを有する）アレイへのエネルギー出力を減少させる。本ステップは、制御回路が、より大きい限度を伴うアレイ内のモジュール１０８－１から１０８－Ｎのカスケード型アレイのうちの１つ以上のものから供給されるエネルギーの増加を引き起こすステップを含むことができ、増加は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣによってそのアレイに供給される漸減エネルギーと同等であり、したがって、システム１００が負荷要件を満たすことを可能にする。制御回路は、アレイを平衡条件に戻るように収束し始めさせるために調節されたモジュール１０８－１から１０８－Ｎおよびモジュール１０８－ＩＣに要求されるエネルギー出力調節の量を決定または推定することができる。Ｎ＝４である、図４１Ａ－４１Ｂに関して説明される実施例に戻って参照すると、アレイ１５００－Ａがアレイ１５００－Ｂおよびアレイ１５００－Ｃよりも比較的に大きい全体的ＳＯＣを有する、サンプル事例では、次いで、ＭＣＤ１１２は、負荷要件を満たすように、かつアレイ１５００－Ａをアレイ１５００－Ｂおよび１５００－Ｃとともに経時的に平衡条件に向かって収束させるように、アレイ１５００－Ａのモジュール１０８－１から１０８－４の全てのための変調指数を減少させる量、およびアレイ１５００－Ａに供給するスイッチセクション１３４－１のための変調指数を増加させる量を決定することができる。これらの変調指数は、ＬＣＤ１１４に通信されることができ、これは、次いで、モジュール１０８－１から１０８－４の全てのため、およびスイッチセクション１３４－１のためのＶｒｎＡを変調させ、変調された波形を使用し、それぞれのための制御信号１３６を発生させることができる。
４２２６において相対的エネルギー出力を調節した後、制御回路は、４２２８において不平衡条件が持続するかどうかを再び決定または査定することができる。条件が持続する場合、本方法は、上記に説明されるように（４２３０によって示されるように）ステップ４２２６に戻ることができる。不平衡条件要件が満たされない場合、方法４２００は、ＩＣモジュール１０８－ＩＣからのエネルギーの供給の低減が停止され得る、ステップ４２３２に進むことができる。これは、不平衡条件になることに先立って使用されていた（ＩＣモジュール１０８－ＩＣおよびモジュール１０８－１から１０８－４のための）変調指数への復帰、例えば、平衡条件のための変調指数への復帰を含むことができる。代替として、これは、以前の平衡動作で使用されていたものと必ずしも同一ではない値へのスイッチセクション１３４－１のための変調指数の増加およびアレイ１５００－Ａのカスケード型モジュール１０８－１から１０８－Ｎのための変調指数の減少を含むことができる。
図４２Ａおよび４２Ｂに関して説明される実施形態はまた、本明細書に説明される不平衡条件のうちのいずれかを補償するように組み合わせられることもできる。例えば、アレイ１５００－Ａがアレイ１５００－Ｂよりも全体的に低いＳＯＣを有する場合において、次いで、アレイ１５００－ＡのためにＩＣモジュールによって供給されるエネルギーまたは電力は、増加されることができ、そのアレイ１５００－Ａの１つ以上のカスケード型モジュール１０８のエネルギーまたは電力出力は、対応して減少されることができる。並行して、アレイ１５００－ＢのためにＩＣモジュールによって供給されるエネルギーまたは電力は、減少されることができ、そのアレイ１５００－Ｂの１つ以上のカスケード型モジュール１０８のエネルギーまたは電力出力は、対応して増加されることができる。
１つ以上のＩＣモジュール１０８－ＩＣを通したアレイ１５００の相互接続は、複数の位相のアレイ１５００の間のエネルギーの効果的で高速の交換を可能にする。例えば、ノードＡ、Ｂ、またはＣのうちの１つからシステム１００の中に通過する電流が、１つ以上のモジュール１０８－ＩＣ内のエネルギー源を充電するために使用されることができる一方、それらのエネルギー源は、１つ以上のノードＡ、Ｂ、およびＣへの電流の選択的放電のために使用されることができる。
レイアウトおよび筐体に関連する例示的実施形態
本明細書の実施形態の多くでは、コンソースモジュールは、ＬＣＤと別個であるものとして示される、または説明される。しかしながら、本明細書に説明される、ありとあらゆる実施形態では、コンソースモジュールは、ＬＣＤがそのコンポーネントであるように、構成されることができる。例えば、図４３Ａは、コンバータ・ソースモジュール１０８（コンソースモジュールＶ１、Ｖ２、またはＶ３とも称され得る）の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施形態では、モジュール１０８は、モジュール１０８のためのＬＣＤ１１４、およびコンバータＶ１またはＶ２ ２０６、３０８、エネルギーバッファ２０４、およびエネルギー源１ ２０２（随意に、存在する場合、エネルギー源２ ３０４）を保持する、共通筐体または物理的包装４３０２を有する。したがって、本実施形態では、モジュール１０８は、統合または単一デバイスまたはサブシステムとして提供または製造される。
図４３Ｂは、コンバータ・ソースモジュール１０８の別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施形態では、モジュール１０８は、モジュール１０８のためのＬＣＤ、およびコンバータＶ１またはＶ２ ２０６、３０８、およびエネルギーバッファ２０４を保持する、筐体または物理的包装４３０３を有する。エネルギー源１ ２０２（随意に、存在する場合、エネルギー源２ ３０４）は、別個の筐体４３０４内に提供される。筐体４３０３および４３０４は、システム１００内の配設に先立って、ともに物理的に継合、固着、または接続されることができる、またはともに電気的に接続される別個のエンティティであり得る。筐体４３０３、４３０４は、種々のデバイス１１４、２０６、３０８、２０２等の間の電気接続に適応するためのポートまたは他のアクセスを有することができる。
図４３Ｃは、コンバータ・ソースモジュール１０８の別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施形態では、モジュール１０８は、モジュール１０８のためのＬＣＤ１１４を保持する、第１の筐体または物理的包装４３０６と、コンバータＶ１またはＶ２ ２０６、３０８、およびエネルギーバッファ２０４を保持する、第２の筐体または物理的包装４３０８とを有する。エネルギー源１ ２０２（随意に、存在する場合、エネルギー源２ ３０４）は、別個の筐体４３０４内に提供される。筐体４３０６、４３０８、および４３０４は、システム１００内の配設に先立って、ともに物理的に継合、固着、または接続されることができる、またはともに電気的に接続される別個のエンティティであり得る。筐体４３０６、４３０８、および４３０４の全ては、種々のデバイス１１４、２０６、３０８、２０２等の間の電気接続に適応するためのポートまたは他のアクセスを有することができる。
本明細書に説明される、ありとあらゆる実施形態では、種々の回路コンポーネントは、形状因子を縮小するように、統合された１つ以上の基板であり得る。例えば、ＬＣＤは、図４３Ａ－４３Ｃに関して説明されるように、コンソースモジュールの一部であり得る。図４４Ａは、ＬＣＤ１１４、コンバータＶ１またはＶ２ ２０６、３０８、およびエネルギーバッファ２０４がそれぞれ、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る、単一の共通基板４４０２に搭載または固着される、例示的実施形態を描写する概略図である。これらのコンポーネントは、それらの間の信号またはデータの交換を許容するように、基板４４０２および相互と電気的に結合されることができる。他の受動または能動コンポーネントも、同様に基板４４０２に搭載または固着されることができる。
図４４Ｂは、コンバータＶ１またはＶ２ ２０６、３０８、およびエネルギーバッファ２０４がそれぞれ、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る、単一の共通基板４４０４に搭載または固着される、例示的実施形態を描写する概略図である。これらのコンポーネントは、それらの間の信号またはデータの交換を許容するように、基板４４０４および相互と電気的に結合されることができる。ＬＣＤ１１４は、単一のＰＣＢでもあり得る、異なる基板４４０６に搭載または固着される。他の受動または能動コンポーネントも、同様に基板４４０４および４４０６に搭載または固着されることができる。ＬＣＤと基板４４０４上のコンポーネントとの間の通信が、１つ以上のバス、ワイヤまたは光ファイバを経由して生じることができる。
本明細書に説明される実施形態では、相内平衡が、１つ以上の相内平衡コントローラによって達成されることができ、相間平衡が、１つ以上の相間平衡コントローラによって達成されることができる。これらの相内平衡コントローラおよび相間平衡コントローラは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができる。これらの相内平衡コントローラおよび相間平衡コントローラは、完全にマスタ制御デバイス等のデバイスによって実装されることができる。これらの相内平衡コントローラおよび相間平衡コントローラは、マスタ制御デバイスおよび１つ以上のローカル制御デバイス等の複数のデバイスの間で分散様式において実装されることができる。
システム１００は、種々の定常および移動用途で要求され得るような広範囲の周波数を横断して動作することができる。例えば、定常用途におけるシステムＡＣ出力周波数は、多くの場合、６０Ｈｚであろう。ＭＳＯＦＥＴが回路２０７（図５Ａ）におけるスイッチ毎に使用される実施形態では、各ＭＯＳＦＥＴのスイッチング周波数（Ｆｓｗ）は、１Ｋｈｚ～２ｋＨｚの範囲内またはそれを上回り得る。各位相アレイに８つのモジュールが存在する実施例では、次いで、ＡＣ出力電圧における結果として生じる脈動周波数は、２Ｆｓｗ＊Ｎ＝１６ｋＨｚ－３２ｋＨｚ以上のであろう。ＩＧＢＴベースの高電力インバータのような従来のシステムのスイッチング周波数は、多くの場合、５ｋＨｚより少ない。移動用途では、正弦出力波形に関して、一般的に０Ｈｚ～２，０００Ｈｚに及ぶ、以上の、システム周波数は、モータの必要性に依存するであろう。回路２０７のスイッチのＦｓｗが５Ｋｈｚである、例示的実施形態では、次いで、直列に５つのモジュールを伴う（出力脈動と同等の）例示的システム１００のスイッチング周波数は、２＊５ｋＨｚ＊５＝５０ｋＨｚであろう。これは、２０ｋＨｚ未満であるスイッチング周波数を有する、従来の電力インバータと比較される。これらの実施例は、単に、従来のシステムと比べたシステム１００の向上した性能を図示し、いかようにも限定的であることを意図していない。
本明細書に説明される実施形態の全てでは、特定のシステムの各モジュールの一次エネルギー源は、同一の電圧（標準動作電圧または公称電圧のいずれか）を有することができる。そのような構成は、システムの管理および構築を単純化する。一次および第２のエネルギー源もまた、同一の電圧（標準または公称）を有することができる。同一のシステムの異なるモジュールの一次エネルギー源が異なる電圧（標準または公称）を有するもの、およびモジュールの一次および二次エネルギー源が異なる電圧（標準または公称）を有するもの等の他の構成も、実装されることができる。システムのモジュールの一次エネルギー源が、異なる化学性質である一次エネルギー源バッテリを有する、またはシステムのモジュールが、第１の化学性質の一次エネルギー源バッテリと、第２の化学性質の二次エネルギー源バッテリとを有する、なおも他の構成も、実装されることができる。相互と異なるモジュールは、システム内の設置に基づくことができる（例えば、位相アレイ内のモジュールは、ＩＣモジュールと異なる）。
図１－８Ｆ、１１、１３、１５－３０、３２、および４１Ａ－４１Ｆおよび４３Ａ－４４Ｂでは、図の種々の構成要素（例えば、要素、コンポーネント、デバイス、システム、および／または機能ブロック）が、１つ以上の他の構成要素（例えば、要素、コンポーネント、デバイス、システム、および／または機能ブロック）と結合される、またはそれに接続されるものとして描写される。これらの構成要素は、多くの場合、直接結合または接続等における介在エンティティの存在を伴わずに結合または接続されるものとして示される。当業者は、本説明を踏まえて、これらの結合および接続が直接（１つ以上の介在コンポーネントを伴わない）または間接的（示されていない１つ以上の介在コンポーネントを伴う）であり得ることを容易に認識するであろう。したがって、本段落は、直接結合または接続または間接的結合または接続である、全ての結合または接続のための先行支持としての役割を果たす。
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法と併せて使用され得る、システム（例えば、ＡＣｉバッテリパック）、デバイス、および方法に関する詳細な議論が、２０１９年３月２２日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、国際公開第ＷＯ２０１９／１８３５５３号（完全に記載された場合のように、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる）内で提供される。
本明細書に説明される実施形態は、例えば、自動車産業でバッテリパックとして使用されるとき、各バッテリモジュールに付随するサブシステムとしての従来のバッテリ管理システムの排除を許容する。典型的には、バッテリ管理システムによって実施される機能性は、本明細書に説明されるシステム実施形態の異なり、多くの点でより優れた機能性によって組み入れられる、または置換される。
当業者は、本明細書で使用される用語としての「モジュール」は、システム１００内のデバイス、アセンブリ、またはサブシステムを指し、システム１００は、各個々のモジュールが物理的に除去可能であり、他のモジュールに対して置換可能であることを可能にするように構成される必要がないことを理解するであろう。例えば、システム１００は、全体としてのシステムの分解を伴わずに、いずれか１つのモジュールの除去および置換を許容しない、共通筐体内にパッケージ化されてもよい。しかしながら、本明細書のありとあらゆる実施形態は、各モジュールが、システムの分解等を伴わずに便宜的な様式で除去可能であり、他のモジュールに対して置換可能であるように、構成されることができる。
用語「マスタ制御デバイス」は、本明細書では広義で使用され、ローカル制御デバイス等の任意の他のデバイスとのマスタおよびスレーブ関係等のいずれの具体的プロトコルの実装も要求しない。
用語「出力」は、本明細書では広義で使用され、出力および入力の両方として双方向様式で機能することを除外しない。同様に、用語「入力」は、本明細書では広義で使用され、入力および出力の両方として双方向様式で機能することを除外しない。
用語「端子」および「ポート」は、本明細書では広義で使用され、一方向または双方向のいずれかであり得、入力または出力であり得、メス型またはオス型構成等の具体的な物理的または機械的構造を要求しない。
本明細書に説明される例示的実施形態は、システムのありとあらゆるコンポーネント（例えば、スイッチ回路、エネルギー源、エネルギーバッファ、制御回路等）から熱を放散するために、１つ以上の冷却システムと併用されることができる。冷却システムは、ガス、液体、または固体等の冷却媒体を利用することができる。冷却システムは、１つ以上の圧電冷却要素を利用することができる。
本主題の種々の側面が、これまで説明された実施形態を精査して、および／またはそれを補足して下記に記載され、ここでは、以下の実施形態の相互関係および互換性が重視される。換言すると、別様に明示的に記述されない、または論理的に非現実的ではない限り、実施形態の各特徴は、ありとあらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実が重視される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイスは、複数のスイッチのための複数の切替信号を発生させるように構成される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、第１のエネルギー源は、ローカル制御デバイスのための動作電力を提供する。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイスは、コンバータ・ソースモジュール内の障害を検出し、障害信号を発生させるように構成される。これらの実施形態では、障害信号は、実際の障害または潜在的障害を示す。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、ローカル制御デバイスに通信可能に結合される、マスタ制御デバイスを含み、ローカル制御デバイスは、障害信号をマスタ制御デバイスに出力するように構成される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイス、エネルギーバッファ、およびコンバータは、単一のプリント回路基板上にともに実装される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイス、エネルギーバッファ、およびコンバータは、第１のエネルギー源を収納しない共通筐体内に収納される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイス、第１のエネルギー源、エネルギーバッファ、およびコンバータは、別のコンバータ・ソースモジュールを収納しない共通筐体内に収納される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含み、ローカル制御デバイス、エネルギーバッファ、およびコンバータは、第１のエネルギー源を収納しない共通筐体内に収納される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含み、エネルギーバッファおよびコンバータは、単一のプリント回路基板上にともに実装される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、燃料電池を含む、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、エネルギーバッファは、２つのインダクタと、２つのコンデンサとを含む、Ｚ源ネットワーク、または２つのインダクタと、２つのコンデンサと、ダイオードとを含む、準Ｚ源ネットワークを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールはさらに、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第２のエネルギー源と、第１の入力と、第２の入力と、第３の入力とを含む、コンバータとを含み、第１および第３の入力は、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合され、第２および第３の入力は、第２のエネルギー源と結合され、コンバータはさらに、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含み、第１および第２のエネルギー源はそれぞれ、両方ともバッテリを含む、または第１および第２のエネルギー源はそれぞれ、両方ともバッテリを含まない。
これらの実施形態の多くでは、第１および第２のエネルギー源はそれぞれ、コンデンサまたは燃料電池を含む。これらの実施形態の多くでは、コンバータは、第１のスイッチと、インダクタと、第２のスイッチとを含み、第１のスイッチは、第１の入力と第１のノードとの間に結合され、インダクタは、第２の入力と第１のノードとの間に結合され、第２のスイッチは、第３の入力と第１のノードとの間に結合される。これらの実施形態の多くでは、複数のスイッチは、第３のスイッチと、第４のスイッチと、第５のスイッチと、第６のスイッチとを含む。これらの実施形態の多くでは、第１および第２のエネルギー源はそれぞれ、両方ともバッテリを含み、第２のエネルギー源はさらに、バッテリと並列の第１のコンデンサを含む。これらの実施形態の多くでは、第１および第２のエネルギー源はそれぞれ、両方ともバッテリを含み、第２のエネルギー源はさらに、バッテリと並列の第１のコンデンサと、バッテリと並列の第２のコンデンサとを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、第１のエネルギー源およびエネルギーバッファと結合される、コンバータとを含み、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。これらの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールはさらに、一次負荷または別のコンバータ・ソースモジュールへの接続のための第１の出力ポートと、補助負荷への接続のための第２の出力ポートとを含む。
これらの実施形態の多くでは、補助負荷は、第１の補助負荷であり、コンバータ・ソースモジュールは、第２の補助負荷への接続のための第３の出力ポートを含む。これらの実施形態の多くでは、第１の出力ポートは、一次負荷または別のコンバータ・ソースモジュールと結合され、第２の出力ポートは、第１の補助負荷と結合され、第３の出力ポートは、第２の補助負荷と結合される。これらの実施形態の多くでは、コンバータは、第１の入力と、第２の入力と、第３の入力とを含み、第１および第３の入力は、第１のエネルギー源、エネルギーバッファ、および第２の出力ポートと結合され、第２および第３の入力は、第３の出力ポートと結合される。これらの実施形態の多くでは、コンバータは、第１のスイッチと、インダクタと、第２のスイッチとを含み、第１のスイッチは、第１の入力と第１のノードとの間に結合され、インダクタは、第２の入力と第１のノードとの間に結合され、第２のスイッチは、第３の入力と第１のノードとの間に結合される。これらの実施形態の多くでは、複数のスイッチは、第３のスイッチと、第４のスイッチと、第５のスイッチと、第６のスイッチとを含む。これらの実施形態の多くでは、第３のスイッチ、第４のスイッチ、第５のスイッチ、および第６のスイッチは、Ｈブリッジとしてともに結合される。これらの実施形態の多くでは、第１の出力ポートは、第１の出力と、第２の出力とを含み、第３のスイッチは、第１の入力と第１の出力との間に結合され、第４のスイッチは、第３の入力と第１の出力との間に結合され、第５のスイッチは、第１の入力と第２の出力との間に結合され、第６のスイッチは、第３の入力と第２の出力との間に結合される。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、アレイ内にコンバータ・ソースモジュールと結合される複数のコンバータ・ソースモジュールを含む。
これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールの中のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、エネルギーバッファと、そのコンバータ・ソースモジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む、コンバータとを含む。これらの実施形態の多くでは、複数のスイッチは、正極性を伴う第１の電圧、ゼロまたは基準電圧、および負極性を伴う第１の電圧の間で選択する。これらの実施形態の多くでは、第１の電圧は、直流（ＤＣ）電圧である。これらの実施形態の多くでは、アレイは、交流（ＡＣ）信号を出力するように構成される。
前述の実施形態の多くでは、コンバータは、第１のエネルギー源の温度、第１のエネルギー源の充電状態、第１のエネルギー源の電圧、または電流を示す、１つ以上の感知信号を出力するように構成される、１つ以上のセンサを含む。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、コンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスを含む。
これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のコンバータ・ソースモジュールと、複数のローカル制御デバイスとを含み、複数のローカル制御デバイスの中の各ローカル制御デバイスは、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの１つのコンバータ・ソースモジュールとの併用専用である。これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、第１のコンバータ・ソースモジュールであり、本システムは、第２のコンバータ・ソースモジュールを含み、ローカル制御デバイスは、第１および第２のコンバータ・ソースモジュールの両方を制御する。
前述の実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、処理回路と、処理回路と通信可能に結合されるメモリとを含み、メモリは、処理回路によって実行可能な命令を含む。
前述の実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、パルス幅変調を使用して、コンバータのための切替信号を発生させるように構成される。
これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、受信された基準信号を変調またはスケーリングし、切替信号の発生のために変調された基準信号を使用するように構成される。これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、受信された変調指数を使用し、受信された基準信号を変調させるように構成される。
前述の実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、コンバータ・ソースモジュールまたはそのコンポーネントの以下の動作特性、すなわち、温度、充電状態、容量、健全性状態、電圧、または電流のうちの１つ以上のものを示す、１つ以上の信号を受信するように構成される。
これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、コンバータ・ソースモジュールまたはそのコンポーネントの以下の動作特性、すなわち、温度、充電状態、容量、健全性状態、電圧、または電流のうちの１つ以上のものを示す情報をマスタ制御デバイスに通信するように構成される。
前述の実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、第１のエネルギー源のみによって給電される。
前述の実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、第１のエネルギー源以外のエネルギー源によって給電される。
前述の実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、第２のエネルギー源を含み、ローカル制御デバイスは、コンバータ・ソースモジュールに、第２のエネルギー源からの電流を用いて、第１のエネルギー源からの出力電流内の二次高調波を能動的にフィルタ処理させるように構成される。
これらの実施形態の多くでは、第１のエネルギー源は、バッテリを含み、第２のエネルギー源は、コンデンサを含む。これらの実施形態の多くでは、第２のエネルギー源のコンデンサは、ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタである。
前述の実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、第２のエネルギー源を含み、ローカル制御デバイスは、コンバータを制御し、第１のエネルギー源からコンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、第２のエネルギー源からコンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、および第１のエネルギー源と第２のエネルギー源との間の電力伝達を管理するように構成される。
これらの実施形態の多くでは、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源との間の電力伝達は、第１のエネルギー源から第２のエネルギー源への電力伝達と、第２のエネルギー源から第１のエネルギー源への電力伝達とを含む。これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、コンバータを制御し、少なくとも部分的に第１の補助負荷の電力消費量および第２の補助負荷の電力消費量に基づいて、電力伝達を管理するように構成される。これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、プロセッサと、メモリとを含み、メモリは、処理回路によって実行されると、処理回路に、第１のエネルギー源からコンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、第２のエネルギー源からコンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、および第１のエネルギー源と第２のエネルギー源との間の電力伝達を管理させる、命令を含む。これらの実施形態の多くでは、ローカル制御デバイスは、コンバータのための切替信号の発生によって電力伝達を管理するように構成される。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、システム内の他のコンバータ・ソースモジュールの１つ以上の動作パラメータに対してコンバータ・ソースモジュールの１つ以上の動作パラメータを管理するように構成される、マスタ制御デバイスを含む。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、ローカル制御デバイスと通信可能に結合される、マスタ制御デバイスを含む。
これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、シリアルデータケーブルを経由してローカル制御デバイスと通信可能に結合される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、処理回路と、処理回路と通信可能に結合されるメモリとを含み、メモリは、処理回路によって実行可能な命令を含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のコンバータ・ソースモジュールと結合される、複数のローカル制御デバイスを含み、マスタ制御デバイスは、複数のローカル制御デバイスのうちのローカル制御デバイスのそれぞれと通信可能に結合される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、複数のコンバータ・ソースモジュールの１つ以上の動作特性を示すデータを読み取るように、かつ複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールのための寄与を決定するように構成される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、複数のコンバータ・ソースモジュール毎に寄与を決定するように構成される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、複数のコンバータ・ソースモジュール毎に変調またはスケーリング指数を出力するように構成され、変調またはスケーリング指数は、電力潮流寄与を示す。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、基準信号をローカル制御デバイスのそれぞれに出力するように構成され、ローカル制御デバイスはそれぞれ、受信された変調またはスケーリング指数を用いて、基準信号を変調またはスケーリングし、変調またはスケーリングされた基準信号に基づいて、切替信号を発生させるように構成される。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、移動エンティティ内の動作のために構成される。
これらの実施形態の多くでは、移動エンティティは、車、バス、トラック、バイク、スクータ、産業用車両、鉱業車両、飛行体、船舶、機関車、列車またはレールベースの車両、または軍用車両のうちの１つである。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、定常エネルギーシステムとしての動作のために構成される。
これらの実施形態の多くでは、定常エネルギーシステムは、住宅用貯蔵システム、産業用貯蔵システム、商業用貯蔵システム、データセンター貯蔵システム、グリッド、マイクログリッド、または充電ステーションのうちの１つである。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、電気自動車のためのバッテリパックとして構成される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、それぞれ、第１のエネルギー源と、エネルギーバッファと、ともに電気的に結合されるコンバータとを含む、複数のコンバータ・ソースモジュールを含み、複数のコンバータ・ソースモジュールは、アレイ内でともに電気的に結合される。これらの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のコンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、制御回路を含み、制御回路は、複数のコンバータ・ソースモジュールのそれぞれの少なくとも１つの動作特性を監視し、監視された少なくとも１つの動作特性に基づいて、アレイの性能最適化のために複数のコンバータ・ソースモジュール内の各コンバータ・ソースモジュールを独立して制御するように構成される。
これらの実施形態の多くでは、少なくとも１つの動作特性は、充電状態、温度、健全性状態、容量、障害の存在、電圧、または電流から選択される。これらの実施形態の多くでは、温度は、第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの温度、エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの温度、コンバータまたはそのコンポーネントの温度のうちの少なくとも１つである。これらの実施形態の多くでは、容量は、第１のエネルギー源の容量、または第１のエネルギー源の１つ以上のコンポーネントの容量のうちの少なくとも１つである。これらの実施形態の多くでは、障害の存在は、測定された障害の存在のインジケーション、潜在的障害の存在のインジケーション、アラーム条件の存在のインジケーション、または警告条件の存在のインジケーションのうちの少なくとも１つである。これらの実施形態の多くでは、電圧は、第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの電圧、エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの電圧、コンバータまたはそのコンポーネントの電圧のうちの少なくとも１つである。これらの実施形態の多くでは、電流は、第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの電流、エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの電流、コンバータまたはそのコンポーネントの電流のうちの少なくとも１つである。これらの実施形態の多くでは、各コンバータ・ソースモジュールは、少なくとも１つの動作特性を感知するための少なくとも１つのセンサを含む。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、以下の動作特性、すなわち、充電状態、温度、健全性状態、容量、障害の存在、電圧、および電流の全てを監視するように構成される。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、複数の切替信号の発生および各コンバータ・ソースモジュールのコンバータへの複数の切替信号の出力によって、各コンバータ・ソースモジュールの放電または充電を独立して制御するように構成される。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、パルス幅変調またはヒステリシスを用いて複数の切替信号を発生させるように構成される。
これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くに説明されるようなコンバータ・ソースモジュールである。
これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの全コンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くに説明されるようなコンバータ・ソースモジュールである。
これらの実施形態の多くでは、制御回路は、アレイの性能最適化のために、複数のコンバータ・ソースモジュール内の各コンバータ・ソースモジュールの放電または充電を独立して制御するように構成される。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、アレイと結合される負荷の電力要件に基づいて、各コンバータ・ソースモジュールの放電または充電を独立して制御するように構成される。これらの実施形態の多くでは、負荷は、モータ、商業用構造、住宅構造、産業用構造、またはエネルギーグリッドである。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、複数のローカル制御デバイスと、複数のローカル制御デバイスと通信可能に結合される、マスタ制御デバイスとを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールのアレイを含み、Ｎは、２またはそれを上回り、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、直列に接続され、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、前述の実施形態のいずれかに従って構成され、アレイは、第１のコンバータ・ソースモジュールの第１の出力端子と、第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２の出力端子とを含む。
これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、それぞれ、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと通信可能に結合される、複数のローカル制御デバイスを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のローカル制御デバイスと通信可能に結合される、マスタコントローラを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、第１の出力端子と第２の出力端子との間に接続される、負荷を含む。これらのシステムの多くでは、負荷は、ＤＣ負荷または単相ＡＣ負荷のうちの１つである。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、コンバータ・ソースモジュールのＭ個のアレイを含み、Ｍは、２またはそれを上回り、Ｍ個のアレイはそれぞれ、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールを含み、Ｎは、２またはそれを上回り、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、Ｍ個のアレイのそれぞれの中で直列に接続され、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、前述の実施形態のいずれかに従って構成され、Ｍ個のアレイはそれぞれ、第１のコンバータ・ソースモジュールの個々の出力端子を含み、Ｍ個のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールは、共通出力端子に接続される。
これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、それぞれ、Ｍ個のアレイのそれぞれのＮ個のコンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと通信可能に結合される、複数のローカル制御デバイスを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のローカル制御デバイスと通信可能に結合される、マスタコントローラを含む。これらの実施形態の多くでは、Ｍ個のアレイは、第１および第２のアレイを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、第１および第２のアレイの個々の出力端子の間に接続される、負荷を含む。これらの実施形態の多くでは、共通出力端子は、負荷の中性端子に結合される。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、共通出力端子と第１および第２のアレイの個々の出力端子の合同結合部との間に接続される、負荷を含む。これらの実施形態の多くでは、負荷は、ＤＣ負荷または単相ＡＣ負荷のうちの１つである。これらの実施形態の多くでは、Ｍ個のアレイは、第１、第２、および第３のアレイを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、第１、第２、および第３のアレイの個々の出力端子の間に接続される、３相負荷を含む。これらの実施形態の多くでは、共通出力端子は、負荷の中性端子に結合される。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、共通出力端子と、第１、第２、および第３のアレイの個々の出力端子の合同結合部との間に接続される、ＤＣまたは単相ＡＣ負荷を含む。
これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１、および第１２のアレイのＮ個のコンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと通信可能に結合される、複数のローカル制御デバイスを含む。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、複数のローカル制御デバイスと通信可能に結合される、マスタコントローラを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、複数の接続されたコンバータ・ソースモジュールと、制御回路とを含み、制御回路は、コンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと関連付けられるステータス情報に基づいて、コンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものの寄与を調節するように構成される。
これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くによる、コンバータ・ソースモジュールを含む。
これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を含む、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含む。これらの実施形態の多くでは、ステータス情報は、コンバータ・ソースモジュールまたはそのコンポーネントの充電状態、健全性状態、温度、容量、電流、または電圧のうちの１つ以上のものを含む。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、複数の接続されたコンバータ・ソースモジュールの充電状態（ＳＯＣ）の平衡を保つように構成される。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、処理回路と、処理回路によって実行されると、処理回路に、コンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと関連付けられるステータス情報に基づいて、１つ以上のコンバータ・ソースモジュールの寄与の調節を引き起こさせる、その上に記憶された命令を有する、少なくとも１つのメモリとを含む。これらの実施形態の多くでは、処理回路および少なくとも１つのメモリは、マスタ制御デバイス、ローカル制御デバイスのコンポーネントである、またはマスタ制御デバイスと１つ以上のローカル制御デバイスとの間に分散される。
これらの実施形態の多くでは、制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、第１のコンバータ・ソースモジュールおよび１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報に基づいて、１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールに対して低下させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、第１のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報は、１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報と比較して、以下、すなわち、比較的により低い充電状態、比較的により低い健全性状態、比較的により低い容量、比較的により低い電圧、比較的により低い電流、比較的により高い温度、または障害のうちの少なくとも１つを示す。
これらの実施形態の多くでは、制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、第１のコンバータ・ソースモジュールおよび１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報に基づいて、１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールに対して上昇させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、第１のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報は、１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報と比較して、以下、すなわち、比較的により高い充電状態、比較的により高い健全性状態、比較的により高い容量、比較的により高い電圧、比較的により高い電流、比較的により低い温度、または障害の非存在のうちの少なくとも１つを示す。
これらの実施形態の多くでは、寄与は、第１のコンバータ・ソースモジュールの経時的な出力電力である。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、マスタ制御デバイスと、複数のローカル制御デバイスとを含む。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、複数のコンバータ・ソースモジュールのための複数の変調指数を発生させるように構成され、１つの変調指数が、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちのコンバータ・ソースモジュール毎に独立して発生される。
これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、相内平衡コントローラを含む。これらの実施形態の多くでは、相内平衡コントローラは、コンバータ・ソースモジュール毎に変調指数を発生させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールのための変調指数は、モジュールベースのエネルギーシステムの基準電圧Ｖｒのピーク電圧Ｖｐｋ、コンバータ・ソースモジュールの充電状態、コンバータ・ソースモジュールの温度、コンバータ・ソースモジュールの容量、コンバータ・ソースモジュールの電流、またはコンバータ・ソースモジュールの電圧のうちの１つ以上のものに基づいて決定される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスはさらに、モジュールベースのエネルギーシステムの基準電圧Ｖｒのピーク電圧Ｖｐｋを検出するためのピーク検出器を含む。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、基準電圧Ｖｒから正規化基準波形Ｖｒｎを発生させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、そのピーク電圧Ｖｐｋによる基準電圧Ｖｒの除算によって、基準電圧Ｖｒから正規化基準波形Ｖｒｎを発生させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、マスタ制御デバイスは、正規化基準波形Ｖｒｎを複数のローカル制御デバイスのそれぞれに出力するように構成される。これらの実施形態の多くでは、複数のローカル制御デバイスのうちの各ローカル制御デバイスは、受信された変調指数によって、受信された正規化基準波形Ｖｒｎを変調させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、複数のローカル制御デバイスのうちの各ローカル制御デバイスは、変調された基準波形に基づいて、コンバータ・ソースモジュールのための切替信号を発生させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、複数のローカル制御デバイスのうちの各ローカル制御デバイスは、変調された基準波形を伴って実装されるパルス幅変調技法に基づいて、コンバータ・ソースモジュールのための切替信号を発生させるように構成される。
これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数は、複数のコンバータ・ソースモジュールからの発生された電圧の総和がピーク電圧Ｖｐｋを超えないことを確実にするように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールのエネルギー源の充電状態（ＳＯＣ）を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールの健全性状態（ＳＯＨ）を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールの容量を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールの電圧を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールの電流を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、複数のコンバータ・ソースモジュールの温度を平衡条件に向かって収束させるように発生される。これらの実施形態の多くでは、複数の変調指数Ｍｉは、障害条件を有していない１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールと比較して、障害条件を有する１つ以上のコンバータ・ソースモジュールの寄与を低減させるように発生される。
これらの実施形態の多くでは、制御回路は、相間平衡コントローラまたは相内平衡コントローラの一方または両方を含む。これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される。これらの実施形態の多くでは、相内平衡コントローラは、多次元アレイの１次元アレイ内の複数のコンバータ・ソースモジュールの寄与を調節するように構成される。これらの実施形態の多くでは、相間平衡コントローラは、各相に共通するコンバータ・ソースモジュールの中性点偏移または寄与のうちの１つ以上のものを制御するように構成される。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、単相または多相のうちの１つである。これらの実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、３相、４相、５相、または６相において信号を出力する、多相モジュールベースのエネルギーシステムである。
前述の実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される。
前述の実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くのいずれかに従って配列される。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、電気またはハイブリッド移動車両における動作のために構成される。これらの実施形態の多くでは、電気またはハイブリッド移動車両は、車、バス、トラック、バイク、スクータ、産業用車両、鉱業車両、飛行体、船舶、機関車またはレールベースの車両、または軍用車両のうちの１つである。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、定常エネルギーシステムとしての動作のために構成される。これらの実施形態の多くでは、定常エネルギーシステムは、住宅用貯蔵システム、産業用貯蔵システム、商業用貯蔵システム、データセンター貯蔵システム、グリッド、マイクログリッド、または充電ステーションのうちの１つである。
前述の実施形態の多くでは、モジュールベースのエネルギーシステムは、電気自動車のためのバッテリパックとして構成される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、複数の接続されたコンバータ・ソースモジュールと、制御回路とを含み、制御回路は、コンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものと関連付けられるステータス情報に基づいて、コンバータ・ソースモジュールのうちの１つ以上のものへの電力供給を調節するように構成される。これらの実施形態の多くでは、各コンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くによる、コンバータ・ソースモジュールを含む。
これらの実施形態の多くでは、各コンバータ・ソースモジュールは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を含む、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含む。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、システムを用いた各コンバータ・ソースモジュールがシステムの外部の電力供給源から受電する充電の量を独立して決定するように構成される。これらの実施形態の多くでは、制御回路は、コンバータ・ソースモジュールまたはそのコンポーネントのうちの１つ以上のものと関連付けられるステータス情報に基づいて、システムを用いた各コンバータ・ソースモジュールがシステムの外部の電力供給源から受電する充電の量を独立して決定するように構成され、ステータス情報は、充電状態（ＳＯＣ）、健全性状態（ＳＯＨ）、容量、温度、電圧、電流、障害の存在、または障害の非存在のうちの１つ以上のものを含む。これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される。これらの実施形態の多くでは、複数のコンバータ・ソースモジュールは、前述の実施形態の多くに従って配列される。
多くの実施形態では、コンバータ・ソースモジュールは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を含む、エネルギー源と、エネルギーバッファと、複数のスイッチを含む、コンバータであって、複数のスイッチの組み合わせに基づいて、出力電圧を発生させるように構成される、コンバータとを含む。
これらの実施形態の多くでは、エネルギー源の出力は、エネルギーバッファの入力端子に結合可能である。これらの実施形態の多くでは、エネルギーバッファの出力は、コンバータの入力端子に結合可能である。これらの実施形態の多くでは、エネルギー貯蔵要素は、ウルトラキャパシタ、少なくとも１つの電池または直列および／または並列に接続された複数のバッテリ電池を含むバッテリ、または燃料電池のうちの１つである。これらの実施形態の多くでは、エネルギーバッファは、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、２つのインダクタと、２つのコンデンサとを含む、Ｚ源ネットワーク、または２つのインダクタと、２つのコンデンサと、ダイオードとを含む、準Ｚ源ネットワークのうちの１つ以上のものを含む。これらの実施形態の多くでは、複数のスイッチはそれぞれ、半導体ＭＯＳＦＥＴまたは半導体ＩＧＢＴのうちの少なくとも１つを含む。これらの実施形態の多くでは、コンバータは、複数のスイッチの異なる組み合わせによって、３つの異なる電圧出力を発生させるように構成される。これらの実施形態の多くでは、エネルギー源は、直流電圧ＶＤＣを出力するように構成され、３つの異なる電圧出力は、＋ＶＤＣ、０、および－ＶＤＣである。これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、ローカル制御デバイスから複数のスイッチのための切替信号を受信するように構成される。
多くの実施形態では、エネルギーシステムは、前述の実施形態の多くによる、少なくとも２つのコンバータ・ソースモジュールを含む。
これらの実施形態の多くでは、少なくとも２つのコンバータ・ソースモジュールは、１次元アレイまたは多次元アレイのうちの１つにおいて接続される。これらの実施形態の多くでは、少なくとも２つの１次元アレイは、直接、または付加的コンバータ・ソースモジュールを介して、異なる行および列においてともに接続される。これらの実施形態の多くでは、エネルギーシステムは、少なくとも２つのローカル制御デバイスであって、コンバータ・ソースモジュール毎に１つのローカル制御デバイスを含む。これらの実施形態の多くでは、各ローカル制御デバイスは、エネルギー源からのエネルギーを管理し、エネルギーバッファを保護し、コンバータを制御する。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムは、ローカル制御デバイスと、ローカル制御デバイスに接続される、コンバータ・ソースモジュールとを含み、コンバータ・ソースモジュールは、貯蔵要素を有する、エネルギー源を含み、エネルギー源の第１および第２の出力は、エネルギーバッファの第１および第２の入力に接続され、エネルギーバッファの第１および第２の出力は、コンバータの第１および第２の入力に接続され、コンバータは、正極性を伴う第１の電圧レベルと、ゼロまたは基準電圧レベルと、負極性を伴う第１の電圧レベルとを含む、３つの電圧レベルを発生させるための少なくとも４つのスイッチを含み、３つの電圧レベルは、少なくとも４つのスイッチの異なる組み合わせによる、コンバータの第１および第２の出力へのコンバータの第１の入力と第２の入力との間の第１の電圧レベルの接続によって発生される。
これらの実施形態の多くでは、貯蔵要素は、ウルトラキャパシタ、１つ以上の接続されたバッテリ電池を含むバッテリモジュール、および燃料電池モジュールのうちの１つを含む。これらの実施形態の多くでは、エネルギーバッファは、電解および／またはフィルムコンデンサ、２つのインダクタおよび２つの電解および／またはフィルムコンデンサによって形成される、Ｚ源ネットワーク、および２つのインダクタ、２つの電解および／またはフィルムコンデンサ、およびダイオードによって形成される、準Ｚ源ネットワークのうちの１つを含む。これらの実施形態の多くでは、スイッチは、半導体スイッチとして構成される。これらの実施形態の多くでは、エネルギー源は、一次エネルギー源と、二次エネルギー源とを含み、一次エネルギー源は、ウルトラキャパシタ、１つ以上の接続されたバッテリ電池を含むバッテリモジュール、および燃料電池モジュールのうちの１つを含む、貯蔵要素を含む。これらの実施形態の多くでは、一次エネルギー源の第１および第２の出力は、エネルギーバッファの第１および第２の入力端子に結合され、エネルギーバッファは、電解および／またはフィルムコンデンサ、２つのインダクタおよび２つの電解および／またはフィルムコンデンサによって形成される、Ｚ源ネットワーク、および２つのインダクタ、２つの電解および／またはフィルムコンデンサ、およびダイオードによって形成される、準Ｚ源ネットワークのうちの１つを含む。これらの実施形態の多くでは、エネルギーバッファの第２の出力は、二次エネルギー源の第２の出力に接続され、二次エネルギー源の第１の出力は、コンバータの第２の入力に接続される。これらの実施形態の多くでは、二次エネルギー源は、電解および／またはフィルムコンデンサ、ウルトラキャパシタ、１つ以上の接続されたバッテリ電池を含むバッテリモジュール、ウルトラキャパシタと並列に接続される電解および／またはフィルムコンデンサ、１つ以上の接続されたバッテリ電池を含むバッテリモジュールと並列に接続される電解および／またはフィルムコンデンサ、ウルトラキャパシタおよび１つ以上の接続されたバッテリ電池を含むバッテリモジュールと並列に接続される電解および／またはフィルムコンデンサのうちの１つを含む、貯蔵要素を含む。これらの実施形態の多くでは、コンバータは、６つのスイッチを含む。これらの実施形態の多くでは、コンバータ・ソースモジュールは、第１および第２の補助負荷に給電するように構成される。
これらの実施形態の多くでは、本システムはさらに、平衡コントローラを含む。これらの実施形態の多くでは、平衡コントローラは、単相平衡コントローラである。これらの実施形態の多くでは、平衡コントローラは、ピーク検出器と、除算器と、相内平衡コントローラとを含む。これらの実施形態の多くでは、本システムはさらに、複数のコンバータ・ソースモジュールを含み、平衡コントローラは、システムの複数のコンバータ・ソースモジュールの間で充電状態および温度の平衡を保つように構成される。これらの実施形態の多くでは、平衡コントローラは、３相平衡コントローラである。これらの実施形態の多くでは、平衡コントローラは、相間平衡コントローラと、複数の相内コントローラとを含む。これらの実施形態の多くでは、本システムはさらに、複数のコンバータ・ソースモジュールを含み、平衡コントローラは、システムの複数のコンバータ・ソースモジュールの間で充電状態および温度の平衡を保つように構成される。
多くの実施形態では、第１のエネルギー源と、第１のエネルギー源と結合される、コンバータとを含む、コンバータ・ソースモジュールを含む、モジュールベースのエネルギーシステムが、提供され、コンバータは、モジュールの出力電圧を選択するように構成される、複数のスイッチを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムから出力電力を供給する方法が、提供され、本方法は、システムの制御回路によって、システムの複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つからステータス情報を受信することであって、各コンバータ・ソースモジュールは、エネルギー源と、コンバータとを含み、各コンバータ・ソースモジュールは、電力をシステムの出力電力に寄与するように構成される、ことと、制御回路によって、ステータス情報に基づいて、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力寄与を制御することとを含む。
これらの実施形態では、制御回路は、マスタ制御デバイスと、複数のローカル制御デバイスとを含むことができる。マスタ制御デバイスは、少なくとも１つのローカル制御デバイスからステータス情報を受信することができ、本方法はさらに、マスタ制御デバイスから少なくとも１つのローカル制御デバイスに基準波形および変調指数を出力することを含むことができる。本方法はさらに、ローカル制御デバイスによって、変調指数を用いて基準波形を変調させることと、少なくとも部分的に変調された基準波形に基づいて、ローカル制御デバイスと関連付けられるコンバータ・ソースモジュールのコンバータのための複数の切替信号を発生させることとを含むことができる。切替信号は、パルス幅変調を用いて発生されることができる。
これらの実施形態では、制御回路によって、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力寄与を制御することは、制御回路から複数の切替信号を発生させ、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールのコンバータに出力することを含むことができ、本方法はさらに、コンバータによって、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの出力電圧を切り替えることを含む。
これらの実施形態では、制御回路によって、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力寄与を制御することは、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力寄与を低減させること、または少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力寄与を上昇させることを含むことができる。電力寄与は、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの先行電力寄与と比較して、または１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールの電力寄与と比較して、低減または上昇されることができる。
これらの実施形態では、制御回路は、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの全コンバータ・ソースモジュールの電力寄与を制御することができる。
これらの実施形態では、制御回路は、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、電力寄与を制御することができる。
これらの実施形態では、制御回路は、全コンバータ・ソースモジュールに関してステータス情報を繰り返して受信することができ、ステータス情報は、各個々のコンバータ・ソースモジュールに特有である。制御回路は、ステータス情報に基づいて、全コンバータ・ソースモジュールを制御することができ、制御は、リアルタイムで生じる。
多くの実施形態では、システムの制御回路によって、システムの複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つからステータス情報を受信することであって、各コンバータ・ソースモジュールは、エネルギー源と、コンバータとを含み、各コンバータ・ソースモジュールは、電力供給源によって充電されるように構成される、ことと、制御回路によって、ステータス情報に基づいて、複数のコンバータ・ソースモジュールのうちの少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力消費量を制御することとを含む、モジュールベースのエネルギーシステムを充電する方法が、提供される。
これらの実施形態では、制御回路によって、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力消費量を制御することは、制御回路から複数の切替信号を発生させ、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールのコンバータに出力することを含むことができ、本方法はさらに、コンバータによって、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの電力消費量が低減または上昇されるように、複数のスイッチを切り替えることを含むことができ、随意に、電力消費量は、少なくとも１つのコンバータ・ソースモジュールの先行電力消費量と比較して、または１つ以上の他のコンバータ・ソースモジュールの電力消費量と比較して、低減または上昇される。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムが、提供され、本システムは、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第２のアレイであって、第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、第１のアレイおよび第２のアレイの両方に結合される、相互接続モジュールであって、相互接続モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを含み、相互接続モジュールは、エネルギー源によって第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、相互接続モジュールとを含む。
多くの実施形態では、第１のアレイおよび第２のアレイは、負荷と相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられる。
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、スイッチ回路を制御するように構成される、制御回路を含み、エネルギー源は、正のノードと、負のノードとを有し、相互接続モジュールのスイッチ回路は、第１および／または第２のアレイをエネルギー源の第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能である。制御回路は、エネルギー源が、第１のアレイと第２のアレイとの間の不平衡条件下で比較的により多くのエネルギーを第２のアレイよりも第１のアレイに放出するように、スイッチ回路を制御するように構成されることができる。不平衡条件は、充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関し得る。制御回路は、エネルギー源が、第１のアレイから負荷への供給のために、比較的により多くのエネルギーを第１のアレイに放出するように、スイッチ回路を制御するように構成されることができる。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである。
いくつかの実施形態では、制御回路は、第１および第２のアレイの各カスケード型モジュールから充電状態情報を受信し、第１のアレイまたは第２のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定し、相互接続モジュールのエネルギー源に、より多くのエネルギーを、比較的により低い充電状態を有する第１および第２のアレイのうちの１つに放出させるように構成される。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである。
いくつかの実施形態では、制御回路は、第１および第２のアレイの各カスケード型モジュールから温度情報を受信し、第１のアレイまたは第２のアレイが比較的により高い温度を有するかどうかを決定し、相互接続モジュールのエネルギー源に、より多くのエネルギーを、比較的により高い温度を有する第１および第２のアレイのうちの１つに放出させるように構成される。
いくつかの実施形態では、制御回路は、相互接続モジュールのエネルギー源を用いて、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される。
いくつかの実施形態では、制御回路は、第１および第２のアレイの中性点への偏移を用いて、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される。
いくつかの実施形態では、制御回路は、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、スイッチ回路を制御するように構成される。
いくつかの実施形態では、本システムは、パルス幅変調技法に従って、第１および第２の電圧波形を発生させるように構成される。制御回路は、相互接続モジュールが第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給するように、平衡相間条件下でスイッチ回路を制御するように構成されることができる。第１のアレイに供給されるエネルギーは、第２のアレイへのものと同一であり得る。制御回路は、スイッチ回路の動作の周波数を変調させ、第２のアレイへのものに対してエネルギー源によって第１のアレイに供給されるエネルギーを調節するように構成されることができる。制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により多くのエネルギーを相互接続モジュールによって第１のアレイに出力させるように構成されることができる。制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを第１のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成されることができる。制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、第２のアレイの１つ以上のモジュールによって、および相互接続モジュールによって第２のアレイに出力される同一のエネルギーを維持するように構成されることができる。制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを相互接続モジュールによって第２のアレイに出力させるように、かつ比較的により多くのエネルギーを第２のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成されることができる。
制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを相互接続モジュールによって第１のアレイに出力させるように構成されることができる。制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により多くのエネルギーを第１のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成されることができる。
前述の実施形態の多くでは、制御回路は、マスタ制御デバイスと、マスタ制御デバイスと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスとを含むことができる。マスタ制御デバイスは、第１のアレイおよび第２のアレイが不平衡条件にあるかどうかを決定するように構成されることができる。マスタ制御デバイスは、ローカル制御デバイスに、エネルギー源によって第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす、スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させるように構成されることができる。マスタ制御デバイスは、正規化基準信号を変調させ、変調された信号をローカル制御デバイスに出力するように構成されることができる。マスタ制御デバイスは、基準信号および変調指数をローカル制御デバイスに出力するように構成されることができ、ローカル制御デバイスは、変調指数に基づいて基準信号を調節するように構成されることができる。制御回路は、１つ以上の変調指数を調節することによって、相関平衡を実施するように構成されることができる。
いくつかの実施形態では、負荷は、一次負荷であり、相互接続モジュールは、補助負荷に電気的に結合するように構成される。相互接続モジュールは、補助負荷への電圧供給を調整するようにインダクタと結合される、スイッチ回路を含むことができる。
いくつかの実施形態では、負荷は、一次負荷であり、相互接続モジュールは、補助負荷に電気的に結合するように構成され、制御回路は、補助負荷のための電圧および／または電流を測定し、相互接続モジュールのスイッチ回路を制御し、補助負荷への電圧または電流供給を調整するように構成されることができる。
いくつかの実施形態では、第１のアレイの各モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを含み、第２のアレイの各モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを含む。
いくつかの実施形態では、システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、共通筐体とを含み、そのモジュールのためのスイッチ回路、エネルギー源、およびローカル制御デバイスは、共通筐体内に収納される。
いくつかの実施形態では、システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、第１の筐体と、第２の筐体とを含み、そのモジュールのためのローカル制御デバイスおよびスイッチ回路は、第１の筐体内に位置し、そのモジュールのためのエネルギー源は、第２の筐体内に位置し、第１および第２の筐体は、相互に物理的に継合される。
いくつかの実施形態では、システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、第１の筐体と、第２の筐体と、第３の筐体とを含み、そのモジュールのためのローカル制御デバイスは、第１の筐体内に位置し、そのモジュールのためのスイッチ回路は、第２の筐体内に位置し、そのモジュールのためのエネルギー源は、第３の筐体内に位置し、第１、第２、および第３の筐体は、ともに物理的に継合される。
いくつかの実施形態では、システムのモジュール毎に、スイッチ回路およびローカル制御デバイスは、第１のプリント回路基板上に位置する。
いくつかの実施形態では、制御回路は、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定し、相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、閾値を下回る場合、相間不平衡の量を減少させ、システムの中性点への偏移を引き起こし、正味エネルギー出力を調節し、閾値を上回る場合、相間不平衡の量を減少させるように構成される。制御回路はまた、相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、相間不平衡の量が閾値を上回る場合、相間不平衡の量の減少を支援するように構成されることができる。
多くの実施形態では、システム内の相間平衡の方法が、提供され、本システムは、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第２のアレイであって、第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、第１のアレイおよび第２のアレイの両方に結合される、相互接続モジュールと、制御回路とを含み、本方法は、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップと、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給されるエネルギーを調節するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、エネルギー源から供給されるエネルギーを調節するステップは、エネルギー源から供給される正味エネルギーを増加させるステップを含む。本方法はさらに、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させるステップを含むことができる。正味エネルギーの増加は、正味エネルギーの低減と同等であり得る。本方法はさらに、第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーを低減させるステップを含むことができる。本方法はさらに、相互接続モジュールから第２のアレイに、および第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルで維持するステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、相互接続モジュールから第２のアレイに出力される正味エネルギーを低減させるステップと、第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを増加させるステップとを含む。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させるために、第１のアレイに結合される相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を増加させるステップを含む。本方法はさらに、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールのための変調指数を減少させ、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させるステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、制御回路によって、第１および第２のアレイの各モジュールから充電状態情報を受信するステップと、制御回路によって、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させることに先立って、第１のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第１および第２のアレイの各モジュールから温度情報を受信するステップと、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させることに先立って、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に高い温度を有するかどうかを決定するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路は、相互接続モジュールを使用し、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される。
いくつかの実施形態では、制御回路は、マスタ制御デバイスと、マスタ制御デバイスと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスとを含む。本方法はさらに、マスタ制御デバイスによって、第１のアレイおよび第２のアレイが不平衡条件にあるかどうかを決定するステップを含むことができる。本方法はさらに、ローカル制御デバイスに、相互接続モジュールによって第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす、スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させるステップを含むことができる。本方法はさらに、正規化基準信号を変調させ、変調された信号をローカル制御デバイスに出力するステップを含むことができる。本方法はさらに、基準信号および変調指数をローカル制御デバイスに出力するステップと、変調指数に基づいて基準信号を調節するステップとを含むことができる。
いくつかの実施形態では、負荷は、一次負荷であり、本方法はさらに、相互接続モジュールから補助負荷に電圧を提供するステップを含む。本方法はさらに、相互接続モジュールによって補助負荷に供給される電圧を調整するステップを含むことができる。本方法はさらに、補助負荷のための電圧および／または電流を測定するステップと、相互接続モジュールのスイッチ回路を制御し、補助負荷に供給される電圧を調整するステップとを含むことができる。
いくつかの実施形態では、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給されるエネルギーを調節するステップは、エネルギー源から供給される正味エネルギーを低減させるステップを含む。相互接続モジュールは、平衡条件の間に第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給することができる。本方法はさらに、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを増加させるステップを含むことができる。正味エネルギーの増加は、正味エネルギーの低減と同等である。本方法はさらに、第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーを増加させるステップを含むことができる。本方法はさらに、相互接続モジュールから第２のアレイに、および第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルで維持するステップを含むことができる。本方法はさらに、相互接続モジュールから第２のアレイに出力される正味エネルギーを増加させるステップと、第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させるステップとを含むことができる。本方法はさらに、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させるために、第１のアレイに結合される相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を減少させるステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、制御回路によって、第１および第２のアレイを平衡条件に収束させるエネルギー出力調節を決定または推定するステップを含む。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関する。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、相互接続モジュールおよび中性点偏移を使用し、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第１および第２の電圧波形は、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って発生される。
いくつかの実施形態では、相互接続モジュールは、平衡条件の間に第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給する。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、１つ以上の変調指数を調節することによって、相間平衡を実施するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、１つ以上のタイプの定性的または定量的情報を参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムのＳＯＣパラメータ、またはそれに関してＳＯＣパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの温度パラメータ、またはそれに関して温度パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの健全性状態（ＳＯＨ）パラメータ、またはそれに関してＳＯＨパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの電圧パラメータ、またはそれに関して電圧パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの電流パラメータ、またはそれに関して電流パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、制御回路によって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定するステップは、障害または劣化条件を参照するステップを含む。
いくつかの実施形態では、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在するという決定は、第１のアレイと第２のアレイとの間の相対的差異または絶対要因に基づく。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定するステップと、相互接続モジュールの正味エネルギー出力を調節し、閾値を下回る場合、相間不平衡の量を減少させるステップと、システムの中性点を偏移させ、正味エネルギー出力を調節し、閾値を上回る場合、相間不平衡の量を減少させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、相互接続モジュールの正味エネルギー出力を調節し、閾値を上回る場合、相間不平衡の量を減少させることを支援するステップを含む。
多くの実施形態では、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第２のアレイであって、第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、第１のアレイおよび第２のアレイの両方に結合される、相互接続モジュールとを含む、モジュールベースのエネルギー貯蔵システムのための制御を提供するように構成される、制御システムが、提供され、制御システムは、制御回路と、制御回路に通信可能に結合される、非一過性のメモリとを含み、制御回路によって実行されると、制御回路に、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させ、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給されるエネルギーの調節を引き起こさせる、複数の命令が、メモリ上に記憶される。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こさせる。複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギー出力の低減を引き起こさせることができる。正味エネルギーの増加は、正味エネルギーの低減と同等であり得る。複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーの低減を引き起こさせることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールから第２のアレイに、および第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルにさせることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールから第２のアレイに出力される正味エネルギーの低減、および第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーの増加を引き起こさせることができる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させるために、第１のアレイに結合される相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を増加させることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールのための変調指数を減少させ、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることができる。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こすことに先立って、第１のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定させる。
いくつかの実施形態では、不平衡条件は、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こすことに先立って、第１のアレイが第２のアレイよりも比較的に高い温度を有するかどうかを決定させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を引き起こさせる。
いくつかの実施形態では、制御回路は、マスタ制御デバイスと、マスタ制御デバイスと通信可能に結合される、ローカル制御デバイスとを含む。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールによって第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす、スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させることができる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、変調指数を用いて正規化基準信号を変調させることができる。
いくつかの実施形態では、負荷は、一次負荷であり、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールから補助負荷に提供される電圧を調整させる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのスイッチ回路を制御させ、補助負荷に提供される電圧を調整させることができる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールに平衡条件の間に第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給させることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーの増加を引き起こさせることができる。正味エネルギーの増加は、正味エネルギーの低減と同等である。複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって供給される正味エネルギーを増加させることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールから第２のアレイに、および第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルに留まらせることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールから第２のアレイに出力される正味エネルギーを増加させ、第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることができる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールのエネルギー源から第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させるために、第１のアレイに結合される相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を減少させることができる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、第１および第２のアレイを平衡条件に収束させるエネルギー出力調節を決定または推定させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、不平衡条件を充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関連させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、エネルギー貯蔵システムを制御させ、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、第１および第２の電圧波形を発生させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールに平衡条件の間に第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、システムを制御させ、システムの変調指数の調節によって相間平衡条件に向かって収束させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムのＳＯＣパラメータ、またはそれに関してＳＯＣパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することによって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としてのシステムの温度パラメータ、またはそれに関して温度パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することによって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、障害または劣化条件を参照することによって、不平衡条件が第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールおよび中性点偏移を使用させ、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御させる。
いくつかの実施形態では、複数の命令はさらに、制御回路に、第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定させ、相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、閾値を下回る場合、相間不平衡の量を減少させ、システムの中性点への偏移を引き起こさせ、正味エネルギー出力を調節させ、閾値を上回る場合、相間不平衡の量を減少させる。複数の命令はさらに、制御回路に、相互接続モジュールも使用させ、正味エネルギー出力を調節させ、相間不平衡の量が閾値を上回る場合、相間不平衡の量を減少させることができる。
いくつかの実施形態では、処理回路は、複数のプロセッサを含み、メモリは、複数の離散メモリデバイスを含む。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムが、提供され、本システムは、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第２のアレイと、第３の電圧波形を負荷に出力するように構成される、カスケード型モジュールの第３のアレイであって、第１、第２、および第３の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第３のアレイと、第１のアレイおよび第２のアレイの両方に結合される、第１の相互接続モジュールであって、第１の相互接続モジュールは、第１のエネルギー源と、第１のスイッチ回路とを含む、第１の相互接続モジュールと、第３のアレイに結合される、第２の相互接続モジュールであって、第２の相互接続モジュールは、第２のエネルギー源と、第２のスイッチ回路とを含み、第１および第２のエネルギー源は、ともに電気的に結合され、第１の相互接続モジュールは、第１および第２のエネルギー源によって第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成され、第２の相互接続モジュールは、第１および第２のエネルギー源によって第３のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、第２の相互接続モジュールとを含む。
いくつかの実施形態では、第１のアレイおよび第２のアレイは、負荷と第１の相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられ、第３のアレイは、負荷と第２の相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられる。
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、第１および第２のスイッチ回路を制御するように構成される、制御回路を含み、第１のエネルギー源は、第２のエネルギー源と共有される、正のノードと、負のノードとを有し、第１のスイッチ回路は、第１および／または第２のアレイを第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能であり、第２のスイッチ回路は、第３のアレイを第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能である。制御回路は、第１および第２のスイッチ回路を制御し、第１および第２のエネルギー源から第１、第２、および第３のアレイのうちの１つに出力される相対的エネルギーを調節し、第１、第２、および第３のアレイのうちの少なくとも２つの間の充電または温度の不平衡を軽減するように構成されることができる。制御回路は、第１、第２、および第３のアレイの中性点への偏移を用いて、第１、第２、および第３のアレイの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成されることができる。制御回路は、第１の相互接続モジュールが、第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給し、第２の相互接続モジュールが第３のアレイのためのエネルギーを供給するように、平衡相間条件下で第１および第２のスイッチ回路を制御するように構成されることができる。第１、第２、および第３のアレイに供給される正味エネルギーは、ある時間周期にわたって同一であり得る。
多くの実施形態では、モジュールベースのエネルギーシステムが、提供され、本システムは、第１の複数の電圧波形を出力し、第１のモータに給電するように構成される、カスケード型コンバータモジュールの第１の複数のアレイを含む、第１のバッテリパックであって、第１の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第１のバッテリパックと、第２の複数の電圧波形を出力し、第２のモータに給電するように構成される、カスケード型コンバータモジュールの第２の複数のアレイを含む、第２のバッテリパックであって、第２の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第２のバッテリパックと、第１の複数のアレイのうちの第１のアレイおよび第２の複数のアレイのうちの第２のアレイに結合される、相互接続モジュールであって、相互接続モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを含み、相互接続モジュールは、エネルギー源によって第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、相互接続モジュールとを含む。
いくつかの実施形態では、第１のバッテリパックは、第１の筐体を含み、第１の複数のアレイは、第１の筐体内に共同設置され、第２のバッテリパックは、第２の筐体を含み、第２の複数のアレイは、第２の筐体内に共同設置される。相互接続モジュールは、第１の筐体内に位置することができる。
いくつかの実施形態では、第１および第２のモータは、電気自動車のインホイールモータである。
多くの実施形態では、本システムはさらに、第１および第２のバッテリパックの動作パラメータを監視するように、かつシステムに、相互接続モジュールを用いて第１のバッテリパックと第２のバッテリパックとの間のエネルギーの平衡を保たせるように構成される、制御回路を含む。制御回路は、エネルギー源が、第１のアレイと第２のアレイとの間の不平衡条件下で比較的により多くのエネルギーを第２のアレイよりも第１のアレイに放出するように、スイッチ回路を制御するように構成されることができる。
いくつかの実施形態では、相互接続モジュールは、第１の相互接続モジュールであり、エネルギー源は、第１のエネルギー源であり、スイッチ回路は、第１のスイッチ回路であり、システムはさらに、第３の複数の電圧波形を出力し、第３のモータに給電するように構成される、カスケード型コンバータモジュールの第３の複数のアレイを含む、第３のバッテリパックであって、第３の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第３のバッテリパックと、第４の複数の電圧波形を出力し、第４のモータに給電するように構成される、カスケード型コンバータモジュールの第４の複数のアレイを含む、第４のバッテリパックであって、第４の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第４のバッテリパックと、第３の複数のアレイのうち第３のアレイおよび第４の複数のアレイのうちの第４のアレイに結合される、第２の相互接続モジュールであって、第２の相互接続モジュールは、第２のエネルギー源と、第２のスイッチ回路とを含み、第２の相互接続モジュールは、第２のエネルギー源によって第３および／または第４のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、第２の相互接続モジュールとを含む。第１、第２、第３、および第４のモータは、４輪電気自動車のインホイールモータであり得る。
処理回路は、それぞれが、離散または独立型チップである、またはいくつかの異なるチップ（およびその一部）の間に分散され得る、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および／またはマイクロコントローラを含むことができる。限定ではないが、パーソナルコンピューティングアーキテクチャ（例えば、デスクトップＰＣ、ラップトップ、タブレット等で使用されるような）、プログラマブルゲートアレイアーキテクチャ、専用アーキテクチャ、カスタムアーキテクチャ、およびその他の等の任意のタイプの処理回路が、実装されることができる。処理回路は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装され得る、デジタル信号プロセッサを含むことができる。処理回路は、処理回路に異なるアクションのホストを務めさせ、他のコンポーネントを制御させる、メモリ上に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる。
処理回路はまた、他のソフトウェアおよび／またはハードウェアルーチンを実施することもできる。例えば、処理回路は、通信回路とインターフェースをとり、アナログ／デジタル変換、エンコーディングおよびデコーディング、他のデジタル信号処理、マルチメディア機能、通信回路への提供のために好適な形式（例えば、同相および直角位相）へのデータの変換を実施することができる、および／または通信回路に（有線または無線で）データを伝送させることができる。
本明細書に説明される、ありとあらゆる信号は、記述される、または論理的に非現実的である場合を除いて、無線で通信されることができる。通信回路は、無線通信のために含まれることができる。通信回路は、適切なプロトコル（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、近距離通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、専用プロトコル、およびその他）下でリンクを経由して無線通信を実施する、１つ以上のチップおよび／またはコンポーネント（例えば、伝送機、受信機、送受信機、および／または他の通信回路）として実装されることができる。１つ以上の他のアンテナが、種々のプロトコルおよび回路と動作するために必要に応じて、通信回路とともに含まれることができる。いくつかの実施形態では、通信回路は、リンクを経由した伝送のためのアンテナを共有することができる。処理回路はまた、通信回路とインターフェースをとり、無線伝送を受信し、それをデジタルデータ、音声、および／またはビデオに変換するために必要な逆機能を実施することもできる。ＲＦ通信回路は、伝送機および受信機（例えば、送受信機として統合される）と、関連付けられるエンコーダ論理とを含むことができる。
処理回路はまた、オペレーティングシステムおよび任意のソフトウェアアプリケーションを実行し、伝送および受信される通信の処理に関連しない、それらの他の機能を実施するように適合されることもできる。
説明される主題に従って動作を実行するためのコンピュータプログラム命令が、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｔｒａｎｓａｃｔ－ＳＱＬ、ＸＭＬ、ＰＨＰ、または同等物等のオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似プログラミング言語等の従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれ得る。
メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体が、存在する種々の機能ユニットのうちの１つ以上のものによって共有されることができる、または（例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして）それらのうちの２つ以上のものの間に分散されることができる。メモリはまた、その独自の別個のチップであり得る。
本明細書に開示される実施形態が、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体を含む、またはそれに関連して動作する限りにおいて、次いで、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性である。故に、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体が、１つ以上の請求項によって網羅される限りにおいて、次いで、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性のみである。本明細書で使用されるような用語「非一過性」および「有形」は、伝搬する電磁信号を除外する、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体を説明することを意図しているが、記憶の持続性の観点から、または別様に、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体のタイプを限定することを意図していない。例えば、「非一過性」および／または「有形」メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセス媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ（登録商標）等）、読取専用媒体（例えば、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ等）、およびそれらの組み合わせ（例えば、ハイブリッドＲＡＭおよびＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）およびそれらの変異型等の揮発性および不揮発性媒体を包含する。
本明細書で提供される任意の実施形態に関して説明される、全ての特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップは、任意の他の実施形態からのものと自由に組み合わせ可能かつ代用可能であることを意図していることに留意されたい。ある特徴、要素、コンポーネント、機能、またはステップが、１つだけの実施形態に関して説明される場合、その特徴、要素、コンポーネント、機能、またはステップは、明示的に別様に記述されない限り、本明細書に説明される全ての他の実施形態と併用され得ることを理解されたい。本段落は、したがって、いずれの時間でも、異なる実施形態からの特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップを組み合わせる、または以下の説明が、特定の事例において、そのような組み合わせまたは代用が可能であることを明示的に記述しない場合でさえも、一実施形態からの特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップを別の実施形態のものと代用する、請求項の導入のための先行基礎および書面による支持としての役割を果たす。特に、ありとあらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容性が当業者によって容易に認識されるであろうことを前提として、全ての可能性として考えられる組み合わせおよび代用の明示的記載は、過剰に重荷となることが明示的に確認される。
本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別様に決定付けない限り、複数の指示対象を含む。
実施形態は、種々の修正および代替形態の影響を受け得るが、その具体的実施例が、図面に示されており、本明細書に詳細に説明される。しかしながら、これらの実施形態は、開示される特定の形態に限定されるものではないが、反対に、これらの実施形態は、本開示の精神内に該当する全ての修正、均等物、および代替物を網羅するものであることを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素、および請求項の発明の範囲内ではない特徴、機能、ステップ、または要素によってその範囲を定義する、負の限定が、請求項に記載される、または追加され得る。

Claims (140)

  1. モジュールベースのエネルギーシステムであって、
    第１の電圧波形を負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第１のアレイと、
    第２の電圧波形を前記負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第２のアレイであって、前記第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、
    前記第１のアレイおよび前記第２のアレイの両方に結合される相互接続モジュールであって、前記相互接続モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを備え、前記相互接続モジュールは、前記エネルギー源によって前記第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、相互接続モジュールと
    を備える、システム。
  2. 前記第１のアレイおよび第２のアレイは、前記負荷と前記相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられる、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記スイッチ回路を制御するように構成される制御回路をさらに備え、前記エネルギー源は、正のノードと、負のノードとを有し、前記相互接続モジュールのスイッチ回路は、前記第１および／または第２のアレイを前記エネルギー源の第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記制御回路は、前記エネルギー源が、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の不平衡条件下で比較的により多くのエネルギーを前記第２のアレイよりも前記第１のアレイに放出するように、前記スイッチ回路を制御するように構成される、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記不平衡条件は、充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関する、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記制御回路は、前記エネルギー源が、前記第１のアレイから前記負荷への供給のために、比較的により多くのエネルギーを前記第１のアレイに放出するように、前記スイッチ回路を制御するように構成される、請求項４に記載のシステム。
  7. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである、請求項３に記載のシステム。
  8. 前記制御回路は、前記第１および第２のアレイの各カスケード型モジュールから充電状態情報を受信し、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定し、前記相互接続モジュールのエネルギー源に、より多くのエネルギーを、前記比較的により低い充電状態を有する前記第１および第２のアレイのうちの１つに放出させるように構成される、請求項３に記載のシステム。
  9. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである、請求項３に記載のシステム。
  10. 前記制御回路は、前記第１および第２のアレイの各カスケード型モジュールから温度情報を受信し、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイが比較的により高い温度を有するかどうかを決定し、前記相互接続モジュールのエネルギー源に、より多くのエネルギーを、前記比較的により高い温度を有する前記第１および第２のアレイのうちの１つに放出させるように構成される、請求項３に記載のシステム。
  11. 前記制御回路は、前記相互接続モジュールのエネルギー源を用いて、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される、請求項３に記載のシステム。
  12. 前記制御回路は、前記第１および第２のアレイの中性点への偏移を用いて、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される、請求項３に記載のシステム。
  13. 前記制御回路は、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、前記スイッチ回路を制御するように構成される、請求項３に記載のシステム。
  14. 前記システムは、パルス幅変調技法に従って、前記第１および第２の電圧波形を発生させるように構成される、請求項３に記載のシステム。
  15. 前記制御回路は、前記相互接続モジュールが前記第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給するように、平衡相間条件下で前記スイッチ回路を制御するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記第１のアレイに供給される前記エネルギーは、前記第２のアレイへのものと同一である、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記制御回路は、前記スイッチ回路の動作の周波数を変調させ、前記第２のアレイへのものに対して前記エネルギー源によって前記第１のアレイに供給される前記エネルギーを調節するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  18. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により多くのエネルギーを前記相互接続モジュールによって前記第１のアレイに出力させるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  19. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、前記不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを前記第１のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成される、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、前記不平衡相間条件下で、前記第２のアレイの１つ以上のモジュールによって、および前記相互接続モジュールによって前記第２のアレイに出力される同一のエネルギーを維持するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
  21. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを前記相互接続モジュールによって前記第２のアレイに出力させるように、かつ比較的により多くのエネルギーを前記第２のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
  22. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、不平衡相間条件下で、比較的により少ないエネルギーを前記相互接続モジュールによって前記第１のアレイに出力させるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  23. 前記制御回路は、平衡相間条件と比較して、前記不平衡相間条件下で、比較的により多くのエネルギーを前記第１のアレイの１つ以上のモジュールによって出力させるように構成される、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記制御回路は、マスタ制御デバイスと、前記マスタ制御デバイスと通信可能に結合されるローカル制御デバイスとを備える、請求項３－２３のいずれかに記載のシステム。
  25. 前記マスタ制御デバイスは、前記第１のアレイおよび第２のアレイが不平衡条件にあるかどうかを決定するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
  26. 前記マスタ制御デバイスは、前記ローカル制御デバイスに、前記エネルギー源によって前記第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす前記スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させるように構成される、請求項２４に記載のシステム。
  27. 前記マスタ制御デバイスは、正規化基準信号を変調させ、前記変調された信号を前記ローカル制御デバイスに出力するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
  28. 前記マスタ制御デバイスは、基準信号および変調指数を前記ローカル制御デバイスに出力するように構成され、前記ローカル制御デバイスは、前記変調指数に基づいて前記基準信号を調節するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
  29. 前記制御回路は、１つ以上の変調指数を調節することによって、相関平衡を実施するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
  30. 前記負荷は、一次負荷であり、前記相互接続モジュールは、補助負荷に電気的に結合するように構成される、請求項１－２９のいずれかに記載のシステム。
  31. 前記相互接続モジュールは、前記補助負荷への電圧供給を調整するようにインダクタと結合されるスイッチ回路を備える、請求項３０に記載のシステム。
  32. 前記負荷は、一次負荷であり、前記相互接続モジュールは、補助負荷に電気的に結合するように構成され、前記制御回路は、前記補助負荷のための電圧および／または電流を測定し、前記相互接続モジュールのスイッチ回路を制御し、前記補助負荷への電圧または電流供給を調整するように構成される、請求項３に記載のシステム。
  33. 前記第１のアレイの各モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを備え、前記第２のアレイの各モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを備える、請求項１－３２のいずれかに記載のシステム。
  34. 前記システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、共通筐体とを備え、そのモジュールのための前記スイッチ回路、エネルギー源、およびローカル制御デバイスは、前記共通筐体内に収納される、請求項１に記載のシステム。
  35. 前記システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、第１の筐体と、第２の筐体とを備え、そのモジュールのための前記ローカル制御デバイスおよびスイッチ回路は、前記第１の筐体内に位置し、そのモジュールのための前記エネルギー源は、前記第２の筐体内に位置し、前記第１および第２の筐体は、相互に物理的に継合される、請求項１に記載のシステム。
  36. 前記システム内の各モジュールは、ローカル制御デバイスと、第１の筐体と、第２の筐体と、第３の筐体とを備え、そのモジュールのための前記ローカル制御デバイスは、前記第１の筐体内に位置し、そのモジュールのための前記スイッチ回路は、前記第２の筐体内に位置し、そのモジュールのための前記エネルギー源は、前記第３の筐体内に位置し、前記第１、第２、および第３の筐体は、ともに物理的に継合される、請求項１に記載のシステム。
  37. 前記システムのモジュール毎に、前記スイッチ回路およびローカル制御デバイスは、第１のプリント回路基板上に位置する、請求項３４－３５のいずれかに記載のシステム。
  38. 前記制御回路は、
    前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定することと、
    前記相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、閾値を下回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと、
    前記システムの中性点への偏移を引き起こし、正味エネルギー出力を調節し、前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと
    を行うように構成される、請求項３に記載のシステム。
  39. 前記制御回路はまた、前記相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、前記相間不平衡の量が前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量の減少を支援するように構成される、請求項３８に記載のシステム。
  40. システム内の相間平衡の方法であって、前記システムは、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を前記負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第２のアレイであって、前記第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイの両方に結合される相互接続モジュールと、制御回路とを備え、前記方法は、
    前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することと、
    前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給されるエネルギーを調節することと
    を含む、方法。
  41. 前記エネルギー源から供給されるエネルギーを調節することは、前記エネルギー源から供給される正味エネルギーを増加させることを含む、請求項４０に記載の方法。
  42. 前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 前記正味エネルギーの増加は、前記正味エネルギーの低減と同等である、請求項４２に記載の方法。
  44. 前記第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーを低減させることをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
  45. 前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに、および前記第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルで維持することをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
  46. 前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに出力される正味エネルギーを低減させることと、
    前記第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを増加させることと
    をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  47. 前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させるために、前記第１のアレイに結合される前記相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を増加させることをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  48. 前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールのための変調指数を減少させ、前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
  49. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである、請求項４１に記載の方法。
  50. 前記制御回路によって、前記第１および第２のアレイの各モジュールから充電状態情報を受信することと、
    前記制御回路によって、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させることに先立って、前記第１のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定することと
    をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  51. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである、請求項４１に記載の方法。
  52. 前記第１および第２のアレイの各モジュールから温度情報を受信することと、
    前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させることに先立って、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に高い温度を有するかどうかを決定することと
    をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  53. 前記制御回路は、前記相互接続モジュールを使用し、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される、請求項４１に記載の方法。
  54. 前記制御回路は、マスタ制御デバイスと、前記マスタ制御デバイスと通信可能に結合されるローカル制御デバイスとを備える、請求項４０－５３のいずれかに記載の方法。
  55. 前記マスタ制御デバイスによって、前記第１のアレイおよび第２のアレイが不平衡条件にあるかどうかを決定することをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
  56. 前記ローカル制御デバイスに、前記相互接続モジュールによって前記第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす前記スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させることをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
  57. 正規化基準信号を変調させ、前記変調された信号を前記ローカル制御デバイスに出力することをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
  58. 基準信号および変調指数を前記ローカル制御デバイスに出力することと、
    前記変調指数に基づいて前記基準信号を調節することと
    をさらに含む、請求項５４に記載の方法。
  59. 前記負荷は、一次負荷であり、前記相互接続モジュールから補助負荷に電圧を提供することをさらに含む、請求項４０－５８のいずれかに記載の方法。
  60. 前記相互接続モジュールによって前記補助負荷に供給される前記電圧を調整することをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
  61. 前記補助負荷のための電圧および／または電流を測定することと、
    前記相互接続モジュールのスイッチ回路を制御し、前記補助負荷に供給される前記電圧を調整することと
    をさらに含む、請請求項５９に記載の方法。
  62. 前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給されるエネルギーを調節することは、前記エネルギー源から供給される正味エネルギーを低減させることを含む、請求項４０に記載の方法。
  63. 前記相互接続モジュールは、平衡条件の間に前記第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給する、請求項６２に記載の方法。
  64. 前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを増加させることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
  65. 前記正味エネルギーの増加は、前記正味エネルギーの低減と同等である、請求項６４に記載の方法。
  66. 前記第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーを増加させることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
  67. 前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに、および前記第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルで維持することをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
  68. 前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに出力される正味エネルギーを増加させることと、
    前記第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることと
    をさらに含む、請求項６２に記載の方法。
  69. 前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させるために、前記第１のアレイに結合される前記相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を減少させることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
  70. 前記制御回路によって、前記第１および第２のアレイを平衡条件に収束させるエネルギー出力調節を決定または推定することをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
  71. 前記不平衡条件は、充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関する、請求項４０に記載の方法。
  72. 前記制御回路は、前記相互接続モジュールおよび中性点偏移を使用し、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される、請求項４０に記載の方法。
  73. 前記第１および第２の電圧波形は、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って発生される、請求項４０に記載の方法。
  74. 平衡条件の間に前記相互接続モジュールから前記第１および第２のアレイの両方にエネルギーを供給することをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
  75. １つ以上の変調指数を調節することによって、相間平衡を実施することをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
  76. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、１つ以上のタイプの定性的または定量的情報を参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  77. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムのＳＯＣパラメータ、またはそれに関して前記ＳＯＣパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  78. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムの温度パラメータ、またはそれに関して前記温度パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  79. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムの健全性状態（ＳＯＨ）パラメータ、またはそれに関して前記ＳＯＨパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  80. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムの電圧パラメータ、またはそれに関して前記電圧パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  81. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムの電流パラメータ、またはそれに関して前記電流パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  82. 前記制御回路によって、不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することは、障害または劣化条件を参照することを含む、請求項４０に記載の方法。
  83. 不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在するという前記決定は、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相対的差異または絶対要因に基づく、請求項４０に記載の方法。
  84. 前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定することと、
    前記相互接続モジュールの正味エネルギー出力を調節し、閾値を下回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと、
    前記システムの中性点を偏移させ、正味エネルギー出力を調節し、前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと
    をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
  85. 前記相互接続モジュールの正味エネルギー出力を調節し、前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることを支援することをさらに含む、請求項８４に記載の方法。
  86. モジュールベースのエネルギー貯蔵システムのための制御を提供するように構成される制御システムであって、前記モジュールベースのエネルギー貯蔵システムは、第１の電圧波形を負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第１のアレイと、第２の電圧波形を前記負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第２のアレイであって、前記第１および第２の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第２のアレイと、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイの両方に結合される相互接続モジュールとを備え、前記制御システムは、
    制御回路と、前記制御回路に通信可能に結合される非一過性のメモリと
    を備え、
    複数の命令が、前記メモリ上に記憶され、前記命令は、前記制御回路によって実行されると、前記制御回路に、
    不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定することと、
    前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給されるエネルギーの調節を引き起こすことと
    を行わせる、制御システム。
  87. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こさせる、請求項８６に記載の制御システム。
  88. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギー出力の低減を引き起こさせる、請求項８７に記載の制御システム。
  89. 前記正味エネルギーの増加は、前記正味エネルギーの低減と同等である、請求項８７に記載の制御システム。
  90. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーの低減を引き起こさせる、請求項８７に記載の制御システム。
  91. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに、および前記第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルにさせる、請求項８７に記載の制御システム。
  92. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに出力される正味エネルギーの低減、および前記第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーの増加を引き起こさせる、請求項８７に記載の制御システム。
  93. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを増加させるために、前記第１のアレイに結合される前記相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を増加させる、請求項８７に記載の制御システム。
  94. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールのための変調指数を減少させ、前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させる、請求項９３に記載の制御システム。
  95. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に低い全体的エネルギーレベルを有することである、請求項８７に記載の制御システム。
  96. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こすことに先立って、前記第１のアレイが比較的により低い全体的充電状態を有するかどうかを決定させる、請求項８７に記載の制御システム。
  97. 前記不平衡条件は、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に高い温度を有することである、請求項８７に記載の制御システム。
  98. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーの増加を引き起こすことに先立って、前記第１のアレイが前記第２のアレイよりも比較的に高い温度を有するかどうかを決定させる、請求項８７に記載の制御システム。
  99. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を引き起こさせる、請求項８７に記載の制御システム。
  100. 前記制御回路は、マスタ制御デバイスと、前記マスタ制御デバイスと通信可能に結合されるローカル制御デバイスとを備える、請求項８６－９９のいずれか記載の制御システム。
  101. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールによって前記第１および第２のアレイのうちの１つに供給されるエネルギーの調節を引き起こす前記スイッチ回路のための１つ以上の制御信号を発生させる、請求項１００に記載の制御システム。
  102. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、変調指数を用いて正規化基準信号を変調させる、請求項８６に記載の制御システム。
  103. 前記負荷は、一次負荷であり、前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールから補助負荷に提供される電圧を調整させる、請求項８７－１０２のいずれか記載の制御システム。
  104. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのスイッチ回路を制御させ、前記補助負荷に提供される前記電圧を調整させる、請求項１０３に記載の制御システム。
  105. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させる、請求項８６に記載の制御システム。
  106. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールに平衡条件の間に前記第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給させる、請求項１０５に記載の制御システム。
  107. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーの増加を引き起こさせる、請求項１０５に記載の制御システム。
  108. 前記正味エネルギーの増加は、前記正味エネルギーの低減と同等である、請求項１０７に記載の制御システム。
  109. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１のアレイの全てのモジュールによって供給される正味エネルギーを増加させる、請求項１０５に記載の制御システム。
  110. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに、および前記第２のアレイのモジュールから出力される正味エネルギーの相対量を一定のレベルに留まらせる、請求項１０５に記載の制御システム。
  111. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、
    前記相互接続モジュールから前記第２のアレイに出力される正味エネルギーを増加させることと、
    前記第２のアレイの少なくとも１つのモジュールによって出力される正味エネルギーを低減させることと
    を行わせる、請求項１０５に記載の制御システム。
  112. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールのエネルギー源から前記第１のアレイに供給される正味エネルギーを低減させるために、前記第１のアレイに結合される前記相互接続モジュールのスイッチ回路のための変調指数を減少させる、請求項１０５に記載の制御システム。
  113. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記第１および第２のアレイを平衡条件に収束させるエネルギー出力調節を決定または推定させる、請求項８６に記載の制御システム。
  114. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記不平衡条件を充電状態、温度、容量、健全性状態、電圧、および／または電流に関連させる、請求項８６に記載の制御システム。
  115. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記エネルギー貯蔵システムを制御させ、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、前記第１および第２の電圧波形を発生させる、請求項８６に記載の制御システム。
  116. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールに平衡条件の間に前記第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給させる、請求項８６に記載の制御システム。
  117. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記システムを制御させ、前記システムの変調指数の調節によって相間平衡条件に向かって収束させる、請求項８６に記載の制御システム。
  118. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムのＳＯＣパラメータ、またはそれに関してＳＯＣパラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することによって、前記不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる、請求項８６に記載の制御システム。
  119. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、少なくとも１つの異なるアレイまたは全体としての前記システムの温度パラメータ、またはそれに関して前記温度パラメータ未満である、それを上回る、またはそれと実質的に異なる１つのアレイを特性評価するものを参照することによって、前記不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる、請求項８６に記載の制御システム。
  120. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、障害または劣化条件を参照することによって、前記不平衡条件が前記第１のアレイと第２のアレイとの間に存在することを決定させる、請求項８６に記載の制御システム。
  121. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールおよび中性点偏移を使用させ、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間エネルギーの平衡を制御させる、請求項８６に記載の制御システム。
  122. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、
    前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間不平衡の量を決定することと、
    前記相互接続モジュールに正味エネルギー出力を調節させ、閾値を下回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと、
    前記システムの中性点への偏移を引き起こさせ、正味エネルギー出力を調節させ、前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量を減少させることと
    を行わせる、請求項８６に記載の制御システム。
  123. 前記複数の命令はさらに、前記制御回路に、前記相互接続モジュールも使用させ、正味エネルギー出力を調節させ、前記相間不平衡の量が前記閾値を上回る場合、前記相間不平衡の量を減少させる、請求項１２２に記載の制御システム。
  124. 前記処理回路は、複数のプロセッサを備え、前記メモリは、複数の離散メモリデバイスを備える、請求項８６に記載の制御システム。
  125. モジュールベースのエネルギーシステムであって、
    第１の電圧波形を負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第１のアレイと、
    第２の電圧波形を前記負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第２のアレイと、
    第３の電圧波形を前記負荷に出力するように構成されるカスケード型モジュールの第３のアレイであって、前記第１、第２、および第３の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、カスケード型モジュールの第３のアレイと、
    前記第１のアレイおよび前記第２のアレイの両方に結合される第１の相互接続モジュールであって、前記第１の相互接続モジュールは、第１のエネルギー源と、第１のスイッチ回路とを備える、第１の相互接続モジュールと、
    前記第３のアレイに結合される第２の相互接続モジュールであって、前記第２の相互接続モジュールは、第２のエネルギー源と、第２のスイッチ回路とを備え、前記第１および第２のエネルギー源は、ともに電気的に結合され、前記第１の相互接続モジュールは、前記第１および第２のエネルギー源によって前記第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成され、前記第２の相互接続モジュールは、前記第１および第２のエネルギー源によって前記第３のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、第２の相互接続モジュールと
    を備える、システム。
  126. 前記第１のアレイおよび第２のアレイは、前記負荷と前記第１の相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられ、前記第３のアレイは、前記負荷と前記第２の相互接続モジュールとの間に電気的に位置付けられる、請求項１２５に記載のシステム。
  127. 前記第１および第２のスイッチ回路を制御するように構成される制御回路をさらに備え、前記第１のエネルギー源は、前記第２のエネルギー源と共有される正のノードと、負のノードとを有し、前記第１のスイッチ回路は、前記第１および／または第２のアレイを前記第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能であり、前記第２のスイッチ回路は、前記第３のアレイを前記第１および／または第２のノードに選択的に結合するように制御可能である、請求項１２５に記載のシステム。
  128. 前記制御回路は、前記第１および第２のスイッチ回路を制御し、前記第１および第２のエネルギー源から前記第１、第２、および第３のアレイのうちの１つに出力される相対的エネルギーを調節し、前記第１、第２、および第３のアレイのうちの少なくとも２つの間の充電または温度の不平衡を軽減するように構成される、請求項１２７に記載のシステム。
  129. 前記制御回路は、前記第１、第２、および第３のアレイの中性点への偏移を用いて、前記第１、第２、および第３のアレイの間の相間エネルギーの平衡を制御するように構成される、請求項１２７に記載のシステム。
  130. 前記制御回路は、前記第１の相互接続モジュールが、前記第１および第２のアレイの両方のためのエネルギーを供給し、前記第２の相互接続モジュールが前記第３のアレイのためのエネルギーを供給するように、平衡相間条件下で前記第１および第２のスイッチ回路を制御するように構成される、請求項１２７に記載のシステム。
  131. 前記第１、第２、および第３のアレイに供給される前記正味エネルギーは、ある時間周期にわたって同一である、請求項１３０に記載のシステム。
  132. モジュールベースのエネルギーシステムであって、
    第１のバッテリパックであって、前記第１のバッテリパックは、第１の複数の電圧波形を出力し、第１のモータに給電するように構成されるカスケード型コンバータモジュールの第１の複数のアレイを備え、前記第１の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第１のバッテリパックと、
    第２のバッテリパックであって、前記第２のバッテリパックは、第２の複数の電圧波形を出力し、第２のモータに給電するように構成されるカスケード型コンバータモジュールの第２の複数のアレイを備え、前記第２の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第２のバッテリパックと、
    前記第１の複数のアレイのうちの第１のアレイおよび前記第２の複数のアレイのうちの第２のアレイに結合される相互接続モジュールであって、前記相互接続モジュールは、エネルギー源と、スイッチ回路とを備え、前記相互接続モジュールは、前記エネルギー源によって前記第１および／または第２のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、相互接続モジュールと
    を備える、システム。
  133. 請求項３－３９のいずれかに従って構成され、前記負荷は、前記第１および第２のモータを備える、請求項１３２に記載のシステム。
  134. 前記第１のバッテリパックは、第１の筐体を備え、前記第１の複数のアレイは、前記第１の筐体内に共同設置され、前記第２のバッテリパックは、第２の筐体を備え、前記第２の複数のアレイは、前記第２の筐体内に共同設置される、請求項１３２に記載のシステム。
  135. 前記相互接続モジュールは、前記第１の筐体内に位置する、請求項１３４に記載のシステム。
  136. 前記第１および第２のモータは、電気自動車のインホイールモータである、請求項１３２に記載のシステム。
  137. 制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記第１および第２のバッテリパックの動作パラメータを監視するように、かつ前記システムに、前記相互接続モジュールを用いて前記第１のバッテリパックと前記第２のバッテリパックとの間のエネルギーの平衡を保たせるように構成される、請求項１３２に記載のシステム。
  138. 前記制御回路は、前記エネルギー源が、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の不平衡条件下で比較的により多くのエネルギーを前記第２のアレイよりも前記第１のアレイに放出するように、前記スイッチ回路を制御するように構成される、請求項１３７に記載のシステム。
  139. 前記相互接続モジュールは、第１の相互接続モジュールであり、前記エネルギー源は、第１のエネルギー源であり、前記スイッチ回路は、第１のスイッチ回路であり、前記システムはさらに、
    第３のバッテリパックであって、前記第３のバッテリパックは、第３の複数の電圧波形を出力し、第３のモータに給電するように構成されるカスケード型コンバータモジュールの第３の複数のアレイを備え、前記第３の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第３のバッテリパックと、
    第４のバッテリパックであって、前記第４のバッテリパックは、第４の複数の電圧波形を出力し、第４のモータに給電するように構成されるカスケード型コンバータモジュールの第４の複数のアレイを備え、前記第４の複数の電圧波形はそれぞれ、異なる位相角を有する、第４のバッテリパックと、
    前記第３の複数のアレイのうち第３のアレイおよび前記第４の複数のアレイのうちの第４のアレイに結合される第２の相互接続モジュールであって、前記第２の相互接続モジュールは、第２のエネルギー源と、第２のスイッチ回路とを備え、前記第２の相互接続モジュールは、前記第２のエネルギー源によって前記第３および／または第４のアレイに供給されるエネルギーの量を調節するように構成される、第２の相互接続モジュールと
    を備える、請求項１３２に記載のシステム。
  140. 前記第１、第２、第３、および第４のモータは、４輪電気自動車のインホイールモータである、請求項１３９に記載のシステム。
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