JP2022527472A - 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およびそれに関連する方法 - Google Patents
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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相互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備える。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）
（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から成る。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）
（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、車両産業および他の分野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）と、バッテリと、燃料電池と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。
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相互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。
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）
（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）
（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、コンソースモジュールは、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コンソースモジュールが、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、コンソースモジュールは、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、コンソースモジュール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つ以上のコンソースモジュール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、経時的な各コンソースモジュール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。
多くの実施形態では、システム１００内の全コンソースモジュール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、全コンソースモジュール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、特定のコンソースモジュール（またはコンソースモジュールのサブセット）の制御は、その特定のコンソースモジュール（またはコンソースモジュールのサブセット）のステータス情報に基づく、特定のコンソースモジュール（またはコンソースモジュールのサブセット）ではない、異なるコンソースモジュールのステータス情報に基づく、特定のコンソースモジュール（またはコンソースモジュールのサブセット）以外の全てのコンソースモジュールのステータス情報に基づく、その特定のコンソースモジュール（コンソースモジュールのサブセット）のステータス情報およびその特定のコンソースモジュール（コンソースモジュールのサブセット）ではない少なくとも１つの他のコンソースモジュールのステータス情報に基づく、またはシステム１００内の全てのコンソースモジュールのステータス情報に基づくことができる。
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、各コンソースモジュールの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、コンソースモジュール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、温度、電圧、電流、または障害の存在または非存在を含む。各コンソースモジュール１０８－１…１０８－Ｎ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。
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、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。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、各コンソースモジュールからステータス情報を受信する、または各コンソースモジュール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、コンソースモジュール１０８の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、コンソースモジュール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、マスタ制御デバイス１１２は、特定のコンソースモジュール（またはそのコンポーネント）がシステム１００内の１つ以上の他のコンソースモジュール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、特定のコンソースモジュール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コンソースモジュールの電力出力は、そのコンソースモジュールの温度を１つ以上の他のコンソースモジュール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、特定のコンソースモジュールの動作を調節するかどうかの決定は、必ずしも他のコンソースモジュール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、そのコンソースモジュール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、コンソースモジュール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、そのコンソースモジュール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、コンソースモジュール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、コンバータ・ソースモジュールの種々のセンサ（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内のコンソースモジュール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コンソースモジュールの動作であり得る。本プロセスはまた、コンソースモジュール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、コンソースモジュール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コンソースモジュール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、処理回路と、メモリとを含むことができる。処理回路およびメモリの例示的実装が、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つ以上のコンバータ・ソースモジュール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、処理回路と、メモリ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つ以上のコンバータ・ソースモジュール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つ以上のコンバータ・ソースモジュール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）コンバータ・ソースモジュール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、自動車用途では、マスタ制御デバイス１１２は、１つ以上の他の自動車機能（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、車両の別の制御デバイス（例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ））の一部として実装されることができる。
制御回路１０２は、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別の制御デバイス（例えば、ＥＣＵ）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）
（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、コンバータ・ソースモジュール１０８、またはコンソースモジュールあたり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内のコンソースモジュール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、そのようなものに限定されない。
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６００（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。
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。多くの実施形態では、コンバータＶ１ ２０６は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ（図４に示されるような）等の半導体スイッチとして構成され得る、少なくとも４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含むことができる。別のスイッチ実施例は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたはＩＧＢＴである。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。
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のための制御切替信号は、（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。
パルス幅変調を使用する、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。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。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（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）、および燃料、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、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。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）、ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタ８１０（図８Ｂ）、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８２０（図８Ｃ）、ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタ８１０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）、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８２０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）、ウルトラキャパシタ（またはスーパーキャパシタ）８１０、および少なくとも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８２０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、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（図５Ｂに示されるような）またはＩＧＢＴ等の半導体スイッチとして構成され得る、６つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６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。
コンバータＶ２ ３０８の左側は、２つのスイッチ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Ｉｎ３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。
コンバータＶ２ ３０８の右側は、４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含み、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ＤＣＬ－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、および－ＶＤＣＬを発生させることが可能である。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。１つのアプローチは、その付加的変形例を含む、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）等のパルス幅変調を使用し、コンバータＶ２の出力電圧を発生させることである。コンバータＶ２ ３０８の典型的出力電圧波形９００が、図９に示される。変調方法はまた、それが適用されるＡＣｉバッテリパック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、実施例としてさらに提示されるであろう。
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、図４に示されるように、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１０８Ｃ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／または図４に示されるように、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／または図４に示されるように、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。
エネルギー源１は、例えば、限定ではないが、以下、すなわち、図６による貯蔵要素、ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタ６００（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）、および燃料、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、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。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の簡略化された概略表現が、図５Ｂに示される。コンバータＶ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（図５Ｂに示されるような）、ＪＦＥＴ、またはＩＧＢＴ等の半導体スイッチとして構成され得る、６つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む。コンバータＶ２の左側は、仮想ゼロ電位にある、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において発生させ得る、２つのスイッチＳ１およびＳ２を含む。結合インダクタＬＣは、入力Ｉｎ３とノード１との間に接続される。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、安定させ得ると仮定される。
コンバータＶ２ ３０８の右側は、４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含み、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ＤＣＬ－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、および－ＶＤＣＬを発生させることができる。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。
ＰＦＥ１は、ＬＣＤ１１４からエネルギー源１ ２０２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、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。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、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。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。これらの測定信号に基づいて、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。
（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）
（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、コンソースパックと称されるが、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個の相互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。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個の相互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個の相互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。
位相偏移技法の原理は、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、ＮレベルＰＷＭ波形が、Ｎ－１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、基準波形を増分的に３６０°／（Ｎ－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、コンバータＶ１をそれぞれ有する、４つの相互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。全てのコンバータＶ１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１４３０を描写する。
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個の相互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電圧発生の構成および出力の原理が、図１５に関して上記に説明される。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個の相互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個の相互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個の相互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電圧発生の構成および出力の原理が、図１５に関して上記に説明される。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個の相互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で相互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。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電圧発生の構成および出力の原理が、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個の相互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で相互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２のバージョンの例示的実施形態を示す。
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個の相互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ＤＣまたはＡＣ電圧発生の構成および出力の原理が、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。
相互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で相互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３のバージョンの例示的実施形態を示す。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３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個の相互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電圧発生の構成および出力の原理が、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１０８Ｃ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１０８Ｃ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。
相互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１０８Ｃ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で相互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。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１０８Ｃ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。
相互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１０８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。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１０８Ｃ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１０８Ｃ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。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－Ｃ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１０８Ｃ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１０８Ｃ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。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１０８Ｃ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、第Ｎ＋１行の３つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８Ｃ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１０８Ｃ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２７は、本開示による、２つの３相電気モータ２２００、２２００’および補助負荷に接続される、３次元アレイで相互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６のバージョンの例示的実施形態２７００を示す。第１のモータ１ 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。コンソースパックの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２７に示されるように、第Ｎ＋１行の３つの対応するコンソースＶ３モジュール１０８Ｃの第１のポート１に接続される。第Ｎ＋１行のコンソースＶ３モジュール１０８Ｃのうちの３つ全ての第２のポート２は、第Ｎ＋２行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第２のポート２に接続される。図２７に示されるように、同一の順序でさらにコンソースパックの最後の行または第Ｍ行まで、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は、第Ｎ＋３行のコンソース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。第２のモータ２ ２２００’の第１、第２、および第３の出力端子Ａ’、Ｂ’、およびＣ’は、コンソースパックの第Ｍ行のコンソースＶ１／Ｖ２／Ｖ３モジュールの第１のポート１においてコンソースパックに接続される。
第Ｎ＋１行の３つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８Ｃ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Ｎ＋１行の３つの付加的コンソースＶ３モジュール１０８Ｃ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２７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１０８Ｃ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次元アレイで相互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２８００を示す。
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１０８－１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－Ｎ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の入力端子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１０８Ｃ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１０８Ｃ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１０８Ｃ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２９は、本開示による、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、３次元アレイ２９００で相互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８のバージョンの例示的実施形態を示す。
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１０８－１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１０８－２（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の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ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１０８－（Ｎ＋２）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１０８Ｃ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１０８Ｃ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Ａ、Ｂ、Ｃ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Ａ’、Ｂ’、Ｃ’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）
（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充電状態（ＳＯＣ）および温度平衡を提供する、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相互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、循環の間に、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、これは、コンソースモジュールのエネルギー源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。
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。ピーク検出器は、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、モジュール毎に変調指数Ｍｉを発生させる。相内平衡コントローラは、集中型コントローラとして、またはＭＣＤの一部として、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。
単相ＡＣまたはＤＣの場合、相内平衡コントローラは、ＭＣＤの一部として、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。平衡コントローラは、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、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によって発生されるＰＷＭ切替信号を制御し、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。
相内平衡コントローラは、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、変調指数の異なる組み合わせが、使用され得るが、合計の発生された電圧が、図３１のフェーザ図３１００に示されるように、同一のままとなるべきであること、コンソースのバッテリモジュールの充電状態（ＳＯＣ）が、平衡を保たれた状態のままである、または不平衡である場合、平衡条件に収束すること、コンソースのバッテリモジュールの温度が、１つのコンソースの少なくとも１つのバッテリモジュールの温度がある閾値を上回るときに平衡を保つことを促進する様式で、そのエネルギー源の充電状態、温度、容量、および／または電圧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。
充電状態および温度平衡が、同時に可能ではない場合があるため、両方の組み合わせが、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。
図３２に示されるように、３相平衡コントローラ３２００は、１つの相間３２１０および３つの相内平衡コントローラ３２２０－１、３２２０－２、３２２０－３を含むことができる。相内平衡コントローラのタスクは、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ことである。相間平衡コントローラは、多次元アレイの間で、特に、実施例として、３つの位相の間で、コンソースモジュールの側面の平衡を保つことができる。位相のＹ接続では、これは、位相への投入共通モード（中性点偏移）を通して、または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。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、集中型コントローラとして、またはＭＣＤの一部として、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。
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。
位相の間に共通モジュールを伴わないＹ接続３相構造（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）では、相内平衡は、図３３Ａに示されるように、各位相３３００、３３００’、３３００”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。ある共通モードを位相基準に追加することによって、中性点「Ｎ」が、図３３Ｂに示されるように偏移されてもよい３３１０。これは、各位相の共有に対する制御を提供し、３相電圧を確立する。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く、位相Ｂ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、それぞれ、位相ＡおよびＣの寄与を減少させるように、かつ位相Ｂの寄与を増加させるように、示されるように偏移されるものとする。
コンソースＶ３モジュールである、位相３４００、３４００’の間に共通モジュールを伴うＹ接続３相構造（例えば、システム１００、図２０および２４参照）では、相内平衡が、各位相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、図３４Ａに示されるように、各位相への共通モジュールの寄与を制御することのみ、中性点偏移、または図３４Ｂに示されるように両方のいずれかによって、達成されることができる。
共通モジュール（コンソースＶ３）を伴わない図３５Ａに関して、および共通モジュール（コンソースＶ３）を伴う図３５Ｂに説明されるような４相システム３５００、３５００’では、相内平衡が、各位相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、各位相への共通モジュールの寄与を制御することによって、達成されることができる。
共通モジュール（コンソースＶ３）を伴わない図３６Ａ、および共通モジュール（コンソースＶ３）を伴う図３６Ｂに関して説明されるような５位相システム３６００、３６００’では、相内平衡が、各位相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、各位相への共通モジュールの寄与を制御することによって、達成されることができる。
共通モジュール（コンソースＶ３）を伴わない図３７Ａ、および共通モジュール（コンソースＶ３）（システム１００の修正、図２６）を伴う図３７Ｂに関して説明されるような６位相システム３７００、３７００’では、相内平衡が、各位相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、各位相への共通モジュールの寄与を制御することによって、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を伴って起動し得る、３相構造の２つのシステム３８１０、３８２０が、考慮される。相内平衡は、各位相内のモジュール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。各システム内および２つのシステムの間の相間平衡は、図３８Ａに示されるように、各位相への共通モジュール（コンソースＶ３）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。各システム３８１０、３８２０内の相間平衡はさらに、図３８Ｂに示されるように、中性点偏移によって改良され得る。
図２８に関して説明されるようなシステム１００では、類似周波数を伴って起動するが、異なる電圧を有し得る、３相構造の２つのシステムが、考慮される。
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、位相ペア内のモジュールが、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は、それらのステータス情報にそれぞれ寄与するものとする。
相間平衡、またはこの場合、位相ペアの間の平衡は、図３９Ａに示されるように共通モジュールを通して、および／または図３９Ｂに示されるように、中性点を通して実装されてもよい。
図２９に関して説明されるようなシステム１００では、ＡＣｉバッテリパックの２つのシステムが、共通モジュールを通して接続され、２つのモータを駆動するために使用される。したがって、システム１およびシステム２が、異なる電圧および周波数において動作してもよい一方、各システムでは、２つの部品は、等しい周波数において動作するが、異なる電圧を有してもよい。
中性点偏移がないと、各システム４０１０、４０２０、４０３０の位相ペアのモジュール、例えば、Ａ１およびＡ’１の間の図４０Ａの相内平衡が、実装されてもよい。２つのシステム内およびその間の相間平衡は、２つのシステム内の各位相への共通モジュールの電圧寄与を制御することを通して達成され得る。
図４０Ｂに示されるような中性点偏移が、相間およびシステム間４０１０、４０２０、４０３０平衡を改良するように追加されてもよい。
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４１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４２０２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４２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およびエネルギーバッファを保持する、筐体または物理的包装４２０３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４２０４内に提供される。筐体４２０３および４２０４は、システム１００内の配設に先立って、ともに物理的に継合または接続されることができる、または別個の接続されていないエンティティであり得る。
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４１－４２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４３Ａ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４３０２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４３０２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４３０２に搭載または固着されることができる。
図４３Ｂ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４３０４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４３０４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４３０６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４３０４および４３０６に搭載または固着されることができる。ＬＣＤと基板４３０４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。
図１－８Ｆ、１１、１３、１５－３０、３２、および１Ａ－１Ｃおよび４１－４３Ｂ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以上であり、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以上であり、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以上であり、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。
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第１および第２のアレイを含み、第１のアレイは、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールを含み、第２のアレイは、Ｎ－１個のコンバータ・ソースモジュールを含み、Ｎは、２以上であり、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１のアレイ内で直列に接続され、Ｎ－１個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第２のアレイ内で直列に接続され、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールおよびＮ－１個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、第１および第２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、第１のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールおよび第２のアレイの第Ｎ－１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、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールおよびＮ－１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、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第１、第２、および第３のアレイを含み、第１、第２、および第３のアレイはそれぞれ、Ｎ＋Ｍ個のコンバータ・ソースモジュールを含み、Ｎは、２以上であり、Ｍは、２以上であり、Ｎ＋Ｍ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、Ｎ＋Ｍ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１および第２のポートを含み、第１、第２、および第３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第１のポートに結合される、個々の出力端子を含み、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、第１のアレイの第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第２のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続され、第２のアレイの第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第３のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続され、第３のアレイの第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第１のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続される。
これらの実施形態の多くでは、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールの直列接続は、第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ－１コンバータ・ソースモジュールを含む、一連のコンバータ・ソースモジュールの中の先行コンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続されている、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第２のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第１のポートを含む。これらの実施形態の多くでは、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの直列接続は、第Ｎコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋（Ｍ－１）コンバータ・ソースモジュールを含む、一連のコンバータ・ソースモジュールの中の先行コンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続されている、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第１のポートを含む。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＋Ｍ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、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、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負荷または３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第１、第２、および第３のアレイを含み、第１および第３のアレイはそれぞれ、Ｎ＋１個のコンバータ・ソースモジュールを含み、第２のアレイは、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールを含み、Ｎは、２以上であり、第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ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、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールは、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、１つ以上の補助負荷への接続のために構成され、第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１および第２のポートを含み、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールは、第１、第２、第３、および第４のポートを含み、それぞれ、第１、第２、および第３の出力端子は、それぞれ、第１、第２、および第３のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、それぞれ、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、それぞれ、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続され、第１のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第２のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第３のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第４の出力端子に接続され、それぞれ、第１のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートは、それぞれ、第３のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続される。
これらの実施形態の多くでは、第３のアレイの第２のコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第１のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続される。これらの実施形態の多くでは、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールはさらに、第５および第６のポートを含み、第１および第３のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの１つ以上の補助負荷は、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第５および第６のポートに接続される、第１の補助負荷と、第１および第３のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続される、第２の補助負荷とを含む。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、第１および第３のアレイのＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールおよび第２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。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および第３のアレイのＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールおよび第２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。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のアレイの第１、第２、および第３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、負荷は、ＤＣまたは単相ＡＣ負荷または３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、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のアレイの第１、第２、および第３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、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のアレイの第１、第２、および第３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、負荷は、ＤＣまたは単相ＡＣ負荷または３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第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイを含み、第１、第３、および第５のアレイはそれぞれ、Ｎ＋１個のコンバータ・ソースモジュールを含み、第２、第４、および第６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以上であり、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールおよびＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１および第２のポートを含み、第１、第３、および第５のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールは、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のポートを含み、第１の補助負荷が、第１、第３、および第５のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第５および第６のポートに接続され、第２の補助負荷が、第１、第３、および第５のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続され、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６の出力端子は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、それぞれ、第１、第３、および第５のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、それぞれ、第１、第３、および第５のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続され、第１のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第２のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第３のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第４のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第５のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第６のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続される。
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、第１、第３、および第５のアレイのＮ＋１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、および第２、第４、および第６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。これらの実施形態の多くでは、エネルギーシステムはさらに、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイの第１、第２、第３、第４、第５、および第６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、負荷は、６相ＡＣ負荷である。
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、相互接続されたコンバータ・ソースモジュールのＫ個の１次元アレイを含み、Ｋは、３以上であり、奇数の整数であり、第１および第Ｋアレイおよびその間の奇数の整数毎のアレイはそれぞれ、Ｎ＋Ｍ＋１個のコンバータ・ソースモジュールを含み、第２のアレイと第Ｋ－１アレイとの間の偶数の整数毎のアレイはそれぞれ、Ｎ＋Ｍ個のコンバータ・ソースモジュールを含み、ＮおよびＭは、２以上であり、第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍ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、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、第１、第Ｋ、および他の奇数の整数のアレイのそれぞれの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールは、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータとを含み、１つ以上の補助負荷への接続のために構成され、Ｋ個のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１および第２のポートを含み、第１、第Ｋ、および他の奇数の整数のアレイのそれぞれの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールは、第１、第２、第３、および第４のポートを含み、Ｋ個の個々の出力端子は、それぞれ、Ｋ個のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、Ｋ個のアレイのそれぞれの第１のコンバータ・ソースモジュールから第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、それぞれ、第１、第Ｋ、および他の奇数の整数のアレイのそれぞれの第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、それぞれ、第１、第Ｋ、および他の奇数の整数のアレイのそれぞれの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続され、第２、第Ｋ－１、およびその間の偶数の整数のアレイの第Ｎ＋Ｍコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、Ｋ個のアレイのうちの先行アレイの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第Ｋアレイの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第Ｋ＋１出力端子に接続され、それぞれ、第１、第Ｍ、および他の奇数の整数のアレイの第Ｎ＋Ｍ＋１コンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートは、相互に接続される。
これらの実施形態の多くでは、第Ｋアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第１のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに接続される。これらの実施形態の多くでは、第２から第Ｋアレイの中の第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートは、先行アレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続される。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、第１、第Ｋ、および他の奇数の整数アレイのＮ＋Ｍ＋１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、および第２、第Ｍ－１、および他の偶数の整数のアレイのＮ＋Ｍ個のコンバータ・ソースモジュールのそれぞれ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、Ｋ個のアレイの第１から第Ｋ出力端子の間に接続される、多相負荷を含む。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、Ｋ個のアレイの第１から第Ｋ出力端子の間に接続される、多相負荷を含む。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、Ｍ個のアレイの第１、第２、および第３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、モジュールベースのエネルギーシステムはさらに、Ｍ個のアレイの第１、第２、および第３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、負荷は、ＤＣまたは単相ＡＣ負荷または３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、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールの第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイを含み、Ｎは、２以上であり、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータと、第１および第２のポートとを含み、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６の出力端子は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、第１の３相ＡＣ負荷が、第１、第２、および第３のアレイの第１、第２、および第３の出力端子の間に接続され、第２の３相ＡＣ負荷が、第４、第５、および第６のアレイの第４、第５、および第６の出力端子の間に接続され、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイのそれぞれのＮ個のコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、第１のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第４のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第２のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第５のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第３のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第６のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第１、第２、および第３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さらに、第３、第４、第５、および第６のポートを含み、第１の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第５および第６のポートに接続され、第２の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続される。
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、第１、第２、第３、第４、第５、および第６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、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールの第１、第２、第３、および第５のアレイと、Ｎ＋１個のコンバータ・ソースモジュールの第４および第６のアレイとを含み、Ｎは、２以上であり、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールおよびＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータと、第１および第２のポートとを含み、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６の出力端子は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、６相ＡＣ負荷が、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のアレイの第１、第２、第３、第４、第５、および第６の出力端子の間に接続され、第１、第２、第３、および第５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、および第４および第６のアレイのそれぞれのＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、第４のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第５のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第６のアレイの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第４の出力端子に接続され、第４および第６のアレイのそれぞれの第Ｎ＋１コンバータ・ソースモジュールはさらに、第３、第４、第５、および第６のポートを含み、第１の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第５および第６のポートに接続され、第２の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続される。
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、第１、第２、および第３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、および第４および第６のアレイのＮ＋１個のコンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される、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、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールの第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のアレイを含み、Ｎは、２以上であり、Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、エネルギーバッファと、コンバータと、第１および第２のポートとを含み、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の出力端子は、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のアレイの第１のコンバータ・ソースモジュールの第１のポートに結合され、第１の６相ＡＣ負荷が、第１、第２、第３、第７、第８、および第９のアレイの第１、第２、第３、第７、第８、および第９の出力端子の間に接続され、第２の３相ＡＣ負荷が、第４、第５、第６、第１０、第１１、および第１２のアレイの第４、第５、第６、第１０、第１１、および第１２出力端子の間に接続され、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のアレイのそれぞれのＮ個のコンバータ・ソースモジュールは、直列に接続され、第１のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第４のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第２のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第５のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第３のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートは、第６のアレイの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第２のポートに接続され、第１、第２、および第３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さらに、第３、第４、第５、および第６のポートを含み、第１の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第５および第６のポートに接続され、第２の補助負荷が、第１、第２、および第３のアレイのそれぞれの第Ｎコンバータ・ソースモジュールの第３および第４のポートに接続される。
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、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、複数の相互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、複数の相互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、複数の相互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つにおいて相互接続される。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相互接続される、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つ以上の相互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つ以上の相互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つ以上の相互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つ以上の相互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つ以上の相互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。
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 (241)
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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であって、前記ローカル制御デバイスは、前記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、ローカル制御デバイスと
を備える、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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であって、前記第１のエネルギー源は、前記ローカル制御デバイスのための動作電力を提供する、ローカル制御デバイスと
を備える、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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であって、前記ローカル制御デバイスは、前記コンバータ・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、ローカル制御デバイスと
を備える、システム。 - 前記障害信号は、実際の障害または潜在的障害を示す、請求項３に記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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と
を備え、
前記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、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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と
を備え、
前記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、前記第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、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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と
を備え、
前記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、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュールと、
前記コンバータ・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と
を備え、
前記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、前記第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、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備え、
前記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、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
燃料電池を備える第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備える、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファであって、前記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備える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、ダイオードとを備える準Ｚ源ネットワークを備える、エネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備える、システム。 - モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第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の入力とを備えるコンバータであって、前記第１および第３の入力は、前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合され、前記第２および第３の入力は、前記第２のエネルギー源と結合され、前記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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備え、
前記第１および第２のエネルギー源の両方は、それぞれがバッテリを備える、または前記第１および第２のエネルギー源の両方は、それぞれがバッテリを備えない、システム。 - 前記第１および第２のエネルギー源は、それぞれがコンデンサまたは燃料電池を備える、請求項１２に記載のシステム。
- 前記コンバータは、第１のスイッチと、インダクタと、第２のスイッチとを備え、前記第１のスイッチは、前記第１の入力と第１のノードとの間に結合され、前記インダクタは、前記第２の入力と前記第１のノードとの間に結合され、前記第２のスイッチは、前記第３の入力と前記第１のノードとの間に結合される、請求項１２に記載のシステム。
- 前記複数のスイッチは、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のスイッチとを備える、請求項１４に記載のシステム。
- 前記第１および第２のエネルギー源の両方は、それぞれがバッテリを備え、前記第２のエネルギー源はさらに、前記バッテリと並列の第１のコンデンサを備える、請求項１２に記載のシステム。
- 前記第１および第２のエネルギー源の両方は、それぞれがバッテリを備え、前記第２のエネルギー源はさらに、前記バッテリと並列の第１のコンデンサと、前記バッテリと並列の第２のコンデンサとを備える、請求項１２に記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるエネルギーバッファと、
前記第１のエネルギー源および前記エネルギーバッファと結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと、
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
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備える、システム。 - 前記補助負荷は、第１の補助負荷であり、前記コンバータ・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の出力ポートを備える、請求項１８に記載のシステム。
- 前記第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、前記第２の出力ポートは、前記第１の補助負荷と結合され、前記第３の出力ポートは、前記第２の補助負荷と結合される、請求項１９に記載のシステム。
- 前記コンバータは、第１の入力と、第２の入力と、第３の入力とを備え、
前記第１および第３の入力は、前記第１のエネルギー源、前記エネルギーバッファ、および前記第２の出力ポートと結合され、
前記第２および第３の入力は、前記第３の出力ポートと結合される、
請求項１８に記載のシステム。 - 前記コンバータは、第１のスイッチと、インダクタと、第２のスイッチとを備え、前記第１のスイッチは、前記第１の入力と第１のノードとの間に結合され、前記インダクタは、前記第２の入力と前記第１のノードとの間に結合され、前記第２のスイッチは、前記第３の入力と前記第１のノードとの間に結合される、請求項２１に記載のシステム。
- 前記複数のスイッチは、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のスイッチとを備える、請求項２２に記載のシステム。
- 前記第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、請求項２３に記載のシステム。
- 前記第１の出力ポートは、第１の出力と、第２の出力とを備え、
前記第３のスイッチは、前記第１の入力と前記第１の出力との間に結合され、前記第４のスイッチは、前記第３の入力と前記第１の出力との間に結合され、前記第５のスイッチは、前記第１の入力と前記第２の出力との間に結合され、前記第６のスイッチは、前記第３の入力と前記第２の出力との間に結合される、請求項２３に記載のシステム。 - 前記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さらに備え、前記ローカル制御デバイスは、前記障害信号を前記マスタ制御デバイスに出力するように構成される、請求項３に記載のシステム。
- アレイ内に前記コンバータ・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さらに備える、請求項１－２５のいずれかに記載のシステム。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールの中の前記コンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、第１のエネルギー源と、前記第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備えるコンバータとを備える、請求項２７に記載のシステム。
- 前記複数のスイッチは、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前記第１の電圧の間で選択する、請求項２７に記載のシステム。
- 前記第１の電圧は、直流（ＤＣ）電圧である、請求項２９に記載のシステム。
- 前記アレイは、交流（ＡＣ）信号を出力するように構成される、請求項２７－３０のいずれかに記載のシステム。
- 前記コンバータは、前記第１のエネルギー源の温度、前記第１のエネルギー源の充電状態、前記第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つ以上のセンサを備える、請求項１－２５のいずれかに記載のシステム。
- 前記コンバータ・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さらに備える、請求項９－２５のいずれかに記載のシステム。
- 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備え、前記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、前記複数のコンバータ・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、請求項３３に記載のシステム。
- 前記コンバータ・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、前記システムは、第２のコンバータ・ソースモジュールを備え、前記ローカル制御デバイスは、前記第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、請求項３３に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、処理回路と、前記処理回路と通信可能に結合されるメモリとを備え、前記メモリは、前記処理回路によって実行可能な命令を備える、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、パルス幅変調を使用して、前記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、請求項１－８、３３、または３６のいずれかに記載のシステム。
- 前記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、前記切替信号の発生のために前記変調された基準信号を使用するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、受信された変調指数を使用し、前記受信された基準信号を変調させるように構成される、請求項３８に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記コンバータ・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、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記コンバータ・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、請求項４０に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記第１のエネルギー源のみによって給電される、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記第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、請求項１、３－８、または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記コンバータ・ソースモジュールは、第２のエネルギー源を備え、前記ローカル制御デバイスは、前記コンバータ・ソースモジュールに、前記第２のエネルギー源からの電流を用いて、前記第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、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記第１のエネルギー源は、バッテリを備え、前記第２のエネルギー源は、コンデンサを備える、請求項４４に記載のシステム。
- 前記第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、請求項４５に記載のシステム。
- 前記コンバータ・ソースモジュールは、第２のエネルギー源を備え、前記ローカル制御デバイスは、前記コンバータを制御し、前記第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、前記第２のエネルギー源から前記コンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、および前記第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、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記第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、前記第１のエネルギー源から前記第２のエネルギー源への電力伝達と、前記第２のエネルギー源から前記第１のエネルギー源への電力伝達とを含む、請求項４７に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記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、請求項４７に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、プロセッサと、メモリとを備え、前記メモリは、前記処理回路によって実行されると、前記処理回路に、前記第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、前記第２のエネルギー源から前記コンバータ・ソースモジュールの累積負荷へ、および前記第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備える、請求項４７に記載のシステム。
- 前記ローカル制御デバイスは、前記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、請求項４７－５０のいずれかに記載のシステム。
- 前記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前記コンバータ・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さらに備える、請求項１－２５のいずれかに記載のシステム。
- 前記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さらに備える、請求項１－８または３３のいずれかに記載のシステム。
- 前記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前記ローカル制御デバイスと通信可能に結合される、請求項５３に記載のシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、処理回路と、前記処理回路と通信可能に結合されるメモリとを備え、前記メモリは、前記処理回路によって実行可能な命令を備える、請求項５３に記載のシステム。
- 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さらに備え、前記マスタ制御デバイスは、前記複数のローカル制御デバイスのうちの前記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、請求項５３に記載のシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、前記複数のコンバータ・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、かつ前記複数のコンバータ・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、請求項５６に記載のシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、前記複数のコンバータ・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、請求項５７に記載のシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、前記複数のコンバータ・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、前記変調またはスケーリング指数は、電力潮流寄与を示す、請求項５８に記載のシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、基準信号を前記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、前記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、前記基準信号を変調またはスケーリングし、前記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、請求項５９に記載のシステム。
- モータを備える移動エンティティ内の動作のために構成され、前記システムは、前記モータのための電力を供給する、請求項１－６０のいずれかに記載のシステム。
- 前記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、潜水艦、機関車、列車またはレールベースの車両、軍用車両、宇宙船、または衛星のうちの１つである、請求項６１に記載のシステム。
- 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、請求項１－６０のいずれかに記載のシステム。
- 前記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、政府貯蔵システム、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、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、請求項６３に記載のシステム。
- 電気自動車のためのバッテリパックとして構成される、請求項１－６０のいずれかに記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
複数のコンバータ・ソースモジュールであって、前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、それぞれが第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備え、前記複数のコンバータ・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、複数のコンバータ・ソースモジュールと、
前記複数のコンバータ・ソースモジュールと通信可能に結合される制御回路であって、前記制御回路は、前記複数のコンバータ・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、前記監視された少なくとも１つの動作特性に基づいて、前記アレイの性能最適化のために前記複数のコンバータ・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、制御回路と
を備える、システム。 - 前記少なくとも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、請求項６６に記載のシステム。
- 温度は、前記第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの温度、前記エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの温度、前記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、請求項６７に記載のシステム。
- 容量は、前記第１のエネルギー源の容量、または前記第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、請求項６７に記載のシステム。
- 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、請求項６７に記載のシステム。
- 電圧は、前記第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの電圧、前記エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの電圧、前記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、請求項６７に記載のシステム。
- 電流は、前記第１のエネルギー源またはそのコンポーネントの電流、前記エネルギーバッファまたはそのコンポーネントの電流、前記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、請求項６７に記載のシステム。
- 各コンバータ・ソースモジュールは、前記少なくとも１つの動作特性を感知するための少なくとも１つのセンサを備える、請求項６６に記載のシステム。
- 前記制御回路は、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、請求項６７に記載のシステム。
- 前記制御回路は、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前記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、請求項６６に記載のシステム。
- 前記制御回路は、パルス幅変調またはヒステリシスを用いて前記複数の切替信号を発生させるように構成される、請求項７５に記載のシステム。
- 前記複数のコンバータ・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、請求項１－２５のいずれかに記載されるようなコンバータ・ソースモジュールである、請求項６６に記載のシステム。
- 前記複数のコンバータ・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、請求項１－２５のいずれかに記載されるようなコンバータ・ソースモジュールである、請求項６６に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記アレイの性能最適化のために、前記複数のコンバータ・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、請求項６６に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記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、請求項６６に記載のシステム。
- 前記負荷は、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、請求項８０に記載のシステム。
- 前記制御回路は、複数のローカル制御デバイスと、前記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備える、請求項６６に記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、
第１のエネルギー源と、
前記第１のエネルギー源と結合されるコンバータであって、前記コンバータは、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備える、コンバータと
を備える、コンバータ・ソースモジュール
を備える、システム。 - 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であって、
前記システムの制御回路によって、前記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、コンバータとを備え、各コンバータ・ソースモジュールは、電力を前記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、
前記制御回路によって、前記ステータス情報に基づいて、前記複数のコンバータ・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、方法。 - 前記制御回路は、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備える、請求項８４に記載の方法。
- 前記制御回路によって、前記少なくとも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、
前記制御回路から複数の切替信号を発生させ、前記少なくとも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
を含み、
前記方法はさらに、前記コンバータによって、前記少なくとも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、請求項８４に記載の方法。 - 前記制御回路によって、前記少なくとも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、
前記少なくとも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、または前記少なくとも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、請求項８４に記載の方法。 - 前記電力寄与は、前記少なくとも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、請求項８７に記載の方法。
- 前記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前記ステータス情報を受信し、前記方法はさらに、
前記マスタ制御デバイスから前記少なくとも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、請求項８５に記載の方法。 - 前記ローカル制御デバイスによって、前記変調指数を用いて前記基準波形を変調させることと、
少なくとも部分的に前記変調された基準波形に基づいて、前記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
をさらに含む、請求項８９に記載の方法。 - 前記切替信号は、パルス幅変調を用いて発生される、請求項９０に記載の方法。
- 前記制御回路は、前記複数内の全コンバータ・ソースモジュールの電力寄与を制御する、請求項８４に記載の方法。
- 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、前記電力寄与を制御する、請求項８４に記載の方法。
- 前記制御回路は、前記複数の中の全コンバータ・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し、前記ステータス情報は、前記複数の中の各個々のコンバータ・ソースモジュールに特有である、請求項８４に記載の方法。
- 前記制御回路は、前記ステータス情報に基づいて、前記複数の中の全コンバータ・ソースモジュールを制御し、前記制御は、リアルタイムで生じる、請求項９４に記載の方法。
- 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つは、請求項１－２５のいずれかによる、請求項８４－９５のいずれかに記載の方法。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、請求項１０１－１６９のいずれかに従って配列される、請求項８４－９６のいずれかに記載の方法。
- 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であって、
前記システムの制御回路によって、前記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、コンバータとを備え、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、
前記制御回路によって、前記ステータス情報に基づいて、前記複数のコンバータ・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、方法。 - 前記制御回路によって、前記少なくとも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、
前記制御回路から複数の切替信号を発生させ、前記少なくとも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
を含み、
前記方法はさらに、前記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前記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み、
随意に、前記電力消費量は、前記少なくとも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、請求項９８に記載の方法。 - 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つは、請求項１－２５のいずれかによる、請求項９８－９９のいずれかに記載の方法。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールのアレイであって、Ｎは、２以上である、アレイ
を備え、
前記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、
前記Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、請求項１－２５のいずれかに従って構成され、
前記アレイは、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、システム。 - 複数のローカル制御デバイスをさらに備え、前記複数のローカル制御デバイスはそれぞれ、前記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、前記ローカル制御デバイスは、前記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、請求項１０１に記載のシステム。
- 前記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をさらに備える、請求項１０２に記載のシステム。
- 前記第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さらに備える、請求項１０１－１０３のいずれかに記載のシステム。
- 前記負荷は、ＤＣ負荷または単相ＡＣ負荷のうちの１つである、請求項１０４に記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
コンバータ・ソースモジュールのＭ個のアレイであって、Ｍは、２以上である、アレイ
を備え、
前記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備え、Ｎは、２以上であり、
前記Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、前記Ｍ個のアレイのそれぞれの中で直列に接続され、
前記Ｎ個のコンバータ・ソースモジュールはそれぞれ、請求項１－２５のいずれかに従って構成され、
前記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、
前記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、システム。 - 複数のローカル制御デバイスをさらに備え、前記複数のローカル制御デバイスはそれぞれ、前記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、前記ローカル制御デバイスは、前記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、請求項１０６に記載のシステム。
- 前記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をさらに備える、請求項１０７に記載のシステム。
- 前記Ｍ個のアレイは、第１および第２のアレイを含む、請求項１０６－１０８のいずれかに記載のシステム。
- 前記第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さらに備える、請求項１０９に記載のシステム。
- 前記共通出力端子は、前記負荷の中性端子に結合される、請求項１１０に記載のシステム。
- 前記共通出力端子と前記第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さらに備える、請求項１０９に記載のシステム。
- 前記負荷は、ＤＣ負荷または単相ＡＣ負荷のうちの１つである、請求項１１０－１１２のいずれかに記載のシステム。
- 前記Ｍ個のアレイは、第１、第２、および第３のアレイを含む、請求項１０６－１０８のいずれかに記載のシステム。
- 前記第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相負荷をさらに備える、請求項１１４に記載のシステム。
- 前記共通出力端子は、前記負荷の中性端子に結合される、請求項１１５に記載のシステム。
- 前記共通出力端子と、前記第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負荷をさらに備える、請求項１１４に記載のシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
複数の相互接続されたコンバータ・ソースモジュールと、
制御回路であって、前記制御回路は、前記コンバータ・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、前記コンバータ・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、制御回路と
を備える、モジュールベースのエネルギーシステム。 - 前記コンバータ・ソースモジュールは、請求項１－２５に記載のコンバータ・ソースモジュールを備える、請求項１１８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記コンバータ・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備えるエネルギー源と、
コンバータと
を備える、請求項１１８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。 - 前記ステータス情報は、前記コンバータ・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つ以上のものを備える、請求項１１８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、前記複数の相互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、請求項１１８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、処理回路と、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、その上に記憶された命令を有し、前記命令は、前記処理回路によって実行されると、前記処理回路に、前記コンバータ・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、請求項１１８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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か、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、請求項２１３に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、前記第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、前記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、請求項１１８および１２０－１２４のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記第１のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報は、前記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、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、請求項１２５に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、前記第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、前記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、請求項１１８、１２０－１２４、および１２６のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記第１のコンバータ・ソースモジュールのステータス情報は、前記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、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、請求項１２７に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記寄与は、前記第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、請求項１１８、１２０－１２４、１２６、および１２８のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、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備える、請求項１１８、１２０－１２４、１２６、および１２８のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、前記複数のコンバータ・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、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、相内平衡コントローラを備える、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１３２に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- コンバータ・ソースモジュールのための変調指数は、前記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、前記コンバータ・ソースモジュールの充電状態、前記コンバータ・ソースモジュールの温度、前記コンバータ・ソースモジュールの容量、前記コンバータ・ソースモジュールの電流、または前記コンバータ・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、請求項１３３に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスはさらに、前記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備える、請求項１３０－１３４のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１３０－１３４のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、そのピーク電圧Ｖｐｋによる前記基準電圧Ｖｒの除算によって、前記基準電圧Ｖｒから前記正規化基準波形Ｖｒｎを発生させるように構成される、請求項１３６に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、正規化基準波形Ｖｒｎを前記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、請求項１３０－１３４および１３６のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、前記受信された変調指数によって、前記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、請求項１３８に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、前記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、請求項１３９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、前記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、請求項１４０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数は、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数Ｍｉは、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数Ｍｉは、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数Ｍｉは、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数Ｍｉは、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数Ｍｉは、前記複数のコンバータ・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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数の変調指数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、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、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備える、請求項１３０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される、請求項１４９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記相内平衡コントローラは、前記多次元アレイの１次元アレイ内の前記複数のコンバータ・ソースモジュールの寄与を調節するように構成される、請求項１５０に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１３７に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１１８、１２０－１２４、１２６、１２８、１３１－１３４、１３７、および１３９－１５２のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１５３に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される、請求項１１８、１２０－１２４、１２６、１２８、１３１－１３４、１３７、および１３９－１５２のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
複数の相互接続されたコンバータ・ソースモジュールと、
制御回路であって、前記制御回路は、前記コンバータ・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、前記コンバータ・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、制御回路と
を備える、モジュールベースのエネルギーシステム。 - 各コンバータ・ソースモジュールは、請求項１－２５に記載のコンバータ・ソースモジュールを備える、請求項１５６に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 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備えるエネルギー源と、
エネルギーバッファと、
コンバータと
を備える、請求項１５６に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。 - 前記制御回路は、前記システムを用いた各コンバータ・ソースモジュールが前記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、請求項１５６に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、前記コンバータ・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、前記システムを用いた各コンバータ・ソースモジュールが前記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、前記ステータス情報は、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、請求項１５９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される、請求項１５６および１５８－１６０のいずれかに記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- コンバータ・ソースモジュールであって、
少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素を備えるエネルギー源と、
エネルギーバッファと、
複数のスイッチを備えるコンバータであって、前記コンバータは、前記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
を備える、コンバータ・ソースモジュール。 - 前記エネルギー源の出力は、前記エネルギーバッファの入力端子に結合可能である、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記エネルギーバッファの出力は、前記コンバータの入力端子に結合可能である、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記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備えるバッテリ、または燃料電池のうちの１つである、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記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備える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、ダイオードとを備える準Ｚ源ネットワークのうちの１つ以上のものを備える、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記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つを備える、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記コンバータは、前記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、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 前記エネルギー源は、直流電圧ＶＤＣを出力するように構成され、前記３つの異なる電圧出力は、＋ＶＤＣ、０、および－ＶＤＣである、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- ローカル制御デバイスから前記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、請求項１６２に記載のコンバータ・ソースモジュール。
- 請求項１６２に記載の少なくとも２つのコンバータ・ソースモジュールを備える、エネルギーシステム。
- 前記少なくとも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つにおいて相互接続される、請求項１７１に記載のエネルギーシステム。
- 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、請求項１７２に記載のエネルギーシステム。
- 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である、少なくとも２つのローカル制御デバイスを備える、請求項１７２に記載のエネルギーシステム。
- 各ローカル制御デバイスは、前記エネルギー源からのエネルギーを管理し、前記エネルギーバッファを保護し、前記コンバータを制御する、請求項１７４に記載のエネルギーシステム。
- モジュールベースのエネルギーシステムであって、
ローカル制御デバイスと、
前記ローカル制御デバイスに相互接続されるコンバータ・ソースモジュールであって、前記コンバータ・ソースモジュールは、貯蔵要素を有するエネルギー源を備え、前記エネルギー源の第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、前記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、前記コンバータは、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、負極性を伴う前記第１の電圧レベルとを備える３つの電圧レベルを発生させるための少なくとも４つのスイッチを備え、前記３つの電圧レベルは、前記少なくとも４つのスイッチの異なる組み合わせによる、前記コンバータの第１および第２の出力への前記コンバータの前記第１の入力と第２の入力との間の前記第１の電圧レベルの接続によって発生される、コンバータ・ソースモジュールと
を備える、システム。 - 前記貯蔵要素は、ウルトラキャパシタ、１つ以上の相互接続されたバッテリ電池を備える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つを備える、請求項１７６に記載のシステム。
- 前記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つを備える、請求項１７６に記載のシステム。
- 前記スイッチは、半導体スイッチとして構成される、請求項１７６に記載のシステム。
- 前記エネルギー源は、一次エネルギー源と、二次エネルギー源とを備え、前記一次エネルギー源は、貯蔵要素を含み、前記貯蔵要素は、ウルトラキャパシタ、１つ以上の相互接続されたバッテリ電池を備える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つを備える、請求項１７６に記載のシステム。
- 前記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、前記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つを備える、請求項１８０に記載のシステム。
- 前記エネルギーバッファの第２の出力は、前記二次エネルギー源の第２の出力に接続され、前記二次エネルギー源の第１の出力は、前記コンバータの第２の入力に接続される、請求項１８１に記載のシステム。
- 前記二次エネルギー源は、貯蔵要素を含み、前記貯蔵要素は、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つ以上の相互接続されたバッテリ電池を備える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つ以上の相互接続されたバッテリ電池を備える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つ以上の相互接続されたバッテリ電池を備える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、請求項１８２に記載のシステム
- 前記コンバータは、６つのスイッチを備える、請求項１８２に記載のシステム。
- 前記コンバータ・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、請求項１７６に記載のシステム。
- 平衡コントローラを備える、請求項１７６に記載のシステム。
- 前記平衡コントローラは、単相平衡コントローラである、請求項１８６に記載のシステム。
- 前記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、請求項１８６に記載のシステム。
- 前記システムは、複数のコンバータ・ソースモジュールを備え、前記平衡コントローラは、前記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、請求項１８６に記載のシステム。
- 前記平衡コントローラは、３相平衡コントローラである、請求項１８６に記載のシステム。
- 前記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、請求項１９０に記載のシステム。
- 前記システムは、複数のコンバータ・ソースモジュールを備え、前記平衡コントローラは、前記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、請求項１９１に記載のシステム。
- 前記制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、前記第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、前記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、請求項１１９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、前記第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、前記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、請求項１１９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、第１のコンバータ・ソースモジュールの寄与を、前記第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、前記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、請求項１２５に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記寄与は、前記第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、請求項１１９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記制御回路は、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備える、請求項１１９に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記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、請求項１３５に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、正規化基準波形Ｖｒｎを前記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、請求項１３５に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記マスタ制御デバイスは、正規化基準波形Ｖｒｎを前記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、請求項１３６に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 前記複数のコンバータ・ソースモジュールは、多次元アレイに配列される、請求項１５７に記載のモジュールベースのエネルギーシステム。
- 電力を電気自動車（ＥＶ）の３相モータに供給するように制御可能なモジュール式バッテリパックシステムであって、前記モジュール式バッテリパックシステムは、
第１のポートと、第２のポートと、第１のバッテリと、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、
３つのコンバータモジュールアレイであって、各アレイは、少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を備えるＡＣ電圧信号を出力するように電気的にともに結合される少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを備え、前記３つのアレイはそれぞれ、前記３相モータのための異なる位相角を有するＡＣ電圧波形を出力するように構成され、前記アレイ型コンバータモジュールはそれぞれ、エネルギー源を備え、前記エネルギー源から正のＤＣ出力電圧、ゼロ出力電圧、または負のＤＣ出力電圧を選択的に出力するように制御可能である、３つのコンバータモジュールアレイと
を備え、
前記第１のポートは、前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第１のアレイと電気的に結合され、前記第２のポートは、前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第２のアレイと電気的に結合され、前記第１のスイッチ回路は、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイを前記第１のバッテリに選択的に結合するように制御可能である、
モジュール式バッテリパックシステム。 - 各アレイの前記少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールと、前記第１の相互接続モジュールとに通信可能に結合される制御回路をさらに備える、請求項２０２に記載のシステム。
- 前記制御回路は、アレイ毎に、前記少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを制御し、相内充電状態の平衡を保つように構成される、請求項２０３に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のアレイと第２のアレイとの間の相間充電状態の平衡を保つように構成される、請求項２０４に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間でエネルギーを交換するように構成される、請求項２０５に記載のシステム。
- 複数のローカル制御デバイスであって、前記複数のローカル制御デバイスは、切替信号を各アレイの前記少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールのそれぞれおよび前記第１の相互接続モジュールに出力するように構成される、複数のローカル制御デバイスと、
前記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
をさらに備える、請求項２０２に記載のシステム。 - 前記マスタ制御デバイスは、情報を前記複数のローカル制御デバイスに出力するように構成され、前記情報は、正規化電圧基準波形と、変調指数とを備え、前記複数のローカル制御デバイスは、前記マスタ制御デバイスから受信される前記情報を用いて、パルス幅変調された切替信号を発生させるように構成される、請求項２０７に記載のシステム。
- 前記複数のローカル制御デバイスは、各アレイの前記少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールおよび前記第１の相互接続モジュールについての充電状態情報を前記マスタ制御デバイスに出力するように構成される、請求項２０７に記載のシステム。
- 前記第１のバッテリの正端子は、第１のノードと電気的に結合され、前記第１のバッテリの負端子は、第２のノードと電気的に結合され、前記第１のスイッチ回路は、前記第１のポートを前記第１または第２のノードのいずれかに選択的に結合するように構成され、前記第２のポートを前記第１または第２のノードのいずれかに選択的に結合するように構成される、請求項２０２に記載のシステム。
- 前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第３のアレイと電気的に結合される第３のポートを備える第２の相互接続モジュールと、第２のバッテリと、第２のスイッチ回路とをさらに備え、前記第１および第２のバッテリは、並列に電気的に結合される、請求項２０２に記載のシステム。
- 前記第１のスイッチ回路は、前記第１および第２のバッテリと前記第１および第２のポートとの間に電気的に結合され、前記第２のスイッチ回路は、前記第１および第２のバッテリと前記第３のポートとの間に電気的に結合される、請求項２１１に記載のシステム。
- 電気自動車（ＥＶ）のモジュール式バッテリパックシステムから電力を供給する方法であって、前記方法は、
第１、第２、および第３のコンバータモジュールアレイを制御し、３相電圧信号を前記ＥＶの３相モータに出力することであって、各アレイは、少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を備えるＡＣ電圧信号を出力するように電気的にともに結合される少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを備え、前記アレイ型コンバータモジュールはそれぞれ、エネルギー源を備え、前記エネルギー源から正のＤＣ出力電圧、ゼロ出力電圧、または負のＤＣ出力電圧を選択的に出力するように制御可能であり、前記第１のアレイは、前記第１の相互接続モジュールに電気的に結合され、前記第２のアレイは、前記第１の相互接続モジュールに電気的に結合される、ことと、
前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイを前記第１の相互接続モジュールの第１のバッテリに選択的に結合することと
を含む、方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御することは、
前記第１の相互接続モジュールの第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイを前記第１のバッテリに選択的に結合することを含む、請求項２１３に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御することは、
前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間の相間充電状態の平衡を保つことを含む、請求項２１３に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間の相間充電状態の平衡を保つことは、
パルス幅変調された切替信号を用いて、前記第１の相互接続モジュールの第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のアレイまたは前記第２のアレイを前記第１のバッテリに選択的に結合することを含む、請求項２１５に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御することは、
前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間でエネルギーを交換することを含む、請求項２１３に記載の方法。 - 前記第１、前記第２、および前記第３のコンバータモジュールアレイを制御し、３相電圧信号を出力することは、
アレイ毎に、前記少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを制御し、相内充電状態の平衡を保つことを含む、請求項２１３に記載の方法。 - 前記第１、前記第２、および前記第３のコンバータモジュールアレイを制御し、３相電圧信号を出力することは、
マスタ制御デバイスから複数のローカル制御デバイスに情報を出力することであって、前記情報は、正規化電圧基準波形と、変調指数とを備える、ことと、
前記複数のローカル制御デバイスによって、前記マスタ制御デバイスから受信される前記情報を用いて、パルス幅変調された切替信号を発生させることと、
前記第１、第２、および第３のアレイの各アレイ型コンバータモジュールのスイッチ回路を切り替え、前記正のＤＣ出力電圧、ゼロ出力電圧、または負のＤＣ出力電圧を選択的に出力することと
を含む、請求項２１３に記載の方法。 - 前記第１、第２、および第３のアレイの少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールについての充電状態情報に少なくとも基づいて、前記変調指数を決定することをさらに含む、請求項２１９に記載の方法。
- 前記第３のアレイは、第２のバッテリを備える第２の相互接続モジュールに電気的に結合され、前記第２の相互接続モジュールは、前記第１のバッテリおよび第２のバッテリが並列であるように、前記第１の相互接続モジュールに結合され、前記方法はさらに、
前記第２の相互接続モジュールを制御し、前記第３のアレイを前記第１および第２のバッテリに選択的に結合すること
を含む、請求項２１３に記載の方法。 - 電力を電気自動車（ＥＶ）に供給するように制御可能なモジュール式バッテリパックシステムであって、前記モジュール式バッテリパックシステムは、
３つのコンバータモジュールアレイであって、各アレイは、アレイ型コンバータモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を備えるＡＣ電圧信号を出力するように電気的にともに結合される少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを備え、前記３つのアレイはそれぞれ、前記ＥＶの３相モータのための異なる位相を有するＡＣ電圧信号を出力するように構成され、前記アレイ型コンバータモジュールはそれぞれ、エネルギー源を備え、前記エネルギー源から正のＤＣ出力電圧、ゼロ出力電圧、または負のＤＣ出力電圧を選択的に出力するように制御可能である、３つのコンバータモジュールアレイと、
前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第１のアレイおよび前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第２のアレイと電気的に結合される第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のバッテリと、前記第１のバッテリから前記ＥＶの第１の補助負荷に電力を供給するためのポートとを備える、第１の相互接続モジュールと
を備える、モジュール式バッテリパックシステムシステム。 - 前記第１のバッテリは、第１の電圧を出力するように構成され、前記第１の相互接続モジュールは、前記第１の電圧を前記第１の補助負荷に直接供給するように構成される、請求項２２２に記載のシステム。
- 前記第１の相互接続モジュールは、
前記第１のバッテリと電気的に結合される第１のスイッチ回路と、
第１のインダクタであって、前記第１のインダクタは、第１のインダクタが前記第１のバッテリに切り替え可能に結合されるように、前記第１のスイッチ回路と電気的に結合される、第１のインダクタと
を備え、
前記第１のインダクタは、前記ポートと電気的に結合される、請求項２２２に記載のシステム。 - 前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のバッテリから前記第１の補助負荷に供給される前記第１の電圧を制御するように構成される制御回路をさらに備える、請求項２２４に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記第１の相互接続モジュールから測定信号を受信し、前記測定信号を使用して前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１の補助負荷に供給される前記第１の電圧を制御するように構成される、請求項２２５に記載のシステム。
- 前記制御回路は、前記測定信号を使用するように、かつパルス幅変調された切替信号を発生させ、前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１の補助負荷に供給される前記第１の電圧を制御するように構成される、請求項２２６に記載のシステム。
- 前記ポートは、第１のポートであり、前記第１の相互接続モジュールは、前記第１のバッテリから前記ＥＶの第２の補助負荷に電力を供給するための第２のポートを備える、請求項２２２に記載のシステム。
- 前記第１の補助負荷は、前記ＥＶの空調装置を備え、前記第２の補助負荷は、前記ＥＶの車載電気ネットワークである、請求項２２８に記載のシステム。
- 前記ポートは、第１のポートであり、前記システムはさらに、前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第１のアレイと電気的に結合される第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、前記ＥＶの第１の補助負荷に結合するための第２のポートを備える、第２の相互接続モジュールと、前記第１のバッテリと並列に電気的に結合される第２のバッテリとを備える、請求項２２２に記載のシステム。
- 前記第１の相互接続モジュールは、前記第１および第２のバッテリと電気的に結合される第１のスイッチ回路と、第１のインダクタが前記第１および第２のバッテリに切り替え可能に結合されるように、前記第１のスイッチ回路と電気的に結合される第１のインダクタとを備え、前記第１のインダクタは、前記第１のポートと電気的に結合される、請求項２３０に記載のシステム。
- 前記第２の相互接続モジュールは、前記第１および第２のバッテリと電気的に結合される第２のスイッチ回路と、第２のインダクタが前記第１および第２のバッテリに切り替え可能に結合されるように、前記第２のスイッチ回路と電気的に結合される第２のインダクタとを備え、前記第２のインダクタは、前記第２のポートと電気的に結合される、請求項２３１に記載のシステム。
- 前記第１の相互接続モジュールは、前記第１および第２のバッテリから前記ＥＶの第２の補助負荷に電力を供給するための第３のポートを備える、請求項２３０に記載のシステム。
- 前記第２の相互接続モジュールは、前記ＥＶの第２の補助負荷に結合するための第４のポートを備える、請求項２３３に記載のシステム。
- 前記第１および第２のポートは、ともに電気的に結合され、前記第３および第４のポートは、ともに電気的に結合される、請求項２３４に記載のシステム。
- モジュール式バッテリパックシステムから電気自動車（ＥＶ）に電力を供給する方法であって、前記方法は、
３つのコンバータモジュールアレイを制御し、３相電圧信号を前記ＥＶの３相モータに出力することであって、各アレイは、３つのアレイ型コンバータモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を備えるＡＣ電圧信号を出力するように電気的にともに結合される少なくとも３つのアレイ型コンバータモジュールを備え、前記アレイ型コンバータモジュールはそれぞれ、エネルギー源を備え、前記エネルギー源から正のＤＣ出力電圧、ゼロ出力電圧、または負のＤＣ出力電圧を選択的に出力するように制御可能である、ことと、
第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１の相互接続モジュールの第１のバッテリから前記ＥＶの第１の補助負荷に電力を供給することであって、前記第１の相互接続モジュールは、前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第１のアレイおよび前記３つのコンバータモジュールアレイのうちの第２のアレイと電気的に結合され、前記第１の相互接続モジュールは、前記第１のバッテリと、前記第１のバッテリから前記第１の補助負荷に電力を供給するためのポートとを備える、ことと
を含む、方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御することは、
前記第１の相互接続モジュールの第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のバッテリから前記第１の補助負荷に供給される前記電力を制御すること
を含む、請求項２３６に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールからの測定信号を使用し、前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１のバッテリから前記第１の補助負荷に供給される前記電力を制御することをさらに含む、請求項２３７に記載の方法。
- 前記第１の相互接続モジュールからの前記測定信号を使用することは、
パルス幅変調された切替信号を発生させるための基礎として前記測定信号を使用し、前記第１のスイッチ回路を制御し、前記第１の補助負荷に供給される前記電力を制御すること
を含む、請求項２３８に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールは、
第１のインダクタであって、前記第１のインダクタは、前記第１のインダクタが前記第１のバッテリに切り替え可能に結合されるように、前記第１のスイッチ回路と電気的に結合され、前記第１のインダクタは、前記ポートと電気的に結合され、電力は、前記第１のインダクタを通して前記第１のバッテリから前記第１の補助負荷に供給される、第１のインダクタ
を備える、請求項２３９に記載の方法。 - 前記第１の相互接続モジュールを制御し、前記第１のバッテリから前記ＥＶの第２の補助負荷に電力を供給することをさらに含み、前記第２の相互接続モジュールは、前記第１のバッテリから前記第２の補助負荷に電力を供給するための第２のポートを備える、請求項２４０に記載の方法。
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