JP2023521834A - 冷却装置および交換可能エネルギー源能力を伴うモジュール式カスケード接続エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

モジュール式エネルギーシステムを冷却するためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に提供される。実施形態は、モジュール式エネルギーシステムを包囲するエンクロージャを利用して、モジュール式エネルギーシステムのモジュールのコンポーネントと近接して通す様式において、冷却剤を送流することができる。実施形態は、冷却剤が、最初に、最も低い所望の動作温度を有する電気自動車のコンポーネント、その後、より比較的に高い所望の動作温度を有するコンポーネントを冷却するように、冷却剤を圧送するシーケンスを提供することができる。除去可能かつ交換可能エネルギー源を伴うモジュール式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態も、本明細書に提供される。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２０年４月１４日に出願された米国仮出願第６３／００９，９９６号、および２０２０年９月２８日に出願された米国仮出願第６３／０８６，００３号の利益および優先権を主張し、それらの両方は、それらの全体において、および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。
（技術分野）

本明細書に説明される主題は、概して、モジュール式カスケード接続エネルギーシステムのための冷却を提供すること、およびエネルギー源を除去および置換するための能力を提供することを行うためのシステム、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、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、車の性能および走破性を定義する。

電気自動車（ＥＶ）は、とりわけ、バッテリパック、充電器、およびモータ制御を含む駆動系に関連する種々の電気システムを含む。高電圧バッテリパックは、典型的に、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、個々の電池の直列に接続されたセットと、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ための単純な組み込みバッテリ管理システム（ＢＭＳ）とをさらに含む。より精巧な能力またはある形態の高性能相互接続性を伴う電子機器は、ない。結果として、任意の監視または制御機能は、別個のシステムによって対処され、別個のシステムは、車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を欠いている。任意の形態の個々の電池あたりの電力引き込みを有意義に調節する能力も、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）再生させられた制動由来の電力の急激な流入が、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。

ＥＶのための充電回路は、典型的に、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、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調整する能力が殆どない。充電サイクルも、充電システムおよびバッテリパックが達成可能な充電移動または全充電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を欠いているので、典型的に長い。

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変換段階を含む。電気モータは、次に、要求されるＡＣ信号を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いている。適合は、高次相設計を要求し、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ができないようにするであろう。

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、および静止用途にも有意な程度まで当てはまる。これらおよび他の理由により、移動および静止用途のための改良されたシステム、デバイス、およびエネルギーシステムのための方法の必要性が存在する。

モジュール式エネルギーシステムを冷却するためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に提供される。実施形態は、モジュール式エネルギーシステムを包囲する、エンクロージャを利用して、モジュール式エネルギーシステムのモジュールのコンポーネントと近接して通す様式において、冷却剤を送流することができる。実施形態は、冷却剤が、最初に、最低の所望の動作温度を有する電気自動車のコンポーネント、その後、より比較的に高い所望の動作温度を有するコンポーネントを冷却するように、冷却剤を圧送するシーケンスを提供することができる。

除去可能かつ交換可能エネルギー源を伴うモジュール式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態も、本明細書に提供される。本システムは、様々な異なる電気構成において構成され、比較的に低い充電の状態を有するエネルギー源の高速除去と、より比較的に高い充電の状態を有する異なるエネルギー源とのそれらのエネルギー源の置換とを可能にする様式において、電気自動車内に位置付けられることができる。エネルギー源は、各エネルギー源が、それに関連付けられるコンバータ電子機器との電気接続から除去可能であるように、電気自動車内の定位置に解放可能に掛止されることができる。

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。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であり、付随する請求項によって保護されることが意図される。例示的実施形態の特徴は、請求項にそれらの特徴の明示的記載がない場合、いかようにも添付の請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。

その構造および動作の両方に関して、本明細書に記載される主題の詳細は、同様の参照番号が同様の部品を指す、付随する図面の考察によって明白であり得る。図内のコンポーネントは、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、主題の原理を例証することに重点が置かれている。さらに、全ての説明図は、相対サイズ、形状、および他の詳細な属性が、文字通りに、または精密にではなく、図式的に図示され得る概念を伝えることを意図している。

図１Ａ－１Ｃは、モジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。 図１Ａ－１Ｃは、モジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１Ｄ－１Ｅは、エネルギーシステムのための制御デバイスの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１Ｆ－１Ｇは、負荷および充電源と結合されたモジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図２Ａ－２Ｂは、エネルギーシステム内のモジュールおよび制御システムの例示的実施形態を描写するブロック図である。 図２Ａ－２Ｂは、エネルギーシステム内のモジュールおよび制御システムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図２Ｃは、モジュールの物理的構成の例示的実施形態を描写するブロック図である。

図２Ｄは、モジュール式エネルギーシステムの物理的構成の例示的実施形態を描写するブロック図である。

図３Ａ－３Ｃは、種々の電気構成を有するモジュールの例示的実施形態を描写するブロック図である。 図３Ａ－３Ｃは、種々の電気構成を有するモジュールの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図４Ａ－４Ｆは、エネルギー源の例示的実施形態を描写する概略図である。

図５Ａ－５Ｃは、エネルギーバッファの例示的実施形態を描写する概略図である。

図６Ａ－６Ｃは、コンバータの例示的実施形態を描写する概略図である。 図６Ａ－６Ｃは、コンバータの例示的実施形態を描写する概略図である。

図７Ａ－７Ｅは、種々のトポロジを有するモジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。 図７Ａ－７Ｅは、種々のトポロジを有するモジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図８Ａは、モジュールの例示的出力電圧を描写するプロットである。

図８Ｂは、モジュールのアレイの例示的マルチレベル出力電圧を描写するプロットである。

図８Ｃは、パルス幅変調制御技法において使用可能な例示的基準信号およびキャリア信号を描写するプロットである。

図８Ｄは、パルス幅変調制御技法において使用可能な例示的基準信号およびキャリア信号を描写するプロットである。

図８Ｅは、パルス幅変調制御技法に従って発生させられる、例示的スイッチ信号を描写するプロットである。

図８Ｆは、パルス幅変調制御技法下で、モジュールのアレイから出力電圧の重ね合わせによって発生させられる例示的マルチレベル出力電圧を描写するプロットである。

図９Ａ－９Ｂは、モジュール式エネルギーシステムのためのコントローラの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１０Ａは、相互接続モジュールを有する多相モジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１０Ｂは、図１０Ａの多相実施形態における相互接続モジュールの例示的実施形態を描写する概略図である。

図１０Ｃは、相互接続モジュールによって一緒に接続された２つのサブシステムを有するモジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１０Ｄは、補助負荷に供給する相互接続モジュールを有する３相モジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１０Ｅは、図１０Ｄの多相実施形態における相互接続モジュールの例示的実施形態を描写する概略図である。

図１０Ｆは、補助負荷に供給する相互接続モジュールを有する３相モジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１１Ａは、電気自動車のコンポーネントを冷却するためのプロセスフローの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１１Ｂは、モジュール式エネルギーシステムを冷却するために構成されたエンクロージャの例示的実施形態を描写する斜視図である。

図１１Ｃは、電気自動車のコンポーネントを冷却するためのプロセスフローの別の例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１１Ｄは、モジュール式エネルギーシステムを冷却するために構成されたエンクロージャの別の例示的実施形態を描写する斜視図である。

図１１Ｅは、上部エンクロージャに対するモジュールコンポーネント設置の例示的実施形態を描写する斜視図である。

図１１Ｆは、冷却装置と近接するモジュールの例示的実施形態を描写する断面図である。

図１２Ａ－１２Ｂは、交換可能バッテリモジュールを用いて動作するように構成された電気自動車の例示的実施形態を描写する側面図である。

図１３Ａは、電気自動車内に交換可能バッテリモジュールを有するモジュール式エネルギーシステムの例示的実施形態を描写する概略図である。

図１３Ｂは、図１３Ａのモジュール式エネルギーシステムのための電気レイアウトの例示的実施形態を描写するブロック図である。

図１４Ａ、１４Ｄ、１４Ｅ、および１４Ｆは、係合および係合解除の種々の状態における交換可能バッテリモジュールを伴うコンバータモジュールの例示的実施形態を描写する斜視図である。 図１４Ｂ－１４Ｃは、モジュール電子機器のための筐体の例示的実施形態を描写する端面図である。

図１４Ａ、１４Ｄ、１４Ｅ、および１４Ｆは、係合および係合解除の種々の状態における交換可能バッテリモジュールを伴うコンバータモジュールの例示的実施形態を描写する斜視図である。 図１４Ａ、１４Ｄ、１４Ｅ、および１４Ｆは、係合および係合解除の種々の状態における交換可能バッテリモジュールを伴うコンバータモジュールの例示的実施形態を描写する斜視図である。

本主題が詳細に説明される前に、本開示は、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変動し得ることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、本開示の範囲が添付の請求項のみによって限定されるであろうため、限定的であることを意図していないことを理解されたい。

冷却システムおよび交換可能エネルギー源に関する例示的実施形態を説明する前に、最初に、これらの下層モジュール式エネルギーシステムをより詳細に説明することが有用である。図１Ａ－１０Ｆを参照して、以下の節は、その中にモジュール式エネルギーシステムの実施形態が実装され得る、種々の用途モジュール式エネルギーシステムのための制御システムまたはデバイスの実施形態、充電源および負荷に対するモジュール式エネルギーシステム実施形態の構成、個々のモジュールの実施形態、本システム内のモジュールの配列のためのトポロジの実施形態、制御方法論の実施形態、本システム内のモジュールの平衡動作特性の実施形態、ならびに相互接続モジュールの使用の実施形態を説明する。
（用途の実施例）

静止用途は、モジュール式エネルギーシステムが、使用の間、固定された場所に位置するが、使用されていないとき、代替場所に移送されることが可能であり得るものである。モジュールベースのエネルギーシステムは、静的場所に常駐しながら、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する、または後の消費のために、エネルギーを貯蔵もしくはバッファする。その中に本明細書に開示される実施形態が使用され得る、静止用途の実施例は、限定ではないが、１つ以上の居住構造または場所によるもしくはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の産業構造または場所によるもしくはその中における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もしくはその中における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もしくはその中における使用のためのエネルギーシステム（軍用および非軍用の両方の使用を含む）、下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、充電源または充電ステーション）、および貯蔵のために、太陽熱電力、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。静止用途は、多くの場合、グリッドおよびマイクログリッド、モータ、ならびにデータセンタ等の負荷に供給する。定常エネルギーシステムは、ストレージまたは非ストレージ役割のいずれかにおいて使用されることができる。

時として、牽引用途とも称される、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、もしくは海中で、陸または海の上方でそれと接触せずに（例えば、空中を飛行もしくはホバリングする）、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、トラム、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つ以上の車輪もしく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、機関車もしく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。

本明細書の実施形態を説明する際、特定の静止用途（例えば、グリッド、マイクログリッド、データセンタ、クラウドコンピューティング環境）または移動用途（例えば、電気自動車）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静止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、移動および静止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、移動および静止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実施例）

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ブロック図である。ここでは、システム１００は、それぞれ、通信経路またはリンク１０６－１－１０６－Ｎを経由して、Ｎ個のコンバータ源モジュール１０８－１－１０８－Ｎと通信可能に結合される、制御システム１０２を含む。モジュール１０８は、エネルギーを貯蔵し、必要に応じて、エネルギーを負荷１０１（または他のモジュール１０８）に出力するように構成される。これらの実施形態では、任意の数の２つ以上のモジュール１０８が、使用されることができる（例えば、Ｎは、２つを上回るまたはそれに等しい）。モジュール１０８は、図７Ａ－７Ｅに関してさらに詳細に説明されるであろうように、種々の様式において、相互に接続されることができる。例証を容易にするために、図１Ａ－１Ｃでは、モジュール１０８は、直列に接続されて、または１次元アレイとして示され、Ｎ番目のモジュールは、負荷１０１に結合される。

システム１００は、電力を負荷１０１に供給するように構成される。負荷１０１は、モータまたはグリッド等の任意のタイプの負荷であることができる。システム１００はまた、充電源から受信される電力を貯蔵するように構成される。図１Ｆは、電力を充電源１５０から受信するための電力入力インターフェース１５１と、電力を負荷１０１に出力するための電力出力インターフェースとを伴う、システム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。本実施形態では、システム１００は、インターフェース１５２を経由して、電力を出力するのと同時に、インターフェース１５１を経由して、電力を受信および貯蔵することができる。図１Ｇは、切り替え可能なインターフェース１５４を伴う、システム１００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、システム１００は、充電源１５０からの電力の受信と負荷１０１への電力の出力との間で選択する、または選択するように命令されることができる。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に供給し、および／または電力を複数の充電源１５０（例えば、公共事業送電網およびローカル再生可能エネルギー源（例えば、太陽熱））から受信するように構成されることができる。

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、制御システム１０２は、それぞれ、通信経路またはリンク１１５－１－１１５－Ｎを経由して、Ｎ個の異なるローカル制御デバイス（ＬＣＤ）１１４－１－１１４－Ｎと通信可能に結合される、マスタ制御デバイス（ＭＣＤ）１１２として実装される。各ＬＣＤ１１４－１－１１４－Ｎは、ＬＣＤ１１４とモジュール１０８との間に１：１関係が存在するように、それぞれ、通信経路またはリンク１１６－１－１１６－Ｎを経由して、１つのモジュール１０８－１－１０８－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、ＭＣＤ１１２は、それぞれ、通信経路またはリンク１１５－１－１１５－Ｍを経由して、Ｍ個の異なるＬＣＤ１１４－１－１１４－Ｍと通信可能に結合される。各ＬＣＤ１１４は、２つ以上のモジュール１０８と結合され、それを制御することができる。示される実施例では、ここでは、各ＬＣＤ１１４は、ＭＬＣＤ１１４－１－１１４－Ｍが、それぞれ、通信経路またはリンク１１６－１－１１６－２Ｍを経由して、２Ｍモジュール１０８－１－１０８－２Ｍと結合されるように、２つのモジュール１０８と通信可能に結合される。

制御システム１０２は、システム１００全体のための単一デバイス（例えば、図１Ａ）として構成されることができる、または複数のデバイスを横断して分散される、もしくはそのように実装されることができる（例えば、図１Ｂ－１Ｃ）。いくつかの実施形態では、制御システム１０２は、いかなるＭＣＤ１１２も、必要なく、システム１００から省略され得るように、モジュール１０８に関連付けられるＬＣＤ１１４間に分散されることができる。

制御システム１０２は、ソフトウェア（処理回路網によって実行可能なメモリ内に貯蔵された命令）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、制御を実行するように構成されることができる。制御システム１０２の１つ以上のデバイスの各々は、ここに示されるように、処理回路網１２０と、メモリ１２２とを含むことができる。処理回路網およびメモリの例示的実装は、下記にさらに説明される。

制御システム１０２は、通信リンクまたは経路１０５を経由してシステム１００の外部のデバイス１０４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、制御システム１０２（例えば、ＭＣＤ１１２）は、システム１００についてのデータまたは情報を別の制御デバイス１０４（例えば、移動用途における車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）またはモータ制御ユニット（ＭＣＵ）、静止用途におけるグリッドコントローラ等）に出力することができる。

通信経路またはリンク１０５、１０６、１１５、１１６、および１１８（図２Ｂ）の各々は、双方向に、並列または直列方式において、データまたは情報を通信する、有線（例えば、電気、光学）または無線通信経路であることができる。データは、標準化（例えば、ＩＥＥＥ、ＡＮＳＩ）またはカスタム（例えば、専用）フォーマットで通信されることができる。自動車用途では、通信経路１１５は、ＦｌｅｘＲａｙまたはＣＡＮプロトコルに従って、通信するように構成されることができる。通信経路１０６、１１５、１１６、および１１８はまた、有線電力を提供し、直接、システム１０２のための動作電力を１つ以上のモジュール１０８から供給することができる。例えば、ＬＣＤ１１４毎の動作電力は、それに対してそのＬＣＤ１１４が接続される、１つ以上のモジュール１０８のみによって供給されることができ、ＭＣＤ１１２のための動作電力は、間接的に、モジュール１０８のうちの１つ以上のものから供給されることができる（例えば、車の電力ネットワーク等を通して）。

制御システム１０２は、モジュール１０８のうちの同一または異なる１つ以上のものから受信されるステータス情報に基づいて、１つ以上のモジュール１０８を制御するように構成される。制御はまた、負荷１０１の要件等、１つ以上の他の要因に基づくことができる。制御可能側面は、限定ではないが、各モジュール１０８の電圧、電流、位相、および／または出力電力のうちの１つ以上のものを含む。

システム１００内の全てのモジュール１０８のステータス情報は、システム１０２を制御するために通信されることができ、これは、独立して、全てのモジュール１０８－１…１０８－Ｎを制御することができる。他の変形例も、可能である。例えば、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）は、その特定のモジュール１０８（またはサブセット）のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（またはサブセット）ではない、異なるモジュール１０８のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（またはサブセット）以外の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（またはサブセット）のステータス情報と、その特定のモジュール１０８（またはサブセット）ではない、少なくとも１つの他のモジュール１０８のステータス情報とに基づいて、またはシステム１００内の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づいて、制御されることができる。

ステータス情報は、各モジュール１０８の１つ以上の側面、特性、またはパラメータについての情報であることができる。ステータス情報のタイプは、限定ではないが、モジュール１０８もしくはその１つ以上のコンポーネント（例えば、エネルギー源、エネルギーバッファ、コンバータ、モニタ回路網）の以下の側面、すなわち、モジュールの１つ以上のエネルギー源の充電の状態（ＳＯＣ）（例えば、分率またはパーセント等、その容量に対するエネルギー源の充電のレベル）、モジュールの１つ以上のエネルギー源の健全性の状態（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）、モジュールの１つ以上のエネルギー源または他のコンポーネントの温度、モジュールの１つ以上のエネルギー源の容量、モジュールの１つ以上のエネルギー源および／または他のコンポーネントの電圧、モジュールの１つ以上のエネルギー源および／または他のコンポーネントの電流、および／またはモジュールのコンポーネントのうちの任意の１つ以上のもの内の障害の有無を含む。

ＬＣＤ１１４は、ステータス情報を各モジュール１０８から受信し、または各モジュール１０８から、またはその中で受信される、監視される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ＭＣＤ１１２に通信するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、各ＬＣＤ１１４は、未加工収集データをＭＣＤ１１２に通信することができ、これは、次いで、アルゴリズム的に、その未加工データに基づいて、ステータス情報を決定する。ＭＣＤ１１２は、次いで、モジュール１０８のステータス情報を使用して、適宜、制御決定を行うことができる。決定は、ＬＣＤ１１４によって、各モジュール１０８の動作の維持または調節のいずれかを行うために利用され得る、命令、コマンド、または他の情報（本明細書に説明される変調インデックス等）の形態をとり得る。

例えば、ＭＣＤ１１２は、ステータス情報を受信し、その情報を査定し、少なくとも１つのモジュール１０８（例えば、そのコンポーネント）と少なくとも１つ以上の他のモジュール１０８（例えば、その匹敵するコンポーネント）との間の差異を決定してもよい。例えば、ＭＣＤ１１２は、特定のモジュール１０８が、１つ以上の他のモジュール１０８と比較して、以下の条件、すなわち、比較的に低いまたは高いＳＯＣ、比較的に低いまたは高いＳＯＨ、比較的に低いまたは高い容量、比較的に低いまたは高い電圧、比較的に低いまたは高い電流、比較的に低いまたは高い温度、または障害の有無のうちの１つを伴って動作していることを決定し得る。そのような実施例では、ＭＣＤ１１２は、その特定のモジュール１０８の関連側面（例えば、出力電圧、電流、電力、温度）を低減または増加させる（条件に応じて）、制御情報を出力することができる。このように、外れ値モジュール１０８（例えば、比較的に低いＳＯＣまたは高い温度を伴って動作している）の利用量が、そのモジュール１０８の関連パラメータ（例えば、ＳＯＣまたは温度）を１つ以上の他のモジュール１０８のものに向かって収束させるように低減されることができる。

特定のモジュール１０８の動作を調節するかどうかの決定は、必ずしも、他のモジュール１０８のステータスとの比較によってではなく、ステータス情報と所定の閾値、限界、または条件の比較によって行われることができる。所定の閾値、限界、または条件は、使用の間、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、または条件であることができる。所定の閾値、限界、または条件は、使用の間、変化することが可能にされる、または変化する、動的閾値、限界、または条件であることができる。例えば、ＭＣＤ１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、それが、所定の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）、もしくは容認可能動作条件の所定の範囲外で動作していることを示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。同様に、ＭＣＤ１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、実際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、もしくは実際または潜在的障害の不在または除去を示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。障害の実施例は、限定ではないが、コンポーネントの実際の故障、コンポーネントの潜在的故障、短絡回路または他の過剰な電流条件、開回路、過剰な電圧条件、通信の受信不良、破損されたデータの受信、および同等物を含む。障害のタイプおよび深刻度に応じて、障害モジュールの利用量は、モジュールを損傷させることを回避するために、減少されることができる、またはモジュールの利用は、完全に停止されることができる。

ＭＣＤ１１２は、システム１００内のモジュール１０８を制御し、所望の標的を達成する、またはそれに向かって収束させることができる。標的は、例えば、全てのモジュール１０８の動作が、相互に対して同一または類似レベルにある、もしくは所定の閾値、限界、または条件内にあることであり得る。本プロセスは、モジュール１０８の動作または動作特性における平衡または平衡を達成するための模索とも称される。用語「平衡」は、本明細書で使用されるように、モジュール１０８またはそのコンポーネント間の絶対同等性を要求せず、むしろ、システム１００の動作が、そうでなければ、存在するであろう、モジュール１０８間の動作における不等性を能動的に低減させるために使用され得ることを伝達するために広義に使用される。

ＭＣＤ１１２は、ＬＣＤ１１４に関連付けられるモジュール１０８を制御する目的のために、制御情報をＬＣＤ１１４に通信することができる。制御情報は、例えば、本明細書に説明されるような変調インデックスおよび基準信号、変調された基準信号、またはその他であることができる。各ＬＣＤ１１４は、制御情報を使用（例えば、受信および処理）し、関連付けられるモジュール１０８内の１つ以上のコンポーネント（例えば、コンバータ）の動作を制御する、スイッチ信号を発生させることができる。いくつかの実施形態では、ＭＣＤ１１２は、直接、スイッチ信号を発生させ、それらをＬＣＤ１１４に出力し、これは、スイッチ信号を意図されるモジュールコンポーネントに中継する。

制御システム１０２の全部または一部は、移動または静止用途の１つ以上の他の側面を制御する、システム外部制御デバイス１０４と組み合わせられることができる。本共有または共通制御デバイス（またはサブシステム）内に統合されると、システム１００の制御は、共有デバイスの処理回路網によって実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーション、共有デバイスのハードウェア、またはそれらの組み合わせ等、任意の所望の方式で実装されることができる。外部制御デバイス１０４の非包括的実施例は、１つ以上の他の車載機能のための制御能力（例えば、モータ制御、ドライバインターフェース制御、牽引力制御等）を有する、車載ＥＣＵまたはＭＣＵ、１つ以上の他の電力管理機能（例えば、負荷インターフェース、負荷電力要件予測、伝送および切り替え、充電源とのインターフェース（例えば、ディーゼル、太陽熱、風力）、充電源電力予測、バックアップ源監視、資産ディスパッチ等）に関与する、グリッドまたはマイクログリッドコントローラ、およびデータセンタ制御サブシステム（例えば、環境制御、ネットワーク制御、バックアップ制御等）を含む。

図１Ｄおよび１Ｅは、その中に制御システム１０２が実装され得る、共有または共通制御デバイス（またはシステム）１３２の例示的実施形態を描写するブロック図である。図１Ｄでは、共通制御デバイス１３２は、マスタ制御デバイス１１２と、外部制御デバイス１０４とを含む。マスタ制御デバイス１１２は、経路１１５を経由したＬＣＤ１１４との通信のためのインターフェース１４１と、内部通信バス１３６を経由した外部制御デバイス１０４との通信のためのインターフェース１４２とを含む。外部制御デバイス１０４は、バス１３６を経由したマスタ制御デバイス１１２との通信のためのインターフェース１４３と、通信経路１３６を経由した全体的用途の他のエンティティ（例えば、車両またはグリッドのコンポーネント）との通信のためのインターフェース１４４とを含む。いくつかの実施形態では、共通制御デバイス１３２は、共通筐体またはパッケージとして統合されることができ、デバイス１１２および１０４は、その中に含まれる離散集積回路（ＩＣ）チップまたはパッケージとして実装される。

図１Ｅでは、外部制御デバイス１０４は、共通制御デバイス１３２として作用し、マスタ制御機能性は、デバイス１０４内のコンポーネント１１２として実装される。本コンポーネント１１２は、デバイス１０４のメモリ内に記憶および／またはハードコード化され、その処理回路網によって実行される、ソフトウェアまたは他のプログラム命令である、またはそれを含むことができる。コンポーネントはまた、専用ハードウェアを含むことができる。コンポーネントは、自給式モジュールまたはコアであることができ、１つ以上の内部ハードウェアおよび／またはソフトウェアインターフェース（例えば、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ））は、外部制御デバイス１０４のオペレーティングソフトウェアとの通信のためのものである。外部制御デバイス１０４は、インターフェース１４１を経由して、ＬＣＤ１１４との、およびスインターフェース１４４を経由して、他のデバイとの通信を管理することができる。種々の実施形態では、デバイス１０４／１３２は、単一ＩＣチップとして統合されることができる、単一パッケージ内の複数のＩＣチップの中に統合されることができる、または共通筐体内の複数の半導体パッケージとして統合されることができる。

図１Ｄおよび１Ｅの実施形態では、システム１０２のマスタ制御機能性は、共通デバイス１３２内で共有されるが、しかしながら、共有制御の他の分割も可能にされる。例えば、マスタ制御機能性の一部は、共通デバイス１３２と専用ＭＣＤ１１２との間で分散されることができる。別の実施例では、マスタ制御機能性およびローカル制御機能性の少なくとも一部の両方が、共通デバイス１３２内に実装されることができる（例えば、残りのローカル制御機能性は、ＬＣＤ１１４内に実装される）。いくつかの実施形態では、制御システム１０２は全て、共通デバイス（またはサブシステム）１３２内に実装される。いくつかの実施形態では、ローカル制御機能性は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）等の各モジュール１０８の別のコンポーネントと共有されるデバイス内に実装される。
（カスケード接続エネルギーシステムを伴うモジュールの実施例）

モジュール１０８は、１つ以上のエネルギー源と、電力電子機器コンバータと、所望に応じて、エネルギーバッファとを含むことができる。図２Ａ－２Ｂは、電力コンバータ２０２と、エネルギーバッファ２０４と、エネルギー源２０６とを有するモジュール１０８を伴う、システム１００の追加の例示的実施形態を描写するブロック図である。コンバータ２０２は、電圧コンバータまたは電流コンバータであることができる。実施形態は、電圧コンバータを参照して本明細書に説明されるが、実施形態は、それに限定されない。コンバータ２０２は、エネルギー源２０４からの直流（ＤＣ）信号を交流電流（ＡＣ）信号に変換し、電力接続１１０（例えば、インバータ）を経由して、それを出力するように構成されることができる。コンバータ２０２はまた、接続１１０を経由して、ＡＣまたはＤＣ信号を受信し、持続またはパルス状形態におけるいずれかの極性を伴って、それをエネルギー源２０４に印加することができる。コンバータ２０２は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ（Ｈ－ブリッジ）等のスイッチ（例えば、電力トランジスタ）の配列である、もしくはそれを含むことができる。いくつかの実施形態ではコンバータ２０２は、スイッチのみを含み、コンバータ（およびモジュール全体として）は、変圧器を含まない。

コンバータ２０２はまた、（または代替として）、ＡＣ源からＤＣエネルギー源を充電するため等のＡＣ／ＤＣ変換（例えば、整流器）、ＤＣ／ＡＣ変換、および／またはＡＣ／ＡＣ変換（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータと組み合わせて）を実施するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、ＡＣ／ＡＣ変換を実施するため等、コンバータ２０２は、単独で、または１つ以上の電力半導体（例えば、スイッチ、ダイオード、サイリスタ、および同等物）と組み合わせてのいずれかにおいて、変圧器を含むことができる。重量およびコストが有意な要因であるもの等の他の実施形態では、コンバータ２０２は、電力スイッチ、電力ダイオード、または他の半導体デバイスのみを用いて、および変圧器を伴わずに、変換を実施するように構成されることができる。

エネルギー源２０６は、好ましくは、直流を出力し、電気的に給電されるデバイスのためのエネルギー貯蔵用途のために好適なエネルギー密度を有することが可能である、ロバストなエネルギー貯蔵デバイスである。燃料電池は、単一燃料電池、直列または並列に接続される、複数の燃料電池、または燃料電池モジュールであることができる。２つ以上のエネルギー源が、各モジュール内に含まれることができ、２つ以上の源は、同一または異なるタイプの２つのバッテリ、同一または異なるタイプの２つのコンデンサ、同一または異なるタイプの２つの燃料電池、１つ以上のコンデンサおよび／または燃料電池と組み合わせられた１つ以上のバッテリ、および１つ以上の燃料電池と組み合わせられた１つ以上のコンデンサを含むことができる。

エネルギー源２０６は、単一バッテリ電池、またはバッテリモジュールまたはアレイ内で一緒に接続される複数のバッテリ電池、もしくはそれらの任意の組み合わせ等の電気化学バッテリであることができる。図４Ａ－４Ｄは、単一バッテリ電池４０２（図４Ａ）、複数の（例えば、４つの）電池４０２の直列接続を伴う、バッテリモジュール（図４Ｂ）、単一電池４０２の並列接続を伴う、バッテリモジュール（図４Ｃ）、およびそれぞれ複数の（例えば、２つの）電池４０２を有する支脈との並列接続を伴う、バッテリモジュール（図４Ｄ）として構成される、エネルギー源２０６の例示的実施形態を描写する概略図である。バッテリタイプの実施例は、本明細書のいずれかに説明される。

エネルギー源２０６はまた、ウルトラコンデンサまたはスーパーコンデンサ等の高エネルギー密度（ＨＥＤ）コンデンサであることができる。ＨＥＤコンデンサは、中実誘電タイプの典型的電解コンデンサとは対照的に、二重層コンデンサ（静電充電ストレージ）、擬似コンデンサ（電気化学充電ストレージ）、ハイブリッドコンデンサ（静電および電気化学）、またはその他として構成されることができる。ＨＥＤコンデンサは、より高い容量に加え、電解コンデンサのものの１０～１００倍の（またはより高い）エネルギー密度を有することができる。例えば、ＨＥＤコンデンサは、１．０ワット時間／キログラム（Ｗｈ／ｋｇ）を上回る比エネルギーと、１０～１００ファラド（Ｆ）を上回る静電容量とを有することができる。図４Ａ－４Ｄに関して説明されるバッテリと同様に、エネルギー源２０６は、単一ＨＥＤコンデンサ、またはアレイ内で一緒に接続される（例えば、直列、並列、またはそれらの組み合わせ）、複数のＨＥＤコンデンサとして構成されることができる。

エネルギー源２０６はまた、燃料電池であることができる。燃料電池の実施例は、陽子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、リン酸燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸形燃料電池、アルカリ燃料電池、高温燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融電解質燃料電池、およびその他を含む。図４Ａ－４Ｄに関して説明されるバッテリと同様に、エネルギー源２０６は、単一燃料電池、またはアレイ内で一緒に接続される（例えば、直列、並列、またはそれらの組み合わせ）、複数の燃料電池として構成されることができる。バッテリ、コンデンサ、および燃料電池の前述の実施例は、包括的リストを形成することを意図するものではなく、当業者は、本主題の範囲内に該当する、他の変形も認識するであろう。

エネルギーバッファ２０４は、ＤＣ線またはリンク（例えば、下記に説明されるように、＋Ｖ ＤＣ_Ｌおよび－Ｖ ＤＣ_Ｌ）を横断する電流の変動を減衰またはフィルタリングし、ＤＣリンク電圧における安定性を維持することを補助することができる。これらの変動は、コンバータ２０２の切り替えまたは他の過渡によって引き起こされる、比較的に低（例えば、キロヘルツ）または高（例えば、メガヘルツ）周波数変動もしくは高調波であり得る。これらの変動は、源２０６またはコンバータ２０２のポートＩＯ３およびＩＯ４に通過される代わりに、バッファ２０４によって吸収されることができる。

電力接続１１０は、モジュール１０８へ、そこから、およびそれを通して、エネルギーまたは電力を輸送するための接続である。モジュール１０８は、エネルギーをエネルギー源２０６から電力接続１１０に出力することができ、そこで、これは、本システムの他のモジュールまたは負荷に輸送されることができる。モジュール１０８はまた、エネルギーを他のモジュール１０８または充電源（ＤＣ充電器、単相充電器、多相充電器）から受信することができる。信号はまた、モジュール１０８を通して通過され、エネルギー源２０６をバイパスすることができる。エネルギーまたは電力のモジュール１０８の内外への送流は、ＬＣＤ１１４（またはシステム１０２の別のエンティティ）の制御下で、コンバータ２０２によって実施される。

図２Ａの実施形態では、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８と別個である（例えば、共有モジュール筐体内にない）、コンポーネントとして実装され、通信経路１１６を介して、コンバータ２０２に接続され、それと通信することが可能である。図２Ｂの実施形態では、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８のコンポーネントとして含まれ、内部通信経路１１８（例えば、共有バスまたは離散接続）を介して、コンバータ２０２に接続され、それと通信することが可能である。ＬＣＤ１１４はまた、経路１１６または１１８を経由して、信号をエネルギーバッファ２０４および／またはエネルギー源２０６から受信し、信号をそこに伝送することが可能であり得る。

モジュール１０８はまた、モニタ回路網２０８を含むことができる、ステータス情報を構成する（または例えば、ＬＣＤ１１４によって、ステータス情報を決定するために使用され得る）、電圧、電流、温度、または他の動作パラメータ等、モジュール１０８および／またはそのコンポーネントの１つ以上の側面を監視（例えば、収集、感知、測定、および／または決定）するように構成される。ステータス情報の主要機能は、モジュール１０８の１つ以上のエネルギー源２０６の状態を説明し、システム１００内の他の源と比較して、エネルギー源を利用するべき量に関する決定を可能にすることであるが、他のコンポーネントの状態を説明するステータス情報（例えば、バッファ２０４内の電圧、温度、および／または障害の存在、コンバータ２０２内の温度および／または障害の存在、モジュール１０８内のいずれかの場所の障害の存在等）も同様に、利用量決定において使用されることができる。モニタ回路網２０８は、そのような側面を監視するように構成される、１つ以上のセンサ、シャント、除算器、障害検出器、クーロンカウンタ、コントローラ、または他のハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。モニタ回路網２０８は、種々のコンポーネント２０２、２０４、および２０６と別個であることができる、または各コンポーネント２０２、２０４、および２０６（図２Ａ－２Ｂに示されるように）と統合されることができる、もしくはそれらの任意の組み合わせであることができる。いくつかの実施形態では、モニタ回路網２０８は、バッテリエネルギー源２０４のためのバッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部である、またはそれと共有されることができる。離散回路網は、１つを上回るタイプのステータス情報が、単一回路またはデバイスを用いて監視される、もしくは別様に、追加の回路の必要なく、アルゴリズム的に決定され得るため、ステータス情報の各タイプを監視するために必要とされない。

ＬＣＤ１１４は、通信経路１１６、１１８を経由して、モジュールコンポーネントについてのステータス情報（または未加工データ）を受信することができる。ＬＣＤ１１４はまた、経路１１６、１１８を経由して、情報をモジュールコンポーネントに伝送することができる。経路１１６および１１８は診断、測定、保護、および制御信号線、を含むことができる。伝送される情報は、１つ以上のモジュールコンポーネントのための制御信号であることができる。制御信号は、コンバータ２０２のためのスイッチ信号、および／またはステータス情報をモジュールコンポーネントから要求する、１つ以上の信号であることができる。例えば、ＬＣＤ１１４は、直接、ステータス情報を要求することによって、またはある場合には、コンバータ２０２を特定の状態に設置する、スイッチ信号と組み合わせて、刺激（例えば、電圧）を印加し、ステータス情報を発生させることによって、経路１１６、１１８を経由して、ステータス情報を伝送させることができる。

モジュール１０８の物理的構成またはレイアウトは、種々の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、モジュール１０８は、その中に全てのモジュールコンポーネント、例えば、コンバータ２０２、バッファ２０４、および源２０６が、統合されたＬＣＤ１１４等の他の随意のコンポーネントとともに格納される、共通筐体を含むことができる。他の実施形態では、種々のコンポーネントは、ともに固着される、離散筐体内で分離されることができる。図２Ｃは、モジュールのエネルギー源２０６と、モニタ回路網２０８（図示せず）等の付随の電子機器とを保持する、第１の筐体２２０とコンバータ２０２、エネルギーバッファ２０４、およびモニタ回路網（図示せず）等の他の付随の電子機器等のモジュール電子機器を保持する、第２の筐体２２２と、モジュール１０８のためのＬＣＤ１１４（図示せず）を保持する、第３の筐体２２４とを有するモジュール１０８の例示的実施形態を描写するブロック図である。種々のモジュールコンポーネント間の電気接続は、筐体２２０、２２２、２２４を通して進むことができ、他のモジュール１０８またはＭＣＤ１１２等の他のデバイスとの接続のために、筐体外部のいずれか上に暴露されることができる。

システム１００のモジュール１０８は、相互に対して、用途の必要性および負荷の数に依存する、種々の構成において、物理的に配列されることができる。例えば、システム１００がマイクログリッドのための電力を提供する、静止用途では、モジュール１０８は、１つ以上のラックまたは他のフレームワーク内に設置されることができる。そのような構成は同様に、海洋船舶等のより大きい移動用途のためにも好適であり得る。代替として、モジュール１０８は、ともに固着され、パックと称される、共通筐体内に位置することができる。ラックまたはパックは、全てのモジュールを横断して共有される、その独自の専用冷却システムを有してもよい。パック構成は、電気自動車等のより小さい移動用途のために有用である。システム１００は、１つ以上のラック（例えば、マイクログリッドへの並列供給のため）、または１つ以上のパック（例えば、車両の異なるモータに供給する）、もしくはそれらの組み合わせを用いて実装されることができる。図２Ｄは、９つのモジュール１０８が共通筐体２３０内で電気的および物理的にともに結合される、パックとして構成される、システム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。

これらおよびさらなる構成の実施例は、２０２０年３月２７日に出願され、Ｍｏｄｕｌｅ－Ｂａｓｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｔｈｅｒｅｔｏと題された、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号（あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明される。

図３Ａ－３Ｃは、種々の電気構成を有するモジュール１０８の例示的実施形態を描写するブロック図である。これらの実施形態は、１つのＬＣＤ１１４／モジュール１０８を有し、ＬＣＤ１１４が、関連付けられるモジュール内に格納されるように説明されるが、本明細書に説明されるように、別様に構成されることもできる。図３Ａは、システム１００内のモジュール１０８Ａの第１の例示的構成を描写する。モジュール１０８Ａは、エネルギー源２０６と、エネルギーバッファ２０４と、コンバータ２０２Ａとを含む。各コンポーネントは、本明細書では、ＩＯポートと称される、その中に電力が入力され得る、および／またはそこから電力が出力され得る、電力接続ポート（例えば、端子、コネクタ）を有する。そのようなポートは、文脈に応じて、入力ポートまたは出力ポートとも称され得る。

エネルギー源２０６は、本明細書に説明されるエネルギー源タイプ（例えば、図４Ａ－４Ｄに関して説明されるようなバッテリ、ＨＥＤコンデンサ、燃料電池、またはその他）のいずれかとして構成されることができる。エネルギー源２０６のポートＩＯ１およびＩＯ２は、それぞれ、エネルギーバッファ２０４のポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。エネルギーバッファ２０４は、バッファ２０４に到着する高および低周波数エネルギー波動をコンバータ２０２を通してバッファまたはフィルタリングするように構成されることができ、これは、そうでなければ、モジュール１０８の性能を劣化させ得る。バッファ２０４のためのトポロジおよびコンポーネントは、これらの高周波数電圧波動の最大許容可能振幅に適応するように選択される。エネルギーバッファ２０４のいくつかの（非包括的）例示的実施形態が、図５Ａ－５Ｃの概略図に描写される。図５Ａでは、バッファ２０４は、電解および／またはフィルムコンデンサＣ_ＥＢであって、図５Ｂでは、バッファ２０４は、２つのインダクタＬ_ＥＢ１およびＬ_ＥＢ２と、２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣ_ＥＢ１およびＣ_ＥＢ２とによって形成される、Ｚ－源ネットワーク７１０であって、図５Ｃでは、バッファ２０４は、２つのインダクタＬ_ＥＢ１およびＬ_ＥＢ２と、２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣ_ＥＢ１およびＣ_ＥＢ２と、ダイオードＤ_ＥＢとによって形成される、準Ｚ－源ネットワーク７２０である。

エネルギーバッファ２０４のポートＩＯ３およびＩＯ４は、それぞれ、コンバータ２０２ＡのポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができ、これは、本明細書に説明される電力コンバータタイプのいずれかとして構成されることができる。図６Ａは、ＤＣ電圧をポートＩＯ１およびＩＯ２において受信し、パルスをポートＩＯ３およびＩＯ４において発生させるように切り替え得る、ＤＣ－ＡＣコンバータとして構成される、コンバータ２０２Ａの例示的実施形態を描写する概略図である。コンバータ２０２Ａは、複数のスイッチを含むことができ、ここでは、コンバータ２０２Ａは、フルブリッジ構成に配列される、４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む。制御システム１０２またはＬＣＤ１１４は、各ゲートへの制御入力線１１８－３を介して、独立して、各スイッチを制御することができる。

スイッチは、ここに示される金属酸化物半導体フィールド効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁されたゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタのような電力半導体等の任意の好適なスイッチタイプであることができる。半導体スイッチは、比較的に高切り替え周波数で動作し、それによって、コンバータ２０２が、所望に応じて、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードで動作され、比較的に短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、出力電圧規制の高公差および高速動的挙動を提供することができる。

本実施形態では、ＤＣ線電圧Ｖ ＤＣ_Ｌが、ポートＩＯ１とＩＯ２との間のコンバータ２０２に印加されることができる。スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の異なる組み合わせによって、Ｖ ＤＣ_ＬをポートＩＯ３およびＩＯ４に接続することによって、コンバータ２０２は、３つの異なる電圧出力、すなわち、＋Ｖ ＤＣ_Ｌ、０、および－Ｖ ＤＣ_ＬをポートＩＯ３およびＩＯ４に発生させることができる。各スイッチに提供されるスイッチ信号は、スイッチがオン（閉鎖）またはオフ（開放）にされるかどうかを制御する。＋Ｖ ＤＣ_Ｌを取得するために、スイッチＳ３およびＳ６は、オンにされながら、Ｓ４およびＳ５は、オフにされる一方、－Ｖ ＤＣ_Ｌは、スイッチＳ４およびＳ５をオンにし、Ｓ３およびＳ６をオフにすることによって取得されることができる。出力電圧は、Ｓ３およびＳ５をオンにした状態で、Ｓ４およびＳ６をオフにすることによって、Ｓ４およびＳ６をオンにした状態で、Ｓ３およびＳ５をオフにすることによって、ゼロ（ほぼゼロを含む）または基準電圧に設定されることができる。これらの電圧は、電力接続１１０を経由して、モジュール１０８から出力されることができる。コンバータ２０２のポートＩＯ３およびＩＯ４は、他のモジュール１０８からの出力電圧と併用するための出力電圧を発生させるように、電力接続１１０のモジュールＩＯポート１および２に（またはそこから）接続されることができる。

本明細書に説明されるコンバータ２０２の実施形態のための制御またはスイッチ信号は、システム１００によってコンバータ２０２の出力電圧を発生させるために利用される制御技法に応じて、異なる方法で発生させられることができる。いくつかの実施形態では、制御技法は、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）もしくはその変形例等のＰＷＭ技法である。図８Ａは、コンバータ２０２の出力電圧波形８０２の実施例を描写する電圧対時間のグラフである。説明を容易にするために、本明細書における実施形態は、ＰＷＭ制御技法の文脈で説明されるであろうが、実施形態は、それに限定されない。他の技法のクラスも、使用されることができる。１つの代替クラスは、ヒステリシスに基づき、その実施例は、国際公開第ＷＯ２０１８／２３１８１０Ａ１号、第ＷＯ２０１８／２３２４０３Ａ１号、および第ＷＯ２０１９／１８３５５３Ａ１号（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）に説明される。

各モジュール１０８は、複数のエネルギー源２０６（例えば、２つ、３つ、４つ、またはそれを上回る）とともに構成されることができる。モジュール１０８の各エネルギー源２０６は、モジュールの他の源２０６から独立して、電力を接続１１０に供給する（または電力を充電源から受信する）ように制御可能（切り替え可能）であることができる。例えば、全ての源２０６は、同時に、電力を接続１１０に出力する（または充電される）ことができる、または源２０６の１つ（またはサブセット）のみが、任意の時点において、電力を供給する（または充電される）ことができる。いくつかの実施形態では、モジュールの源２０６は、それらの間でエネルギーを交換することができる、例えば、１つの源２０６が、別の源２０６を充電することができる。源２０６の各々は、本明細書に説明される任意のエネルギー源（例えば、バッテリ、ＨＥＤコンデンサ、燃料電池）として構成されることができる。源２０６の各々は、同一タイプ（例えば、それぞれ、バッテリであることができる）または異なるタイプであることができる（例えば、第１の源は、バッテリであることができ、第２の源は、ＨＥＤコンデンサであることができる、または第１の源は、第１のタイプを有する、バッテリ（例えば、ＮＭＣ）であることができ、第２の源は、第２のタイプを有する、バッテリ（例えば、ＬＦＰ）であることができる。

図３Ｂは、一次エネルギー源２０６Ａと、二次エネルギー源２０６Ｂとを伴う、二重エネルギー源構成における、モジュール１０８Ｂの例示的実施形態を描写するブロック図である。一次源２０２ＡのポートＩＯ１およびＩＯ２は、エネルギーバッファ２０４のポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。モジュール１０８Ｂは、追加のＩＯポートを有するコンバータ２０２Ｂを含む。バッファ２０４のポートＩＯ３およびＩＯ４は、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。二次源２０６ＢのポートＩＯ１およびＩＯ２は、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ５およびＩＯ２に接続される（また、バッファ２０４のポートＩＯ４に接続される）ことができる。

モジュール１０８Ｂの本例示的実施形態では、一次エネルギー源２０２Ａは、システム１００の他のモジュール１０８とともに、負荷によって必要とされる、平均電力を供給する。二次源２０２Ｂは、追加の電力を負荷電力ピークにおいて提供する、または過剰電力を吸収することによって、もしくは別様に、補助エネルギー源２０２の機能を果たすことができる。

述べられたように、一次源２０６Ａおよび二次源２０６Ｂは両方とも、コンバータ２０２Ｂのスイッチ状態に応じて、同時に、または別個の時間に、利用されることができる。同時である場合、電解および／またはフィルムコンデンサ（Ｃ_ＥＳ）は、図４Ｅに描写されるように、源２０６Ｂと並列に設置され、源２０６Ｂのためのエネルギーバッファとして作用することができる、またはエネルギー源２０６Ｂは、図４Ｆに描写されるように、別のエネルギー源（例えば、バッテリまたは燃料電池）と並列に、ＨＥＤコンデンサを利用するように構成されることができる。

図６Ｂおよび６Ｃは、それぞれ、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃの例示的実施形態を描写する概略図である。コンバータ２０２Ｂは、スイッチ回路網部分６０１および６０２Ａを含む。部分６０１は、コンバータ２０２Ａと類似様式において、フルブリッジとして構成され、ＩＯ１およびＩＯ２をＩＯ３およびＩＯ４のいずれかに選択的に結合するように構成され、それによって、モジュール１０８Ｂの出力電圧を変化させる、スイッチＳ３－Ｓ６を含む。部分６０２Ａは、ハーフブリッジとして構成され、ポートＩＯ１とＩＯ２との間に結合される、スイッチＳ１およびＳ２を含む。結合インダクタＬ_Ｃが、スイッチ部分６０２Ａが、（ブーストまたはバック）電圧（または逆に、電流）を調整し得る、双方向性コンバータであるように、ポートＩＯ５と、スイッチＳ１とＳ２との間に存在する、ノード１との間に接続される。スイッチ部分６０２Ａは、事実上ゼロ電位であり得る、ポートＩＯ２に参照される、＋Ｖ ＤＣ_Ｌ２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。エネルギー源２０２Ｂから引き出される、またはそこに入力される、電流は、例えば、スイッチＳ１およびＳ２を整流するためのパルス幅変調技法またはヒステリシス制御方法を使用して、結合インダクタＬ_Ｃ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２０２Ｃは、スイッチ部分６０２Ｂが、ハーフブリッジとして構成され、ポートＩＯ５とＩＯ２との間に結合される、スイッチＳ１およびＳ２を含むため、２０２Ｂのものと異なる。結合インダクタＬ_Ｃが、スイッチ部分６０２Ｂが、電圧を調整するように構成されるように、ポートＩＯ１と、スイッチＳ１とＳ２との間に存在する、ノード１との間に接続される。

制御システム１０２またはＬＣＤ１１４は、独立して、各ゲートへの制御入力線１１８－３を介して、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃの各スイッチを制御することができる。これらの実施形態および図６Ａのものでは、ＬＣＤ１１４（ＭＣＤ１１２ではなく）が、コンバータスイッチのための切り替え信号を発生させる。代替として、ＭＣＤ１１２も、切り替え信号を発生させることができ、これは、直接、スイッチに通信される、またはＬＣＤ１１４によって中継されることができる。

モジュール１０８が３つ以上のエネルギー源２０６を含む、実施形態では、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃは、各追加のエネルギー源２０６Ｂが、特定の源の必要性に応じて、追加のスイッチ回路網部分６０２Ａまたは６０２Ｂにつながる、追加のＩＯポートに結合されるように、適宜、スケーリングされることができる。例えば、二重源コンバータ２０２は、スイッチ部分２０２Ａおよび２０２Ｂの両方を含むことができる。

複数のエネルギー源２０６を伴うモジュール１０８は、源２０６間のエネルギー共有、用途内からのエネルギー捕捉（例えば、回生制動）、全体的システムが放電状態にある間でも、二次源による一次源の充電、およびモジュール出力の能動フィルタリング等の追加の機能を実施することが可能である。能動フィルタリング機能はまた、二次エネルギー源の代わりに、典型的電解コンデンサを有するモジュールによって実施されることができる。これらの機能の実施例は、２０２０年３月２７日に出願され、「Ｍｏｄｕｌｅ－Ｂａｓｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｔｈｅｒｅｔｏ」と題された、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号、および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（その両方とも、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）にさらに詳細に説明される。

各モジュール１０８は、その１つ以上のエネルギー源２０６を用いて、１つ以上の補助負荷に供給するように構成されることができる。補助負荷は、一次負荷１０１より低い電圧を要求する、負荷である。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または電気自動車の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。

図３Ｃは、電力を第１の補助負荷３０１および第２の補助負荷３０２に供給するように構成される、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って、モジュール１０８Ｃは、図３Ｂのものに類似するようにともに結合される、エネルギー源２０６と、エネルギーバッファ２０４と、コンバータ２０２Ｂとを含む。第１の補助負荷３０１は、源２０６から供給されるものに匹敵する、電圧を要求する。負荷３０１は、モジュール１０８ＣのＩＯポート３および４に結合され、これは、次に、源２０６のポートＩＯ１およびＩＯ２に結合される。源２０６は、電力を電力接続１１０および負荷３０１の両方に出力することができる。第２の補助負荷３０２は、源２０６のものより低い、一定電圧を要求する。負荷３０２は、モジュール１０８ＣのＩＯポート５および６に結合され、これは、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ５およびＩＯ２に結合される。コンバータ２０２Ｂは、ポートＩＯ５（図６Ｂ）に結合される結合インダクタＬ_Ｃを有する、スイッチ部分６０２を含むことができる。源２０６によって供給されるエネルギーは、コンバータ２０２Ｂのスイッチ部分６０２を通して、負荷３０２に供給されることができる。負荷３０２は、入力コンデンサを有し（コンデンサは、該当しない場合、モジュール１０８Ｃに追加されることができる）、したがって、スイッチＳ１およびＳ２は、結合インダクタＬ_Ｃ上の電圧およびそれを通した電流を調整するように整流され、したがって、負荷３０２のための安定一定電圧を生産し得ると仮定される。本調整は、源２０６の電圧を、負荷３０２によって要求される、より低い大きさの電圧に逓減させることができる。

モジュール１０８Ｃは、したがって、１つ以上の第１の負荷がＩＯポート３および４に結合された状態で、負荷３０１に関して説明される様式において、１つ以上の第１の補助負荷に供給するように構成されることができる。モジュール１０８Ｃはまた、負荷３０２に関して説明される様式において、１つ以上の第２の補助負荷に供給するように構成されることができる。複数の第２の補助負荷３０２が、存在する場合、追加の負荷３０２毎に、モジュール１０８Ｃは、追加の専用モジュール出力ポート（５および６のように）、追加の専用スイッチ部分６０２、および追加の部分６０２に結合される、追加のコンバータＩＯポートを伴って、スケーリングされることができる。

エネルギー源２０６は、したがって、任意の数の補助負荷（例えば、３０１および３０２）ならびに一次負荷１０１によって必要とされるシステム出力電力の対応する部分のために電力を供給することができる。源２０６から種々の負荷への電力流は、所望に応じて調節されることができる。

モジュール１０８は、必要に応じて、２つ以上のエネルギー源２０６（図３Ｂ）を用いて、追加の源２０６Ｂまたは第２の補助負荷３０２毎に、スイッチ部分６０２およびコンバータポートＩＯ５の追加を通して、第１および／または第２の補助負荷（図３Ｃ）に供給するように構成されることができる。追加のモジュールＩＯポート（例えば、３、４、５、６）が、必要に応じて追加されることができる。モジュール１０８はまた、相互接続モジュールとして構成され、本明細書にさらに説明されるような２つ以上のアレイ、２つ以上のパック、または２つ以上のシステム１００間でエネルギーを交換することができる（例えば、平衡のために）。本相互接続機能性は、同様に、複数の源および／または複数の補助負荷供給能力と組み合わせられることができる。

制御システム１０２は、モジュール１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのコンポーネントに対して種々の機能を実施することができる。これらの機能は、各エネルギー源２０６の利用量（使用の量）の管理、エネルギーバッファ２０４の過電流、過電圧、および高温条件からの保護、ならびにコンバータ２０２の制御および保護を含むことができる。

例えば、各エネルギー源２０６の利用量を管理する（例えば、増加、減少、または維持させることによって、調節する）ために、ＬＣＤ１１４は、１つ以上の監視される電圧、温度、および電流を各エネルギー源２０６（またはモニタ回路網）から受信することができる。監視される電圧は、源２０６の他のコンポーネント（例えば、各個々のバッテリ電池、ＨＥＤコンデンサ、および／または燃料電池）から独立した各基本的コンポーネントの電圧、または基本的コンポーネントの群の全体としての電圧（例えば、バッテリアレイ、ＨＥＤコンデンサアレイ、および／または燃料電池アレイの電圧）のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。同様に、監視される温度および電流は、源２０６の他のコンポーネントから独立した各基本的コンポーネントの温度および電流、または基本的コンポーネントの群の全体としての温度および電流、もしくはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。監視される信号は、それを用いてＬＣＤ１１４が、以下、すなわち、基本的コンポーネントまたは基本的コンポーネントの群の実際の容量、実際の充電の状態（ＳＯＣ）、および／または健全性の状態（ＳＯＨ）の計算または決定、監視および／または計算されたステータス情報に基づく、警告またはアラームインジケーションの設定または出力、および／またはＭＣＤ１１２へのステータス情報の伝送のうちの１つ以上のものを実施し得る、ステータス情報であり得る。ＬＣＤ１１４は、制御情報（例えば、変調インデックス、同期信号）をＭＣＤ１１２から受信し、本制御情報を使用して、源２０６の利用量を管理する、コンバータ２０２のためのスイッチ信号を発生させることができる。

エネルギーバッファ２０４を保護するために、ＬＣＤ１１４は、１つ以上の監視される電圧、温度、および電流をエネルギーバッファ２０４（またはモニタ回路網）から受信することができる。監視される電圧は、他のコンポーネントから独立したバッファ２０４の各基本的コンポーネント（例えば、Ｃ_ＥＢ、Ｃ_ＥＢ１、Ｃ_ＥＢ２、Ｌ_ＥＢ１、Ｌ_ＥＢ２、Ｄ_ＥＢ）の電圧、またはバッファ２０４の基本的コンポーネントの群の全体として（例えば、ＩＯ１とＩＯ２との間またはＩＯ３とＩＯ４との間）の電圧のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。同様に、監視される温度および電流は、他のコンポーネントから独立したバッファ２０４の各基本的コンポーネントの温度および電流、またはバッファ２０４の基本的コンポーネントの群の全体としての温度および電流、もしくはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。監視される信号は、それを用いてＬＣＤ１１４が、以下、すなわち、警告またはアラームインジケーションの設定または出力、ＭＣＤ１１２へのステータス情報の通信のうちの１つ以上のものを実施する、または制御コンバータ２０２が、バッファ保護のための源２０６およびモジュール１０８の全体としての利用量を調節（増加または減少）し得る、ステータス情報であり得る。

コンバータ２０２を制御および保護するために、ＬＣＤ１１４は、制御情報（例えば、変調された基準信号、または基準信号および変調インデックス）をＭＣＤ１１２から受信することができ、これは、ＰＷＭ技法を用いて、ＬＣＤ１１４内で使用され、スイッチ（例えば、Ｓ１－Ｓ６）毎に、制御信号を発生させることができる。ＬＣＤ１１４は、電流フィードバック信号をコンバータ２０２の電流センサから受信することができ、これは、コンバータ２０２の全てのスイッチの障害ステータス（例えば、短絡回路または開回路故障モード）についての情報を搬送し得る、コンバータスイッチのドライバ回路（図示せず）からの１つ以上の障害ステータス信号とともに、過電流保護のために使用され得る。本データに基づいて、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８の利用量を管理し、潜在的に、コンバータ２０２（およびモジュール１０８全体）をバイパスする、またはシステム１００から接続解除するために印加されるべき切り替え信号の組み合わせに関する決定を行うことができる。

第２の補助負荷３０２に供給する、モジュール１０８Ｃを制御する場合、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８Ｃ内の１つ以上の監視される電圧（例えば、ＩＯポート５と６との間の電圧）と、１つ以上の監視される電流（例えば、負荷３０２の電流である、結合インダクタＬ_Ｃ内の電流）とを受信することができる。これらの信号に基づいて、ＬＣＤ１１４は、Ｓ１およびＳ２の切り替えサイクルを調節し、負荷３０２のための電圧を制御する（および安定化させる）ことができる（例えば、変調インデックスまたは基準波形の調節によって）。
（カスケード接続エネルギーシステムトポロジの実施例）

２つ以上のモジュール１０８が、アレイ内の各モジュール１０８によって発生させられる離散電圧の重ね合わせによって形成される、電圧信号を出力する、カスケード接続アレイにおいて、ともに結合されることができる。図７Ａは、システム１００のためのトポロジの例示的実施形態を描写するブロック図であって、Ｎ個のモジュール１０８－１、１０８－２・・・１０８－Ｎが、直列にともに結合され、直列アレイ７００を形成する。本明細書に説明される本および全ての実施形態では、Ｎは、１を上回る任意の整数であることができる。アレイ７００は、第１のシステムＩＯポートＳＩＯ１と、第２のシステムＩＯポートＳＩＯ２とを含み、それを横断して、アレイ出力電圧が発生させられる。アレイ７００は、アレイ７００のＳＩＯ１およびＳＩＯ２に接続され得る、ＤＣまたはＡＣ単相負荷のためのＤＣもしくは単相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。図８Ａは、４８ボルトエネルギー源を有する、単一モジュール１０８によって生産される、例示的出力信号を描写する電圧対時間のプロットである。図８Ｂは、直列に結合される６つの４８Ｖモジュール１０８を有する、アレイ７００によって発生させられる、例示的単相ＡＣ出力信号を描写する電圧対時間のプロットである。

システム１００は、多種多様な異なるトポロジに配列され、用途の可変必要性を満たすことができる。システム１００は、複数のアレイ７００の使用によって、多相電力（例えば、２相、３相、４相、５相、６相等）を負荷に提供することができ、各アレイは、異なる位相角度を有する、ＡＣ出力信号を発生させることができる。

図７Ｂは、ともに結合される、２つのアレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢを伴う、システム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、１次元であって、Ｎ個のモジュール１０８の直列接続によって形成される。２つのアレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢの各々は、ｃａｎ単相ＡＣ信号を発生させることができ、２つのＡＣ信号は、異なる位相角度ＰＡおよびＰＢを有する（例えば、１８０度離間）。各アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢのモジュール１０８－１のＩＯポート１は、それぞれ、システムＩＯポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２を形成する、またはそれに接続されることができ、これは、次に、２つの位相電力を負荷（図示せず）に提供し得る、各アレイの第１の出力としての役割を果たすことができる。または代替として、ポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２は、単相電力を２つの並列アレイから提供するように接続されることができる。ｏｆ各アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢのモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、システムＩＯポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２のアレイと反対端上において、アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢ毎に、第２の出力としての役割を果たすことができ、共通ノードにおいて、ともに結合され、随意に、所望に応じて、追加のシステムＩＯポートＳＩＯ３のために使用されることができ、これは、中立としての役割を果たすことができる。本共通ノードは、レールと称され得、各アレイ７００のモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、アレイのレール側上にあると称され得る。

図７Ｃは、ともに結合される、３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴う、システム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、１次元であって、Ｎ個のモジュール１０８の直列接続によって形成される。３つのアレイ７００－１および７００－２の各々は、単相ＡＣ信号を発生させることができ、３つのＡＣ信号は、異なる位相角度ＰＡ、ＰＢ、ＰＣを有する（例えば、１２０度離間）。各アレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣのモジュール１０８－１のＩＯポート１は、それぞれ、システムＩＯポートＳＩＯ１、ＳＩＯ２、およびＳＩＯ３を形成する、またはそれに接続されることができ、これは、次に、３相電力を負荷（図示せず）に提供することができる。各アレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣのモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、共通ノードにおいて、ともに結合されることができ、随意に、所望に応じて、追加のシステムＩＯポートＳＩＯ４のために使用されることができ、これは、中立としての役割を果たす。

図７Ｂおよび７Ｃの２相および３相実施形態に関して説明される概念は、さらにより多くの位相の電力を発生させる、システム１００に拡張されることができる。例えば、追加の実施例の非包括的リストは、それぞれ、異なる位相角度を有する（例えば、９０度離間）、単相ＡＣ信号を発生させるように構成されている、４つのアレイ７００を有する、システム１００、それぞれ、異なる位相角度を有する（例えば、７２度離間）、単相ＡＣ信号を発生させるように構成されている、５つのアレイ７００を有する、システム１００、および各アレイが、異なる位相角度を有する（例えば、６０度離間）、単相ＡＣ信号を発生させるように構成されている、６つのアレイ７００を有する、システム１００を含む。

システム１００は、アレイ７００が、各アレイ内のモジュール１０８間の電気ノードにおいて相互接続されるように構成されることができる。図７Ｄは、組み合わせられた直列およびデルタ配列においてともに結合される、３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴う、システム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、Ｎ個のモジュール１０８の第２の直列接続と結合される（Ｎは、２つ以上の）、Ｍ個のモジュール１０８の第１の直列接続を含む（Ｍは、２つ以上の）。デルタ構成は、アレイ間の相互接続によって形成され、これは、任意の所望の場所に設置されることができる。本実施形態では、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合される。

図７Ｅは、組み合わせられた直列およびデルタ配列においてともに結合される、３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴う、システム１００を描写するブロック図である。本実施形態は、図７Ｄのものに類似するが、異なる交差接続を伴う。本実施形態では、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合される。図７Ｄおよび７Ｅの配列は、各アレイ７００内に２つ程度の少ないモジュールを伴って実装されることができる。組み合わせられたデルタおよび直列の構成は、本システムの全てのモジュール１０８（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交換を可能にし、また、アレイ７００内のモジュール１０８の総数を低減させ、所望の出力電圧を取得することを可能にする。

本明細書に説明される実施形態では、モジュール１０８の数は、システム１００内の各アレイ７００で同一であることが有利であるが、それは、要求されず、異なるアレイ７００は、異なる数のモジュール１０８を有することができる。さらに、各アレイ７００は、全て同一構成（例えば、全てのモジュールが、１０８Ａである、全てのモジュールが、１０８Ｂである、全てのモジュールが、１０８Ｃである、またはその他）または異なる構成（例えば、１つ以上のモジュールが、１０８Ａであって、１つ以上のモジュールが、１０８Ｂであって、１つ以上のモジュールが、１０８Ｃである、またはその他）である、モジュール１０８を有することができる。したがって、本明細書で網羅されるシステム１００のトポロジの範囲は、広範である。
（制御方法論の例示的実施形態）

述べられたように、システム１００の制御は、ヒステリシスまたはＰＷＭ等の種々の方法論に従って実施されることができる。ＰＷＭのいくつかの実施例は、空間ベクトル変調および正弦パルス幅変調を含み、コンバータ２０２のための切り替え信号は、各モジュール１０８の利用を持続的に回転させ、電力をそれらの間で等しく分散させる、位相シフトキャリア技法を用いて発生させられる。

図８Ｃ－８Ｆは、徐々にシフトされる２レベル波形を使用して、マルチレベル出力ＰＷＭ波形を発生させ得る、位相シフトＰＷＭ制御方法論の例示的実施形態を描写するプロットである。ＸレベルＰＷＭ波形が、（Ｘ－１）／２の２レベルＰＷＭ波形の総和によって生成されることができる。これらの２レベル波形は、基準波形Ｖｒｅｆと３６０°／（Ｘ－１）ずつ徐々にシフトされるキャリアを比較することによって、発生させられることができる。キャリアは、三角形であるが、実施形態は、それに限定されない。９レベル実施例が、図８Ｃに示される（４つのモジュール１０８を使用して）。キャリアは、３６０°／（９－１）＝４５°ずつ徐々にシフトされ、Ｖｒｅｆと比較される。結果として生じる２レベルＰＷＭ波形は、図８Ｅに示される。これらの２レベル波形は、コンバータ２０２の半導体スイッチ（例えば、Ｓ１－Ｓ６）のための切り替え信号として使用され得る。実施例として、図８Ｅを参照すると、それぞれ、コンバータ２０２を伴う、４つのモジュール１０８を含む、１次元アレイ７００に関して、０°信号は、第１のモジュール１０８－１のＳ３の制御のためのものであって、１８０°信号は、Ｓ６のためのものであって、４５°信号は、第２のモジュール１０８－２のＳ６のためのＳ３および２２５°信号のためのものであって、９０°信号は、第３のモジュール１０８－３のＳ３のためのものであって、２７０°信号は、Ｓ６のものであって、１３５°信号は、第４のモジュール１０８－４のＳ３のものであって、３１５°信号は、Ｓ６のためのものである。Ｓ３のための信号は、各ハーフブリッジのシュートスルーを回避するために、十分な不感時間を伴って、Ｓ４に相補的であって、Ｓ５のための信号は、Ｓ６に相補的である。図８Ｆは、４つのモジュール１０８からの出力電圧の重ね合わせ（総和）によって生産される、例示的単相ＡＣ波形を描写する。

代替は、第１の（Ｎ－１）／２のキャリアとともに、正および負の基準信号の両方を利用することである。９レベル実施例が、図８Ｄに示される。本実施例では、０°～１３５°切り替え信号（図８Ｅ）が、＋Ｖｒｅｆと図８Ｄの０°～１３５°キャリアを比較することによって発生させられ、１８０°～３１５°切り替え信号が、－Ｖｒｅｆと図８Ｄの０°～１３５°キャリアを比較することによって発生させられる。しかしながら、比較後者の場合の比較の論理は、逆転される。状態機械デコーダ等の他の技法も、コンバータ２０２のスイッチのためのゲート信号を発生させるために使用され得る。

多相システム実施形態では、同一キャリアが、位相毎に使用されることができる、またはキャリアのセットは、位相毎に全体としてシフトされることができる。例えば、単一基準電圧（Ｖｒｅｆ）を伴う、３相システムでは、各アレイ７００は、図８Ｃおよび８Ｄに示されるものと同一相対的オフセットを伴う、同一数のキャリアを使用することができるが、第２の位相のキャリアは、第１相のキャリアと比較して１２０度シフトされ、第３の位相のキャリアは、第１相のキャリアと比較して、２４０度シフトされる。異なる基準電圧が、位相毎に利用可能である場合、位相情報は、基準電圧内で搬送されることができ、同一キャリアが、位相毎に使用されることができる。多くの場合、キャリア周波数は、固定されるであろうが、いくつかの例示的実施形態では、キャリア周波数は、調節されることができ、これは、高電流条件下でのＥＶモータにおける損失を低減させることに役立ち得る。

適切な切り替え信号が、制御システム１０２によって、各モジュールに提供されることができる。例えば、ＭＣＤ１１２は、ＬＣＤ１１４が制御する、モジュールまたは複数のモジュール１０８に応じて、Ｖｒｅｆおよび適切なキャリア信号を各ＬＣＤ１１４に提供することができ、ＬＣＤ１１４は、次いで、切り替え信号を発生させることができる。または、アレイ内の全てのＬＣＤ１１４は、全てのキャリア信号を提供ことができ、ＬＣＤは、適切なキャリア信号を選択することができる。

各モジュール１０８の相対的利用量は、本明細書に説明されるように、ステータス情報に基づいて調節され、１つ以上のパラメータの平衡を実施することができる。パラメータの平衡は、利用量を調節し、個々のモジュール利用量調節が実施されないシステムと比較して、パラメータ発散を経時的に最小限にするステップを伴い得る。利用量は、システム１００が放電状態にあるとき、モジュール１０８が放電している相対的時間量、またはシステム１００が充電状態にあるときのモジュール１０８が充電している相対的時間量であり得る。

本明細書に説明されるように、モジュール１０８は、アレイ７００内の他のモジュールに対して平衡されることができ、これは、アレイ内または相内平衡と称され得、異なるアレイ７００も、相互に対して平衡されることができ、これは、アレイ間または相間平衡と称され得る。異なるサブシステムのアレイ７００も、相互に対して平衡されることができる。制御システム１０２は、同時に、相内平衡、相間平衡、モジュール内の複数のエネルギー源の利用、能動フィルタリング、および補助負荷供給の任意の組み合わせを実施することができる。

図９Ａは、単相ＡＣまたはＤＣアレイのための制御システム１０２のアレイコントローラ９００の例示的実施形態を描写するブロック図である。アレイコントローラ９００は、ピーク検出器９０２と、除算器９０４と、相内（またはアレイ内）平衡コントローラ９０６とを含むことができる。アレイコントローラ９００は、アレイ内のＮ個のモジュール１０８のそれぞれについての基準電圧波形（Ｖｒ）およびステータス情報（例えば、充電の状態（ＳＯＣｉ）、温度（Ｔｉ）、容量（Ｑｉ）、および電圧（Ｖｉ））を入力として受信し、正規化された基準電圧波形（Ｖｒｎ）および変調インデックス（Ｍｉ）を出力として発生させることができる。ピーク検出器９０２は、Ｖｒのピーク（Ｖｐｋ）を検出し、これは、コントローラ９００が動作および／または平衡している、位相に特有であり得る。除算器９０４は、Ｖｒをその検出されたＶｐｋによって除算することによって、Ｖｒｎを発生させる。相内平衡コントローラ９０６は、Ｖｐｋをステータス情報（例えば、ＳＯＣｉ、Ｔｉ、Ｑｉ、Ｖｉ等）とともに使用して、制御されているアレイ７００内のモジュール１０８毎に、変調インデックスＭｉを発生させる。

変調インデックスおよびＶｒｎは、コンバータ２０２毎に、切り替え信号を発生させるために使用されることができる。変調インデックスは、ゼロ～１（ゼロおよび１を含む）の数であることができる。特定のモジュール１０８に関して、正規化された基準Ｖｒｎが、Ｍｉによって変調またはスケーリングされることができ、本変調された基準信号（Ｖｒｎｍ）は、図８Ｃ－８Ｆに関して説明される、ＰＷＭ技法に従って、または他の技法に従って、Ｖｒｅｆ（または－Ｖｒｅｆ）として使用されることができる。このように、変調インデックスは、コンバータ切り替え回路網（例えば、Ｓ３－Ｓ６またはＳ１－Ｓ６）に提供される、ＰＷＭ切り替え信号を制御し、したがって、各モジュール１０８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、通常または完全動作を維持するために制御されている、モジュール１０８は、１のＭｉを受信し得る一方、通常または完全未満の動作に制御されている、モジュール１０８は、１未満のＭｉを受信し得、電力出力を停止するように制御される、モジュール１０８は、ゼロのＭｉを受信し得る。本動作は、ＭＣＤ１１２が、変調およびスイッチ信号発生のために、ＶｒｎおよびＭｉを適切なＬＣＤ１１４に出力することによって、ＭＣＤ１１２が、スイッチ信号発生のために、変調を実施し、変調されたＶｒｎｍを適切なＬＣＤ１１４に出力することによって、またはＭＣＤ１１２が、変調およびスイッチ信号発生を実施し、直接、スイッチ信号を各モジュール１０８のＬＣＤまたはコンバータ２０２に出力することによって等、制御システム１０２によって、種々の方法において実施されることができる。Ｖｒｎは、Ｖｒｎの周期毎に１回または１分あたり１回等、規則的間隔において送信される、Ｍｉとともに、持続的に送信されることができる。

コントローラ９０６は、本明細書に説明される任意のタイプまたはタイプの組み合わせのステータス情報（例えば、ＳＯＣ、温度（Ｔ）、Ｑ、ＳＯＨ、電圧、電流）を使用して、モジュール１０８毎に、Ｍｉを発生させることができる。例えば、ＳＯＣおよびＴを使用するとき、モジュール１０８は、ＳＯＣが、アレイ７００内の他のモジュール１０８と比較して、比較的に高く、温度が、比較的に低い場合、比較的に高Ｍｉを有することができる。ＳＯＣのいずれかが、比較的に低い、またはＴが、比較的に高い場合、そのモジュール１０８は、比較的に低Ｍｉを有し、アレイ７００内の他のモジュール１０８より少ない利用量をもたらすことができる。コントローラ９０６は、モジュール電圧の和がＶｐｋを超えないように、Ｍｉを決定することができる。例えば、Ｖｐｋは、各モジュールの源２０６の電圧およびそのモジュールに関するＭｉの積の和（例えば、Ｖｐｋ＝Ｍ_１Ｖ_１＋Ｍ_２Ｖ_２＋Ｍ_３Ｖ_３・・・＋Ｍ_ＮＶ_Ｎ等）であることができる。変調インデックスの異なる組み合わせ、したがって、モジュールによるそれぞれの電圧寄与が、使用され得るが、総発生電圧は、同一のままであるべきである。

コントローラ９００は、各モジュール内のエネルギー源のＳＯＣが、平衡されたままである、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、および／または各モジュール１０８内のエネルギー源もしくは他のコンポーネント（例えば、エネルギーバッファ）の温度が平衡されたままである、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、任意の時点において（例えば、ＥＶの最大加速の間等に）システムの電力出力要件を達成することを妨げない限りにおいて、動作を制御することができる。モジュール内および外の電力潮流は、源の間の容量差がＳＯＣ偏差を引き起こさないように、調整されることができる。ＳＯＣおよび温度の平衡は、ＳＯＨのある程度の平衡を間接的に引き起こし得る。電圧および電流は、所望される場合、直接平衡を保たれることができるが、多くの実施形態では、本システムの主要目標は、ＳＯＣおよび温度の平衡を保つことであり、ＳＯＣの平衡は、モジュールが類似容量およびインピーダンスである、極めて対称のシステム内の電圧および電流の平衡につながり得る。

全てのパラメータの平衡を保つことが、同時に可能ではない場合がある（例えば、１つのパラメータの平衡がさらに、別のパラメータの平衡を失わせ得る）ため、いずれか２つ以上のパラメータ（ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）の平衡を保つことの組み合わせが、用途の要件に応じて、いずれか一方に与えられる優先順位を伴って適用され得る。平衡における優先順位は、他のパラメータ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）と比べてＳＯＣに与えられることができ、他のパラメータのうちの１つ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）が閾値外の重大な不平衡条件に到達する場合、例外が認められる。

異なる位相のアレイ７００（または、例えば、並列アレイが使用される場合、同一位相のアレイ）間の平衡は、相内平衡と並行して実施されることができる。図９Ｂは、少なくともΩ個のアレイ７００を有する、Ω相システム１００内の動作のために構成される、Ω相（またはΩアレイ）コントローラ９５０の例示的実施形態を描写し、Ωは、１を上回る任意の整数である。コントローラ９５０は、１つの相間（またはアレイ間）コントローラ９１０と、位相ＰＡ－ＰΩのためのΩ個の相内平衡コントローラ９０６－ＰＡ・・・９０６－ＰΩと、正規化された基準ＶｒｎＰＡ－ＶｒｎＰΩを各位相特有の基準ＶｒＰＡ－ＶｒＰΩから発生させるためのピーク検出器９０２および除算器９０４（図９Ａ）とを含むことができる。相内コントローラ９０６は、図９Ａに関して説明されるように、各アレイ７００のモジュール１０８毎に、Ｍｉを発生させることができる。相間平衡コントローラ９１０は、多次元システム全体を横断して、例えば、異なる位相のアレイ間のモジュール１０８の側面を平衡するように構成またはプログラムされる。これは、コモンモードを位相に注入すること（例えば、中立点シフト）を通して、または相互接続モジュール（本明細書に説明される）の使用を通して、もしくは両方を通して、達成され得る。コモンモード注入は、位相および振幅シフトを基準信号ＶｒＰＡ－ＶｒＰΩに導入し、正規化された波形ＶｒｎＰＡ－ＶｒｎＰΩを発生させ、１つ以上のアレイ内の非平衡を補償するステップを伴い、本明細書に組み込まれる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号にさらに説明される。

コントローラ９００および９５０（ならびに平衡コントローラ９０６および９１０）は、制御システム１０２内において、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ることができる。コントローラ９００および９５０は、ＭＣＤ１１２内に実装される、部分的または完全に、ＬＣＤ１１４間に分散されることができる、もしくはＭＣＤ１１２およびＬＣＤ１１４から独立して、離散コントローラとして実装され得る。
相互接続（ＩＣ）モジュールの例示的実施形態

モジュール１０８は、アレイ間でエネルギーを交換する、補助負荷のための源として作用する、または両方の目的のために、異なるアレイ７００のモジュール間に接続されることができる。そのようなモジュールは、本明細書では、相互接続（ＩＣ）モジュール１０８ＩＣと称される。ＩＣモジュール１０８ＩＣは、すでに説明されたモジュール構成（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ）および本明細書に説明されることになるその他のいずれかで実装されることができる。ＩＣモジュール１０８ＩＣは、任意の数の１つ以上のエネルギー源と、随意のエネルギーバッファと、エネルギーを１つ以上のアレイに供給するため、および／または電力を１つ以上の補助負荷に供給するためのスイッチ回路網と、制御回路網（例えば、ローカル制御デバイス）と、ＩＣモジュール自体またはその種々の負荷についてのステータス情報（例えば、エネルギー源のＳＯＣ、エネルギー源またはエネルギーバッファの温度、エネルギー源の容量、エネルギー源のＳＯＨ、ＩＣモジュールに関する電圧および／または電流測定値、補助負荷に関する電圧および／または電流測定値等）を収集するためのモニタ回路網とを含むことができる。

図１０Ａは、Ω個のアレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩを用いて、Ω相電力を生産することが可能である、システム１００の例示的実施形態を描写するブロック図であって、Ωは、１を上回る任意の整数であることができる。本および他の実施形態では、ＩＣモジュール１０８ＩＣは、それに対してモジュール１０８ＩＣが接続される、アレイ７００（本実施形態では、アレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩ）が、モジュール１０８ＩＣと、負荷への出力（例えば、ＳＩＯ１－ＳＩＯΩ）との間に電気的に接続されるように、アレイ７００のレール側上に位置することができる。ここでは、モジュール１０８ＩＣは、アレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩの各モジュール１０８－ＮのＩＯポート２への接続のためのΩ個のＩＯポートを有する。ここで描写される構成では、モジュール１０８ＩＣは、モジュール１０８ＩＣの１つ以上のエネルギー源をアレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩのうちの１つ以上のものに（または相間平衡が要求されない場合、無出力に、もしくは等しく全ての出力に）選択的に接続することによって、相間平衡を実施することができる。システム１００は、制御システム１０２によって制御されることができる（図示せず、図１Ａ参照）。

図１０Ｂは、モジュール１０８ＩＣの例示的実施形態を描写する概略図である。本実施形態では、モジュール１０８ＩＣは、次に、スイッチ回路網６０３と接続される、エネルギーバッファ２０４と接続される、エネルギー源２０６を含む。スイッチ回路網６０３は、それぞれ、独立して、エネルギー源２０６をアレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩのそれぞれに接続するために、スイッチ回路網ユニット６０４－ＰＡ－６０４－ＰΩを含むことができる。種々のスイッチ構成が、ユニット６０４毎に使用されることができ、これは、本実施形態では、２つの半導体スイッチＳ７およびＳ８を伴う、ハーフブリッジとして構成される。各ハーフブリッジは、ＬＣＤ１１４からの制御線１１８－３によって制御される。本構成は、図３Ａに関して説明されるモジュール１０８Ａに類似する。コンバータ２０２に関して説明されるように、スイッチ回路網６０３は、用途の要件のために好適である、任意の配列で、任意のスイッチタイプ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、シリコン、ＧａＮ等）を伴って構成されることができる。

スイッチ回路網ユニット６０４は、エネルギー源２０６の正の端子と負の端子との間に結合され、モジュール１０８ＩＣのＩＯポートに接続される、出力を有する。ユニット６０４－ＰＡ－６０４－ＰΩは、制御システム１０２によって、電圧＋Ｖ_ＩＣまたは－Ｖ_ＩＣをそれぞれのモジュールＩ／Ｏポート１－Ωに選択的に結合するように制御されることができる。制御システム１０２は、本明細書に述べられたＰＷＭおよびヒステリシス技法を含む、任意の所望の制御技法に従って、スイッチ回路網６０３を制御することができる。ここでは、制御回路網１０２は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として実装される。ＬＣＤ１１４は、監視データまたはステータス情報をモジュール１０８ＩＣのモニタ回路網から受信することができる。本監視データおよび／または本監視データから導出される他のステータス情報は、本明細書に説明されるように、システム制御において使用するために、ＭＣＤ１１２に出力されることができる。ＬＣＤ１１４はまた、システム１００のモジュール１０８の同期の目的のためのタイミング情報（図示せず）と、ＰＷＭにおいて使用される鋸歯信号（図８Ｃ－８Ｄ）等の１つ以上のキャリア信号（図示せず）とを受信することができる。

相間平衡のために、源２０６からの相対的により多くのエネルギーが、他のアレイ７００と比較して、比較的に低充電状態である、アレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩのうちの任意の１つ以上のものに供給されることができる。特定のアレイ７００への本補完的エネルギーの供給は、そのアレイ７００内のそれらのカスケード接続モジュール１０８－１－１０８－Ｎのエネルギー出力が供給されない位相アレイに対して低減されることを可能にする。

例えば、ＰＷＭを印加する、いくつかの例示的実施形態では、ＬＣＤ１１４は、そのモジュール１０８ＩＣが、例えば、ＶｒｎＰＡ－ＶｒｎＰΩに結合される、１つ以上のアレイ７００毎に、正規化された電圧基準信号（Ｖｒｎ）を受信する（ＭＣＤ１１２から）ように構成されることができる。ＬＣＤ１１４はまた、それぞれ、アレイ７００毎に、ＭＣＤ１１２から、スイッチユニット６０４－ＰＡ－６０４－ＰΩのために、変調インデックスＭｉＰＡ－ＭｉＰΩを受信することができる。ＬＣＤ１１４は、直接そのアレイに結合される、スイッチ区分のために、変調インデックスを用いて、各それぞれのＶｒｎを変調（例えば、乗算）し（例えば、ＶｒｎＡがＭｉＡによって乗算される）、次いで、キャリア信号を利用して、スイッチユニット６０４毎に、制御信号を発生させることができる。他の実施形態では、ＭＣＤ１１２は、変調を実施し、変調された電圧基準波形を、ユニット６０４毎に、直接、モジュール１０８ＩＣのＬＣＤ１１４に出力することができる。さらに他の実施形態では、全ての処理および変調は、制御信号を直接各ユニット６０４に出力し得る、単一制御エンティティによって生じることができる。

この切り替えは、エネルギー源２０６からの電力が、適切な間隔および持続時間において、アレイ７００に供給され得るように、変調されることができる。そのような方法論は、種々の方法において実装されることができる。

現在の容量（Ｑ）および各アレイ内の各エネルギー源のＳＯＣ等、システム１００に関する収集されるステータス情報に基づいて、ＭＣＤ１１２は、アレイ７００毎に、総充電量を決定することができる（例えば、あるアレイに関する総充電量は、そのアレイのモジュール毎に、容量×ＳＯＣの和として決定されることができる）。ＭＣＤ１１２は、平衡または非平衡条件が存在するかどうかを決定し（例えば、本明細書に説明される相対的差異閾値および他のメトリックの使用を通して）、適宜、スイッチユニット６０４－ＰＡ－６０４－ＰΩ毎に、変調インデックスＭｉＰＡ－ＭｉＰΩを発生させることができる。

平衡された動作の間、スイッチユニット６０４毎のＭｉは、正味エネルギーの同一または類似量をエネルギー源２０６および／またはエネルギーバッファ２０４によって各アレイ７００に経時的に供給させる、値に設定されることができる。例えば、スイッチユニット６０４毎のＭｉは、同一または類似であり得、モジュール１０８ＩＣをシステム１００内の他のモジュール１０８と同一率でドレインするように、平衡された動作の間、モジュール１０８ＩＣに、１つ以上のアレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩへのエネルギーの正味または時間平均放電を実施させる、レベルまたは値に設定されることができる。いくつかの実施形態では、ユニット６０４毎のＭｉは、平衡された動作の間、エネルギーの正味または時間平均放電を引き起こさない（ゼロの正味エネルギー放電を引き起こす）、レベルまたは値に設定されることができる。これは、モジュール１０８ＩＣが、本システム内の他のモジュールより低い総充電量を有する場合、有用であり得る。

非平衡条件が、アレイ７００間で生じる場合、システム１００の変調インデックスは、収束を平衡された条件に向かって引き起こす、またはさらなる発散を最小限にするように調節されることができる。例えば、制御システム１０２は、モジュール１０８ＩＣに、その他より低充電量を伴うアレイ７００により多く放電させることができ、また、その低アレイ７００のモジュール１０８－１－１０８－Ｎに、比較的に少なく放電させることができる（例えば、時間平均ベースで）。モジュール１０８ＩＣによって寄与された相対的正味エネルギーは、支援されているアレイ７００のモジュール１０８－１－１０８－Ｎと比較して、また、他のアレイがモジュール１０８ＩＣに寄与する、正味エネルギーの量と比較して、増加する。これは、その低アレイ７００に供給している、スイッチユニット６０４に関するＭｉを増加させることによって、かつその低アレイに関するＶｏｕｔを適切なまたは要求されるレベルに維持し、他のより高いアレイに供給している他のスイッチユニット６０４に関する変調インデックスを比較的に不変に維持する（またはそれらを減少させる）様式において、低アレイ７００のモジュール１０８－１－１０８－Ｎの変調インデックスを減少させることによって、遂行されることができる。

図１０Ａ－１０Ｂにおけるモジュール１０８ＩＣの構成は、単独で、単一システムのための相間またはアレイ間平衡を提供するために使用されることができる、または、それぞれ、エネルギー源と、１つ以上のアレイに結合される、１つ以上のスイッチ部分６０４とを有する、１つ以上の他のモジュール１０８ＩＣと組み合わせて使用されることができる。例えば、Ω個の異なるアレイ７００と結合される、Ω個のスイッチ部分６０４を伴うモジュール１０８ＩＣは、２つのモジュールが、Ω＋１個のアレイ７００を有する、システム１００に供給するように組み合わせられるように、１つのアレイ７００と結合される、１つのスイッチ部分６０４を有する、第２のモジュール１０８ＩＣと組み合わせられることができる。任意の数のモジュール１０８ＩＣが、本方式において、組み合わせられることができ、それぞれ、７００システム１００の１つ以上のアレイと結合される。

さらに、ＩＣモジュールは、システム１００の２つ以上のサブシステム間でエネルギーを交換するように構成されることができる。図１０Ｃは、ＩＣモジュールによって相互接続される、第１のサブシステム１０００－１と、第２のサブシステム１０００－２とを伴う、システム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。具体的には、それぞれ、サブシステム１０００－１は、システムＩ／ＯポートＳＩＯ１、ＳＩＯ２、およびＳＩＯ３を用いて、３相電力ＰＡ、ＰＢ、およびＰＣを第１の負荷（図示せず）に供給するように構成される一方、サブシステム１０００－２は、システムＩ／ＯポートＳＩＯ４、ＳＩＯ５、およびＳＩＯ０６を用いて、３相電力ＰＤ、ＰＥ、およびＰＦを第２の負荷（図示せず）に供給するように構成される。例えば、サブシステム１０００－１および１０００－２は、ＥＶの異なるモータのための電力を供給する、異なるパックとして、または異なるマイクログリッドのための電力を供給する、異なるラックとして、構成されることができる。

本実施形態では各モジュール１０８ＩＣは、第１のサブシステムのアレイ１０００－１（ＩＯポート１を介して）および第１のサブシステムのアレイ１０００－２（ＩＯポート２を介して）と結合され、各モジュール１０８ＩＣは、図３Ｃのモジュール１０８Ｃに関して説明されるように、各モジュール１０８ＩＣのエネルギー源２０６と結合される、Ｉ／Ｏポート３および４を用いて、相互のモジュール１０８ＩＣと電気的に接続されることができる。本接続は、モジュール１０８ＩＣ－１、１０８ＩＣ－２、および１０８ＩＣ－３の源２０６を並列に設置し、したがって、モジュール１０８ＩＣによって貯蔵および供給される、エネルギーは、本並列配列によって、ともにプールされる。直列接続等の他の配列も、使用されることができる。モジュール１０８ＩＣは、サブシステム１０００－１の共通エンクロージャ内に格納されるが、しかしながら、相互接続モジュールは、共通エンクロージャの外部にあって、両方のサブシステム１０００の共通エンクロージャ間に独立エンティティとして物理的に位置することができる。

各モジュール１０８ＩＣは、図１０Ｂに関して説明されるように、ＩＯポート１と結合される、スイッチユニット６０４－１と、Ｉ／Ｏポート２と結合される、スイッチユニット６０４－２とを有する。したがって、サブシステム１０００間の平衡（例えば、パック間またはラック間平衡）のために、特定のモジュール１０８ＩＣは、比較的に多くのエネルギーを、それに対してそれが接続される、２つのアレイの一方または両方に供給することができる（例えば、モジュール１０８ＩＣ－１は、アレイ７００－ＰＡおよび／またはアレイ７００－ＰＤに供給することができる）。制御回路網は、本明細書に説明される同一ラックまたはパックの２つのアレイ間の非平衡の補償と同一様式で、異なるサブシステムのアレイの相対的パラメータ（例えば、ＳＯＣおよび温度）を監視し、ＩＣモジュールのエネルギー出力を調節し、異なるサブシステムのアレイまたは位相間の非平衡を補償することができる。全３つのモジュール１０８ＩＣは、並列であるため、エネルギーは、システム１００のあらゆるアレイ間で効率的に交換されることができる。本実施形態では、各モジュール１０８ＩＣは、２つのアレイ７００に供給するが、他の構成も、システム１００の全てのアレイのための単一ＩＣモジュールおよびアレイ７００毎に１つの専用ＩＣモジュールを伴う構成（例えば、６つのアレイのための６つのＩＣモジュールであって、各ＩＣモジュールは、１つのスイッチユニット６０４を有する）を含め、使用されることができる。あらゆる場合において、複数のＩＣモジュールを用いて、エネルギー源は、本明細書に説明されるように、エネルギーを共有するように、並列にともに結合されることができる。

位相間にＩＣモジュールを伴うシステムでは、相間平衡も、上記に説明されるように、中立点シフト（またはコモンモード注入）によって実施されることができる。そのような組み合わせは、より広い動作条件範囲下で、よりロバストかつ柔軟な平衡を可能にする。システム１００は、その下で中立点シフトのみ、相間エネルギー注入のみ、または両方の組み合わせを同時に用いて、相間平衡を実施すべき、適切な状況を決定することができる。

ＩＣモジュールはまた、電力を１つ以上の補助負荷３０１（源２０６と同一電圧で）および／または１つ以上の補助負荷３０２（源３０２から逓減された電圧で）に供給するように構成されることができる。図１０Ｄは、相間平衡を実施し、補助負荷３０１および３０２に供給するように接続される、２つのモジュール１０８ＩＣを伴う、３相システム１００Ａの例示的実施形態を描写するブロック図である。図１０Ｅは、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２に協調が置かれた、システム１００の本例示的実施形態を描写する概略図である。ここでは、制御回路網１０２は、再び、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として実装される。ＬＣＤ１１４は、監視データ（例えば、ＥＳ１のＳＯＣ、ＥＳ１の温度、ＥＳ１のＱ、補助負荷３０１および３０２の電圧等）をモジュール１０８ＩＣから受信し、本明細書に説明されるように、システム制御において使用するために、本および／または他の監視データをＭＣＤ１１２に出力することができる。各モジュール１０８ＩＣは、そのモジュールによって供給されている、負荷３０２毎に、スイッチ部分６０２Ａ（または図６Ｃに関して説明される６０２Ｂ）を含むことができ、各スイッチ部分６０２は、独立して、またはＭＣＤ１１２からの制御入力に基づいてのいずれかにおいて、ＬＣＤ１１４によって、負荷３０２のための必要電圧レベルを維持するように制御されることができる。本実施形態では、各モジュール１０８ＩＣは、一緒に接続され、１つの負荷３０２に供給する、スイッチ部分６０２Ａを含むが、それは、要求されるものではない。

図１０Ｆは、モジュール１０８ＩＣ－１、１０８ＩＣ－２、および１０８ＩＣ－３を用いて、電力を１つ以上の補助負荷３０１および３０２に供給するように構成される、３相システム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１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２は、図１０Ｄ－１０Ｅに関して説明されるものと同一様式で構成される。モジュール１０８ＩＣ－３は、単純補助役割において構成され、電圧または電流をシステム１００の任意のアレイ７００の中に能動的に注入しない。本実施形態では、モジュール１０８ＩＣ－３は、図３Ｂのモジュール１０８Ｃのように構成され、１つ以上の補助スイッチ部分６０２Ａを伴うが、スイッチ部分６０１を省略する、コンバータ２０２Ｂ、Ｃ（図６Ｂ－６Ｃ）を有することができる。したがって、モジュール１０８ＩＣ－３の１つ以上のエネルギー源２０６は、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２のものと並列に相互接続され、したがって、システム１００の本実施形態は、補助負荷３０１および３０２に供給するため、およびモジュール１０８ＩＣ－３の源２０６との並列接続を通して、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２の源２０６Ａ上の充電量を維持するために、追加のエネルギーを用いて構成される。

各ＩＣモジュールのエネルギー源２０６は、本システムの他のモジュール１０８－１－１０８－Ｎの源２０６と同一電圧および容量にあることができるが、それは、要求されるものではない。例えば、比較的に高い容量が、１つのモジュール１０８ＩＣがエネルギーを複数のアレイ７００（図１０Ａ）に印加し、ＩＣモジュールが位相アレイ自体のモジュールと同一率で放電することを可能にする、実施形態では、望ましくあり得る。モジュール１０８ＩＣがまた、補助負荷に供給する場合、さらにより多くの容量は、ＩＣモジュールが、補助負荷に供給し、他のモジュールと比較的に同一率で放電することの両方を可能にするように、所望され得る。

図１Ａ－１０Ｆに関して説明される前述の実施形態は、システム１００のための冷却システムおよび除去可能かつ交換可能モジュールを有する用途内のシステム１００の実装に関する以下の実施形態の全てと併用されることができる。
（冷却システムの例示的実施形態）

動作の間、システム１００によって発生させられる熱の量は、有意であり得るため、多くの場合、システム１００の種々の要素および／または冷却を要求するＥＶのモータおよび任意の他の要素と近接して冷却剤を循環させる機能を有する、冷却システムを提供することが必要である。図１１Ａは、冷却配列１１００の実施例を描写し、冷却剤が、ポンプ１１０１によって、配列１１００の種々の要素を通して圧送される。冷却剤は、最大冷却要件を伴うコンポーネントが、最初に要求され、より緩和した熱要件を伴うものが、最後に冷却されるように、循環することができる。例えば、本実施形態では、ポンプ１１０１は、最初に、冷却剤を、２０～３０℃の比較的に低温における冷却剤を要求し得る、バッテリモジュール２０６に、次いで、最大４０または５０℃の比較的に高い温度における冷却剤を要求し得る、モジュール１０８の電力コンバータ２０２および制御（例えば、ＬＣＤ１１４）電子機器１１０４に、最後に、６０℃未満のさらにより高い温度における冷却剤を要求し得る、１つ以上のモータ１１０６に循環させる。これらのコンポーネントに近接近して循環し、それらを冷却後、冷却剤は、熱交換器１１０８を通して進むことができ、そこで、その温度は、バッテリモジュール２０６の要件に近い温度まで戻るように下げられ、その時点で、ポンプ１１０１を通して循環され、ループは、繰り返される。

本明細書に説明されるサブシステム１０００のうちの１つ以上のものは、共通エンクロージャ内に実装されることができる。共通エンクロージャ内に含まれるエネルギー貯蔵システムは、多くの場合、パック、例えば、バッテリパックと称される。図１１Ｂは、システム１００の１つ以上のサブシステムのための共通エンクロージャ１１１０の実施例を描写する。共通エンクロージャ１１１０は、１つ以上のサブシステムのモジュール１０８のそれぞれを含み、また、存在する、任意の相互接続モジュールを含むことができる。エネルギー源、エネルギーバッファ、コンバータの電力電子機器（切り替え回路網）、制御電子機器、およびモジュールの任意の他のコンポーネントは、共通エンクロージャ１１１０内に含まれるであろう。例えば、バッテリモジュール２０６が、底部に位置し、関連付けられる電力コンバータおよび制御電子機器１１０４が、エンクロージャ内のバッテリの上方に位置する、図１１Ｅを参照されたい。共通エンクロージャ１１１０は、基部等の底部エンクロージャ１１１２と、蓋等の対向する上部エンクロージャ１１１１とを含むことができ、上部および底部エンクロージャは両方とも、冷却剤をエンクロージャ１１１１および１１１２のそれらの側面を通して循環させ、モジュール１０８を冷却するための１つ以上の導管を含むことができる。示されるように、ここでは、ポンプ３０１からの冷却剤は、底部エンクロージャ１１１２に循環されることができ、そこで、それは、上部エンクロージャ１１１１に関して示されるもののように、導管ネットワーク１１１４を通して通過し、したがって、バッテリに近接して通過し、冷却をそれらに提供する。冷却剤は、底部エンクロージャ１１１２から退出し、上部エンクロージャ１１１１に通過し（エンクロージャ１１１０の外部の導管を通して、またはエンクロージャ１１１０の側面もしくはその中における導管を介してのいずれかにおいて）、導管ネットワーク１１１４を通して循環することができ、そこで、それは、モジュールの電子機器に近接して通過し、それらを冷却する。冷却剤は、次いで、上部エンクロージャ１１１１から退出することができ、そこで、それは、モータ１１０６等の本システムの次のコンポーネントに進むことができる。

いくつかの実施形態では、最初に、バッテリを冷却し、次いで、続いて、電子機器を冷却せずに、エンクロージャ１１１１の上部のみを通して、冷却剤を提供し、モジュール１０８の全ての側面を冷却することが可能である。図１１Ｃは、例示的配列３２０を描写し、冷却剤が、ポンプ３０１からモジュール３２０に循環され、そこで、それがバッテリおよび関連付けられる電子機器の両方を同時に冷却し、次いで、モータ１１０６および熱交換器１１０８に通過する。図１１Ｄは、図１１Ｂのものに類似するが、冷却剤が、上部エンクロージャ内の導管ネットワーク１１１４のみを通して通過する、例示的実施形態を描写する。

図１１Ｅは、エンクロージャ１１１０内のモジュールのための例示的レイアウトを示す、斜視図である。ここでは、各モジュールは、そのコンバータに隣接する、バッテリとして示される（例えば、第１のモジュールは、バッテリ－１およびコンバータ－１の組み合わせ等である）。上部エンクロージャ１１１１のみが、ここに示され、エンクロージャ１１１０の側面および底部ならびに上部エンクロージャ内の導管ネットワークは、明確にするために省略される。本実施例では、コンバータは、バッテリの上方に設置され、冷却剤は、バッテリからの熱が、コンバータを通して、上部エンクロージャ１１１１に上向きに通過し、そこで、それが、循環する冷却剤を通して除去されるように、コンバータの上方の上部エンクロージャ１１１１を通して流れる。逆構成も、実装されることができ、コンバータは、底部に設置され、バッテリは、コンバータの上方に設置され、熱は、再び、図１１Ｅに従って、上部エンクロージャを通して、または図１１Ｂに従って、底部および上部の両方を通して、抽出される。さらに別の実施形態では、コンバータおよびバッテリは、図１１Ｅに示されるように、または逆構成において、配列されることができるが、冷却剤は、底部エンクロージャのみを通して通過されることができる。さらに別の実施形態では、コンバータおよびバッテリは、横並に設置されることができ、冷却剤は、上部および／または底部エンクロージャを通して循環されることができる。全ての前述の変形例は、冷却剤がまた、エンクロージャの上部、底部、および／または側壁内の導管ネットワークを通して通過させる状態でも実装されることができる。

図１１Ｆは、コンバータおよび制御電子機器１１０８がバッテリ２０６の上方に位置付けられる、例示的実施形態の断面である。本実施形態は、上部エンクロージャ１１１１内の導管１１１４に関して説明されるであろうが、本実施形態の特徴は同様に、説明されるように、エンクロージャの底部またはエンクロージャの側面内を通過する導管１１１４にも適用されることができる。図１１Ｆでは、コンバータおよび制御システムの電子機器１１０８は、電子機器筐体１１２２内に含まれる。電子機器１１０８は、種々のコンポーネント間を通過する電気接続を提供する、印刷回路基板（ＰＣＢ）または絶縁金属基板（ＩＭＳ）ボード等の１つ以上の基板１１２４上に搭載される。ＰＣＢまたはＩＭＳは、電子機器が上下逆方式で搭載されるように、電子機器１１０８の上方に配向される。バッテリ２０６は、筐体１１２２の下に位置し、底部エンクロージャであり得る、基部１１２６上に静置する。バッテリ２０６は、バッテリの上部上に位置する、正および負の端子１１２８を有する。電気接続１１３０は、切り替えのために、端子１１２８から、筐体１１２２（または代替として、その外部）を通して、ＰＣＢまたはＩＭＳおよび／またはコンバータ電子機器まで延在する。ＰＣＢまたはＩＭＳは、高度に熱伝導率材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または鋼鉄から成る、ヒートシンクプレート１１３２に直に隣接して位置する。

上部エンクロージャ１１１１は、図１１Ｂおよび１１Ｄに関して説明される、冷却剤１１３６のための導管１１１４を含む。導管１１１４は、高度に熱伝導率材料、例えば、アルミニウム、銅、または鋼鉄から成り、ここで描写されるように、多角形断面を伴って成形されることができるが、楕円形または円形または丸みを帯びた形状と多角形形状の組み合わせ等の他の形状も、使用されることができる。導管１１１４は、導管に対応する形状を有する、上部エンクロージャ１１１１内のチャネル１１２０の中に位置することができる。例えば、導管１１１４が、多角形断面を有する場合、チャネル１１２０も、多角形断面を有し、導管１１１４がその中に位置することを可能にすることができる。上部エンクロージャ１１１１はまた、高度に熱伝導率材料、例えば、アルミニウム、銅、または鋼鉄から成ることができる。チャネル１１２０は、上部エンクロージャ１１１１の中に機械加工またはエッチングされることができ、導管１１１４は、その中に締まり嵌めされることができる。

ここで示されるように、導管１１１４の２つの区分が、システム１００の特定のモジュール１０８にわたって通過する。所望に応じて、インターフェース層１１３４が、導管１１１４の底部表面とヒートシンク１１３２の上部表面との間に存在することができる。インターフェース層１１３４は、高熱伝導率と、ヒートシンク１１３２と導管１１１４の底部表面（ならびに上部エンクロージャ１１１１の底部表面）との間の持続的かつ耐久性のある接触を形成するための変形性または弾性度とを伴う、材料であることができる。インターフェース層１１３４は、上部エンクロージャ１１１１より比較的に薄くあることができ、ヒートシンク１１３２およびインターフェース層１１３４は、例えば、熱伝導率ポリマーから成ることができる。

本実施形態では、導管１１１４は、１つのモジュールにわたって通過するように示されるが、しかしながら、導管１１１４のレイアウトの密度は、用途の熱要件に基づいて変動するであろう。好ましくは、少なくとも１つの導管１１１４が、各モジュールにわたって通過するが、それは、要求されるものではない。１つの導管１１１４は、２つ以上のモジュールによって共有されることができる。導管１１１４は、モジュールの中心にわたって配索されることができる、または図１１Ｆに描写されるように、モジュールの側面から約３分の１の距離にあることができる、もしくは別様であることができる。

図１１Ｆに関して説明される構成は、エンクロージャ１１１０の上部エンクロージャのみを使用して、本明細書に説明される実施形態のための確実な冷却を遂行することができる。述べられたように、類似配列は、導管１１１４が、バッテリの底部に隣接する、または第２のインターフェース層によって、バッテリの底部から分離されるように、エンクロージャ１１１０の側面に沿って、および／またはエンクロージャ１１１０の底部に沿って、設置されることができる。
（除去可能かつ交換可能モジュールの例示的実施形態）

本明細書に説明される例示的トポロジは、各モジュール１０８のエネルギー源２０６が、ＥＶ内のその場所から除去され、置換されることを可能にするように構成されることができる。本除去可能かつ交換可能能力は、比較的に低充電量である、バッテリ（または他のエネルギー源）を、比較的に高充電量のものと迅速かつ便宜的に置換するために使用され、したがって、潜在的に、ＥＶを充電するために必要な時間を大幅に低減させることができる。そのような能力は、車隊運用（例えば、ライドシェア、配達、またはレンタカー）等、ＥＶが１日を通して長期間にわたって利用される、環境のために有利である。

図１２Ａおよび１２Ｂは、交換可能バッテリ（または他の源）能力を有する、ＥＶ１２００の例示的実施形態を描写する。本実施形態では、ＥＶの各側（左および右）は、ＥＶの動作の間は、閉鎖され、システム１００の種々のバッテリを保持する空間１２０２へのアクセスを可能にするために開放される、合計１つのバッテリアクセスパネルまたはドアを有する。バッテリは、さらに本明細書に詳細に説明されるであろうように、バッテリが、比較的に長い長さと、比較的に低い高さとを有するように、細長い形状因子を有することができる。低い高さは、ＥＶ１２００の全体的高さを有意に追加せずに、任意の助手席または運転手席がバッテリおよびそのモジュールの上方に設定され得るように、バッテリが、シャーシの底部に沿って、設置されることを可能にする。図１２Ａは、合計１つのバッテリアクセスドアが閉鎖されている、ＥＶ１２００を描写し、図１２Ｂは、この場合、持ち上げられた位置において、バッテリアクセスドア１２０１が開放されている、ＥＶ１２００を描写する。合計１つのバッテリアクセスドアを開放することは、バッテリアクセス空間１２０２を暴露させ、そこから、各バッテリが、除去され、別の（またはある場合には、充電もしくは修理後、同一バッテリ）と置換されることができる。

図１２Ａ－１２Ｂおよびまた下記に説明される図１３Ａの実施形態では、各バッテリは、複数の電池を有する、バッテリモジュール（ＢＭ）として構成される。モジュール式エネルギーシステムは、ＥＶ１２００の異なる電気モータに給電するための複数のサブシステムを含む。各バッテリモジュールは、その中にそれが常駐する、サブシステム、その中にそれが常駐する、アレイの位相、およびその中にバッテリモジュールを格納するモジュールが常駐する、アレイのレベルに対して参照される。例えば、第１のサブシステムに関連付けられるバッテリモジュール、第１のサブシステムの位相Ａのためのアレイ、およびアレイのレベル２内のモジュール（例えば、モジュール１０８－２）は、ＢＭ１Ａ２（バッテリモジュール、サブシステム１、位相Ａ、レベル２）と称される。本明細書に説明される実施形態のいずれかに従って構成される、相互接続モジュール１０８ＩＣに関連付けられる、バッテリモジュールは、相互接続モジュール（ＩＣ）、それを通してそれがアクセス可能である、バッテリアクセスドア１２０１（左のためのＬ、右のためのＲ）、および相互接続モジュールの数（例えば、１、２、３）としてのそのステータスによって参照される。例えば、車両の左側からアクセス可能な第３の相互接続モジュールの一部である、バッテリモジュールは、ＢＭＩＣＬ３と称される。図１３Ａのコンバータ（Ｃ）は、類似方式で参照される。

図１３Ａは、その中にシステム１００を伴う、ＥＶ１２００の例示的実施形態の断面の上下図である。本実施形態では、ＥＶ１２００は、４つのホイール内モータ１－４を含む。バッテリアクセスドア１２０１が、左および右に示される。システム１００は、図１３Ｂに関して説明されるものに類似する、電気配列に構成される。本実施形態では各モータは、それぞれ、３つのモジュール１０８をその中に有する３つのアレイによって給電される。システム１００は、各アレイ内の任意の数のモジュールＮのために構成されることができ、Ｎは、２つ以上の。ここでは、各モジュールは、コンバータと結合される、バッテリモジュールによって表され、他のコンポーネントは、示されない。コンバータは、モジュールに関連付けられる、全ての電子機器（そのモジュールのためのローカル制御デバイス１１４を含む）を含むことができる。例えば、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）等のバッテリに特有の電子機器は、バッテリモジュールとともに位置することができる。モジュール間の電力接続は、ＥＶ１２００の中心領域に示される。これらの接続は、絶縁されたバスバーとともに実装されることができる。絶縁されたバスバーは、ここで示されるように、コンバータの内側に沿って、コンバータの底部に沿って、コンバータの上部に沿って、またはそれらの任意の組み合わせで配列され、電力を効率的に輸送することができる。図示されないが、モジュール間およびマスタ制御デバイス１１２とのデータ通信も、存在する。

また、示されるものは、６つのＩＣモジュール１０８ＩＣである。相互接続モジュールＩＣＬ１、ＩＣＬ２、およびＩＣＬ３は、モータ１および２に供給する、サブシステムを相互接続する一方、相互接続モジュールＩＣＲ１、ＩＣＲ２、およびＩＣＲ３は、モータ３および４に供給する、サブシステムを相互接続する。相互接続モジュールは、補助負荷（図示せず）に供給し、相間平衡を実施するために使用されることができる。

図１４Ａは、バッテリモジュール２０６およびモジュール電子機器のための筐体１４０２の例示的実施形態を描写する斜視図である。バッテリモジュール２０６は、任意の標準的動作電圧（例えば、２４Ｖ、４８Ｖ、６０Ｖ等）を伴って構成され、細長い形状因子を有することができる。ここに示される長寸法（長さ）は、１８インチを上回り得る一方、幅および高さは、６インチまたはそれ未満であり得る。他の実施形態では、長さは、幅の少なくとも２倍である、幅の少なくとも３倍である、幅の少なくとも４倍である、または幅の少なくとも５倍であることができる。本実施形態では、幅は、高さの約２分の１である。筐体１４０２は、バッテリモジュール２０６のコンバータおよび他の電子機器（例えば、エネルギーバッファ２０４、ＬＣＤ１１４）との電気接続の中へのスライド運動を誘導し得る、ガイドレール１４０４に取り付けられる。バッテリモジュール２０６は、ここに示されるように、正の端子１４１１と、反対側の負の端子（図示せず）とを有する。配向は、実施形態に応じて、逆転されることができる。正および負の端子の両方が同一側上に位置する（筐体１４０２に面する）、別の構成も、図１４Ｆに示されるように、実装されることができる。バッテリモジュール２０６はまた、データ接続（図示せず）を有し、充電および温度情報等のバッテリについての情報を搬送し、本データ接続は、筐体１４０２上のＢＭＳとして標識される、電気コネクタと噛合することができる。バッテリモジュール２０６は、筐体１４０２内の電子機器との係止および接続位置に掛止または係止されることができる。図１４Ａは、パネルの形態における、保護レール１４０４に対して係回し得る、ラッチ機構１４０６の一例示的実施形態を描写する。パネルは、バッテリの正の端子１４１１と接続し得る、電力コネクタ１４０８（＋）を含む。別の電力コネクタ１４０９（－）は、ＢＭＳポートの下に示され、本コネクタは、バッテリモジュール２０６上の負の端子と噛合することができる。

図１４Ｄは、筐体１４０２内の電子機器との電気接触するように（またはそれから外れるように）スライドされているプロセス中のバッテリモジュール２０６を描写する。図１４Ｅは、電子機器と接触するように完全に前進された後の、かつラッチ機構１４０６が、バッテリモジュール２０６の正の端子との電気接続を形成する、係止位置まで持ち上げられた後の、バッテリモジュール２０６を描写する。本接続からの電力は、保護レール１４０４の底部側に沿って、反対端の電子機器まで送流されることができる。図１４Ｅの位置では、バッテリモジュール２０６は、筐体１４０２に対して固着位置にあり、バッテリ２０６と筐体１４０２内の電子機器との間の全ての電気接続が、成されている。バッテリモジュール２０６は、ＥＶの動作の間、図１４Ｅに描写される位置にあるであろう。

完全または部分的に放電された、バッテリモジュール２０６を除去するために、ＥＶのバッテリアクセスドア１２０１が、開放されることができ、そのバッテリモジュール２０６のためのラッチ機構１４０６は、開放されることができ、バッテリモジュール２０６は、保護レール１４０４に沿って、電子機器との電気接触から外れるようにスライドされ、ＥＶ１２００から開放バッテリアクセスドア１２０１を通して除去されることができる。このように、全てのモジュールの全てのバッテリモジュール２０６は、数分足らず（例えば、５分またはそれ未満）のうちに、除去され、間断なく置換され、低充電量であるＥＶ１２００を高充電量または完全に充電されたものに変換することができる。

図１４Ｂは、ＢＭＳと、電力コネクタ１４０９（－）ポートとを有する、反対側の筐体１４０２の端部を描写する端面図である。ここに示されるものは、情報を筐体１４０２内のローカル制御デバイス１１４（図示せず）におよびそこから交換するための制御およびデータポートである。本制御およびデータポートからの情報は、システム１００の他のモジュールおよびマスタ制御デバイス１１２（図示せず）にルーティングされることができる。また、示されるものは、システム１００内のモジュールの位置に応じた、システム１００の他のコンポーネントへの接続（例えば、他のモジュールまたはモータへの接続）のための電力接続ポート１および２である。例えば、図３Ａ－３Ｃのモジュール１０８Ａ－１０８ＣのＩＯポート１および２を参照されたい。

図１４Ｃは、相互接続モジュール筐体１４０２の端部を描写する端面図である。相互接続モジュール１０８ＩＣは、図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｅ、および１４Ｆに関して説明されるものと略同一であるが、電力を他の相互接続モジュール１０８ＩＣならびに補助負荷３０１および３０２（例えば、図１３Ｂ）に供給するための追加の電力接続ポート３、４、５、および／または６（例えば、図３Ｃのモジュール１０８ＣのＩＯポート３－６）を伴って、構成されることができる。

図１４Ａ－１４Ｆに関して説明される、種々のデータおよび電力接続ポートは、任意の所望の方式で実装されることができる。例えば、バッテリモジュール２０６上のポートは、筐体１４０２およびラッチ機構１４０６上の対応するメス型ポートに結合するように設計される、オス型ポートとして、またはその逆として構成されることができる。図１４Ｂおよび１４Ｃに示されるＩＯポートの各々は、データおよび／または電力を筐体１４０２におよびそこから搬送するためのバスバーまたは他のコネクタに結合するように設計される、オス型またはメス型ポートとして実装されることができる。

それに限定されないが、本実施形態は、ユニバーサルＥＶプラットフォームを有する電気自動車と併用されることができ、これは、エネルギー貯蔵システムおよび１つ以上のモータがそこに取り付けられる、伝動機構、駆動列を伴わない、ホイール内モータ、または組み合わせを含む。ユニバーサルＥＶプラットフォームは、自動化された無運転手席および助手席本体（例えば、自動配達サービスのための低電圧用途）、重い負荷の移送を要求しない（したがって、中程度または中電圧要件を有する）、少なくとも１つの助手席または運転席を搬送する用途において使用するための中サイズ本体（例えば、セダンまたはクーペもしくはスポーツカー）、および運転手席を伴う移動する複数の乗車および／または大負荷のための（したがって、比較的に高電圧電力要件を要求する）、大サイズ本体（例えば、旅客バス、貨物の搬送等）等、特定の用途に応じて、任意の数のＥＶ本体に取り付けられる、それと噛合される、または別様に、それと統合され得る、ＥＶの基部フレームまたはシャーシであることができる。

本主題の種々の側面が、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性に強調をおいて、これまでの説明された実施形態の精査において、および／またはその補完として、下記に記載される。換言すると、強調が、実施形態の各特徴が、別様に明示的に述べられない、または教示されない限り、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実に置かれる。

多くの実施形態では、電力を負荷に供給するように制御可能であるモジュール式エネルギーシステムが、提供され、本システムは、一緒に接続され、第１の出力電圧の重ね合わせを含む、ＡＣ電圧信号を各モジュールから出力する、複数のモジュールであって、各モジュールは、エネルギー源と、エネルギー源に接続され、第１の出力電圧をエネルギー源から発生させるように構成されたコンバータ電子機器とを含む、複数のモジュールと、複数のモジュールのためのエンクロージャであって、エンクロージャは、冷却剤を通し、複数のモジュールを冷却するように構成されている、エンクロージャとを含む。

いくつかの実施形態では、エンクロージャは、冷却剤を通すように構成された導管区分を含む。エンクロージャは、導管区分の形状に対応した形状を有するチャネルを含むことができ、導管区分は、チャネル内に位置する。導管区分は、チャネル内に締まり嵌めされることができる。複数のモジュールのうちの第１のモジュールは、コンバータ電子機器を基板上に搭載させることができ、基板は、導管区分と第１のモジュールのコンバータ電子機器との間に位置付けられることができる。基板およびコンバータ電子機器は、第１のモジュールのエネルギー源と導管区分との間に位置付けられることができる。本システムはさらに、導管区分と基板との間に位置付けられたヒートシンクを含むことができる。本システムはさらに、導管区分とヒートシンクとの間に位置付けられたインターフェース層を含むことができる。インターフェース層は、変形可能であることができる。導管区分は、インターフェース層と接触することができ、インターフェース層は、ヒートシンクと接触することができ、ヒートシンクは、基板と接触することができる。複数のモジュールの各々は、コンバータ電子機器を基板上に搭載させることができ、基板は、導管区分と各モジュールのコンバータ電子機器との間に位置付けられることができる。

いくつかの実施形態では、エンクロージャは、第１の基部区分と、基部区分と向かい合う第２の区分と、側壁区分とを含む。導管区分は、第１の基部区分、第２の区分、および側壁区分のうちの少なくとも１つの中にあることができる。第２の区分は、エンクロージャの蓋であることができ、導管区分は、蓋内にある。

多くの実施形態では、電気自動車のモジュール式エネルギーシステムを冷却する方法が、提供され、本方法は、冷却剤がモジュール式エネルギーシステムのモジュールを冷却するように、モジュール式エネルギーシステムと近接して冷却装置を通して、冷却剤を圧送するステップと、次いで、ＥＶのモータと近接して冷却剤を圧送し、モータを冷却するステップと、次いで、熱交換器を通して冷却剤を圧送し、冷却剤を冷却するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、冷却装置を通して冷却剤を圧送するステップは、モジュール式エネルギーシステムのモジュールの少なくとも１つのバッテリと近接して冷却剤を圧送し、少なくとも１つのバッテリを冷却するステップと、次いで、モジュールの電子機器と近接して冷却剤を圧送し、電子機器を冷却するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、冷却装置を通して冷却剤を圧送するステップは、モジュール式エネルギーシステムのエンクロージャの区分を通して、冷却剤を圧送するステップを含む。区分は、基部区分、基部区分と向かい合う第２の区分、および側壁区分のうちの少なくとも１つであることができる。

いくつかの実施形態では、冷却装置を通して冷却剤を圧送するステップは、モジュール式エネルギーシステムのエンクロージャの基部区分を通して、次いで、基部区分と向かい合うエンクロージャの第２の区分を通して、冷却剤を圧送するステップを含む。モジュール式エネルギーシステムのモジュールのバッテリは、基部区分に隣接して位置することができ、モジュール式エネルギーシステムのモジュールの電子機器は、第２の区分に隣接して位置することができる。冷却装置を通して冷却剤を圧送するステップは、基部区分、第２の区分、および側壁区分のうちの１つのみを通して冷却剤を圧送するステップを含むことができる。

多くの実施形態では、電力を電気自動車のモータに供給するように制御可能なモジュール式エネルギーシステムが提供され、本システムは、少なくとも３つのアレイを含み、各アレイは、一緒に接続され、各モジュールからの第１の出力電圧の重ね合わせを備えている、ＡＣ電圧信号を出力する、複数のモジュールを備え、各モジュールは、エネルギー源と、エネルギー源から第１の出力電圧を発生させるように構成されたコンバータ電子機器とを備え、３つのアレイによって出力されるＡＣ電圧信号は、３相電力をモータに供給し、エネルギー源は、コンバータ電子機器に解放可能に接続可能である。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、エネルギー源をコンバータ電子機器に解放可能に接続するように構成されたラッチ機構を含む。各モジュールは、コンバータ電子機器を保持するための筐体を含むことができる。筐体は、エネルギー源のためのガイドレールに結合されることができる。エネルギー源は、ガイドレールに沿ってスライド可能であることができる。

いくつかの実施形態では、エネルギー源は、幅、長さ、および高さを有し、長さは、幅の少なくとも２倍である。長さは、であることができる幅の少なくとも３倍である。長さは、であることができる幅の少なくとも４倍である。

いくつかの実施形態では、ラッチ機構は、エネルギー源をコンバータ電子機器に接続するための電力コネクタを含む。

いくつかの実施形態では、本システムは、エネルギー源と、コンバータとを含む、少なくとも１つの相互接続モジュールを含み、相互接続モジュールのコンバータは、アレイのうちの少なくとも２つに結合される。相互接続モジュールは、相互接続モジュールのコンバータを保持する筐体を含むことができ、筐体は、制御ポートと、コンバータをアレイのうちの少なくとも２つに結合するための少なくとも２つのコネクタと、エネルギー源または相互接続モジュールのコンバータを少なくとも１つの補助負荷に結合するための少なくとも２つのコネクタとを含む。

いくつかの実施形態では、エネルギー源は、バッテリモジュールである。各モジュールの筐体は、バッテリモジュールのバッテリ管理システムを筐体内に格納されたローカル制御デバイスに接続するためのコネクタを含むことができる。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、モジュールのコンバータを制御するための制御システムを含む。制御システムは、各アレイ内の相内平衡を制御するように構成されることができる。制御システムは、アレイを横断して相間平衡を制御するように構成されることができる。

多くの実施形態では、電気自動車が、提供され、電気自動車は、電気モータと、電気モータのための電力を供給するように、本明細書に説明される実施形態のいずれか、に従って構成されたモジュール式エネルギーシステムと、モジュール式エネルギーシステムのエネルギー源を覆っている第１の位置と、除去のためにエネルギー源を露出している第２の位置との間で移動するように構成されている、少なくとも１つのアクセスパネルとを含む。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのアクセスパネルは、旋回するように構成されたドアである。

多くの実施形態では、電気自動車のための電力を管理する方法が、提供され、電気自動車は、少なくとも３つのアレイを有するモジュール式エネルギーシステムを含み、各アレイは、カスケード接続方式において一緒に接続され、電気自動車のモータのためのＡＣ電圧信号を発生させる複数のモジュールを含み、各モジュールは、バッテリモジュールと、コンバータ電子機器とを含み、本方法は、第１のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置から除去することと、第２のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置の中に挿入することであって、第２のバッテリモジュールは、第１のバッテリモジュールより比較的に高い充電の状態を有する、こととを含む。

いくつかの実施形態では、第１のバッテリモジュールを除去することは、第１のバッテリモジュールを電気自動車内で係止された状態から係止解除することを含む。本方法はさらに、第２のバッテリモジュールを第１の位置に係止することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第１のバッテリモジュールを除去することに先立って、電気自動車のアクセスパネルを、第１のバッテリモジュールを覆っている閉鎖位置から、第１のバッテリモジュールを露出している開放位置に移動させることを含むことができる。アクセスパネルは、助手席ドアの下にあることができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、全てのバッテリモジュールを電気自動車から除去し、除去されたバッテリモジュールより比較的に高い充電の状態を有する異なるバッテリモジュールを挿入することを含む。

いくつかの実施形態では、第１のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置から除去することは、第１のバッテリモジュールを、第１のバッテリモジュールに関連付けられた第１のコンバータ電子機器との電気接触から除去することを含む。第２のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置の中に挿入することは、第２のバッテリモジュールを第１のコンバータ電子機器と電気接触するように挿入することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第１のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置から除去することは、第１のバッテリモジュールをガイドレールに沿ってスライドさせることを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２のバッテリモジュールを電気自動車内の第１の位置の中に挿入することは、第２のバッテリモジュールをガイドレールに沿ってスライドさせることを含むことができる。

用語「モジュール」は、本明細書で使用されるように、より大きいシステム内の２つ以上のデバイスまたはサブシステムのうちの１つを指す。モジュールは、類似サイズ、機能、および物理的配列（例えば、電気端子、コネクタ等の場所）の他のモジュールと協働するように構成されることができる。同一機能およびエネルギー源を有するモジュールは、同一システム（例えば、ラックまたはパック）内の全ての他のモジュールと同じ（例えば、サイズおよび物理的配列）に構成されることができる一方、異なる機能またはエネルギー源を有するモジュールは、サイズおよび物理的配列が変動してもよい。各モジュールは、本システムの他のモジュールに対して物理的に除去可能かつ交換可能であり得るが（例えば、車上のホイールまたは情報技術（ＩＴ）ブレードサーバにおけるブレードのように）、それは、要求されるものではない。例えば、システムは、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得る。しかしながら、本明細書の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、メス型もしく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。

異なる参照番号表記が、本明細書で使用される。これらの表記は、本主題の説明を促進するために使用され、その主題の範囲を限定するものではない。概して、要素の属は、数、例えば、「１２３」を用いて参照され、その下位属は、数に添付される文字、例えば、１２３Ａまたは１２３Ｂを用いて参照される。文字が添付されない属の言及（例えば、１２３）は、属を全体として指し、全ての下位属を包含する。いくつかの図は、同一要素の複数の事例を示す。それらの要素は、「－Ｘ」フォーマットにおいて、数または文字が添付され得る、例えば、１２３－１、１２３－２、または１２３－ＰＡ．本－Ｘフォーマットは、要素が、各事例において、同じように構成されなければならないことを含意するものではなく、むしろ、図中の要素を参照するとき、区別を促進するために使用される。－Ｘ付属を伴わない属１２３の言及は、広義には、属内の要素の全ての事例を指す。

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。

処理回路は、各々が、離散または独立型チップである、もしく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、メモリ上に貯蔵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、同相ならびに直角位相）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（有線もしくは無線で）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、あらゆる通信信号は、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、ならびに／もしくは他の通信回路）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。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）、Ｊａｖａ（登録商標）Ｓｃｒｉｐｔ（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、ストレージ、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、もしくは（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内に常駐することができる。

本明細書に開示される実施形態が、メモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ可読媒体を含む、もしく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、ストレージ、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、ストレージ、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、ストレージ、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、ストレージ、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、貯蔵の持続性の観点から、もしくは別様に、メモリ、ストレージ、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、ストレージ、ならびに／もしく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）ならびに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、もしくは以下の説明が、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、全ての可能な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、ならびに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、もしくは追加され得る。

Claims (50)

1. 電力を負荷に供給するように制御可能であるモジュール式エネルギーシステムであって、前記システムは、
   ＡＣ電圧信号を出力するために一緒に接続された複数のモジュールであって、前記ＡＣ電圧信号は、各モジュールからの第１の出力電圧の重ね合わせを備え、各モジュールは、エネルギー源と、前記エネルギー源に接続されたコンバータ電子機器とを備え、前記コンバータ電子機器は、前記エネルギー源から前記第１の出力電圧を発生させるように構成されている、複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールのためのエンクロージャと
   を備え、
   前記エンクロージャは、冷却剤を通し、前記複数のモジュールを冷却するように構成されている、システム。
2. 前記エンクロージャは、前記冷却剤を通すように構成された導管区分を備えている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記エンクロージャは、前記導管区分の形状に対応した形状を有するチャネルを備え、前記導管区分は、前記チャネル内に位置している、請求項２に記載のシステム。
4. 前記導管区分は、前記チャネル内に締まり嵌めされている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールは、基板上に搭載された前記コンバータ電子機器を有し、前記基板は、前記導管区分と前記第１のモジュールの前記コンバータ電子機器との間に位置付けられている、請求項２に記載のシステム。
6. 前記基板およびコンバータ電子機器は、前記第１のモジュールのエネルギー源と前記導管区分との間に位置付けられている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記導管区分と前記基板との間に位置付けられたヒートシンクをさらに備えている、請求項５に記載のシステム。
8. 前記導管区分と前記ヒートシンクとの間に位置付けられたインターフェース層をさらに備えている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記インターフェース層は、変形可能である、請求項８に記載のシステム。
10. 前記導管区分は、前記インターフェース層と接触し、前記インターフェース層は、前記ヒートシンクと接触し、前記ヒートシンクは、前記基板と接触している、請求項８に記載のシステム。
11. 前記複数のモジュールの各々は、基板上に搭載された前記コンバータ電子機器を有し、前記基板は、前記導管区分と各モジュールの前記コンバータ電子機器との間に位置付けられている、請求項５に記載のシステム。
12. 前記エンクロージャは、第１の基部区分と、前記基部区分と向かい合う第２の区分と、側壁区分とを備えている、請求項２－９のいずれかに記載のシステム。
13. 前記導管区分は、前記第１の基部区分、前記第２の区分、および前記側壁区分のうちの少なくとも１つの中にある、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第２の区分は、前記エンクロージャの蓋であり、前記導管区分は、前記蓋の中にある、請求項１３に記載のシステム。
15. 電気自動車のモジュール式エネルギーシステムを冷却する方法であって、前記方法は、
    冷却剤が前記モジュール式エネルギーシステムのモジュールを冷却するように、前記モジュール式エネルギーシステムと近接して冷却装置を通して前記冷却剤を圧送することと、
    次いで、前記ＥＶのモータと近接して前記冷却剤を圧送し、前記モータを冷却することと、
    次いで、熱交換器を通して前記冷却剤を圧送し、前記冷却剤を冷却することと
    を含む、方法。
16. 前記冷却装置を通して冷却剤を圧送することは、
    前記モジュール式エネルギーシステムのモジュールの少なくとも１つのバッテリと近接して冷却剤を圧送し、前記少なくとも１つのバッテリを冷却することと、
    次いで、前記モジュールの電子機器と近接して冷却剤を圧送し、前記電子機器を冷却することと
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記冷却装置を通して冷却剤を圧送することは、前記モジュール式エネルギーシステムのエンクロージャの区分を通して、冷却剤を圧送することを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記区分は、基部区分、前記基部区分と向かい合う第２の区分、および側壁区分のうちの少なくとも１つである、請求項１７に記載の方法。
19. 前記冷却装置を通して冷却剤を圧送することは、前記モジュール式エネルギーシステムのエンクロージャの基部区分を通して、次いで、前記基部区分と向かい合う前記エンクロージャの第２の区分を通して、冷却剤を圧送することを含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記モジュール式エネルギーシステムのモジュールのバッテリは、前記基部区分に隣接して位置し、前記モジュール式エネルギーシステムの前記モジュールの電子機器は、前記第２の区分に隣接して位置している、請求項１９に記載の方法。
21. 前記冷却装置を通して冷却剤を圧送することは、前記基部区分、前記第２の区分、および前記側壁区分のうちの１つのみを通して冷却剤を圧送することを含む、請求項１７に記載の方法。
22. 電気自動車のモータに電力を供給するように制御可能なモジュール式エネルギーシステムであって、前記システムは、少なくとも３つのアレイを備え、各アレイは、ＡＣ電圧信号を出力するために一緒に接続された複数のモジュールを備え、前記ＡＣ電圧信号は、各モジュールからの第１の出力電圧の重ね合わせを備え、
    各モジュールは、エネルギー源と、前記エネルギー源から第１の出力電圧を発生させるように構成されたコンバータ電子機器とを備え、
    前記３つのアレイによって出力されるＡＣ電圧信号は、３相電力を前記モータに供給し、
    前記エネルギー源は、前記コンバータ電子機器に解放可能に接続可能である、システム。
23. 前記エネルギー源を前記コンバータ電子機器に解放可能に接続するように構成されたラッチ機構をさらに備えている、請求項２２に記載のシステム。
24. 各モジュールは、前記コンバータ電子機器を保持するための筐体を備えている、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記筐体は、前記エネルギー源のためのガイドレールに結合されている、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記エネルギー源は、前記ガイドレールに沿ってスライド可能である、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記エネルギー源は、幅、長さ、および高さを有し、前記長さは、前記幅の少なくとも２倍である、請求項２２－２６のいずれかに記載のシステム。
28. 前記長さは、前記幅の少なくとも３倍である、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記長さは、前記幅の少なくとも４倍である、請求項２７に記載のシステム。
30. 前記ラッチ機構は、前記エネルギー源を前記コンバータ電子機器に接続するための電力コネクタを備えている、請求項２３に記載のシステム。
31. 前記システムは、エネルギー源とコンバータとを備えている少なくとも１つの相互接続モジュールを備え、前記相互接続モジュールの前記コンバータは、前記アレイのうちの少なくとも２つに結合されている、請求項２２－３０のいずれかに記載のシステム。
32. 前記相互接続モジュールは、前記相互接続モジュールの前記コンバータを保持する筐体を備え、前記筐体は、制御ポートと、前記コンバータを前記アレイのうちの少なくとも２つに結合するための少なくとも２つのコネクタと、前記相互接続モジュールの前記エネルギー源または前記コンバータを少なくとも１つの補助負荷に結合するための少なくとも２つのコネクタとを備えている、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記エネルギー源は、バッテリモジュールである、請求項２４－３２のいずれかに記載のシステム。
34. 各モジュールの前記筐体は、前記バッテリモジュールのバッテリ管理システムを前記筐体内に格納されたローカル制御デバイスに接続するためのコネクタを備えている、請求項３３に記載のシステム。
35. 前記モジュールの前記コンバータを制御するための制御システムを備えている、請求項２２－３４のいずれかに記載のシステム。
36. 前記制御システムは、各アレイ内の相内平衡を制御するように構成されている、請求項３５に記載のシステム。
37. 前記制御システムは、前記アレイを横断して相間平衡を制御するように構成されている、請求項３６に記載のシステム。
38. 電気自動車であって、前記電気自動車は、
    電気モータと、
    前記電気モータのための電力を供給するように請求項２２－３７のいずれかに従って構成されたモジュール式エネルギーシステムと、
    少なくとも１つのアクセスパネルと
    を備え、
    前記少なくとも１つのアクセスパネルは、前記モジュール式エネルギーシステムのエネルギー源を覆っている第１の位置と、除去のために前記エネルギー源を露出している第２の位置との間で移動するように構成されている、電気自動車。
39. 前記少なくとも１つのアクセスパネルは、旋回するように構成されたドアである、請求項３８に記載の電気自動車。
40. 少なくとも３つのアレイを有するモジュール式エネルギーシステムを備えている電気自動車のための電力を管理する方法であって、各アレイは、カスケード接続方式において一緒に接続され、前記電気自動車のモータのためのＡＣ電圧信号を発生させる複数のモジュールを備え、各モジュールは、バッテリモジュールと、コンバータ電子機器とを備え、
    前記方法は、
    第１のバッテリモジュールを前記電気自動車内の第１の位置から除去することと、
    第２のバッテリモジュールを前記電気自動車内の前記第１の位置の中に挿入することと
    を含み、
    前記第２のバッテリモジュールは、前記第１のバッテリモジュールより比較的に高い充電の状態を有する、方法。
41. 前記第１のバッテリモジュールを除去することは、前記第１のバッテリモジュールを前記電気自動車内で係止された状態から係止解除することを含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記第２のバッテリモジュールを前記第１の位置に係止することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記第１のバッテリモジュールを除去することに先立って、前記第１のバッテリモジュールを覆っている閉鎖位置から、前記第１のバッテリモジュールを露出している開放位置に前記電気自動車のアクセスパネルを移動させることをさらに含む、請求項４０－４２のいずれかに記載の方法。
44. 前記アクセスパネルは、助手席ドアの下にある、請求項４３に記載の方法。
45. 全てのバッテリモジュールを前記電気自動車から除去し、前記除去されたバッテリモジュールより比較的に高い充電の状態を有する異なるバッテリモジュールを挿入することをさらに含む、請求項４０－４４のいずれかに記載の方法。
46. 前記第１のバッテリモジュールを前記電気自動車内の前記第１の位置から除去することは、前記第１のバッテリモジュールに関連付けられた第１のコンバータ電子機器との電気接触から前記第１のバッテリモジュールを除去することを含む、請求項４０－４５のいずれかに記載の方法。
47. 前記第２のバッテリモジュールを前記電気自動車内の前記第１の位置の中に挿入することは、前記第１のコンバータ電子機器と電気接触するように前記第２のバッテリモジュールを挿入することを含む、請求項４６に記載の方法。
48. 前記第１のバッテリモジュールを前記電気自動車内の前記第１の位置から除去することは、ガイドレールに沿って前記第１のバッテリモジュールをスライドさせることを含む、請求項４０－４７のいずれかに記載の方法。
49. 前記電気自動車内の前記第１の位置の中に前記第２のバッテリモジュールを挿入することは、前記第２のバッテリモジュールをガイドレールに沿ってスライドさせることを含む、請求項４０－４７のいずれかに記載の方法。
50. 前記モジュール式エネルギーシステムは、請求項２２－３７のいずれかに従って構成されている、請求項４０－４９のいずれかに記載の方法。

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