JP2023543834A - モジュールベースのカスケード式エネルギーシステム内の相内および相間平衡のためのシステム、デバイス、および方法 - Google Patents

Abstract

システム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、モジュール型エネルギーシステムの相内および相間平衡のために提供される。本実施形態は、様々なモジュール型カスケード式トポロジにおいて、様々な移動および定常用途で使用されることができる。本実施形態は、モジュールのために収集または決定されたステータス情報を表す、モジュールステータス値の発生を含むことができる。モジュールステータス値は、本システムによって平衡されることが模索される１つまたはそれを上回る動作特性に関連するため、各モジュールのステータスの中間の定量的表現であることができる。本中間の定量的表現は、次いで、モジュールのための変調指数の発生において使用されることができ、これは、次いで、本システムの制御および平衡のために、パルス幅変調等のより大きい制御技法の一部として使用されることができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その全体として、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、２０２０年９月３０日に出願された、米国仮出願第６３／０８５，６２８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、移動および定常用途において使用可能なモジュールベースのカスケード式エネルギーシステム内の相内および相間平衡のためのシステム、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（ＢＭＳ）とを含む。より精巧な能力またはある形態の高性能相互接続性を伴う電子機器が、欠如している。結果として、任意の監視または制御機能は、車載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有意義に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ことである。

ＥＶのための充電回路は、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に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が欠けているため、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、定常用途にも有意な程度まで適用される。これらおよび他の理由により、移動および定常用途のための改良されたシステム、デバイス、およびエネルギーシステムのための方法の必要性が存在する。

システム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、モジュール型エネルギーシステムの相内および相間平衡のために本明細書に提供される。例示的実施形態は、様々なモジュール型カスケード式トポロジにおいて、様々な移動および定常用途で使用されることができる。例示的実施形態は、モジュールのために収集または決定されたステータス情報を表す、モジュールステータス値の発生を含むことができる。モジュールステータス値は、本システムによって平衡されることが模索される１つまたはそれを上回る動作特性に関連するため、各モジュールのステータスの中間の定量的表現であることができる。本実施形態は、モジュールの動作特性の深刻度を分界するために、閾値を利用することができ、充電の状態および温度のような複数のそのような動作特性は、独立して、加重され、全体的モジュールステータスを表す、単一モジュールステータス値を発生させることができる。本中間の定量的表現は、次いで、モジュールのための変調指数の発生において使用されることができ、これは、次いで、本システムの制御および平衡のために、パルス幅変調等のより大きい制御技法の一部として使用されることができる。例示的実施形態はまた、アレイの全体的健全性の表現を発生させるために、モジュールステータス値の利用を有効にし、これは、次いで、相互接続モジュールからのコモンモード注入またはエネルギー注入等の相間平衡技法を使用して、相間平衡を実施する目的のために、システムの他のアレイと比較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、必ずしも縮尺通りではなく、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。また、全ての図示は、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、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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る、モジュール型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１Ｆ－１Ｇは、負荷および充電源と結合される、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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、モジュール型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畳によって発生される、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、モジュール型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９Ａ－９Ｂは、モジュール型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９Ｃは、モジュール型エネルギーシステムのための相内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９Ｄは、モジュール型エネルギーシステムのための相間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、多相モジュール型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ともに接続される、２つのサブシステムを有する、モジュール型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相モジュール型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相モジュール型エネルギー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。

詳細な説明
本主題が詳細に説明される前に、本開示が、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。また、本明細書で使用される専門用語は、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。
用途の実施例

定常用途は、モジュール型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つまたはそれを上回る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、エネルギーを貯蔵またはバッファする。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、定常用途の実施例は、限定ではないが、１つまたはそれを上回る居住構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つまたはそれを上回る産業構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つまたはそれを上回る商業用構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つまたはそれを上回る政府構造または場所によるまた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。定常用途は、多くの場合、グリッドおよびマイクログリッド、モータ、およびデータセンター等の負荷に供給する。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その中に位置し、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、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つのみの車輪または軌道を有するもの、２つのみの車輪または軌道を有するもの、３つのみの車輪または軌道を有するもの、４つのみの車輪または軌道を有するもの、および５つまたはそれを上回る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、自動車、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、トラム等）、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、特定の定常用途（例えば、グリッド、マイクログリッド、データセンター、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から１０６－Ｎを経由して、Ｎ個のコンバータ源モジュール１０８－１から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つまたはそれを上回るモジュール１０８が、使用されることができる（例えば、Ｎは、２を上回る、またはそれに等しい）。モジュール１０８は、図７Ａ－７Ｅに関してより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。図示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得る。システム１００はまた、充電源から受電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から受電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、電力を受電および貯蔵することができる。図１Ｇは、切替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からの電力の受電と負荷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））から受電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（ＬＣＤ）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（ＭＣＤ）１１２として実装される。各ＬＣＤ１１４－１から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から１１６－Ｎを経由して、１つのモジュール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、ＭＣＤ１１２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ＬＣＤ１１４－１から１１４－Ｍと通信可能に結合される。各ＬＣＤ１１４は、２つまたはそれを上回るモジュール１０８と結合され、それを制御することができる。ここで示される実施例では、各ＬＣＤ１１４は、Ｍ ＬＣＤ１１４－１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モジュール１０８－１から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、またはそれとして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と関連付けられる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、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つまたはそれを上回るデバイスはそれぞれ、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）、定常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）はそれぞれ、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り得る。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つまたはそれを上回るモジュール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つまたはそれを上回るモジュール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つまたはそれを上回るものから供給されることができる（例えば、自動車の電力ネットワークを通して等）。

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つまたはそれを上回るものから受信されるステータス情報に基づいて、１つまたはそれを上回るモジュール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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回るものを含む。

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、それから、システム１０２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、可能性として考えられる。例えば、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８のサブセット）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つまたはそれを上回る側面、特性、またはパラメータについての情報であり得る。ステータス情報のタイプは、限定ではないが、モジュール１０８またはその１つまたはそれを上回るコンポーネント（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つまたはそれを上回るエネルギー源の充電状態（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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回るエネルギー源の容量、モジュールの１つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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いずれかの１つまたはそれを上回るものにおける障害の有無を含む。

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、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指数等）の形態をとってもよい。

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つまたはそれを上回る他のモジュール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つまたはそれを上回る他のモジュール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てもよい。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つまたはそれを上回る他のモジュール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、または条件であり得る。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、またはここでは変化する、動的閾値、限界、または条件であり得る。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、これが、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）、また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、また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するレベルにある、または所定の閾値、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えるために広義に使用される。

ＭＣＤ１１２は、ＬＣＤ１１４と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指数および基準信号、変調された基準信号、またはその他であり得る。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つまたはそれを上回るコンポーネント（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、移動または定常用途の１つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る他の電力管理機能（例えば、負荷インターフェース、負荷電力要件予測、伝送および切替、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ー制御サブシステム（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、その中に含有される離散集積回路（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有することができる。コンポーネントは、自給式モジュールまたはコアであり得、１つまたはそれを上回る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、およびインターフェース１４４を経由して、他のデバイス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。
カスケード式エネルギーシステム内のモジュールの実施例

モジュール１０８は、１つまたはそれを上回るエネルギー源と、パワーエレクトロニクスコンバータと、所望される場合、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の付加的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り得る。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、そのように限定されない。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、こ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、また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（および全体としてのモジュール）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／ＤＣ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つまたはそれを上回る電力半導体（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。重量および費用が有意な因子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、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り得る。２つまたはそれを上回るエネルギー源が、各モジュール内に含まれることができ、２つまたはそれを上回る源は、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つまたはそれを上回るコンデンサおよび／または燃料電池と組み合わせられた１つまたはそれを上回るバッテリ、および１つまたはそれを上回る燃料電池と組み合わせられた１つまたはそれを上回るコンデンサを含むことができる。

エネルギー源２０６は、単一のバッテリ電池、またはバッテリモジュールまたはアレイ内でともに接続される複数のバッテリ電池、また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り得る。図４Ａ－４Ｄは、単一のバッテリ電池４０２（図４Ａ）、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、本明細書の別の場所に説明される。

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）コンデンサであり得る。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（静電電荷貯蔵装置）、擬似コンデンサ（電気化学的貯蔵装置）、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て、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、単一のＨＥＤコンデンサ、またはアレイ内でともに接続される（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、燃料電池であり得る。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、単一の燃料電池、またはアレイ内でともに接続される（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_ＤＣＬおよび－Ｖ_ＤＣＬ）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の切替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）周波数変動また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移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移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の内外への経路指定は、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と別個の（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、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つまたはそれを上回る側面を監視（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、モニタ回路網２０８を含むことができる。ステータス情報の主要機能は、モジュール１０８の１つまたはそれを上回るエネルギー源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内の別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つまたはそれを上回るセンサ、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と別個であり得る、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、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。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、または別様に、付加的回路の必要性を伴わずに、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つまたはそれを上回るモジュールコンポーネントのための制御信号であり得る。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つまたはそれを上回る信号であり得る。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の上で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、定常用途では、モジュール１０８は、１つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回るラック（例えば、マイクログリッドへの並列供給のため）、または１つまたはそれを上回るパック（例えば、車両の異なるモータに供給する）、また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、モジュール１０８あたり１つのＬＣＤ１１４を有し、ＬＣＤ１１４が、関連付けられるモジュール内に格納されるものとして説明されるが、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）のうち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であり、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であり、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うち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電界効果トランジスタ（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り得る。半導体スイッチは、比較的に高切替周波数で動作し、それによって、コンバータ２０２が、所望される場合、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_ＤＣＬ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_ＤＣＬ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_ＤＣＬ、０、および－Ｖ_ＤＣＬ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_ＤＣＬ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_ＤＣＬ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、または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）またはその変形例等の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、そのように限定されない。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）に説明されている。

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電する）ように制御可能（切替可能）であり得る。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のうちの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はそれぞれ、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はそれぞれ、同一タイプ（例えば、それぞれ、バッテリであり得る）または異なるタイプであり得る（例えば、第１の源は、バッテリであり得、第２の源は、ＨＥＤコンデンサであり得る、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）であり得、第２の源は、第２のタイプを有するバッテリ（例えば、ＬＦＰ）であり得る。

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、付加的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、付加的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、または別様に、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と類似する様式において、フルブリッジとして構成される、スイッチＳ３－Ｓ６を含み、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。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_ＤＣＬ２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。他の技法もまた、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替信号を発生させる。代替として、ＭＣＤ１１２も、切替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つまたはそれを上回るエネルギー源２０６を含む、実施形態では、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃは、各付加的エネルギー源２０６Ｂが、特定の源の必要性に応じて、付加的スイッチ回路網部分６０２Ａまたは６０２Ｂにつながる、付加的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付加的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）により詳細に説明されている。

各モジュール１０８は、その１つまたはそれを上回るエネルギー源２０６を用いて、１つまたはそれを上回る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よりも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、ブロック図であり、モジュール１０８Ｃは、図３Ｂのものに類似する様式でともに結合される、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と同等の電圧を要求する。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、順に、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、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のための安定した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つまたはそれを上回る第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つまたはそれを上回る第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つまたはそれを上回る第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、付加的負荷３０２毎に、モジュール１０８Ｃは、付加的専用モジュール出力ポート（５および６のように）、付加的専用スイッチ部分６０２、および付加的部分６０２に結合される、付加的コンバータ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）および一次負荷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つまたはそれを上回るエネルギー源２０６（図３Ｂ）を用いて、付加的源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。付加的モジュール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つまたはそれを上回るアレイ、２つまたはそれを上回るパック、または２つまたはそれを上回るシステム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関する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、およびコンバータ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つまたはそれを上回る監視される電圧、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、また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つまたはそれを上回るものを実施し得る、ステータス情報であり得る。ＬＣＤ１１４は、制御情報（例えば、変調指数、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つまたはそれを上回る監視される電圧、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、また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つまたはそれを上回るものを実施する、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指数）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つまたはそれを上回る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ることができる。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、システム１００からコンバータ２０２（およびモジュール１０８全体）をバイパス、または接続解除するために印加されるべき切替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つまたはそれを上回る監視される電圧（例えば、ＩＯポート５と６との間の電圧）と、１つまたはそれを上回る監視される電流（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の切替サイクルを調節し、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、変調指数または基準波形の調節によって）。
カスケード式エネルギーシステムトポロジの実施例

２つまたはそれを上回るモジュール１０８が、アレイ内の各モジュール１０８によって発生される離散電圧の重畳によって形成される、電圧信号を出力する、カスケード式アレイにおいて、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り得る。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。図８Ａは、４８ボルトエネルギー源を有する、単一のモジュール１０８によって生産される、例示的出力信号８０１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によって発生される、例示的単相ＡＣ出力信号８０２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、用途の様々な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次元であり、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はそれぞれ、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、ひいては、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。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、所望される場合、付加的システム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はそれぞれ、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、ひいては、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、所望される場合、付加的システム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ことができる。

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、付加的実施例の非包括的リストは、そのそれぞれが、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る、４つのアレイ７００を有する、システム１００、そのそれぞれが、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またはそれを上回る）、Ｍ個のモジュール１０８の第１の直列接続を含む（Ｍは、２またはそれを上回る）。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つまたはそれを上回るモジュールが、１０８Ａである、１つまたはそれを上回るモジュールが、１０８Ｂである、１つまたはそれを上回るモジュールが、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のための切替信号は、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れる。

図８Ｃ－８Ｆは、増分的にシフトされる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）ずつ増分的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、そのように限定されない。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°ずつ増分的にシフトされ、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）のための切替信号として使用されてもよい。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り、１８０°信号は、そのＳ６のためのものであり、４５°信号は、第２のモジュール１０８－２のＳ３のためのものであり、２２５°信号は、そのＳ６のためのものであり、９０°信号は、第３のモジュール１０８－３のＳ３のためのものであり、２７０°信号は、そのＳ６のものであり、１３５°信号は、第４のモジュール１０８－４のＳ３のためのものであり、３１５°信号は、その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に相補的であり、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畳（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°切替信号（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れ、１８０°～３１５°切替信号が、－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れる。しかしながら、後者の場合の比較の論理は、逆転される。状態マシンデコーダ等の他の技法もまた、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てもよい。

多相システム実施形態では、同一のキャリアが、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が、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、同一のキャリアが、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つことができる。

適切な切替信号が、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、切替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されることができ、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つまたはそれを上回る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うことができる。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もまた、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）および変調指数（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で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、制御されているアレイ７００内のモジュール１０８毎に、変調指数Ｍｉを発生させる。

変調指数およびＶｒｎは、コンバータ２０２毎に、切替信号を発生させるために使用されることができる。変調指数は、ゼロ～１（ゼロおよび１を含む）の数であり得る。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、変調指数は、コンバータ切替回路網（例えば、Ｓ３－Ｓ６またはＳ１－Ｓ６）に提供される、ＰＷＭ切替信号を制御し、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、アレイ７００内の他のモジュール１０８と比較して、ＳＯＣが、比較的に高く、温度が、比較的に低い場合、比較的に高いＭｉを有することができる。ＳＯＣが、比較的に低いか、またはＴが、比較的に高いかのいずれかの場合、そのモジュール１０８は、比較的に低い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）であり得る。変調指数の異なる組み合わせ、したがって、モジュールによる個別の電圧寄与が、使用されてもよいが、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１０８内のエネルギー源のＳＯＣが、平衡されたままである、またはそれらが不平衡である場合、平衡条件に収束するように、および／または各モジュール内のエネルギー源または他のコンポーネント（例えば、エネルギーバッファ）の温度が平衡されたままである、またはそれらが不平衡である場合、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）、これが本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。モジュール内外の電力流は、源の間の容量差がＳＯＣ逸脱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、モジュールが類似する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ることができる。

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つまたはそれを上回るパラメータ（ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）の平衡を保つことの組み合わせが、用途の要件に応じて、いずれか一方に与えられる優先順位を伴って適用されてもよい。平衡における優先順位は、他のパラメータ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）と比べてＳＯＣに与えられることができ、他のパラメータのうちの１つ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）が閾値外の重大な不平衡条件に到達する場合、例外が認められる。

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、同一の位相のアレイ）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、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、および正規化された基準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）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、または両方を通して、達成されてもよい。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つまたはそれを上回る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。例えば、位相Ａ内のモジュールのエネルギー出力を１０％低下させることの決定が、行われる場合、ＶｒｎＡの１０％に等しい成分が、ＶｒｎＡから減算されることができ、ＶｒｎＡの本同一１０％成分（例えば、コモンモード）もまた、ＶｒｎＢおよびＶｒｎＣから減算されることができ、これは、中立点をＡに向かってシフトさせるであろう。上記に述べられたように、これは、相内平衡が実施されているときに同時に生じ得る。

図９Ｃは、アレイ７００の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、相内平衡コントローラ９０６の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本コントローラ９０６は、制御されているアレイまたは位相毎に１回、複数回、制御システム１０２内に実装されることができる。本実施形態では、コントローラ９０６の３つのインスタンスが、３相システムのアレイ（ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ）毎に１つずつ示される。交互にコントローラ９０６は、全てのアレイのモジュールのための変調指数を順次決定する、単一コントローラであることができる。

本実施形態では、モジュール毎のＳＯＣ値と、モジュール毎の温度（Ｔ）と、モジュール毎の容量（Ｑ）とを含む、ステータス情報が、アレイ７００のモジュール毎にモジュールステータス値（ＭＳｉ）を決定する、モジュールステータス計算セクション９２０に入力される。ステータス情報は、直接測定される、またはモデルを用いて推定されることができる。ＭＳｉは、平衡されている、システムの動作特性（例えば、ＳＯＣおよび／または温度、その他）に関連するため、モジュールの状態の定量的表現である。モジュールのＭＳｉ値は、各モジュールを比較し、モジュールが発生し得る電圧量と、平衡された動作に向かって収束するために発生すべき電圧量との観点から、その相対的条件を査定するために使用される。セクション９２０は、ステータス情報の各パラメータカテゴリ（ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ）内の値の評価に基づいて、ＭＳｉを発生させることができる。ＭＳｉは、モジュール毎に、ＳＯＣ、Ｔ、およびＱのこれらの複数のパラメータを表す、単一値であることができる。各パラメータは、低ステータスまたは不良健全性を示す、閾値に近いパラメータが、その閾値からより遠いパラメータより多くの加重を与えられるように、加重されることができる。例えば、比較的に低ＳＯＣ値を伴う、第１のモジュールは、ＴおよびＱが、モジュール間で等しい場合、より高いＳＯＣを伴う、第２のモジュールより大きいＭＳｉを有することができる。比較的に低ＳＯＣ値を伴う、第１のモジュールは、第２のモジュールの温度が、第１のモジュールの温度より最大温度閾値にはるかに近い場合、より高いＳＯＣを伴う、第２のモジュールより小さいＭＳｉを有することができる。複数の閾値が、パラメータカテゴリ毎に使用されることができる。例えば、第１の温度閾値（Ｔｔｈｌｄ）を下回る温度は、最小限に加重される、または全く加重されなくてもよく、Ｔｔｈｌｄを若干超える温度は、比較的に高く加重されてもよく、Ｔｔｈｌｄを上回り、最大温度閾値（Ｔｍａｘ）またはその近くの温度は、さらに比較的に高く加重されてもよい。同様に、１つまたはそれを上回る閾値は、ＳＯＣおよびＱおよび実施形態内に実装される任意の他のステータス情報のために使用されることができる。

発生されたＭＳｉ値は、次いで、セクション９２０から、これらのＭＳｉ値を使用して、モジュール毎に、変調指数（Ｍｉ）を発生させるように構成される、変調指数計算セクション９２２に通過される。セクション９２２は、これらのＭＳｉ値を使用して、アレイのモジュールの全てを横断して、アレイのための電圧要件を分散させることによって、各Ｍｉを発生させることができる。例えば、電圧要件は、アレイのための基準信号（Ｖｒ）から検出されたピーク電圧（Ｖｐｋ）であることができる。セクション９２２は、各モジュールの現在の電圧Ｖｉ（モジュールの利用可能な源２０６）を利用し、Ｖｉの一部または全てを配分し、アレイのための電圧要件（例えば、Ｖｐｋ）に到達することができる。配分するためのＶｉの量の決定は、モジュールのＭＳｉに従って行われ、より良好なステータスを有する、それらのモジュールは（よりロバストなＭＳｉ値内に反映されるように）、比較的に低いステータスを有する、モジュールのものより大きい利用可能なＶｉの部分を配分されている。配分は、モジュール毎に決定されたＭｉ内に定量化される。セクション９２２は、最大変調指数値（Ｍｍａｘ）を利用して、本値が、１００％未満である、例えば、１未満である、実施形態において、モジュールが有し得る、最大Ｍｉを表すことができる。１００％未満である、Ｍｍａｘを使用することは、ＰＷＭプロセスにおいて最小限のパルス幅を維持することを補助することができる。

アレイ７００内のモジュール毎のＭｉ値は、次いで、モジュール毎に別個に、変調指数によって、アレイのための正規化された基準信号（Ｖｒｎ）を変調させ、各モジュールに特有の変調された基準信号（ＲＥＦｉ）を発生させる、変調セクション９２４に通過される。本変調された基準信号ＲＥＦｉは、モジュールのコンバータのための切替信号を発生させるために使用されることができる（例えば、図８Ｃ－８Ｄの実施形態では、Ｖｒｅｆとして）。本明細書に説明されるように、セクション９２４は、ここで示されるように、ＲＥＦｉが、直接、各モジュール（例えば、ＬＣＤ１１４）に送信されるように、コントローラ９０６内（例えば、ＭＣＤ１１２内）で実施されることができる、またはアレイのためのＶｒｎおよびＭｉが、ＲＥＦｉが、モジュールにおいて（例えば、ＬＣＤ１１４によって）ローカルで発生され得るように、適切なモジュールに送信されることができる。

図９Ｄは、複数のアレイを伴う実施形態において相間平衡を実施するように構成される、相間平衡コントローラ９１０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、コントローラ９１０は、３相コントローラであって、３つのアレイのための基準信号ＶｒＰＡ、ＶｒＰＢ、およびＶｒＰＣをモータ制御ユニット９３１から受信する。コントローラ９１０は、空間ベクトルコモンモード計算セクション９３４と、平衡コモンモード計算セクション９３６とを含む。空間ベクトルセクション９３４は、基準信号ＶｒＰＡ、ＶｒＰＢ、およびＶｒＰＣを評価し、第１の補償電圧信号（例えば、コモンモード）を決定し、これは、次いで、組み合わせセクション９３８によって、３つの基準信号に注入される。補償電圧信号は、総高調波歪曲（ＴＨＤ）を減少させることによって、ＡＣ基準信号の品質を改良し、また、コンバータによって発生され得る、最大線間電圧を利用する。補償電圧信号（Ｖｃｍ）を発生させるためにセクション９３４によって実施される、方程式の実施例は、（１）に記載される。

組み合わせセクション９３８はまた、中立点シフトを通した相間平衡のためにセクション９３６によって発生されたコモンモード信号を注入することができる。セクション９３６は、ステータスにおける差異が３つのアレイ間に存在するかどうかを査定し、該当する場合、査定された差異に基づいて、組み合わせセクション９３８によって基準信号ＶｒＰＡ、ＶｒＰＢ、およびＶｒＰＣに注入され得る、第２の補償電圧信号を発生させることができる。セクション９３６は、差異が存在するかどうかを査定するために、各アレイの全体的ステータスを表す、メトリックを利用することができる。本実施形態では、アレイ毎のモジュールステータス値の総和（ΣＭＳ_ＰＡ、ΣＭＳ_ＰＢ、ΣＭＳ_ＰＣ）が、制御システム１０２（例えば、ＭＣＤ１１２）によって発生され、比較において使用するために、セクション９３６に入力されることができる。本情報を使用して、アレイステータスにおける十分な差異が存在するかどうか（例えば、総和間の差異が最小閾値を超えるかどうか）の決定が、行われることができ、該当する場合、適切な振幅および位相のコモンモード信号が、そのコモンモード信号の全３つの基準信号への導入のために、発生され、セクション９３８に出力される。コモンモード注入は、中立点を、最低の全体的ステータスまたは健全性を有する、アレイに向かってシフトさせ、したがって、他のアレイと比較して、そのアレイの利用が低減されることを可能にするであろう。３相またはそれを上回る相の実施例では、中立点をシフトさせることは、最も効果的平衡を実施するために、１つのアレイまたは複数のアレイのいずれかに向かって行われることができる。

セクション９３８は、ピーク検出セクション９０２および分割器９０４による正規化のために、任意のコモンモード修正を伴う基準信号（Ｖｒ’ＰＡ、Ｖｒ’ＰＢ、およびＶｒ’ＰＣ）を出力する。決定されたピーク電圧（Ｖｐｋ，ＰＡ、Ｖｐｋ，ＰＢ、Ｖｐｋ，ＰＣ）は、変調指数を発生させる際に使用するために、コントローラ９０６のセクション９２２に出力されることができ、結果として生じる正規化された基準信号（ＲｅｆＮ_ＰＡ、ＲｅｆＮ_ＰＢ、ＲｅｆＮ_ＰＣ）は、モジュール毎の変調された基準信号（ＲＥＦｉ）を発生させるために、変調セクション９２４に出力されることができる。相間コントローラ９１０はまた、下記に説明されるように、ＩＣモジュールからのエネルギー注入を用いた相間平衡のために、ここで説明されるように、モジュールステータス値を利用することができる。

コントローラ９００および９５０（および平衡コントローラ９０６および９１０）は、制御システム１０２内で、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、または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てもよい。
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うち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つまたはそれを上回るエネルギー源と、随意のエネルギーバッファと、エネルギーを１つまたはそれを上回るアレイに供給するため、および／または電力を１つまたはそれを上回る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、ブロック図であり、Ωは、１を上回る任意の整数であり得る。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つまたはそれを上回るエネルギー源をアレイ７００－ＰＡ－７００－ＰΩのうちの１つまたはそれを上回るものに（または相間平衡が要求されない場合、無出力に、また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、ひいては、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を個別のモジュール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、システム制御における使用のために、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つまたはそれを上回るキャリア信号（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からの比例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のうちのいずれかの１つまたはそれを上回る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式モジュール１０８－１から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つまたはそれを上回るアレイ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、変調指数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、変調指数を用いて、各個別のＶｒｎを変調（例えば、乗算）し（例えば、ＶｒｎＡにＭｉＡを乗算したもの）、次いで、キャリア信号を利用し、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。なおも他の実施形態では、全ての処理および変調は、制御信号を直接各ユニット６０４に出力し得る、単一の制御エンティティによって生じることができる。

本切替は、エネルギー源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、変調指数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する量をエネルギー源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、同一または類似し得、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つまたはそれを上回るアレイ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も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の変調指数は、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から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から１０８－Ｎと比較して、また、モジュール１０８ＩＣが他のアレイに寄与する、正味エネルギーの量と比較して、増加する。これは、その低アレイ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に関する変調指数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から１０８－Ｎの変調指数を減少させることによって、遂行されることができる。

図１０Ａ－１０Ｂにおけるモジュール１０８ＩＣの構成は、単独で、単一の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つまたはそれを上回るアレイに結合される、１つまたはそれを上回るスイッチ部分６０４とを有する、１つまたはそれを上回る他のモジュール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、システム１００の１つまたはそれを上回るアレイ７００と結合される。

さらに、ＩＣモジュールは、システム１００の２つまたはそれを上回る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、サブシステム１０００－１の第１のアレイ（ＩＯポート１を介して）およびサブシステム１０００－２の第１のアレイ（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、各他のモジュール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また、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り、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、それに対してこれが接続される、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のラックまたはパックの２つのアレイ間の非平衡を補償するものと同一の様式で、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。全ての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の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モジュールであり、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。複数のＩＣモジュールを伴う全ての場合では、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、相間平衡もまた、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、相間平衡を実施するべき、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つまたはそれを上回る補助負荷３０１（源２０６と同一の電圧で）および／または１つまたはそれを上回る補助負荷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に強調が置かれた、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から受信することができ、本明細書に説明されるように、システム制御における使用のために、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のための必須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、ともに接続され、１つの負荷３０２に供給する、スイッチ部分６０２Ａを含むが、そのようなものは、要求されない。

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つまたはそれを上回る補助負荷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、純粋に補助の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つまたはそれを上回る補助スイッチ部分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つまたはそれを上回るエネルギー源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の付加的エネルギーを伴って構成される。

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から１０８－Ｎの源２０６と同一電圧および容量にあり得るが、そのようなものは、要求されない。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の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、補助負荷に供給している場合、さらにより多くの容量が、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の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。

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強調される。言い換えると、別様に明示的に記載されない、または教示されない限り、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強調される。

多くの実施形態では、モジュール型エネルギーシステムを制御する方法が、提供され、アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、複数のモジュールのモジュールステータス値およびアレイに関する電圧要件に基づいて、複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。ステータス情報を監視するステップは、モニタ回路網を用いて、充電の状態を測定するステップと、モニタ回路網を用いて、温度を測定するステップとを含むことができる。ステータス情報を監視するステップは、モデルを用いて、充電の状態を推定するステップと、モデルを用いて、温度を推定するステップとを含むことができる。ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を含むことができる。モジュール毎にモジュールステータス値を決定するステップは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定するステップを含むことができる。単一モジュールステータス値を決定するステップは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、モジュールステータス値を決定するステップは、ステータス情報を閾値または条件に対して評価するステップを含む。閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つを含むことができる。

いくつかの実施形態では、アレイのための電圧要件は、アレイのためのピーク電圧である。

いくつかの実施形態では、モジュール毎に変調指数を決定するステップは、複数のモジュールのモジュールステータス値、各モジュールの電圧、およびアレイのための電圧要件に基づいて、モジュール毎に変調指数を決定するステップを含むことができる。各モジュールの電圧は、モニタ回路網を用いて測定されることができる。各モジュールの電圧は、モジュールの充電の状態およびモジュールの電流のうちの少なくとも１つに基づいて推定されることができる。

いくつかの実施形態では、モジュール毎に変調指数を決定するステップは、アレイの各モジュールのモジュールステータス値に基づいて、アレイのモジュールを横断して、アレイのための電圧要件を分散させるステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、モジュール毎の変調指数およびアレイのための正規化された基準信号を、システムのマスタ制御デバイスから、複数のモジュールと関連付けられる複数のローカル制御デバイスに通信するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、複数のモジュールのモジュール毎に、モジュールの変調指数を用いて、アレイのための正規化された基準信号を変調させるステップと、変調された基準信号を、本システムのマスタ制御デバイスから、モジュールと関連付けられるローカル制御デバイスに通信するステップとを含むことができる。

いくつかの実施形態では、複数のモジュールは、アレイ内で電気的にともに接続され、複数のモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力し、複数の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。各モジュールはさらに、モジュールのステータス情報を監視するように構成される、モニタ回路網を含むことができ、各モジュールは、ステータス情報を制御システムに出力するように構成され、制御システムは、ステータス情報に基づいて各モジュールのコンバータを制御するように構成される。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、各モジュールの変調指数を使用して、各モジュールを制御し、パルス幅変調技法に従って、電圧を出力するステップを含む。

いくつかの実施形態では、複数のモジュールは、第１のアレイのアレイ内の第１の複数のモジュールであって、本方法はさらに、第２のアレイ内の第２の複数のモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、第２の複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、第２の複数のモジュールのモジュールステータス値および第２のアレイのための電圧要件に基づいて、第２の複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含む。本方法はさらに、第１のアレイおよび第２のアレイのモジュールステータス値に基づいて、第１のアレイのステータスおよび第２のアレイのステータスを査定するステップと、コモンモード注入を実施し、第１のアレイと第２のアレイとの間の中立点をシフトさせるステップとを含むことができる。第１のアレイのステータスおよび第２のアレイのステータスを査定するステップは、第１の複数のモジュールのモジュールステータス値の和と第２の複数のモジュールのモジュールステータス値の和を比較するステップを含むことができる。第１の複数のモジュールのモジュールステータス値のモジュールステータス値の和を比較するステップは、第２の複数のモジュールのモジュールステータス値の和未満であることができ、コモンモード注入は、中立点を第２のアレイから第１のアレイに向かってシフトさせるために実施されることができる。

多くの実施形態では、モジュール型エネルギーシステムを制御する方法が、提供され、本システムは、第１のアレイと、第２のアレイとを有し、各アレイは、アレイ内で電気的にともに接続され、複数のモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力する、複数のモジュールを含み、複数のモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含み、本方法は、第１のアレイのモジュールおよび第２のアレイのモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、第１のアレイおよび第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、査定された差異に基づいて、コモンモード注入を第１および第２のアレイの基準信号に実施するステップを含むことができる。本方法はさらに、第１のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第１のアレイの電圧要件に基づいて、第１のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定するステップと、第２のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第２のアレイの電圧要件に基づいて、第２のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含むことができる。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を含むことができる。モジュール毎にモジュールステータス値を決定するステップは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定するステップを含むことができる。単一モジュールステータス値を決定するステップは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、モジュールステータス値を決定するステップは、ステータス情報を閾値または条件に対して評価するステップを含む。閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つ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、第３のアレイ内で電気的にともに接続され、複数のモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力する、複数のモジュールを含む、第３のアレイを含み、複数の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。本方法はさらに、ステータス情報に基づいて、第３のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと、第２のアレイと、第３のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するステップとを含むことができる。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、査定された差異に基づいて、コモンモード注入を第１、第２、および第３のアレイの基準信号に実施するステップを含むことができる。

多くの実施形態では、コンピュータ可読媒体が、提供され、媒体は、処理回路網によって実行されると、処理回路網に、アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、複数のモジュールのモジュールステータス値およびアレイに関する電圧要件に基づいて、複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含む、ステップを実施させる、複数の命令を記憶する。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。いくつかの実施形態では、ステータス情報を監視するステップは、モニタ回路網を用いて、充電の状態を測定するステップと、モニタ回路網を用いて、温度を測定するステップとを含む。いくつかの実施形態では、ステータス情報を監視するステップは、モデルを用いて、充電の状態を推定するステップと、モデルを用いて、温度を推定するステップとを含む。ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を含むことができる。モジュール毎にモジュールステータス値を決定するステップは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定するステップを含むことができる。単一モジュールステータス値を決定するステップは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、モジュールステータス値を決定するステップは、ステータス情報を閾値または条件に対して評価するステップを含む。閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つを含むことができる。

いくつかの実施形態では、アレイのための電圧要件は、アレイのためのピーク電圧である。

いくつかの実施形態では、モジュール毎に変調指数を決定するステップは、複数のモジュールのモジュールステータス値、各モジュールの電圧、およびアレイのための電圧要件に基づいて、モジュール毎に変調指数を決定するステップを含む。

いくつかの実施形態では、モジュール毎に変調指数を決定するステップは、アレイの各モジュールのモジュールステータス値に基づいて、アレイのモジュールを横断して、アレイのための電圧要件を分散させるステップを含む。

いくつかの実施形態では、複数の命令は、処理回路網に、各モジュールの変調指数を使用して、各モジュールを制御し、パルス幅変調技法に従って、電圧を出力するステップを含む、付加的ステップを実施させる。

いくつかの実施形態では、複数のモジュールは、第１のアレイのアレイ内の第１の複数のモジュールであって、複数の命令は、処理回路網に、第２のアレイ内の第２の複数のモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、第２の複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、第２の複数のモジュールのモジュールステータス値および第２のアレイのための電圧要件に基づいて、第２の複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含む、付加的ステップを実施させる。複数の命令は、処理回路網に、第１のアレイおよび第２のアレイのモジュールステータス値に基づいて、第１のアレイのステータスおよび第２のアレイのステータスを査定するステップと、コモンモード注入の実施を引き起こし、第１のアレイと第２のアレイとの間の中立点をシフトさせるステップとを含む、付加的ステップを実施させることができる。第１のアレイのステータスおよび第２のアレイのステータスを査定するステップは、第１の複数のモジュールのモジュールステータス値の和と第２の複数のモジュールのモジュールステータス値の和を比較するステップを含むことができる。

多くの実施形態では、コンピュータ可読媒体が、提供され、媒体は、処理回路網によって実行されると、処理回路網に、第１のアレイのモジュールおよび第２のアレイのモジュールのステータス情報を監視するステップと、ステータス情報に基づいて、第１のアレイおよび第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するステップとを含む、ステップを実施させる、複数の命令を記憶する。

いくつかの実施形態では、第１のアレイのモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含み、電気的にともに接続され、第１のアレイのモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力し、第２のアレイのモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含み、電気的にともに接続され、第２のアレイのモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力する。

いくつかの実施形態では、複数の命令は、実行されると、さらに、処理回路網に、査定された差異に基づいて、第１および第２のアレイの基準信号へのコモンモード注入の実施を引き起こさせる。

いくつかの実施形態では、複数の命令は、実行されると、さらに、処理回路網に、第１のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第１のアレイの電圧要件に基づいて、第１のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定するステップと、第２のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第２のアレイの電圧要件に基づいて、第２のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定するステップとを含む、ステップを実施させる。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。モジュール毎にモジュールステータス値を決定するステップは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定するステップを含むことができる。単一モジュールステータス値を決定するステップは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、複数の命令は、実行されると、さらに、処理回路網に、ステータス情報に基づいて、第３のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定するステップと、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと、第２のアレイと、第３のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するステップとを含む、ステップを実施させる。複数の命令は、実行されると、さらに、処理回路網に、査定された差異に基づいて、第１、第２、および第３のアレイの基準信号にコモンモード注入の実施を引き起こさせることができる。複数の命令は、実行されると、さらに、処理回路網に、査定された差異に基づいて、相互接続モジュールから第１、第２、および第３のアレイのうちの少なくとも１つにエネルギー注入の実施を引き起こさせることができる。

多くの実施形態では、モジュール型エネルギーシステムが、提供され、本システムは、アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視し、ステータス情報に基づいて、複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定し、複数のモジュールのモジュールステータス値およびアレイに関する電圧要件に基づいて、複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定するように構成される、制御システムを含む。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。本システムはさらに、モニタ回路網を含み、各モジュールと関連付けられる充電の状態および温度を測定することができる。制御システムは、モデルを用いて、充電の状態を推定し、モデルを用いて、温度を推定するように構成されることができる。ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を含むことができる。制御システムは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定するように構成されることができる。制御システムは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重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、制御システムは、ステータス情報を閾値または条件に対して評価するように構成されることができる。閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つを含むことができる。

いくつかの実施形態では、アレイのための電圧要件は、アレイのためのピーク電圧である。

いくつかの実施形態では、制御システムは、複数のモジュールのモジュールステータス値、各モジュールの電圧、およびアレイのための電圧要件に基づいて、モジュール毎に、変調指数を決定するように構成される。

いくつかの実施形態では、制御システムは、アレイの各モジュールのモジュールステータス値に基づいて、アレイのモジュールを横断して、アレイのための電圧要件をアルゴリズム的に分散させるように構成される。

いくつかの実施形態では、制御システムは、各モジュールの変調指数を使用して、各モジュールを制御し、パルス幅変調技法に従って、電圧を出力するように構成される。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、アレイ内に複数のモジュールを含む。

多くの実施形態では、モジュール型エネルギーシステムが、提供され、本システムは、第１のアレイの複数のモジュールおよび第２のアレイの複数のモジュールのステータス情報を監視し、ステータス情報に基づいて、第１のアレイおよび第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定し、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するように構成される、制御システムを含む。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、第１のアレイの複数のモジュールと、第２のアレイの複数のモジュールとを含み、第１のアレイの複数のモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含み、電気的にともに接続され、第１のアレイのモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力し、複数の第２のアレイのモジュールはそれぞれ、エネルギー源と、コンバータとを含み、電気的にともに接続され、第２のアレイのモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力する。

いくつかの実施形態では、制御システムは、査定された差異に基づいて、第１および第２のアレイの基準信号へのコモンモード注入の実施を引き起こさせるように構成される。

いくつかの実施形態では、制御システムは、第１のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第１のアレイの電圧要件に基づいて、第１のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定し、第２のアレイのモジュールのモジュールステータス値および第２のアレイの電圧要件に基づいて、第２のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定するように構成される。

いくつかの実施形態では、ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを含む。制御システムは、少なくとも、モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す、単一モジュールステータス値を決定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、制御システムは、充電の状態条件および温度条件のうちの少なくとも１つに加重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、本システムはさらに、第３のアレイ内で電気的にともに接続され、複数のモジュールのそれぞれからの出力電圧の重畳を含む、ＡＣ電圧信号を出力する、複数のモジュールを含む、第３のアレイを含み、複数の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。制御システムは、ステータス情報に基づいて、第３のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定し、モジュールステータス値に基づいて、第１のアレイと、第２のアレイと、第３のアレイとの間のステータスにおける差異を査定するように構成されることができる。制御システムは、査定された差異に基づいて、第１、第２、および第３のアレイの基準信号へのコモンモード注入の実施を引き起こすように構成されることができる。制御システムは、査定された差異に基づいて、相互接続モジュールから第１、第２、および第３のアレイのうちの少なくとも１つへのエネルギー注入の実施を引き起こすように構成されることができる。

用語「モジュール」は、本明細書に使用されるように、より大きいシステム内の２つまたはそれを上回る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てもよい。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。

異なる参照番号表記が、本明細書に使用される。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となる。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。言い換えると、別様に明示的に記載されない、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強調される。

処理回路網は、その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つまたはそれを上回るプロセッサ、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網が、実装されることができる。処理回路網は、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。処理回路網は、処理回路網に異なるアクションのホストを行わせ、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。

処理回路網はまた、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、処理回路網は、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 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つまたはそれを上回るチップおよび／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つまたはそれを上回る他のアンテナが、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。

処理回路網はまた、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ができる。

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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る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、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つまたはそれを上回る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）、およびそれらの後で開発される変形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、これらの実施形態が、開示される特定の形態に限定されるものではなく、反対に、これらの実施形態が、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、否定的限定が、請求項に列挙される、または追加され得る。

Claims (39)

1. モジュール型エネルギーシステムを制御する方法であって、
   アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視することと、
   前記ステータス情報に基づいて、前記複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
   前記複数のモジュールのモジュールステータス値および前記アレイに関する電圧要件に基づいて、前記複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定することと
   を含む、方法。
2. 前記ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを備える、請求項１に記載の方法。
3. ステータス情報を監視することは、モニタ回路網を用いて、充電の状態を測定することと、モニタ回路網を用いて、温度を測定することとを含む、請求項２に記載の方法。
4. ステータス情報を監視することは、モデルを用いて、充電の状態を推定することと、モデルを用いて、温度を推定することとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を備える、請求項２に記載の方法。
6. モジュール毎に前記モジュールステータス値を決定することは、少なくとも、前記モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す単一モジュールステータス値を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
7. 前記単一モジュールステータス値を決定することは、前記充電の状態条件および前記温度条件のうちの少なくとも１つに加重することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記モジュールステータス値を決定することは、前記ステータス情報を閾値または条件に対して評価することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の方法。
10. 前記アレイのための電圧要件は、前記アレイのためのピーク電圧である、請求項１－９のいずれかに記載の方法。
11. モジュール毎に前記変調指数を決定することは、前記複数のモジュールのモジュールステータス値、各モジュールの電圧、および前記アレイのための電圧要件に基づいて、モジュール毎に前記変調指数を決定することを含む、請求項１－１０のいずれかに記載の方法。
12. 各モジュールの前記電圧は、モニタ回路網を用いて測定される、請求項１１に記載の方法。
13. 各モジュールの前記電圧は、前記モジュールの充電の状態および前記モジュールの電流のうちの少なくとも１つに基づいて推定される、請求項１１に記載の方法。
14. モジュール毎に前記変調指数を決定することは、前記アレイの各モジュールのモジュールステータス値に基づいて、前記アレイのモジュールを横断して、前記アレイのための電圧要件を分散させることを含む、請求項１－１３のいずれかに記載の方法。
15. モジュール毎の前記変調指数および前記アレイのための正規化された基準信号を、前記システムのマスタ制御デバイスから、前記複数のモジュールと関連付けられる複数のローカル制御デバイスに通信することをさらに含む、請求項１－１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記複数のモジュールのモジュール毎に、前記モジュールの変調指数を用いて、前記アレイのための正規化された基準信号を変調させることと、前記変調された基準信号を、前記システムのマスタ制御デバイスから、前記モジュールと関連付けられるローカル制御デバイスに通信することとをさらに含む、請求項１－１４のいずれかに記載の方法。
17. 前記複数のモジュールは、前記アレイ内で電気的にともに接続され、前記複数の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電圧信号を出力し、前記複数のモジュールのそれぞれは、エネルギー源と、コンバータとを備える、請求項１－１６のいずれかに記載の方法。
18. 各モジュールはさらに、前記モジュールのステータス情報を監視するように構成されるモニタ回路網を備え、各モジュールは、前記ステータス情報を制御システムに出力するように構成され、前記制御システムは、前記ステータス情報に基づいて各モジュールのコンバータを制御するように構成される、請求項１７に記載の方法。
19. 各モジュールの変調指数を使用して、各モジュールを制御し、パルス幅変調技法に従って、電圧を出力することをさらに含む、請求項１－１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記複数のモジュールは、第１のアレイのアレイ内の第１の複数のモジュールであり、前記方法はさらに、
    第２のアレイ内の第２の複数のモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記第２の複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記第２の複数のモジュールのモジュールステータス値および前記第２のアレイのための電圧要件に基づいて、前記第２の複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定することと
    を含む、請求項１－１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのモジュールステータス値に基づいて、前記第１のアレイのステータスおよび前記第２のアレイのステータスを査定することと、
    コモンモード注入を実施し、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間の中立点をシフトさせることと
    をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１のアレイのステータスおよび前記第２のアレイのステータスを査定することは、前記第１の複数のモジュールのモジュールステータス値の和と前記第２の複数のモジュールのモジュールステータス値の和とを比較することを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１の複数のモジュールのモジュールステータス値の和は、前記第２の複数のモジュールのモジュールステータス値の和未満であり、コモンモード注入は、前記中立点を前記第２のアレイから前記第１のアレイに向かってシフトさせるために実施される、請求項２２に記載の方法。
24. 第１のアレイおよび第２のアレイを備えるモジュール型エネルギーシステムを制御する方法であって、各アレイは、前記アレイ内で電気的にともに接続され、前記複数の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複数のモジュールを備え、前記複数のモジュールのそれぞれは、エネルギー源と、コンバータとを備え、
    前記第１のアレイのモジュールおよび前記第２のアレイのモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記モジュールステータス値に基づいて、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定することと
    を含む、方法。
25. 前記査定された差異に基づいて、コモンモード注入を前記第１および第２のアレイの基準信号に実施することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記第１のアレイのモジュールのモジュールステータス値および前記第１のアレイの電圧要件に基づいて、前記第１のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定することと、
    前記第２のアレイのモジュールのモジュールステータス値および前記第２のアレイの電圧要件に基づいて、前記第２のアレイのモジュール毎に、変調指数を決定することと
    をさらに含む、請求項２４－２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記ステータス情報は、各モジュールと関連付けられる充電の状態と、各モジュールと関連付けられる温度とを備える、請求項２４－２６のいずれかに記載の方法。
28. 前記ステータス情報はさらに、各モジュールと関連付けられる容量を備える、請求項２７に記載の方法。
29. モジュール毎に前記モジュールステータス値を決定することは、少なくとも、前記モジュールの充電の状態条件および温度条件を表す単一モジュールステータス値を決定することを含む、請求項２７に記載の方法。
30. 前記単一モジュールステータス値を決定することは、前記充電の状態条件および前記温度条件のうちの少なくとも１つに加重することを含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記モジュールステータス値を決定することは、前記ステータス情報を閾値または条件に対して評価することを含む、請求項２４－３０のいずれかに記載の方法。
32. 前記閾値または条件は、充電の状態閾値または温度閾値のうちの少なくとも１つを備える、請求項３１に記載の方法。
33. 前記システムはさらに、前記第３のアレイ内で電気的にともに接続され、複数の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複数のモジュールを備える第３のアレイを備え、前記複数のモジュールのそれぞれは、エネルギー源と、コンバータとを備える、請求項２４－３２のいずれかに記載の方法。
34. 前記ステータス情報に基づいて、前記第３のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記モジュールステータス値に基づいて、前記第１のアレイと、前記第２のアレイと、前記第３のアレイとの間のステータスにおける差異を査定することと
    をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記査定された差異に基づいて、コモンモード注入を前記第１、第２、および第３のアレイの基準信号に実施することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
36. コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体は、複数の命令を記憶しており、前記複数の命令は、処理回路網によって実行されると、前記処理回路網に、
    アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記複数のモジュールのモジュールステータス値および前記アレイに関する電圧要件に基づいて、前記複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定することと
    を含むステップを実施させる、コンピュータ可読媒体。
37. コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体は、複数の命令を記憶しており、前記複数の命令は、処理回路網によって実行されると、前記処理回路網に、
    第１のアレイのモジュールおよび第２のアレイのモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記モジュールステータス値に基づいて、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定することと
    を含むステップを実施させる、コンピュータ可読媒体。
38. モジュール型エネルギーシステムであって、
    制御システムであって、
    アレイ内の複数のモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記複数のモジュール内のモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記複数のモジュールのモジュールステータス値および前記アレイに関する電圧要件に基づいて、前記複数のモジュールのモジュール毎に、変調指数を決定することと
    を行うように構成される、制御システム
    を備える、モジュール型エネルギーシステム。
39. モジュール型エネルギーシステムであって、
    制御システムであって、
    第１のアレイの複数のモジュールおよび第２のアレイの複数のモジュールのステータス情報を監視することと、
    前記ステータス情報に基づいて、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのモジュール毎に、モジュールステータス値を決定することと、
    前記モジュールステータス値に基づいて、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間のステータスにおける差異を査定することと
    を行うように構成される、制御システム
    を備える、モジュール型エネルギーシステム。

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