JP2023549133A - マルチポート・エネルギー・ルーティング・システム - Google Patents

Abstract

本開示の一実施形態は、ＡＣグリッドに接続されるよう構成された第１のポートと、複数の装置に接続されるよう構成された複数の第２のポートと、降圧変圧器と、電力コンバータスタックと、降圧変圧器と、電力コンバータスタックと、第３のポートとを備える柔軟なマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムを提供する。前記降圧変圧器は、前記第１のポートに電気的に接続された高電圧側と、低電圧側とを有し得る。前記電力コンバータスタックは、前記降圧変圧器の前記低電圧側に接続された第１のコンバータブリッジと、前記複数の第２のポートのうちの１つまたは複数に接続された第２のコンバータブリッジとをそれぞれが有する複数の電力コンバータモジュールを備え得る。前記電力コンバータモジュールのそれぞれは、前記第１および第２のコンバータブリッジ間に接続されたコンバータコンバータ変圧器を有し得る。前記第１および第２のコンバータブリッジは、前記第１、第２、および第３のポート間のＡＣおよびＤＣ電力の流れを双方向に管理できる。【選択図】図４

Description

（関連出願への相互参照）
本願は、２０２０年１１月１０日付で出願された米国仮出願第６３／１１２，０４３号の利益を主張するものであり、その全体が以下に完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。

（技術分野）
本開示の様々な実施形態は、一般に電気エネルギーシステムに関し、より具体的には、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムおよびその動作方法に関する。

一般的な電力会社の電源変圧器は、１３～３４ｋＶの中電圧の高電圧ＡＣ電力を、最終的な顧客が使用する１２０～４８０ＶのＡＣ電圧（カナダでは約５７５Ｖ）に変換する。変圧器の動作にはＡＣ電圧が必要であり、ＤＣ電力を同様に処理することはできない。その結果、電力会社は従来、「標準的な」ＡＣ電圧を顧客に供給することに限定され、顧客はモーター、照明、整流器、モータードライブなどの機器で使用する前に電気をルーティング（必要であれば調整）してきた。変圧器は、グリッドへの落雷に対する保護、および故障に対する保護を提供し、最終的な負荷への安全な電力供給を保証する。従来の変圧器自体は制御不能であり、故障時には非常に大きな電流が流れるため、特別な保護装置が必要となり、それは中電圧レベル（通常、ヒューズやブレーカー）だけでなく低電圧レベルでも同様である。個々の顧客のニーズは多岐にわたるため、低電圧の安全対策は、米国電気工事規程（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｄｅ：ＮＥＣ）およびアンダーライターズ・ラボラトリーズ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ：ＵＬ）に準拠することで実現された。

この１００年間、電力は一般的にＡＣ電力として消費され、上記のような慣行が主流となった。電力会社の管轄は電気メーターの「共通結合点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ：ＰＣＣ）」で止まっており、メーターと変圧器の間には制御装置がないため、メーターの顧客側にあるすべての保護装置は、特定の場所における固有の条件に合わせて設計する必要があり、動作条件や故障条件に関して、あらゆる最悪の状況でシステムの安全性を確保するためには、高いレベルでの設計のカスタマイズと費用が必要だった。

しかし、ここ数十年の間に、ＤＣ電力を本質的に消費する負荷や発生させる電源が、爆発的に増加した。このような新しい負荷／電源には、太陽光発電アレイ、バッテリエネルギーストレージ、データセンター、電気交通のＤＣ急速充電、および電気分解による水素生成が含まれる。これらの新しい負荷／電源の導入は、年間１００ギガワットを超えると予想され、個々の設備は０．１～１００ＭＷ以上の容量に達する。このようなＤＣ負荷／電源は、電力会社が経験する新たな負荷の増加のおそらく９０％以上を占めており、そして、現在、これらの負荷に対応するための唯一の方法は、ＡＣ負荷に対応するためのパラダイムを用いることである。

図１は、複数の車両にサービスを提供する従来の典型的なＤＣ急速充電ステーションの単線図である。要素には、変圧器、その場所で発生する可能性のある故障電流を遮断できるブレーカー、および高力率を提供し中間ＤＣバス電圧を生成する整流器が含まれ、この電圧は、車両１台の充電に必要なガルバニック絶縁ＤＣ電力を生成する追加の電力コンバータに供給される。各車両は、安全のために絶縁され、車両が管理する独立した制御を備えた、充電器を有するのが望ましい。また、この構造では、追加の入出力、例えばＰＶ（太陽光発電）パネルやバッテリを統合して、需要電力料金を削減することも可能である。このような場合、電力は双方向に流れる必要があり、図２の従来の実装に示すようにコンバータレベルで絶縁するか、あるいは図３の従来の実装に示すように複数の電源周波数変圧器を通してシステムレベルで絶縁する、双方向の電力の流れに対応する異なるタイプのコンバータが必要となる。

マルチポート動作が望まれるが、従来のコンバータは、それぞれ特定の機能（単一方向／双方向、絶縁／非絶縁、ＤＣ／ＤＣまたはＡＣ／ＤＣ変換など）を備えたシングルポートコンバータとして動作するように設計されており、コンバータ間の広範な調整が必要である。各コンバータは保護装置を備えて設計されており、過渡現象や定常運転など、システムレベルでの調整も必要である。同様の使用事例は、ＰＶ、エネルギーストレージ、およびその他の高出力ＤＣ用途でも作成できる。このように、これは非常に複雑なシステムであり、保護層を有し、多くの場合、これにより異なるベンダーの機器を調整する。システムが保護規格および国家規格に適合していることを証明するのに、専門のエンジニアが用いられる。これは高度なカスタマイズを必要とする非常に面倒で高コストなプロセスであり、プロジェクトの完了までに非常に長い時間がかかり得る。

さらに、電力会社は伝統的にＡＣ電力以外には何も供給していないため、ＤＣ電力を必要とする顧客に付加価値を提供することができなかった。また、ＤＣ電源／負荷の制御は電力会社とは異なる事業体によって行われるため、グリッドの運用との調整が非常に困難であり、予期せぬ不測の事態に対処するために高レベルの予備が必要となる。これは、エンドユーザーと社会にとって非常に高コストとなる。これらの新しいＤＣ負荷／電源の導入が再生可能エネルギー資源の成長に関連していることが多いことを考えると、これは成長率の鈍化にも影響する。電力供給の基本に目を向けると、電力会社がＤＣ電力を供給することには何の制約もない。単に、マルチポートで、双方向で、完全に保護され、柔軟かつ経済的で、幅広い展開が可能で、ＡＣ電力とＤＣ電力の供給が可能な「ユニバーサル」な変圧器構造を有することができなかっただけである。電気事業者は、「サービスとしてのＤＣ（ＤＣ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ）」が提供し得る価値を長年認識していたが、経済的・技術的に実行可能なソリューションを実現することはできなかった。

したがって、ＡＣユーティリティグリッドと他の複数のＡＣ／ＤＣ負荷および電源の両方に接続し、様々な負荷／電源間でエネルギーをルーティングすることができる、改良されたエネルギールーティングシステムが望まれている。

本開示は、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムおよびその動作方法に関する。本開示の例示的な実施形態は、第１のポートと、複数の第２のポートと、降圧変圧器と、電力コンバータスタックと、第３のポートとを備える柔軟なマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムを提供する。第１のポートは、ＡＣユーティリティグリッドに電気的に接続されるように構成され得る。上記複数の第２のポートは、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、上記複数の第２のポートに電気的に接続された複数の装置との間で電力を流すことができるように構成され得る。降圧変圧器は、高電圧側と低電圧側を備え得る。高電圧側は、第１ポートに電気的に接続され得る。電力コンバータスタックは、複数の電力コンバータモジュールを備え得る。上記複数の電力コンバータモジュールのそれぞれは、第１のコンバータブリッジ、第２のコンバータブリッジ、および電力コンバータ変圧器を備え得る。電力コンバータ変圧器は、第１のコンバータブリッジに電気的に接続された第１の側と、第２のコンバータブリッジに電気的に接続された第２の側とを有し得る。第１のコンバータブリッジは、降圧変圧器の低電圧側に電気的に接続され得る。第２のコンバータブリッジは、上記複数の第２のポートのうちの１つまたは複数に電気的に接続され得る。第３のポートは、複数の電力コンバータモジュールにおける第１のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数と、第２のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数とのうちの、いずれか１つに電気的に接続され得る。第１および第２のコンバータブリッジは、第１、第２、および第３のポート間のＡＣおよびＤＣ電力の流れを双方向に管理するように構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれかにおいて、電力コンバータスタックは、第２のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数と、上記複数の装置のうちの所定の装置の集合との間で電力をルーティングするように構成された制御回路をさらに備え得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、制御回路は少なくとも１つのマルチプレクサを備え得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、制御回路は少なくとも１つのスイッチおよび／またはリレーを備え得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、第３のポートは、上記複数の電力コンバータモジュールのうちの１つまたは複数における第１のコンバータブリッジに電気的に接続され得る。第３のポートは、第３のポートに接続されたＡＣ／ＤＣの電源／負荷と、マルチポートエネルギーシステムの別のポートに接続された別のＡＣ／ＤＣの電源／負荷との間で電力を伝送できるように構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、第３のポートは、動的ポートであり得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、システムは、上記複数の電力コンバータモジュールのうちの１つまたは複数における第２のコンバータブリッジに電気的に接続された第４のポートを備え得る。第４のポートは、第４のポートに接続されたＡＣ／ＤＣの電源／負荷と、マルチポートエネルギーシステムの別のポートに接続された別のＡＣ／ＤＣの電源／負荷との間で電力を伝送できるように構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、第４のポートは、動的ポートであり得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、第４のポートのグラウンドは、降圧変圧器のグラウンドから電気的に独立し得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートは、上記複数の装置にＡＣまたはＤＣ電力を供給し、かつ／あるいは、上記複数の装置からＡＣまたはＤＣ電気エネルギーを受け取るように構成された動的ポートであり得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートは、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、上記複数の装置のうちの第１の装置との間で第１の最大電力レベルで電力が流れることを可能にし、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、上記複数の装置のうちの第２の装置との間で、第１の電力レベルよりも大きい第２の最大電力レベルで電力が流れることを可能にするように構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の電力コンバータモジュールのそれぞれは、ソフトスイッチング固体変圧器コンバータであり得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、第１のポート、複数の第２のポート、第３のポート、降圧変圧器、および電力コンバータスタックは、ハウジング内に統合され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、システムは、上記複数の第２の動的ポートに電気的に接続された上記複数の装置のうち、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムからの電気エネルギーが所定の時間に供給される装置を選択するように構成されたコントローラをさらに備え得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、コントローラは１つまたは複数のマルチプレクサを備え得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートに電気的に接続された上記複数の装置は、電気自動車充電ステーションを含み得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートに電気的に接続された上記複数の装置は、太陽光発電モジュールを含み得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートに電気的に接続された上記複数の装置は、バッテリを含み得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記複数の第２のポートに電気的に接続された上記複数の装置は、電解槽を含み得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムは、Ｎ＋１個の独立した接地方式間で構成可能であり、Ｎは、上記複数の電力コンバータモジュールにおける電力コンバータモジュールの数である。

本開示の別の実施形態は、静的ＡＣポートと、複数のＤＣポートと、降圧変圧器と、電力コンバータスタックと、１つまたは複数のマルチプレクサとを備えるマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムを提供する。静的ＡＣポートは、ＡＣユーティリティグリッドに電気的に接続されるように構成され得る。上記複数のＤＣポートは、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、上記複数のＤＣポートに電気的に接続された複数の装置との間でＤＣ電力を流すことができるように構成され得る。降圧変圧器は、高電圧側と低電圧側を備え得る。高電圧側は、静的ＡＣポートに電気的に接続され得る。電力コンバータスタックは、複数の電力コンバータモジュールを備え得る。上記複数の電力コンバータのそれぞれは、第１のコンバータブリッジ、電力コンバータ変圧器、および第２のコンバータブリッジを備え得る。第１のコンバータブリッジは、降圧変圧器の低電圧側に電気的に接続され得る。上記１つまたは複数のマルチプレクサは、上記複数の電力コンバータモジュールにおける第２のコンバータブリッジからＤＣ電力を受け取り、動的ＤＣポートに電気的に接続された上記複数の装置のうちの選択された１つまたは複数の装置にＤＣ電力を供給するように構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、上記１つまたは複数のマルチプレクサは、動的ＤＣポートに電気的に接続された上記複数の装置のうちの選択された１つまたは複数の装置からＤＣ電力を受け取り、上記複数の電力コンバータにおける第２のコンバータブリッジにＤＣ電力を供給するようにさらに構成され得る。

本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても、電力コンバータ変圧器は、各電力コンバータモジュールの第１のコンバータブリッジに電気的に接続された第１の側と、各電力コンバータモジュールの第２のコンバータブリッジに電気的に接続された第２の側とを備え得る。

本開示のこれらおよび他の態様が、以下の詳細な説明および添付の図面に記載されている。実施形態の他の態様および特徴は、特定の例示的な実施形態の以下の説明を図面と併せて検討することにより、当業者に明らかになるであろう。本開示の特徴は、特定の実施形態および図に関連して論じることができるが、本開示のすべての実施形態は、本明細書で論じられる特徴の１つまたは複数を含むことができる。さらには、１つまたは複数の実施形態が、特定の有利な特徴を有するものとして論じられ得るが、そのような特徴の１つまたは複数は、本明細書で論じる様々な実施形態とともに用いることもできる。同様に、例示的な実施形態は、装置、システム、または方法の実施形態として以下で説明され得るが、そのような例示的な実施形態は、本開示の様々な装置、システム、および方法で実施され得ることが理解されるべきである。

本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことにより、より理解されるであろう。本開示を説明する目的で、特定の実施形態が図面に示されている。しかしながら、本開示は、図面に示される実施形態の正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。

図１は、複数の車両にサービスを提供する従来のＤＣ急速充電ステーションの単線図を示す。

図２は、追加の、絶縁された専用のＤＣ／ＤＣコンバータおよび双方向整流器を用いてＰＶおよびバッテリストレージを統合した、複数の車両にサービスを提供する従来のＤＣ急速充電ステーションの単線図を示す。

図３は、追加の、絶縁されていない専用の整流器および電源周波数変圧器を用いてＰＶおよびバッテリストレージを統合した、複数の車両にサービスを提供する従来のＤＣ急速充電ステーションの単線図を示す。

図４は、本開示の例示的な実施形態による、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの概略図を示す。

図５Ａは、本開示の例示的な実施形態による、電力コンバータモジュールの概略図を示す。

図５Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、マルチプレクサを備える電力コンバータモジュールの概略図を示す。

図６は、本開示の例示的な実施形態による、１～４個のマルチプレクサを有して様々な容量を有する動的な第２のポートを実現する６つの電力コンバータモジュールを備えるマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの概略図を示す。

図７は、本開示の例示的な実施形態による、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムによって可能になる電源と負荷の潜在的な接地方式を例示した概略図を示す。

図８は、本開示の例示的な実施形態による、定義可能な接地点を有する２つの静的ポートの直列接続を通じて、より高いＡＣ／ＤＣ電圧システムと接続（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）するマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの概略図を示す。

図９Ａは、本開示の例示的な実施形態による、９００Ａマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの使用事例を示す。 図９Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、９００Ａマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの使用事例を示す。 図９Ｃは、本開示の例示的な実施形態による、９００Ａマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの使用事例を示す。 図９Ｄは、本開示の例示的な実施形態による、９００Ａマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの使用事例を示す。

図１０は、本開示の例示的な実施形態による、ビークル・トゥ・グリッド機能を備えたＰＶおよびバッテリ電源からのグリッド形成動作を示すマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムの使用事例を示す。

上述のように、ＡＣユーティリティグリッドに接続する従来の電力会社の変圧器は、ＤＣ負荷／電源に直接接続することができない。したがって、本開示は、当該システムに接続されたＡＣユーティリティグリッドと複数のＡＣおよび／またはＤＣ電源／負荷との間で電力をルーティングするための、新規なマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムを提供する。開示されたシステムは、ＡＣおよび／またはＤＣをサービスとして提供するための、独特で、柔軟で、スケーラブルで、かつ動的に再構成可能なソリューションを実現することができ、高レベルでの相互運用性、柔軟性、および統合により従来のコンセプトやソリューションと比較してコストや複雑さの低減が期待される。

本開示の原理および特徴の理解を容易にするために、様々な例示的な実施形態について以下に説明する。本明細書に開示される実施形態の様々な要素を構成するものとして以下に説明される構成要素、ステップ、および材料は、例示的なものであり、限定的なものではない。本明細書に記載される構成要素、ステップ、および材料と同じまたは類似の機能を実行する多くの適切な構成要素、ステップ、および材料は、本開示の範囲内に包含されることが意図される。本明細書に記載されていないそのような他の構成要素、ステップ、および材料には、本明細書に開示される実施形態の開発後に開発される同様の構成要素またはステップが含まれ得るが、これらに限定されない。

本明細書に開示されるマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムのいくつかの実施形態は、発明者らによって以前発明されたソフトスイッチング固体変圧器（Ｓｏｆｔ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：Ｓ４Ｔ）コンバータを利用する。Ｓ４Ｔコンバータは、米国特許第１０４９１０９８号およびＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２０２００２３４７１号に開示されており、これらは、以下に完全に説明されているかのように、その全体が参照により組み込まれる。しかしながら、本開示は、Ｓ４Ｔコンバータの使用に限定されない。むしろ、本開示の様々な実施形態は、当該技術分野で知られている多くの異なる電力コンバータを利用することができる。Ｓ４Ｔトポロジには、マルチポート動作、ソフトスイッチング、電流源特性、およびガルバニック絶縁という固有の特性を有する。これらの特性により、Ｓ４Ｔソリューションは、エネルギーストレージが統合された太陽光発電所などのアプリケーションにとって非常に魅力的になる。高周波（ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＨＦ）変圧器の片側に３相ＡＣポートを備え、もう一方の側にＰＶとバッテリ用の２つのＤＣポートを備えたＳ４Ｔを動作させることができる。スイッチングサイクル全体で転送される最大エネルギーが制限されている限り、ポートの数は必要に応じて拡張できる。

本開示は、様々な最終用途におけるＡＣ用途だけでなく、新興のＤＣ用途をもターゲットにする柔軟性を依然として提供する、大規模で標準化されたＡＣおよびＤＣシステムを実装する方法について説明するものであり、上記ＤＣ用途には、ＰＶ、バッテリ、水素電解、ＥＶ急速充電、および、電力会社（または同等の民間プロバイダ）がターゲットのＤＣ負荷／電源と接続（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）するのに必要な安全で絶縁され制御されたＤＣ電圧／電流を提供するコンセプトを用いたその他の用途が含まれる。一般に、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システム全体は、障害電流や落雷に対する上流保護を備えた標準的な中電圧降圧変圧器を含むことができ、これは（工場内または現場で）適切に相互接続されたマルチポート電力コンバータスタックと統合される。マルチポートコンバータは、ソフトウェアによって動的に設定することにより、安全性と絶縁要件を満たしながら、電力の流れが任意の方向の、複数のＡＣおよび／またはＤＣポートに対応できる。

Ｓ４Ｔトポロジは本質的にモジュール化されており、高周波を絶縁したＡＣ／ＤＣの電源および負荷の単段変換を提供することができる。絶縁電流源コンバータとして、このトポロジは、循環電流の問題を発生させることなく、事実上無制限の並列接続により必要に応じて電力を拡張するのに役立つ。本開示は、この本質的なモジュール性と柔軟性を基に、基本的なＳ４Ｔ技術に専用のハードウェアと技術を追加して、動的な容量調整が可能な複数の、独立に制御され、絶縁された、動的なＡＣおよび／またはＤＣポートを備えた、真に柔軟で、統合され、自己保護された、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムを実現する。

図４に示すように、本開示の例示的な実施形態は、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システム（ｍｕｌｔｉｐｏｒｔ ｅｎｅｒｇｙ ｒｏｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＲＳ）を提供する。ＭＥＲＳは、中電圧（ｍｅｄｉｕｍ－ｖｏｌｔａｇｅ）ＡＣユーティリティグリッドに電気的に接続されるように構成された第１のポート１１０を備え得る。ＭＥＲＳは、複数の第２のポートであって、当該ＭＥＲＳと当該複数の第２のポートに電気的に接続された複数の装置との間でエネルギーを流すことができるように構成された、複数の第２のポート１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃをさらに備え得る。ＭＥＲＳは、求められる降圧および基本絶縁レベル（ｂａｓｉｃ－ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ－ｌｅｖｅｌ：ＢＩＬ）管理機能と、ガルバニック絶縁の第１の層とを提供する統合電源周波数降圧変圧器１０５（６０Ｈｚ、５０Ｈｚ）を備え得る。降圧変圧器１０５は、第１のポート１１０に接続された高電圧側１０６を有し得る。降圧変圧器１０５の低電圧側１０７（通常、４８０～５７５Ｖｒｍｓ）は、電力コンバータスタック１１５に供給される。電力コンバータスタック１１５は、並列構成とすることができる複数の電力コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ（例えば、Ｓ４Ｔコンバータ）を備え得る。コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃは、故障状態下を含め、ソースまたはシンクできる最大電流に固有の制限を有することができ、グリッドに対向する保護機構の大幅な簡素化を可能にする。これは、保護機構が絶縁調整のための電源周波数降圧変圧器１０５に依存し、かつＭＶ ＡＣグリッドへの接続が、単純なＭＶヒューズまたはヒューズ付き断路器と、ＭＯＶなど過電圧保護装置の集合とからなる、開示されたＭＥＲＳで利用することができる。必要であれば、逆並列構成のサイリスタの集合などの高電流パルス耐性装置を含むクローバーを電源周波数降圧変圧器１０５の低電圧二次側１０７に追加し、故障状態でトリガして、ＭＶヒューズ保護を有効にする（ヒューズを開く）のに役立てることができる。電力コンバータスタック１１５は、動作していないときにスタックをグリッドから絶縁するために、接触器（３極または４極）を介して変圧器１０５の低電圧側１０７に接続することができる。上述の保護ハードウェアおよび回路は、ＭＥＲＳ内の降圧変圧器１０５に統合して、ＭＶグリッドと直接、接続（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）する完全に保護された装置を提供することができる。グリッドに直接接続されたパワーエレクトロニクスを用いたソリューションと比較して、ＭＥＲＳは、外部の高遮断容量スイッチ装置、複雑な保護調整、およびＢＩＬ管理機構の必要性を排除し、設置を簡素化し、コストを削減できる。

ＭＥＲＳ内の各電力コンバータモジュールは、製造が容易なように同一にすることができ、高周波ガルバニック絶縁によってＡＣ側から絶縁された少なくとも１つの制御されたＡＣおよび／またはＤＣ出力を提供し、それによりＭＥＲＳ内に第２の離散・分散絶縁層を提供する。電力コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃは、単段ＡＣ／ＤＣ変換が可能であり、ＤＣポート１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにおけるさらなるＤＣコンバータを不要にすることができる。これは、ＥＶのＤＣ急速充電において特に有利であり、ＥＶ接続点において電力の流れを制御し絶縁を提供する個別の充電「ヘッド」を完全に取り除ける。１つのＭＥＲＳあたりの電力コンバータモジュールの数は、真のモジュラー構造を実現するために、目標の設置容量を満たすように調整できる。

例示的な電力コンバータモジュールを図５Ａに示す。図５Ａに示すように、電力コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃのそれぞれは、第１のコンバータブリッジ１２６、第２のコンバータブリッジ１２７、および電力コンバータ変圧器１２８を備え得る。電力コンバータ変圧器１２８は、第１のコンバータブリッジ１２６に電気的に接続された第１の側１２８ａと、第２のコンバータブリッジ１２７に電気的に接続された第２の側１２８ｂとを有し得る。第１のコンバータブリッジ１２６は、さらに、降圧変圧器１０５の低電圧側１０７に電気的に接続され得る。第２のコンバータブリッジ１２７は、さらに、複数の第２のポート１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに（例えば、マルチプレクサあるいはスイッチおよび／またはリレーの組み合わせのような制御回路１１６を介して）電気的に接続され得る。第１および第２のコンバータブリッジ１２６、１２７のそれぞれは、それぞれがＡＣまたはＤＣ電力を供給できる複数の接続点を有し得る。例示のみを目的とし、降圧変圧器は図５Ａ～図５Ｂに示されていないが、本開示の様々な実施形態において、電力コンバータモジュールの第１のコンバータブリッジは、降圧変圧器の低電圧側に電気的に接続され得る。

例えば、電力コンバータモジュールのモジュール性をさらに活用するために、図４に示すように、統合マルチプレクサ構造を用いて、電力コンバータモジュールをＭＥＲＳによって提供される複数の動的ポートに接続（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）することができる。マルチプレクサ１４０は、図５Ｂに詳細に示されるように、モジュールが接続されるポート１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを選択するために電力コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ内に統合することができ、例えば、図に示される例示的な実装においては、１つのモジュールあたり１対４のマルチプレクサを有する。コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃには故障電流容量や突入電流の問題がないため、マルチプレクサ１４０は、故障電流耐性や遮断機能を必要とせず、負荷電流を流すことができる大きさの単純な接触器で実現することができる。マルチプレクサ１４０は、コンバータモジュール１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃの制御された出力を、目標レベルの柔軟性と多重化コストとの間のトレードオフから決定される動的ポートの固定サブセットに接続することを可能にする。このようにして形成されたすべての動的ポートは、ＡＣまたはＤＣの双方向電力変換が可能であり得る。例えば、図５Ｂに示され、図６に詳細に示されているコンバータモジュールに基づく実装では、各コンバータモジュールは、４つの異なるポート、すなわち、第１のポート１１０、第２のポート１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、第３のポート１３０、および第４のポート１３５に接続でき、ＭＥＲＳは、個々のコンバータモジュールを例えば合計１０個の「動的」ポートに配置でき、電気自動車充電ステーションの充電ポータルとして用いたり、複数のＰＶストリング、バッテリーセル、電解セル、ＡＣモーターなどに接続したりできる。これらの「動的」ポートは、例えば、トラックやバスの充電用に９００アンペア、超急速充電用に４５０アンペア、さらに３００アンペアと１５０アンペアのポートなど、様々な定格のものとすることができる。ある瞬間にサービスされる負荷／電源や、維持できる最大電力フローを動的に再構成する柔軟性を提供するため、より多くの動的ポートを有するが望ましい場合がある。これは、個々の電源と負荷に、最大電力フロー容量が固定され、場合により絶縁された完全定格の専用電力コンバータが必要で、それにより高価でかさばり柔軟性がない従来の手法と比較できる。

本明細書で用いる場合、「動的ポート」という用語は、制御回路、例えばマルチプレクサなどによって、そのポートを通る最大利用可能電力フローが任意の時点で動的に調整可能な電気接続を指す。例えば、「動的ポート」の電力フロー容量を動的に調整することで、ＭＥＲＳの利用率を最大化することができる。すなわち、装置が特定の動的ポートに接続されている場合、ＭＥＲＳは、例えば、マルチプレクサまたは他のコントローラまたは制御回路を用いて、そのポートを介して当該装置との間の電力フロー容量、または最大許容電力フローを選択できる。なお、ポート容量は０にすることができ、すなわち、この動的ポートに接続された装置は、実質的にＭＥＲＳから動的に切り離すことができることを理解されたい。本明細書において、「静的ポート」という用語は、そのポートを通る最大利用可能電力フロー、すなわちポート容量が、ＭＥＲＳによって動的に選択できない電気接続を意味する。例えば、図４のＡＣユーティリティグリッドに接続された第１ポートは、静的ポートとみなされることになる。なぜならＭＥＲＳがグリッドとＭＥＲＳの間で第１ポートを通じて許容される電力フロー容量、すなわち最大電力フローを選択的に制御しないためである。そのかわりに、ＭＥＲＳシステムの設計時に設定された容量に固定される。

コンバータモジュールを所定の動的ポートに直接かつ恒久的に接続するのを避けることにより、電力コンバータスタックを動的に再構成し、ＭＥＲＳの動的ポートごとに必要な数のコンバータモジュールを並列接続して、ポートの個々の電圧と電力のニーズに対応することができる。これは、電流を循環させることなく、すべての動的ポートの間の完全なガルバニック絶縁を常時維持しながらできる。図６に示す例示的な実施形態を検討すると、６つのコンバータモジュールすべてを同時に動的ポート「Ａ」に接続して、９００Ａの合計容量を実現することができる。３つのコンバータモジュールからなる別個の２つの組をポート「Ｂ」とポート「Ｃ」にさらに接続して、４５０Ａの容量を持ち独立して制御され絶縁されたポートを２つ同時に生成することができる。同じ原理をポート「Ｄ」から「Ｈ」にも適用でき、最大２つのコンバータモジュールを並列接続して、最大３００Ａを供給できる、独立して制御され絶縁された５つのポートを実現できる。単一のコンバータモジュールをポート「Ｉ」および「Ｊ」に配置して、さらに２つの１５０Ａの接続点を提供できる。なお、すべてのポートに同時にフル容量で電力を供給できるわけではないことは理解されているが、この独自のレベルの柔軟性と動的な再構成では、十分に活用されていない動的ポートから、より多くの電力を必要とするポートへとコンバータモジュールを配置することによって、設置されているコンバータモジュールの容量をより有効に利用でき、リソースをより有効に利用できる。

スタックレベルでは、中央コントローラ１１６は、通信リンク（無線、有線など）を介して動的ポートのそれぞれに必要な電力および電圧を収集し、マルチプレクサ１４０またはマルチプレクサの集合を用いて、ポートごとに必要な数のコンバータモジュールを配置するようにスタックを再構成することができる。コントローラ１１６は、当該技術分野で知られている多くの異なるコントローラまたは制御回路とすることができ、１つまたは複数のマルチプレクサ、スイッチ、リレー、およびそれらの組み合わせを備え得る。なお、通常の状態では負荷スイッチングが必要ない場合があり、マルチプレクサの設計がさらに簡素化されることに留意されたい。マルチプレクサは、個々の動的ポートに必要な絶縁を管理することもでき、障害が発生した場合には動的ポートを絶縁することもできる。

「静的」ＡＣおよび／またはＤＣポートを追加して、ＭＥＲＳの柔軟性と価値をさらに高めることができる。例えば、ＰＶなどの再生可能電源から負荷を供給したり、エネルギーストレージを使用してグリッドのピーク需要を管理したりすることが、ますます望まれている。この場合、通常、図２および図３に示すように、ＰＶパネルおよびバッテリのための追加のコンバータが必要となり、充電ポータルとのさらなる統合が必要となる。ＭＥＲＳは、ＰＶ、エネルギーストレージ、ＤＣ負荷（例えばＥＶ充電）、ＡＣ負荷／電源を含む統合送電線接続システムの全機能を実現でき、需要の削減、グリッドの補助、すべてのポート間の双方向の電力フロー（ＡＣおよびＤＣ）などの高度な機能が可能になり、コストを大幅に追加したり柔軟性を犠牲にしたりすることなく、さらなる価値の流れを解き放つことができる。これは、統合電源周波数降圧変圧器により、図５Ａ～図５Ｂに示すものと同じコンバータモジュールを用いて、動的ポートおよびグリッドから完全に分離して実現できる。この「静的」ポートの場合、多重化は必要ない場合があり、図６のＭＥＲＳの例示的な実装に示すように、必要な電力レベルを満たすために、適切な数のコンバータモジュールを恒久的に並列に接続することができる。これらの電源の追加は、従来のソリューションで必要であった別個のパワーエレクトロニクスを必要とせずに、同じコンバータを利用して可能である。ＭＥＲＳはまた、図５Ａ～図５Ｂに示すように、発電機または燃料電池を統合する必要がある場合には、フローティング構成で発電機または燃料電池を収容することもできる。コンバータモジュール内の降圧変圧器からと電力コンバータ変圧器からとの２つの絶縁を実現できるＭＥＲＳの能力により、接地や安全接地が必要な可能性のある負荷や電源に独自の構成を提供できる。さらに、各コンバータモジュールは独自の絶縁を持つことができるため、「出力」ポートが構成されている場合でも（図６参照）、それらはすべて互いにガルバニック絶縁を保持することができる。これにより、ＭＥＲＳは複数の負荷（例えば、ＥＶや水素電解セル）に給電しつつ、それぞれの負荷に独立した安全接地を提供することができる。この柔軟性は、ＭＥＲＳが長年にわたって現場で補助できる幅広い潜在的用途を実現する上で重要である。

ＭＥＲＳが提供する二重絶縁により、電源と負荷の柔軟な接地方式も実現できる。実際、図７に示すように、ＭＥＲＳは、第１のポートおよび複数の第２のポートに加えて、１つまたは複数の第１のコンバータブリッジまたは１つまたは複数の第２のコンバータブリッジに電気的に接続された追加の静的ポートおよび／または動的ポートをさらに含むことができる。例えば、図７に示すように、ＭＥＲＳは、ＰＶアレイおよび複数の電力コンバータモジュールの第１のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数に電気的に接続された第３のポート（例えば、静的ポート）をさらに備えることができる。ＭＥＲＳは、バッテリおよび複数の電力コンバータモジュールの第２のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数に電気的に接続された第４のポート（例えば、静的ポート）をさらに備えることができる。また、図７にも示すように、ＭＥＲＳは、ＰＶアレイおよびバッテリストレージシステムの正または負のＤＣグラウンドを独立して定義するように構成することができる。必要に応じて、静的ＤＣポートをフローティングのままにすることもできる。さらに、二重絶縁により、電力コンバータ変圧器を介した２つの静的ポートの「直列」接続が可能になり、ポートの電圧能力が２倍になる。これは、図８に示すように、例えば１．５ｋＶから２ｋＶの範囲の高電圧ＰＶシステムと接続（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）するために用いることができる。

各々が専用／個別の電気的絶縁を有するＮ個のコンバータモジュールで構築されたＭＥＲＳは、最大Ｎ＋１個の接地方式に対応可能であり、第１のコンバータブリッジのグラウンドはグリッド変圧器が提供する絶縁を用いて自由に／柔軟に定義でき、第２のコンバータブリッジのグラウンドは、個々のコンバータモジュールレベルで、独立してＮ回定義できる。

最後に、本明細書に開示される様々な実施形態で用いられるコンバータモジュールは完全に双方向であり得、ＡＣまたはＤＣ電力は、任意のポートから他の任意のポートへ、またグリッドとの間を流れることができる。これは、ビークル・トゥ・グリッド（ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－ｇｒｉｄ：Ｖ２Ｇ）の適用例や、グリッド補助やマイクログリッドの機能提供のために、大きな関心を集めている。

本明細書に開示される様々なＭＥＲＳによって提供される独自のレベルの柔軟性をさらに示すために、急速充電用途で使用される例示的なＭＥＲＳを検討した４つの使用事例が図９Ａ～図９Ｄに示されている。検討したＭＥＲＳは、図６の構成と同様の構成を用い、動的ポート間で共有される９００Ａの容量を有する。さらに、これらの使用事例では、６台の車両が動的ポートのうちの６個に接続されていると仮定している。６台の車両のうち、５台は様々な速度で充電が可能で、例えば３５０Ｖｄｃから８５０Ｖｄｃおよび２０８Ｖａｃといった異なるＤＣまたはＡＣ充電電圧を必要とする電気自動車（またはＥＶ）であり、１台はこの例で最も高い電力と電圧、例えば１０００Ｖｄｃを必要とする電気トラックである。この例で提示した４つの使用事例は、全く同じＭＥＲＳプラットフォームとハードウェアを使用できることに注目することが重要である。

図９Ａの事例Ｉに示すように、ＭＥＲＳの全容量を電気トラックの充電専用にすることができ、１０００Ｖｄｃで９００ＡのＤＣ電流により９００ｋＷの充電容量が得られる。この事例では、他のポートは「スタンバイ」モードで、ＭＶ ＡＣグリッドは必要な９００ｋＷの電力のすべてを供給している。トラックが完全に充電されると、あるいは何らかのより高いレベルの電力供給制御戦略に従うと、図９Ｂの事例ＩＩに示すように、トラックの充電ＤＣポートを無効にすることができ、９００Ａの電流容量を、使用中の他の５つの動的ポートに動的にルーティングすることができる。これは、上述のマルチプレクサと動的ポートの原理を利用することで独自に実現できる。この例では、ＭＥＲＳは複数の動的ポートを通じてＡＣとＤＣの両方の電力を供給していることに留意されたい。図９Ｂの事例ＩＩでは、各ポートを独立して制御して各車両の電力と電圧の要件を満たしている。ここでもＭＶグリッドだけで、必要な電力、この事例では５６１ｋＷを供給している。事例Ｉと事例ＩＩは２つの個別の例示的事例として提示されているが、６台の車両間の電力分配のすべての組み合わせも可能であること、すなわち、ＭＥＲＳの能力の範囲内で、トラックと自動車を異なる充電率で同時に充電できることに留意されたい。

事例ＩＩＩ（図９Ｃ）および事例ＩＶ（図９Ｄ）は、再び全く同じＭＥＲＳプラットフォームとハードウェアを用いて、ＭＥＲＳによって提供される追加の静的ポートを利用して、ＰＶ電源およびバッテリストレージ要素をシステムに接続する。適用例に必要な場合は、静的ポートを用いてＡＣ発電機を接続することもできる。事例ＩＩＩは事例Ｉに似ており、ＭＥＲＳの動的ポート容量全体がトラックの充電専用になっている。ただし、ここでは、必要な電力のうち７００ｋＷは、追加的に接続されたＰＶ（３００ｋＷ）とバッテリシステム（４００ｋＷ）によって部分的に供給される。これにより、グリッドの電力需要が当初の９００ｋＷから２００ｋＷに削減され、非常に高いレベルのグリッド補助が提供される。この追加レベルの機能を実現するには、既存の従来の手法を用いたコンバータシステムを完全に再設計する必要があったが、これは本質的にＭＥＲＳアーキテクチャによって提供されており、提供される追加の静的ポートは、システムの最初の試運転中、またはその後の現場でのアップグレード活動時に、そのような適用例に利用できる。事例ＩＶ、図９Ｄは、事例ＩＩと同様の充電容量に、ＰＶおよびバッテリシステムを追加したもの示している。この事例では、ＰＶシステムからの３００ｋＷの電力とＭＶグリッドからの４６１ｋＷの電力が統合されて、車両の充電に必要な５６１ｋＷの電力が提供され、残りの２００ｋＷでバッテリシステムが充電される。

図９Ａ～図９Ｄに示した４つの例示的な使用事例は、ＭＥＲＳが可能にするユニークなレベルの柔軟性を示しており、電力は任意のポートと他の任意のポートとの間でルーティングでき、複数の静的ポートを用いて分散エネルギー源とストレージをシステム（ＡＣまたはＤＣ）に追加でき、動的ポートは独立して制御できて目標の電圧と電力レベルに対応するように動的に再構成できる。

最後に、ＭＥＲＳのすべてのポートは完全な双方向性を有し得て、ＭＥＲＳは、必要に応じてブラックスタートやマイクログリッドを補助する、グリッド形成モードでの動作も可能である。事例Ｖ、図１０は、ＰＶシステム（３００ｋＷ）とバッテリシステム（３００ｋＷ）から電力を取り出してグリッドに電力を注入する、典型的なＭＥＲＳの使用事例を示している。ビークル・トゥ・グリッド（ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－ｇｒｉｄ：Ｖ２Ｇ）の補助も可能であり、事例Ｖで活用されている。この事例では、トラックのバッテリが追加の３００ｋＷの電力を供給し、合計９００ｋＷがＡＣグリッドに注入されている。これも同様に、事例Ｉ～ＩＶと同じＭＥＲＳプラットフォームとハードウェアを用いて実現できる。

本明細書に開示される実施形態および特許請求の範囲は、その適用において、明細書に記載され図面に示される構成要素の構造および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。むしろ、明細書および図面は、想定される実施形態の例を提供するものである。本明細書に開示される実施形態および特許請求の範囲は、さらに他の実施形態も可能であり、様々な方法で実践および実施することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は説明を目的としたものであり、特許請求の範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。

したがって、当業者であれば、本願および特許請求の範囲の基礎となる概念が、本願において提示された実施形態および特許請求の範囲のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムの設計の基礎として容易に利用できることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲はそのような同等の構成を含むものとみなされることが重要である。

さらに、前述の要約の目的は、米国特許商標庁と、特に特許や法律の用語や表現に詳しくない当業者を含む一般市民が、ざっと目を通しただけで本願の技術開示の性質と本質を迅速に判断できるようにすることにある。要約書は、本願の特許請求の範囲を定義することを意図したものではなく、また特許請求の範囲を何ら限定することを意図したものではない。

Claims (23)

1. 柔軟なマルチポート・エネルギー・ルーティング・システムであって、
   ＡＣユーティリティグリッドに電気的に接続されるように構成された第１のポートと、
   複数の第２のポートであって、前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、当該複数の第２のポートに電気的に接続された複数の装置との間で電力を流すことができるように構成された複数の第２のポートと、
   高電圧側と低電圧側を有し、当該高電圧側が前記第１のポートに電気的に接続された、降圧変圧器と、
   複数の電力コンバータモジュールを備えた電力コンバータスタックであって、当該複数の電力コンバータモジュールのそれぞれが、第１のコンバータブリッジ、第２のコンバータブリッジ、および電力コンバータ変圧器を備え、当該電力コンバータ変圧器が、前記第１のコンバータブリッジに電気的に接続された第１の側と、前記第２のコンバータブリッジに電気的に接続された第２の側とを有し、前記第１のコンバータブリッジが、前記降圧変圧器の前記低電圧側に電気的に接続され、前記第２のコンバータブリッジが、前記複数の第２のポートのうちの１つまたは複数に電気的に接続された、電力コンバータスタックと、
   前記複数の電力コンバータモジュールにおける前記第１のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数と、前記第２のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数とのうちの、いずれか１つに電気的に接続された第３のポートと、を備え、
   前記第１および第２のコンバータブリッジは、前記第１、第２、および第３のポート間のＡＣおよびＤＣ電力の流れを双方向に管理するように構成されている、マルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
2. 前記電力コンバータスタックは、前記第２のコンバータブリッジのうちの１つまたは複数と、前記複数の装置のうちの所定の装置の集合との間で電力をルーティングするように構成された１または複数の制御回路をさらに備える、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
3. 前記制御回路は、少なくとも１つのマルチプレクサを備える、請求項２に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
4. 前記制御回路は、少なくとも１つのスイッチおよび／またはリレーを備える、請求項２に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
5. 前記第３のポートは前記複数の電力コンバータモジュールのうちの１つまたは複数における前記第１のコンバータブリッジに電気的に接続され、当該第３のポートは、当該第３のポートに接続されたＡＣ／ＤＣの電源／負荷と、前記マルチポートエネルギーシステムの別のポートに電気的に接続された別のＡＣ／ＤＣの電源／負荷との間で電力を伝送できるように構成されている、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
6. 前記第３のポートは動的ポートである、請求項６に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
7. 前記複数の電力コンバータモジュールのうちの１つまたは複数における前記第２のブリッジに電気的に接続された第４のポートをさらに備え、当該第４のポートは、当該第４のポートに電気的に接続されたＡＣ／ＤＣの電源／負荷と、前記マルチポートエネルギーシステムの別のポートに電気的に接続された別のＡＣ／ＤＣの電源／負荷との間で電力を伝送できるように構成されている、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
8. 前記第４のポートは動的ポートである、請求項７に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
9. 前記第４のポートのグラウンドは、前記降圧変圧器のグラウンドから電気的に独立している、請求項７に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
10. 前記複数の第２のポートは、前記複数の装置にＡＣまたはＤＣ電力を供給し、かつ／あるいは、前記複数の装置からＡＣまたはＤＣ電力を受け取るように構成された動的ポートである、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
11. 前記複数の第２のポートは、前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、前記複数の装置のうちの第１の装置との間で第１の最大電力レベルで電力が流れることを可能にし、前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、前記複数の装置のうちの第２の装置との間で、前記第１の最大電力レベルよりも大きい第２の最大電力レベルで電力が流れることを可能にするように構成されている、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
12. 前記複数の電力コンバータモジュールのそれぞれは、ソフトスイッチング固体変圧器コンバータである、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
13. 前記第１のポート、前記複数の第２のポート、前記第３のポート、前記降圧変圧器、および前記電力コンバータスタックは、ハウジング内に統合されている、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
14. 前記複数の第２の動的ポートに電気的に接続された前記複数の装置のうち、前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムからの電気エネルギーが所定の時間に最大電力フロー容量で供給される装置を選択するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
15. 前記コントローラは、１つまたは複数のマルチプレクサを備える、請求項１４に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
16. 前記複数の第２のポートに電気的に接続された前記複数の装置は、電気自動車充電ステーションを含む、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
17. 前記複数の第２のポートに電気的に接続された前記複数の装置は、太陽光発電モジュールを含む、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
18. 前記複数の第２のポートに電気的に接続された前記複数の装置は、バッテリを含む、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
19. 前記複数の第２のポートに電気的に接続された前記複数の装置は、電解槽を含む、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
20. 前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムは、Ｎ＋１個の独立した接地方式間で構成可能であり、Ｎは、前記複数の電力コンバータモジュールのうちの電力コンバータモジュールの数である、請求項１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
21. マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムであって、
    ＡＣユーティリティグリッドに電気的に接続されるように構成された静的ＡＣポートと、
    複数のＤＣポートであって、前記マルチポート・エネルギー・ルーティング・システムと、当該複数のＤＣポートに電気的に接続された複数の装置との間でＤＣ電力を流すことができるように構成された複数のＤＣポートと、
    高電圧側と低電圧側を有し、当該高電圧側が前記静的ＡＣポートに電気的に接続された、降圧変圧器と、
    複数の電力コンバータモジュールを備えた電力コンバータスタックであって、当該複数の電力コンバータのそれぞれが、第１のコンバータブリッジ、電力コンバータ変圧器、および第２のコンバータブリッジを備え、前記第１のコンバータブリッジが、前記降圧変圧器の前記低電圧側に電気的に接続されている、電力コンバータスタックと、
    前記複数の電力コンバータモジュールにおける第２のコンバータブリッジからＤＣ電力を受け取り、前記複数の動的ＤＣポートに電気的に接続された前記複数の装置のうちの選択された１つまたは複数の装置にＤＣ電力を供給するように構成された、１つまたは複数のマルチプレクサと、を備えたマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
22. 前記１つまたは複数のマルチプレクサは、前記動的ＤＣポートに電気的に接続された前記複数の装置のうちの選択された１つまたは複数の装置からＤＣ電力を受け取り、前記複数の電力コンバータにおける前記第２のコンバータブリッジにＤＣ電力を供給するようにさらに構成されている、請求項２１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。
23. 前記電力コンバータ変圧器は、各前記電力コンバータモジュールの前記第１のコンバータブリッジに電気的に接続された第１の側と、各前記電力コンバータモジュールの前記第２のコンバータブリッジに電気的に接続された第２の側とを備える、請求項２１に記載のマルチポート・エネルギー・ルーティング・システム。