JPWO2021211630A5 - - Google Patents
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Description
(関連出願の相互参照)CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
本願は、その全てが、それらの全体として、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4月14日に出願された、米国仮出願第63/009,996号、2020年6月24日に出願された、米国仮出願第63/043,731号、2020年8月24日に出願された、米国仮出願第63/069,369号、2020年9月28日に出願された、米国仮出願第63/084,300号の利益および優先権を主張する。This application claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Application No. 63/009,996, filed April 14, 2020, U.S. Provisional Application No. 63/043,731, filed June 24, 2020, U.S. Provisional Application No. 63/069,369, filed August 24, 2020, and U.S. Provisional Application No. 63/084,300, filed September 28, 2020, all of which are incorporated by reference herein in their entirety and for all purposes.
本明細書に説明される主題は、概して、可動および定常用途において使用可能である、モジュールベースのカスケード式エネルギーシステムを充電および放電するためのシステム、デバイス、および方法に関する。The subject matter described herein generally relates to systems, devices, and methods for charging and discharging modular-based cascaded energy systems that can be used in mobile and stationary applications.
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今日の自動車技術は、とりわけ、モータ、機械的要素、およびエレクトロニクスの相互作用によって特徴付けられる。これらは、車両性能または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。Energy systems with multiple energy sources or sinks are common in many industries. One example is the automotive industry. Today's automotive technology, as developed over the past century, is characterized by the interplay of motors, mechanical elements, and electronics, among others. These are the main components that affect vehicle performance or driver experience. Motors are of combustion and electric type, and in almost all cases, the rotational energy from the motor is delivered through a set of highly sophisticated mechanical elements such as clutches, transmissions, differentials, drive shafts, torque tubes, couplers, etc. These parts largely control the torque transformation and distribution to the wheels and define the performance and drivability of the car.
電気車両(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、駆動列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、直列に接続された個々の電池のセットと、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エレクトロニクスが、欠如している。結果として、任意の監視または制御機能は、車内の他の場所に存在したとしても、個々の電池健全性、充電状態、温度、および他の性能に影響を及ぼすメトリックを監視する能力が欠けている、別個のシステムによって対処される。また、任意の形態の個々の電池あたりの電力引き込みを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。Electric vehicles (EVs) include various electrical systems associated with the drive train, including battery packs, chargers, and motor controls, among others. High-voltage battery packs are typically organized into a serial chain of low-voltage battery modules. Each such module further includes a set of individual cells connected in series and a simple built-in battery management system (BMS) to regulate basic battery-related characteristics such as state of charge and voltage. Electronics with more sophisticated capabilities or some form of high-performance interconnectivity are lacking. As a result, any monitoring or control functions, even if present elsewhere in the vehicle, are handled by separate systems that lack the ability to monitor individual battery health, state of charge, temperature, and other performance-affecting metrics. Also, there is no ability to meaningfully regulate any form of power draw per individual battery. Some of the major consequences are: (1) the weakest cell limits the overall performance of the entire battery pack; (2) failure of any cell or module leads to the need to replace the entire pack; (3) battery reliability and safety are significantly reduced; (4) battery life is limited; (5) thermal management is difficult; (6) the battery pack always operates below its maximum capacity; and (7) the sudden inrush of power from regenerative braking cannot be easily stored in the battery and requires dissipation through a dump resistor.
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への充電流を合わせる能力が殆どない。充電サイクルはまた、典型的には、充電システムおよびバッテリパックに、達成可能な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網が欠けているため、長い。Charging circuits for EVs are typically implemented in separate on-board systems. They step up the power coming from outside the EV in the form of AC or DC signals, convert it to DC, and deliver it to the battery pack. The charging system monitors the voltage and current, and typically provides a steady, constant delivery. Given the design of the battery pack and typical charging circuits, there is little ability to tailor the charge flow to individual battery modules based on cell health, performance characteristics, temperature, etc. Charging cycles are also typically long because the charging system and battery pack lack circuitry to enable pulse charging or other techniques that would optimize achievable charge transfer or total charge.
従来の制御は、バッテリパック電圧段を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つの車輪内モータを使用する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。Conventional control includes a DC/DC conversion stage to adjust the battery pack voltage stage to the bus voltage of the EV's electrical system. The motor is then driven by a simple two-stage multi-phase converter, which in turn provides the required AC signal to the electric motor. Each motor is traditionally controlled by a separate controller, driving the motor in a three-phase design. A dual-motor EV would require two controllers, while an EV using four in-wheel motors would require four individual controllers. Conventional controller designs also lack the ability to drive next-generation motors, such as switched reluctance motors (SRMs), characterized by a higher number of pole pieces. Adaptation would require a high-order phase design, making the system more complex and ultimately unable to cope with electrical noise and drive performance, such as high torque ripple and acoustic noise.
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。Many of these deficiencies apply to a significant extent not only to automobiles, but also to other motor-driven vehicles, as well as to stationary applications. For these and other reasons, a need exists for improved systems, devices, and methods for energy systems for mobile and stationary applications.
システム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、電力を発生および貯蔵するためにカスケード方式で配列される、複数のモジュールを有する、エネルギーシステムを充電および放電するために本明細書に提供される。各モジュールは、エネルギー源と、エネルギー源を、電力を発生させるため、または電力を充電源から受け取り、貯蔵するためのシステム内の他のモジュールに選択的に結合する、スイッチ回路網とを含むことができる。エネルギーシステムは、複数の直列または相互接続されたアレイを伴う、単相または多相トポロジで配列されることができる。エネルギーシステムは、電力を1つまたはそれを上回るモータに供給するための複数のサブシステムとともに配列されることができる。実施形態は、多相AC充電信号、単相AC充電信号、および/またはDC充電信号を用いて、充電されることが可能である。Exemplary embodiments of systems, devices, and methods are provided herein for charging and discharging an energy system having multiple modules arranged in a cascaded manner to generate and store power. Each module can include an energy source and a switch network that selectively couples the energy source to other modules in the system to generate power or to receive and store power from a charging source. The energy system can be arranged in a single-phase or multi-phase topology with multiple series or interconnected arrays. The energy system can be arranged with multiple subsystems to provide power to one or more motors. The embodiments can be charged using a multi-phase AC charging signal, a single-phase AC charging signal, and/or a DC charging signal.
モジュールは、ステータス情報を、充電状態および/または温度等のモジュールの1つまたはそれを上回る動作特性を横断して、平衡条件を維持または標的としながら、ステータス情報を使用して、モジュールを充電し得る、制御システムに出力することができる。制御システムはまた、システム内の変位および歪曲を限定する様式において、充電を制御することができる。いくつかの実施形態では、充電は、負荷またはモータをバイパスしながら生じる一方、他の実施形態では、充電は、負荷またはモータを通して生じる。モータを通した充電は、モータの成分フラックスを相殺するような方法において実施されることができる。The modules can output status information to a control system that can use the status information to charge the modules while maintaining or targeting an equilibrium condition across one or more operating characteristics of the modules, such as state of charge and/or temperature. The control system can also control charging in a manner that limits displacements and distortions in the system. In some embodiments, charging occurs while bypassing the load or motor, while in other embodiments, charging occurs through the load or motor. Charging through the motor can be implemented in a manner that offsets the component fluxes of the motor.
実施形態は、いくつか実施例を挙げると、単相、多相(例えば、3相および6相)、線形アレイまたはデルタおよび直列配列におけるアレイを伴うトポロジ、複数の負荷および電圧要件を有するトポロジ、およびアレイ間または相間平衡を実施するため、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提供するための1つまたはそれを上回る相互接続モジュールを有するトポロジを含む、多数のトポロジを有することができる。また、電気車両の多相、単相AC、またはDC充電を実施するためにモジュール型エネルギーシステムを充電源内に実装する、実施形態も、提供される。Embodiments can have numerous topologies, including single phase, multi-phase (e.g., three-phase and six-phase), topologies with linear arrays or arrays in delta and series configurations, topologies with multiple loads and voltage requirements, and topologies with one or more interconnection modules to perform array-to-array or phase-to-phase balancing and/or to provide power to one or more auxiliary loads, to name a few. Also provided are embodiments that implement a modular energy system within a charging source to perform multi-phase, single-phase AC, or DC charging of electric vehicles.
例示的実施形態はまた、複数のサブシステム構成のために提供され、各サブシステムは、異なる電圧を提供し、および/または異なるタイプのエネルギー源を利用することができる。例示的実施形態は、EVシャーシの内部空間内へのエネルギーシステムのモジュールの設置のために提供される。例示的実施形態はさらに、そのためのモジュールおよびトポロジの付加的実施形態を含む、自動化されたサスペンションおよび/またはステアリングシステムの給電のために提供される。Exemplary embodiments are also provided for multiple subsystem configurations, where each subsystem can provide a different voltage and/or utilize a different type of energy source. Exemplary embodiments are provided for installation of modules of an energy system within the interior space of an EV chassis. Exemplary embodiments are further provided for powering an automated suspension and/or steering system, including additional embodiments of modules and topologies therefor.
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。Other systems, devices, methods, features, and advantages of the subject matter described herein will be, or become, apparent to one with skill in the art upon examination of the following figures and detailed description. All such additional systems, methods, features, and advantages are intended to be included within this description, be within the scope of the subject matter described herein, and be protected by the accompanying claims. Features of the example embodiments should not be construed as limiting the appended claims in any way absent an express recitation of those features in the claims.
本発明は、例えば、以下を提供する。The present invention provides, for example, the following:
(項目1)(Item 1)
電力を負荷に供給するように制御可能であるモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system controllable to supply electrical power to a load, comprising:
3つのアレイであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、3つのアレイと、three arrays, each array comprising at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される充電ポートと、a charging port configured to conduct a DC or single phase AC charging signal;
前記充電ポートと前記3つのアレイとの間に接続されるルーティング回路網であって、前記ルーティング回路網は、前記DCまたは単相AC充電信号を前記3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である、ルーティング回路網とa routing circuitry connected between the charging port and the three arrays, the routing circuitry being controllable to selectively route the DC or single phase AC charging signal to each of the three arrays; and
を備える、システム。A system comprising:
(項目2)(Item 2)
前記ルーティング回路網と通信可能に結合される制御システムをさらに備え、前記制御システムは、前記ルーティング回路網を制御し、前記DCまたは単相AC充電信号を前記3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように構成される、項目1に記載のシステム。13. The system of claim 1, further comprising a control system communicatively coupled to the routing circuitry, the control system configured to control the routing circuitry to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each of the three arrays.
(項目3)(Item 3)
前記制御システムは、前記3つのアレイの各モジュールと通信可能に結合され、各モジュールの前記コンバータを制御し、各モジュールを充電するように構成される、項目2に記載のシステム。3. The system of claim 2, wherein the control system is communicatively coupled to each module of the three arrays and configured to control the converter of each module and charge each module.
(項目4)(Item 4)
前記制御システムは、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、各モジュールの前記コンバータを制御するように構成される、項目3に記載のシステム。4. The system of claim 3, wherein the control system is configured to control the converter of each module according to a pulse width modulation or hysteresis technique.
(項目5)(Item 5)
各モジュールは、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前記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、各モジュールの前記コンバータを制御するように構成される、項目3に記載のシステム。4. The system of claim 3, wherein each module comprises a monitor circuit configured to monitor status information of the module, each module is configured to output the status information to the control system, and the control system is configured to control the converter of each module based on the status information.
(項目6)(Item 6)
前記ステータス情報は、前記モジュールの温度および充電状態に関し、前記制御システムは、各モジュールの前記コンバータを制御し、前記アレイの全てのモジュールの温度および充電状態を平衡するように構成される、項目5に記載のシステム。6. The system of claim 5, wherein the status information relates to temperature and charge state of the modules, and the control system is configured to control the converter of each module to balance the temperature and charge state of all modules in the array.
(項目7)(Item 7)
前記ルーティング回路網は、前記制御システムによって、前記DC充電信号を前記3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である複数の一方向性ソリッドステート中継器を備える、項目2に記載のシステム。3. The system of claim 2, wherein the routing circuitry comprises a plurality of unidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route the DC charging signal to each of the three arrays.
(項目8)(Item 8)
前記一方向性ソリッドステート中継器は、サイリスタである、項目7に記載のシステム。8. The system of claim 7, wherein the unidirectional solid state repeater is a thyristor.
(項目9)(Item 9)
前記ルーティング回路網は、DC+線と結合される第1のポートと、DC-線と結合される第2のポートと、第1のアレイと結合される第3のポートと、第2のアレイと結合される第4のポートと、第3のアレイと結合される第5のポートとを備え、かつ、the routing circuitry comprising a first port coupled to a DC+ line, a second port coupled to a DC- line, a third port coupled to the first array, a fourth port coupled to the second array, and a fifth port coupled to the third array; and
前記第1のポートと前記第3のポートとの間に結合される第1のサイリスタと、a first thyristor coupled between the first port and the third port;
前記第1のポートと前記第4のポートとの間に結合される第2のサイリスタと、a second thyristor coupled between the first port and the fourth port;
前記第4のポートと前記第2のポートとの間に結合される第3のサイリスタと、a third thyristor coupled between the fourth port and the second port;
前記第5のポートと前記第2のポートとの間に結合される第4のサイリスタとa fourth thyristor coupled between the fifth port and the second port;
を備え、Equipped with
前記サイリスタは、前記制御システムによって、前記第1のポートにおける前記DC充電信号を前記第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、前記第4または第5のポートにおける信号を前記第2のポートに選択的にルーティングするように制御可能である、項目2に記載のシステム。3. The system of claim 2, wherein the thyristor is controllable by the control system to selectively route the DC charging signal at the first port to either the third or fourth port and to selectively route signals at the fourth or fifth ports to the second port.
(項目10)(Item 10)
前記ルーティング回路網は、第1のAC線と結合される第6のポートと、第2のAC線と結合される第7のポートとを備え、かつ、the routing circuitry comprising a sixth port coupled to a first AC line and a seventh port coupled to a second AC line; and
前記第7のポートと前記第1および第2のサイリスタとの間に結合される第1のダイオードと、a first diode coupled between the seventh port and the first and second thyristors;
前記第6のポートと前記第1および第2のサイリスタとの間に結合される第2のダイオードと、a second diode coupled between the sixth port and the first and second thyristors;
前記第3および第4のサイリスタから前記第6のポートに結合される第3のダイオードと、a third diode coupled from the third and fourth thyristors to the sixth port;
前記第3および第4のサイリスタから前記第7のポートに結合される第4のダイオードとa fourth diode coupled from the third and fourth thyristors to the seventh port; and
を備える、項目9に記載のシステム。10. The system according to claim 9, comprising:
(項目11)(Item 11)
前記ルーティング回路網は、前記制御システムによって、前記DCまたは単相AC充電信号を前記3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である複数の双方向性ソリッドステート中継器を備える、項目2に記載のシステム。3. The system of claim 2, wherein the routing circuitry comprises a plurality of bidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each of the three arrays.
(項目12)(Item 12)
前記双方向性ソリッドステート中継器は、トライアックである、項目11に記載のシステム。12. The system of claim 11, wherein the bidirectional solid-state repeater is a triac.
(項目13)(Item 13)
前記ルーティング回路網は、DC+充電信号または単相AC線充電信号と結合するように構成される第1のポートと、DC-充電信号または単相ACニュートラル信号と結合するように構成される第2のポートと、第1のアレイと結合される第3のポートと、第2のアレイと結合される第4のポートと、第3のアレイと結合される第5のポートとを備え、かつ、the routing circuitry comprises a first port configured to couple to a DC+ charging signal or a single phase AC line charging signal, a second port configured to couple to a DC- charging signal or a single phase AC neutral signal, a third port coupled to the first array, a fourth port coupled to the second array, and a fifth port coupled to the third array; and
前記第1のポートと前記第3のポートとの間に結合される第1のトライアックと、a first triac coupled between the first port and the third port;
前記第1のポートと前記第4のポートとの間に結合される第2のトライアックと、a second triac coupled between the first port and the fourth port;
前記第4のポートと前記第2のポートとの間に結合される第3のトライアックと、a third triac coupled between the fourth port and the second port;
前記第5のポートと前記第2のポートとの間に結合される第4のトライアックとa fourth triac coupled between the fifth port and the second port;
を備える、項目2に記載のシステム。3. The system according to claim 2, comprising:
(項目14)(Item 14)
前記トライアックは、前記制御システムによって、DC充電状態における動作時、前記第1のポートにおける前記DC充電信号を前記第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、前記第4または第5のポートにおける信号を前記第2のポートに選択的にルーティングするように制御可能であり、the triac is controllable by the control system to selectively route the DC charging signal at the first port to either the third or fourth port and to selectively route the signal at the fourth or fifth port to the second port when operating in a DC charging state;
前記トライアックは、前記制御システムによって、正の単相AC充電状態における動作時、前記第1のポートにおける前記AC線充電信号を前記第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、前記第4または第5のポートにおける信号を前記第2のポートに選択的にルーティングし、負の単相AC充電状態における動作時、前記第2のポートにおける信号を前記第4または第5のポートのいずれかに選択的にルーティングし、前記第3または第4のポートにおける信号を前記第1のポートに選択的にルーティングするように制御可能である、the triac is controllable by the control system to selectively route the AC line charging signal at the first port to either the third or fourth port and to selectively route the signal at the fourth or fifth port to the second port during operation in a positive single phase AC charging condition, and to selectively route the signal at the second port to either the fourth or fifth port and to selectively route the signal at the third or fourth port to the first port during operation in a negative single phase AC charging condition;
項目13に記載のシステム。Item 14. The system described in item 13.
(項目15)(Item 15)
前記充電ポートは、3相AC充電信号を伝導するように構成され、前記ルーティング回路網は、前記制御システムによって、前記DCまたは単相AC充電信号を前記3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である複数の双方向性ソリッドステート中継器を備える、項目2に記載のシステム。3. The system of claim 2, wherein the charging port is configured to conduct a three-phase AC charging signal, and the routing circuitry comprises a plurality of bidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each of the three arrays.
(項目16)(Item 16)
前記複数の双方向性ソリッドステート中継器は、トライアックを備える、項目15に記載のシステム。20. The system of claim 15, wherein the plurality of bidirectional solid-state repeaters comprise triacs.
(項目17)(Item 17)
前記ルーティング回路網は、DCまたはAC充電信号を受信するように構成される第1のポートと、AC充電信号を受信するように構成される第2のポートと、DCまたはAC充電信号を受信するように構成される第3のポートとを備え、さらに、The routing circuitry comprises a first port configured to receive a DC or AC charging signal, a second port configured to receive an AC charging signal, and a third port configured to receive a DC or AC charging signal; and
前記第1のポートと、前記3つのアレイの第1のアレイに接続可能である第1の線との間に結合される第1のトライアックと、a first triac coupled between the first port and a first line connectable to a first of the three arrays;
前記第2のポートと、前記3つのアレイの第2のアレイに接続可能である第2の線との間に結合される第2のトライアックと、a second triac coupled between the second port and a second line connectable to a second of the three arrays;
前記第3のポートと、前記3つのアレイの第3のアレイに接続可能である第3の線との間に結合される第3のトライアックと、a third triac coupled between the third port and a third line connectable to a third of the three arrays;
前記第1の線と第2の線との間に結合される第4のトライアックと、a fourth triac coupled between the first line and the second line;
前記第2の線と第3の線との間に結合される第5のトライアックとa fifth triac coupled between the second line and the third line;
を備える、項目15に記載のシステム。Item 16. The system according to item 15, comprising:
(項目18)(Item 18)
全てのモジュールおよびモータを充電源から選択的に接続解除するようにさらに構成される、項目7-17のいずれかに記載のシステム。18. The system of any of items 7-17, further configured to selectively disconnect all of the modules and the motor from the charging source.
(項目19)(Item 19)
前記3つのアレイは、少なくとも1つの相互接続モジュールによって相互接続される、項目1-18のいずれかに記載のシステム。19. The system of any of items 1-18, wherein the three arrays are interconnected by at least one interconnection module.
(項目20)(Item 20)
前記制御システムは、前記システムが充電状態にあるとき、少なくとも1つの補助負荷のために、前記少なくとも1つの相互接続モジュールを制御し、電圧を供給するように構成される、項目19に記載のシステム。20. The system of claim 19, wherein the control system is configured to control the at least one interconnect module to supply voltage for at least one auxiliary load when the system is in a charging state.
(項目21)(Item 21)
前記3つのアレイは、デルタ直列構成において相互接続される、項目1-18のいずれかに記載のシステム。19. The system of any of items 1-18, wherein the three arrays are interconnected in a delta series configuration.
(項目22)(Item 22)
前記負荷は、6相負荷であり、前記3つのアレイは、第1のアレイのセットであり、前記システムはさらに、モジュールの付加的な3つのアレイを備える第2のアレイのセットを備え、前記システムは、前記第1および第2のアレイのセットを並列に充電するように構成される、項目1-18のいずれかに記載のシステム。19. The system of any of items 1-18, wherein the load is a six-phase load, the three arrays are a first set of arrays, and the system further comprises a second set of arrays comprising an additional three arrays of modules, and the system is configured to charge the first and second sets of arrays in parallel.
(項目23)(Item 23)
前記充電ポートは、第1の充電ポートであり、前記システムはさらに、3相充電信号を受信するように構成される第2の充電ポートを備える、項目1-14のいずれかに記載のシステム。15. The system of any of items 1-14, wherein the charging port is a first charging port, and the system further comprises a second charging port configured to receive a three-phase charging signal.
(項目24)(Item 24)
前記第1および第2の充電ポートは、同一ユーザアクセス可能場所内に統合される、項目23に記載のシステム。24. The system of claim 23, wherein the first and second charging ports are integrated within a same user-accessible location.
(項目25)(Item 25)
前記ルーティング回路網は、前記第2の充電ポートからの線に接続される、項目23に記載のシステム。24. The system of claim 23, wherein the routing circuitry is connected to a line from the second charging port.
(項目26)(Item 26)
各アレイの第1のモジュールと前記負荷との間に結合される複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチは、前記負荷を前記3つのアレイから接続解除するように制御可能である、項目1-25のいずれかに記載のシステム。26. The system of any of items 1-25, comprising a plurality of switches coupled between a first module of each array and the load, the plurality of switches being controllable to disconnect the load from the three arrays.
(項目27)(Item 27)
前記3つのアレイは、3相電力を第1の負荷に提供するように構成される前記システムの第1のサブシステムのものであり、前記システムはさらに、3相電力を第2の負荷に提供するように構成される第2のサブシステムを備え、前記第2のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、前記第2のサブシステムの前記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、The three arrays are of a first subsystem of the system configured to provide three-phase power to a first load, the system further comprising a second subsystem configured to provide three-phase power to a second load, the second subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two modules, the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules of the second subsystem comprising an energy source and a converter;
前記第1および第2のサブシステムは、前記第1および第2のサブシステムが充電するために並列に電気的に接続可能であるように、第1の複数のスイッチによって、ともに結合される、the first and second subsystems are coupled together by a first plurality of switches such that the first and second subsystems are electrically connectable in parallel for charging;
項目1-26のいずれかに記載のシステム。27. The system according to any one of items 1-26.
(項目28)(Item 28)
3相電力を第3の負荷に提供するように構成される第3のサブシステムをさらに備え、前記第3のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、前記第3のサブシステムの前記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、a third subsystem configured to provide three-phase power to a third load, the third subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two modules, the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules of the third subsystem comprising an energy source and a converter;
前記第1および第3のサブシステムは、前記第1および第3のサブシステムが充電するために並列に電気的に接続可能であるように、第2の複数のスイッチによって、ともに結合される、the first and third subsystems are coupled together by a second plurality of switches such that the first and third subsystems are electrically connectable in parallel for charging;
項目27に記載のシステム。28. The system according to item 27.
(項目29)(Item 29)
項目1-28のいずれかに従って構成されるモジュール型エネルギーシステムを充電する方法であって、29. A method of charging a modular energy system configured according to any of items 1-28, comprising:
充電信号が、前記モジュール型エネルギーシステムを充電し、前記システムの少なくとも1つの動作特性を平衡するために適用される間、前記モジュール型エネルギーシステムを制御することcontrolling the modular energy system while a charging signal is applied to charge the modular energy system and balance at least one operating characteristic of the system.
を含む、方法。A method comprising:
(項目30)(Item 30)
前記少なくとも1つの動作特性は、温度である、項目29に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the at least one operating characteristic is temperature.
(項目31)(Item 31)
前記充電信号は、3相充電信号、単相充電信号、または直流(DC)充電信号である、項目29に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the charging signal is a three-phase charging signal, a single-phase charging signal, or a direct current (DC) charging signal.
(項目32)(Item 32)
前記モジュール型エネルギーシステムは、前記システムの力率を1の閾値以内に維持するように制御される、項目29に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the modular energy system is controlled to maintain a power factor of the system within a threshold of unity.
(項目33)(Item 33)
前記モジュール型エネルギーシステムを制御することは、前記エネルギーシステムのモジュールのコンバータを制御することを含む、項目29に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein controlling the modular energy system includes controlling a converter of a module of the energy system.
(項目34)(Item 34)
項目1-28のいずれかに従って構成されるモジュール型エネルギーシステムのための制御システム。29. A control system for a modular energy system configured according to any of items 1-28.
(項目35)(Item 35)
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、複数の命令を備え、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、項目1-28のいずれかに従って構成されるモジュール型エネルギーシステムのための充電を制御させる、コンピュータ可読媒体。A computer-readable medium comprising a plurality of instructions that, when executed by processing circuitry, cause the processing circuitry to control charging for a modular energy system configured according to any of items 1-28.
(項目36)(Item 36)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
電力を前記EVの第1のモータに供給するように構成される第1のサブシステムであって、前記第1のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つの第1のモジュールを備え、前記少なくとも2つの第1のモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つの第1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、前記第1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、第1のサブシステムと、a first subsystem configured to supply power to a first motor of the EV, the first subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two first modules, the at least two first modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two first modules, each of the first modules comprising an energy source and a converter;
電力を前記EVの第2のモータに供給するように構成される第2のサブシステムであって、前記第2のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つの第2のモジュールを備え、前記少なくとも2つの第2のモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つの第2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、前記第2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、第2のサブシステムと、a second subsystem configured to supply power to a second motor of the EV, the second subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two second modules, the at least two second modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two second modules, each of the second modules comprising an energy source and a converter;
充電するために、前記第1および第2のサブシステムを選択的に接続するように構成される複数のスイッチとa plurality of switches configured to selectively connect the first and second subsystems for charging;
を備え、Equipped with
前記第1のサブシステムの公称出力電圧は、前記第2のサブシステムの公称出力電圧を上回る、システム。A system, wherein a nominal output voltage of the first subsystem is greater than a nominal output voltage of the second subsystem.
(項目37)(Item 37)
前記第1のサブシステムの各アレイは、前記第2のサブシステムの各アレイより多くのモジュールを備える、項目36に記載のシステム。37. The system of claim 36, wherein each array of the first subsystem comprises more modules than each array of the second subsystem.
(項目38)(Item 38)
各第1のモジュールの公称電圧は、各第2のモジュールの公称電圧を上回る、項目36に記載のシステム。Item 37. The system of item 36, wherein a nominal voltage of each first module is greater than a nominal voltage of each second module.
(項目39)(Item 39)
各第1のモジュールの前記エネルギー源は、第1のタイプのバッテリであり、各第2のモジュールの前記エネルギー源は、第2のタイプのバッテリであり、前記第1のタイプは、前記第2のタイプと異なる、項目36に記載のシステム。37. The system of claim 36, wherein the energy source of each first module is a first type of battery and the energy source of each second module is a second type of battery, the first type being different from the second type.
(項目40)(Item 40)
前記第1のタイプは、前記第2のタイプより比較的に大きいエネルギー密度を有する、項目39に記載のシステム。40. The system of claim 39, wherein the first type has a relatively greater energy density than the second type.
(項目41)(Item 41)
前記第2のタイプは、前記第1のタイプより比較的に大きいCレートを有する、項目40に記載のシステム。41. The system of claim 40, wherein the second type has a relatively larger C-rate than the first type.
(項目42)(Item 42)
前記複数のスイッチは、前記第1のサブシステムの第1のアレイと前記第2のサブシステムの第1のアレイを並列に、前記第1のサブシステムの第2のアレイと前記第2のサブシステムの第2のアレイを並列に、および前記第1のサブシステムの第3のアレイと前記第2のサブシステムの第3のアレイを並列に接続するように構成される、項目36-41のいずれかに記載のシステム。42. The system of any of items 36-41, wherein the plurality of switches are configured to connect a first array of the first subsystem to a first array of the second subsystem in parallel, a second array of the first subsystem to a second array of the second subsystem in parallel, and a third array of the first subsystem to a third array of the second subsystem in parallel.
(項目43)(Item 43)
DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される充電ポートと、a charging port configured to conduct a DC or single phase AC charging signal;
前記充電ポートと前記サブシステムとの間に接続されるルーティング回路網であって、前記ルーティング回路網は、前記DCまたは単相AC充電信号をサブシステムアレイの各並列接続に選択的にルーティングするように制御可能である、ルーティング回路網とa routing circuitry connected between the charging port and the subsystem, the routing circuitry being controllable to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each parallel connection of an array of subsystems;
をさらに備える、項目42に記載のシステム。Item 43. The system of item 42, further comprising:
(項目44)(Item 44)
前記ルーティング回路網および前記複数のスイッチと通信可能に結合される制御システムをさらに備え、前記制御システムは、前記ルーティング回路網の選択的ルーティングを制御するように構成される、項目43に記載のシステム。44. The system of claim 43, further comprising a control system communicatively coupled to the routing circuitry and the plurality of switches, the control system configured to control selective routing of the routing circuitry.
(項目45)(Item 45)
前記制御システムは、各第1のモジュールおよび各第2のモジュールの前記コンバータと通信可能に結合され、前記コンバータを制御し、各第1および第2のモジュールを充電するように構成される、項目44に記載のシステム。45. The system of claim 44, wherein the control system is communicatively coupled to the converter of each first module and each second module and configured to control the converter and charge each first and second module.
(項目46)(Item 46)
電力を前記EVの第3のモータに供給するように構成される第3のサブシステムをさらに備え、前記第3のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つの第3のモジュールを備え、前記少なくとも2つの第3のモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つの第3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、前記第3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、項目36-45のいずれかに記載のシステム。46. The system of any of items 36-45, further comprising a third subsystem configured to supply power to a third motor of the EV, the third subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two third modules, the at least two third modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two third modules, each of the third modules comprising an energy source and a converter.
(項目47)(Item 47)
前記複数のスイッチは、第1の複数のスイッチであり、前記システムはさらに、充電するために、前記第2および第3のサブシステムを選択的に接続するように構成される第2の複数のスイッチを備える、項目46に記載のシステム。47. The system of claim 46, wherein the plurality of switches is a first plurality of switches, the system further comprising a second plurality of switches configured to selectively connect the second and third subsystems for charging.
(項目48)(Item 48)
前記第1のサブシステムの最大出力電圧は、前記第3のサブシステムの最大出力電圧を上回る、項目47に記載のシステム。48. The system of claim 47, wherein a maximum output voltage of the first subsystem exceeds a maximum output voltage of the third subsystem.
(項目49)(Item 49)
前記第1のモータは、前記EVの後輪に給電するように構成され、前記第2のモータは、前記EVの第1の前輪に給電するように構成され、前記第3のモータは、前記EVの第2の前輪に給電するように構成される、項目47に記載のシステム。48. The system of claim 47, wherein the first motor is configured to power rear wheels of the EV, the second motor is configured to power a first front wheel of the EV, and the third motor is configured to power a second front wheel of the EV.
(項目50)(Item 50)
電力を前記EVの第4のモータに供給するように構成される第4のサブシステムをさらに備え、前記第4のサブシステムは、3つのアレイを備え、前記3つのアレイは、それぞれが、少なくとも2つの第4のモジュールを備え、前記少なくとも2つの第4のモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つの第4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、前記第4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、項目46に記載のシステム。47. The system of claim 46, further comprising a fourth subsystem configured to supply power to a fourth motor of the EV, the fourth subsystem comprising three arrays, each of the three arrays comprising at least two fourth modules, the at least two fourth modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two fourth modules, each of the fourth modules comprising an energy source and a converter.
(項目51)(Item 51)
前記第1のサブシステムの前記公称出力電圧は、前記第1のサブシステムの公称ピーク線間出力電圧であり、前記第2のサブシステムの前記公称出力電圧は、前記第2のサブシステムの公称ピーク線間出力電圧である、項目36-50のいずれかに記載のシステム。The system of any of items 36-50, wherein the nominal output voltage of the first subsystem is a nominal peak line-to-line output voltage of the first subsystem, and the nominal output voltage of the second subsystem is a nominal peak line-to-line output voltage of the second subsystem.
(項目52)(Item 52)
電力を閉鎖された巻線モータに供給するように制御可能であるモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system controllable to supply electrical power to a closed winding motor, comprising:
3つのアレイであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、3つのアレイと、three arrays, each array comprising at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
第1のポートと、第2のポートとを備え、DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される充電コネクタとa charging connector having a first port and a second port and configured to conduct a DC or single phase AC charging signal;
を備え、Equipped with
第1の充電経路は、前記第1のポートから、前記モータの第1および第2の巻線を通して、第1のアレイを通して延在し、前記第2のポートで終了し、a first charge path extends from the first port, through first and second windings of the motor, through a first array, and terminates at the second port;
第2の充電経路は、前記第1のポートから、前記モータの前記第1の巻線および第3の巻線を通して、第2のアレイを通して延在し、前記第2のポートで終了し、a second charge path extends from the first port, through the first winding and a third winding of the motor, through a second array, and terminates at the second port;
第3の充電経路は、前記コネクタの前記第1のポートから延在し、前記モータをバイパスし、第3のアレイを通して通過し、前記第2のポートで終了する、システム。a third charging path extends from the first port of the connector, bypasses the motor, passes through a third array, and terminates at the second port.
(項目53)(Item 53)
前記3つのアレイの前記モジュールと通信可能に結合される制御システムをさらに備え、前記制御システムは、各モジュールの前記コンバータを制御し、各モジュールを充電するように構成される、項目52に記載のシステム。53. The system of claim 52, further comprising a control system communicatively coupled to the modules of the three arrays, the control system configured to control the converter of each module and charge each module.
(項目54)(Item 54)
前記制御システムは、前記DC充電信号を用いて、並行して、前記3つのアレイのそれぞれを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge each of the three arrays in parallel with the DC charging signal.
(項目55)(Item 55)
前記制御システムは、前記DC充電信号を用いて、並行して、前記3つのアレイのうちの2つを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge two of the three arrays in parallel with the DC charging signal.
(項目56)(Item 56)
前記制御システムは、前記DC充電信号を用いて、順次、前記3つのアレイのそれぞれを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge each of the three arrays in sequence with the DC charging signal.
(項目57)(Item 57)
前記制御システムは、前記単相AC充電信号を用いて、並行して、前記3つのアレイのそれぞれを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge each of the three arrays in parallel with the single phase AC charging signal.
(項目58)(Item 58)
前記制御システムは、前記単相AC充電信号を用いて、並行して、前記3つのアレイのうちの2つを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge two of the three arrays in parallel with the single-phase AC charging signal.
(項目59)(Item 59)
前記制御システムは、前記単相AC充電信号を用いて、順次、前記3つのアレイのそれぞれを充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge each of the three arrays in sequence with the single-phase AC charging signal.
(項目60)(Item 60)
前記制御システムは、前記モータの前記第1、第2、および第3の巻線上で発生されたフラックスが中和されるように、前記第1の充電経路および前記第2の充電経路に沿って、並行して充電するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to charge in parallel along the first charging path and the second charging path such that flux generated on the first, second, and third windings of the motor is neutralized.
(項目61)(Item 61)
複数のスイッチに接続される3相充電コネクタをさらに備え、前記スイッチは、前記制御システムによって、前記3相充電コネクタを前記3つのアレイに選択的に接続するように制御可能である、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, further comprising a three-phase charging connector connected to a plurality of switches, the switches being controllable by the control system to selectively connect the three-phase charging connector to the three arrays.
(項目62)(Item 62)
前記制御システムは、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、各モジュールの前記コンバータを制御するように構成される、項目53に記載のシステム。54. The system of claim 53, wherein the control system is configured to control the converter of each module according to a pulse width modulation or hysteresis technique.
(項目63)(Item 63)
各モジュールは、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前記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、各モジュールの前記コンバータを制御するように構成される、項目62に記載のシステム。63. The system of claim 62, wherein each module comprises a monitor circuit configured to monitor status information of the module, each module is configured to output the status information to the control system, and the control system is configured to control the converter of each module based on the status information.
(項目64)(Item 64)
前記ステータス情報は、前記モジュールの温度および充電状態に関し、前記制御システムは、各モジュールの前記コンバータを制御し、前記アレイの全てのモジュールの温度および充電状態を平衡するように構成される、項目63に記載のシステム。64. The system of claim 63, wherein the status information relates to temperature and charge state of the modules, and the control system is configured to control the converter of each module to balance the temperature and charge state of all modules in the array.
(項目65)(Item 65)
前記3つのアレイは、少なくとも1つの相互接続モジュールによって相互接続される、項目52-64のいずれかに記載のシステム。65. The system of any of items 52-64, wherein the three arrays are interconnected by at least one interconnection module.
(項目66)(Item 66)
前記制御システムは、前記システムが充電状態にあるとき、少なくとも1つの補助負荷のために、前記少なくとも1つの相互接続モジュールを制御し、電圧を供給するように構成される、項目65に記載のシステム。66. The system of claim 65, wherein the control system is configured to control the at least one interconnect module to supply voltage for at least one auxiliary load when the system is in a charging state.
(項目67)(Item 67)
電気車両(EV)を充電するように構成される充電源であって、1. A charging source configured to charge an electric vehicle (EV), comprising:
少なくとも3相において電力を発生させるように構成される3つのアレイを備えるモジュール型エネルギーシステムを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、充電源。1. A charging source comprising: a modular energy system comprising three arrays configured to generate electrical power in at least three phases, each array comprising at least two modules, the at least two modules being electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter.
(項目68)(Item 68)
前記充電源は、外部電力供給源に接続し、前記モジュール型エネルギーシステムの前記エネルギー源を充電するように構成される、項目67に記載の充電源。70. The charging source of claim 67, wherein the charging source is configured to connect to an external power supply and charge the energy source of the modular energy system.
(項目69)(Item 69)
前記外部電力供給源は、電力系統または再生可能エネルギー源である、項目68に記載の充電源。70. The charging source of claim 68, wherein the external power source is a power grid or a renewable energy source.
(項目70)(Item 70)
前記充電源は、第1のレートにおいて、前記EVを充電するように構成され、前記充電源は、第2のレートにおいて、前記外部電力供給源によって充電されるように構成され、前記第1のレートは、前記第2のレートを上回る、項目68に記載の充電源。70. The charging source of claim 68, wherein the charging source is configured to charge the EV at a first rate, and the charging source is configured to be charged by the external power source at a second rate, the first rate being greater than the second rate.
(項目71)(Item 71)
前記外部電力供給源に出力可能である高調波を検出するように構成されるモニタ回路網と、monitor circuitry configured to detect harmonics available to the external power supply;
前記モジュールの前記コンバータを制御し、補償電流を発生させ、前記高調波を相殺するように構成される制御システムとa control system configured to control the converter of the module to generate a compensation current to cancel the harmonics;
を備える、項目68に記載の充電源。70. The charging source of claim 68, comprising:
(項目72)(Item 72)
整流のための複数のダイオードを備えるDC/ACコンバータをさらに備える、項目71に記載の充電源。72. The charging source of claim 71, further comprising a DC/AC converter comprising a plurality of diodes for rectification.
(項目73)(Item 73)
DC充電信号、単相AC充電信号、または3相AC充電信号を用いて、前記EVを充電するように構成される、項目67に記載の充電源。70. The charging source of claim 67, configured to charge the EV with a DC charging signal, a single-phase AC charging signal, or a three-phase AC charging signal.
(項目74)(Item 74)
前記EVは、バッテリパックを備え、前記バッテリパックは、The EV includes a battery pack, the battery pack comprising:
少なくとも3相において電力を発生させるように構成される3つのアレイを備えるモジュール型エネルギーシステムを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、項目67に記載の充電源。Item 68. The charging source of item 67, comprising a modular energy system comprising three arrays configured to generate power in at least three phases, each array comprising at least two modules, the at least two modules being electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter.
(項目75)(Item 75)
電力を開放巻線モータに供給するように制御可能であるモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system controllable to supply power to an open winding motor, comprising:
3つのアレイを備える第1のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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のサブシステムは、3相充電コネクタに接続される、第1のサブシステムと、a first subsystem comprising three arrays, each array comprising at least two modules, the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of an output voltage from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter, the first subsystem being connected to a three-phase charging connector;
3つのアレイを備える第2のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第2のサブシステムとa second subsystem comprising three arrays, each array comprising at least two modules, the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
を備え、Equipped with
前記第1および第2のサブシステムは、前記モータの第1の巻線が、前記第1のサブシステムの第1のアレイと前記第2のサブシステムの第1のアレイとの間に接続され、前記モータの第2の巻線が、前記第1のサブシステムの第2のアレイと前記第2のサブシステムの第2のアレイとの間に接続され、前記モータの第3の巻線が、前記第1のサブシステムの第3のアレイと前記第2のサブシステムの第3のアレイとの間に接続されるように、前記モータに接続するように構成される、システム。the first and second subsystems are configured to connect to the motor such that a first winding of the motor is connected between a first array of the first subsystem and a first array of the second subsystem, a second winding of the motor is connected between a second array of the first subsystem and a second array of the second subsystem, and a third winding of the motor is connected between a third array of the first subsystem and a third array of the second subsystem.
(項目76)(Item 76)
前記3相充電コネクタの第1のポートは、前記第1のサブシステムの前記第1のアレイに結合され、前記3相充電コネクタの第2のポートは、前記第1のサブシステムの前記第2のアレイに結合され、前記3相充電コネクタの第3のポートは、前記第1のサブシステムの前記第3のアレイに結合され、前記システムはさらに、a first port of the three phase charging connector coupled to the first array of the first subsystem, a second port of the three phase charging connector coupled to the second array of the first subsystem, and a third port of the three phase charging connector coupled to the third array of the first subsystem, the system further comprising:
前記第1のポートと前記第2のポートとの間に結合される第1のスイッチと、a first switch coupled between the first port and the second port;
前記第2のポートと前記第3のポートとの間に結合される第2のスイッチと、a second switch coupled between the second port and the third port;
前記第3のポートおよび前記第2のサブシステムの前記第3のアレイと結合されるDCまたは単相AC充電コネクタとa DC or single phase AC charging connector coupled to the third port and to the third array of the second subsystem; and
を備える、項目75に記載のシステム。Item 76. The system of item 75, comprising:
(項目77)(Item 77)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3つのアレイであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールを備え、前記少なくとも2つのモジュールは、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、3つのアレイThree arrays, each array comprising at least two modules, the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter.
を備え、Equipped with
前記3つのアレイは、前記EVの少なくとも1つの車輪のための原動力を提供するように構成される第1の電気モータのための3相電力を提供するように構成され、the three arrays are configured to provide three-phase power for a first electric motor configured to provide motive power for at least one wheel of the EV;
前記3つのアレイの少なくとも1つのモジュールは、電力を前記EVの電気サスペンションまたは電気ステアリング機構の第2の電気モータに提供するように構成される、システム。The system, wherein at least one module of the three arrays is configured to provide power to a second electric motor of an electric suspension or electric steering mechanism of the EV.
(項目78)(Item 78)
前記EVの2つの第2の電気モータのための電力を提供するように構成される、項目77に記載のシステム。Item 78. The system of item 77, configured to provide power for two second electric motors of the EV.
(項目79)(Item 79)
前記EVの4つの第2の電気モータのための電力を提供するように構成される、項目77に記載のシステム。Item 78. The system of item 77, configured to provide power for four second electric motors of the EV.
(項目80)(Item 80)
前記少なくとも1つのモジュールは、前記第2の電気モータに最近接する前記3つのアレイのモジュールである、項目77に記載のシステム。80. The system of claim 77, wherein the at least one module is the module of the three arrays closest to the second electric motor.
(項目81)(Item 81)
前記少なくとも1つのモジュールは、前記3つのアレイのうちの少なくとも2つと結合される相互接続モジュールとして構成される、項目77に記載のシステム。80. The system of claim 77, wherein the at least one module is configured as an interconnect module coupled to at least two of the three arrays.
(項目82)(Item 82)
前記3つのアレイ間に結合される複数の相互接続モジュールを備え、各相互接続モジュールは、エネルギー源と、コンバータとを備え、前記相互接続モジュールの前記エネルギー源は、並列に接続される、項目77に記載のシステム。80. The system of claim 77, comprising a plurality of interconnection modules coupled between the three arrays, each interconnection module comprising an energy source and a converter, the energy sources of the interconnection modules being connected in parallel.
(項目83)(Item 83)
前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の相互接続モジュールのうちの1つである、項目82に記載のシステム。83. The system of claim 82, wherein the at least one module is one of the plurality of interconnected modules.
(項目84)(Item 84)
絶縁コンバータをさらに備え、前記3つのアレイの前記少なくとも1つのモジュールは、前記絶縁コンバータを用いて、電力を前記第2の電気モータに提供するように構成される、項目77-83のいずれかに記載のシステム。84. The system of any of claims 77-83, further comprising an isolated converter, and wherein the at least one module of the three arrays is configured to provide power to the second electric motor using the isolated converter.
(項目85)(Item 85)
前記少なくとも1つのモジュールの前記コンバータは、第1のコンバータであり、前記少なくとも1つのモジュールは、前記少なくとも1つのモジュールの前記エネルギー源と結合される絶縁コンバータを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、電力を、前記エネルギー源から、前記絶縁コンバータを通して、前記第2の電気モータに提供するように構成される、項目77-83のいずれかに記載のシステム。84. The system of any of items 77-83, wherein the converter of the at least one module is a first converter, the at least one module comprises an isolated converter coupled to the energy source of the at least one module, and the at least one module is configured to provide power from the energy source, through the isolated converter, to the second electric motor.
(項目86)(Item 86)
前記絶縁コンバータは、The isolated converter comprises:
前記少なくとも1つのモジュールの前記エネルギー源と結合される第1のDC/ACコンバータと、a first DC/AC converter coupled to the energy source of the at least one module;
前記DC/ACコンバータと結合される変圧器と、a transformer coupled to the DC/AC converter;
前記変圧器と結合される第2のDC/ACコンバータとa second DC/AC converter coupled to the transformer;
を備える、項目85に記載のシステム。Item 86. The system of item 85, comprising:
(項目87)(Item 87)
前記第2の電気モータは、電気アクチュエータである、項目77-86のいずれかに記載のシステム。87. The system of any of claims 77-86, wherein the second electric motor is an electric actuator.
(項目88)(Item 88)
前記第2の電気モータは、前記EVの電気サスペンションの一部である、項目77-87のいずれかに記載のシステム。88. The system of any of items 77-87, wherein the second electric motor is part of an electric suspension of the EV.
(項目89)(Item 89)
前記第2の電気モータは、前記EVの電気ステアリング機構の一部である、項目77-87のいずれかに記載のシステム。The system of any of items 77-87, wherein the second electric motor is part of an electric steering mechanism of the EV.
(項目90)(Item 90)
前記3つのアレイは、前記システムの第1のサブシステムのものであり、前記システムはさらに、前記EVの少なくとも1つの車輪のための原動力を提供するように構成される前記EVの第3の電気モータのための3相電力を提供するように構成される少なくとも1つの付加的サブシステムを備え、前記少なくとも1つの付加的サブシステムは、電力を前記EVの電気サスペンションまたは電気ステアリング機構の第4の電気モータに提供するように構成される少なくとも1つの付加的モジュールを備える、項目77-89のいずれかに記載のシステム。90. The system of any of claims 77-89, wherein the three arrays are of a first subsystem of the system, the system further comprising at least one additional subsystem configured to provide three-phase power for a third electric motor of the EV configured to provide motive power for at least one wheel of the EV, the at least one additional subsystem comprising at least one additional module configured to provide power to a fourth electric motor of an electric suspension or electric steering mechanism of the EV.
(項目91)(Item 91)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3つのアレイであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、3つのアレイThree arrays, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter.
を備え、Equipped with
前記EVのシャーシは、第1の軸と、前記EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、前記第1の軸に沿った前記シャーシの第1の寸法は、前記第2の軸に沿った前記シャーシの第2の寸法より比較的に長く、a chassis of the electric vehicle having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the electric vehicle, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis;
前記3つのアレイは、前記シャーシ内に嵌合するように構成されるパック内に配列され、the three arrays are arranged in a puck configured to fit within the chassis;
前記3つのアレイの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に大きい、システム。each module of the three arrays has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
(項目92)(Item 92)
アレイ毎に、前記アレイのモジュールの大部分は、前記第1の軸に沿って整合される、項目91に記載のシステム。Item 92. The system of item 91, wherein for each array, a majority of the modules of the array are aligned along the first axis.
(項目93)(Item 93)
前記アレイの第1の段は、前記パックの第1の端部に交互方式で配列される、項目92に記載のシステム。Item 93. The system of item 92, wherein a first tier of the array is arranged in an alternating manner at a first end of the pack.
(項目94)(Item 94)
前記アレイの他の段は、前記第2の軸に沿って整合される、項目93に記載のシステム。Item 94. The system of item 93, wherein the other stage of the array is aligned along the second axis.
(項目95)(Item 95)
前記パックの第2の端部に交互方式で配列される3つの相互接続モジュールをさらに備える、項目93-94のいずれかに記載のシステム。95. The system of any of claims 93-94, further comprising three interconnection modules arranged in an alternating manner at a second end of the pack.
(項目96)(Item 96)
3相電力を前記パックの前記第1の端部に隣接して位置するモータに提供するように構成される、項目91-95のいずれかに記載のシステム。96. The system of any of claims 91-95, configured to provide three-phase power to a motor located adjacent the first end of the pack.
(項目97)(Item 97)
前記3つのアレイは、第1のサブシステムのものであり、前記システムはさらに、前記第1のサブシステムに対して対称的に対向方式で配列されるモジュールの3つのアレイを備える第2のサブシステムを備える、項目91に記載のシステム。92. The system of claim 91, wherein the three arrays are of a first subsystem, the system further comprising a second subsystem comprising three arrays of modules arranged in a symmetrical opposed manner relative to the first subsystem.
(項目98)(Item 98)
前記第1のサブシステムと前記第2のサブシステムとの間に位置付けられ、前記第2の軸に沿って整合される3つの相互接続モジュールをさらに備える、項目97に記載のシステム。Item 98. The system of item 97, further comprising three interconnection modules positioned between the first subsystem and the second subsystem and aligned along the second axis.
(項目99)(Item 99)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3相電力を前記EVの第1のモータに提供するように構成される3つのアレイを備える第1のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第1のサブシステムと、a first subsystem comprising three arrays configured to provide three-phase power to a first motor of the EV, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
3相電力を前記EVの第2のモータに提供するように構成される3つのアレイを備える第2のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第2のサブシステムとa second subsystem comprising three arrays configured to provide three-phase power to a second motor of the EV, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
を備え、Equipped with
前記EVのシャーシは、第1の軸と、前記EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、前記第1の軸に沿った前記シャーシの第1の寸法は、前記第2の軸に沿った前記シャーシの第2の寸法より比較的に長く、a chassis of the electric vehicle having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the electric vehicle, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis;
前記2つのサブシステムは、前記シャーシ内に嵌合するように構成されるパック内に配列され、the two subsystems are arranged in a pack configured to fit within the chassis;
前記2つのサブシステムの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に小さい、システム。each module of the two subsystems has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
(項目100)(Item 100)
アレイ毎に、前記アレイのモジュールの大部分は、前記第1の軸に沿って整合される、項目99に記載のシステム。100. The system of claim 99, wherein for each array, a majority of the modules of the array are aligned along the first axis.
(項目101)(Item 101)
前記アレイの各段は、前記第2の軸に沿って整合される、項目100に記載のシステム。Item 101. The system of item 100, wherein each stage of the array is aligned along the second axis.
(項目102)(Item 102)
前記パックの第1の端部に交互方式で配列される3つの相互接続モジュールをさらに備える、項目99-101のいずれかに記載のシステム。102. The system of any of claims 99-101, further comprising three interconnection modules arranged in an alternating manner at a first end of the pack.
(項目103)(Item 103)
前記第1および第2のサブシステムは、前記パックの第2の端部において、前記第1および第2のモータのための電力を出力するように構成される、項目99-102のいずれかに記載のシステム。103. The system of any of claims 99-102, wherein the first and second subsystems are configured to output power for the first and second motors at a second end of the pack.
(項目104)(Item 104)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3相電力を前記EVの第1のモータに提供するように構成される3つのアレイを備える第1のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第1のサブシステムと、a first subsystem comprising three arrays configured to provide three-phase power to a first motor of the EV, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
3相電力を前記EVの第2のモータに提供するように構成される3つのアレイを備える第2のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第2のサブシステムと、a second subsystem comprising three arrays configured to provide three-phase power to a second motor of the EV, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
3相電力を前記EVの第3のモータに提供するように構成される3つのアレイを備える第3のサブシステムであって、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第3のサブシステムとa third subsystem comprising three arrays configured to provide three-phase power to a third motor of the EV, each array comprising at least two stages of modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
を備え、Equipped with
前記EVのシャーシは、第1の軸と、前記EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、前記第1の軸に沿った前記シャーシの第1の寸法は、前記第2の軸に沿った前記シャーシの第2の寸法より比較的に長く、a chassis of the electric vehicle having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the electric vehicle, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis;
前記3つのサブシステムは、前記シャーシ内に嵌合するように構成されるパック内に配列され、the three subsystems are arranged in a pack configured to fit within the chassis;
前記第1および第2のサブシステムの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に小さい、システム。each module of the first and second subsystems has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
(項目105)(Item 105)
前記第3のサブシステムの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に大きい、項目104に記載のシステム。Item 105. The system of item 104, wherein each module of the third subsystem has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
(項目106)(Item 106)
前記第1のサブシステムは、前記EVの左側上に位置付けられ、前記第2のサブシステムは、前記EVの右側上に位置付けられる、項目104に記載のシステム。Item 105. The system of item 104, wherein the first subsystem is positioned on a left side of the EV and the second subsystem is positioned on a right side of the EV.
(項目107)(Item 107)
前記第3のサブシステムは、前記第1および第2のサブシステムの背面にある、項目106に記載のシステム。Item 107. The system of item 106, wherein the third subsystem is behind the first and second subsystems.
(項目108)(Item 108)
前記第1のサブシステムは、前記EVの正面左車輪のための第1のモータに給電するように構成され、前記第2のサブシステムは、前記EVの正面右車輪のための第2のモータに給電するように構成され、前記第3のサブシステムは、前記EVの後輪のための第3のモータに給電するように構成される、項目107に記載のシステム。Item 108. The system of item 107, wherein the first subsystem is configured to power a first motor for a front left wheel of the EV, the second subsystem is configured to power a second motor for a front right wheel of the EV, and the third subsystem is configured to power a third motor for a rear wheel of the EV.
(項目109)(Item 109)
前記第1のサブシステムと前記第2のサブシステムとの間に位置付けられる複数の相互接続モジュールをさらに備える、項目104-108のいずれかに記載のシステム。The system of any of claims 104-108, further comprising a plurality of interconnection modules positioned between the first subsystem and the second subsystem.
(項目110)(Item 110)
前記第1および第2のサブシステムの各アレイは、前記第2の軸に沿って整合される、項目104-109のいずれかに記載のシステム。110. The system of any of items 104-109, wherein each array of the first and second subsystems is aligned along the second axis.
(項目111)(Item 111)
前記第1および第2のサブシステムの各モジュールの段は、前記第1の軸に沿って整合される、項目104-110のいずれかに記載のシステム。111. The system of any of claims 104-110, wherein the stages of each module of the first and second subsystems are aligned along the first axis.
(項目112)(Item 112)
前記第3のサブシステムのサブシステムの各アレイのモジュールの大部分は、前記第1の軸に沿って整合される、項目104-111のいずれかに記載のシステム。12. The system of any of claims 104-111, wherein a majority of the modules of each array of subsystems of the third subsystem are aligned along the first axis.
(項目113)(Item 113)
前記第3のサブシステムのモジュールの段の大部分は、前記第2の軸に沿って整合される、項目104-112のいずれかに記載のシステム。The system of any of claims 104-112, wherein a majority of the stages of modules of the third subsystem are aligned along the second axis.
(項目114)(Item 114)
前記第3のサブシステムのモジュールの第1の段は、交互方式で配列される、項目113に記載のシステム。Item 114. The system of item 113, wherein the first stage of modules of the third subsystem are arranged in an alternating manner.
(項目115)(Item 115)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3相電力を前記EVの4つのモータに提供するように構成される4つのサブシステムを備え、各サブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、four subsystems configured to provide three-phase power to four motors of the EV, each subsystem comprising three arrays, each array comprising a stage of at least two modules, the stages of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
前記EVのシャーシは、第1の軸と、前記EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、前記第1の軸に沿った前記シャーシの第1の寸法は、前記第2の軸に沿った前記シャーシの第2の寸法より比較的に長く、a chassis of the electric vehicle having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the electric vehicle, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis;
前記4つのサブシステムは、前記シャーシ内に嵌合するように構成されるパック内に配列され、the four subsystems are arranged in a pack configured to fit within the chassis;
前記第1および第2のサブシステムの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に小さい、システム。each module of the first and second subsystems has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
(項目116)(Item 116)
前記第1の軸に沿って整合される複数の相互接続モジュールをさらに備える、項目115に記載のシステム。Item 116. The system of item 115, further comprising a plurality of interconnection modules aligned along the first axis.
(項目117)(Item 117)
前記4つのサブシステムは、第1のサブシステム、第2のサブシステム、第3のサブシステム、および第4のサブシステムであり、前記4つのモータは、第1のモータ、第2のモータ、第3のモータ、および第4のモータであり、前記システムはさらに、The four subsystems are a first subsystem, a second subsystem, a third subsystem, and a fourth subsystem, the four motors are a first motor, a second motor, a third motor, and a fourth motor, and the system further comprises:
3相電力を前記EVの第5のモータに提供するように構成される第5のサブシステムであって、前記第5のサブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第5のサブシステムと、a fifth subsystem configured to provide three-phase power to a fifth motor of the EV, the fifth subsystem comprising three arrays, each array comprising at least two stages of modules, the stages of the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
3相電力を前記EVの第6のモータに提供するように構成される第6のサブシステムであって、前記第6のサブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第6のサブシステムとa sixth subsystem configured to provide three-phase power to a sixth motor of the EV, the sixth subsystem comprising three arrays, each array comprising a stage of at least two modules, the stages of the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
を備える、項目115に記載のシステム。Item 116. The system of item 115, comprising:
(項目118)(Item 118)
前記シャーシは、第1のシャーシであり、前記パックは、第1のパックであり、前記第5および第6のサブシステムは、前記第1のシャーシに移動可能に結合される前記EVの第2のシャーシ内に嵌合するように構成される第2のパック内に配列される、項目117に記載のシステム。Item 118. The system of item 117, wherein the chassis is a first chassis, the pack is a first pack, and the fifth and sixth subsystems are arranged within a second pack configured to fit within a second chassis of the EV that is movably coupled to the first chassis.
(項目119)(Item 119)
電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステムであって、1. A modular energy system for an electric vehicle (EV), comprising:
3相電力を前記EVの4つのモータに提供するように構成される4つのサブシステムを備え、各サブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、four subsystems configured to provide three-phase power to four motors of the EV, each subsystem comprising three arrays, each array comprising a stage of at least two modules, the stages of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
前記EVのシャーシは、第1の軸と、前記EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、前記第1の軸に沿った前記シャーシの第1の寸法は、前記第2の軸に沿った前記シャーシの第2の寸法より比較的に長く、a chassis of the EV having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis;
前記4つのサブシステムは、前記シャーシ内に嵌合するように構成されるパック内に配列され、the four subsystems are arranged in a pack configured to fit within the chassis;
前記第1および第2のサブシステムの各モジュールは、前記第1の軸に沿って整合される第1の寸法と、前記第2の軸に沿って整合される第2の寸法とを有し、各モジュールの前記第2の寸法は、前記第1の寸法より比較的に大きい、システム。each module of the first and second subsystems has a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
(項目120)(Item 120)
前記第2の軸に沿って整合される複数の相互接続モジュールをさらに備える、項目119に記載のシステム。Item 120. The system of item 119, further comprising a plurality of interconnection modules aligned along the second axis.
(項目121)(Item 121)
前記4つのサブシステムは、第1のサブシステム、第2のサブシステム、第3のサブシステム、および第4のサブシステムであり、前記4つのモータは、第1のモータ、第2のモータ、第3のモータ、および第4のモータであり、前記システムはさらに、The four subsystems are a first subsystem, a second subsystem, a third subsystem, and a fourth subsystem, the four motors are a first motor, a second motor, a third motor, and a fourth motor, and the system further comprises:
3相電力を前記EVの第5のモータに提供するように構成される第5のサブシステムであって、前記第5のサブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第5のサブシステムと、a fifth subsystem configured to provide three-phase power to a fifth motor of the EV, the fifth subsystem comprising three arrays, each array comprising at least two stages of modules, the stages of the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
3相電力を前記EVの第6のモータに提供するように構成される第6のサブシステムであって、前記第6のサブシステムは、3つのアレイを備え、各アレイは、少なくとも2つのモジュールの段を備え、前記少なくとも2つのモジュールの段は、ともに電気的に接続され、前記少なくとも2つ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、第6のサブシステムとa sixth subsystem configured to provide three-phase power to a sixth motor of the EV, the sixth subsystem comprising three arrays, each array comprising a stage of at least two modules, the stages of the at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules comprising an energy source and a converter;
を備える、項目119に記載のシステム。Item 120. The system of item 119, comprising:
(項目122)(Item 122)
前記シャーシは、第1のシャーシであり、前記パックは、第1のパックであり、前記第5および第6のサブシステムは、前記第1のシャーシに移動可能に結合される前記EVの第2のシャーシ内に嵌合するように構成される第2のパック内に配列される、項目121に記載のシステム。Item 122. The system of item 121, wherein the chassis is a first chassis, the pack is a first pack, and the fifth and sixth subsystems are arranged within a second pack configured to fit within a second chassis of the EV that is movably coupled to the first chassis.
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本主題の詳細は、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、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本主題の原理を例証することに重点が置かれている。また、全ての説明図は、相対サイズ、形状、および他の詳細な属性が、文字通りに、または精密にではなく、図式的に図示され得る、概念を伝えることを意図している。Details of the subject matter described herein, both with respect to its structure and operation, may be apparent from consideration of the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like parts. The components within the figures are not necessarily to scale, emphasis instead being placed on illustrating the principles of the subject matter. Also, all illustrations are intended to convey concepts, in which relative sizes, shapes, and other detailed attributes may be depicted diagrammatically, rather than literally or precisely.
詳細な説明
本主題が詳細に説明される前に、本開示は、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変動し得ることを理解されたい。本明細書で使用される専門用語は、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。
Detailed Description
Before the present subject matter is described in detail, it is to be understood that the present disclosure is not limited to particular embodiments described, which may, of course, vary. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only, and is not intended to be limiting, since the scope of the present disclosure will be limited only by the appended claims.
充電および放電モジュール型エネルギーシステムに関する例示的実施形態を説明する前に、最初に、これらの下層システムをより詳細に説明することが有用である。図1A-10Fを参照して、以下の節は、その中にモジュール型エネルギーシステムの実施形態が実装され得る、種々の用途、モジュール型エネルギーシステムのための制御システムまたはデバイスの実施形態、充電源および負荷に対するモジュール型エネルギーシステム実施形態の構成、個々のモジュールの実施形態、本システム内のモジュールの配列のためのトポロジの実施形態、制御方法論の実施形態、本システム内のモジュールの平衡動作特性の実施形態、および相互接続モジュールの使用の実施形態を説明する。Before describing exemplary embodiments relating to charging and discharging modular energy systems, it is useful to first describe these underlying systems in more detail. With reference to Figures 1A-10F, the following sections describe various applications in which modular energy system embodiments may be implemented, embodiments of control systems or devices for modular energy systems, configurations of modular energy system embodiments relative to charging sources and loads, embodiments of individual modules, embodiments of topologies for arrangement of modules in the system, embodiments of control methodologies, embodiments of balanced operating characteristics of modules in the system, and embodiments of uses of interconnected modules.
用途の実施例Examples of uses
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。その中で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、太陽光電力、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、電力系統およびマイクロ電力系統、モータ、およびデータセンタ等の負荷に供給する。定常エネルギーシステムは、記憶装置または非記憶装置役割のいずれかにおいて使用されることができる。Stationary applications are those in which the modular energy system is located at a fixed location during use, but may be capable of being transported to an alternative location when not in use. The module-based energy system provides electrical energy for consumption by one or more other entities while residing at a static location, or stores or buffers energy for later consumption. Examples of stationary applications in which the embodiments disclosed herein may be used include, but are not limited to, energy systems for use by or in one or more residential structures or locations, energy systems for use by or in one or more industrial structures or locations, energy systems for use by or in one or more commercial structures or locations, energy systems for use by or in one or more government structures or locations (including both military and non-military uses), energy systems for charging mobile applications described below (e.g., charging sources or charging stations), and systems that convert solar power, wind power, geothermal energy, fossil fuels, or nuclear reactions into electricity for storage. Stationary applications often supply loads such as power and micro power systems, motors, and data centers. The stationary energy system can be used in either a storage or non-storage role.
時として、牽引用途とも称される、移動用途は、概して、モジュールベースのエネルギーシステムが、エンティティ上または内に位置し、モータによる原動力への変換のために電気エネルギーを貯蔵および提供し、そのエンティティを移動させる、または移動させることを支援するものである。本明細書に開示される実施形態が併用され得る、移動エンティティの実施例は、限定ではないが、陸にわたって、または地下で、海にわたって、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つだけの車輪または軌道を有するもの、2つだけの車輪または軌道を有するもの、3つだけの車輪または軌道を有するもの、4つだけの車輪または軌道を有するもの、および5つ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、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。Mobility applications, sometimes referred to as traction applications, are generally those in which a module-based energy system is located on or within an entity to store and provide electrical energy for conversion to motive force by a motor to move or assist in moving the entity. Examples of mobile entities with which the embodiments disclosed herein may be used include, but are not limited to, electric and/or hybrid entities that move over land or underground, over or under the sea, above land or sea without contact therewith (e.g., flying or hovering in the air), or through space. Examples of mobile entities with which the embodiments disclosed herein may be used include, but are not limited to, cars, trains, trams, ships, watercraft, aircraft, and spacecraft. Examples of mobile vehicles with which the embodiments disclosed herein may be used include, but are not limited to, those with only one wheel or track, those with only two wheels or tracks, those with only three wheels or tracks, those with only four wheels or tracks, and those with five or more wheels or tracks. Examples of mobile entities with which the embodiments disclosed herein may be used include, but are not limited to, cars, buses, trucks, bikes, scooters, industrial vehicles, mining vehicles, air vehicles (e.g., airplanes, helicopters, drones, etc.), watercraft (e.g., commercial carriers, ships, yachts, boats, or other water vehicles), submarines, locomotives or rail-based vehicles (e.g., trains, trams, etc.), military vehicles, spacecraft, and satellites.
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、電力系統、マイクロ電力系統、データセンタ、クラウドコンピューティング環境)または移動用途(例えば、電気車両)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。In describing embodiments herein, reference may be made to a particular stationary application (e.g., power grids, micro-power grids, data centers, cloud computing environments) or mobile application (e.g., electric vehicles). Such references are made for ease of discussion and are not meant to limit a particular embodiment to use only that particular mobile or stationary application. Embodiments of a system for providing power to a motor can be used in both mobile and stationary applications. While certain configurations may be more suitable for some applications over others, all exemplary embodiments disclosed herein are capable of use in both mobile and stationary applications unless otherwise stated.
モジュールベースのエネルギーシステムの実施例Example of a module-based energy system
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つを上回るまたはそれに等しい)。モジュール108は、図7A-7Eに関してさらに詳細に説明されるであろうように、種々の様式において、相互に接続されることができる。例証を容易にするために、図1A-1Cでは、モジュール108は、直列に接続されて、または1次元アレイとして示され、N番目のモジュールは、負荷101に結合される。FIG. 1A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a module-based energy system 100. Here, the system 100 includes a control system 102 that is communicatively coupled to N converter source modules 108-1 through 108-N via communication paths or links 106-1 through 106-N, respectively. The modules 108 are configured to store energy and output energy to a load 101 (or other modules 108) as needed. In these embodiments, any number of two or more modules 108 can be used (e.g., N is greater than or equal to two). The modules 108 can be interconnected in various manners, as will be described in more detail with respect to FIGS. 7A-7E. For ease of illustration, in FIGS. 1A-1C, the modules 108 are shown connected in series or as a one-dimensional array, with the Nth module being coupled to the load 101.
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、モータまたは電力系統等の任意のタイプの負荷であることができる。システム100はまた、充電源から受け取られる電力を貯蔵するように構成される。図1Fは、電力を充電源150から受信するための電力入力インターフェース151と、電力を負荷101に出力するための電力出力インターフェースとを伴う、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施形態では、システム100は、インターフェース152を経由して、電力を出力するのと同時に、インターフェース151を経由して、電力を受信および貯蔵することができる。図1Gは、切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からの電力の受け取りと負荷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、太陽光))から受け取るように構成されることができる。The system 100 is configured to provide power to a load 101. The load 101 can be any type of load, such as a motor or a power system. The system 100 is also configured to store the power received from a charging source. FIG. 1F is a block diagram depicting an exemplary embodiment of the system 100 with a power input interface 151 for receiving power from a charging source 150 and a power output interface for outputting power to the load 101. In this embodiment, the system 100 can receive and store power via interface 151 while simultaneously outputting power via interface 152. FIG. 1G is a block diagram depicting another exemplary embodiment of the system 100 with a switchable interface 154. In this embodiment, the system 100 can select, or be instructed to select, between receiving power from the charging source 150 and outputting power to the load 101. The system 100 can be configured to supply multiple loads 101, including both primary and auxiliary loads, and/or receive power from multiple charging sources 150 (e.g., a utility grid and local renewable energy sources (e.g., solar)).
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。1B depicts another exemplary embodiment of system 100, where control system 102 is implemented as a master control device (MCD) 112 that is communicatively coupled to N different local control devices (LCDs) 114-1 to 114-N via communication paths or links 115-1 to 115-N, respectively. Each LCD 114-1 to 114-N is communicatively coupled to one module 108-1 to 108-N via communication paths or links 116-1 to 116-N, respectively, such that a 1:1 relationship exists between the LCD 114 and the module 108.
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。ここに示される実施例では、各LCD114は、M個の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個のモジュール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。1C depicts another exemplary embodiment of system 100, in which MCD 112 is communicatively coupled to M different LCDs 114-1 through 114-M, via communication paths or links 115-1 through 115-M, respectively. Each LCD 114 is coupled to and can control two or more modules 108. In the example shown, each LCD 114 is communicatively coupled to two modules 108, such that M LCDs 114-1 through 114-M are coupled to 2M modules 108-1 through 108-2M, via communication paths or links 116-1 through 116-2M, respectively.
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、またはそのように実装されることができる(例えば、図1B-1C)。いくつかの実施形態では、制御システム102は、いかなるMCD112も、必要なく、システム100から省略され得るように、モジュール108と関連付けられるLCD114間に分散されることができる。The control system 102 may be configured as a single device for the entire system 100 (e.g., FIG. 1A), or may be distributed or implemented across multiple devices (e.g., FIGS. 1B-1C). In some embodiments, the control system 102 may be distributed among the LCDs 114 associated with the modules 108, such that any MCDs 112 are not necessary and may be omitted from the system 100.
制御システム102は、ソフトウェア(処理回路網によって実行可能なメモリ内に貯蔵された命令)、ハードウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、制御を実行するように構成されることができる。制御システム102の1つ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。Control system 102 can be configured to perform control using software (instructions stored in memory executable by processing circuitry), hardware, or a combination thereof. One or more devices of control system 102 can each include processing circuitry 120 and memory 122, as shown herein. Exemplary implementations of processing circuitry and memory are described further below.
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)、定常用途における電力系統コントローラ等)に出力することができる。The control system 102 may have a communication interface for communicating with devices 104 external to the system 100 via communication links or paths 105. For example, the control system 102 (e.g., the MCD 112) may output data or information about the system 100 to another control device 104 (e.g., a vehicle electronic control unit (ECU) or motor control unit (MCU) in a mobile application, a power system controller in a stationary application, etc.).
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ることができる。データは、標準化(例えば、IEEE、ANSI)またはカスタム(例えば、専用)フォーマットで通信されることができる。自動車用途では、通信経路115は、FlexRayまたはCANプロトコルに従って、通信するように構成されることができる。通信経路106、115、116、および118はまた、有線電力を提供し、直接、システム102のための動作電力を1つ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、車の電力ネットワーク等を通して)。Each of the communication paths or links 105, 106, 115, 116, and 118 (FIG. 2B) can be a wired (e.g., electrical, optical) or wireless communication path that communicates data or information bidirectionally, in parallel or serial fashion. Data can be communicated in a standardized (e.g., IEEE, ANSI) or custom (e.g., proprietary) format. In an automotive application, the communication path 115 can be configured to communicate according to a FlexRay or CAN protocol. The communication paths 106, 115, 116, and 118 can also provide wired power and directly supply operating power for the system 102 from one or more modules 108. For example, operating power for each LCD 114 can be supplied solely by the one or more modules 108 to which it is connected, and operating power for the MCD 112 can be indirectly supplied from one or more of the modules 108 (e.g., through the vehicle's power network, etc.).
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。The control system 102 is configured to control one or more modules 108 based on status information received from the same or different one or more of the modules 108. The control can also be based on one or more other factors, such as the requirements of the load 101. Controllable aspects include, but are not limited to, one or more of the voltage, current, phase, and/or output power of each module 108.
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、制御システム102に通信されることができ、これは、独立して、全てのモジュール108-1…108-Nを制御することができる。他の変形例も、可能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。Status information for all of the modules 108 in the system 100 can be communicated to the control system 102, which can independently control all of the modules 108-1...108-N. Other variations are possible. For example, a particular module 108 (or a subset of the modules 108) can be controlled based on status information for that particular module 108 (or subset), based on status information for a different module 108 that is not that particular module 108 (or subset), based on status information for all modules 108 other than that particular module 108 (or subset), based on status information for that particular module 108 (or subset) and status information for at least one other module 108 that is not that particular module 108 (or subset), or based on status information for all modules 108 in the system 100.
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ることができる。ステータス情報のタイプは、限定ではないが、モジュール108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任意の1つまたはそれを上回るもの内の障害の有無を含む。The status information can be information about one or more aspects, characteristics, or parameters of each module 108. Types of status information include, but are not limited to, the following aspects of a module 108 or one or more components thereof (e.g., energy source, energy buffer, converter, monitor circuitry): the state of charge (SOC) of one or more energy sources of the module (e.g., the level of charge of the energy source relative to its capacity, such as a fraction or percentage), the state of health (SOH) of one or more energy sources of the module (e.g., a figure of merit of the condition of the energy source compared to its ideal condition), the temperature of one or more energy sources or other components of the module, the capacity of one or more energy sources of the module, the voltage of one or more energy sources and/or other components of the module, the current of one or more energy sources and/or other components of the module, and/or the presence or absence of a fault in any one or more of the components of the module.
LCD114は、ステータス情報を各モジュール108から受信し、または各モジュール108から、またはその中で受信される、監視される信号またはデータからステータス情報を決定し、その情報をMCD112に通信するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、各LCD114は、未加工収集データをMCD112に通信することができ、これは、次いで、アルゴリズム的に、その未加工データに基づいて、ステータス情報を決定する。MCD112は、次いで、モジュール108のステータス情報を使用して、適宜、制御決定を行うことができる。決定は、LCD114によって、各モジュール108の動作の維持または調節のいずれかを行うために利用され得る、命令、コマンド、または他の情報(本明細書に説明される変調指数等)の形態をとってもよい。The LCD 114 can be configured to receive status information from each module 108 or determine status information from monitored signals or data received from or within each module 108 and communicate that information to the MCD 112. In some embodiments, each LCD 114 can communicate raw collected data to the MCD 112, which then algorithmically determines status information based on the raw data. The MCD 112 can then use the module 108 status information to make control decisions as appropriate. Decisions may take the form of instructions, commands, or other information (such as modulation index, as described herein) that can be utilized by the LCD 114 to either maintain or adjust the operation of each module 108.
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、それの同等のコンポーネント)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得る。そのような実施例では、MCD112は、その特定のモジュール108の関連側面(例えば、出力電圧、電流、電力、温度)を低減または増加させる(条件に応じて)、制御情報を出力することができる。このように、外れ値モジュール108(例えば、比較的に低いSOCまたは高い温度を伴って動作している)の利用量が、そのモジュール108の関連パラメータ(例えば、SOCまたは温度)を1つ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。For example, the MCD 112 may receive status information, evaluate the information, and determine differences between at least one module 108 (e.g., its components) and at least one or more other modules 108 (e.g., its comparable components). For example, the MCD 112 may determine that a particular module 108 is operating with one of the following conditions compared to one or more other modules 108: a relatively low or high SOC, a relatively low or high SOH, a relatively low or high capacity, a relatively low or high voltage, a relatively low or high current, a relatively low or high temperature, or the presence or absence of a fault. In such an example, the MCD 112 may output control information to reduce or increase (depending on the condition) a relevant aspect (e.g., output voltage, current, power, temperature) of that particular module 108. In this manner, the utilization of an outlier module 108 (e.g., operating with a relatively low SOC or high temperature) can be reduced to cause the relevant parameters (e.g., SOC or temperature) of that module 108 to converge toward those of one or more other modules 108.
特定のモジュール108の動作を調節するかどうかの決定は、必ずしも、他のモジュール108のステータスとの比較によってではなく、ステータス情報と所定の閾値、限界、または条件の比較によって行われることができる。所定の閾値、限界、または条件は、使用の間、変化しない、製造業者によって設定されるもの等の静的閾値、限界、または条件であることができる。所定の閾値、限界、または条件は、使用の間、変化することが可能にされる、または変化する、動的閾値、限界、または条件であることができる。例えば、MCD112は、そのモジュール108に関するステータス情報が、それが、所定の閾値または限界に違反して(例えば、それを上回って、または下回って)、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。The decision whether to adjust the operation of a particular module 108 may be made by comparison of the status information to a predetermined threshold, limit, or condition, not necessarily by comparison with the status of other modules 108. The predetermined threshold, limit, or condition may be a static threshold, limit, or condition, such as one set by a manufacturer, that does not change during use. The predetermined threshold, limit, or condition may be a dynamic threshold, limit, or condition that is allowed to change or changes during use. For example, the MCD 112 may adjust the operation of a module 108 if the status information regarding that module 108 indicates that it is operating in violation of (e.g., above or below) a predetermined threshold or limit, or outside a predetermined range of acceptable operating conditions. Similarly, the MCD 112 may adjust the operation of a module 108 if the status information regarding that module 108 indicates the presence of an actual or potential fault (e.g., an alarm, or warning), or indicates the absence or removal of an actual or potential fault. Examples of faults include, but are not limited to, actual failure of a component, potential failure of a component, short circuits or other excessive current conditions, open circuits, excessive voltage conditions, failure to receive communications, reception of corrupted data, and the like. Depending on the type and severity of the fault, the amount of utilization of the faulty module may be reduced to avoid damaging the module, or utilization of the module may be stopped entirely.
MCD112は、システム100内のモジュール108を制御し、所望の標的を達成する、またはそれに向かって収束させることができる。標的は、例えば、全てのモジュール108の動作が、相互に対して同一または類似レベルにある、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達するために広義に使用される。The MCD 112 can control the modules 108 in the system 100 to achieve or converge towards a desired target. The target can be, for example, that the operation of all modules 108 is at the same or similar level relative to one another, or within a predetermined threshold, limit, or condition. The process can also be referred to as seeking to achieve balance or equilibrium in the operation or operating characteristics of the modules 108. The term "balance," as used herein, does not require absolute equality between the modules 108 or their components, but rather is used broadly to convey that the operation of the system 100 can be used to actively reduce inequalities in operation between the modules 108 that would otherwise exist.
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、またはその他であることができる。各LCD114は、制御情報を使用(例えば、受信および処理)し、関連付けられるモジュール108内の1つ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。The MCD 112 can communicate control information to the LCD 114 for purposes of controlling the module 108 associated with the LCD 114. The control information can be, for example, a modulation index and a reference signal as described herein, a modulated reference signal, or others. Each LCD 114 can use (e.g., receive and process) the control information and generate switch signals that control the operation of one or more components (e.g., converters) in the associated module 108. In some embodiments, the MCD 112 generates the switch signals directly and outputs them to the LCD 114, which relays the switch signals to the intended module components.
制御システム102の全てまたは一部は、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、太陽光、風力)、充電源電力予測、バックアップ源監視、資産派遣等)に関与する、電力系統またはマイクロ電力系統コントローラ、およびデータセンタ制御サブシステム(例えば、環境制御、ネットワーク制御、バックアップ制御等)を含む。All or a portion of the control system 102 can be combined with a system external control device 104 that controls one or more other aspects of a mobile or stationary application. When integrated into this shared or common control device (or subsystem), control of the system 100 can be implemented in any desired manner, such as one or more software applications executed by processing circuitry of the shared device, hardware of the shared device, or a combination thereof. Non-exhaustive examples of external control device 104 include an on-board ECU or MCU having control capabilities for one or more other on-board functions (e.g., motor control, driver interface control, traction control, etc.), a power system or micro-power system controller responsible for one or more other power management functions (e.g., load interface, load power requirement prediction, transmission and switching, interfacing with charging sources (e.g., diesel, solar, wind), charging source power prediction, backup source monitoring, asset dispatch, etc.), and a data center control subsystem (e.g., environmental control, network control, backup control, etc.).
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、車両または電力系統のコンポーネント)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。1D and 1E are block diagrams depicting an exemplary embodiment of a shared or common control device (or system) 132 in which control system 102 may be implemented. In FIG. 1D , common control device 132 includes master control device 112 and external control device 104. Master control device 112 includes interface 141 for communication with LCD 114 via path 115 and interface 142 for communication with external control device 104 via internal communication bus 136. External control device 104 includes interface 143 for communication with master control device 112 via bus 136 and interface 144 for communication with other entities of the overall application (e.g., vehicle or power system components) via communication path 136. In some embodiments, common control device 132 can be integrated as a common housing or package, with devices 112 and 104 implemented as discrete integrated circuit (IC) chips or packages contained therein.
図1Eでは、外部制御デバイス104は、共通制御デバイス132として作用し、マスタ制御機能性は、デバイス104内のコンポーネント112として実装される。本コンポーネント112は、デバイス104のメモリ内に記憶および/またはハードコード化され、その処理回路網によって実行される、ソフトウェアまたは他のプログラム命令である、またはそれを含むことができる。コンポーネントはまた、専用ハードウェアを含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ることができ、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、およびスインターフェース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。In FIG. 1E, the external control device 104 acts as a common control device 132, with the master control functionality implemented as a component 112 within the device 104. This component 112 can be or include software or other program instructions stored and/or hard-coded within the memory of the device 104 and executed by its processing circuitry. The component can also contain dedicated hardware. The component can be a self-contained module or core, with one or more internal hardware and/or software interfaces (e.g., application program interfaces (APIs)) for communication with the operating software of the external control device 104. The external control device 104 can manage communication with the LCD 114 via interface 141, and with other devices via interface 144. In various embodiments, the devices 104/132 can be integrated as a single IC chip, integrated into multiple IC chips in a single package, or integrated as multiple semiconductor packages in a common housing.
図1Dおよび1Eの実施形態では、システム102のマスタ制御機能性は、共通デバイス132内で共有されるが、しかしながら、共有制御の他の分割も可能にされる。例えば、マスタ制御機能性の一部は、共通デバイス132と専用MCD112との間で分散されることができる。別の実施例では、マスタ制御機能性およびローカル制御機能性の少なくとも一部の両方が、共通デバイス132内に実装されることができる(例えば、残りのローカル制御機能性は、LCD114内に実装される)。いくつかの実施形態では、制御システム102は全て、共通デバイス(またはサブシステム)132内に実装される。いくつかの実施形態では、ローカル制御機能性は、バッテリ管理システム(BMS)等の各モジュール108の別のコンポーネントと共有されるデバイス内に実装される。1D and 1E, the master control functionality of the system 102 is shared within the common device 132, however, other divisions of the shared control are also possible. For example, a portion of the master control functionality can be distributed between the common device 132 and the dedicated MCD 112. In another example, both the master control functionality and at least a portion of the local control functionality can be implemented within the common device 132 (e.g., with the remaining local control functionality implemented within the LCD 114). In some embodiments, the control system 102 is implemented entirely within the common device (or subsystem) 132. In some embodiments, the local control functionality is implemented within a device that is shared with another component of each module 108, such as a battery management system (BMS).
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Example of a module in a cascaded energy system
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、所望に応じて、エネルギーバッファとを含むことができる。図2A-2Bは、電力コンバータ202と、エネルギーバッファ204と、エネルギー源206とを有する、モジュール108を伴う、システム100の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ることができる。実施形態は、電圧コンバータを参照して本明細書に説明されるが、実施形態は、それに限定されない。コンバータ202は、エネルギー源204からの直流(DC)信号を交流電流(AC)信号に変換し、電力配線110(例えば、インバータ)を経由して、それを出力するように構成されることができる。コンバータ202はまた、接続110を経由して、ACまたはDC信号を受信し、持続またはパルス状形態におけるいずれかの極性を伴って、それをエネルギー源204に印加することができる。コンバータ202は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ(H-ブリッジ)等のスイッチ(例えば、電力トランジスタ)の配列である、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(およびモジュール全体として)は、変圧器を含まない。Module 108 may include one or more energy sources, a power electronics converter, and, optionally, an energy buffer. Figures 2A-2B are block diagrams depicting additional exemplary embodiments of system 100 with module 108 having power converter 202, energy buffer 204, and energy source 206. Converter 202 may be a voltage converter or a current converter. Although embodiments are described herein with reference to a voltage converter, embodiments are not limited thereto. Converter 202 may be configured to convert a direct current (DC) signal from energy source 204 to an alternating current (AC) signal and output it via power wiring 110 (e.g., an inverter). Converter 202 may also receive an AC or DC signal via connection 110 and apply it to energy source 204 with either polarity in a continuous or pulsed form. Converter 202 may be or include an arrangement of switches (e.g., power transistors), such as a half-bridge or full-bridge (H-bridge). In some embodiments, the converter 202 includes only switches, and the converter (and the module as a whole) does not include a transformer.
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。重量およびコストが重要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、および変圧器を伴わずに、変換を実施するように構成されることができる。Converter 202 can also (or alternatively) be configured to perform AC/DC conversion (e.g., a rectifier), DC/DC conversion, and/or AC/AC conversion (e.g., in combination with an AC/DC converter), such as for charging a DC energy source from an AC source. In some embodiments, such as for performing AC/AC conversion, converter 202 can include a transformer, either alone or in combination with one or more power semiconductors (e.g., switches, diodes, thyristors, and the like). In other embodiments, such as those where weight and cost are important factors, converter 202 can be configured to perform the conversion using only power switches, power diodes, or other semiconductor devices and without a transformer.
エネルギー源206は、好ましくは、直流を出力し、電気的に給電されるデバイスのためのエネルギー貯蔵用途のために好適なエネルギー密度を有することが可能である、ロバストなエネルギー貯蔵デバイスである。燃料電池は、単一燃料電池、直列または並列に接続される、複数の燃料電池、または燃料電池モジュールであることができる。2つ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。The energy source 206 is preferably a robust energy storage device capable of outputting direct current and having an energy density suitable for energy storage applications for electrically powered devices. The fuel cell can be a single fuel cell, multiple fuel cells connected in series or parallel, or a fuel cell module. Two or more energy sources can be included within each module, where the two or more sources can include two batteries of the same or different types, two capacitors of the same or different types, two fuel cells of the same or different types, one or more batteries combined with one or more capacitors and/or fuel cells, and one or more capacitors combined with one or more fuel cells.
エネルギー源206は、単一バッテリ電池、またはバッテリモジュールまたはアレイ内で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ることができる。図4A-4Dは、単一バッテリ電池402(図4A)、複数の(例えば、4つの)電池402の直列接続を伴う、バッテリモジュール(図4B)、単一電池402の並列接続を伴う、バッテリモジュール(図4C)、およびそれぞれ複数の(例えば、2つの)電池402を有する支脈との並列接続を伴う、バッテリモジュール(図4D)として構成される、エネルギー源206の例示的実施形態を描写する、概略図である。バッテリタイプの実施例は、本明細書のいずれかに説明される。The energy source 206 can be an electrochemical battery, such as a single battery cell, or multiple battery cells connected together in a battery module or array, or any combination thereof. Figures 4A-4D are schematic diagrams depicting exemplary embodiments of the energy source 206 configured as a single battery cell 402 (Figure 4A), a battery module with a series connection of multiple (e.g., four) cells 402 (Figure 4B), a battery module with a parallel connection of single cells 402 (Figure 4C), and a battery module with a parallel connection with tributaries each having multiple (e.g., two) cells 402 (Figure 4D). Examples of battery types are described elsewhere herein.
エネルギー源206はまた、ウルトラコンデンサまたはスーパーコンデンサ等の高エネルギー密度(HED)コンデンサであることができる。HEDコンデンサは、中実誘電タイプの典型的電解コンデンサとは対照的に、二重層コンデンサ(静電充電記憶装置)、擬似コンデンサ(電気化学充電記憶装置)、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、電解コンデンサのものの10~100倍の(またはより高い)エネルギー密度を有することができる。例えば、HEDコンデンサは、1.0ワット時間/キログラム(Wh/kg)を上回る比エネルギーと、10~100ファラド(F)を上回る静電容量とを有することができる。図4A-4Dに関して説明されるバッテリと同様に、エネルギー源206は、単一HEDコンデンサ、またはアレイ内でともに接続される(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。The energy source 206 can also be a high energy density (HED) capacitor, such as an ultracapacitor or supercapacitor. HED capacitors can be configured as double layer capacitors (electrostatic charge storage), pseudocapacitors (electrochemical charge storage), hybrid capacitors (electrostatic and electrochemical), or others, as opposed to the typical electrolytic capacitors of the solid dielectric type. In addition to higher capacitance, HED capacitors can have energy densities 10-100 times (or higher) than those of electrolytic capacitors. For example, HED capacitors can have specific energies greater than 1.0 watt-hours per kilogram (Wh/kg) and capacitances greater than 10-100 Farads (F). Similar to the batteries described with respect to FIGS. 4A-4D, the energy source 206 can be configured as a single HED capacitor or multiple HED capacitors connected together in an array (e.g., in series, parallel, or a combination thereof).
エネルギー源206はまた、燃料電池であることができる。燃料電池の実施例は、陽子交換膜燃料電池(PEMFC)、リン酸燃料電池(PAFC)、固体酸形燃料電池、アルカリ燃料電池、高温燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融電解質燃料電池、およびその他を含む。図4A-4Dに関して説明されるバッテリと同様に、エネルギー源206は、単一燃料電池、またはアレイ内でともに接続される(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。The energy source 206 can also be a fuel cell. Examples of fuel cells include proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), phosphoric acid fuel cells (PAFCs), solid acid fuel cells, alkaline fuel cells, high temperature fuel cells, solid oxide fuel cells, molten electrolyte fuel cells, and others. Similar to the batteries described with respect to Figures 4A-4D, the energy source 206 can be configured as a single fuel cell or multiple fuel cells connected together in an array (e.g., in series, parallel, or a combination thereof). The foregoing examples of batteries, capacitors, and fuel cells are not intended to form an exhaustive list, and one of ordinary skill in the art will recognize other variations that fall within the scope of the present subject matter.
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、+VThe energy buffer 204 is connected to a DC line or link (e.g., +V DCLDCL および-Vand -V DCLDCL )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。) and help maintain stability in the DC link voltage. These fluctuations may be relatively low (e.g., kilohertz) or high (e.g., megahertz) frequency fluctuations or harmonics caused by switching or other transients in converter 202. These fluctuations may be absorbed by buffer 204 instead of being passed through to source 206 or ports IO3 and IO4 of converter 202.
電力配線110は、モジュール108へ、そこから、およびそれを通して、エネルギーまたは電力を輸送するための接続である。モジュール108は、エネルギーをエネルギー源206から電力配線110に出力することができ、そこで、これは、本システムの他のモジュールまたは負荷に輸送されることができる。モジュール108はまた、エネルギーを他のモジュール108または充電源(DC充電器、単相充電器、多相充電器)から受信することができる。信号はまた、モジュール108を通して通過され、エネルギー源206をバイパスすることができる。エネルギーまたは電力のモジュール108の内外へのルーティングは、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。The power wiring 110 is the connection for transporting energy or power to, from, and through the module 108. The module 108 can output energy from an energy source 206 to the power wiring 110 where it can be transported to other modules or loads in the system. The module 108 can also receive energy from other modules 108 or charging sources (DC chargers, single phase chargers, multi-phase chargers). Signals can also be passed through the module 108 and bypass the energy source 206. The routing of energy or power in and out of the module 108 is performed by the converter 202 under the control of the LCD 114 (or another entity of the system 102).
図2Aの実施形態では、LCD114は、モジュール108と別個である(例えば、共有モジュール筐体内にない)、コンポーネントとして実装され、通信経路116を介して、コンバータ202に接続され、それと通信することが可能である。図2Bの実施形態では、LCD114は、モジュール108のコンポーネントとして含まれ、内部通信経路118(例えば、共有バスまたは離散接続)を介して、コンバータ202に接続され、それと通信することが可能である。LCD114はまた、経路116または118を経由して、信号をエネルギーバッファ204および/またはエネルギー源206から受信し、信号をそこに伝送することが可能であり得る。In the embodiment of Figure 2A, the LCD 114 is implemented as a component separate from the module 108 (e.g., not in a shared module housing) and may be connected to and in communication with the converter 202 via communication path 116. In the embodiment of Figure 2B, the LCD 114 is included as a component of the module 108 and may be connected to and in communication with the converter 202 via an internal communication path 118 (e.g., a shared bus or a discrete connection). The LCD 114 may also be capable of receiving signals from and transmitting signals to the energy buffer 204 and/or the energy source 206 via paths 116 or 118.
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内のいずれかの場所の障害の存在等)も同様に、利用量決定において使用されることができる。モニタ回路網208は、そのような側面を監視するように構成される、1つ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と別個であることができる、または各コンポーネント202、204、および206(図2A-2Bに示されるように)と統合されることができる、またはそれらの任意の組み合わせであることができる。いくつかの実施形態では、モニタ回路網208は、バッテリエネルギー源204のためのバッテリ管理システム(BMS)の一部である、またはそれと共有されることができる。離散回路網は、1つを上回るタイプのステータス情報が、単一回路またはデバイスを用いて監視される、または別様に、付加的回路の必要なく、アルゴリズム的に決定され得るため、ステータス情報の各タイプを監視するために必要とされない。The module 108 may also include monitor circuitry 208 configured to monitor (e.g., collect, sense, measure, and/or determine) one or more aspects of the module 108 and/or its components, such as voltage, current, temperature, or other operating parameters that constitute (or may be used to determine, e.g., by the LCD 114) status information. A primary function of the status information is to describe the state of one or more energy sources 206 of the module 108 and enable a decision regarding the amount to utilize the energy source relative to other sources in the system 100, although status information describing the state of other components (e.g., voltage, temperature, and/or presence of a fault in the buffer 204, temperature and/or presence of a fault in the converter 202, presence of a fault anywhere in the module 108, etc.) may be used in the utilization decision as well. The monitor circuitry 208 may include one or more sensors, shunts, dividers, fault detectors, coulomb counters, controllers, or other hardware and/or software configured to monitor such aspects. The monitor circuitry 208 can be separate from the various components 202, 204, and 206, or can be integrated with each component 202, 204, and 206 (as shown in FIGS. 2A-2B), or any combination thereof. In some embodiments, the monitor circuitry 208 can be part of or shared with a battery management system (BMS) for the battery energy source 204. Discrete circuitry is not required to monitor each type of status information, as more than one type of status information can be monitored with a single circuit or device, or otherwise determined algorithmically, without the need for additional circuitry.
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ることができる。制御信号は、コンバータ202のためのスイッチ信号、および/またはステータス情報をモジュールコンポーネントから要求する、1つまたはそれを上回る信号であることができる。例えば、LCD114は、直接、ステータス情報を要求することによって、またはある場合には、コンバータ202を特定の状態に設置する、スイッチ信号と組み合わせて、刺激(例えば、電圧)を印加し、ステータス情報を発生させることによって、経路116、118を経由して、ステータス情報を伝送させることができる。LCD 114 can receive status information (or raw data) about the module components via communication paths 116, 118. LCD 114 can also transmit information to the module components via paths 116, 118. Paths 116 and 118 can include diagnostic, measurement, protection, and control signal lines. The transmitted information can be control signals for one or more module components. The control signals can be switch signals for converter 202 and/or one or more signals requesting status information from the module components. For example, LCD 114 can cause status information to be transmitted via paths 116, 118 by directly requesting the status information or, in some cases, by applying a stimulus (e.g., a voltage) in combination with a switch signal that places converter 202 in a particular state, generating the status information.
モジュール108の物理的構成またはレイアウトは、種々の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、モジュール108は、その中に全てのモジュールコンポーネント、例えば、コンバータ202、バッファ204、および源206が、統合されたLCD114等の他の随意のコンポーネントとともに格納される、共通筐体を含むことができる。他の実施形態では、種々のコンポーネントは、ともに固着される、離散筐体内で分離されることができる。図2Cは、モジュールのエネルギー源206と、モニタ回路網208(図示せず)等の付随のエレクトロニクスとを保持する、第1の筐体220と、コンバータ202、エネルギーバッファ204、およびモニタ回路網(図示せず)等の他の付随のエレクトロニクス等のモジュールエレクトロニクスを保持する、第2の筐体222と、モジュール108のためのLCD114(図示せず)を保持する、第3の筐体224とを有する、モジュール108の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。種々のモジュールコンポーネント間の電気接続は、筐体220、222、224を通して進むことができ、他のモジュール108またはMCD112等の他のデバイスとの接続のために、筐体外部のいずれか上に暴露されることができる。The physical configuration or layout of the module 108 can take a variety of forms. In some embodiments, the module 108 can include a common housing in which all the module components, e.g., converter 202, buffer 204, and source 206, are housed along with other optional components such as an integrated LCD 114. In other embodiments, the various components can be separated in discrete housings that are affixed together. Figure 2C is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a module 108 having a first housing 220 that holds the module's energy source 206 and associated electronics such as monitor circuitry 208 (not shown), a second housing 222 that holds the module electronics such as converter 202, energy buffer 204, and other associated electronics such as monitor circuitry (not shown), and a third housing 224 that holds the LCD 114 (not shown) for the module 108. Electrical connections between the various module components may pass through the housings 220 , 222 , 224 and may be exposed either on the housing exterior for connection with other devices, such as other modules 108 or MCD 112 .
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がマイクロ電力系統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、電気車両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、マイクロ電力系統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。The modules 108 of the system 100 can be physically arranged in various configurations relative to one another depending on the needs of the application and the number of loads. For example, in a stationary application where the system 100 provides power for a micro-power system, the modules 108 can be installed in one or more racks or other frameworks. Such a configuration may also be suitable for larger mobile applications such as marine vessels. Alternatively, the modules 108 can be affixed together and located in a common housing, referred to as a pack. The rack or pack may have its own dedicated cooling system that is shared across all modules. The pack configuration is useful for smaller mobile applications such as electric vehicles. The system 100 can be implemented with one or more racks (e.g., for parallel feeding of a micro-power system), or one or more packs (e.g., feeding different motors of a vehicle), or a combination thereof. FIG. 2D is a block diagram depicting an exemplary embodiment of the system 100 in which nine modules 108 are configured as a pack, electrically and physically coupled together in a common housing 230.
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。Examples of these and further configurations are described in International Application No. PCT/US20/25366, filed March 27, 2020, and entitled "Module-Based Energy Systems Capable of Cascaded and Interconnected Configurations, and Methods Related Thereto," which is incorporated by reference in its entirety for all purposes.
図3A-3Cは、種々の電気構成を有する、モジュール108の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。これらの実施形態は、1つのLCD114/モジュール108を有し、LCD114が、関連付けられるモジュール内に格納されるように説明されるが、本明細書に説明されるように、別様に構成されることもできる。図3Aは、システム100内のモジュール108Aの第1の例示的構成を描写する。モジュール108Aは、エネルギー源206と、エネルギーバッファ204と、コンバータ202Aとを含む。各コンポーネントは、本明細書では、IOポートと称される、その中に電力が入力され得る、および/またはそこから電力が出力され得る、電力配線ポート(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。3A-3C are block diagrams depicting example embodiments of a module 108 having various electrical configurations. These embodiments are described having one LCD 114/module 108, with the LCD 114 housed within an associated module, but may be otherwise configured as described herein. FIG. 3A depicts a first example configuration of a module 108A within a system 100. The module 108A includes an energy source 206, an energy buffer 204, and a converter 202A. Each component has a power wiring port (e.g., terminal, connector), referred to herein as an IO port, into which and/or from which power may be input. Such ports may also be referred to as input or output ports, depending on the context.
エネルギー源206は、本明細書に説明されるエネルギー源タイプ(例えば、図4A-4Dに関して説明されるようなバッテリ、HEDコンデンサ、燃料電池、またはその他)のいずれかとして構成されることができる。エネルギー源206のポートIO1およびIO2は、それぞれ、エネルギーバッファ204のポートIO1およびIO2に接続されることができる。エネルギーバッファ204は、バッファ204に到着する高および低周波数エネルギー波動をコンバータ202を通してバッファまたはフィルタリングするように構成されることができ、これは、そうでなければ、モジュール108の性能を劣化させ得る。バッファ204のためのトポロジおよびコンポーネントは、これらの高周波数電圧パルス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CThe energy source 206 can be configured as any of the energy source types described herein (e.g., a battery, HED capacitor, fuel cell, or other, as described with respect to FIGS. 4A-4D ). Ports IO1 and IO2 of the energy source 206 can be connected to ports IO1 and IO2, respectively, of the energy buffer 204. The energy buffer 204 can be configured to buffer or filter high and low frequency energy waves arriving at the buffer 204 through the converter 202, which may otherwise degrade the performance of the module 108. The topology and components for the buffer 204 are selected to accommodate the maximum allowable amplitude of these high frequency voltage pulses. Several (non-exhaustive) exemplary embodiments of the energy buffer 204 are depicted in the schematic diagrams of FIGS. 5A-5C . In FIG. 5A , the buffer 204 is configured to filter electrolytic and/or film capacitors C EBE.B. であって、図5Bでは、バッファ204は、2つのインダクタLIn FIG. 5B, the buffer 204 includes two inductors L EB1EB1 およびLand L EB2EB2 と、2つの電解および/またはフィルムコンデンサCand two electrolytic and/or film capacitors C EB1EB1 およびCand C EB2EB2 とによって形成される、Z-源ネットワーク710であって、図5Cでは、バッファ204は、2つのインダクタL5C, the buffer 204 is formed by two inductors L EB1EB1 およびLand L EB2EB2 と、2つの電解および/またはフィルムコンデンサCand two electrolytic and/or film capacitors C EB1EB1 およびCand C EB2EB2 と、ダイオードDand diode D EBE.B. とによって形成される、準Z-源ネットワーク720である。and a quasi-Z-source network 720 formed by
エネルギーバッファ204のポートIO3およびIO4は、それぞれ、コンバータ202AのポートIO1およびIO2に接続されることができ、これは、本明細書に説明される電力コンバータタイプのいずれかとして構成されることができる。図6Aは、DC電圧をポートIO1およびIO2において受信し、パルスをポートIO3およびIO4において発生させるように切り替え得る、DC/ACコンバータとして構成される、コンバータ202Aの例示的実施形態を描写する、概略図である。コンバータ202Aは、複数のスイッチを含むことができ、ここでは、コンバータ202Aは、フルブリッジ構成に配列される、4つのスイッチS3、S4、S5、S6を含む。制御システム102またはLCD114は、各ゲートへの制御入力線118-3を介して、独立して、各スイッチを制御することができる。Ports IO3 and IO4 of energy buffer 204 can be connected to ports IO1 and IO2 of converter 202A, respectively, which can be configured as any of the power converter types described herein. Figure 6A is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment of converter 202A configured as a DC/AC converter that can receive DC voltages at ports IO1 and IO2 and switch to generate pulses at ports IO3 and IO4. Converter 202A can include multiple switches, here converter 202A includes four switches S3, S4, S5, S6 arranged in a full-bridge configuration. Control system 102 or LCD 114 can control each switch independently via control input line 118-3 to each gate.
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ることができる。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、所望に応じて、パルス幅変調(PWM)モードで動作され、比較的に短時間間隔内で制御コマンドに応答することを可能にすることができる。これは、過渡モードにおいて、出力電圧規制の高公差および高速動的挙動を提供することができる。The switches can be any suitable switch type, such as power semiconductors such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) as shown here, insulated gate bipolar transistors (IGBTs), or gallium nitride (GaN) transistors. The semiconductor switches operate at a relatively high switching frequency, thereby allowing the converter 202 to be operated in a pulse width modulation (PWM) mode, if desired, and to respond to control commands within a relatively short time interval. This can provide high tolerance and fast dynamic behavior of output voltage regulation in transient mode.
本実施形態では、DC線電圧VIn this embodiment, the DC line voltage V DCLDCL 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、Vcan be applied to converter 202 between ports IO1 and IO2. Different combinations of switches S3, S4, S5, and S6 allow DCLDCL 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、+VBy connecting the GND to ports IO3 and IO4, converter 202 can provide three different voltage outputs: +V DCLDCL 、0、および-V, 0, and −V DCLDCL 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。+Vcan be generated at ports IO3 and IO4. A switch signal provided to each switch controls whether the switch is turned on (closed) or off (open). DCLDCL 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、-VTo obtain, switches S3 and S6 are turned on while S4 and S5 are turned off, while -V DCLDCL 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、S4およびS6をオフにした状態で、S3およびS5をオンにすることによって、S3およびS5をオフにした状態で、S4およびS6をオン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、電力配線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、電力配線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。can be obtained by turning on switches S4 and S5 and turning off S3 and S6. The output voltage can be set to zero (including near zero) or a reference voltage by turning on S3 and S5 with S4 and S6 turned off, or by turning on S4 and S6 with S3 and S5 turned off. These voltages can be output from the module 108 via the power wiring 110. Ports IO3 and IO4 of the converter 202 can be connected to (or from) module IO ports 1 and 2 of the power wiring 110 to generate an output voltage for use with the output voltages from other modules 108.
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、それに限定されない。他の技法のクラスも、使用されることができる。1つの代替クラスは、ヒステリシスに基づき、その実施例は、国際公開第WO2018/231810A1号、第WO2018/232403A1号、および第WO2019/183553A1号(あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明される。The control or switch signals for the embodiments of converter 202 described herein can be generated in different ways depending on the control technique utilized by system 100 to generate the output voltage of converter 202. In some embodiments, the control technique is a PWM technique, such as Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) or Sine Wave Pulse Width Modulation (SPWM) or variations thereof. FIG. 8A is a voltage versus time graph depicting an example of an output voltage waveform 802 of converter 202. For ease of explanation, the embodiments herein will be described in the context of a PWM control technique, although the embodiments are not limited thereto. Other classes of techniques can also be used. One alternative class is based on hysteresis, examples of which are described in International Publication Nos. WO 2018/231810 A1, WO 2018/232403 A1, and WO 2019/183553 A1 (incorporated herein by reference for all purposes).
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け取る)ように制御可能(切替可能)であることができる。例えば、全ての源206は、同時に、電力を接続110に出力する(または充電される)ことができる、または源206の1つ(またはサブセット)のみが、任意の時点において、電力を供給する(または充電される)ことができる。いくつかの実施形態では、モジュールの源206は、それらの間でエネルギーを交換することができる、例えば、1つの源206が、別の源206を充電することができる。源206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、バッテリであることができる)または異なるタイプであることができる(例えば、第1の源は、バッテリであることができ、第2の源は、HEDコンデンサであることができる、または第1の源は、第1のタイプを有する、バッテリ(例えば、NMC)であることができ、第2の源は、第2のタイプを有する、バッテリ(例えば、LFP)であることができる。Each module 108 can be configured with multiple energy sources 206 (e.g., two, three, four, or more). Each energy source 206 of a module 108 can be controllable (switchable) to supply power to the connection 110 (or receive power from a charging source) independently of the other sources 206 of the module. For example, all sources 206 can output power to the connection 110 (or be charged) at the same time, or only one (or a subset) of the sources 206 can supply power (or be charged) at any one time. In some embodiments, the sources 206 of a module can exchange energy between themselves, e.g., one source 206 can charge another source 206. The sources 206 can each be configured as any energy source described herein (e.g., a battery, a HED capacitor, a fuel cell). Each of the sources 206 can be of the same type (e.g., each can be a battery) or different types (e.g., the first source can be a battery and the second source can be a HED capacitor, or the first source can be a battery having a first type (e.g., an NMC) and the second source can be a battery having a second type (e.g., an LFP).
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。3B is a block diagram depicting an example embodiment of module 108B in a dual energy source configuration with a primary energy source 206A and a secondary energy source 206B. Ports IO1 and IO2 of primary source 202A can be connected to ports IO1 and IO2 of energy buffer 204. Module 108B includes converter 202B with an additional IO port. Ports IO3 and IO4 of buffer 204 can be connected to ports IO1 and IO2 of converter 202B, respectively. Ports IO1 and IO2 of secondary source 206B can be connected to ports IO5 and IO2 of converter 202B, respectively (and also to port IO4 of buffer 204).
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。In this exemplary embodiment of module 108B, primary energy source 202A supplies the average power required by the load along with the other modules 108 of system 100. Secondary source 202B can perform the function of an auxiliary energy source 202 by providing additional power at load power peaks, absorbing excess power, or otherwise.
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(CAs mentioned, both the primary source 206A and the secondary source 206B can be utilized simultaneously or at separate times depending on the switch state of the converter 202B. If simultaneously, the electrolytic and/or film capacitors (C ESE.S. )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。) can be placed in parallel with source 206B and act as an energy buffer for source 206B, as depicted in FIG. 4E, or energy source 206B can be configured to utilize a HED capacitor in parallel with another energy source (e.g., a battery or fuel cell), as depicted in FIG. 4F.
図6Bおよび6Cは、それぞれ、コンバータ202Bおよび202Cの例示的実施形態を描写する、概略図である。コンバータ202Bは、スイッチ回路網部分601および602Aを含む。部分601は、コンバータ202Aと類似様式において、フルブリッジとして構成され、IO1およびIO2をIO3およびIO4のいずれかに選択的に結合するように構成され、それによって、モジュール108Bの出力電圧を変化させる、スイッチS3-S6を含む。部分602Aは、ハーフブリッジとして構成され、ポートIO1とIO2との間に結合される、スイッチS1およびS2を含む。結合インダクタL6B and 6C are schematic diagrams depicting exemplary embodiments of converters 202B and 202C, respectively. Converter 202B includes switch network portions 601 and 602A. Portion 601, in a similar manner to converter 202A, includes switches S3-S6 configured as a full bridge and configured to selectively couple IO1 and IO2 to either IO3 and IO4, thereby varying the output voltage of module 108B. Portion 602A includes switches S1 and S2 configured as a half bridge and coupled between ports IO1 and IO2. A coupled inductor L CC 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、+Vis connected between port IO5 and node 1, which exists between switches S1 and S2, such that switch portion 602A is a bidirectional converter that can regulate (boost or buck) voltage (or conversely, current). Switch portion 602A ... DCL2DCL2 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を転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LTwo different voltages can be generated at node 1, 0 and 1. The current drawn from or input to energy source 202B can be controlled by, for example, a pulse width modulation technique or a hysteretic control method to commutate switches S1 and S2 through coupled inductor L. CC 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。The output voltage can be controlled by adjusting the voltage on the output. Other techniques can also be used.
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LConverter 202C differs from 202B in that switch portion 602B includes switches S1 and S2 configured as a half bridge and coupled between ports IO5 and IO2. CC 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。is connected between port IO1 and node 1, which is between switches S1 and S2, such that switch portion 602B is configured to regulate the voltage.
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。Control system 102 or LCD 114 can independently control each switch of converters 202B and 202C via control input lines 118-3 to each gate. In these embodiments and that of FIG. 6A, LCD 114 (rather than MCD 112) generates the switching signals for the converter switches. Alternatively, MCD 112 can also generate the switching signals, which can be communicated directly to the switches or relayed by LCD 114.
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。In embodiments in which module 108 includes three or more energy sources 206, converters 202B and 202C can be scaled accordingly such that each additional energy source 206B is coupled to an additional IO port that leads to an additional switch network portion 602A or 602B, depending on the needs of the particular source. For example, dual source converter 202 can include both switch portions 202A and 202B.
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)にさらに詳細に説明される。With multiple energy sources 206, the module 108 can perform additional functions such as energy sharing between the sources 206, energy capture from within the application (e.g., regenerative braking), charging of the primary source by a secondary source even while the overall system is in a discharge state, and active filtering of the module output. The active filtering function can also be performed by the module with a typical electrolytic capacitor instead of a secondary energy source. Examples of these features are described in further detail in International Application No. PCT/US20/25366, filed March 27, 2020, and entitled "Module-Based Energy Systems Capable of Cascaded and Interconnected Configurations, and Methods Related thereto," and International Publication No. WO2019/183553, filed March 22, 2019, and entitled "Systems and Methods for Power Management and Control," both of which are incorporated by reference in their entireties for all purposes.
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、電気車両の車載電気ネットワークまたは電気車両のHVACシステムであり得る。システム100の負荷は、例えば、電気車両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。Each module 108 can be configured to use its one or more energy sources 206 to supply one or more auxiliary loads. An auxiliary load is a load that requires a lower voltage than the primary load 101. Examples of an auxiliary load can be, for example, an on-board electrical network of an electric vehicle or an HVAC system of an electric vehicle. A load of the system 100 can be, for example, an electric vehicle motor or one of the phases of an electrical grid. This embodiment can allow a complete decoupling between the electrical characteristics of the energy source (terminal voltage and current) and the electrical characteristics of the load.
図3Cは、電力を第1の補助負荷301および第2の補助負荷302に供給するように構成される、モジュール108Cの例示的実施形態を描写する、ブロック図であって、モジュール108Cは、図3Bのものに類似するようにともに結合される、エネルギー源206と、エネルギーバッファ204と、コンバータ202Bとを含む。第1の補助負荷301は、源206から供給されるもの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、ひいては、源206のポートIO1およびIO2に結合される。源206は、電力を電力配線110および負荷301の両方に出力することができる。第2の補助負荷302は、源206のものより低い、一定電圧を要求する。負荷302は、モジュール108CのIOポート5および6に結合され、これは、それぞれ、コンバータ202BのポートIO5およびIO2に結合される。コンバータ202Bは、ポートIO5(図6B)に結合される結合インダクタL3C is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a module 108C configured to supply power to a first auxiliary load 301 and a second auxiliary load 302, the module 108C including an energy source 206, an energy buffer 204, and a converter 202B coupled together in a manner similar to that of FIG. 3B. The first auxiliary load 301 requires a voltage equal to that provided by the source 206. The load 301 is coupled to IO ports 3 and 4 of the module 108C, which in turn are coupled to ports IO1 and IO2 of the source 206. The source 206 can output power to both the power line 110 and the load 301. The second auxiliary load 302 requires a constant voltage, lower than that of the source 206. The load 302 is coupled to IO ports 5 and 6 of the module 108C, which are coupled to ports IO5 and IO2 of the converter 202B, respectively. Converter 202B includes a coupled inductor L coupled to port IO5 (FIG. 6B). CC 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LThe energy provided by the source 206 can be delivered to the load 302 through the switch portion 602 of the converter 202B. The load 302 has an input capacitor (a capacitor can be added to the module 108C if not applicable), and thus the switches S1 and S2 are connected to the coupled inductor L CC 上の電圧およびそれを通した電流を調整するように転流され、したがって、負荷302のための安定一定電圧を生産し得ると仮定される。本調整は、源206の電圧を、負荷302によって要求される、より低い大きさの電圧に逓減させることができる。It is assumed that the voltage at source 206 can be commutated to regulate the voltage above and the current through it, thus producing a stable constant voltage for load 302. This regulation can step down the voltage of source 206 to a lower magnitude voltage required by load 302.
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。Module 108C can thus be configured to supply one or more first auxiliary loads in the manner described with respect to load 301, with one or more first loads coupled to IO ports 3 and 4. Module 108C can also be configured to supply one or more second auxiliary loads in the manner described with respect to load 302. If there are multiple second auxiliary loads 302, then for each additional load 302, module 108C can be scaled with an additional dedicated module output port (such as 5 and 6), an additional dedicated switch portion 602, and an additional converter IO port coupled to the additional portion 602.
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。Energy source 206 can thus supply power for any number of auxiliary loads (e.g., 301 and 302) and a corresponding portion of the system output power required by primary load 101. Power flow from source 206 to the various loads can be adjusted as desired.
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。The module 108 can be configured to supply the first and/or second auxiliary loads (FIG. 3C) with two or more energy sources 206 (FIG. 3B) as needed, through the addition of the switch portion 602 and converter port IO5 for each additional source 206B or second auxiliary load 302. Additional module IO ports (e.g., 3, 4, 5, 6) can be added as needed. The module 108 can also be configured as an interconnect module to exchange energy between two or more arrays, two or more packs, or two or more systems 100 as further described herein (e.g., for balancing). This interconnect functionality can be combined with multiple source and/or multiple auxiliary load supply capabilities as well.
制御システム102は、モジュール108A、108B、および108Cのコンポーネントに対して種々の機能を実施することができる。これらの機能は、各エネルギー源206の利用量(使用の量)の管理、エネルギーバッファ204の過電流、過電圧、および高温条件からの保護、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。The control system 102 may perform various functions for the components of the modules 108A, 108B, and 108C. These functions may include managing the utilization of each energy source 206, protecting the energy buffer 204 from overcurrent, overvoltage, and high temperature conditions, and controlling and protecting the converter 202.
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。For example, the LCD 114 may receive one or more monitored voltages, temperatures, and currents from each energy source 206 (or monitor circuitry) to manage (e.g., regulate by increasing, decreasing, or maintaining) the utilization of each energy source 206. The monitored voltages may be at least one, and preferably all, of the voltages of each basic component independent of the other components of the source 206 (e.g., each individual battery cell, HED capacitor, and/or fuel cell), or the voltages of the group of basic components as a whole (e.g., the voltages of the battery array, HED capacitor array, and/or fuel cell array). Similarly, the monitored temperatures and currents may be at least one, and preferably all, of the temperature and currents of each basic component independent of the other components of the source 206, or the temperature and currents of the group of basic components as a whole, or any combination thereof. The monitored signals may be status information with which LCD 114 may perform one or more of the following: calculate or determine the actual capacity, actual state of charge (SOC), and/or state of health (SOH) of a basic component or group of basic components, set or output a warning or alarm indication based on the monitored and/or calculated status information, and/or transmit status information to MCD 112. LCD 114 may receive control information (e.g., modulation index, synchronization signal) from MCD 112 and use this control information to generate switch signals for converter 202 that manage utilization of source 206.
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、CTo protect the energy buffer 204, the LCD 114 may receive one or more monitored voltages, temperatures, and currents from the energy buffer 204 (or monitor circuitry). The monitored voltages are monitored for each basic component (e.g., C EBE.B. 、C, C EB1EB1 、C, C EB2EB2 、L, L EB1EB1 、L, L EB2EB2 、D, D EBE.B. )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。) or the voltage of the group of basic components of buffer 204 as a whole (e.g., between IO1 and IO2 or between IO3 and IO4). Similarly, the monitored temperatures and currents may be at least one, preferably all, of the temperature and current of each basic component of buffer 204 independent of the other components, or the temperature and current of the group of basic components of buffer 204 as a whole, or any combination thereof. The monitored signals may be status information with which LCD 114 may perform one or more of the following: setting or outputting a warning or alarm indication, communicating status information to MCD 112, or control converter 202 may adjust (increase or decrease) the utilization of source 206 and module 108 as a whole for buffer protection.
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得る。本データに基づいて、LCD114は、モジュール108の利用量を管理し、潜在的に、コンバータ202(およびモジュール108全体)をバイパスする、またはシステム100から接続解除するために印加されるべき切替信号の組み合わせに関する決定を行うことができる。To control and protect the converter 202, the LCD 114 can receive control information (e.g., a modulated reference signal, or a reference signal and a modulation index) from the MCD 112, which can be used within the LCD 114 to generate control signals for each switch (e.g., S1-S6) using PWM techniques. The LCD 114 can receive current feedback signals from current sensors in the converter 202, which can be used for overcurrent protection, along with one or more fault status signals from the converter switch driver circuits (not shown), which can carry information about the fault status (e.g., short circuit or open circuit failure modes) of all switches in the converter 202. Based on this data, the LCD 114 can manage the utilization of the module 108 and potentially make decisions regarding the combination of switching signals to be applied to bypass or disconnect the converter 202 (and the entire module 108) from the system 100.
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LWhen controlling module 108C, which supplies a second auxiliary load 302, LCD 114 monitors one or more monitored voltages (e.g., the voltage between IO ports 5 and 6) and one or more monitored currents (e.g., the current of load 302, the coupled inductor L
CC
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)。Based on these signals, the LCD 114 can adjust the switching cycles of S1 and S2 to control (and stabilize) the voltage to the load 302 (e.g., by adjusting the modulation index or reference waveform).
カスケード式エネルギーシステムトポロジの実施例Example of cascaded energy system topology
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ることができる。アレイ700は、第1のシステムIOポートSIO1と、第2のシステムIOポートSIO2とを含み、それを横断して、アレイ出力電圧が発生される。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、単一モジュール108によって生産される、例示的出力信号を描写する、電圧対時間のプロットである。図8Bは、直列に結合される6つの48Vモジュール108を有する、アレイ700によって発生される、例示的単相AC出力信号を描写する、電圧対時間のプロットである。Two or more modules 108 can be coupled together in a cascaded array that outputs a voltage signal formed by the superposition of the discrete voltages generated by each module 108 in the array. Figure 7A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a topology for system 100, where N modules 108-1, 108-2... 108-N are coupled together in series to form a series array 700. In this and all embodiments described herein, N can be any integer greater than 1. Array 700 includes a first system IO port SIO1 and a second system IO port SIO2 across which the array output voltage is generated. Array 700 can be used as a DC or single-phase AC energy source for DC or AC single-phase loads that may be connected to SIO1 and SIO2 of array 700. Figure 8A is a voltage versus time plot depicting an exemplary output signal produced by a single module 108 having a 48 volt energy source. FIG. 8B is a voltage versus time plot depicting an exemplary single-phase AC output signal generated by an array 700 having six 48V modules 108 coupled in series.
システム100は、多種多様な異なるトポロジに配列され、用途の可変必要性を満たすことができる。システム100は、複数のアレイ700の使用によって、多相電力(例えば、2相、3相、4相、5相、6相等)を負荷に提供することができ、各アレイは、異なる位相角度を有する、AC出力信号を発生させることができる。System 100 can be arranged in a wide variety of different topologies to meet the varying needs of an application. System 100 can provide multi-phase power (e.g., 2-phase, 3-phase, 4-phase, 5-phase, 6-phase, etc.) to a load through the use of multiple arrays 700, with each array generating an AC output signal having a different phase angle.
図7Bは、ともに結合される、2つのアレイ700-PAおよび700-PBを伴う、システム100を描写する、ブロック図である。各アレイ700は、1次元であって、N個のモジュール108の直列接続によって形成される。2つのアレイ700-PAおよび700-PB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、所望に応じて、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、ニュートラル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。7B is a block diagram depicting the system 100 with two arrays 700-PA and 700-PB coupled together. Each array 700 is one-dimensional and formed by a series connection of N modules 108. The two arrays 700-PA and 700-PB can each generate a single-phase AC signal, with the two AC signals having different phase angles PA and PB (e.g., 180 degrees apart). The IO port 1 of the module 108-1 of each array 700-PA and 700-PB can form or be connected to system IO ports SIO1 and SIO2, respectively, which can then serve as the first output of each array, which can provide two-phase power to a load (not shown). Or alternatively, the ports SIO1 and SIO2 can be connected to provide single-phase power from the two parallel arrays. IO port 2 of modules 108-N of each array 700-PA and 700-PB, on the opposite end of the array to system IO ports SIO1 and SIO2, may serve as a second output for each array 700-PA and 700-PB, which may be coupled together at a common node and may optionally be used, as desired, for an additional system IO port SIO3, which may serve as a neutral. This common node may be referred to as the rail, and IO port 2 of modules 108-N of each array 700 may be referred to as being on the rail side of the array.
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、所望に応じて、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、ニュートラルとしての役割を果たす。7C is a block diagram depicting a system 100 with three arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC coupled together. Each array 700 is one-dimensional and formed by a series connection of N modules 108. Each of the three arrays 700-1 and 700-2 can generate a single-phase AC signal, with the three AC signals having different phase angles PA, PB, PC (e.g., 120 degrees apart). IO port 1 of module 108-1 of each array 700-PA, 700-PB, and 700-PC can form or be connected to system IO ports SIO1, SIO2, and SIO3, respectively, which can in turn provide three-phase power to a load (not shown). The IO ports 2 of the modules 108-N of each array 700-PA, 700-PB, and 700-PC can be coupled together at a common node, which can optionally be used, as desired, for an additional system IO port SIO4, which acts as a neutral.
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、それぞれ、異なる位相角度を有する(例えば、90度離間)、単相AC信号を発生させるように構成される、4つのアレイ700を有する、システム100、それぞれ、異なる位相角度を有する(例えば、72度離間)、単相AC信号を発生させるように構成される、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。7B and 7C can be further extended to systems 100 that generate power in more phases. For example, a non-exhaustive list of additional examples includes a system 100 having four arrays 700 configured to generate a single-phase AC signal, each having a different phase angle (e.g., 90 degrees apart), a system 100 having five arrays 700 configured to generate a single-phase AC signal, each having a different phase angle (e.g., 72 degrees apart), and a system 100 having six arrays 700 configured to generate a single-phase AC signal, each having a different phase angle (e.g., 60 degrees apart).
システム100は、アレイ700が、各アレイ内のモジュール108間の電気ノードにおいて相互接続されるように構成されることができる。図7Dは、組み合わせられた直列およびデルタ配列においてともに結合される、3つのアレイ700-PA、700-PB、および700-PCを伴う、システム100を描写する、ブロック図である。各アレイ700は、N個のモジュール108の第2の直列接続と結合される(Nは、2つ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つ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。The system 100 can be configured such that the arrays 700 are interconnected at electrical nodes between the modules 108 in each array. Figure 7D is a block diagram depicting a system 100 with three arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC coupled together in a combined series and delta arrangement. Each array 700 includes a first series connection of M modules 108 (where N is two or more) coupled with a second series connection of N modules 108 (where N is two or more). The delta configuration is formed by the interconnections between the arrays, which can be placed in any desired location. In this embodiment, IO port 2 of module 108-(M+N) of array 700-PC is coupled to IO port 2 of module 108-M and IO port 1 of module 108-(M+1) of array 700-PA, IO port 2 of module 108-(M+N) of array 700-PB is coupled to IO port 2 of module 108-M and IO port 1 of module 108-(M+1) of array 700-PC, and IO port 2 of module 108-(M+N) of array 700-PA is coupled to IO port 2 of module 108-M and IO port 1 of module 108-(M+1) of array 700-PB.
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。Figure 7E is a block diagram depicting system 100 with three arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC coupled together in a combined series and delta arrangement. This embodiment is similar to that of Figure 7D, but with a different cross-connection. In this embodiment, IO port 2 of module 108-M of array 700-PC is coupled with IO port 1 of module 108-1 of array 700-PA, IO port 2 of module 108-M of array 700-PB is coupled with IO port 1 of module 108-1 of array 700-PC, and IO port 2 of module 108-M of array 700-PA is coupled with IO port 1 of module 108-1 of array 700-PB. The arrangements of Figures 7D and 7E can be implemented with as few as two modules in each array 700. The combined delta and series configuration allows for an efficient exchange of energy between all modules 108 of the system (phase-to-phase balance) and the phases of the grid or load, and also allows for a reduction in the total number of modules 108 in the array 700 to obtain the desired output voltage.
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であって、1つまたはそれを上回るモジュールが、108Bであって、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。In the embodiments described herein, it is advantageous for the number of modules 108 to be the same in each array 700 in the system 100, although that is not required and different arrays 700 can have different numbers of modules 108. Furthermore, each array 700 can have modules 108 that are all of the same configuration (e.g., all modules are 108A, all modules are 108B, all modules are 108C, etc.) or of different configurations (e.g., one or more modules are 108A, one or more modules are 108B, one or more modules are 108C, etc.). Thus, the range of topologies of the system 100 covered herein is broad.
制御方法論の例示的実施形態Exemplary embodiments of the control methodology
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。As mentioned, control of the system 100 can be implemented according to various methodologies, such as hysteresis or PWM. Some examples of PWM include space vector modulation and sinusoidal pulse width modulation, where the switching signals for the converter 202 are generated using a phase shifted carrier technique that continuously rotates the utilization of each module 108, distributing the power equally between them.
図8C-8Fは、徐々にシフトされる2レベル波形を使用して、マルチレベル出力PWM波形を発生させ得る、位相シフトPWM制御方法論の例示的実施形態を描写する、プロットである。XレベルPWM波形が、(X-1)/2の2レベルPWM波形の総和によって生成されることができる。これらの2レベル波形は、基準波形Vrefと360°/(X-1)ずつ徐々にシフトされるキャリアを比較することによって、発生されることができる。キャリアは、三角形であるが、実施形態は、それに限定されない。9レベル実施例が、図8Cに示される(4つのモジュール108を使用して)。キャリアは、360°/(9-1)=45°ずつ徐々にシフトされ、Vrefと比較される。結果として生じる2レベルPWM波形は、図8Eに示される。これらの2レベル波形は、コンバータ202の半導体スイッチ(例えば、S1-S6)のための切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って、180°信号は、S6のためのものであって、45°信号は、第2のモジュール108-2のS3のためのものであって、225°信号は、S6のためのものであって、90°信号は、第3のモジュール108-3のS3のためのものであって、270°信号は、S6のものであって、135°信号は、第4のモジュール108-4のS3のものであって、315°信号は、S6のためのものである。S3のための信号は、各ハーフブリッジのシュートスルーを回避するために、十分な不感時間を伴って、S4に相補的であって、S5のための信号は、S6に相補的である。図8Fは、4つのモジュール108からの出力電圧の重畳(総和)によって生産される、例示的単相AC波形を描写する。8C-8F are plots depicting an exemplary embodiment of a phase shift PWM control methodology that can generate a multi-level output PWM waveform using gradually shifted two-level waveforms. An X-level PWM waveform can be generated by the sum of (X-1)/2 two-level PWM waveforms. These two-level waveforms can be generated by comparing a carrier that is gradually shifted by 360°/(X-1) to a reference waveform Vref. The carrier is triangular, but the embodiment is not so limited. A nine-level example is shown in FIG. 8C (using four modules 108). The carrier is gradually shifted by 360°/(9-1)=45° and compared to Vref. The resulting two-level PWM waveform is shown in FIG. 8E. These two-level waveforms may be used as switching signals for the semiconductor switches (e.g., S1-S6) of the converter 202. As an example, referring to Fig. 8E, for a one-dimensional array 700 including four modules 108, each with a converter 202, the 0° signal is for control of S3 of the first module 108-1, the 180° signal is for S6, the 45° signal is for S3 of the second module 108-2, the 225° signal is for S6, the 90° signal is for S3 of the third module 108-3, the 270° signal is for S6, the 135° signal is for S3 of the fourth module 108-4, and the 315° signal is for S6. The signal for S3 is complementary to S4, with sufficient dead time to avoid shoot-through of each half-bridge, and the signal for S5 is complementary to S6. Fig. 8F depicts an exemplary single-phase AC waveform produced by the superposition (summation) of the output voltages from the four modules 108.
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。状態機械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。An alternative is to utilize both positive and negative reference signals along with the first (N-1)/2 carrier. A nine-level embodiment is shown in Figure 8D. In this embodiment, the 0°-135° switching signal (Figure 8E) is generated by comparing the 0°-135° carrier of Figure 8D with +Vref, and the 180°-315° switching signal is generated by comparing the 0°-135° carrier of Figure 8D with -Vref. However, the logic of the comparison in the latter case is reversed. Other techniques, such as state machine decoders, may also be used to generate the gate signals for the switches of converter 202.
多相システム実施形態では、同一キャリアが、位相毎に使用されることができる、またはキャリアのセットは、位相毎に全体としてシフトされることができる。例えば、単一基準電圧(Vref)を伴う、3相システムでは、各アレイ700は、図8Cおよび8Dに示されるものと同一相対的オフセットを伴う、同一数のキャリアを使用することができるが、第2の位相のキャリアは、第1相のキャリアと比較して120度シフトされ、第3の位相のキャリアは、第1相のキャリアと比較して、240度シフトされる。異なる基準電圧が、位相毎に利用可能である場合、位相情報は、基準電圧内で搬送されることができ、同一キャリアが、位相毎に使用されることができる。多くの場合、キャリア周波数は、固定されるであろうが、いくつかの例示的実施形態では、キャリア周波数は、調節されることができ、これは、高電流条件下でのEVモータにおける喪失を低減させることに役立ち得る。In multi-phase system embodiments, the same carrier can be used for each phase, or the set of carriers can be shifted as a whole for each phase. For example, in a three-phase system with a single reference voltage (Vref), each array 700 can use the same number of carriers with the same relative offsets as shown in FIGS. 8C and 8D, but the carrier of the second phase is shifted 120 degrees compared to the carrier of the first phase, and the carrier of the third phase is shifted 240 degrees compared to the carrier of the first phase. If different reference voltages are available for each phase, the phase information can be conveyed in the reference voltage and the same carrier can be used for each phase. In many cases, the carrier frequency will be fixed, but in some exemplary embodiments, the carrier frequency can be adjusted, which can help reduce losses in the EV motor under high current conditions.
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することができ、LCDは、適切なキャリア信号を選択することができる。An appropriate switching signal can be provided to each module by the control system 102. For example, the MCD 112 can provide Vref and an appropriate carrier signal to each LCD 114, depending on which module or modules 108 the LCD 114 controls, and the LCD 114 can then generate the switching signal. Or, all LCDs 114 in the array can provide all carrier signals, and the LCD can select the appropriate carrier signal.
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い得る。利用量は、システム100が放電状態にあるとき、モジュール108が放電している相対的時間量、またはシステム100が充電状態にあるときのモジュール108が充電している相対的時間量であり得る。The relative utilization of each module 108 may be adjusted based on the status information as described herein to implement one or more parameter balancing. Parameter balancing may involve adjusting utilization to minimize parameter divergence over time compared to a system in which individual module utilization adjustments are not implemented. Utilization may be the relative amount of time a module 108 is discharging when the system 100 is in a discharging state, or the relative amount of time a module 108 is charging when the system 100 is in a charging state.
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。As described herein, modules 108 can be balanced relative to other modules in an array 700, which may be referred to as intra-array or intra-phase balancing, and different arrays 700 can also be balanced relative to one another, which may be referred to as inter-array or inter-phase balancing. Arrays 700 of different subsystems can also be balanced relative to one another. The control system 102 can simultaneously perform any combination of intra-phase balancing, inter-phase balancing, utilization of multiple energy sources within a module, active filtering, and auxiliary load supply.
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によって除算することによって、Vrnを発生させる。相内平衡コントローラ906は、Vpkをステータス情報(例えば、SOCi、Ti、Qi、Vi等)とともに使用して、制御されているアレイ700内のモジュール108毎に、変調指数Miを発生させる。9A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of an array controller 900 of the control system 102 for a single-phase AC or DC array. The array controller 900 may include a peak detector 902, a divider 904, and an intra-phase (or intra-array) balance controller 906. The array controller 900 may receive as inputs a reference voltage waveform (Vr) and status information (e.g., state of charge (SOCi), temperature (Ti), capacity (Qi), and voltage (Vi)) for each of the N modules 108 in the array, and generate as outputs a normalized reference voltage waveform (Vrn) and a modulation index (Mi). The peak detector 902 detects the peak (Vpk) of Vr, which may be specific to the phase in which the controller 900 is operating and/or balancing. The divider 904 generates Vrn by dividing Vr by its detected Vpk. The intra-phase balance controller 906 uses Vpk along with status information (eg, SOCi, Ti, Qi, Vi, etc.) to generate a modulation index Mi for each module 108 in the array 700 being controlled.
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)の数であることができる。特定のモジュール108に関して、正規化された基準Vrnが、Miによって変調またはスケーリングされることができ、本変調された基準信号(Vrnm)は、図8C-8Fに関して説明される、PWM技法に従って、または他の技法に従って、Vref(または-Vref)として使用されることができる。このように、変調指数は、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。The modulation index and Vrn can be used to generate a switching signal for each converter 202. The modulation index can be a number between zero and one, inclusive. For a particular module 108, a normalized reference Vrn can be modulated or scaled by Mi, and this modulated reference signal (Vrnm) can be used as Vref (or -Vref) according to the PWM technique described with respect to Figures 8C-8F, or according to other techniques. In this manner, the modulation index can be used to control the PWM switching signal provided to the converter switching circuitry (e.g., S3-S6 or S1-S6), and thus regulate the operation of each module 108. For example, a module 108 that is being controlled to maintain normal or full operation may receive a Mi of one, while a module 108 that is being controlled to less than normal or full operation may receive a Mi of less than one, and a module 108 that is being controlled to cease power output may receive a Mi of zero. This operation can be performed in a variety of ways by the control system 102, such as by the MCD 112 outputting Vrn and Mi to the appropriate LCD 114 for modulation and switch signal generation, by the MCD 112 performing the modulation and outputting the modulated Vrnm to the appropriate LCD 114 for switch signal generation, or by the MCD 112 performing the modulation and switch signal generation and outputting the switch signal directly to the LCD or converter 202 of each module 108. Vrn can be transmitted continuously, with Mi being transmitted at regular intervals, such as once per period of Vrn or once per minute.
コントローラ906は、本明細書に説明される任意のタイプまたはタイプの組み合わせのステータス情報(例えば、SOC、温度(T)、Q、SOH、電圧、電流)を使用して、モジュール108毎に、Miを発生させることができる。例えば、SOCおよびTを使用するとき、モジュール108は、SOCが、アレイ700内の他のモジュール108と比較して、比較的に高く、温度が、比較的に低い場合、比較的に高Miを有することができる。SOCのいずれかが、比較的に低い、またはTが、比較的に高い場合、そのモジュール108は、比較的に低Miを有し、アレイ700内の他のモジュール108より少ない利用量をもたらすことができる。コントローラ906は、モジュール電圧の和がVpkを超えないように、Miを決定することができる。例えば、Vpkは、各モジュールの源206の電圧およびそのモジュールに関するMiの積の和(例えば、Vpk=MThe controller 906 can generate Mi for each module 108 using status information of any type or combination of types described herein (e.g., SOC, temperature (T), Q, SOH, voltage, current). For example, using SOC and T, a module 108 can have a relatively high Mi if its SOC is relatively high and its temperature is relatively low compared to other modules 108 in the array 700. If either of the SOCs are relatively low or T is relatively high, that module 108 can have a relatively low Mi resulting in less utilization than other modules 108 in the array 700. The controller 906 can determine Mi such that the sum of the module voltages does not exceed Vpk. For example, Vpk can be calculated by multiplying the voltage of each module's source 206 by the product of Mi for that module (e.g., Vpk=M 11 VV 11 +M+M 22 VV 22 +M+M 33 VV 33 ...+M. . . +M NN VV NN 等)であることができる。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。etc.) Different combinations of modulation indexes, and therefore individual voltage contributions by the modules, may be used, but the total generated voltage should remain the same.
コントローラ900は、各モジュール内のエネルギー源のSOCが、平衡されたままである、または非平衡である場合、平衡条件に収束するように、および/または各モジュール108内のエネルギー源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、または非平衡である場合、平衡条件に収束するように、任意の時点において(例えば、EVの最大加速の間等に)システムの電力出力要件を達成することを妨げない限りにおいて、動作を制御することができる。モジュール内および外の電力流は、源の間の容量差がSOC偏差を引き起こさないように、調整されることができる。SOCおよび温度の平衡は、SOHのある程度の平衡を間接的に引き起こし得る。電圧および電流は、所望される場合、直接平衡を保たれることができるが、多くの実施形態では、本システムの主要目標は、SOCおよび温度の平衡を保つことであり、SOCの平衡は、モジュールが類似容量およびインピーダンスである、極めて対称のシステム内の電圧および電流の平衡につながり得る。The controller 900 can control the operation so that the SOC of the energy sources in each module remains balanced or converges to a balanced condition if unbalanced, and/or the temperature of the energy sources or other components (e.g., energy buffers) in each module 108 remains balanced or converges to a balanced condition if unbalanced, as long as it does not prevent the system from achieving its power output requirements at any time (e.g., during maximum acceleration of an EV, etc.). Power flow in and out of the modules can be adjusted so that capacitance differences between sources do not cause SOC deviations. SOC and temperature balancing can indirectly cause some balancing of SOH. Voltage and current can be balanced directly if desired, but in many embodiments the primary goal of the system is to balance SOC and temperature, and SOC balancing can lead to voltage and current balancing in a highly symmetrical system where modules are of similar capacity and impedance.
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)が閾値外の重大な非平衡条件に到達する場合、例外が認められる。Since balancing all parameters may not be possible at the same time (e.g., balancing one parameter may also cause another parameter to become unbalanced), a combination of balancing any two or more parameters (SOC, T, Q, SOH, V, I) may be applied with priority given to one or the other depending on the requirements of the application. Priority in balancing may be given to SOC over the other parameters (T, Q, SOH, V, I), with exceptions being allowed if one of the other parameters (T, Q, SOH, V, I) reaches a severe unbalanced condition outside of the threshold.
異なる位相のアレイ700(または、例えば、並列アレイが使用される場合、同一位相のアレイ)間の平衡は、相内平衡と並行して実施されることができる。図9Bは、少なくともΩ個のアレイ700を有する、Ω相システム100内の動作のために構成される、Ω相(またはΩアレイ)コントローラ950の例示的実施形態を描写し、Ωは、1を上回る任意の整数である。コントローラ950は、1つの相間(またはアレイ間)コントローラ910と、位相PAからPΩのためのΩ個の相内平衡コントローラ906-PA...906-PΩと、正規化された基準VrnPAからVrnPΩを各位相特有の基準VrPAからVrPΩから発生させるためのピーク検出器902および除算器904(図9A)とを含むことができる。相内コントローラ906は、図9Aに関して説明されるように、各アレイ700のモジュール108毎に、Miを発生させることができる。相間平衡コントローラ910は、多次元システム全体を横断して、例えば、異なる位相のアレイ間のモジュール108の側面を平衡するように構成またはプログラムされる。これは、コモンモードを位相に注入すること(例えば、ニュートラル点シフト)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からVrPΩに導入し、正規化された波形VrnPAから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。Balancing between arrays 700 of different phases (or arrays of the same phase, e.g., if parallel arrays are used) can be performed in parallel with intra-phase balancing. FIG. 9B depicts an exemplary embodiment of an Ω-phase (or Ω-array) controller 950 configured for operation in an Ω-phase system 100 having at least Ω arrays 700, where Ω is any integer greater than 1. The controller 950 can include one inter-phase (or inter-array) controller 910, Ω intra-phase balance controllers 906-PA...906-PΩ for phases PA to PΩ, and peak detectors 902 and dividers 904 (FIG. 9A) for generating normalized references VrnPA to VrnPΩ from each phase-specific reference VrPA to VrPΩ. The intra-phase controller 906 can generate Mi for each module 108 of each array 700, as described with respect to FIG. 9A. The phase balance controller 910 is configured or programmed to balance the sides of the modules 108 across the entire multi-dimensional system, for example between arrays of different phases. This may be accomplished through injecting a common mode into the phases (e.g., neutral point shift), or through the use of interconnection modules (described herein), or both. Common mode injection involves introducing a phase and amplitude shift into the reference signals VrPA to VrPΩ to generate normalized waveforms VrnPA to VrnPΩ to compensate for imbalances in one or more arrays, and is further described in International Application No. PCT/US20/25366, incorporated herein.
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内において、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができる。コントローラ900および950は、MCD112内に実装される、部分的または完全に、LCD114間に分散されることができる、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。Controllers 900 and 950 (and balancing controllers 906 and 910) can be implemented in hardware, software, or a combination thereof within control system 102. Controllers 900 and 950 can be implemented within MCD 112, distributed partially or completely among LCD 114, or may be implemented as discrete controllers separate from MCD 112 and LCD 114.
相互接続(IC)モジュールの例示的実施形態Exemplary embodiments of an interconnect (IC) module
モジュール108は、アレイ間でエネルギーを交換する、補助負荷のための源として作用する、または両方の目的のために、異なるアレイ700のモジュール間に接続されることができる。そのようなモジュールは、本明細書では、相互接続(IC)モジュール108ICと称される。ICモジュール108ICは、すでに説明されたモジュール構成(108A、108B、108C)および本明細書に説明されることになるその他のいずれかで実装されることができる。ICモジュール108ICは、任意の数の1つ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。A module 108 can be connected between modules of different arrays 700 to exchange energy between arrays, act as a source for auxiliary loads, or both. Such a module is referred to herein as an interconnect (IC) module 108IC. The IC module 108IC can be implemented in any of the module configurations already described (108A, 108B, 108C) and others to be described herein. The IC module 108IC can include any number of one or more energy sources, an optional energy buffer, switch circuitry for supplying energy to one or more arrays and/or power to one or more auxiliary loads, control circuitry (e.g., local control devices), and monitor circuitry for collecting status information about the IC module itself or its various loads (e.g., SOC of the energy source, temperature of the energy source or energy buffer, capacity of the energy source, SOH of the energy source, voltage and/or current measurements for the IC module, voltage and/or current measurements for the auxiliary loads, etc.).
図10Aは、Ω個のアレイ700-PAから700-PΩを用いて、Ω相電力を生産することが可能である、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図であって、Ωは、1を上回る任意の整数であることができる。本および他の実施形態では、ICモジュール108ICは、それに対してモジュール108ICが接続される、アレイ700(本実施形態では、アレイ700-PAから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から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から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)。10A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a system 100 capable of producing Ω-phase power using Ω arrays 700-PA to 700-PΩ, where Ω can be any integer greater than 1. In this and other embodiments, IC module 108IC can be located on the rail side of array 700 such that the array 700 to which module 108IC is connected (in this embodiment, arrays 700-PA to 700-PΩ) is electrically connected between module 108IC and the output to the load (e.g., SIO1-SIOΩ). Here, module 108IC has Ω IO ports for connection to IO port 2 of each module 108-N of arrays 700-PA to 700-PΩ. In the configuration depicted here, the module 108IC can perform phase balancing by selectively connecting one or more energy sources of the module 108IC to one or more of the 700-PΩ from the array 700-PA (or to no output, or equally to all outputs, if phase balancing is not required). The system 100 can be controlled by a control system 102 (not shown, see FIG. 1A).
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から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から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。FIG. 10B is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment of the module 108IC. In this embodiment, the module 108IC includes an energy source 206 connected to an energy buffer 204, which in turn is connected to a switch network 603. The switch network 603 can include switch network units 604-PA to 604-PΩ to connect the energy source 206 to each of the arrays 700-PA to 700-PΩ, respectively, independently. Various switch configurations can be used for each unit 604, which in this embodiment is configured as a half-bridge with two semiconductor switches S7 and S8. Each half-bridge is controlled by a control line 118-3 from the LCD 114. This configuration is similar to the module 108A described with respect to FIG. 3A. As described with respect to the converter 202, the switch network 603 can be configured with any switch type (e.g., MOSFET, IGBT, silicon, GaN, etc.) in any arrangement suitable for the requirements of the application.
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から604-PΩは、制御システム102によって、電圧+VThe switch network unit 604 is coupled between the positive and negative terminals of the energy source 206 and has an output connected to an IO port of the module 108 IC. The units 604-PA through 604-PΩ are coupled by the control system 102 to a voltage +V ICIC または-Vor -V ICIC を個別のモジュールI/Oポート1からΩに選択的に結合するように制御されることができる。制御システム102は、本明細書に述べられたPWMおよびヒステリシス技法を含む、任意の所望の制御技法に従って、スイッチ回路網603を制御することができる。ここでは、制御回路網102は、LCD114およびMCD112(図示せず)として実装される。LCD114は、監視データまたはステータス情報をモジュール108ICのモニタ回路網から受信することができる。本監視データおよび/または本監視データから導出される他のステータス情報は、本明細書に説明されるように、システム制御において使用するために、MCD112に出力されることができる。LCD114はまた、システム100のモジュール108の同期の目的のためのタイミング情報(図示せず)と、PWMにおいて使用される鋸歯信号(図8C-8D)等の1つ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。from individual module I/O port 1 to Ω. The control system 102 can control the switch circuitry 603 according to any desired control technique, including the PWM and hysteresis techniques described herein. Here, the control circuitry 102 is implemented as an LCD 114 and an MCD 112 (not shown). The LCD 114 can receive monitoring data or status information from the monitor circuitry of the module 108 IC. This monitoring data and/or other status information derived from this monitoring data can be output to the MCD 112 for use in system control, as described herein. The LCD 114 can also receive timing information (not shown) for purposes of synchronization of the modules 108 of the system 100, and one or more carrier signals (not shown), such as sawtooth signals (FIGS. 8C-8D) used in PWM.
相間平衡のために、源206からの相対的により多くのエネルギーが、他のアレイ700と比較して、比較的に低充電状態である、アレイ700-PAから700-PΩのうちの任意の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。Because of phase-to-phase balance, relatively more energy from source 206 can be delivered to any one or more of arrays 700-PA through 700-PΩ that are at a relatively low state of charge compared to the other arrays 700. This complementary delivery of energy to a particular array 700 allows the energy output of those cascaded modules 108-1 through 108-N within that array 700 to be reduced relative to the undelivered phase arrays.
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から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から604-PΩのために、変調指数MiPAから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、スイッチセクションのために、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がMiAによって乗算される)、次いで、キャリア信号を利用して、スイッチユニット604毎に、制御信号を発生させることができる。他の実施形態では、MCD112は、変調を実施し、変調された電圧基準波形を、ユニット604毎に、直接、モジュール108ICのLCD114に出力することができる。さらに他の実施形態では、全ての処理および変調は、制御信号を直接各ユニット604に出力し得る、単一制御エンティティによって生じることができる。For example, in some exemplary embodiments applying PWM, the LCD 114 can be configured to receive (from the MCD 112) a normalized voltage reference signal (Vrn) for one or more arrays 700 to which its module 108 IC is coupled, e.g., VrnPA to VrnPΩ. The LCD 114 can also receive modulation indexes MiPA to MiPΩ for switch units 604-PA to 604-PΩ, respectively, from the MCD 112 for each array 700. The LCD 114 can modulate (e.g., multiply) each individual Vrn with the modulation index (e.g., VrnA multiplied by MiA) for the switch section directly coupled to its array, and then utilize a carrier signal to generate a control signal for each switch unit 604. In other embodiments, the MCD 112 can perform the modulation and output a modulated voltage reference waveform for each unit 604 directly to the LCD 114 of the module 108 IC. In yet other embodiments, all processing and modulation may occur by a single control entity, which may output control signals directly to each unit 604 .
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。This switching can be modulated such that power from the energy source 206 can be supplied at appropriate intervals and durations to the array 700. Such a methodology can be implemented in a variety of ways.
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から604-PΩ毎に、変調指数MiPAからMiPΩを発生させることができる。Based on collected status information for system 100, such as the current capacity (Q) and SOC of each energy source in each array, MCD 112 can determine a total charge for each array 700 (e.g., the total charge for an array can be determined as the sum of the capacity times the SOC for each module in that array). MCD 112 can determine whether a balanced or unbalanced condition exists (e.g., through the use of relative difference thresholds and other metrics described herein) and generate modulation indexes MiPA to MiPΩ for each switch unit 604-PA to 604-PΩ, as appropriate.
平衡された動作の間、スイッチユニット604毎のMiは、正味エネルギーの同一または類似量をエネルギー源206および/またはエネルギーバッファ204によって各アレイ700に経時的に供給させる、値に設定されることができる。例えば、スイッチユニット604毎のMiは、同一または類似であり得、モジュール108ICをシステム100内の他のモジュール108と同一レート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から700-PΩへのエネルギーの正味または時間平均放電を実施させる、レベルまたは値に設定されることができる。いくつかの実施形態では、ユニット604毎のMiは、平衡された動作の間、エネルギーの正味または時間平均放電を引き起こさない(ゼロの正味エネルギー放電を引き起こす)、レベルまたは値に設定されることができる。これは、モジュール108ICが、本システム内の他のモジュールより低い総充電量を有する場合、有用であり得る。During balanced operation, Mi per switch unit 604 can be set to a value that causes the same or similar amount of net energy to be supplied by the energy source 206 and/or energy buffer 204 to each array 700 over time. For example, Mi per switch unit 604 can be the same or similar and can be set to a level or value that causes the module 108IC to perform a net or time-averaged discharge of energy from one or more arrays 700-PA to 700-PΩ during balanced operation such that the module 108IC drains at the same rate as other modules 108 in the system 100. In some embodiments, Mi per unit 604 can be set to a level or value that causes no net or time-averaged discharge of energy (causing a net energy discharge of zero) during balanced operation. This can be useful if the module 108IC has a lower total charge than other modules in the system.
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、他のアレイがモジュール108ICに寄与する、正味エネルギーの量と比較して、増加する。これは、その低アレイ700に供給している、スイッチユニット604に関するMiを増加させることによって、かつその低アレイに関するVoutを適切なまたは要求されるレベルに維持し、他のより高いアレイに供給している他のスイッチユニット604に関する変調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。If a non-balanced condition occurs between arrays 700, the modulation index of system 100 can be adjusted to cause convergence toward a balanced condition or to minimize further divergence. For example, control system 102 can cause module 108IC to discharge more into the array 700 with a lower charge than the others, and cause modules 108-1 through 108-N of that low array 700 to discharge relatively less (e.g., on a time-averaged basis). The relative net energy contributed by module 108IC increases compared to modules 108-1 through 108-N of the supported array 700, and compared to the amount of net energy the other arrays contribute to module 108IC. This can be accomplished by increasing Mi for the switch unit 604 feeding that low array 700, and by decreasing the modulation indexes of the modules 108-1 to 108-N of the low array 700 in a manner that maintains Vout for that low array at an appropriate or required level and keeps the modulation indexes for the other switch units 604 feeding other higher arrays relatively unchanged (or reduces them).
図10A-10Bにおけるモジュール108ICの構成は、単独で、単一システムのための相間またはアレイ間平衡を提供するために使用されることができる、または、それぞれ、エネルギー源と、1つ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。10A-10B can be used alone to provide inter-phase or inter-array balancing for a single system, or can be used in combination with one or more other modules 108IC each having an energy source and one or more switch portions 604 coupled to one or more arrays. For example, a module 108IC with Ω switch portions 604 coupled to Ω different arrays 700 can be combined with a second module 108IC having one switch portion 604 coupled to one array 700 such that the two modules are combined to feed a system 100 having Ω+1 arrays 700. Any number of modules 108IC can be combined in this manner, each coupled to one or more arrays 700 of the system 100.
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電力系統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。Additionally, the IC module can be configured to exchange energy between two or more subsystems of the system 100. FIG. 10C is a block diagram depicting an exemplary embodiment of the system 100 with a first subsystem 1000-1 and a second subsystem 1000-2 interconnected by an IC module. Specifically, the subsystem 1000-1 is configured to supply three-phase power PA, PB, and PC to a first load (not shown) using system I/O ports SIO1, SIO2, and SIO3, while the subsystem 1000-2 is configured to supply three-phase power PD, PE, and PF to a second load (not shown) using system I/O ports SIO4, SIO5, and SIO06, respectively. For example, the subsystems 1000-1 and 1000-2 can be configured as different packs supplying power for different motors of an EV, or as different racks supplying power for different micro-power systems.
本実施形態では、各モジュール108ICは、(IOポート1を介して)サブシステム1000-1の第1のアレイおよび(IOポート2を介して)サブシステム1000-2の第1のアレイと結合され、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って、両方のサブシステム1000の共通エンクロージャ間に独立エンティティとして物理的に位置することができる。In this embodiment, each module 108IC is coupled to the first array of subsystem 1000-1 (via IO port 1) and the first array of subsystem 1000-2 (via IO port 2), and each module 108IC can be electrically connected to each other module 108IC using I/O ports 3 and 4, which are coupled to the energy source 206 of each module 108IC, as described with respect to module 108C in FIG. 3C. This connection places the sources 206 of modules 108IC-1, 108IC-2, and 108IC-3 in parallel, and thus the energy stored and supplied by modules 108IC is pooled together by this parallel arrangement. Other arrangements, such as a serial connection, can also be used. The modules 108IC are housed within the common enclosure of subsystem 1000-1, however, the interconnection module can be external to the common enclosure and physically located as an independent entity between the common enclosures of both subsystems 1000.
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、それに対して接続される2つのアレイの一方または両方に供給することができる(例えば、モジュール108IC-1は、アレイ700-PAおよび/またはアレイ700-PDに供給することができる)。制御回路網は、本明細書に説明される同一ラックまたはパックの2つのアレイ間の不平衡の補償と同一様式で、異なるサブシステムのアレイの相対的パラメータ(例えば、SOCおよび温度)を監視し、ICモジュールのエネルギー出力を調節し、異なるサブシステムのアレイまたは相間の不平衡を補償することができる。全3つのモジュール108ICは、並列であるため、エネルギーは、システム100のあらゆるアレイ間で効率的に交換されることができる。本実施形態では、各モジュール108ICは、2つのアレイ700に供給するが、他の構成も、システム100の全てのアレイのための単一ICモジュールおよびアレイ700毎に1つの専用ICモジュールを伴う構成(例えば、6つのアレイのための6つのICモジュールであって、各ICモジュールは、1つのスイッチユニット604を有する)を含め、使用されることができる。あらゆる場合において、複数のICモジュールを用いて、エネルギー源は、本明細書に説明されるように、エネルギーを共有するように、並列にともに結合されることができる。Each module 108IC has a switch unit 604-1 coupled to IO port 1 and a switch unit 604-2 coupled to I/O port 2, as described with respect to FIG. 10B. Thus, for balancing between subsystems 1000 (e.g., pack-to-pack or rack-to-rack balancing), a particular module 108IC can supply relatively more energy to one or both of the two arrays connected to it (e.g., module 108IC-1 can supply array 700-PA and/or array 700-PD). The control circuitry can monitor the relative parameters (e.g., SOC and temperature) of the arrays of the different subsystems and adjust the energy output of the IC modules to compensate for imbalances between arrays or phases of the different subsystems in the same manner as the compensation for imbalances between two arrays of the same rack or pack described herein. Because all three modules 108IC are in parallel, energy can be efficiently exchanged between any array of the system 100. In this embodiment, each module 108 IC supplies two arrays 700, although other configurations can be used, including a single IC module for all arrays in the system 100 and a configuration with one dedicated IC module per array 700 (e.g., six IC modules for six arrays, each IC module having one switch unit 604). In all cases, with multiple IC modules, energy sources can be coupled together in parallel to share energy as described herein.
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、ニュートラル点シフト(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、その下でニュートラル点シフトのみ、相間エネルギー注入のみ、または両方の組み合わせを同時に用いて、相間平衡を実施すべき、適切な状況を決定することができる。In systems with IC modules between the phases, phase-to-phase balancing can also be performed by neutral point shifting (or common mode injection) as described above. Such a combination allows for more robust and flexible balancing under a wider range of operating conditions. The system 100 can determine appropriate situations under which to perform phase-to-phase balancing using only neutral point shifting, only phase-to-phase energy injection, or a combination of both simultaneously.
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から受信し、本明細書に説明されるように、システム制御において使用するために、本および/または他の監視データをMCD112に出力することができる。各モジュール108ICは、そのモジュールによって供給されている、負荷302毎に、スイッチ部分602A(または図6Cに関して説明される602B)を含むことができ、各スイッチ部分602は、独立して、またはMCD112からの制御入力に基づいてのいずれかにおいて、LCD114によって、負荷302のための必要電圧レベルを維持するように制御されることができる。本実施形態では、各モジュール108ICは、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、それは、要求されるものではない。The IC modules can also be configured to supply power to one or more auxiliary loads 301 (at the same voltage as source 206) and/or one or more auxiliary loads 302 (at a stepped-down voltage from source 302). Figure 10D is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a three-phase system 100A with two modules 108IC connected to perform phase-to-phase balancing and supply auxiliary loads 301 and 302. Figure 10E is a schematic diagram depicting this exemplary embodiment of system 100 with emphasis on modules 108IC-1 and 108IC-2. Here, control circuitry 102 is again implemented as an LCD 114 and MCD 112 (not shown). The LCD 114 can receive monitoring data (e.g., SOC of ES1, temperature of ES1, Q of ES1, voltages of auxiliary loads 301 and 302, etc.) from the module 108IC and output this and/or other monitoring data to the MCD 112 for use in system control as described herein. Each module 108IC can include a switch portion 602A (or 602B, as described with respect to FIG. 6C) for each load 302 being supplied by that module, and each switch portion 602 can be controlled by the LCD 114 either independently or based on a control input from the MCD 112 to maintain the required voltage level for the load 302. In this embodiment, each module 108IC includes switch portions 602A connected together and supplying one load 302, although that is not required.
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、単純補助役割において構成され、電圧または電流をシステム100の任意のアレイ700の中に能動的に注入しない。本実施形態では、モジュール108IC-3は、図3Bのモジュール108Cのように構成され、1つ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に、付加的エネルギーを用いて構成される。FIG 10F is a block diagram depicting another exemplary embodiment of a three-phase system configured to supply power to one or more auxiliary loads 301 and 302 using modules 108IC-1, 108IC-2, and 108IC-3. In this embodiment, modules 108IC-1 and 108IC-2 are configured in the same manner as described with respect to FIGS. 10D-10E. Module 108IC-3 is configured in a simple auxiliary role and does not actively inject voltage or current into any array 700 of system 100. In this embodiment, module 108IC-3 may have converters 202B, C (FIGS. 6B-6C) configured like module 108C of FIG. 3B with one or more auxiliary switch portions 602A but omitting switch portion 601. Thus, one or more energy sources 206 of module 108IC-3 are interconnected in parallel with those of modules 108IC-1 and 108IC-2, and thus this embodiment of system 100 is configured with additional energy to supply auxiliary loads 301 and 302 and to maintain the charge on source 206A of modules 108IC-1 and 108IC-2 through the parallel connection with source 206 of module 108IC-3.
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ることができるが、それは、要求されるものではない。例えば、比較的に高い容量が、1つのモジュール108ICがエネルギーを複数のアレイ700(図10A)に印加し、ICモジュールが位相アレイ自体のモジュールと同一レートで放電することを可能にする、実施形態では、望ましくあり得る。モジュール108ICがまた、補助負荷に供給する場合、さらにより多くの容量は、ICモジュールが、補助負荷に供給することと、他のモジュールと比較的に同一レートで放電することとの両方を可能にするように、所望され得る。The energy source 206 of each IC module can be at the same voltage and capacity as the sources 206 of the other modules 108-1 through 108-N of the system, but that is not required. For example, a relatively high capacity may be desirable in embodiments where one module 108IC applies energy to multiple arrays 700 (FIG. 10A) to allow the IC module to discharge at the same rate as the modules of the phased array itself. If the module 108IC also supplies an auxiliary load, even more capacity may be desired to allow the IC module to both supply the auxiliary load and discharge at relatively the same rate as the other modules.
充電および放電の例示的実施形態Exemplary Charging and Discharging Embodiments
モジュール型エネルギーシステム100の充電に関する例示的実施形態が、ここで、図11A-23Bを参照して説明されるであろう。これらの実施形態は、別様に記載されている場合を除き、または論理的にあり得ない場合を除き、図1A-10Fに関して説明されるシステム100のあらゆる側面とともに実装されることができる。したがって、本明細書で検討される多くの変形例は、以下の充電実施形態のそれぞれに関して繰り返されないであろう。Exemplary embodiments relating to charging of the modular energy system 100 will now be described with reference to Figures 11A-23B. These embodiments can be implemented with any aspect of the system 100 described with respect to Figures 1A-10F, unless otherwise noted or logically improbable. Thus, many of the variations discussed herein will not be repeated with respect to each of the following charging embodiments.
充電実施形態は、充電をシステム100の種々のモジュールに供給するために充電源から利用可能である、信号のタイプおよび量を参照して説明されるであろう。これらの実施形態は、3つの主要なタイプ、すなわち、充電源が高電圧DC充電信号を供給する、DC充電と、充電源が単一高電圧AC充電信号を供給する、単相AC充電と、充電源が異なる位相角度を有する2つまたはそれを上回る高電圧AC充電信号を供給する、多相AC充電とに分類される。便宜上、多相充電実施形態は、3相、ある場合には、6相を有する、システム100に関して説明されるであろうが、本主題は、2つまたはそれを上回る異なる位相を用いて充電および放電する、2つまたはそれを上回るアレイを有する、任意のシステム100に適用可能である。充電源は、特定の用途に応じて、種々の構成を有することができる。定常用途に関して、充電源は、エネルギー源タイプにかかわらず、電力会社または他の電力提供業者によって供給される、送電網であることができる。充電源はまた、太陽パネルのアレイ、風力タービン、および同等物等の再生可能エネルギー源であることができる。移動用途に関して、充電源はまた、これは、多くの場合は、DC、単相AC、または多相AC電力を供給する、充電ステーションを用いて、電気車両に供給される、電力系統または再生可能エネルギー源であることができる。Charging embodiments will be described with reference to the type and amount of signals available from the charging source to supply charge to the various modules of the system 100. These embodiments are categorized into three main types: DC charging, where the charging source provides a high-voltage DC charging signal; single-phase AC charging, where the charging source provides a single high-voltage AC charging signal; and multi-phase AC charging, where the charging source provides two or more high-voltage AC charging signals with different phase angles. For convenience, multi-phase charging embodiments will be described with respect to a system 100 having three phases, and in some cases six phases, but the present subject matter is applicable to any system 100 having two or more arrays that charge and discharge using two or more different phases. The charging source can have a variety of configurations depending on the particular application. For stationary applications, the charging source can be the power grid, supplied by a utility company or other power provider, regardless of the energy source type. The charging source can also be a renewable energy source, such as an array of solar panels, wind turbines, and the like. For mobile applications, the charging source can also be the power grid or a renewable energy source that is supplied to the electric vehicle, often using a charging station that provides DC, single-phase AC, or poly-phase AC power.
図11Aおよび11Bは、モータ1100のための3相電力を供給するための移動用途において使用するために構成され、電力を補助負荷301および302に供給するように構成される、相互接続モジュール108IC-1および108IC-2を有する、3相システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。システム100は、SIO1とアレイ700-PAのモジュール108-1のI/Oポート1との間に位置する、スイッチ1108-PAと、SIO2とアレイ700-PBのモジュール108-1のI/Oポート1との間に位置する、スイッチ1108-PBと、SIO3とアレイ700-PCのモジュール108-1のI/Oポート1との間に位置する、スイッチ1108-PCを含む。スイッチ1108はそれぞれ、独立して、制御システム102(例えば、MCD112)(例えば、図1A-1C)または外部制御デバイス104(例えば、図1A、1B、1D、1E)によって制御線を経由して印加される、制御信号によって制御可能である。11A and 11B are block diagrams depicting an exemplary embodiment of a three-phase system 100 configured for use in a locomotion application to supply three-phase power for a motor 1100 and having interconnection modules 108IC-1 and 108IC-2 configured to supply power to auxiliary loads 301 and 302. System 100 includes a switch 1108-PA located between SIO1 and I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PA, a switch 1108-PB located between SIO2 and I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PB, and a switch 1108-PC located between SIO3 and I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PC. Each switch 1108 is independently controllable by a control signal applied via a control line by control system 102 (e.g., MCD 112) (e.g., FIGS. 1A-1C) or by external control device 104 (e.g., FIGS. 1A, 1B, 1D, 1E).
本明細書に説明される本および他の実施形態では、モータ1100は、永久磁石(PM)、誘導、またはスイッチトリラクタンスモータ(SRM)等の電気モータであることができる。システム100は、ここおよび以下の実施形態の多くでは、ICモジュールと、補助負荷とを有する、3相システムであるが、充電の主題は、同様に、ICモジュールおよび補助負荷の有無にかかわらず、1つまたはそれを上回る位相を有する、実施形態に適用されることができる。In this and other embodiments described herein, motor 1100 can be an electric motor, such as a permanent magnet (PM), induction, or switched reluctance motor (SRM). System 100 is a three-phase system, having an IC module and an auxiliary load, here and in many of the following embodiments, but the charging subject matter can be applied to embodiments having one or more phases, with or without an IC module and an auxiliary load, as well.
スイッチ1108-PA、1108-PB、および1108-PCは、3相充電コネクタ1102のポートからの3相充電信号を、線1111を経由して、それらの個別の位相モジュールアレイ(700-PA、700-PB、および700-PC)に切替可能に接続する。充電コネクタ1102は、充電源の充電コネクタ1104およびケーブル1106を用いて、充電源150に結合されることができる。ニュートラル接続は、3相充電のために必要ではない。スイッチ1108は、好ましくは、電気機械的スイッチであるが、ソリッドステート中継器(SSR)もまた、使用されてもよい。電気機械的スイッチは、電力が喪失される場合、モータコイルまたは巻線をモジュール型エネルギー源に接続されたまま保つ際に高信頼性を呈する。Switches 1108-PA, 1108-PB, and 1108-PC switchably connect the three-phase charging signals from the ports of the three-phase charging connector 1102 to their respective phase module arrays (700-PA, 700-PB, and 700-PC) via lines 1111. The charging connector 1102 can be coupled to the charging source 150 using the charging source's charging connector 1104 and cable 1106. A neutral connection is not required for three-phase charging. The switch 1108 is preferably an electromechanical switch, although a solid-state repeater (SSR) may also be used. Electromechanical switches offer high reliability in keeping the motor coils or windings connected to the modular energy source in the event of a power loss.
システム100はまた、それぞれ、スイッチ1108-PA、1108-PB、および1108-PCとアレイ700-PA、700-PB、および700-PCとの間に接続される、モニタ回路1110-PA、1110-PB、および1110-PCを含む。モニタ回路1110-PA、1110-PB、および1110-PCは、充電および放電の間、モジュール108を制御する際に使用するために、それぞれ、ノードNPA、NPB、およびNPCを通して通過する、信号の電流、電圧、および位相のうちの任意の1つまたはそれを上回るものを測定し、これらの測定値をデータ線(図示せず)を経由して制御システム102に出力することができる。System 100 also includes monitor circuits 1110-PA, 1110-PB, and 1110-PC connected between switches 1108-PA, 1108-PB, and 1108-PC and arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC, respectively. Monitor circuits 1110-PA, 1110-PB, and 1110-PC can measure any one or more of the current, voltage, and phase of signals passing through nodes NPA, NPB, and NPC, respectively, and output these measurements to control system 102 via data lines (not shown) for use in controlling module 108 during charging and discharging.
図11Aでは、スイッチ1108はそれぞれ、2伝導性位置スイッチ(例えば、単極双投(SPDT))である。スイッチ1108が、位置1にあるとき、アレイ700は、モータ1100に接続され、コネクタ1102は、結合解除され、励起されない。スイッチ1108は、通常位置としての位置1をデフォルトとし、制御信号が印加されないとき、本位置をとる。電力喪失またはスイッチ1108が制御信号から接続解除される状況の発生の場合、それらは、モータコイルを未接続のままにしないように、位置1に復帰することができる。制御信号(例えば、共通信号)が、印加される場合、スイッチ1108は、位置2に移動し、コネクタ1102をアレイ700に結合する。位置2にあるとき、システム100は、コネクタ1102を通して充電されることができる。制御信号の印加は、システム100が、充電源コネクタ1104とシステムコネクタ1102の物理的結合を検出する、またはコネクタ1102における多相電圧の存在を検出すると、自動的に起こることができる。制御信号の印加はまた、モータがオフにされることで条件付けられてもよい。コネクタ1104の分断またはコネクタ1102における多相充電電圧の不在の検出後等の制御信号の除去は、スイッチ1108を位置1に戻させる。In FIG. 11A , the switches 1108 are each two-conductivity position switches (e.g., single-pole, double-throw (SPDT)). When the switches 1108 are in position 1, the array 700 is connected to the motor 1100 and the connectors 1102 are decoupled and not energized. The switches 1108 default to position 1 as their normal position and assume this position when no control signal is applied. In the event of a power loss or other situation in which the switches 1108 are decoupled from the control signal, they can revert to position 1 so as not to leave the motor coils unconnected. When a control signal (e.g., a common signal) is applied, the switches 1108 move to position 2, coupling the connectors 1102 to the array 700. When in position 2, the system 100 can be charged through the connectors 1102. Application of the control signal can occur automatically when the system 100 detects a physical coupling of the charging source connector 1104 and the system connector 1102 or detects the presence of a multi-phase voltage at the connectors 1102. Application of the control signal may also be conditioned on the motor being turned off. Removal of the control signal, such as after disconnection of connector 1104 or detection of the absence of multi-phase charging voltage at connector 1102, causes switch 1108 to return to position 1.
図11Bの実施形態では、スイッチ1108は、再び、制御信号(図示せず)の印加によって制御可能である、オン/オフスイッチ(例えば、単極単投(SPST)スイッチ等、開状態および閉状態を有する、スイッチ)である。アレイ700は、常に、コネクタ1102に接続され、したがって、常時、励起され、したがって、コネクタ1102は、その内部導体がユーザ接触から絶縁されるように構成される。例えば、導体は、コネクタ1102の充電レセプタクル内の深くに格納されてもよい。コネクタ1102の設計は、好ましくは、モータ1100が動作しているときでも、コネクタ1102が励起され得るように、ユーザ接触(例えば、衝撃または短絡)を防止するために十分である。閉位置は、モータおよび/またはコンバータ202への損傷が、モータ1100の動作の間、スイッチ1108が開放する場合に生じ得るため、本実施形態では、システム100をモータ1102に接続されたまま保つためのスイッチ1108のデフォルト位置である。制御信号の印加は、スイッチ1108を開放させ、これは、モジュール108をモータ1100から接続解除し、コネクタ1102を通した充電を可能にする。3つのSPSTスイッチ1108が、ここに示されるが、閉鎖されたコイルモータ1100を伴う実施形態では、SPSTスイッチ1108のうちの1つは、省略されることができ、例えば、3つのコイルのうちの2つが電気的に接続解除されるとき、電流がモータ1100を通して通過しないであろうため、3つのSPSTスイッチ1108のうちの2つのみが、存在することができる(位相PA、PB、PCのうちの任意の2つのために)。第3のコイルは、充電の間、システム100に電気的に接続されたままであることができる。In the embodiment of FIG. 11B , the switch 1108 is again an on/off switch (e.g., a switch having an open and closed state, such as a single-pole single-throw (SPST) switch) that is controllable by application of a control signal (not shown). The array 700 is always connected to the connector 1102 and therefore always energized, so the connector 1102 is configured such that its internal conductors are insulated from user contact. For example, the conductors may be stored deep within the charging receptacle of the connector 1102. The design of the connector 1102 is preferably sufficient to prevent user contact (e.g., shock or short circuit) such that the connector 1102 may be energized even when the motor 1100 is running. The closed position is the default position of the switch 1108 in this embodiment to keep the system 100 connected to the motor 1102, since damage to the motor and/or converter 202 could occur if the switch 1108 were open during operation of the motor 1100. Application of the control signal causes the switch 1108 to open, which disconnects the module 108 from the motor 1100 and allows charging through the connector 1102. Although three SPST switches 1108 are shown here, in an embodiment with a closed coil motor 1100, one of the SPST switches 1108 can be omitted, e.g., only two of the three SPST switches 1108 can be present (for any two of phases PA, PB, PC) since no current would pass through the motor 1100 when two of the three coils are electrically disconnected. The third coil can remain electrically connected to the system 100 during charging.
図11Cは、図11A-11Bの実施形態および本明細書に説明される他の実施形態に適用可能である、充電するための方法1150の例示的実施形態を描写する、フロー図である。1152では、システム100は、充電源150とコネクタ1102の接続を検出する。本明細書に述べられるように、これは、制御システム102が充電源コネクタ1104とシステムコネクタ1102の物理的接触を検出することによって、またはシステム100がコネクタ1102内のセンサを用いて充電信号電圧を感知することによって、生じ得る。1154では、充電源150の接続を検出後、スイッチ1108は、放電位置から充電位置(例えば、図11Aに関する位置2または図11Bに関する開状態)に切り替えられことができる。11C is a flow diagram depicting an exemplary embodiment of a method 1150 for charging, applicable to the embodiments of FIGS. 11A-11B and other embodiments described herein. At 1152, the system 100 detects a connection of the charging source 150 with the connector 1102. As described herein, this may occur by the control system 102 detecting physical contact between the charging source connector 1104 and the system connector 1102, or by the system 100 sensing a charging signal voltage using a sensor in the connector 1102. At 1154, after detecting the connection of the charging source 150, the switch 1108 may be switched from a discharging position to a charging position (e.g., position 2 for FIG. 11A or open for FIG. 11B).
1156では、充電源150によって供給される充電信号が、モニタ回路網1110によって監視され、本情報は、制御システム102に出力される。図11Dは、3相充電信号1112-PA、1112-PB、および1112-PCを描写する、プロットである。1158では、制御システム102は、各モジュール108のコンバータ202を適切に充電するように切り替えさせる、制御信号を、システム100の各モジュール108に出力する。ステップ1156および1158は、並行して実施され、適宜、モジュール108毎に切替スキームを調節しながら、制御システム102に、充電信号の電圧、電流、および/または位相の持続的査定を提供する。At 1156, the charging signal provided by charging source 150 is monitored by monitor circuitry 1110 and this information is output to control system 102. FIG. 11D is a plot depicting three-phase charging signals 1112-PA, 1112-PB, and 1112-PC. At 1158, control system 102 outputs control signals to each module 108 of system 100 that cause the converter 202 of each module 108 to switch appropriately for charging. Steps 1156 and 1158 are performed in parallel, providing control system 102 with a continuous assessment of the voltage, current, and/or phase of the charging signal while adjusting the switching scheme for each module 108 as appropriate.
ステップ1158においてモジュール108を切り替えるとき、制御システム102(例えば、MCD112、LCD114)は、本明細書のいずれかの場所で説明されるように、各モジュール108のコンバータ202毎に、切替信号を発生させる。各コンバータ202は、モジュールI/Oポート1および2において+VWhen switching modules 108 in step 1158, the control system 102 (e.g., MCD 112, LCD 114) generates a switching signal for each converter 202 of each module 108, as described elsewhere herein. Each converter 202 supplies +V DCLDCL を提示する、第1の状態と、ポート1および2において-VA first state presents −V DCLDCL を提示する、第2の状態と、モジュールが、バイパス(短絡)され、ポート1および2においてゼロ電圧を提示する、第3の状態との間で切り替えられることができる。切替は、各モジュール108の各エネルギー源206が各アレイ700を通した電流の方向に基づいて充電され得るように、制御されることができる。, and a third state in which the module is bypassed (shorted) and presents zero voltage at ports 1 and 2. The switching can be controlled such that each energy source 206 of each module 108 can be charged based on the direction of current through each array 700.
制御システム102は、各モジュール108の切替を制御し、各位相のアレイ700内の歪曲および変位を最小限にするようにプログラムされることができる。これは、(1)に従って、力率(PF)を1(one(unity))またはその近くを標的とすることによって達成されることができる。The control system 102 can be programmed to control the switching of each module 108 to minimize distortion and deviations within each phase of the array 700. This can be accomplished by targeting the power factor (PF) to be at or near one (unity), according to (1).
式中、I1rmsは、特定の位相(例えば、アレイ700-PA)のアレイ700内の電流の基本成分の二乗平均平方根値であって、Irmsは、特定の位相の電流の全ての有意な高調波(I1+I2+I3...)の合計の二乗平均平方根値であって、Θは、特定の位相の電圧と電流との間の位相角度である。1またはその近くのPFを達成するために、制御システム102は、(例えば、NPA、NPB、NPCにおいて測定されるような)各位相の電流の和が、常時、ゼロまたは(例えば、閾値内で)ゼロに近く、各位相の電流と電圧との間の変位(Θ)が、常時、ゼロまたは(例えば、閾値内で)ゼロに近くあるように、切替を制御することができる。where I1rms is the root mean square value of the fundamental component of the current in the array 700 of a particular phase (e.g., array 700-PA), Irms is the root mean square value of the sum of all significant harmonics (I1+I2+I3...) of the current of a particular phase, and Θ is the phase angle between the voltage and current of a particular phase. To achieve a PF at or near unity, the control system 102 can control the switching such that the sum of the currents of each phase (e.g., as measured at the NPA, NPB, NPC) is zero or close to zero (e.g., within a threshold) at all times, and the displacement (Θ) between the current and voltage of each phase is zero or close to zero (e.g., within a threshold) at all times.
各モジュール108は、その個々のモジュール108に関する限界または閾値に到達するまで、等しく充電されることができる。例えば、全てのモジュール108は、個々のモジュール108が充電閾値(例えば、容量の80%または90%)に到達するまで、等しく充電されてもよく(例えば、同一集約電流を経時的に受信する)、その時点で、そのモジュール108の充電は、全てのモジュール108が平衡または実質的に平衡されたSOC状態に到達するまで、減速され、その時点で、モジュール108は、完全または適正に充電されるまで、等しく充電される。Each module 108 can be charged equally until a limit or threshold is reached for that individual module 108. For example, all modules 108 may be charged equally (e.g., receiving the same aggregate current over time) until an individual module 108 reaches a charging threshold (e.g., 80% or 90% of capacity), at which point charging of that module 108 is slowed down until all modules 108 reach a balanced or substantially balanced SOC state, at which point the modules 108 are charged equally until fully or properly charged.
代替として、比較的により少ないSOC段を伴うモジュール108は、最初は、システム100が比較的に平衡されたSOC状態に到達するまで、比較的により多く充電を受け取ることができ、その時点で、全てのモジュール108は、システムが、常時、比較的に平衡されたSOC状態を有する(例えば、全ての完全に機能的モジュール108がSOCの観点から他のものの1%以内にある)ような様式において、充電されることができる。本アプローチは、充電が、システム100が容量に到達することに先立って、停止される場合、システム100が、比較的に平衡された状態において、充電プロセスを終了するであろうという利点を有する。Alternatively, modules 108 with relatively fewer SOC stages can initially receive relatively more charge until system 100 reaches a relatively balanced SOC state, at which point all modules 108 can be charged in a manner such that the system has a relatively balanced SOC state at all times (e.g., all fully functional modules 108 are within 1% of one another in terms of SOC). This approach has the advantage that if charging is stopped prior to system 100 reaching capacity, system 100 will terminate the charging process in a relatively balanced state.
図11Cに戻って参照すると、充電プロセス1150は、モジュール108が完全(または適正)に充電される、またはシステム100が充電源150の接続解除を検出する、1160まで継続することができ、その時点で、スイッチ1108は、それらの充電位置を放電状態のデフォルト位置(例えば、図11Aに関する位置1および図11Bに関する閉位置)に戻るように遷移されることができる。11C, the charging process 1150 can continue until 1160, when the module 108 is fully (or properly) charged or the system 100 detects a disconnection of the charging source 150, at which point the switches 1108 can be transitioned from their charging position back to their default position for the discharging state (e.g., position 1 for FIG. 11A and the closed position for FIG. 11B).
本明細書に説明される実施形態では、制御システム102は、個別のアレイ700のための基準波形、またはDC充電の場合、異なる基準として、位相毎に、着信AC充電信号(またはその表現)を利用して、本明細書に説明されるもの等のPWM技法に従って、モジュール108毎に、切替信号の発生によって、切替を制御することができる。各モジュール108の切替回路網のための変調指数は、種々の時間の長さにわたって、各モジュールを選択的に充電および放電することによって、力率を1またはその近くに維持するように調節されることができる。充電はまた、前述で本明細書に説明されるように、システム100の1つまたはそれを上回る動作特性において平衡条件を維持または標的としながら、実施されることができる。変調指数(Mi)はまた、全てのモジュールを横断して、比較的に平衡された温度を標的とし、相対的に最低のSOCを有するエネルギー源206のための充電に、それらのモジュール108に相対的に最高の変調指数を割り当てることによって、重点を置きながら、充電を実施するように調節されることができる。In the embodiment described herein, the control system 102 can utilize the incoming AC charging signal (or a representation thereof) for each phase as a reference waveform for the individual arrays 700, or in the case of DC charging, as a different reference, to control the switching by generation of switching signals for each module 108 according to PWM techniques such as those described herein. The modulation index for the switching circuitry of each module 108 can be adjusted to maintain a power factor at or near unity by selectively charging and discharging each module for various lengths of time. Charging can also be performed while maintaining or targeting a balanced condition in one or more operating characteristics of the system 100, as previously described herein. The modulation index (Mi) can also be adjusted to target a relatively balanced temperature across all modules and perform charging while placing emphasis on charging for the energy sources 206 with the relatively lowest SOC by assigning the relatively highest modulation index to those modules 108.
さらに、電気化学バッテリ源206に関して、コンバータ202によって源206に印加される充電パルスの長さは、ある長さ、例えば、5ミリ秒未満を有するように維持され、劣化につながり得る、有意な副反応の発生を伴わずに、電池内の電気化学貯蔵反応の発生を助長することができる。そのようなパルスは、高Cレート(例えば、5C~15Cおよびそれを上回る)において印加され、源206の高速充電を可能にすることができる。本明細書に説明される全ての実施形態と併用され得る、そのような技法の実施例は、「Advanced Battery Charging on Modular Levels of Energy Storage Systems」と題された、国際出願第PCT/US20/35437号(参照することによってあらゆる目的のために本明細書に組み込まれる)に説明される。Additionally, with respect to electrochemical battery source 206, the length of the charging pulse applied by converter 202 to source 206 can be maintained to have a length, e.g., less than 5 milliseconds, to encourage the occurrence of electrochemical storage reactions within the battery without the occurrence of significant side reactions that may lead to degradation. Such pulses can be applied at high C-rates (e.g., 5C to 15C and above) to allow for fast charging of source 206. Examples of such techniques that can be used in conjunction with all embodiments described herein are described in International Application No. PCT/US20/35437, entitled "Advanced Battery Charging on Modular Levels of Energy Storage Systems," which is incorporated herein by reference for all purposes.
図11A-11Bの実施例では、モジュール108IC-1および108IC-2は、相互に接続され、また、異なる位相のアレイ700の間に相互接続される。充電の間、モジュール108ICのスイッチ部分604(例えば、図10E参照)は、電流が、50-50デューティサイクルにおいて、S7またはS8のいずれかを通して流動するように、継続的に切り替えられることができる。モジュール108ICのエネルギー源206は、各スイッチ部分604のデューティサイクルを、各部分604を通した経時的集約電流がそれらのモジュール108ICの源206を充電させる、状態に調節することによって、充電されることができる。代替として、モジュール108ICのスイッチ部分604は、モジュール108ICを通して、電流を指向するために、例えば、モジュール108ICの源206を充電しながら、電流をステアリングする、または源206を充電せずに、電流をステアリングするように、必要ベースでのみ切り替えられることができる。モジュール108ICの切替はまた、各アレイ700内の歪曲および変位を最小限にするために使用されることができる。補助負荷を有する、全ての実施形態に関して、充電の間、制御システム102は、スイッチ部分602A(図10E)を通して、補助負荷302のための電圧を調整し続けることができ、したがって、電力は、必要とされる場合、補助システムのために維持されることができる。電気自動車の文脈では、これは、電力をオンボードネットワーク、ディスプレイ、およびHVAC等に対して維持することができる。In the embodiment of Figures 11A-11B, modules 108IC-1 and 108IC-2 are interconnected with each other and also interconnected between different phases of array 700. During charging, switch portions 604 (see, e.g., Figure 10E) of modules 108IC can be continuously switched such that current flows through either S7 or S8 at a 50-50 duty cycle. Energy sources 206 of modules 108IC can be charged by adjusting the duty cycle of each switch portion 604 to a state where the aggregate current over time through each portion 604 charges sources 206 of those modules 108IC. Alternatively, switch portions 604 of modules 108IC can be switched only on a needed basis to direct current through modules 108IC, e.g., to steer current while charging sources 206 of modules 108IC, or to steer current without charging sources 206. The switching of the module 108 IC can also be used to minimize distortion and displacement within each array 700. For all embodiments having auxiliary loads, during charging, the control system 102, through the switch portion 602A (FIG. 10E), can continue to regulate the voltage for the auxiliary loads 302 so that power can be maintained for the auxiliary systems if needed. In the context of an electric vehicle, this can maintain power for on-board networks, displays, HVAC, etc.
充電は、PWM制御技法を参照して説明されているが、代替実施形態では、ヒステリシス技法が、使用されることができる。PWMまたはヒステリシスに基づく、他のカスタム技法もまた、使用されてもよい。Although charging is described with reference to a PWM control technique, in alternative embodiments, a hysteresis technique can be used. Other custom techniques based on PWM or hysteresis may also be used.
モータバイパスを伴うDCおよび単相充電の例示的実施形態Exemplary embodiments of DC and single phase charging with motor bypass
システム100の多相構成はまた、DCまたは単相AC充電源を用いて、充電されることができる。図12Aは、図11Aの実施形態と同様に構成されるが、全ての充電がモータ1100をバイパスする様式において生じ得る、多相AC充電能力に加え、DCおよび/または単相AC充電能力を可能にする、ルーティング回路網1200を伴う、3相システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。ルーティング回路網1200は、多相充電コネクタ1102と3相充電線1111との間で結合されることができる。ルーティング回路網1200は、DC充電信号(DC+およびDC-)および/またはAC充電信号(AC線(L)およびニュートラル(N))を受信し得る、少なくとも1つのコネクタ1202を有することができる。これらの接続は、図12Aに示されるように、共有されることができる、または異なる導体がDCおよび単相ACのために利用されるように、別個であることができる。種々の異なる構成およびタイプの回路網が、ルーティングされている充電信号のタイプ(DCまたは単相AC)および実施形態がシステム100からの充電コネクタ1102および1202の選択的接続解除を提供するかどうかに応じて、ルーティング回路網1200のために使用されることができる。ルーティング回路網1200の例示的実施形態は、図12B-21Bにより詳細に説明される。The multi-phase configuration of system 100 can also be charged using DC or single-phase AC charging sources. FIG. 12A is a block diagram depicting an example embodiment of three-phase system 100 configured similarly to the embodiment of FIG. 11A, but with routing circuitry 1200 that allows for DC and/or single-phase AC charging capability in addition to the multi-phase AC charging capability, where all charging can occur in a manner that bypasses motor 1100. Routing circuitry 1200 can be coupled between multi-phase charging connector 1102 and three-phase charging wires 1111. Routing circuitry 1200 can have at least one connector 1202 that can receive DC charging signals (DC+ and DC-) and/or AC charging signals (AC line (L) and neutral (N)). These connections can be shared, as shown in FIG. 12A, or can be separate such that different conductors are utilized for DC and single-phase AC. A variety of different configurations and types of circuitry can be used for routing circuitry 1200, depending on the type of charging signal being routed (DC or single phase AC) and whether the embodiment provides for selective disconnection of charging connectors 1102 and 1202 from system 100. Exemplary embodiments of routing circuitry 1200 are described in more detail in Figures 12B-21B.
スイッチ1108は、充電および放電相の間に要求される、高電流を伝導するように構成される、単一切替アセンブリ1250の一部であることができる。アセンブリは、離散単一デバイスまたは筐体として構成されてもよい。アセンブリ1250は、1つまたはそれを上回る入力を有し、切替制御信号を制御システム102から受信することができる。いくつかの実施形態ではモニタ回路1110は、アセンブリ1250内に統合されることができ、回路1110への制御信号および回路1110から出力されたデータは、アセンブリ1250のIOポートを通して制御システム102にルーティングされることができる。The switch 1108 can be part of a single switching assembly 1250 configured to conduct the high currents required during the charging and discharging phases. The assembly may be configured as a discrete single device or housing. The assembly 1250 can have one or more inputs and receive switching control signals from the control system 102. In some embodiments, the monitor circuit 1110 can be integrated within the assembly 1250 and the control signals to and data output from the circuit 1110 can be routed to the control system 102 through an IO port of the assembly 1250.
図12Bは、ソリッドステート(または半導体)中継器(SSR)とともに、3相線1111を用いて、DC充電能力を提供するように構成される、ルーティング回路網1200の例示的実施形態を描写する、概略図である。ルーティング回路網1200は、コネクタ1202に接続される、I/Oポート1201-1および1201-2と、位相PA、PB、PC毎に、充電線1111に接続され得る、I/Oポート1204-PA、1204-PB、および1204-PCとを有する。ルーティング回路網1200は、入力1201上のDC+およびDC-信号のそれぞれを3つの異なる出力1204のうちの1つまたはそれを上回るものに選択的に出力するように制御されることができる。回路網1200はまた、各出力1204への各入力1201のルーティングを制御する、それぞれ、制御信号CS1-CS4のための1つまたはそれを上回るI/Oポート1206-1から1206-4を含む。制御信号CS1-CS4は、制御システム102(図示せず)によって発生および提供されることができる。12B is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment of routing circuitry 1200 configured to provide DC charging capability using three-phase lines 1111 with solid-state (or semiconductor) repeaters (SSRs). Routing circuitry 1200 has I/O ports 1201-1 and 1201-2 connected to connector 1202, and I/O ports 1204-PA, 1204-PB, and 1204-PC for each phase PA, PB, PC that may be connected to charging line 1111. Routing circuitry 1200 can be controlled to selectively output each of the DC+ and DC- signals on input 1201 to one or more of three different outputs 1204. Circuitry 1200 also includes one or more I/O ports 1206-1 through 1206-4 for control signals CS1-CS4, respectively, that control the routing of each input 1201 to each output 1204. The control signals CS1-CS4 may be generated and provided by a control system 102 (not shown).
SSRの使用は、システム100およびEVをDC充電器から絶縁し、これは、DC充電器内の付加的絶縁回路網(例えば、高周波数変圧器およびインバータ)が完全に除去または省略されることを可能にする。これは、DC充電器実装を簡略化し、コストを実質的に低減させることができる。本実施形態では、SSR回路網は、4つのサイリスタT1、T2、T3、およびT4を含む。各サイリスタは、制御システム102からの制御信号(それぞれ、CS1、CS2、CS3、CS4)の印加によって、一方向性電流伝導(閉)状態または非伝導性(開)状態に選択的に設置されることができる。The use of SSRs isolates the system 100 and the EV from the DC charger, which allows additional isolation circuitry in the DC charger (e.g., high frequency transformers and inverters) to be completely removed or omitted. This can simplify the DC charger implementation and substantially reduce costs. In this embodiment, the SSR circuitry includes four thyristors T1, T2, T3, and T4. Each thyristor can be selectively placed in a unidirectional current conducting (closed) state or a non-conducting (open) state by application of a control signal (CS1, CS2, CS3, CS4, respectively) from the control system 102.
充電相の間、スイッチ1108はそれぞれ、充電位置2に遷移されることができる、または代替として、充電されているアレイ700のスイッチ1108のみが、位置2に切り替えられることができ、任意のアレイ700のスイッチ1108は、位置1に残され、充電されない。したがって、充電相の間、スイッチ1108の何らかの転流が、必要であり得る。During the charging phase, the switches 1108 may each be transitioned to charging position 2, or alternatively, only the switches 1108 of the arrays 700 that are being charged may be switched to position 2, with the switches 1108 of any arrays 700 remaining in position 1 and not being charged. Thus, some commutation of the switches 1108 may be necessary during the charging phase.
アレイ700-PAおよび700-PBのモジュール108(並列に接続される、モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS1およびCS3の印加を用いて、T1およびT3を伝導状態に、それぞれ、制御信号CS2およびCS4の印加を用いて、T2およびT4を非伝導状態に設置することができる。電流は、DC+ポート1201-1から、T1を通して、I/Oポート1204-PAに通過し、これは、3相充電コネクタ1102からのPA線1111に接続される。電流は、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PAを通して、アレイ700-PAを通して通過する。アレイ700-PAの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-1(例えば、図10Eに関して説明されるように、部分604-PAおよび604-PBのスイッチS7または部分604-PAおよび604-PBのスイッチS8)を通して、アレイ700-PBを通して通過し、アレイ700-PBの各モジュール108-1から108-Nは、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PBを通して、I/Oポート1204-PBを介して、ルーティング回路網1200の中に、次いで、T3を通して、DC-ポート1201-2を通して外に、通過する。To charge the modules 108 of arrays 700-PA and 700-PB (including modules 108IC-1 and 108IC-2, connected in parallel), control system 102 can place T1 and T3 in a conducting state with application of control signals CS1 and CS3, respectively, and T2 and T4 in a non-conducting state with application of control signals CS2 and CS4, respectively. Current passes from DC+ port 1201-1 through T1 to I/O port 1204-PA, which is connected to PA line 1111 from three-phase charging connector 1102. Current bypasses motor 1100 and passes through array 700-PA through switch 1108-PA. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PA can be selectively charged as described herein. Current passes through module 108IC-1 (e.g., switch S7 of portions 604-PA and 604-PB or switch S8 of portions 604-PA and 604-PB as described with respect to FIG. 10E) and through array 700-PB, so that each module 108-1 through 108-N of array 700-PB can be selectively charged with respect to the opposite current direction. Current passes through switch 1108-PB, via I/O port 1204-PB, into routing circuitry 1200, then through T3, and out through DC-port 1201-2.
アレイ700-PBおよび700-PCのモジュール108(モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS2およびCS4の印加を用いて、T2およびT4を伝導状態に設置し、それぞれ、制御信号CS1およびCS3の印加を用いて、T1およびT3を非伝導状態に設置することができる。電流は、DC+ポート1201-1から、T2を通して、I/Oポート1204-PBに通過し、これは、3相充電コネクタ1102からのPB線1111に接続される。電流は、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PBを通して、アレイ700-PBを通して通過する。アレイ700-PBの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-1、次いで、モジュール108IC-2(例えば、図10Eの部分604-PBおよび604-PCのスイッチS7をともに、またはS8をともに使用して)を通して、アレイ700-PCを通して通過し、アレイ700-PCの各モジュール108-1から108-Nもまた、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PCを通して、I/Oポート1204-PCを通して、次いで、T4を通して、ルーティング回路網1200の中に通過し、DC-ポート1201-2を通して退出する。To charge the modules 108 (including modules 108IC-1 and 108IC-2) of arrays 700-PB and 700-PC, control system 102 can place T2 and T4 in a conducting state with application of control signals CS2 and CS4, respectively, and place T1 and T3 in a non-conducting state with application of control signals CS1 and CS3, respectively. Current passes from DC+ port 1201-1, through T2, to I/O port 1204-PB, which is connected to PB line 1111 from three-phase charging connector 1102. Current bypasses motor 1100 and passes through switch 1108-PB and through array 700-PB. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PB can be selectively charged as described herein. Current passes through module 108IC-1, then through module 108IC-2 (e.g., using switches S7 together or S8 together of portions 604-PB and 604-PC in FIG. 10E) through array 700-PC, and each module 108-1 through 108-N of array 700-PC can also be selectively charged, considering the opposite current direction. The current passes through switch 1108-PC, through I/O port 1204-PC, then through T4, into routing network 1200, and exits through DC-port 1201-2.
アレイ700-PAおよび700-PCのモジュール108(モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS1およびCS4の印加を用いて、T1およびT4を伝導状態に設置し、それぞれ、制御信号CS2およびCS3の印加を用いて、T2およびT3を非伝導状態に設置することができる。電流は、DC+ポート1201-1から、T1を通して、I/Oポート1204-PAに通過する。電流は、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PAを通して、アレイ700-PAを通して通過する。アレイ700-PAの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-1、次いで、モジュール108IC-2(例えば、図10Eの部分604-PAおよび604-PCのスイッチS7をともに、またはS8をともに使用して)を通して、アレイ700-PCを通して通過し、アレイ700-PCの各モジュール108-1から108-Nもまた、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PCを通して、I/Oポート1204-PCを通して、次いで、T4を通して、ルーティング回路網1200の中に通過し、DC/ポート1201-2を通して退出する。To charge the modules 108 (including modules 108IC-1 and 108IC-2) of arrays 700-PA and 700-PC, control system 102 can place T1 and T4 in a conducting state with application of control signals CS1 and CS4, respectively, and place T2 and T3 in a non-conducting state with application of control signals CS2 and CS3, respectively. Current passes from DC+ port 1201-1, through T1, to I/O port 1204-PA. Current bypasses motor 1100, passes through switch 1108-PA, and through array 700-PA. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PA can be selectively charged as described herein. Current passes through module 108IC-1, then through module 108IC-2 (e.g., using switches S7 together or S8 together of portions 604-PA and 604-PC in FIG. 10E) through array 700-PC, and each module 108-1 through 108-N of array 700-PC can also be selectively charged, given the opposite current direction. Current passes through switch 1108-PC, through I/O port 1204-PC, then through T4, into routing circuitry 1200, and exits through DC/port 1201-2.
前述の実施例のそれぞれでは、モジュール108IC-1および相互接続されるモジュール108IC-2は、電流をモジュール108ICから出力することに先立って、部分604-PA、604-PB、および604-PC内のスイッチの適切な組み合わせによって、源206を通した流入電流をルーティングすることによって、それらのエネルギー源206を充電することができる。In each of the foregoing embodiments, module 108IC-1 and interconnected module 108IC-2 can charge their energy sources 206 by routing inflow current through sources 206 via appropriate combinations of switches in portions 604-PA, 604-PB, and 604-PC prior to outputting the current from module 108IC.
図12Cは、ソリッドステート中継器(SSR)とともに、コネクタ1202を通して、DCおよび単相AC充電の両方を可能にするように構成される、ルーティング回路網1200の例示的実施形態を描写する、概略図である。コネクタ1202は、ひいては、単相充電源に接続される、単相充電ケーブルに接続されることができるか、または、ひいては、DC充電源に接続される、DC充電ケーブルに接続されることができるかのいずれかである。本実施形態では、SSR回路網は、4つのトライアックTR1、TR2、TR3、およびTR4を含む。各トライアックは、制御システム102からの制御信号(それぞれ、CS1、CS2、CS3、CS4)の印加によって、双方向性電流伝導(閉)状態または非伝導性(開)状態に選択的に設置されることができる。12C is a schematic diagram depicting an example embodiment of routing circuitry 1200 configured to enable both DC and single-phase AC charging through connector 1202 in conjunction with a solid-state repeater (SSR). Connector 1202 can be connected to either a single-phase charging cable, which in turn is connected to a single-phase charging source, or a DC charging cable, which in turn is connected to a DC charging source. In this embodiment, the SSR circuitry includes four triacs TR1, TR2, TR3, and TR4. Each triac can be selectively placed in a bidirectional current conducting (closed) state or a non-conducting (open) state by application of a control signal (CS1, CS2, CS3, CS4, respectively) from control system 102.
単相AC充電に関して、ルーティング回路網1200は、それぞれ、I/Oポート1201-1および1201-2におけるAC(L)およびAC(N)信号のそれぞれを、それぞれ、ひいては、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCに接続される、3相充電コネクタ1102からの異なる線1111に接続される、3つの異なるI/Oポート1204-PA、1204-PB、および1204-PCのうちの1つまたはそれを上回るものに選択的に出力することができる。DC充電に関して、ルーティング回路網1200は、同様に、アレイ700に提供するために、入力1201におけるDC+およびDC-信号のそれぞれを3つのI/Oポート1204のうちの1つまたはそれを上回るものに選択的に出力することができる。選択的ルーティングは、制御システム102によって供給され、1つまたはそれを上回る制御入力1206-1から1206-4に印加される、制御信号CS1-CS4によって制御される。For single phase AC charging, the routing circuitry 1200 can selectively output each of the AC(L) and AC(N) signals at I/O ports 1201-1 and 1201-2, respectively, to one or more of three different I/O ports 1204-PA, 1204-PB, and 1204-PC, which are connected to different lines 1111 from the three-phase charging connector 1102, which are in turn connected to arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC, respectively. For DC charging, the routing circuitry 1200 can similarly selectively output each of the DC+ and DC- signals at input 1201 to one or more of three I/O ports 1204 for provision to array 700. The selective routing is controlled by control signals CS1-CS4 provided by control system 102 and applied to one or more control inputs 1206-1 through 1206-4.
トライアックは、単相AC充電では、同一対のアレイ700を充電するとき、DC充電におけるサイリスタと同一状態をとることができる。双方向性トライアック(または他の双方向性SSRデバイス)の使用は、単相AC充電信号が正の極性と負の極性との間で遷移するとき、電流流動指向性が変化することを可能にする。信号が正である間、DCまたは単相AC充電であるかどうかにかかわらず、充電は、サイリスタT1-T4の代わりに、トライアックTR1-TR4を伴うことを除き、図12A-12Bのものに類似する様式で実施されることができる。電流流動は、単相AC充電信号が、続いて実施され得る、サイクルの負の半分にあるとき、対向方向にある。In single-phase AC charging, the triacs can assume the same states as the thyristors in DC charging when charging the same pair of arrays 700. The use of a bidirectional triac (or other bidirectional SSR device) allows the current flow directionality to change when the single-phase AC charging signal transitions between positive and negative polarity. Whether DC or single-phase AC charging, while the signal is positive, charging can be performed in a manner similar to that of FIGS. 12A-12B, except with triacs TR1-TR4 instead of thyristors T1-T4. The current flow is in the opposite direction when the single-phase AC charging signal is in the negative half of the cycle, which can then be performed.
AC信号が負であるとき、アレイ700-PAおよび700-PBのモジュール108(モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS1およびCS3の印加を用いて、TR1およびTR3を伝導状態に設置し、それぞれ、制御信号CS2およびCS4の印加を用いて、TR2およびTR4を非伝導状態に設置することができる。電流は、ACニュートラル(N)ポート1201-2から、TR3を通して、I/Oポート1204-PBに通過し、そこから、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PBを通して、アレイ700-PBを通して通過する。アレイ700-PBの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-1(例えば、図10Eの部分604-PAおよび604-PBのスイッチS7をともに、またはS8をともに使用して)を通して、アレイ700-PAを通して通過し、アレイ700-PAの各モジュール108-1から108-Nは、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PAを通して、I/Oポート1204-PAを介して、次いで、TR1を通して、ルーティング回路網1200の中に、AC線(L)ポート1201-1を通して外に通過する。To charge the modules 108 (including modules 108IC-1 and 108IC-2) of arrays 700-PA and 700-PB when the AC signal is negative, control system 102 can place TR1 and TR3 in a conducting state with application of control signals CS1 and CS3, respectively, and place TR2 and TR4 in a non-conducting state with application of control signals CS2 and CS4, respectively. Current passes from AC neutral (N) port 1201-2, through TR3, to I/O port 1204-PB, from where it bypasses motor 1100, through switch 1108-PB, and through array 700-PB. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PB can be selectively charged as described herein. Current passes through array 700-PA, through module 108IC-1 (e.g., using switches S7 together or S8 together of portions 604-PA and 604-PB of FIG. 10E), and each module 108-1 through 108-N of array 700-PA can be selectively charged, with respect to the opposite current direction. Current passes through switch 1108-PA, via I/O port 1204-PA, then through TR1, into routing circuitry 1200, and out through AC line (L) port 1201-1.
AC信号が負であるとき、アレイ700-PBおよび700-PCのモジュール108(モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS2およびCS4の印加を用いて、TR2およびTR4を伝導状態に設置し、それぞれ、制御信号CS1およびCS3の印加を用いて、TR1およびTR3を非伝導状態に設置することができる。電流は、AC(N)ポート1201-2から、TR4を通して、I/Oポート1204-PCに通過し、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PCを通して、アレイ700-PCを通して通過する。アレイ700-PCの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-2、次いで、モジュール108IC-2(例えば、図10Eの部分604-PBおよび604-PCのスイッチS7をともに、またはS8をともに使用して)を通して、アレイ700-PBを通して通過し、アレイ700-PBの各モジュール108-1から108-Nもまた、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PBを通して、I/Oポート1204-PBを通して、次いで、TR2を通して、ルーティング回路網1200の中に通過し、AC(L)ポート1201-1を通して退出する。When the AC signal is negative, to charge the modules 108 (including modules 108IC-1 and 108IC-2) of arrays 700-PB and 700-PC, control system 102 can place TR2 and TR4 in a conducting state with application of control signals CS2 and CS4, respectively, and TR1 and TR3 in a non-conducting state with application of control signals CS1 and CS3, respectively. Current passes from AC(N) port 1201-2, through TR4, to I/O port 1204-PC, bypassing motor 1100, through switch 1108-PC, and through array 700-PC. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PC can be selectively charged as described herein. The current passes through module 108IC-2, then through module 108IC-2 (e.g., using switches S7 together or S8 together of portions 604-PB and 604-PC in FIG. 10E) through array 700-PB, and each module 108-1 through 108-N of array 700-PB can also be selectively charged, with consideration for the opposite current direction. The current passes through switch 1108-PB, through I/O port 1204-PB, then through TR2, into routing circuitry 1200, and exits through AC(L) port 1201-1.
AC信号が負であるとき、アレイ700-PAおよび700-PCのモジュール108(モジュール108IC-1および108IC-2を含む)を充電するために、制御システム102は、それぞれ、制御信号CS1およびCS4の印加を用いて、TR1およびTR4を伝導状態に設置し、それぞれ、制御信号CS2およびCS3の印加を用いて、TR2およびTR3を非伝導状態に設置することができる。電流は、AC(N)ポート1201-2から、TR4を通して、I/Oポート1204-PCに通過する。電流は、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PCを通して、アレイ700-PAを通して通過する。アレイ700-PCの各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明されるように、選択的に充電されることができる。電流は、モジュール108IC-2、次いで、モジュール108IC-1(例えば、図10Eの部分604-PAおよび604-PCのスイッチS7をともに、またはS8をともに使用して)を通して、アレイ700-PAを通して通過し、アレイ700-PAの各モジュール108-1から108-Nもまた、対向電流方向を考慮して、選択的に充電されることができる。電流は、スイッチ1108-PAを通して、I/Oポート1204-PAを通して、次いで、TR1を通して、ルーティング回路網1200の中に通過し、AC(L)ポート1201-1を通して退出する。When the AC signal is negative, to charge the modules 108 (including modules 108IC-1 and 108IC-2) of arrays 700-PA and 700-PC, control system 102 can place TR1 and TR4 in a conducting state with application of control signals CS1 and CS4, respectively, and place TR2 and TR3 in a non-conducting state with application of control signals CS2 and CS3, respectively. Current passes from AC(N) port 1201-2, through TR4, to I/O port 1204-PC. Current bypasses motor 1100, passes through switch 1108-PC, and through array 700-PA. Each module 108-1 through 108-N of array 700-PC can be selectively charged as described herein. Current passes through module 108IC-2 and then through module 108IC-1 (e.g., using switches S7 together or S8 together of portions 604-PA and 604-PC in FIG. 10E) through array 700-PA, and each module 108-1 through 108-N of array 700-PA can also be selectively charged, with consideration for opposite current directions. Current passes through switch 1108-PA, through I/O port 1204-PA, then through TR1, into routing circuitry 1200, and exits through AC(L) port 1201-1.
図12Dは、サイリスタおよびダイオードの組み合わせを使用して、DCおよび単相AC充電を可能にするように構成される、ルーティング回路網1200の例示的実施形態を描写する、概略図である。DC充電は、DC+入力1201-1およびDC-入力1201-2に結合される、コネクタ1202-1によって提供され、その信号は、図12Bのものに類似する様式において、サイリスタT1-T4を有する、セクション1241によって、3相線1111にルーティングされる(制御入力1206は、示されない)。単相AC充電は、AC(L)入力1201-3およびAC(N)入力1201-4に結合される、コネクタ1202-2によって提供され、その信号は、ダイオードD1-D4を有する、セクション1242によって、線1111にルーティングされる。AC充電信号が、正であるとき、ダイオードD2およびD4は、オンであって、D1およびD3は、オフであって、AC信号が、負であるとき、ダイオードD1およびD3は、オンであって、D2およびD4は、オフである。セクション1241に提示されるAC信号は、次いで、所望に応じて、線1111にルーティングされることができる。ダイオードD1-D4は、DCポート1201-1および1201-2に印加される電圧に対応する、高電圧ダイオードである。図12Dの実施形態は、トライアックとは対照的に、ダイオードD1-D4の使用によって、コスト低減を可能にする。Figure 12D is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment of routing circuitry 1200 configured to enable DC and single-phase AC charging using a combination of thyristors and diodes. DC charging is provided by connector 1202-1, coupled to DC+ input 1201-1 and DC- input 1201-2, whose signal is routed to three-phase line 1111 by section 1241, having thyristors T1-T4, in a manner similar to that of Figure 12B (control input 1206 is not shown). Single-phase AC charging is provided by connector 1202-2, coupled to AC(L) input 1201-3 and AC(N) input 1201-4, whose signal is routed to line 1111 by section 1242, having diodes D1-D4. When the AC charging signal is positive, diodes D2 and D4 are on and D1 and D3 are off, and when the AC signal is negative, diodes D1 and D3 are on and D2 and D4 are off. The AC signal presented in section 1241 can then be routed to line 1111 as desired. Diodes D1-D4 are high voltage diodes that correspond to the voltages applied to DC ports 1201-1 and 1201-2. The embodiment of Figure 12D allows for cost reduction through the use of diodes D1-D4 as opposed to triacs.
図11Aおよび12AのSPDTスイッチ構成の使用は、スイッチ1108が放電位置1にあるとき、充電コネクタ1102および1202の自動接続解除および絶縁をもたらす。同様に、モータ1100も、スイッチ1108が充電位置2にあるとき、自動的に接続解除および絶縁される。図11Bの実施形態におけるように、SPSTスイッチ1108を使用すると、モータ1100は、充電状態にあるとき、接続解除される。しかしながら、充電コネクタは、スイッチ1108が閉鎖され、モータ1100が放電状態のために接続されるとき、接続されたままである。図13A-13Dは、SPSTスイッチ1108を使用し、モータ1100が接続され、システム100が放電状態にある間、充電コネクタを選択的に接続解除するための能力を有する、例示的実施形態を描写する。Use of the SPDT switch configuration of Figures 11A and 12A provides for automatic disconnection and isolation of the charge connectors 1102 and 1202 when the switch 1108 is in discharge position 1. Similarly, the motor 1100 is automatically disconnected and isolated when the switch 1108 is in charge position 2. Using the SPST switch 1108, as in the embodiment of Figure 11B, the motor 1100 is disconnected when in the charge state. However, the charge connector remains connected when the switch 1108 is closed and the motor 1100 is connected for the discharge state. Figures 13A-13D depict an example embodiment using the SPST switch 1108 and having the ability to selectively disconnect the charge connector while the motor 1100 is connected and the system 100 is in the discharge state.
図13Aは、図11Bのものに類似するが、モータ1100をバイパスしながら、多相AC充電に加え、DCおよび/または単相AC充電を可能にする、ルーティング回路網1200を伴う、SPSTスイッチ1108とともに構成される、システム100を描写する、ブロック図である。図12Aのように、本実施形態では、スイッチ1108は、統合されたスイッチアセンブリデバイス1250内に設置されることができる。図13Bおよび13Cは、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCとコネクタ1102との間に接続される、線1111-PA、1111-PB、および1111-PCを選択的に接続解除するように構成される、スイッチ1331-PA、1331-PB、および1331-PCを有する、ルーティング回路網1200の付加的例示的実施形態を描写する、概略図である。スイッチ1331は、本実施形態では、電気機械的中継器として構成される。スイッチ1331はそれぞれ、I/Oポート1206において受信される制御信号を用いて、制御されることができる(制御接続は、示されない)。制御システム102は、制御信号を発生させ、スイッチ1331に出力することができる。SPSTスイッチ1108は、閉位置をデフォルトとし、モータ1100をシステム100に接続されたまま保つように構成されるが、スイッチ1331は、開放位置をデフォルトとし、充電コネクタ1102および1202をシステム100から接続解除されたまま保つように構成される。図13Bの実施形態は、そうでなければ、図12Cのものと同様に動作するように構成され、図13Cの実施形態は、そうでなければ、図12Dのものと同様に動作するように構成される。図12Bの実施形態はまた、スイッチ1331が回路網1200内に含まれる場合、使用されることができる。FIG 13A is a block diagram depicting system 100 similar to that of FIG 11B, but configured with SPST switch 1108 with routing circuitry 1200 to allow DC and/or single phase AC charging in addition to polyphase AC charging while bypassing motor 1100. As in FIG 12A, in this embodiment switch 1108 can be located within integrated switch assembly device 1250. FIG 13B and 13C are schematic diagrams depicting additional exemplary embodiments of routing circuitry 1200 with switches 1331-PA, 1331-PB, and 1331-PC configured to selectively disconnect lines 1111-PA, 1111-PB, and 1111-PC connected between arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC and connector 1102. Switch 1331 is configured as an electromechanical repeater in this embodiment. Each of the switches 1331 can be controlled using a control signal received at the I/O port 1206 (control connections not shown). The control system 102 can generate and output a control signal to the switch 1331. The SPST switch 1108 defaults to a closed position and is configured to keep the motor 1100 connected to the system 100, while the switch 1331 defaults to an open position and is configured to keep the charging connectors 1102 and 1202 disconnected from the system 100. The embodiment of FIG. 13B is otherwise configured to operate similarly to that of FIG. 12C, which is otherwise configured to operate similarly to that of FIG. 12D. The embodiment of FIG. 12B can also be used if the switch 1331 is included in the circuitry 1200.
図13Dは、図13Aのものに類似するが、ルーティング回路網1200からスイッチアセンブリ1250に移動される、スイッチ1331を伴う、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、ルーティング回路網1200は、図12B、12C、または12Dのものと同様に構成されることができる。Figure 13D is a block diagram depicting an exemplary embodiment similar to that of Figure 13A but with switch 1331 moved from routing circuitry 1200 to switch assembly 1250. In this embodiment, routing circuitry 1200 can be configured similar to that of Figures 12B, 12C, or 12D.
図13E-13Hは、図13Aの実施形態と併用するためのルーティング回路網1200の例示的実施形態を描写する、概略図であって、スイッチ1331は、電気機械的中継器より比較的に低いコストおよびより高い切替速さを有する、トライアックとして構成される。これらの実施形態は、トライアックの使用を描写するが、他のSSRタイプも、使用されることができる。これらの実施形態のそれぞれでは、制御可能トライアックおよびサイリスタは、制御システム102によって発生および提供される、制御信号によって制御されることができる。例証を容易にするために、これらの制御信号を制御可能サイリスタおよびトライアックのそれぞれにルーティングするための制御線および制御ポートは、示されない。図13Eでは、トライアックTR1-TR3の形態におけるスイッチ1331は、サイリスタセクション1241と3相コネクタ1102との間に位置付けられる。別の実施形態では、トライアックTR1-TR3は、セクション1241接続の対向(アレイ)側上に位置付けられることができる。さらに別の実施形態では、トライアックTR1-TR3は、図13Dの実施形態と同様に、スイッチアセンブリ1250内に位置付けられる(および図12B-12Dのルーティング回路網1200と併用される)ことができる。13E-13H are schematic diagrams depicting exemplary embodiments of routing circuitry 1200 for use with the embodiment of FIG. 13A, where switches 1331 are configured as triacs, which have relatively lower cost and higher switching speed than electromechanical relays. Although these embodiments depict the use of triacs, other SSR types can also be used. In each of these embodiments, the controllable triacs and thyristors can be controlled by control signals generated and provided by the control system 102. For ease of illustration, control lines and ports for routing these control signals to each of the controllable thyristors and triacs are not shown. In FIG. 13E, switches 1331 in the form of triacs TR1-TR3 are positioned between the thyristor section 1241 and the three-phase connector 1102. In another embodiment, triacs TR1-TR3 can be positioned on the opposite (array) side of the section 1241 connection. In yet another embodiment, triacs TR1-TR3 can be positioned within switch assembly 1250 (and used with routing circuitry 1200 of FIGS. 12B-12D), similar to the embodiment of FIG. 13D.
図13Fは、図13Eの実施形態からのコンポーネントの数が、同一機能性を維持しながら、集結および再構成によって低減されている、別の例示的実施形態を描写する。ここでは、セクション1242は、概して、同一のままであって、セクション1334とコネクタ1102との間の線1111-PAおよび1111-PCに結合される。DC充電信号が、PA端子に入力されるDC+信号およびPC端子に入力されるDC-信号を用いて、多相充電コネクタ1102に入力される。セクション1334は、線1111のそれぞれ上にトライアックを含み、サイリスタT1は、トライアックTR1およびTR2のアレイ側の間に結合され、サイリスタT2は、トライアックTR2およびTR3のアレイ側の間に結合される。アレイ700-PAおよびPBを充電するために、トライアックTR1およびTR3およびサイリスタT2は、開放され、トライアックTR2およびサイリスタT1は、閉鎖される。アレイ700-PBおよびPCを充電するために、トライアックTR1およびTR3およびサイリスタT1は、開放され、トライアックTR2およびサイリスタT2は、閉鎖される。アレイ700-PAおよびPCを充電するために、トライアックTR1およびTR3は、開放され、トライアックTR2およびサイリスタT1およびT2は、閉鎖される。Figure 13F depicts another exemplary embodiment in which the number of components from the embodiment of Figure 13E has been reduced by consolidation and reconfiguration while maintaining the same functionality. Here, section 1242 remains generally the same and is coupled to lines 1111-PA and 1111-PC between section 1334 and connector 1102. A DC charging signal is input to multi-phase charging connector 1102 with a DC+ signal input to the PA terminal and a DC- signal input to the PC terminal. Section 1334 includes a triac on each of lines 1111, with thyristor T1 coupled between the array sides of triacs TR1 and TR2 and thyristor T2 coupled between the array sides of triacs TR2 and TR3. To charge arrays 700-PA and PB, triacs TR1 and TR3 and thyristor T2 are opened and triac TR2 and thyristor T1 are closed. To charge arrays 700-PB and PC, triacs TR1 and TR3 and thyristor T1 are open and triac TR2 and thyristor T2 are closed. To charge arrays 700-PA and PC, triacs TR1 and TR3 are open and triac TR2 and thyristor T1 and T2 are closed.
図13Gは、図12Cの二重DCおよび単相ACトライアック構成が、線1111に接続され、トライアックTR1-TR3の形態におけるスイッチ1331が、それらの接続とコネクタ1102との間に位置付けられる、ある実施形態を描写する。図13Hは、図13Gの実施形態からのコンポーネントの数が、同一機能性を維持しながら、集結および再構成によって低減されている、別の例示的実施形態を描写する。ここでは、トライアックTR4は、トライアックTR1およびTR2のアレイ側の間に結合され、トライアックTR5は、トライアックTR2およびTR3のアレイ側の間に結合される。アレイ700-PAおよびPBを充電するために、トライアックTR1、TR3、およびTR5は、開放され、トライアックTR2およびTR4は、閉鎖される。アレイ700-PBおよびPCを充電するために、トライアックTR1、TR3、およびTR4は、開放され、トライアックTR2およびTR5は、閉鎖される。アレイ700-PAおよびPCを充電するために、トライアックTR1およびTR3は、開放され、トライアックTR2、TR4、およびTR5は、閉鎖される。Figure 13G depicts an embodiment in which the dual DC and single phase AC triac configuration of Figure 12C is connected to wire 1111, and a switch 1331 in the form of triacs TR1-TR3 is positioned between those connections and connector 1102. Figure 13H depicts another exemplary embodiment in which the number of components from the embodiment of Figure 13G has been reduced by consolidation and reconfiguration while maintaining the same functionality. Here, triac TR4 is coupled between the array sides of triacs TR1 and TR2, and triac TR5 is coupled between the array sides of triacs TR2 and TR3. To charge arrays 700-PA and PB, triacs TR1, TR3, and TR5 are opened and triacs TR2 and TR4 are closed. To charge arrays 700-PB and PC, triacs TR1, TR3, and TR4 are open and triacs TR2 and TR5 are closed. To charge arrays 700-PA and PC, triacs TR1 and TR3 are open and triacs TR2, TR4, and TR5 are closed.
本明細書に説明される実施形態では、コネクタ1202は、DCのみ、単相ACのみ、または両方のために構成されるかどうかにかかわらず、3相充電コネクタ1102のものから別個かつ離散したコネクタであることができる、またはコネクタ1102および1202は、EV上の単一場所内で組み合わせられることができる。In the embodiments described herein, connector 1202 can be a separate and discrete connector from that of three-phase charging connector 1102, whether configured for DC only, single-phase AC only, or both, or connectors 1102 and 1202 can be combined within a single location on the EV.
異なるアプローチが、各対のアレイ700を充電するために使用されることができる。一例示的実施形態では、アレイ700-PAおよびPBを充電するとき、充電は、アレイ700の両方が所望のレベルまたは閾値(例えば、50%)に到達するまで、実施されることができる。次いで、アレイ700-PBおよびPCを充電するとき、充電は、アレイ700-PBが100%に到達し、アレイ700-PCが50%に到達するまで、実施されることができる。次いで、アレイ700-PAおよびPCを充電するとき、充電は、アレイ700の両方が100%に到達するまで、実施されることができる。別の例示的実施形態では、各アレイ700のルーティング回路網1200、スイッチ1108、およびモジュール108は、相対的に連動して、全てのアレイ700を完全に充電するように制御および巡回されることができる(例えば、アレイ700-PAモジュールが、1または数パーセント充電され、次いで、アレイ700-PBモジュールが、1または数パーセント充電され、次いで、アレイ700-PCモジュールが、1または数パーセント充電され、プロセスは、全てのモジュールが完全に充電されるまで、繰り返すことができる)。単相AC充電では、切替は、各アレイ700-PA-700-PCが、サイクルの正の半分の間、1回またはそれを上回って充電され、サイクルの負の半分の間、1回またはそれを上回って、再び充電されるように、急速に生じ得る。Different approaches can be used to charge each pair of arrays 700. In one exemplary embodiment, when charging arrays 700-PA and PB, charging can be performed until both arrays 700 reach a desired level or threshold (e.g., 50%). Then, when charging arrays 700-PB and PC, charging can be performed until array 700-PB reaches 100% and array 700-PC reaches 50%. Then, when charging arrays 700-PA and PC, charging can be performed until both arrays 700 reach 100%. In another exemplary embodiment, the routing circuitry 1200, switches 1108, and modules 108 of each array 700 can be controlled and cycled in relative coordination to fully charge all of the arrays 700 (e.g., the array 700-PA module is charged to one or a few percent, then the array 700-PB module is charged to one or a few percent, then the array 700-PC module is charged to one or a few percent, and the process can be repeated until all modules are fully charged). With single-phase AC charging, the switching can occur rapidly such that each array 700-PA-700-PC is charged once or more times during the positive half of the cycle, and charged again once or more times during the negative half of the cycle.
モータバイパスを用いて並列においてアレイを充電する例示的実施形態Exemplary embodiments for charging arrays in parallel using motor bypass
いくつかの実施形態では、例えば、並列アレイがより高い電流を発生させるために使用される、実施形態、またはAC充電信号より多くの位相アレイ700を存在させる、実施形態では、並列においてアレイ700を充電することが望ましくあり得る。図14は、図10Cの実施形態と類似方式で配列される、2つのサブシステム1000-1および1000-2を有する、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。スイッチ1108は、SPDTスイッチとして構成される。ここでは、各サブシステム1000-1および1000-2は、異なるモータ1100-1および1100-2に給電する。システム100は、ルーティング回路網1200の構成(またはその不在)に応じて、DC、単相AC、および/または多相充電信号を用いて、充電されるように構成されることができる。回路網1200は、サブシステム1000-1および1000-2が並列に充電されるように、スイッチアセンブリ1250-1および1250-2と接続するように分裂する、多相線1111に結合される。例えば、アレイ700-PAおよび700-PDに入力されている電流は、モジュール108IC-1内で組み合わせられている電流を用いて、それらのモジュールを並列に充電することができ、同じことは、アレイ700-PBおよび700-PEおよびモジュール108IC-2およびアレイ700-PCおよび700-PFおよびモジュール108IC-3に関しても生じ得る。ルーティング回路網は、本実施形態では、図12B-12Dの実施形態に従って、または別様に、構成されることができる。In some embodiments, it may be desirable to charge the arrays 700 in parallel, for example in embodiments where parallel arrays are used to generate higher currents, or in embodiments where there are more phase arrays 700 than AC charging signals. FIG. 14 is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 having two subsystems 1000-1 and 1000-2 arranged in a manner similar to the embodiment of FIG. 10C. Switch 1108 is configured as a SPDT switch, where each subsystem 1000-1 and 1000-2 powers a different motor 1100-1 and 1100-2. System 100 can be configured to be charged using DC, single-phase AC, and/or polyphase charging signals, depending on the configuration (or absence) of routing circuitry 1200. Circuitry 1200 is coupled to a polyphase line 1111 that splits to connect with switch assemblies 1250-1 and 1250-2 such that subsystems 1000-1 and 1000-2 are charged in parallel. For example, the currents input to arrays 700-PA and 700-PD can be used to charge those modules in parallel with the currents combined in module 108IC-1, and the same can occur with arrays 700-PB and 700-PE and modules 108IC-2 and arrays 700-PC and 700-PF and module 108IC-3. The routing circuitry in this embodiment can be configured according to the embodiment of Figures 12B-12D or otherwise.
図15Aは、2つのモータ1100に供給するための2つのサブシステム1000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。ここでは、スイッチ1108は、スイッチアセンブリ1250-1および1250-2内のSPSTスイッチとして構成され、これはまた、それぞれ、スイッチ1331-1および1331-2を含む。スイッチ1331-1および1331-2は、電気機械的中継器として構成され、充電の間、閉鎖され、動作の間、再び開放される。ルーティング回路網1200は、図12B-12Dの実施形態に従って、または別様に、構成されることができる。Figure 15A is a block diagram depicting another exemplary embodiment of system 100 with two subsystems 1000 to supply two motors 1100. Here, switch 1108 is configured as a SPST switch in switch assemblies 1250-1 and 1250-2, which also include switches 1331-1 and 1331-2, respectively. Switches 1331-1 and 1331-2 are configured as electromechanical relays and are closed during charging and open again during operation. Routing circuitry 1200 can be configured according to the embodiments of Figures 12B-12D or otherwise.
図15Bは、2つのモータ1100に供給するための2つのサブシステム1000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。スイッチ1108は、再び、スイッチアセンブリ1250-1および1250-2内のSPSTスイッチとして構成されるが、スイッチ1331-1および1331-2は、図15C-15Dに関して説明されるように、ルーティング回路網1200内に位置付けられる。図15Cおよび15Dは、それぞれ、図13Bおよび13Cと同様に構成されるが、スイッチ1331-1および1331-2の別個の群にフィードするように分裂する、3相線1111を伴う、ルーティング回路網1200を描写する、概略図である。ルーティング回路網1200はまた、分裂の右側において、DCおよび多相充電のために、図12Bの実施形態に従って構成されることができる。Figure 15B is a block diagram depicting another exemplary embodiment of system 100 with two subsystems 1000 to supply two motors 1100. Switch 1108 is again configured as a SPST switch in switch assemblies 1250-1 and 1250-2, but switches 1331-1 and 1331-2 are positioned in routing circuitry 1200 as described with respect to Figures 15C-15D. Figures 15C and 15D are schematic diagrams depicting routing circuitry 1200 configured similarly to Figures 13B and 13C, respectively, but with three-phase lines 1111 splitting to feed separate groups of switches 1331-1 and 1331-2. Routing circuitry 1200 can also be configured according to the embodiment of Figure 12B for DC and multi-phase charging on the right side of the split.
図15A-15Bの実施形態はまた、トライアックまたはその他等のSSRデバイスとして構成される、スイッチ1331とともに実装されることができる。図15Eは、図15Aのものに類似するが、トライアックとして構成される、スイッチ1331-1および1331-2を伴う、例示的実施形態を描写する、ブロック図である。ルーティング回路網1200は、図12B-12Dの実施形態に従って、または別様に、構成されることができる。図15A、15B、および15Eの実施形態では、ルーティング回路網1200およびコネクタ1202は、多相充電のための能力のみを有することが所望される場合、省略されることができる。The embodiments of Figures 15A-15B can also be implemented with switch 1331 configured as an SSR device such as a triac or the like. Figure 15E is a block diagram depicting an example embodiment similar to that of Figure 15A but with switches 1331-1 and 1331-2 configured as triacs. Routing circuitry 1200 can be configured according to the embodiments of Figures 12B-12D or otherwise. In the embodiments of Figures 15A, 15B, and 15E, routing circuitry 1200 and connector 1202 can be omitted if it is desired to only have the capability for multi-phase charging.
図15Fは、図15Bのものに類似するが、トライアックとして構成される、スイッチ1331-1および1331-2を伴う、例示的実施形態を描写する、ブロック図である。図15Gおよび15Hは、図15Fの実施形態と動作するためのルーティング回路網1200の例示的実施形態を描写する、概略図である。図15Gおよび15Hの実施形態は、それぞれ、図15Cおよび15Dのものに類似するが、トライアックとして実装される、スイッチ1331-1および1331-2の別個の群を伴う。ルーティング回路網1200はまた、分裂の右側において、DCおよび多相充電のために、図12Bの実施形態に従って構成されることができる。Figure 15F is a block diagram depicting an example embodiment similar to that of Figure 15B, but with switches 1331-1 and 1331-2 configured as triacs. Figures 15G and 15H are schematic diagrams depicting example embodiments of routing circuitry 1200 for operating with the embodiment of Figure 15F. The embodiments of Figures 15G and 15H are similar to those of Figures 15C and 15D, respectively, but with separate groups of switches 1331-1 and 1331-2 implemented as triacs. Routing circuitry 1200 can also be configured according to the embodiment of Figure 12B, for DC and multi-phase charging on the right side of the split.
図15H-15Iは、図15Bの実施形態と併用するために構成される、ルーティング回路網1200の付加的例示的実施形態を描写する、概略図である。図15Hでは、図12Cのトライアック配列は、ノードX、Y、およびZにおいて、3相線1111と結合される。3つのトライアックTR5、TR6、およびTR7は、ノードX、Y、Zとコネクタ1102との間の線1111-PA、1111-PB、および1111-PC上に位置付けられる。線1111は、その上に位置付けられるトライアックTR8、TR9、TR10を有する、第2の線1111-PD、1111-PE、および1111-PFの群を形成するように分裂する。モータ動作またはDCまたは単相AC充電の間、コネクタ1102は、トライアックTR5-TR7を開放することによって、絶縁されることができる。モータ動作の間、2つの線1111の群は、トライアックTR8-TR10を開放することによって、接続解除されることができる。多相充電の間、トライアックTR5-TR10は、閉鎖され、トライアックTR1-TR4は、開放される。DCおよび単相AC充電の間、トライアックTR8-TR10は、閉鎖される。Figures 15H-15I are schematic diagrams depicting additional exemplary embodiments of routing circuitry 1200 configured for use with the embodiment of Figure 15B. In Figure 15H, the triac arrangement of Figure 12C is coupled to three-phase line 1111 at nodes X, Y, and Z. Three triacs TR5, TR6, and TR7 are positioned on lines 1111-PA, 1111-PB, and 1111-PC between nodes X, Y, Z and connector 1102. Line 1111 splits to form a second group of lines 1111-PD, 1111-PE, and 1111-PF having triacs TR8, TR9, TR10 positioned thereon. During motor operation or DC or single-phase AC charging, connector 1102 can be isolated by opening triacs TR5-TR7. During motor operation, the two groups of wires 1111 can be disconnected by opening triacs TR8-TR10. During multi-phase charging, triacs TR5-TR10 are closed and triacs TR1-TR4 are open. During DC and single-phase AC charging, triacs TR8-TR10 are closed.
図15Iは、図15Hの実施形態からのコンポーネントの数が、類似機能性を維持しながら、集結および再構成によって低減されている、別の例示的実施形態を描写する。本実施形態は、図13Hのものに類似する、SSR構成1510を有する。図15Hの実施形態と同様に、線1111-PD、1111-PE、および1111-PFは、モータ動作の間、トライアックTR8-TR10に、並列接続を接続解除させる。Figure 15I depicts another exemplary embodiment in which the number of components from the embodiment of Figure 15H has been reduced by consolidation and reconfiguration while maintaining similar functionality. This embodiment has an SSR configuration 1510 similar to that of Figure 13H. As with the embodiment of Figure 15H, lines 1111-PD, 1111-PE, and 1111-PF cause triacs TR8-TR10 to disconnect the parallel connection during motor operation.
図15J-15Kは、図15Bの実施形態と併用するために構成される、ルーティング回路網1200の付加的例示的実施形態を描写する、概略図である。図15Jでは、図12Dのトライアック配列は、ノードX、Y、およびZにおいて、3相線1111と結合される。3つのトライアックTR5、TR6、およびTR7は、ノードX、Y、Zとコネクタ1102との間の線1111-PA、1111-PB、および1111-PC上に位置付けられる。線1111は、その上に位置付けられるトライアックTR8、TR9、TR10を有する、第2の線1111-PD、1111-PE、および1111-PFの群を形成するように分裂する。モータ動作またはDCまたは単相AC充電の間、コネクタ1102は、トライアックTR5-TR7を開放することによって、絶縁されることができる。モータ動作の間、2つの線1111の群は、トライアックTR8-TR10を開放することによって、接続解除されることができる。多相充電の間、トライアックTR5-TR10は、閉鎖され、サイリスタT1-T4は、開放される。DCおよび単相AC充電の間、トライアックTR8-TR10は、閉鎖される。Figures 15J-15K are schematic diagrams depicting additional exemplary embodiments of routing circuitry 1200 configured for use with the embodiment of Figure 15B. In Figure 15J, the triac arrangement of Figure 12D is coupled to three-phase line 1111 at nodes X, Y, and Z. Three triacs TR5, TR6, and TR7 are positioned on lines 1111-PA, 1111-PB, and 1111-PC between nodes X, Y, Z and connector 1102. Line 1111 splits to form a second group of lines 1111-PD, 1111-PE, and 1111-PF, having triacs TR8, TR9, TR10 positioned thereon. During motor operation or DC or single-phase AC charging, connector 1102 can be isolated by opening triacs TR5-TR7. During motor operation, the two groups of wires 1111 can be disconnected by opening triacs TR8-TR10. During multi-phase charging, triacs TR5-TR10 are closed and thyristors T1-T4 are open. During DC and single-phase AC charging, triacs TR8-TR10 are closed.
図15Kは、図15Jの実施形態からのコンポーネントの数が、類似機能性を維持しながら、集結および再構成によって低減されている、別の例示的実施形態を描写する。本実施形態は、図13FのSSR構成1334を有する。ダイオード構成1242は、構成1334とコネクタ1102との間に接続され、これは、多相およびDC充電コネクタの両方として作用する。図15Hの実施形態と同様に、線1111-PD、1111-PE、および1111-PFは、モータ動作の間、並列接続を接続解除するために、トライアックTR8-TR10を有する。モータ動作の間、コネクタ1102および1202は、トライアックTR1-TR3を開放することによって、絶縁されることができる。モータ動作の間、2つの線1111の群は、トライアックTR8-TR10を開放することによって、接続解除されることができる。多相充電の間、トライアックTR1-TR3およびTR8-TR10は、閉鎖され、サイリスタT1-T2は、開放される。DCおよび単相AC充電の間、トライアックTR8-TR10は、閉鎖され、構成1334は、図13Fに関して説明されるものと同様に動作される。FIG. 15K depicts another exemplary embodiment in which the number of components from the embodiment of FIG. 15J has been reduced by consolidation and reconfiguration while maintaining similar functionality. This embodiment has the SSR configuration 1334 of FIG. 13F. Diode configuration 1242 is connected between configuration 1334 and connector 1102, which acts as both a multi-phase and DC charging connector. As with the embodiment of FIG. 15H, lines 1111-PD, 1111-PE, and 1111-PF have triacs TR8-TR10 to disconnect the parallel connection during motor operation. During motor operation, connectors 1102 and 1202 can be isolated by opening triacs TR1-TR3. During motor operation, the two groups of lines 1111 can be disconnected by opening triacs TR8-TR10. During multi-phase charging, triacs TR1-TR3 and TR8-TR10 are closed and thyristors T1-T2 are open. During DC and single-phase AC charging, triacs TR8-TR10 are closed and configuration 1334 is operated similarly to that described with respect to FIG. 13F.
システム100は、広範囲の電圧要件および負荷の量を有する電力用途に対して、多数の異なる実装を可能にする、高度にスケーラブルかつ適合可能な構成を有する。電圧要件は、数百ワット規模の低電圧用途(例えば、電気スクータ等)から、数メガワットおよびより高い規模の高電圧産業用途(例えば、送電網、核融合研究等)まで、変動し得る。負荷の数も、変動し得、それらの負荷は、1つまたはそれを上回るモジュール108ICによって相互接続される、サブシステム1000によって、共通制御システム102の制御下で、供給されることができる。代替として、各サブシステム1000は、別個の制御システム102の制御下にあることができ、各制御システム102は、直接、モータのためのコントローラとインターフェースをとる。システム100のスケーラビリティおよび適合性は、定常および移動用途の両方に適用される。例証を容易にするために、以下の実施形態の多くは、再び、移動用途、特に、自動車EVの種々の実施形態に関して説明されるが、それに限定されない。The system 100 has a highly scalable and adaptable configuration that allows for many different implementations for power applications with a wide range of voltage requirements and amounts of loads. The voltage requirements can vary from low-voltage applications on the scale of hundreds of watts (e.g., electric scooters, etc.) to high-voltage industrial applications on the scale of several megawatts and higher (e.g., power grids, nuclear fusion research, etc.). The number of loads can also vary, and the loads can be supplied by subsystems 1000 interconnected by one or more module 108 ICs under the control of a common control system 102. Alternatively, each subsystem 1000 can be under the control of a separate control system 102, with each control system 102 directly interfacing with a controller for a motor. The scalability and adaptability of the system 100 applies to both stationary and mobile applications. For ease of illustration, many of the following embodiments are again described with respect to mobile applications, in particular, but not limited to, various embodiments of an automobile EV.
例示的実施形態は、単一モータと、1つまたはそれを上回る関連付けられるサブシステム1000(例えば、バッテリパック)とを有する、従来の自動車EVと併用されることができる。例示的実施形態はまた、単一サブシステム1000と関連付けられる、2つまたはそれを上回るモータ、または、それぞれ、それと関連付けられる1つまたはそれを上回るサブシステム1000を有する、2つまたはそれを上回るモータを有する、自動車EVと併用されることができる。モータは、パワートレインまたは駆動列を用いて電力を車輪に伝達する、車両本体内に搭載される、従来のモータであることができる。モータは、代替として、パワートレイン(または駆動列)を伴わずに、直接、車輪運動に給電する、車輪内モータであることができる。EVは、車両上の車輪毎に、車輪内モータを有してもよい(例えば、2、3、4、5、6、またはより多く)、または車両上の車輪のうちのいくつかのみのための車輪内モータを有してもよい。複数のモータが、存在する場合、アプローチの組み合わせ、例えば、EVの前輪のための車輪内モータと、後輪のための従来の本体内モータおよびパワートレイン、またはその逆が、使用されることができる。The exemplary embodiment can be used with a conventional automobile EV having a single motor and one or more associated subsystems 1000 (e.g., battery pack). The exemplary embodiment can also be used with an automobile EV having two or more motors associated with a single subsystem 1000, or two or more motors each having one or more subsystems 1000 associated with it. The motors can be conventional motors mounted in the vehicle body that transfer power to the wheels with a powertrain or drivetrain. The motors can alternatively be in-wheel motors that directly power the wheel motion without a powertrain (or drivetrain). The EV may have an in-wheel motor for each wheel on the vehicle (e.g., 2, 3, 4, 5, 6, or more), or may have in-wheel motors for only some of the wheels on the vehicle. When multiple motors are present, a combination of approaches can be used, for example, in-wheel motors for the front wheels of the EV and conventional in-body motors and powertrains for the rear wheels, or vice versa.
本主題は、異なるサブシステム1000が異なる電圧要件を有するモータのための電力を提供するための能力を提供する。例えば、単一4輪EVは、前輪に給電するための第1のモータと、後輪に給電するための第2のモータとを有することができる。第1のモータは、背面モータと異なる電圧において動作してもよい。代替として、EVは、前輪毎に、1つのモータと、後輪の両方のための1つのモータとを有してもよく、前輪のためのモータは、後輪のためのモータと異なる電圧要件を有する。またはEVは、前輪のための1つのモータと、後輪のための2つのモータを有してもよく、後輪モータは、前輪モータと異なる電圧要件を有する。なおもさらに、各車輪は、その独自のモータを有することができ、前輪モータは、後輪モータの電圧要件と異なる、電圧要件を有する。そのような可変組み合わせはまた、2つ、3つ、5つ、6つ、またはそれを上回る車輪を有する、マルチモータEVに適用される。The present subject matter provides the ability for different subsystems 1000 to provide power for motors with different voltage requirements. For example, a single four-wheel EV can have a first motor to power the front wheels and a second motor to power the rear wheels. The first motor may operate at a different voltage than the rear motor. Alternatively, the EV may have one motor per front wheel and one motor for both rear wheels, with the motors for the front wheels having different voltage requirements than the motors for the rear wheels. Or the EV may have one motor for the front wheels and two motors for the rear wheels, with the rear motors having different voltage requirements than the front motors. Still further, each wheel can have its own motor, with the front motors having voltage requirements that are different from the voltage requirements of the rear motors. Such variable combinations also apply to multi-motor EVs with two, three, five, six, or more wheels.
比較的に低電圧要件、例えば、300~400V公称線間ピーク電圧を有する、モータは、より高い電圧用途より比較的に少ないモジュールを伴う、サブシステム1000を有してもよい。代替として、または加えて、各モジュールは、より高い電圧用途のものより低い公称電圧を有してもよい。例えば、低電圧要件、例えば、400~700V公称線間ピーク電圧より高い、比較的に中程度の電圧要件を有する、モータは、低電圧サブシステム1000よりアレイあたり比較的に多くのモジュールを伴う、サブシステム1000を有してもよく、および/またはそれらのモジュールは、低電圧用途のものと同一またはより高い公称電圧を有してもよい。さらなる実施例として、低および/または中程度の電圧要件、例えば、700~800V公称線間ピーク電圧より高い、比較的に高電圧要件を有する、モータは、低電圧および中程度の電圧サブシステム1000よりアレイあたり比較的に多いモジュールを伴う、サブシステム1000を有してもよく、および/またはそれらのモジュールの公称電圧は、低電圧または中程度の電圧サブシステム1000のものより比較的に高くてもよい。当然ながら、全てのサブシステム1000は、同一数のモジュールとともに構成されることができ、モジュールの公称電圧のみが、変動し得る、または全てのサブシステム1000は、同一公称電圧を有するが、アレイあたり異なる数のモジュールを伴う、モジュールとともに構成されることができる。A motor having a relatively low voltage requirement, e.g., 300-400V nominal line peak voltage, may have a subsystem 1000 with relatively fewer modules than a higher voltage application. Alternatively or in addition, each module may have a lower nominal voltage than that of a higher voltage application. For example, a motor having a low voltage requirement, e.g., a relatively medium voltage requirement, higher than 400-700V nominal line peak voltage, may have a subsystem 1000 with relatively more modules per array than a low voltage subsystem 1000, and/or those modules may have the same or higher nominal voltage as that of the low voltage application. As a further example, a motor having a relatively high voltage requirement, e.g., higher than 700-800V nominal line peak voltage, may have a subsystem 1000 with relatively more modules per array than a low voltage and medium voltage subsystem 1000, and/or the nominal voltage of those modules may be relatively higher than that of the low voltage or medium voltage subsystem 1000. Of course, all subsystems 1000 can be configured with the same number of modules and only the nominal voltage of the modules can vary, or all subsystems 1000 can be configured with modules having the same nominal voltage but with a different number of modules per array.
本主題はまた、異なるタイプ(例えば、異なる電気化学的性質、異なる物理的構造等)を有する、エネルギー源を使用するための能力を提供する。例えば、マルチモータEV内の1つまたはそれを上回る第1のサブシステム1000は、第1のタイプのバッテリを伴う、モジュール108を有してもよく、マルチモータEV内の1つまたはそれを上回る第2のサブシステム1000は、第2のタイプのバッテリを伴う、モジュール108を有してもよい。相互接続モジュール108ICが、存在する場合、それらのモジュール108ICは、第1および第2のタイプと異なる、第3のタイプのバッテリを有することができる。1つまたはそれを上回るサブシステムが、モジュールあたり複数のエネルギー源を伴う、モジュール108Bを有する場合、(a)1つまたはそれを上回る第1のサブシステムが、モジュールあたり複数のエネルギー源を有し、1つまたはそれを上回る第2のサブシステムが、モジュールあたり1つのみのエネルギー源を有する、(b)1つまたはそれを上回る第1のサブシステムが、第1のタイプの一次エネルギー源と、第2のタイプの二次エネルギー源とを含む、モジュールあたり複数のエネルギー源を有し、1つまたはそれを上回る第2のサブシステムが、同一の第1のタイプの一次エネルギー源と、第1および第2のタイプと異なる第3のタイプの二次エネルギー源とを含む、モジュールあたり複数のエネルギー源を有する、(c)1つまたはそれを上回る第1のサブシステムが、第1のタイプの一次エネルギー源と、第2のタイプの二次エネルギー源とを含む、モジュールあたり複数のエネルギー源を有し、1つまたはそれを上回る第2のサブシステムが、第1および第2のタイプと異なる第3のタイプの一次エネルギー源と、同一の第2のタイプの二次エネルギー源とを含む、モジュールあたり複数のエネルギー源を有する、または(d)1つまたはそれを上回る第1のサブシステムが、モジュールあたり複数のエネルギー源を有し、1つまたはそれを上回る第2のサブシステムが、モジュールあたり複数のエネルギー源を有し、1つまたはそれを上回る第1のサブシステム内のエネルギー源のタイプが、1つまたはそれを上回る第2のサブシステム内のエネルギー源のタイプと異なる、組み合わせ等、なおもさらなる組み合わせが、実践されることができる。The present subject matter also provides the ability to use energy sources having different types (e.g., different electrochemical properties, different physical structures, etc.). For example, one or more first subsystems 1000 in a multi-motor EV may have modules 108 with batteries of a first type, and one or more second subsystems 1000 in the multi-motor EV may have modules 108 with batteries of a second type. If interconnection modules 108IC are present, those modules 108IC can have batteries of a third type, different from the first and second types. If one or more subsystems have modules 108B with multiple energy sources per module, (a) one or more first subsystems have multiple energy sources per module and one or more second subsystems have only one energy source per module; (b) one or more first subsystems have multiple energy sources per module including a first type of primary energy source and a second type of secondary energy source and one or more second subsystems have multiple energy sources per module including the same first type of primary energy source and a third type of secondary energy source different from the first and second types; (c) one or more first subsystems have multiple energy sources per module including a first type of primary energy source and a second type of secondary energy source different from the first and second types; , (a) one or more first subsystems have multiple energy sources per module including a primary energy source of a first type and a secondary energy source of a second type, and one or more second subsystems have multiple energy sources per module including a primary energy source of a third type different from the first and second types and a secondary energy source of the same second type; or (b) one or more first subsystems have multiple energy sources per module and one or more second subsystems have multiple energy sources per module, and the type of energy source in the one or more first subsystems is different from the type of energy source in the one or more second subsystems. Still further combinations can be practiced, such as combinations such as:
異なるタイプを有する、エネルギー源は、それらのエネルギー源の動作特性の観点から明らかになることができる。例えば、異なるタイプのバッテリエネルギー源は、異なる公称電圧、異なるCレート、異なるエネルギー密度、異なる容量を有し得、それぞれ、温度、充電状態、または使用量(例えば、サイクルの数)にわたって変動し得る。バッテリタイプの実施例は、ソリッドステートバッテリ、液体電解質ベースのバッテリ、液相バッテリおよびフローバッテリ、例えば、リチウム(Li)金属バッテリ、リチウムイオンバッテリ、リチウム空気バッテリ、ナトリウムイオンバッテリ、カリウムイオンバッテリ、マグネシウムイオンバッテリ、アルカリバッテリ、ニッケル水素バッテリ、硫酸ニッケルバッテリ、鉛酸バッテリ、空気亜鉛バッテリ、およびその他を含む。リチウムイオンバッテリタイプのいくつかの実施例は、酸化コバルトリチウム(LCO)、酸化マンガンリチウム(LMO)、酸化リチウムニッケルマンガンコバルト(NMC)、リン酸鉄リチウム(LFP)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物(NCA)、およびチタン酸リチウム(LTO)を含む。Energy sources of different types can be manifested in terms of their operating characteristics. For example, different types of battery energy sources may have different nominal voltages, different C-rates, different energy densities, different capacities, each varying over temperature, state of charge, or usage (e.g., number of cycles). Examples of battery types include solid-state batteries, liquid electrolyte-based batteries, liquid-phase batteries, and flow batteries, such as lithium (Li) metal batteries, lithium-ion batteries, lithium-air batteries, sodium-ion batteries, potassium-ion batteries, magnesium-ion batteries, alkaline batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel sulfate batteries, lead-acid batteries, zinc-air batteries, and others. Some examples of lithium-ion battery types include lithium cobalt oxide (LCO), lithium manganese oxide (LMO), lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC), lithium iron phosphate (LFP), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), and lithium titanate (LTO).
本主題は、異なるモジュール108、サブシステム1000、およびシステム100が、異なるタイプのエネルギー源、特に、異なるタイプのバッテリを有するための能力を提供する。EV内の1つまたはそれを上回る第1のサブシステムは、それぞれ、第1のタイプのエネルギー源を有する、モジュールを含むことができ、EV内の1つまたはそれを上回る第2のサブシステムは、それぞれ、第1のタイプと異なる、第2のタイプのエネルギー源を有する、モジュールを含むことができ、2つのタイプは、少なくとも2つの動作特性に関して異なる。第1のタイプのバッテリは、異なる第2のタイプのバッテリの同一の第1の動作特性を比較的に上回る、第1の動作特性(例えば、公称電圧、Cレート、エネルギー密度、または容量)を有してもよく、第2のタイプのバッテリは、第1のタイプのバッテリの同一の第2の動作特性を比較的に上回る、異なる第2の動作特性(例えば、公称電圧、Cレート、エネルギー密度、または容量)を有してもよい。例えば、EVは、第1のタイプのエネルギー源と、第2のタイプのエネルギー源とを有してもよく、第1のタイプ(例えば、LFP)は、比較的に高Cレートおよび比較的に低エネルギー密度(または容量)を提供し、したがって、それを加速性能のためにより好適にする一方、第2のタイプ(例えば、NMC)は、比較的に低Cレートおよび比較的に高エネルギー密度(または容量)を提供し、したがって、それを幹線道路運転のためにより好適にする。The present subject matter provides the ability for different modules 108, subsystems 1000, and systems 100 to have different types of energy sources, particularly different types of batteries. One or more first subsystems in an EV can each include a module having a first type of energy source, and one or more second subsystems in an EV can each include a module having a second type of energy source different from the first type, the two types differing with respect to at least two operational characteristics. The first type of battery may have a first operational characteristic (e.g., nominal voltage, C-rate, energy density, or capacity) that is relatively greater than the same first operational characteristic of a different second type of battery, and the second type of battery may have a different second operational characteristic (e.g., nominal voltage, C-rate, energy density, or capacity) that is relatively greater than the same second operational characteristic of the first type of battery. For example, an EV may have a first type of energy source and a second type of energy source, where the first type (e.g., LFP) provides a relatively high C-rate and a relatively low energy density (or capacity), thus making it more suitable for acceleration performance, while the second type (e.g., NMC) provides a relatively low C-rate and a relatively high energy density (or capacity), thus making it more suitable for highway driving.
したがって、バッテリタイプは、異なる動作特性にわたって優れた性能を達成するために、混合されることができる。異なるタイプの利用は、単一モジュール内で(例えば、第1のタイプの一次源206Aおよび第2のタイプの二次源206B)、同一の単一サブシステム1000またはシステム100の異なるモジュール(例えば、第1のタイプのエネルギー源206を有する、1つまたはそれを上回るモジュール108と、第2のタイプのエネルギー源206を有する、1つまたはそれを上回るモジュール108との)間で、および/またはサブシステム1000またはシステム100(例えば、それぞれ、第1のタイプのエネルギー源を有する、モジュールを有する、第1のサブシステムと、それぞれ、第2のタイプのエネルギー源を有する、モジュールを有する、第2のサブシステムとの)間で実装されることができる。Thus, battery types can be mixed to achieve superior performance across different operating characteristics. The utilization of different types can be implemented within a single module (e.g., a first type of primary source 206A and a second type of secondary source 206B), between different modules of the same single subsystem 1000 or system 100 (e.g., one or more modules 108 having a first type of energy source 206 and one or more modules 108 having a second type of energy source 206), and/or between subsystems 1000 or systems 100 (e.g., a first subsystem having modules each having a first type of energy source and a second subsystem having modules each having a second type of energy source).
電圧能力におけるこれらの変動(例えば、低、中、高)およびエネルギー源タイプは、本明細書に説明される全ての実施形態に適用されることができる。これらの変動は、特に、図10C、14、15A、15B、15E、および16A-18Bに関して説明されるもの等、複数のモータ1100に給電するための2つまたはそれを上回る別個のサブシステム1000を有する、実施形態に適用可能である。異なる電圧能力を有する、サブシステムを充電するとき、各サブシステムは、(専用充電源または共有充電源からの)専用充電ポートおよび充電ケーブルによって、独立して、充電されることができる、またはサブシステムは、図14、15A、15B、および15E(およびいずれかの場所)に関して説明される並列構成等、その同一充電ケーブルおよびコネクタから、並行して充電されることができる。本明細書に説明される実施形態のいずれかを充電するとき、充電プロセスの間、平衡を実施するための十分な許容差を保つことが所望される場合、利用可能な充電源電圧(例えば、AC充電のためのピーク線間電圧)が、任意の時点において充電されている源206の現在の電圧の和未満であることが好ましい。These variations in voltage capabilities (e.g., low, medium, high) and energy source types can be applied to all embodiments described herein. These variations are particularly applicable to embodiments having two or more separate subsystems 1000 for powering multiple motors 1100, such as those described with respect to Figures 10C, 14, 15A, 15B, 15E, and 16A-18B. When charging subsystems with different voltage capabilities, each subsystem can be charged independently with a dedicated charging port and charging cable (from a dedicated or shared charging source), or the subsystems can be charged in parallel from its same charging cable and connector, such as the parallel configuration described with respect to Figures 14, 15A, 15B, and 15E (and elsewhere). When charging any of the embodiments described herein, if it is desired to maintain sufficient tolerance to perform balancing during the charging process, it is preferred that the available charging source voltage (e.g., peak line voltage for AC charging) be less than the sum of the current voltages of the sources 206 being charged at any one time.
図16Aは、それぞれ、3つのモータ1100-1、1100-2、および1100-3に給電するための3つのサブシステム1000-1、1000-2、1000-3を有する、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施例では、モータ1100-1および1100-2はそれぞれ、4輪EVの異なる前輪と関連付けられ、中程度の電圧要件を有する一方、モータ1100-3は、EVの2つの後輪と関連付けられ、モータ1100-1および1100-2より比較的に高い電圧要件を有する。サブシステム1000-1および1000-2のアレイ700はそれぞれ、示されるように、N個のモジュール108を有することができ、2つのサブシステムのためのNの値は、好ましくは、同一である。サブシステム1000-3のアレイ700はそれぞれ、M個のモジュール108を有することができ、これは、2またはそれを上回る任意の整数であることができる。サブシステム1000-3のアレイ700は、サブシステム1000-1および1000-2のアレイ700より比較的に大きい電圧を生産するように構成され、したがって、サブシステム1000-3は、多くの場合、サブシステム1000-1および1000-2より多くのモジュール108を有するであろう。ある他の実施形態では、モジュールの数は、例えば、サブシステム1000-3の各モジュール108が、より大きい公称電圧を有する、バッテリタイプの使用によって、またはサブシステム1000-3の各モジュール108内への複数のエネルギー源206の含有によって等、サブシステム1000-1および1000-2のモジュール108より大きい電圧を発生させることが可能である場合、サブシステム間で一貫してもよい。16A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 having three subsystems 1000-1, 1000-2, 1000-3 for powering three motors 1100-1, 1100-2, and 1100-3, respectively. In this example, motors 1100-1 and 1100-2 are each associated with different front wheels of a four-wheel EV and have a moderate voltage requirement, while motor 1100-3 is associated with two rear wheels of the EV and has a relatively higher voltage requirement than motors 1100-1 and 1100-2. Arrays 700 of subsystems 1000-1 and 1000-2 each may have N modules 108 as shown, with the value of N for the two subsystems preferably being the same. Arrays 700 of subsystems 1000-3 each may have M modules 108, which may be any integer number equal to or greater than 2. The array 700 of subsystem 1000-3 is configured to produce a relatively larger voltage than the arrays 700 of subsystems 1000-1 and 1000-2, and thus subsystem 1000-3 will often have more modules 108 than subsystems 1000-1 and 1000-2. In certain other embodiments, the number of modules may be consistent between subsystems, for example, if each module 108 of subsystem 1000-3 is capable of generating a larger voltage than the modules 108 of subsystems 1000-1 and 1000-2, such as by use of a battery type having a higher nominal voltage, or by inclusion of multiple energy sources 206 within each module 108 of subsystem 1000-3.
3つの相互接続モジュール108IC-1、108IC-2、および108IC-3が、存在し、それぞれ、3つの異なるアレイ700への接続のために、3つのスイッチ部分604を含む。各モジュール108ICは、単一サブシステムの3つのアレイ700に結合され、モジュール108IC-1は、サブシステム1000-1のアレイ700-PA、PB、PCに結合され、モジュール108IC-2は、サブシステム1000-2のアレイ700-PD、PE、PFに結合され、モジュール108IC-3は、サブシステム1000-3のアレイ700-PG、PH、PIに結合される。本実施形態では、各サブシステム1000は、そのサブシステムの関連付けられるモータ1100とインターフェースをとる、別個の制御システム102の制御下にあることができる。モジュール108ICは、補助負荷301および302のための電力を提供するように相互接続される。There are three interconnection modules 108IC-1, 108IC-2, and 108IC-3, each including three switch portions 604 for connection to three different arrays 700. Each module 108IC is coupled to the three arrays 700 of a single subsystem, with module 108IC-1 coupled to arrays 700-PA, PB, PC of subsystem 1000-1, module 108IC-2 coupled to arrays 700-PD, PE, PF of subsystem 1000-2, and module 108IC-3 coupled to arrays 700-PG, PH, PI of subsystem 1000-3. In this embodiment, each subsystem 1000 may be under the control of a separate control system 102 that interfaces with that subsystem's associated motor 1100. The modules 108IC are interconnected to provide power for the auxiliary loads 301 and 302.
代替実施形態では、各モジュール108ICは、少なくとも2つの異なるサブシステム1000に結合することができる。例えば、モジュール108IC-1は、サブシステム1000-1のアレイ700-PAおよび700-PBおよびサブシステム1000-3のアレイ700-PGに結合することができる。モジュール108IC-2は、サブシステム1000-1のアレイ700-PC、サブシステム1000-2のアレイ700-PD、およびサブシステム1000-3のアレイ700-PHに結合することができる。モジュール108IC-3は、サブシステム1000-2のアレイ700-PEおよび700-PFおよびサブシステム1000-3のアレイ700-PIに結合することができる。本代替実施形態では、サブシステム1000は、全3つのモータ1100のためのコントローラとインターフェースをとり、また、各サブシステム1000のステータス情報を収集する、共通制御システム102の制御下にあることができ、サブシステム1000間のアレイ間平衡を実施するように構成される。In an alternative embodiment, each module 108IC may be coupled to at least two different subsystems 1000. For example, module 108IC-1 may be coupled to arrays 700-PA and 700-PB of subsystem 1000-1 and array 700-PG of subsystem 1000-3. Module 108IC-2 may be coupled to arrays 700-PC of subsystem 1000-1, array 700-PD of subsystem 1000-2, and array 700-PH of subsystem 1000-3. Module 108IC-3 may be coupled to arrays 700-PE and 700-PF of subsystem 1000-2 and array 700-PI of subsystem 1000-3. In this alternative embodiment, the subsystems 1000 may be under the control of a common control system 102 that interfaces with controllers for all three motors 1100 and also collects status information for each subsystem 1000, and is configured to perform inter-array balancing between the subsystems 1000.
図16Aでは、線1111-1は、スイッチアセンブリ1250-1内のスイッチ1108と接続する。スイッチ1602の付加的セットが、サブシステム1000-1と1000-2との間の線1111-1上に含まれる。これらのスイッチ1602は、モータ1100-1および1100-2が、動作の間、接続解除されるように、開状態をデフォルトとする、SPSTスイッチ(電気機械的中継器またはSSRのいずれか)であることができる。スイッチ1602は、関連システム102の制御下で充電するために、閉鎖されることができる。制御線は、示されない。スイッチ1108は、SPDTスイッチであって、図14に関して説明される並列充電アプローチが、これらの実施形態を充電するために使用されることができる。In FIG. 16A, line 1111-1 connects with switch 1108 in switch assembly 1250-1. An additional set of switches 1602 is included on line 1111-1 between subsystems 1000-1 and 1000-2. These switches 1602 can be SPDT switches (either electromechanical relays or SSRs) that default to an open state so that motors 1100-1 and 1100-2 are disconnected during operation. Switches 1602 can be closed to charge under control of associated system 102. Control lines are not shown. Switches 1108 are SPDT switches and the parallel charging approach described with respect to FIG. 14 can be used to charge these embodiments.
図16Bは、モータ1100-1および1100-2が、第1の充電コネクタ1102-1からの多相充電のために構成され、モータ1100-3が、第2の充電コネクタ1102-2からの多相充電のために構成される、3モータトポロジ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、異なる多相充電電圧が、比較的に高電圧サブシステム1000-3が、より比較的に低い電圧サブシステム1000-1および1000-2より高い電圧充電信号を用いて、充電され得るように、各コネクタに印加されることができる。16B is a block diagram depicting another exemplary embodiment of a three-motor topology in which motors 1100-1 and 1100-2 are configured for multi-phase charging from a first charging connector 1102-1 and motor 1100-3 is configured for multi-phase charging from a second charging connector 1102-2. In this embodiment, different multi-phase charging voltages can be applied to each connector such that relatively high voltage subsystem 1000-3 can be charged using a higher voltage charging signal than the relatively lower voltage subsystems 1000-1 and 1000-2.
図16Cは、単一充電コネクタ1102が、使用され得、高電圧多相充電信号が、直接、線1604を経由して、サブシステム1000-3に通過され得、より低い電圧AC充電信号が、3相変圧器1610によって生産され、線1606を介して、サブシステム1000-1および1000-2にフィードされ得る、別の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 16C is a block diagram depicting another example embodiment in which a single charging connector 1102 may be used, a high voltage multi-phase charging signal may be passed directly to subsystem 1000-3 via lines 1604, and a lower voltage AC charging signal may be produced by a three-phase transformer 1610 and fed to subsystems 1000-1 and 1000-2 via lines 1606.
図16A-16Cの実施形態はそれぞれ、4モータシステム100として構成されることができる。図17は、それぞれ、関連付けられるサブシステム1000を伴う、4つのモータ1100を有する、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。本実施形態では、サブシステム1000-1は、3つのICモジュール108IC-1から108IC-3を有し、サブシステム1000-2は、3つのICモジュール108IC-4から108IC-6を有する。各モジュール108IC-1から108IC-3は、サブシステム1000-1のアレイ700およびサブシステム1000-3のアレイ700に接続するための2つのスイッチ部分604(図示せず)を有し、各モジュール108IC-4から108IC-6は、サブシステム1000-2のアレイ700およびサブシステム1000-4のアレイ700に接続するための2つのスイッチ部分604(図示せず)を有する。本実施形態は、サブシステム1000間および内の平衡を実施するように構成される、単一制御システム102(図示せず)の制御下で、実装されることができる。代替として、本4モータ実施形態は、各サブシステム内の相間平衡を実施するために、サブシステム1000あたり1つ(図16Aの実施形態のように)、2つ、または3つのICモジュール108ICとともに実装されることができる。サブシステム1000はそれぞれ、N個のモジュールを有するように示されるが、サブシステムあたりのモジュールの数は、異なることができる。2つのスイッチ1108が、モータ1100あたり使用される。Each of the embodiments of Figures 16A-16C can be configured as a four motor system 100. Figure 17 is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 having four motors 1100, each with an associated subsystem 100. In this embodiment, subsystem 1000-1 has three IC modules 108IC-1 through 108IC-3, and subsystem 1000-2 has three IC modules 108IC-4 through 108IC-6. Each module 108IC-1 through 108IC-3 has two switch portions 604 (not shown) for connecting to the arrays 700 of subsystem 1000-1 and the arrays 700 of subsystem 1000-3, and each module 108IC-4 through 108IC-6 has two switch portions 604 (not shown) for connecting to the arrays 700 of subsystem 1000-2 and the arrays 700 of subsystem 1000-4. This embodiment can be implemented under the control of a single control system 102 (not shown) configured to implement balancing between and within the subsystems 1000. Alternatively, this four-motor embodiment can be implemented with one (as in the embodiment of FIG. 16A), two, or three IC modules 108 IC per subsystem 1000 to implement phase-to-phase balancing within each subsystem. Although the subsystems 1000 are each shown as having N modules, the number of modules per subsystem can vary. Two switches 1108 are used per motor 1100.
本実施形態のための充電構成は、3モータ実施形態のものに類似するが、サブシステム1000-3と1000-4との間に位置する、スイッチ1602-2の付加的セットを伴う。これらのスイッチ1602-2は、開放位置をデフォルトとし、制御サブシステム102の制御下で、充電の間、閉鎖される、SPSTスイッチ(例えば、電気機械的中継器またはSSR)であることができる。The charging configuration for this embodiment is similar to that of the three motor embodiment, but with an additional set of switches 1602-2 located between subsystems 1000-3 and 1000-4. These switches 1602-2 can be SPST switches (e.g., electromechanical relays or SSRs) that default to an open position and are closed during charging under the control of the control subsystem 102.
図18A-18Bは、3相電力を6つのモータを有するEVに供給するように構成される、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。6モータ構成は、単一シャーシまたはともに移動可能に接続される複数のシャーシを有する、EVと併用されることができる。例えば、正面シャーシは、2つのモータを有し得、背面シャーシは、4つのモータを有し得る、または正面シャーシは、4つのモータを有し得、背面シャーシは、2つのモータを有し得る。ここで描写される電気構成を用いることで、モータ1100-1および1100-2は、前輪モータであって、モータ1100-3および1100-4は、中間車輪モータであって、モータ1100-5および1100-6は、後輪モータであることができる。代替として、モータ1100-1および1100-3は、前輪モータであることができ、モータ1100-2および1100-4は、中間車輪モータであることができ、モータ1100-5および1100-6は、後輪モータであることができる。18A-18B are block diagrams depicting an exemplary embodiment of system 100 configured to supply three-phase power to an EV having six motors. The six-motor configuration can be used with EVs having a single chassis or multiple chassis movably connected together. For example, the front chassis can have two motors and the rear chassis can have four motors, or the front chassis can have four motors and the rear chassis can have two motors. Using the electrical configuration depicted here, motors 1100-1 and 1100-2 can be front wheel motors, motors 1100-3 and 1100-4 can be mid-wheel motors, and motors 1100-5 and 1100-6 can be rear wheel motors. Alternatively, motors 1100-1 and 1100-3 can be front wheel motors, motors 1100-2 and 1100-4 can be mid-wheel motors, and motors 1100-5 and 1100-6 can be rear wheel motors.
本実施形態のための充電構成は、4モータ実施形態のものに類似するが、第3の線1111-3のセットが多相充電信号をモータ1100-5および1100-6に搬送するように、線1111に付加的分裂を伴う。付加的スイッチアセンブリ1250-3は、サブシステム1000-5と1000-6との間に位置する、2つの付加的スイッチ1602-3および1602-4のセットを有することができる。これらのスイッチ1602-3および1602-4は、開放位置をデフォルトとし、制御サブシステム102の制御下で、充電の間、閉鎖される、SPSTスイッチ(例えば、電気機械的中継器またはSSR)であることができる。スイッチ1602-3および1602-4は、システム1000-5をシステム1000-6から接続解除し、また、充電コネクタ1102および1202からの絶縁を提供することができる。充電コネクタ絶縁が、ルーティング回路網1200内に提供される場合、スイッチ1602-3および1602-4は、1つのスイッチのセットとして集結されることができる。The charging configuration for this embodiment is similar to that of the four motor embodiment, but with an additional split in the wires 1111, such that a third set of wires 1111-3 carries a polyphase charging signal to the motors 1100-5 and 1100-6. The additional switch assembly 1250-3 may have a set of two additional switches 1602-3 and 1602-4 located between the subsystems 1000-5 and 1000-6. These switches 1602-3 and 1602-4 may be SPST switches (e.g., electromechanical relays or SSRs) that default to an open position and are closed during charging under the control of the control subsystem 102. The switches 1602-3 and 1602-4 may disconnect the system 1000-5 from the system 1000-6 and also provide isolation from the charging connectors 1102 and 1202. If charging connector isolation is provided in routing network 1200, switches 1602-3 and 1602-4 may be aggregated as one switch set.
図16A-16C、17、および18の実施形態では、スイッチ1108は、代替として、本明細書に説明されるように、SPSTスイッチとして構成されることができ、図15A-15Kに関して説明される並列充電アプローチが、充電するために使用されることができる。線1111における分裂は、これらの実施形態に示されるように、ルーティング回路網1200の外側において、または図15B-15Dおよび15F-15Kの実施形態と同様に、ルーティング回路網1200内で生じ得る。図14-15Kの実施形態と同様に、図16A-16C、17、および18の実施形態は、多相充電のみ、単相充電のみ、DC充電のみ、全3つのタイプの充電、またはそれらの任意の組み合わせのために構成されることができる。アレイ700は、全3つのタイプの充電の間、並列に充電されることができる。In the embodiments of Figures 16A-16C, 17, and 18, switch 1108 can alternatively be configured as a SPST switch as described herein, and the parallel charging approach described with respect to Figures 15A-15K can be used to charge. The split in line 1111 can occur outside of routing circuitry 1200, as shown in these embodiments, or within routing circuitry 1200, as in the embodiments of Figures 15B-15D and 15F-15K. As with the embodiments of Figures 14-15K, the embodiments of Figures 16A-16C, 17, and 18 can be configured for only multi-phase charging, only single-phase charging, only DC charging, all three types of charging, or any combination thereof. The array 700 can be charged in parallel during all three types of charging.
システム100はまた、1つのみのモータに給電する構成において、アレイ700を並列に充電するように構成されることができる。図19A-19Bは、電力を6相モータ1900に供給するように構成される、6相システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。システム100は、6相PA、PB、PC、PA’、PB’、およびPC’のそれぞれに対応する、アレイ700を含む。3相充電コネクタ1102は、アレイ700-PAおよび700-PA’が並列に充電され得、アレイ700-PBおよび700-PB’が並列に充電され得、アレイ700-PCおよび700-PC’が並列に充電され得るように、システム100に接続される。コネクタ1102からの線は、第1の線1911のセットおよび第2の線1912のセットに分岐する。コネクタ1102のPA線は、線1911のうちの1つを介して、モータ1900のPAポートおよびアレイ700-PAのモジュール108-1のI/Oポート1に接続され、コネクタ1102のPA線は、線1912のうちの1つを介して、モータ1900のPA’ポートおよびアレイ700-PA’のモジュール108-1のI/Oポート1に接続される。コネクタ1102のPB線は、別の線1911を介して、モータ1900のPBポートおよびアレイ700-PBのモジュール108-1のI/Oポート1に接続され、コネクタ1102のPB線は、別の線1912を介して、モータ1900のPB’ポートおよびアレイ700-PB’のモジュール108-1のI/Oポート1に接続される。コネクタ1102のPC線は、別の線1911を介して、モータ1900のPCポートおよびアレイ700-PCのモジュール108-1のI/Oポート1に接続され、コネクタ1102のPC線は、最終線1912を介して、モータ1900のPC’ポートおよびアレイ700-PC’のモジュール108-1のI/Oポート1に接続される。System 100 can also be configured to charge arrays 700 in parallel in a configuration that powers only one motor. Figures 19A-19B are block diagrams depicting an exemplary embodiment of a six-phase system 100 configured to supply power to a six-phase motor 1900. System 100 includes arrays 700 corresponding to each of the six phases PA, PB, PC, PA', PB', and PC'. A three-phase charging connector 1102 is connected to system 100 such that arrays 700-PA and 700-PA' can be charged in parallel, arrays 700-PB and 700-PB' can be charged in parallel, and arrays 700-PC and 700-PC' can be charged in parallel. Lines from connector 1102 branch into a first set of lines 1911 and a second set of lines 1912. The PA line of the connector 1102 is connected via one of the lines 1911 to the PA port of the motor 1900 and to I/O port 1 of the module 108-1 of the array 700-PA, and the PA line of the connector 1102 is connected via one of the lines 1912 to the PA' port of the motor 1900 and to I/O port 1 of the module 108-1 of the array 700-PA'. The PB line of the connector 1102 is connected via another line 1911 to the PB port of the motor 1900 and to I/O port 1 of the module 108-1 of the array 700-PB, and the PB line of the connector 1102 is connected via another line 1912 to the PB' port of the motor 1900 and to I/O port 1 of the module 108-1 of the array 700-PB'. The PC line of connector 1102 is connected via another line 1911 to the PC port of motor 1900 and to I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PC, and the PC line of connector 1102 is connected via a final line 1912 to the PC' port of motor 1900 and to I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PC'.
スイッチ1908-1、1908-2、および1908-3は、直列に、線1912内で接続され、線1912によって行われる接続を選択的に接続および接続解除する。スイッチ1908は、好ましくは、システム100が放電状態にある間、モータ1900の動作のために、開放位置をデフォルトとする。システム100が、充電状態に入ると、スイッチ1908は、閉鎖され、モータ1900をバイパスし、並列において種々のアレイ700の充電を可能にする。スイッチ1908は、本明細書のいずれかの場所で説明されるように、電気機械的またはソリッドステートスイッチとして構成されることができる。代替として、6つのスイッチが、モータ1900の6つのポート(PA-PC’)のそれぞれに設置され、充電の間、モータ1900をバイパスすることができる。Switches 1908-1, 1908-2, and 1908-3 are connected in series in line 1912 to selectively connect and disconnect the connection made by line 1912. Switch 1908 preferably defaults to an open position for operation of motor 1900 while system 100 is in a discharging state. When system 100 enters a charging state, switch 1908 is closed, bypassing motor 1900 and allowing charging of the various arrays 700 in parallel. Switch 1908 can be configured as an electromechanical or solid state switch as described elsewhere herein. Alternatively, six switches can be installed at each of the six ports (PA-PC') of motor 1900 to bypass motor 1900 during charging.
図19Aの実施形態は、図11A-11Bに関して説明されるものに類似するが、各アレイ対が並列に充電される様式において、3相コネクタ1902を通して、3相充電信号を用いて、充電されることができる。電流は、本明細書に説明されるように、モジュール108ICを通してルーティングされ、モジュール108ICの源を充電するために使用されることができる。充電プロセスは、電圧が、依然として、補助負荷301および302に供給される間に生じ得る。電圧、電流、および/または位相は、本明細書に説明されるように、モニタデバイス1310によって測定されることができ、種々のモジュール108は、1の力率または1の閾値(例えば、1%、2%、5%)以内を標的とするように切り替えられることができる。The embodiment of Figure 19A is similar to that described with respect to Figures 11A-11B, but can be charged using a three-phase charging signal through a three-phase connector 1902 in a manner where each array pair is charged in parallel. Current can be routed through the modules 108 IC as described herein and used to charge the sources of the modules 108 IC. The charging process can occur while voltage is still being supplied to the auxiliary loads 301 and 302. The voltage, current, and/or phase can be measured by a monitor device 1310 as described herein, and the various modules 108 can be switched to target a power factor of unity or within a threshold of unity (e.g., 1%, 2%, 5%).
図19Bの実施形態は、図12C-12Dに関して説明されるように、ルーティング回路網1200を含み、3つのタイプの充電、すなわち、DC、単相AC、または3相ACを用いて、充電されることができる。例えば、図15C、15D、および15F-15Kに関して説明されるように、並列充電のための充電コネクタ絶縁を適用する、ルーティング回路網1200の構成は、同様に、6相モータを有する本実施形態において使用するために適合されることができる。スイッチ1908は、全3つのタイプの充電の間、閉鎖され、モータ1900に給電するために放電状態にある、システム100の通常動作の間、開放される。アレイ700は、再び、全3つのタイプの充電の間、並列に充電される。The embodiment of Figure 19B includes routing circuitry 1200 as described with respect to Figures 12C-12D and can be charged using three types of charging: DC, single-phase AC, or three-phase AC. For example, the configuration of routing circuitry 1200 that applies charge connector isolation for parallel charging as described with respect to Figures 15C, 15D, and 15F-15K can be adapted for use in this embodiment having a six-phase motor as well. Switch 1908 is closed during all three types of charging and is open during normal operation of system 100 in a discharging state to power motor 1900. Array 700 is again charged in parallel during all three types of charging.
モータを通してアレイを充電する例示的実施形態Exemplary embodiment for charging the array through the motor
システム100はまた、適応ルーティング回路網1200が必要とされないように、モータを通してアレイ700を充電するように構成されることができる。図20は、図11Aのものに類似するが、単一ユーザアクセス可能場所において、3相充電コネクタ1102と統合され得る、またはそこから別個かつEV上の異なる場所にあり得る、二重DCおよび単相AC充電コネクタ2002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。二重コネクタ2002は、ひいては、モータ1100の位相ポートに接続される、第1の線2004-1に接続され、これは、本実施形態では、PCおよびスイッチ1108-PCである。コネクタ2002は、システム100のシステム出力ポートSIO4に接続され得る、第2の線2004-2に接続される。本システム出力ポートSIO4は、アレイ700-PCに接続される、相互接続モジュール108IC-2のモジュール出力ポート2、またはICモジュールが存在しない場合、アレイ700-PCのモジュール108-Nの出力ポート2であることができる。コネクタ2002は、DC充電のために、正および負のDC導線に、または単相AC充電のために、AC線およびACニュートラル導線に接続されることができ、これは、本実施例では、それぞれ、線2004-1および2004-2に接続される。他の接続も、実装されることができる。System 100 can also be configured to charge array 700 through the motor so that adaptive routing circuitry 1200 is not needed. Figure 20 is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 similar to that of Figure 11A but with dual DC and single phase AC charging connectors 2002 that may be integrated with three phase charging connector 1102 in a single user accessible location or separate therefrom and in different locations on the EV. Dual connector 2002 is connected to a first wire 2004-1, which in turn is connected to a phase port of motor 1100, which in this embodiment is PC and switch 1108-PC. Connector 2002 is connected to a second wire 2004-2, which may be connected to system output port SIO4 of system 100. This system output port SIO4 can be module output port 2 of interconnect module 108IC-2, which is connected to array 700-PC, or output port 2 of module 108-N of array 700-PC if no IC module is present. Connector 2002 can be connected to positive and negative DC conductors for DC charging, or to AC line and AC neutral conductors for single phase AC charging, which in this example are connected to lines 2004-1 and 2004-2, respectively. Other connections can also be implemented.
DC充電は、1つ、2つ、または全3つのアレイ700が同時に充電されるように、実施されることができる。また、単相AC充電も、1つ、2つ、または全3つのアレイ700が同時に充電されるように、実施されることができる。DCおよびAC充電は、本明細書に説明されるように、モジュール108間の温度差を平衡することを求め、本明細書に説明されるように、全てのモジュール108を横断して平衡されたSOCに到達する、様式で実施されることができる。AC充電は、力率を1またはその近くに維持するように実施される。全ての場合において、測定可能電流が、モータコイルまたは巻線を通して通過し、フラックスが、発生される場合、システム100のセンサは、本電流を検出し、制御システム102は、全ての巻線を通した全てのフラックスの大きさおよび位相が、相互に相殺または中和され、または相互に実質的に相殺または中和され、フラックスにおける任意の変動が、閾値未満であって、モータを旋回させるために不十分であるように、各モジュール108の切替を制御するであろう。DC charging can be performed such that one, two, or all three arrays 700 are charged simultaneously. Single-phase AC charging can also be performed such that one, two, or all three arrays 700 are charged simultaneously. DC and AC charging can be performed in a manner that seeks to balance the temperature differences between the modules 108 as described herein and reaches a balanced SOC across all modules 108 as described herein. AC charging is performed to maintain a power factor at or near unity. In all cases, if a measurable current passes through the motor coils or windings and flux is generated, the sensors of the system 100 will detect this current and the control system 102 will control the switching of each module 108 such that the magnitude and phase of all fluxes through all windings cancel or neutralize each other, or substantially cancel or neutralize each other, and any fluctuations in flux are below a threshold and insufficient to turn the motor.
各アレイの直列DC充電Series DC charging of each array
アレイ700-PAを充電するために、スイッチ1108-PAは、位置1に設置され、アレイ700-PAをモータ1100に接続する。スイッチ1108-PBおよび1108-PCは、位置2に設置または保たれる。DC充電電圧の印加に応じて、電流は、コネクタ2002のDC+ポートに進入し、線2004-1を通して、モータ1100に通過し、それは、モータのPCおよびPA巻線を通して通過する。電流は、モータ1100から退出し、スイッチ1108-PAおよびモニタ回路網1110-PAを通して、アレイ700-PAを通して通過し、各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明される技法に従って、個別のコンバータ202を切り替えることによって、個々に充電されることができる。モジュール108IC-1および108IC-2のための充電電流は、スイッチ部分604-PAのS7、(図10Eに示されるように、並列における)モジュール108IC-1および108IC-2の充電源206を通して通過し、図10Eに示されるように、レール(IOポート6のノード)に沿って、または付加的スイッチ部分604のS7とS8との間に設置され得る、モジュールI/Oポート2を通して、モジュール108IC-2から退出することができる。電流は、次いで、コネクタ2002のDC/ポートを通して、システム100から退出する。To charge array 700-PA, switch 1108-PA is placed in position 1, connecting array 700-PA to motor 1100. Switches 1108-PB and 1108-PC are placed or held in position 2. In response to application of a DC charging voltage, current enters the DC+ port of connector 2002, passes through line 2004-1 to motor 1100, where it passes through the motor's PC and PA windings. Current exits motor 1100, passes through switch 1108-PA and monitor circuitry 1110-PA, through array 700-PA, and each module 108-1 through 108-N can be individually charged by switching individual converters 202 in accordance with the techniques described herein. Charging current for modules 108IC-1 and 108IC-2 passes through S7 of switch portion 604-PA, charging source 206 of modules 108IC-1 and 108IC-2 (in parallel as shown in FIG. 10E), and can exit module 108IC-2 through module I/O port 2, which may be placed along the rail (the IO port 6 node) or between S7 and S8 of additional switch portion 604 as shown in FIG. 10E. The current then exits system 100 through the DC/ port of connector 2002.
アレイ700-PBを充電するために、スイッチ1108-PBは、位置1に設置され、アレイ700-PBをモータ1100に接続する。スイッチ1108-PAおよび1108-PCは、位置2に設置または保たれる。電流は、コネクタ2002のDC+ポートから、線2004-1を通して、モータ1100に、次いで、モータのPCおよびPB巻線を通して通過する。電流は、次いで、スイッチ1108-PBおよびモニタ回路網1110-PBを通して、アレイ700-PBを通して通過し、各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明される技法に従って、個別のコンバータ202を切り替えることによって、個々に充電されることができる。モジュール108IC-1および108IC-2のための充電電流は、スイッチ部分604-PBのS7、(図10Eに示されるように、並列における)モジュール108IC-1および108IC-2の充電源206を通して通過し、モジュールI/Oポート2を通して、モジュール108IC-2から退出し、コネクタ2002のDC-ポートを通して、システム100から退出することができる。To charge array 700-PB, switch 1108-PB is placed in position 1, connecting array 700-PB to motor 1100. Switches 1108-PA and 1108-PC are placed or held in position 2. Current passes from the DC+ port of connector 2002, through line 2004-1, to motor 1100, and then through the motor's PC and PB windings. Current then passes through switch 1108-PB and monitor circuitry 1110-PB, through array 700-PB, and each module 108-1 through 108-N can be individually charged by switching individual converters 202 according to the techniques described herein. Charging current for modules 108IC-1 and 108IC-2 can pass through S7 of switch portion 604-PB, through charging sources 206 of modules 108IC-1 and 108IC-2 (in parallel as shown in FIG. 10E), exit module 108IC-2 through module I/O port 2, and exit system 100 through the DC- port of connector 2002.
アレイ700-PCを充電するために、スイッチ1108-PCは、位置1に設置され、アレイ700-PCを線2004-1に接続する。スイッチ1108-PAおよび1108-PBは、位置2に設置または保たれる。電流は、コネクタ2002のDC+ポートから、線2004-1を通して通過し、モータ1100をバイパスし、スイッチ1108-PCおよびモニタ回路網1110-PCを通して、アレイ700-PCを通して通過し、各モジュール108-1から108-Nは、本明細書に説明される技法に従って、個別のコンバータ202を切り替えることによって、個々に充電されることができる。モジュール108IC-1および108IC-2のための充電電流は、スイッチ部分604-PCのS7、(図10Eに示されるように、並列における)モジュール108IC-1および108IC-2の充電源206を通して通過し、モジュールI/Oポート2を通して、モジュール108IC-2から退出し、コネクタ2002のDC-ポートを通して、システム100から退出することができる。モジュール108ICの充電源206を停止するために、関連スイッチ部分604のS8が、アクティブ化され、電流を直接モジュール108IC-2のポート2に指向することができる。To charge array 700-PC, switch 1108-PC is placed in position 1, connecting array 700-PC to line 2004-1. Switches 1108-PA and 1108-PB are placed or held in position 2. Current passes from the DC+ port of connector 2002, through line 2004-1, bypassing motor 1100, through switch 1108-PC and monitor circuitry 1110-PC, through array 700-PC, and each module 108-1 through 108-N can be individually charged by switching individual converters 202 in accordance with the techniques described herein. Charging current for modules 108IC-1 and 108IC-2 can pass through S7 of switch portion 604-PC, through charging sources 206 of modules 108IC-1 and 108IC-2 (in parallel as shown in FIG. 10E), exit module 108IC-2 through module I/O port 2, and exit system 100 through the DC-port of connector 2002. To shut down charging source 206 of a module 108IC, S8 of the associated switch portion 604 can be activated to direct current directly to port 2 of module 108IC-2.
2つまたはそれを上回るアレイの並行DC充電Parallel DC Charging of Two or More Arrays
コネクタ2002に提供されるDC充電信号を用いて、並行して、アレイ700のうちの2つまたはそれを上回るものを充電するために、次いで、充電されるべきアレイ700に接続される、スイッチ1108は、位置1に設置または保たれ、充電されていない任意のアレイ700に接続される、スイッチ1108は、位置2に設置または保たれる。モジュール108ICの充電源206を停止するために、次いで、充電されたアレイ700の各スイッチ部分604のS8は、アクティブ化されることができる、または充電されているアレイ700のスイッチ部分604は、50-50デューティサイクルにおいて変調されることができる。充電されているアレイ700を通した電流は、モジュール108によって、モータ1100を通した相殺フラックスを維持し、また、モジュール(例えば、温度およびSOC)を平衡しながら、モジュールのエネルギー源206を充電するように調整される。To charge two or more of the arrays 700 in parallel using a DC charging signal provided to the connector 2002, the switch 1108 connected to the array 700 to be charged is then placed or held in position 1, and the switch 1108 connected to any array 700 not being charged is placed or held in position 2. To shut down the charging source 206 of the module 108 IC, S8 of each switch portion 604 of the charged array 700 can then be activated, or the switch portion 604 of the array 700 being charged can be modulated at a 50-50 duty cycle. The current through the array 700 being charged is regulated by the module 108 to maintain a countervailing flux through the motor 1100 and charge the module's energy source 206 while balancing the module (e.g., temperature and SOC).
全てのアレイの並行単相AC充電Parallel single-phase AC charging of all arrays
アレイ700の全てをコネクタ2002に提供される単相AC信号を用いて、並行して充電するために、次いで、スイッチ1108が、位置1に設置または保たれる。線2004-1からの電流は、モータ1100のPCおよびPA巻線を通して、アレイ700-PAに供給され、モータ1100のPCおよびPB巻線を通して、アレイ700-PBに供給され、直接線2004-1からアレイ700-PCに供給される(モータ1100をバイパスする)。電流は、次いで、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCおよびモジュール108IC-1および108-IC2のそれぞれを通して通過し、モジュール108IC-2のI/Oポート2を通して退出する。アレイ700を通した電流は、モジュール108によって、同相における全ての電流を用いて、巻線PAおよびPBを通した電流を巻線PCを通したものに等しくさせ、したがって、フラックスを中和すること等によって、モータ1100を通して相殺フラックスを維持するように調整される。モジュール108のエネルギー源206は、本明細書に説明される技法に従って、モジュール108の1つまたはそれを上回る動作特性(例えば、温度およびSOC)を平衡しながら、充電されることができる。Switch 1108 is then placed or held in position 1 to charge all of arrays 700 in parallel with the single phase AC signal provided to connector 2002. Current from line 2004-1 is supplied to array 700-PA through the PC and PA windings of motor 1100, to array 700-PB through the PC and PB windings of motor 1100, and directly from line 2004-1 to array 700-PC (bypassing motor 1100). The current then passes through arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC and each of modules 108IC-1 and 108-IC2, and exits through I/O port 2 of module 108IC-2. The current through array 700 is regulated by module 108 to maintain a canceling flux through motor 1100, such as by making the current through windings PA and PB equal that through winding PC with all currents in phase, thus neutralizing the flux. Energy source 206 of module 108 can be charged while balancing one or more operating characteristics (e.g., temperature and SOC) of module 108 according to the techniques described herein.
各アレイまたはアレイのサブセットの並行単相AC充電Parallel single-phase AC charging of each array or a subset of arrays
アレイ700の1つまたはサブセットをコネクタ2002に提供される単相AC信号を用いて、並行して充電するために、次いで、充電されているアレイ700に対応する、スイッチ1108が、位置1に設置または保たれ、他のスイッチは、位置2に設置または保たれる。線2004-1からの電流は、モータ1100の巻線を通して、充電されているアレイ700に供給されるか、またはアレイ700-PCが充電される場合、モータ1100を迂回するかのいずれかである。電流は、次いで、充電されているアレイ700およびモジュール108IC-1および108-IC2を通して通過し、モジュール108IC-2のI/Oポート2を通して退出する。充電されているアレイ700を通した電流は、モジュール108によって、モータ1100を通して相殺フラックスを維持するように調整され、これは、2つのみの巻線(PCおよびPAまたはPCおよびPB)が使用される場合、比較的に簡単である。モジュール108のエネルギー源206は、本明細書に説明される技法に従って、モジュール108の1つまたはそれを上回る動作特性(例えば、温度およびSOC)を平衡しながら、充電されることができる。To charge one or a subset of the arrays 700 in parallel with the single-phase AC signal provided to connector 2002, then the switch 1108 corresponding to the array 700 being charged is placed or held in position 1 and the other switch is placed or held in position 2. Current from line 2004-1 is either supplied to the array 700 being charged through the windings of the motor 1100, or bypasses the motor 1100 if array 700-PC is being charged. The current then passes through the array 700 being charged and modules 108IC-1 and 108-IC2, and exits through I/O port 2 of module 108IC-2. The current through the array 700 being charged is regulated by module 108 to maintain a canceling flux through the motor 1100, which is relatively simple when only two windings (PC and PA or PC and PB) are used. The energy source 206 of the module 108 can be charged while balancing one or more operating characteristics (eg, temperature and SOC) of the module 108 in accordance with the techniques described herein.
充電システム100の前述の実施形態では、モータ1100をバイパスするときと、モータ1100を通して充電するときとの両方で、スイッチ1108は、充電されている1つまたはそれを上回るアレイを通した電流流動を可能にし、充電されていない任意のアレイを通した電流流動を防止する、位置に切り替えられる。代替として、全てのスイッチ1108は、充電を可能にする、位置に設置されることができ、充電されていないアレイを通した電流流動は、そのアレイ700のモジュール108およびそのアレイ700に結合される任意のモジュール108ICを使用して、調整または防止されることができる。充電されていないアレイ700を通した一部の電流流動が、モータ内のフラックスを中和することを補助するために所望され得る。In the above-described embodiment of the charging system 100, both when bypassing the motor 1100 and when charging through the motor 1100, the switches 1108 are switched to a position that allows current flow through one or more arrays that are being charged and prevents current flow through any arrays that are not being charged. Alternatively, all of the switches 1108 can be placed in a position that allows charging, and current flow through an array that is not being charged can be regulated or prevented using the modules 108 of that array 700 and any module 108 ICs coupled to that array 700. Some current flow through an array 700 that is not being charged may be desired to help neutralize flux in the motor.
デルタおよび直列トポロジの充電Delta and Series Topology Charging
本明細書に説明される主題充電は、図7Dおよび7Eに関して説明されるものに類似する、モジュール108のデルタおよび直列配列を有する、トポロジと併用されることができる。図21Aは、図7Eのものに類似する、デルタおよび直列配列を伴うが、補助負荷301および302に供給する、相互接続モジュール108IC-1および108IC-2の追加を伴う、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。本実施形態は、コネクタ1102を通した3相充電、またはコネクタ2002を通したDCまたは単相AC充電のために構成される。3相充電は、直接、3相充電コネクタ1102から生じ得る。DCおよび単相AC充電に関して、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCは、線2104によって相互接続されるため、線2104-1からのDC+およびAC(L)電流は、直接、アレイ700-PCのモジュール108-1およびアレイ700-PBのモジュール108-(M+1)に入力され、そこからシステム100のモジュール108の残りに循環されることができる。DCおよび単相AC充電からの電流は、モジュール108IC-2および線2104-2を介して、退出することができる。The subject charging described herein can be used with topologies having delta and series arrangements of modules 108 similar to those described with respect to Figures 7D and 7E. Figure 21A is a block diagram depicting an example embodiment of system 100 with a delta and series arrangement similar to that of Figure 7E, but with the addition of interconnection modules 108IC-1 and 108IC-2 supplying auxiliary loads 301 and 302. This embodiment is configured for three-phase charging through connector 1102, or DC or single-phase AC charging through connector 2002. Three-phase charging can occur directly from the three-phase charging connector 1102. For DC and single phase AC charging, arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC are interconnected by lines 2104 so that DC+ and AC(L) current from line 2104-1 can be input directly to module 108-1 of array 700-PC and module 108-(M+1) of array 700-PB, and circulated from there to the rest of the modules 108 of system 100. Current from DC and single phase AC charging can exit via module 108IC-2 and line 2104-2.
図21Bは、図21Aのものと類似配列を有するが、二重充電コネクタ1202と3相充電線1111との間に結合される、ルーティング回路網1200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。本デルタおよび直列トポロジは、本明細書のいずれかの場所で説明されるように、3相、単相、またはDC充電源のいずれかを使用して、充電されることができる。21B is a block diagram depicting another example embodiment of system 100 having a similar arrangement to that of FIG. 21A but with routing circuitry 1200 coupled between dual charging connectors 1202 and three-phase charging line 1111. This delta and series topology can be charged using either a three-phase, single-phase, or DC charging source, as described elsewhere herein.
開放巻線負荷の充電Charging an Open Winding Load
本明細書に説明される充電の主題は、1つまたはそれを上回る開放巻線(またはコイル)負荷のために電力を提供する、複数のサブシステム1000を有する、トポロジと併用されることができる。図22は、開放巻線モータ2200に供給するためのサブシステム1000-1および1000-2を有する、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。サブシステム1000-1は、最初に、それぞれ、位相PA、PB、およびPCを有する、電力を、モータ2200の第1のポートに供給する、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCを含む。サブシステム1000-2は、最初に、それぞれ、位相PA’、PB’、およびPC’を有する、電力を、モータ2200の第2のポートに供給する、アレイ700-PA’、700-PB’、および700-PC’を含む。サブシステム1000-2はまた、負荷301および302の相間平衡および供給のために、モジュール108IC-1および108IC-2を含む。The charging subject matter described herein can be used with a topology having multiple subsystems 1000 providing power for one or more open winding (or coil) loads. FIG. 22 is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 having subsystems 1000-1 and 1000-2 for supplying an open winding motor 2200. Subsystem 1000-1 initially includes arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC, which supply power to a first port of motor 2200, having phases PA, PB, and PC, respectively. Subsystem 1000-2 initially includes arrays 700-PA', 700-PB', and 700-PC', which supply power to a second port of motor 2200, having phases PA', PB', and PC', respectively. Subsystem 1000-2 also includes modules 108IC-1 and 108IC-2 for phase-to-phase balancing and supply of loads 301 and 302.
3相充電コネクタ1102は、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCのモジュール108-1のI/Oポート1に結合される。スイッチ2208-1は、アレイ700-PAのモジュール108-1のI/Oポート1とアレイ700-PBのモジュール108-1のI/Oポート1との間に接続される。スイッチ2208-2は、アレイ700-PBのモジュール108-1のI/Oポート1とアレイ700-PCのモジュール108-1のI/Oポート1との間に接続される。3相充電コネクタ1102は、スイッチ2208-1および2208-2が開位置にあるとき、サブシステム1000-1および1000-2の両方を充電するための3相電力を供給するために使用されることができる。The three phase charging connector 1102 is coupled to I/O port 1 of module 108-1 of arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC. The switch 2208-1 is connected between I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PA and I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PB. The switch 2208-2 is connected between I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PB and I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PC. The three phase charging connector 1102 can be used to supply three phase power for charging both subsystems 1000-1 and 1000-2 when the switches 2208-1 and 2208-2 are in the open position.
二重DCおよび単相AC充電コネクタ2202は、アレイ700-PCのモジュール108-1のI/Oポート1に接続される、DC+またはAC(L)線2204-1と、モジュール108IC-2のI/Oポート2に接続される、DC-またはAC(N)線2204-2とを有する。二重充電コネクタ2202は、3相充電源が接続されず、スイッチ2208-1および2208-2が閉位置にあるとき、DCまたは単相AC充電のために使用されることができる。Dual DC and single phase AC charging connector 2202 has a DC+ or AC(L) line 2204-1 that is connected to I/O port 1 of module 108-1 of array 700-PC, and a DC- or AC(N) line 2204-2 that is connected to I/O port 2 of module 108IC-2. Dual charging connector 2202 can be used for DC or single phase AC charging when a three phase charging source is not connected and switches 2208-1 and 2208-2 are in the closed position.
本明細書に説明される他の実施形態と同様に、モニタ回路網1110の使用を用いて、充電は、制御システム102の制御下で実施され、相互に相殺し、モータが旋回しないように防止する、フラックスをモータ2200内に維持する。充電はまた、システム100の各モジュール108の1つまたはそれを上回る動作特性(例えば、SOCまたは温度)の平衡条件を標的とする、様式で実施される。3相充電に関して、電流は、正である充電源からの1つまたは2つの信号から充電源の残りの負の信号に通過するであろう。例えば、位相PAが、正であって、位相PBおよびPCが、負である場合、電流は、アレイ700-PAを通して、次いで、モータ2200のPA-PA’巻線を通して、次いで、アレイ700-PA’およびモジュール108IC-1を通して通過するであろう。そこから、電流は、2つの経路のうちの1つを通して戻るように、アレイ700-PB’、巻線PB-PB’、およびアレイ700-PBを通して、またはモジュール108IC-2、アレイ700-PC’、巻線PC-PC’、およびアレイ700-PCを通してのいずれかにおいて、次いで、コネクタ1102を通して外に通過することができる。電流が、サブシステム1000の各アレイ700を通して通過するにつれて、電流の方向にかかわらず、各モジュール108は、本明細書に説明される技法に従って、選択的に充電されることができる。単相ACおよびDC充電は、3つの電流経路のそれぞれに沿って、並列に実施されることができ、各モジュール108は、必要に応じて、平衡された方式において充電するように切り替わり、3つの電流経路は、(1)アレイ700-PA、巻線PA-PA’、アレイ700-PA’、およびモジュール108IC-1と、(2)アレイ700-PB、巻線PB-PB’、アレイ700-PB’、およびモジュール108IC-1と、(3)アレイ700-PC、巻線PC-PC’、アレイ700-PC’、およびモジュール108IC-2とである。As with other embodiments described herein, with the use of monitor circuitry 1110, charging is performed under the control of control system 102 to maintain fluxes in motor 2200 that cancel each other out and prevent the motor from spinning. Charging is also performed in a manner that targets an equilibrium condition of one or more operating characteristics (e.g., SOC or temperature) of each module 108 of system 100. For three-phase charging, current will pass from one or two signals from the charging source that are positive to the remaining negative signal of the charging source. For example, if phase PA is positive and phases PB and PC are negative, current will pass through array 700-PA, then through the PA-PA' windings of motor 2200, then through array 700-PA' and module 108IC-1. From there, the current can pass back through one of two paths, either through array 700-PB', winding PB-PB', and array 700-PB, or through module 108IC-2, array 700-PC', winding PC-PC', and array 700-PC, and then out through connector 1102. As current passes through each array 700 of subsystem 1000, regardless of the direction of the current, each module 108 can be selectively charged according to the techniques described herein. Single phase AC and DC charging can be performed in parallel along each of the three current paths, with each module 108 switching as needed to charge in a balanced manner; the three current paths are: (1) array 700-PA, windings PA-PA', array 700-PA', and module 108IC-1; (2) array 700-PB, windings PB-PB', array 700-PB', and module 108IC-1; and (3) array 700-PC, windings PC-PC', array 700-PC', and module 108IC-2.
充電器の例示的実施形態Exemplary embodiments of the charger
システム100はまた、電気車両または他の負荷を充電するための充電源150として使用されることができる。図23Aは、充電ステーション150内のバッファとして構成される、システム100の第1の事例(本明細書では、システム100-1と称される)の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。システム100-1は、外部電力提供業者または地域の電力系統からのエネルギーを用いて、充電され、次いで、充電ケーブル2302を使用して、EV2300を高速充電することができる。EVは、従来のバッテリパックを有することができる、またはシステム100の第2の事例(本明細書では、システム100-2と称される)とともに構成される、バッテリパックを有することができる。EV2300の高速充電は、システム100-1および100-2の構成に応じて、DC充電信号、単相AC充電信号、または多相AC充電信号を用いて、実施されることができる。電力系統からの充電は、ケーブル2302を経由して実施される、より比較的に高い電圧およびより高速の充電率より比較的に低い電圧およびより低速の率で生じ得る。さらに、バッファシステム100-1は、1つまたはそれを上回るEV2300を高速充電しながら、継続的に充電されてもよい。バッファシステム100-1内の源206のサイズに応じて、システム100-1は、電力系統からの再充電を要求する前に多数のEVを充電するための容量を有してもよい。他の実施形態では、充電ステーション150は、電力系統接続が省略され得るように、太陽パネルのアレイ、風力、または他の再生可能源等の再生可能エネルギー源に結合されることができる。System 100 can also be used as a charging source 150 for charging electric vehicles or other loads. FIG. 23A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of a first instance of system 100 (referred to herein as system 100-1) configured as a buffer in charging station 150. System 100-1 can be charged using energy from an external power provider or a local power grid, and then fast charge EV 2300 using charging cable 2302. The EV can have a conventional battery pack or can have a battery pack configured with a second instance of system 100 (referred to herein as system 100-2). Fast charging of EV 2300 can be implemented using a DC charging signal, a single-phase AC charging signal, or a poly-phase AC charging signal, depending on the configuration of systems 100-1 and 100-2. Charging from the power grid can occur at a relatively lower voltage and slower rate than the relatively higher voltage and faster charging rate implemented via cable 2302. Additionally, the buffer system 100-1 may be continuously charged while fast charging one or more EVs 2300. Depending on the size of the sources 206 in the buffer system 100-1, the system 100-1 may have the capacity to charge multiple EVs before requiring recharging from the utility grid. In other embodiments, the charging station 150 can be coupled to a renewable energy source, such as an array of solar panels, wind, or other renewable sources, such that a utility grid connection may be omitted.
図23Bは、図23Aのものに類似する例示的実施形態を描写する、概略図であって、システム100-1の3相構成は、充電源150内のエネルギー貯蔵バッファとして使用される。本実施形態では、充電源150は、高電圧3相充電信号を、システム100-2を有するバッテリパックとともに構成される、第1のEV2300に提供し、また、高電圧DC充電信号を、モジュール型スイッチ能力を伴わない、従来のバッテリパックを有する、第2のEV2350に提供するように構成される。システム100-1は、変圧器2362および誘導インターフェース回路網2364を用いて、3相電力系統2360に接続される、アレイ700-PA、700-PB、および700-PCを有する、3相システムである。システム100-1はまた、AC/DCコンバータと、充電回路2366とを含む。システム100-1は、インターフェース回路網2364と、誘導インターフェース回路網2365と、充電ケーブル2370とを用いて、3相電力をEV2300に出力することができ、インターフェース回路網2364と、誘導インターフェース回路網2367と、3相電力をDC充電ケーブル2372を経由して出力するDC信号に変換する、充電回路2366内のAC/DCコンバータとを用いて、3相電力をEV2350に出力することができる。23B is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment similar to that of FIG. 23A, where the three-phase configuration of system 100-1 is used as an energy storage buffer in charging source 150. In this embodiment, charging source 150 is configured to provide a high-voltage three-phase charging signal to a first EV 2300 configured with a battery pack having system 100-2, and also to provide a high-voltage DC charging signal to a second EV 2350 having a conventional battery pack without modular switch capability. System 100-1 is a three-phase system with arrays 700-PA, 700-PB, and 700-PC connected to a three-phase power system 2360 using transformer 2362 and inductive interface network 2364. System 100-1 also includes an AC/DC converter and charging circuit 2366. System 100-1 can output three phase power to EV 2300 using interface circuitry 2364, inductive interface circuitry 2365, and charging cable 2370, and can output three phase power to EV 2350 using interface circuitry 2364, inductive interface circuitry 2367, and an AC/DC converter in charging circuit 2366 that converts the three phase power to a DC signal that is output via DC charging cable 2372.
本実施形態では、システム100-1は、電力系統2360から低速充電され、多相ACまたはDCアプローチのいずれかを使用して、EV2300および2350の高速充電において使用するために、エネルギーを種々のモジュール108の源内に貯蔵することができる。充電源150は、PWMおよび本明細書に説明される他の制御技法に従って、システム100-1のアレイ700によって生産された出力電圧を調整することによって、異なる車両(例えば、低電圧および高電圧車両)のための出力電圧を調整することができる。高電圧充電は、EVが、例えば、システムおよびEV構成に基づいて、2C~12Cおよびより高いものを受信するように定格されるほど高くあり得る、高Cレートで実施されることができる。充電ステーション150はまた、例えば、EV2300または充電ステーション150内へのルーティング回路網1200の設置によって、または代替として、変圧器の使用によって、高電圧単相またはDC充電のために構成されることができる。In this embodiment, the system 100-1 can be slow charged from the power grid 2360 and store energy in the various module 108 sources for use in fast charging the EVs 2300 and 2350 using either a polyphase AC or DC approach. The charging source 150 can adjust the output voltage for different vehicles (e.g., low voltage and high voltage vehicles) by adjusting the output voltage produced by the array 700 of the system 100-1 according to PWM and other control techniques described herein. High voltage charging can be performed at high C rates, which can be as high as the EVs are rated to receive, for example, 2C to 12C and higher, based on the system and EV configuration. The charging station 150 can also be configured for high voltage single phase or DC charging, for example, by installation of the routing circuitry 1200 in the EV 2300 or charging station 150, or alternatively, by use of a transformer.
充電源150は、電流を投入し、AC/DCコンバータおよび充電回路2366によって発生された高調波成分を相殺するように構成されることができる。回路2366によって、またはEV2300および2350の充電の他の側面によって発生された高調波は、モニタ回路網2380によって検出されることができ、これは、電力系統2360からおよびそこに通過する信号の電流、電圧、および/または位相を測定するように構成されることができる。システム100-1の制御システム102(図示せず)は、高調波を検出し、システム100-1のモジュール108に、高調波と対向極性であるが、高調波と同相である、補償電流を生産させ、電力系統2360の中への高調波の再指向を相殺させることができる。システム100-1の本アクティブフィルタリング能力は、回路2366が、ダイオードのようなより高い高調波成分とともに伴う実装されることを可能にすることができ、これは、IGBT等の低高調波成分とともに実装される類似回路と比較して、回路2366のコストを大幅に低減させる。Charging source 150 can be configured to inject current to cancel harmonic components generated by AC/DC converter and charging circuit 2366. Harmonics generated by circuit 2366 or by other aspects of the charging of EVs 2300 and 2350 can be detected by monitor circuitry 2380, which can be configured to measure the current, voltage, and/or phase of signals passing from and to power grid 2360. Control system 102 (not shown) of system 100-1 can detect the harmonics and cause modules 108 of system 100-1 to produce compensating currents of opposite polarity to the harmonics but in phase with the harmonics to cancel the redirection of the harmonics into power grid 2360. This active filtering capability of system 100-1 can allow circuit 2366 to be implemented with higher harmonic content such as diodes, which significantly reduces the cost of circuit 2366 compared to similar circuits implemented with lower harmonic content such as IGBTs.
物理的および電気システムレイアウトの例示的実施形態Exemplary Physical and Electrical System Layout Embodiments
システム100のモジュール性質は、EVシャーシ内の物理的レイアウトおよび配向におけるより優れた柔軟性を可能にする。水平平面におけるモジュール寸法およびアスペクト比は、主として、その中に含有される1つまたはそれを上回るエネルギー源206の体積によって左右され、支持回路網は、はるかに小さく、1つまたはそれを上回る源206のために、筐体220の上方または下方に位置することが可能である(例えば、図2C参照)。図24-28Cは、システム100の種々の構成のためのレイアウトの例示的実施形態を描写する、概略図である。これらの図に関する電気接続は、詳細に示されず、したがって、本明細書のいずれかの場所で完全に解説され、ここでは、代わりに、強調が、物理的配列上に置かれる。The modular nature of the system 100 allows for greater flexibility in physical layout and orientation within an EV chassis. The module dimensions and aspect ratio in the horizontal plane are dictated primarily by the volume of the one or more energy sources 206 contained therein; the support circuitry is much smaller and can be located above or below the housing 220 for the one or more sources 206 (see, e.g., FIG. 2C). FIGS. 24-28C are schematic diagrams depicting example embodiments of layouts for various configurations of the system 100. The electrical connections on these figures are not shown in detail and are therefore fully explained elsewhere herein, with the emphasis here instead being placed on the physical arrangement.
図24は、EVシャーシの基部における内部領域180内のシステム100の配列2400を描写し、システム100は、3つのアレイ内に構成され、3相電力をモータ1100に供給する。ここでは、10段のモジュール108が各アレイ内に存在する。位相PAアレイ内のモジュール108は、モジュール1A-10Aであって、位相PBアレイ内のモジュール108は、モジュール1B-10Bであって、位相PCアレイ内のモジュール108は、モジュール1C-10Cである。システム100はまた、図10Fのものに類似する配列で構成される、モジュールIC1、IC2、およびICAUXを含み、モジュールICAUXは、補助役割において構成される。EVの水平平面では、各モジュール108は、略矩形プロファイルを有し、より短い寸法は、軸2401に沿って配向され、より長い寸法は、軸2402に沿って配向される。各アレイのモジュール108-2から108-10は、列内に整合され、各列は、軸2401と平行である。各段2-10のモジュール108は、行内に整合され、各行は、軸2402と平行である。モジュール108-1A、1B、1Cは、2つの行を占有する、交互構成で配列され、モジュール108-1Aおよび108-1Cは、相互に隣接し、モジュール108-1Aは、PAおよびPBアレイのための列に重複し、モジュール108-1Cは、PBおよびPCアレイのための列に重複する。モジュール108-1Bは、概して、位相PBのための列内に整合されるが、モジュール108-1Bとモジュール108-2Bとの間に介在される、モジュール108-1Aおよび108-1Cを有する。類似構成が、モジュール108ICのための領域180の対向端上に存在する。交互性および行を伴う、本構成は、最大量の電圧搬送容量が領域180内にコンパクトに分散されることを可能にし、これは、本実施例では、各端部181および182においてテーパ状になる、8辺構成を有し、エネルギーシステム100の設置のために利用可能なEVシャーシ内の空間を指す。システム100のためのバッテリパックエンクロージャは、水平平面における領域180と同一形状および寸法を有することができる。配列2400は、本明細書に説明される単一モータ実施形態のいずれかに従って、充電を実施するように構成されることができ、スイッチ1108と、スイッチアセンブリ1250と、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。FIG. 24 depicts an arrangement 2400 of systems 100 within interior region 180 at the base of an EV chassis, with systems 100 configured in three arrays to provide three-phase power to motor 1100. Here, there are ten stages of modules 108 in each array. The modules 108 in the phase PA array are modules 1A-10A, the modules 108 in the phase PB array are modules 1B-10B, and the modules 108 in the phase PC array are modules 1C-10C. System 100 also includes modules IC1, IC2, and ICAUX, arranged in an arrangement similar to that of FIG. 10F, with module ICAUX configured in an auxiliary role. In the horizontal plane of the EV, each module 108 has a generally rectangular profile, with the shorter dimension oriented along axis 2401 and the longer dimension oriented along axis 2402. The modules 108-2 through 108-10 of each array are aligned in columns, with each column parallel to axis 2401. The modules 108 of each stage 2-10 are aligned in rows, with each row parallel to axis 2402. Modules 108-1A, 1B, 1C are arranged in an alternating configuration occupying two rows, with modules 108-1A and 108-1C adjacent to one another, with module 108-1A overlapping a column for the PA and PB arrays, and module 108-1C overlapping a column for the PB and PC arrays. Module 108-1B is generally aligned in a column for phase PB, but with modules 108-1A and 108-1C interposed between module 108-1B and module 108-2B. A similar configuration exists on the opposite end of area 180 for module 108IC. This configuration, with its alternation and rows, allows the maximum amount of voltage carrying capacity to be compactly distributed within area 180, which in this example has an eight-sided configuration tapered at each end 181 and 182, and refers to the space within the EV chassis available for installation of energy system 100. The battery pack enclosure for system 100 can have the same shape and dimensions as area 180 in the horizontal plane. Array 2400 can be configured to implement charging according to any of the single motor embodiments described herein and can include switch 1108, switch assembly 1250, charging connector, and routing circuitry 1200.
図25Aは、それぞれ、モータ1100-1および1100-2のための3相電力(PA-PCおよびPD-PF)を供給するように構成される、2つのサブシステム1000-1および1000-2とともに構成される、システム100の別の例示的実施形態の配列2500を描写する。本実施例では、各サブシステム1000は、5段(行)のモジュール108を含む。モジュール108は、再び、同一方式で配向され、各モジュールのより長い寸法は、軸2402に沿って配向され、より短い寸法は、軸2401に沿って整合される。ICモジュール108ICの行は、2つのサブシステム1000の間に位置付けられ、これは、対称的に対向方式で配列される。本実施形態の電気接続は、本明細書に説明される実施形態に従って変動し得る。ここでは、ICモジュールは、図15A、15B、および15Eのものに類似する方式で接続されて示される。各サブシステム1000は、2つのモータ1100の要件に基づいて、異なる電圧を供給するように構成されることができる。サブシステム1000が正面および後面配列に配向されるように、モータ1100-1は、正面2つの車輪のための電力をEVの駆動列に提供することができる一方、モータ1100-2は、背面2つの車輪のための電力を駆動列に提供することができる。配列2500は、本明細書に説明される2モータ実施形態のいずれかに従って、充電を実施するように構成されることができ、スイッチ1108と、1つまたはそれを上回るスイッチアセンブリ1250と、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。FIG. 25A depicts an arrangement 2500 of another exemplary embodiment of system 100 configured with two subsystems 1000-1 and 1000-2 configured to supply three-phase power (PA-PC and PD-PF) for motors 1100-1 and 1100-2, respectively. In this example, each subsystem 1000 includes five rows of modules 108. The modules 108 are again oriented in the same manner, with the longer dimension of each module oriented along axis 2402 and the shorter dimension aligned along axis 2401. A row of IC modules 108 IC are positioned between the two subsystems 1000, which are arranged in a symmetrical opposed manner. The electrical connections of this embodiment may vary according to embodiments described herein. Here, the IC modules are shown connected in a manner similar to that of FIGS. 15A, 15B, and 15E. Each subsystem 1000 can be configured to supply different voltages based on the requirements of the two motors 1100. With subsystem 1000 oriented in a front and rear arrangement, motor 1100-1 can provide power to the drive train of the EV for the two front wheels, while motor 1100-2 can provide power to the drive train for the two rear wheels. Arrangement 2500 can be configured to implement charging according to any of the two-motor embodiments described herein and can include switch 1108, one or more switch assemblies 1250, a charging connector, and routing circuitry 1200.
図25Bは、それぞれ、モータ1100-1および1100-2のための3相電力を供給するように構成される、2つのサブシステム1000-1および1000-2とともに構成される、システム100の別の例示的実施形態の配列2550を描写する。本実施例では、各サブシステム1000は、再び、5段(行)のモジュール108を含むが、サブシステム1000は、左側および右側配列で配向され、モジュール108は、代わりに、より長い寸法が軸2401に沿って、より短い寸法が軸2402に沿って配向される。交互ICモジュール108ICの行が、端部181に存在し、それらの配向は、モジュール108ICのより長い寸法が軸2402に沿ってあり、モジュール108のより短い寸法が軸2401に沿ってあるように、逆転される。本実施形態の全てのモジュール108間の電気接続は、本明細書に説明される実施形態に従って変動し得る。本実施形態では、サブシステム1000は、軸2402に沿って並置して位置付けられるため、サブシステムは、好ましくは、同一または類似電圧構成を有する。各車輪は、専用モータ1100を有するため、それらのモータ1100に供給される電圧は、配列2500のものを比較的に大きくあることができる。モータ1100-1および1100-2は、前輪または後輪に給電することができる。スイッチアセンブリ1250は、端部182に位置付けられ、サブシステム1000とモータ1100との間に電気的に接続される。アセンブリ1250は、図14、15A、15B、および15Eに関して説明されるように、モータ1100(アセンブリ1250-1および1250-2の組み合わせ)の両方のためのスイッチ1108を含むことができる。配列2550は、本明細書に説明される2モータ実施形態のいずれかに従って、充電を実施するように構成されることができ、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。25B depicts an arrangement 2550 of another exemplary embodiment of system 100 configured with two subsystems 1000-1 and 1000-2 configured to provide three-phase power for motors 1100-1 and 1100-2, respectively. In this example, each subsystem 1000 again includes five rows of modules 108, but the subsystems 1000 are oriented in a left-right arrangement, with the modules 108 instead oriented with their longer dimension along axis 2401 and their shorter dimension along axis 2402. A row of alternating IC modules 108 ICs are present at end 181, and their orientation is reversed such that the longer dimension of the modules 108 ICs is along axis 2402 and the shorter dimension of the modules 108 ICs is along axis 2401. The electrical connections between all of the modules 108 in this embodiment may vary according to embodiments described herein. In this embodiment, because the subsystems 1000 are positioned side-by-side along the axis 2402, the subsystems preferably have the same or similar voltage configuration. Because each wheel has a dedicated motor 1100, the voltages supplied to those motors 1100 can be relatively greater than that of the array 2500. The motors 1100-1 and 1100-2 can power the front or rear wheels. The switch assembly 1250 is positioned at the end 182 and is electrically connected between the subsystem 1000 and the motors 1100. The assembly 1250 can include switches 1108 for both motors 1100 (combined assemblies 1250-1 and 1250-2), as described with respect to FIGS. 14, 15A, 15B, and 15E. The array 2550 can be configured to implement charging according to any of the two-motor embodiments described herein and can include a charging connector and routing circuitry 1200.
図26は、それぞれ、モータ1100-1、1100-2、および1100-3のための3相電力を供給するように構成される、3つのサブシステム1000-1、1000-2、および1000-3とともに構成される、システム100の別の例示的実施形態の配列2600を描写する。モータ1100-1および1100-2はそれぞれ、EVの別個の車輪専用であって、モータ1100-3は、2つの車輪のための駆動列専用である。モータ1100-1および1100-2は、前輪に給電することができ、モータ1100-3は、後輪に給電することができる、またはその逆である。本実施例では、サブシステム1000-1および1000-2はそれぞれ、3段を含み、並置(左および右)関係で配列され、各アレイは、軸2402に沿って、行内に整合され、各段は、軸2401に沿って、列内に整合される。軸2401に沿って整合され、サブシステム1000-1と1000-2との間に位置する、列は、全3つのサブシステム1000を相互接続する、3つのICモジュール108ICを含む。サブシステム1000-1および1000-2のモジュール108が、モジュール108ICに加え、配向され、各モジュールのより長い寸法は、軸2401に沿って整合され、より短い寸法は、軸2402に沿って整合される。サブシステム1000-3は、8段のモジュール108を含み、各アレイは、列内に整合され、段2-8は、行内に整合され、サブシステム1000-1および1000-2の配向と対照的に、各モジュールのより長い寸法は、軸2402に沿って配向され、より短い寸法は、軸2401に沿って整合される。サブシステム1000-3のモジュール108の第1の段は、端部182において、交互方式で配列される。本実施形態では、サブシステム1000-3によって提供される電力は、サブシステム1000-1またはサブシステム1000-2によって提供される電力を上回ることができる。本実施形態の全てのモジュール108の間の電気接続は、本明細書に説明される実施形態に従って変動し得る。配列2600は、本明細書に説明される3モータ実施形態のいずれかに従って、充電を実施するように構成されることができ、スイッチ1108と、スイッチアセンブリ1250と、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。26 depicts an arrangement 2600 of another exemplary embodiment of system 100 configured with three subsystems 1000-1, 1000-2, and 1000-3 configured to provide three-phase power for motors 1100-1, 1100-2, and 1100-3, respectively. Motors 1100-1 and 1100-2 are each dedicated to a separate wheel of the EV, and motor 1100-3 is dedicated to the drive train for two wheels. Motors 1100-1 and 1100-2 may power the front wheels and motor 1100-3 may power the rear wheels, or vice versa. In this example, subsystems 1000-1 and 1000-2 each include three stages and are arranged in a side-by-side (left and right) relationship, with each array aligned in a row along axis 2402 and each stage aligned in a column along axis 2401. A row aligned along axis 2401 and located between subsystems 1000-1 and 1000-2 includes three IC modules 108IC interconnecting all three subsystems 1000. The modules 108 of subsystems 1000-1 and 1000-2 are oriented in addition to the modules 108IC such that the longer dimension of each module is aligned along axis 2401 and the shorter dimension is aligned along axis 2402. Subsystem 1000-3 includes eight rows of modules 108, with each array aligned in a column and rows 2-8 aligned in rows, and in contrast to the orientation of subsystems 1000-1 and 1000-2, the longer dimension of each module is aligned along axis 2402 and the shorter dimension is aligned along axis 2401. The first row of modules 108 of subsystem 1000-3 is arranged in an alternating fashion at end 182. In this embodiment, the power provided by subsystem 1000-3 can exceed the power provided by subsystem 1000-1 or subsystem 1000-2. The electrical connections between all of the modules 108 in this embodiment can vary according to the embodiments described herein. The arrangement 2600 can be configured to implement charging according to any of the three-motor embodiments described herein and can include the switch 1108, the switch assembly 1250, the charging connector, and the routing circuitry 1200.
図27A-27Bは、それぞれ、モータ1100-1、1100-2、1100-3、および1100-4のための3相電力を供給するように構成される、4つのサブシステム1000-1、1000-2、1000-3、および1000-4とともに構成される、それぞれ、システム100の例示的実施形態の配列2700および2750を描写する。モータ1100はそれぞれ、EVの別個の車輪専用である。各サブシステム1000は、3段のモジュール108を含み、全てまたは大部分の段は、軸2401に沿って、列内に整合され、各アレイは、軸2402に沿って、行内に整合される。全てのモジュール108は、各モジュールのより長い寸法が軸2401に沿って整合され、より短い寸法が軸2402に沿って整合されるように配向される。本実施形態では、各サブシステム1000は、その個別のモータ1100のために同一電圧を発生させるように構成されるが、他の実施形態では、種々のサブシステム1000によって生産された電圧は、異なることができる。本実施形態の全てのモジュール108の間の電気接続は、本明細書に説明される実施形態に従って変動し得る。モジュール108ICは、例えば、図17に関して説明されるように、4つのサブシステム1000を相互接続する。アセンブリ1250-1および1250-2は、図17の実施形態および本明細書に説明される並列充電の主題と同様に構成されることができる。配列2700は、本明細書に説明される3モータ実施形態のいずれかに従って、充電するように構成されることができ、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。27A-27B depict arrays 2700 and 2750 of an exemplary embodiment of system 100 configured with four subsystems 1000-1, 1000-2, 1000-3, and 1000-4, respectively, configured to provide three-phase power for motors 1100-1, 1100-2, 1100-3, and 1100-4, respectively. Each motor 1100 is dedicated to a separate wheel of the EV. Each subsystem 1000 includes three stages of modules 108, with all or most of the stages aligned in columns along axis 2401, and each array aligned in rows along axis 2402. All of the modules 108 are oriented such that the longer dimension of each module is aligned along axis 2401 and the shorter dimension is aligned along axis 2402. In this embodiment, each subsystem 1000 is configured to generate the same voltage for its respective motor 1100, although in other embodiments the voltages produced by the various subsystems 1000 can be different. The electrical connections between all of the modules 108 in this embodiment can vary according to the embodiments described herein. The module 108 IC interconnects the four subsystems 1000, for example, as described with respect to FIG. 17. The assemblies 1250-1 and 1250-2 can be configured similar to the embodiment of FIG. 17 and the parallel charging subject matter described herein. The arrangement 2700 can be configured to charge according to any of the three motor embodiments described herein and can include a charging connector and routing circuitry 1200.
配列2700では、ICモジュールの列は、軸2401に沿って配向され、中心に位置し、サブシステム1000-1および1000-3は、左側にあって、サブシステム1000-2および1000-4は、右側にある。配列2750では、領域180は、両端181および182において、柱状形状にテーパ状になる。サブシステム1000-2のPCアレイは、端部181において、本柱状領域内に位置し、サブシステム1000-3(対角線上に対向するサブシステム)のPAアレイは、モジュール108IC-6とともに、端部182の柱状領域内に位置する。図27A-27Bの実施形態の代替として、大部分または全ての段は、軸2402に沿って、行内に整合されることができ、大部分または全てのアレイは、軸2401に沿って、列内に整合されることができ、モジュール108ICは、ここに示されるように、または軸2403に沿って行として、整合されることができる。In array 2700, the column of IC modules is oriented along axis 2401 and is located in the center, with subsystems 1000-1 and 1000-3 on the left and subsystems 1000-2 and 1000-4 on the right. In array 2750, region 180 tapers into a columnar shape at both ends 181 and 182. The PC array of subsystem 1000-2 is located in this columnar region at end 181, and the PA array of subsystem 1000-3 (the diagonally opposite subsystem) is located in the columnar region at end 182, along with module 108IC-6. As an alternative to the embodiment of Figures 27A-27B, most or all of the columns can be aligned in rows along axis 2402 and most or all of the arrays can be aligned in columns along axis 2401, and modules 108IC can be aligned as shown here or as rows along axis 2403.
図28A-28Cは、それぞれ、モータ1100-1から1100-6のための3相電力を供給するように構成される、6つのサブシステム1000-1から1000-6とともに構成される、それぞれ、システム100の例示的実施形態の配列2800、2820、および2850を描写する。モータ1100はそれぞれ、EVの別個の車輪専用である。これらの実施形態では、EVは、第1のエネルギーシステム領域180を有する、第1のシャーシと、第2のエネルギーシステム領域280を有する、第2のシャーシとを含む。2つのシャーシは、機械的および電気接続2801において、相互に対して移動可能である。EVは、第1のシャーシが正面にあって、第2のシャーシが背面にある、またはその逆であるように構成されることができる。これらの6車輪構成は、大人数の人々、または大量の積荷、または大負荷等を搬送するように設計される、より大きいEVのために好適である。図28A-28Cに関して説明される主題は、2つまたはそれを上回るシャーシと、7つまたはそれを上回るモータとを有する、さらにより大きい車両に拡張されることができる。全てのモジュール108の間の電気接続は、本明細書に説明される実施形態に従って変動し得る。種々のアセンブリ1250は、図18A-18Bの実施形態および本明細書に説明される並列充電の主題と同様に、構成されることができる。モジュール108ICは、補助負荷接続によって、全てのサブシステム1000を相互接続することができ、同一または異なるサブシステムの2つまたはそれを上回るアレイ間のアレイ間平衡を実施することができる。図18A-18Bの電気配列を参照すると、多相線1111-3および補助負荷線1802は、電気接続2801によって、領域180から領域280まで通過することができる。配列2800、2820、および2850は、本明細書に説明される3モータ実施形態のいずれかに従って、充電するように構成されることができ、充電コネクタと、ルーティング回路網1200とを含むことができる。28A-28C depict exemplary embodiment arrangements 2800, 2820, and 2850 of system 100 configured with six subsystems 1000-1 to 1000-6, respectively, configured to provide three-phase power for motors 1100-1 to 1100-6, respectively. Each motor 1100 is dedicated to a separate wheel of the EV. In these embodiments, the EV includes a first chassis having a first energy system area 180 and a second chassis having a second energy system area 280. The two chassis are movable relative to each other in a mechanical and electrical connection 2801. The EV can be configured such that the first chassis is at the front and the second chassis is at the rear, or vice versa. These six-wheel configurations are suitable for larger EVs designed to transport large groups of people, or large amounts of cargo, or large loads, etc. The subject matter described with respect to Figures 28A-28C can be extended to even larger vehicles with two or more chassis and seven or more motors. The electrical connections between all the modules 108 can vary according to the embodiments described herein. The various assemblies 1250 can be configured similar to the embodiment of Figures 18A-18B and the parallel charging subject matter described herein. The modules 108 IC can interconnect all the subsystems 1000 by auxiliary load connections and can perform inter-array balancing between two or more arrays of the same or different subsystems. With reference to the electrical arrangement of Figures 18A-18B, the polyphase line 1111-3 and auxiliary load line 1802 can pass from area 180 to area 280 by electrical connection 2801. The arrangements 2800, 2820, and 2850 can be configured to charge according to any of the three-motor embodiments described herein and can include a charging connector and routing circuitry 1200.
配列2800および2820は、領域280が、配列2820において、2800より大きく、所望に応じて、付加的モジュールのための余地を有することを除き、類似する。これらの2つの実施形態では、各サブシステム1000は、3つまたはそれを上回る段のモジュール108を含み、全てのモジュール108は、各モジュールのより長い寸法が軸2401に沿って整合され、より短い寸法が軸2402に沿って整合されるように配向される。領域180は、2750のものに類似する配列(ここに示されるように)とともに、または配列2700とともに、または本明細書で検討されるその他とともに、構成されることができる。サブシステム1000-5および1000-6は、正面および後面方式(図25A)において、またはここで示されるように、左および右方式において、配列されることができ、各アレイは、軸2402に沿って、行内に整合され、各段は、軸2401に沿って、列内に整合される。Arrays 2800 and 2820 are similar except that area 280 is larger in array 2820 than in 2800, allowing room for additional modules, if desired. In these two embodiments, each subsystem 1000 includes three or more rows of modules 108, with all modules 108 oriented such that the longer dimension of each module is aligned along axis 2401 and the shorter dimension is aligned along axis 2402. Area 180 can be configured with an array similar to that of 2750 (as shown here), or with array 2700, or with others discussed herein. Subsystems 1000-5 and 1000-6 can be arranged in a front and back manner (FIG. 25A), or in a left and right manner as shown here, with each array aligned in rows along axis 2402 and each row aligned in columns along axis 2401.
配列2850の領域180の構成は、配列2800および2820のものに類似する。配列2850の領域280は、配列2550(図25B)のものと同様に構成され、アレイは、それぞれ、軸2401に沿って整合される、列内にあって、段は、それぞれ、軸2402に沿って整合される、行内にある。配列2850は、2800および2820のものよりさらにより大きく、さらにより大きい電力を発生させることが可能なサブシステムを格納し得る、第2のシャーシを有する。The configuration of region 180 of array 2850 is similar to that of arrays 2800 and 2820. Region 280 of array 2850 is configured similarly to that of array 2550 (FIG. 25B), with the arrays in columns, each aligned along axis 2401, and the columns in rows, each aligned along axis 2402. Array 2850 has a second chassis that can house a subsystem that is even larger than those of 2800 and 2820 and capable of generating even more power.
電気サスペンションおよび/またはステアリングに給電するように構成される例示的実施形態Exemplary embodiments configured to power electric suspension and/or steering
電気車両は、車輪毎に、電気(アクティブ)サスペンション機構および/または電気ステアリング(例えば、ステアバイワイヤ)とともに構成されることができる。電気的に給電されるサスペンションは、電気アクチュエータまたはモータとともに動作し、車両または車輪の移動を見越して、サスペンションを能動的に移動させる(車輪または車に印加される刺激に対して機械的にのみ反応する、従来の受動サスペンションとは対照的に)。電気的に給電されるステアリング機構はまた、電気アクチュエータまたはモータとともに動作し、ステアリングコントローラによって通過された電気信号に応答して、車輪を移動させる(例えば、ステアリングホイールに対して運転者による入力に基づいて、または自動運転制御システムからの入力によって)。Electric vehicles can be configured with electric (active) suspension mechanisms and/or electric steering (e.g., steer-by-wire) for each wheel. An electrically powered suspension works with electric actuators or motors to actively move the suspension in anticipation of vehicle or wheel movement (as opposed to a traditional passive suspension that only mechanically reacts to stimuli applied to the wheel or car). An electrically powered steering mechanism also works with electric actuators or motors to move the wheels in response to electrical signals passed by a steering controller (e.g., based on input by the driver to the steering wheel or by input from an automated driving control system).
本明細書に説明される実施形態は、電気サスペンションおよび/またはステアリングのためのアクチュエータまたはモータに給電するために利用されることができる。実施形態は、各車輪における電気サスペンションおよび電気ステアリングの両方を含む、それ以下の、任意および全ての車輪における電気サスペンションに給電することができ、両方の前輪(およびまた、所望に応じて、後輪)における電気ステアリングに給電することができる。実施形態は、サブシステム、または2つ、3つ、4つ、またはそれを上回るサブシステム1000を有する、システム100を伴わずに、単一3相システム100を使用して、電気ステアリングおよびサスペンションに給電することができる。The embodiments described herein can be utilized to power actuators or motors for electric suspension and/or steering. The embodiments can power electric suspension at any and all wheels, including but not limited to both electric suspension and electric steering at each wheel, and can power electric steering at both front wheels (and also rear wheels, if desired). The embodiments can power electric steering and suspension using a single three-phase system 100 with no subsystems, or with a system 100 having two, three, four, or more subsystems 1000.
図29Aは、4つのサブシステム1000-1から1000-4を有する、システム100の例示的実施形態を描写する、ブロック図であって、各サブシステム1000は、EVの車輪と関連付けられる3相モータ1100およびEVの車輪と関連付けられる、DCアクチュエータ(またはモータ)2900に給電するように構成され、DCアクチュエータ2900は、電気サスペンションまたは電気ステアリングのいずれかのために使用されることができる。図29Aでは、各アクチュエータ2900は、1つまたはそれを上回る相互接続モジュール108ICによって供与され得る、補助負荷線2902によって給電される。線2902の電圧は、例えば、図3Cのモジュール108Cに関して説明されるように、ポート3および4から得られる、相互接続モジュール108ICの源206と同一電圧であることができる。代替として、線2902の電圧は、例えば、ポート5および6から得られる、モジュール108ICの源206の電圧から下方調整されることができる。代替として、線2902への接続は、省略されることができ、各アクチュエータ2900は、直接、モジュール108から給電されることができる。電力を提供する、モジュール108は、各アクチュエータ2900に最近接して、またはそれに対する場所に位置する、モジュールであることができる。FIG. 29A is a block diagram depicting an exemplary embodiment of system 100 having four subsystems 1000-1 to 1000-4, each configured to power a three-phase motor 1100 associated with the wheels of the EV and a DC actuator (or motor) 2900 associated with the wheels of the EV, which can be used for either electric suspension or electric steering. In FIG. 29A, each actuator 2900 is powered by an auxiliary load line 2902, which can be provided by one or more interconnection modules 108 IC. The voltage on line 2902 can be the same voltage as source 206 of interconnection module 108 IC, for example, obtained from ports 3 and 4, as described with respect to module 108C of FIG. 3C. Alternatively, the voltage on line 2902 can be down-regulated from the voltage of source 206 of module 108 IC, for example, obtained from ports 5 and 6. Alternatively, the connection to the lines 2902 can be omitted and each actuator 2900 can be powered directly from the module 108. The module 108 that provides the power can be a module located proximate to or relative to each actuator 2900.
図29Aは、線2904がアクチュエータ2900-1をサブシステム1000-1のPA1アレイのモジュール108-1に接続する、代替接続を描写する。モジュール108-1は、ここでは、アクチュエータ2900-1に最近接して位置する、角モジュールである。そのような接続が、使用される場合、アクチュエータ2900-2は、サブシステム1000-2のアレイPC2のモジュール108-1によって給電され得、アクチュエータ2900-3は、サブシステム1000-3のアレイPA3のモジュール108-1によって給電され得、アクチュエータ2900-4は、付加的線2904(図示せず)によって、サブシステム1000-4のアレイPC4のモジュール108-1によって給電され得る。29A depicts an alternative connection in which a line 2904 connects actuator 2900-1 to module 108-1 of array PA1 of subsystem 1000-1, which here is the corner module located closest to actuator 2900-1. If such a connection is used, actuator 2900-2 may be powered by module 108-1 of array PC2 of subsystem 1000-2, actuator 2900-3 may be powered by module 108-1 of array PA3 of subsystem 1000-3, and actuator 2900-4 may be powered by module 108-1 of array PC4 of subsystem 1000-4 by an additional line 2904 (not shown).
アクチュエータ2900は、直接、角モジュールによって給電される必要はなく、アクチュエータ2900に最も近いアレイ内の任意の他のモジュールによって給電されることができる。図29Aは、線2906が、アクチュエータ2900-3を、アクチュエータ2900-3に最近接してアレイ内に位置する、サブシステム1000-3のPA3アレイのモジュール108-Nに接続する、別の代替接続を描写する。そのような接続は、同様に、他のアクチュエータ2900のそれぞれのための代替として使用されることができる。Actuator 2900 does not need to be powered directly by the corner module, but can be powered by any other module in the array closest to actuator 2900. Figure 29A depicts another alternative connection in which a line 2906 connects actuator 2900-3 to module 108-N of the PA3 array of subsystem 1000-3, which is located in the array closest to actuator 2900-3. Such a connection can be used as an alternative for each of the other actuators 2900 as well.
各アクチュエータ2900が、接地される場合、絶縁をアクチュエータ2900とシステム100との間に提供することが望ましくあり得る。図29Aは、DC/DCコンバータまたはDC/ACコンバータのいずれかであり得る、絶縁されたコンバータ2910が、サブシステム1000-4のアレイPC4のモジュール108-1からアクチュエータ2900-4まで延在する、線2908上に位置付けられる、別の代替接続を描写する。そのような接続2908は、同様に、他のアクチュエータ2900のそれぞれのための代替として使用されることができる。他の実施形態では、絶縁されたコンバータ2910は、線2902または2906内で介在され、絶縁された電力をそれらの他の源から提供することができる。接続2904、2906、および2908はそれぞれ、単一モジュールから生じるように示されるが、そのような接続は、複数のモジュール108から生じ、並列エネルギー源を利用することができる。If each actuator 2900 is grounded, it may be desirable to provide isolation between the actuator 2900 and the system 100. FIG. 29A depicts another alternative connection in which an isolated converter 2910, which may be either a DC/DC converter or a DC/AC converter, is positioned on a line 2908 extending from module 108-1 of array PC4 of subsystem 1000-4 to actuator 2900-4. Such a connection 2908 can be used as an alternative for each of the other actuators 2900 as well. In other embodiments, an isolated converter 2910 can be interposed within line 2902 or 2906 to provide isolated power from those other sources. Although connections 2904, 2906, and 2908 are each shown as originating from a single module, such connections can originate from multiple modules 108 and utilize parallel energy sources.
絶縁されたコンバータは、直接、モジュール108の中に統合されることができる。図29Bは、DC/DC絶縁されたコンバータ2910とともに構成され、電力を源206(または電力配線110)から線2904または2906に接続されるポート7および8に提供し得る、モジュール108Dの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。コンバータ2910は、I/Oポート7および8とバッファ204との間に接続され、変圧器2956に接続され、ひいては、AC/DCコンバータ2958に接続される、DC/ACコンバータ2952を含む。コンバータ2958は、源206のDC電圧を高周波数AC電圧に変換することができ、これを、変圧器2956は、必要に応じて、異なる電圧に修正し、その修正されたAC電圧をAC/DCコンバータ2952に出力することができ、これは、アクチュエータ2900に提供するために、AC信号をDC形態に戻るように変換することができる。変圧器2956はまた、モジュールコンポーネント202、204、206、2958、および114を接地から絶縁することができる。モジュール108Dの他のコンポーネントと同様に、コンバータ2952、変圧器2956、およびコンバータ2958のためのモニタ回路網が、電流、電圧、温度、障害、および同等物を測定するために含まれることができる。LCD114は、それぞれ、データ接続118-5、118-7、および118-8を経由して、コンバータ2910、特に、コンバータ2952、変圧器2956(例えば、モニタ回路網またはそれと関連付けられるアクティブコンポーネント)、およびコンバータ2958のステータスを監視することができる。これらの接続118-5および118-6はまた、制御信号を供給し、コンバータ2952の切替を制御し、変圧器2956と関連付けられる、その中の任意の制御可能要素を制御することができる。LCD114の絶縁は、線118-5および118-6上に存在する絶縁回路網(例えば、絶縁されたゲートドライバおよび絶縁されたセンサ)によって維持されることができる。An isolated converter can be integrated directly into module 108. Figure 29B is a block diagram depicting an example embodiment of module 108D configured with a DC/DC isolated converter 2910 to provide power from source 206 (or power wiring 110) to ports 7 and 8 connected to lines 2904 or 2906. Converter 2910 includes a DC/AC converter 2952 connected between I/O ports 7 and 8 and buffer 204 and connected to a transformer 2956 which in turn is connected to an AC/DC converter 2958. Converter 2958 can convert the DC voltage of source 206 to a high frequency AC voltage which transformer 2956 can modify to a different voltage if necessary and output the modified AC voltage to AC/DC converter 2952, which can convert the AC signal back to DC form for providing to actuator 2900. Transformer 2956 may also isolate module components 202, 204, 206, 2958, and 114 from ground. As with the other components of module 108D, monitor circuitry for converter 2952, transformer 2956, and converter 2958 may be included to measure current, voltage, temperature, faults, and the like. LCD 114 may monitor the status of converter 2910, and in particular converter 2952, transformer 2956 (e.g., monitor circuitry or active components associated therewith), and converter 2958, via data connections 118-5, 118-7, and 118-8, respectively. These connections 118-5 and 118-6 may also provide control signals to control the switching of converter 2952 and any controllable elements therein associated with transformer 2956. Isolation of LCD 114 can be maintained by isolation circuitry (eg, isolated gate drivers and isolated sensors) present on lines 118-5 and 118-6.
図29Cは、モジュール108D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、バッファ204と結合され、これは、コンデンサとして構成される。I/Oポート7および8は、随意のLCフィルタ2902に結合され、これは、ひいては、コンバータ2910、具体的には、DC/ACコンバータ2952に結合され、これは、スイッチS10、S11、S12、およびS13を伴う、フルブリッジコンバータとして構成される。ノードN1およびN2からのフルブリッジ出力は、変圧器2956の一次巻線に接続される。変圧器2956の二次巻線は、AC/DCコンバータ2958として構成され、スイッチS14、S15、S16、およびS17を有する、第2のフルブリッジ回路のノードN3およびN4と結合される。コンバータ2958のスイッチは、MOSFET、IGBT、GaNデバイス、または本明細書に説明されるようなその他として構成される、半導体スイッチであることができる。制御システム102のLCD114または別の要素は、スイッチS1-S6およびS10-S17の制御のための切替信号を提供することができる。29C is a schematic diagram depicting an exemplary embodiment of module 108D. Converter 202A is coupled to buffer 204, which is configured as a capacitor. I/O ports 7 and 8 are coupled to optional LC filter 2902, which in turn is coupled to converter 2910, specifically DC/AC converter 2952, which is configured as a full bridge converter with switches S10, S11, S12, and S13. The full bridge output from nodes N1 and N2 is connected to a primary winding of transformer 2956. The secondary winding of transformer 2956 is coupled to nodes N3 and N4 of a second full bridge circuit, configured as AC/DC converter 2958, having switches S14, S15, S16, and S17. The switches of converter 2958 can be semiconductor switches, configured as MOSFETs, IGBTs, GaN devices, or others as described herein. The LCD 114 or another element of the control system 102 may provide the switching signals for control of the switches S1-S6 and S10-S17.
図29Dは、モジュール108Dの別の例示的実施形態を描写する、概略図であって、AC/DCコンバータ2958は、インダクタL2を通して、変圧器2956の二重二次巻線の片側に接続される、源206の第1の端子と、二重二次巻線の対向側と源206の対向端子と結合される共通ノード(例えば、ノード4)との間に接続される、スイッチS18およびS19とを伴う、プッシュ-プルコンバータとして構成される。プッシュ-プル構成は、2つのスイッチのみを要求し、したがって、フルブリッジコンバータより費用効果的であるが、スイッチは、それらを横断して印加されるより大きい電圧を有する。29D is a schematic diagram depicting another exemplary embodiment of module 108D in which AC/DC converter 2958 is configured as a push-pull converter with switches S18 and S19 connected between a first terminal of source 206 connected to one side of a dual secondary winding of transformer 2956 through inductor L2 and a common node (e.g., node 4) that is coupled to the opposite side of the dual secondary winding and the opposite terminal of source 206. The push-pull configuration requires only two switches and is therefore more cost effective than a full bridge converter, but the switches have a larger voltage applied across them.
本主題の種々の側面が、これまで説明された実施形態の精査および/または補完として、下記に記載されるが、ここでは、以下の実施形態の相互関係および可換性に強調が置かれている。換言すると、実施形態の各特徴が、明示的に述べられない、または別様に教示されない限り、それぞれおよび全ての他の特徴と組み合わせられることができるという事実に強調が置かれる。Various aspects of the present subject matter are described below as elaboration and/or complementation of previously described embodiments, with emphasis placed on the interrelationship and interchangeability of the following embodiments, in other words, on the fact that each feature of the embodiments can be combined with each and every other feature, unless expressly stated or taught otherwise.
多くの実施形態では、電力を負荷に供給するように制御可能である、モジュール型エネルギーシステムが、提供され、モジュール型エネルギーシステムは、3つのアレイであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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、3つのアレイと、DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される、充電ポートと、充電ポートと3つのアレイとの間に接続される、ルーティング回路網であって、DCまたは単相AC充電信号を3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である、ルーティング回路網とを含む。In many embodiments, a modular energy system is provided that is controllable to supply power to a load, the modular energy system including three arrays, each including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, a charging port configured to conduct a DC or single-phase AC charging signal, and routing circuitry connected between the charging port and the three arrays, the routing circuitry being controllable to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each of the three arrays.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、ルーティング回路網と通信可能に結合される、制御システムを含み、制御システムは、ルーティング回路網を制御し、DCまたは単相AC充電信号を3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように構成される。In some embodiments, the system further includes a control system communicatively coupled to the routing circuitry, the control system configured to control the routing circuitry to selectively route the DC or single-phase AC charging signals to each of the three arrays.
いくつかの実施形態では、制御システムは、3つのアレイの各モジュールと通信可能に結合され、各モジュールのコンバータを制御し、各モジュールを充電するように構成される。In some embodiments, the control system is communicatively coupled to each module of the three arrays and configured to control the converters of each module and charge each module.
いくつかの実施形態では、制御システムは、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、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。各モジュールは、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。ステータス情報は、モジュールの温度および充電状態に関することができ、制御システムは、各モジュールのコンバータを制御し、アレイの全てのモジュールの温度および充電状態を平衡するように構成される。In some embodiments, the control system is configured to control the converter of each module according to a pulse width modulation or hysteresis technique. Each module can include monitor circuitry configured to monitor status information of the module, each module configured to output the status information to the control system, and the control system configured to control the converter of each module based on the status information. The status information can relate to the temperature and charge state of the module, and the control system is configured to control the converter of each module to balance the temperature and charge state of all modules in the array.
いくつかの実施形態では、ルーティング回路網は、制御システムによって、DC充電信号を3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である、複数の一方向性ソリッドステート中継器を含む。一方向性ソリッドステート中継器は、サイリスタであることができる。In some embodiments, the routing circuitry includes a plurality of unidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route the DC charging signal to each of the three arrays. The unidirectional solid-state repeaters can be thyristors.
いくつかの実施形態では、ルーティング回路網は、DC+線と結合される、第1のポートと、DC-線と結合される、第2のポートと、第1のアレイと結合される、第3のポートと、第2のアレイと結合される、第4のポートと、第3のアレイと結合される、第5のポートとを含み、かつ、第1のポートと第3のポートとの間に結合される、第1のサイリスタと、第1のポートと第4のポートとの間に結合される、第2のサイリスタと、第4のポートと第2のポートとの間に結合される、第3のサイリスタと、第5のポートと第2のポートとの間に結合される、第4のサイリスタとを含み、サイリスタは、制御システムによって、第1のポートにおけるDC充電信号を第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、第4または第5のポートにおける信号を第2のポートに選択的にルーティングするように制御可能である。ルーティング回路網は、第1のAC線と結合される、第6のポートと、第2のAC線と結合される、第7のポートとを含むことができ、かつ、第7のポートと第1および第2のサイリスタとの間に結合される、第1のダイオードと、第6のポートと第1および第2のサイリスタとの間に結合される、第2のダイオードと、第3および第4のサイリスタから第6のポートに結合される、第3のダイオードと、第3および第4のサイリスタから第7のポートに結合される、第4のダイオードとを含むことができる。In some embodiments, the routing circuitry includes a first port coupled to the DC+ line, a second port coupled to the DC- line, a third port coupled to the first array, a fourth port coupled to the second array, and a fifth port coupled to the third array, and includes a first thyristor coupled between the first port and the third port, a second thyristor coupled between the first port and the fourth port, a third thyristor coupled between the fourth port and the second port, and a fourth thyristor coupled between the fifth port and the second port, the thyristors being controllable by a control system to selectively route a DC charging signal at the first port to either the third or fourth port and selectively route a signal at the fourth or fifth port to the second port. The routing circuitry may include a sixth port coupled to the first AC line and a seventh port coupled to the second AC line, and may include a first diode coupled between the seventh port and the first and second thyristors, a second diode coupled between the sixth port and the first and second thyristors, a third diode coupled from the third and fourth thyristors to the sixth port, and a fourth diode coupled from the third and fourth thyristors to the seventh port.
いくつかの実施形態では、ルーティング回路網は、制御システムによって、DCまたは単相AC充電信号を3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である、複数の双方向性ソリッドステート中継器を含む。双方向性ソリッドステート中継器は、トライアックであることができる。In some embodiments, the routing circuitry includes a plurality of bidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route DC or single-phase AC charging signals to each of the three arrays. The bidirectional solid-state repeaters can be triacs.
いくつかの実施形態では、ルーティング回路網は、DC+充電信号または単相AC線充電信号と結合するように構成される、第1のポートと、DC-充電信号または単相ACニュートラル信号と結合するように構成される、第2のポートと、第1のアレイと結合される、第3のポートと、第2のアレイと結合される、第4のポートと、第3のアレイと結合される、第5のポートとを含み、かつ、第1のポートと第3のポートとの間に結合される、第1のトライアックと、第1のポートと第4のポートとの間に結合される、第2のトライアックと、第4のポートと第2のポートとの間に結合される、第3のトライアックと、第5のポートと第2のポートとの間に結合される、第4のトライアックとを含む。トライアックは、制御システムによって、DC充電状態における動作時、第1のポートにおけるDC充電信号を第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、第4または第5のポートにおける信号を第2のポートに選択的にルーティングするように制御可能であることができ、トライアックは、制御システムによって、正の単相AC充電状態における動作時、第1のポートにおけるAC線充電信号を第3または第4のポートのいずれかに選択的にルーティングし、第4または第5のポートにおける信号を第2のポートに選択的にルーティングし、負の単相AC充電状態における動作時、第2のポートにおける信号を第4または第5のポートのいずれかに選択的にルーティングし、第3または第4のポートにおける信号を第1のポートに選択的にルーティングするように制御可能であることができる。In some embodiments, the routing circuitry includes a first port configured to couple to a DC+ charging signal or a single phase AC line charging signal, a second port configured to couple to a DC- charging signal or a single phase AC neutral signal, a third port coupled to the first array, a fourth port coupled to the second array, and a fifth port coupled to the third array, and includes a first triac coupled between the first port and the third port, a second triac coupled between the first port and the fourth port, a third triac coupled between the fourth port and the second port, and a fourth triac coupled between the fifth port and the second port. The triac can be controllable by the control system to selectively route a DC charging signal at the first port to either the third or fourth port and to selectively route the signal at the fourth or fifth port to the second port when operating in a DC charging state, and the triac can be controllable by the control system to selectively route an AC line charging signal at the first port to either the third or fourth port and to selectively route the signal at the fourth or fifth port to the second port when operating in a positive single-phase AC charging state, and to selectively route the signal at the second port to either the fourth or fifth port and to selectively route the signal at the third or fourth port to the first port when operating in a negative single-phase AC charging state.
いくつかの実施形態では、充電ポートは、3相AC充電信号を伝導するように構成され、ルーティング回路網は、制御システムによって、DCまたは単相AC充電信号を3つのアレイのそれぞれに選択的にルーティングするように制御可能である、複数の双方向性ソリッドステート中継器を含む。複数の双方向性ソリッドステート中継器は、トライアックを含むことができる。ルーティング回路網は、DCまたはAC充電信号を受信するように構成される、第1のポートと、AC充電信号を受信するように構成される、第2のポートと、DCまたはAC充電信号を受信するように構成される、第3のポートとを含むことができ、さらに、第1のポートと、3つのアレイの第1のアレイに接続可能である、第1の線との間に結合される、第1のトライアックと、第2のポートと、3つのアレイの第2のアレイに接続可能である、第2の線との間に結合される、第2のトライアックと、第3のポートと、3つのアレイの第3のアレイに接続可能である、第3の線との間に結合される、第3のトライアックと、第1の線と第2の線との間に結合される、第4のトライアックと、第2の線と第3の線との間に結合される、第5のトライアックとを含むことができる。In some embodiments, the charging port is configured to conduct a three-phase AC charging signal, and the routing circuitry includes a plurality of bidirectional solid-state repeaters controllable by the control system to selectively route DC or single-phase AC charging signals to each of the three arrays. The plurality of bidirectional solid-state repeaters can include triacs. The routing circuitry may include a first port configured to receive a DC or AC charging signal, a second port configured to receive an AC charging signal, and a third port configured to receive a DC or AC charging signal, and may further include a first triac coupled between the first port and a first line connectable to a first array of the three arrays, a second triac coupled between the second port and a second line connectable to a second array of the three arrays, a third triac coupled between the third port and a third line connectable to a third array of the three arrays, a fourth triac coupled between the first line and the second line, and a fifth triac coupled between the second line and the third line.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、全てのモジュールおよびモータを充電源から選択的に接続解除するようにさらに構成される。In some embodiments, the system is further configured to selectively disconnect all of the modules and the motor from the charging source.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、少なくとも1つの相互接続モジュールによって相互接続されることができる。制御システムは、システムが充電状態にあるとき、少なくとも1つの補助負荷のために、少なくとも1つの相互接続モジュールを制御し、電圧を供給するように構成されることができる。In some embodiments, the three arrays can be interconnected by at least one interconnect module. The control system can be configured to control the at least one interconnect module to supply voltage for the at least one auxiliary load when the system is in a charging state.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、デルタ直列構成において相互接続される。In some embodiments, the three arrays are interconnected in a delta series configuration.
いくつかの実施形態では、負荷は、6相負荷であって、3つのアレイは、第1のアレイのセットであって、本システムはさらに、モジュールの付加的な3つのアレイを含む、第2のアレイのセットを含み、本システムは、第1および第2のアレイのセットを並列に充電するように構成される。In some embodiments, the load is a six-phase load, the three arrays are a first set of arrays, and the system further includes a second set of arrays including an additional three arrays of modules, and the system is configured to charge the first and second sets of arrays in parallel.
いくつかの実施形態では、充電ポートは、第1の充電ポートであって、本システムはさらに、3相充電信号を受信するように構成される、第2の充電ポートを含む。第1および第2の充電ポートは、同一ユーザアクセス可能場所内に統合される。ルーティング回路網は、第2の充電ポートからの線に接続されることができる。In some embodiments, the charging port is a first charging port and the system further includes a second charging port configured to receive a three-phase charging signal, the first and second charging ports are integrated within the same user-accessible location, and the routing circuitry can be connected to lines from the second charging port.
いくつかの実施形態では、本システムは、各アレイの第1のモジュールと負荷との間に結合される、複数のスイッチを含み、複数のスイッチは、負荷を3つのアレイから接続解除するように制御可能である。In some embodiments, the system includes a plurality of switches coupled between the first module of each array and a load, the plurality of switches being controllable to disconnect the load from the three arrays.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、3相電力を第1の負荷に提供するように構成される、システムの第1のサブシステムのものであって、本システムはさらに、3相電力を第2の負荷に提供するように構成される、第2のサブシステムを含み、第2のサブシステムは、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含む、3つのアレイを含み、第2のサブシステム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、第1および第2のサブシステムは、第1および第2のサブシステムが充電するために並列に電気的に接続可能であるように、第1の複数のスイッチによって、ともに結合される。本システムはさらに、3相電力を第3の負荷に提供するように構成される、第3のサブシステムを含むことができ、第3のサブシステムは、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含む、3つのアレイを含み、第3のサブシステム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、第1および第3のサブシステムは、第1および第3のサブシステムが充電するために並列に電気的に接続可能であるように、第2の複数のスイッチによって、ともに結合される。In some embodiments, the three arrays are of a first subsystem of a system configured to provide three-phase power to a first load, the system further including a second subsystem configured to provide three-phase power to a second load, the second subsystem including three arrays each including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module of the second subsystem including an energy source and a converter, the first and second subsystems coupled together by a first plurality of switches such that the first and second subsystems are electrically connectable in parallel for charging. The system may further include a third subsystem configured to provide three-phase power to a third load, the third subsystem including three arrays including at least two modules each electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules of the third subsystem including an energy source and a converter, and the first and third subsystems coupled together by a second plurality of switches such that the first and third subsystems are electrically connectable in parallel for charging.
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充電する方法が、提供され、モジュール型エネルギーシステムは、本明細書に開示される実施形態のいずれかに従って構成され、本方法は、充電信号が、モジュール型エネルギーシステムを充電し、システムの少なくとも1つの動作特性を平衡するために適用される間、モジュール型エネルギーシステムを制御するステップを含む。少なくとも1つの動作特性は、温度であることができる。充電信号は、3相充電信号、単相充電信号、または直流(DC)充電信号であることができる。モジュール型エネルギーシステムは、システムの力率を1の閾値以内に維持するように制御されることができる。モジュール型エネルギーシステムを制御するステップは、エネルギーシステムのモジュールのコンバータを制御するステップを含むことができる。In many embodiments, a method of charging a modular energy system is provided, the modular energy system configured according to any of the embodiments disclosed herein, the method including controlling the modular energy system while a charging signal is applied to charge the modular energy system and balance at least one operating characteristic of the system. The at least one operating characteristic can be temperature. The charging signal can be a three-phase charging signal, a single-phase charging signal, or a direct current (DC) charging signal. The modular energy system can be controlled to maintain a power factor of the system within a threshold of unity. Controlling the modular energy system can include controlling converters of modules of the energy system.
多くの実施形態では、処理回路網によって実行されると、処理回路網に、モジュール型エネルギーシステムのための充電を制御させる、複数の命令を含む、コンピュータ可読媒体が、提供され、モジュール型エネルギーシステムは、本明細書に開示される実施形態のいずれかに従って構成される。In many embodiments, a computer-readable medium is provided that includes a plurality of instructions that, when executed by processing circuitry, cause the processing circuitry to control charging for a modular energy system, the modular energy system being configured according to any of the embodiments disclosed herein.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、電力をEVの第1のモータに供給するように構成される、第1のサブシステムであって、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つの第1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、少なくとも2つの第1のモジュールを含む、3つのアレイを含み、第1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、第1のサブシステムと、電力をEVの第2のモータに供給するように構成される、第2のサブシステムであって、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つの第2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、少なくとも2つの第2のモジュールを含む、3つのアレイを含み、第2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、第2のサブシステムと、充電するために、第1および第2のサブシステムを選択的に接続するように構成される、複数のスイッチとを含み、第1のサブシステムの公称出力電圧は、第2のサブシステムの公称出力電圧を上回る。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system including a first subsystem configured to supply power to a first motor of the EV, the first subsystem including three arrays including at least two first modules each electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of an output voltage from each of the at least two first modules, each first module including an energy source and a converter; a second subsystem configured to supply power to a second motor of the EV, the first subsystem including three arrays including at least two second modules each electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of an output voltage from each of the at least two second modules, each second module including an energy source and a converter; and a plurality of switches configured to selectively connect the first and second subsystems to charge, wherein a nominal output voltage of the first subsystem exceeds a nominal output voltage of the second subsystem.
いくつかの実施形態では、第1のサブシステムの各アレイは、第2のサブシステムの各アレイより多くのモジュールを含む。In some embodiments, each array of the first subsystem includes more modules than each array of the second subsystem.
いくつかの実施形態では、各第1のモジュールの公称電圧は、各第2のモジュールの公称電圧を上回る。In some embodiments, the nominal voltage of each first module exceeds the nominal voltage of each second module.
いくつかの実施形態では、各第1のモジュールのエネルギー源は、第1のタイプのバッテリであって、各第2のモジュールのエネルギー源は、第2のタイプのバッテリであって、第1のタイプは、第2のタイプと異なる。第1のタイプは、第2のタイプより比較的に大きいエネルギー密度を有することができる。第2のタイプは、第1のタイプより比較的に大きいCレートを有することができる。In some embodiments, the energy source of each first module is a first type of battery and the energy source of each second module is a second type of battery, the first type being different from the second type, the first type may have a relatively greater energy density than the second type, and the second type may have a relatively greater C-rate than the first type.
いくつかの実施形態では、複数のスイッチは、第1のサブシステムの第1のアレイと第2のサブシステムの第1のアレイを並列に、第1のサブシステムの第2のアレイと第2のサブシステムの第2のアレイを並列に、および第1のサブシステムの第3のアレイと第2のサブシステムの第3のアレイを並列に接続するように構成されることができる。本システムはさらに、DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される、充電ポートと、充電ポートとサブシステムとの間に接続される、ルーティング回路網であって、DCまたは単相AC充電信号をサブシステムアレイの各並列接続に選択的にルーティングするように制御可能である、ルーティング回路網とを含むことができる。本システムはさらに、ルーティング回路網および複数のスイッチと通信可能に結合される、制御システムを含むことができ、制御システムは、ルーティング回路網の選択的ルーティングを制御するように構成される。制御システムは、各第1のモジュールおよび各第2のモジュールのコンバータと通信可能に結合され、コンバータを制御し、各第1および第2のモジュールを充電するように構成されることができる。In some embodiments, the plurality of switches can be configured to connect the first array of the first subsystem to the first array of the second subsystem in parallel, the second array of the first subsystem to the second array of the second subsystem in parallel, and the third array of the first subsystem to the third array of the second subsystem in parallel. The system can further include a charge port configured to conduct a DC or single-phase AC charging signal, and a routing circuitry connected between the charge port and the subsystems, the routing circuitry being controllable to selectively route the DC or single-phase AC charging signal to each parallel connection of the subsystem arrays. The system can further include a control system communicatively coupled to the routing circuitry and the plurality of switches, the control system configured to control the selective routing of the routing circuitry. The control system can be communicatively coupled to the converters of each first module and each second module and configured to control the converters to charge each first and second module.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、電力をEVの第3のモータに供給するように構成される、第3のサブシステムを含み、第3のサブシステムは、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つの第3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、少なくとも2つの第3のモジュールを含む、3つのアレイを含み、第3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。複数のスイッチは、第1の複数のスイッチであることができ、本システムはさらに、充電するために、第2および第3のサブシステムを選択的に接続するように構成される、第2の複数のスイッチを含む。第1のサブシステムの最大出力電圧は、第3のサブシステムの最大出力電圧を上回ることができる。第1のモータは、EVの後輪に給電するように構成されることができ、第2のモータは、EVの第1の前輪に給電するように構成されることができ、第3のモータは、EVの第2の前輪に給電するように構成されることができる。本システムはさらに、電力をEVの第4のモータに供給するように構成される、第4のサブシステムを含むことができ、第4のサブシステムは、それぞれ、ともに電気的に接続され、少なくとも2つの第4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、少なくとも2つの第4のモジュールを含む、3つのアレイを含み、第4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。In some embodiments, the system further includes a third subsystem configured to supply power to a third motor of the EV, the third subsystem including three arrays including at least two third modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two third modules, each third module including an energy source and a converter. The plurality of switches can be a first plurality of switches, and the system further includes a second plurality of switches configured to selectively connect the second and third subsystems for charging. The maximum output voltage of the first subsystem can be greater than the maximum output voltage of the third subsystem. The first motor can be configured to power rear wheels of the EV, the second motor can be configured to power a first front wheel of the EV, and the third motor can be configured to power a second front wheel of the EV. The system may further include a fourth subsystem configured to supply power to a fourth motor of the EV, the fourth subsystem including three arrays including at least two fourth modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two fourth modules, each of the fourth modules including an energy source and a converter.
いくつかの実施形態では、第1のサブシステムの公称出力電圧は、第1のサブシステムの公称ピーク線間出力電圧であって、第2のサブシステムの公称出力電圧は、第2のサブシステムの公称ピーク線間出力電圧である。In some embodiments, the nominal output voltage of the first subsystem is the nominal peak line-to-line output voltage of the first subsystem and the nominal output voltage of the second subsystem is the nominal peak line-to-line output voltage of the second subsystem.
多くの実施形態では、電力を閉鎖された巻線モータに供給するように制御可能である、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、3つのアレイであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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、3つのアレイと、第1のポートと、第2のポートとを含み、DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成される、充電コネクタとを含み、第1の充電経路は、第1のポートから、モータの第1および第2の巻線を通して、第1のアレイを通して延在し、第2のポートで終了し、第2の充電経路は、第1のポートから、モータの第1の巻線および第3の巻線を通して、第2のアレイを通して延在し、第2のポートで終了し、第3の充電経路は、コネクタの第1のポートから延在し、モータをバイパスし、第3のアレイを通して通過し、第2のポートで終了する。In many embodiments, a modular energy system is provided that is controllable to supply power to a closed winding motor, the system including three arrays, each array including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, and a charging connector including a first port and a second port and configured to conduct a DC or single phase AC charging signal, a first charging path extends from the first port, through the first and second windings of the motor, through the first array and terminating at the second port, a second charging path extends from the first port, through the first and third windings of the motor, through the second array and terminating at the second port, and a third charging path extends from the first port of the connector, bypasses the motor, passes through the third array and terminates at the second port.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、3つのアレイのモジュールと通信可能に結合される、制御システムを含み、制御システムは、各モジュールのコンバータを制御し、各モジュールを充電するように構成される。制御システムは、DC充電信号を用いて、並行して、3つのアレイのそれぞれを充電するように構成されることができる。制御システムは、DC充電信号を用いて、並行して、3つのアレイのうちの2つを充電するように構成されることができる。制御システムは、DC充電信号を用いて、順次、3つのアレイのそれぞれを充電するように構成されることができる。制御システムは、単相AC充電信号を用いて、並行して、3つのアレイのそれぞれを充電するように構成されることができる。制御システムは、単相AC充電信号を用いて、並行して、3つのアレイのうちの2つを充電するように構成されることができる。制御システムは、単相AC充電信号を用いて、順次、3つのアレイのそれぞれを充電するように構成されることができる。制御システムは、モータの第1、第2号、および第3の巻線上で発生されたフラックスが中和されるように、第1の充電経路および第2の充電経路に沿って、並行して充電するように構成されることができる。In some embodiments, the system further includes a control system communicatively coupled to the modules of the three arrays, the control system configured to control the converters of each module to charge each module. The control system can be configured to charge each of the three arrays in parallel with a DC charging signal. The control system can be configured to charge two of the three arrays in parallel with a DC charging signal. The control system can be configured to charge each of the three arrays in sequence with a DC charging signal. The control system can be configured to charge each of the three arrays in parallel with a single-phase AC charging signal. The control system can be configured to charge two of the three arrays in parallel with a single-phase AC charging signal. The control system can be configured to charge each of the three arrays in sequence with a single-phase AC charging signal. The control system can be configured to charge in parallel along the first and second charging paths such that flux generated on the first, second, and third windings of the motor is neutralized.
いくつかの実施形態では、本システムは、複数のスイッチに接続される、3相充電コネクタをさらに含み、スイッチは、制御システムによって、3相充電コネクタを3つのアレイに選択的に接続するように制御可能である。In some embodiments, the system further includes a three-phase charging connector connected to the plurality of switches, the switches being controllable by the control system to selectively connect the three-phase charging connector to the three arrays.
いくつかの実施形態では、制御システムは、パルス幅変調またはヒステリシス技法に従って、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ことができる。各モジュールは、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。ステータス情報は、モジュールの温度および充電状態に関することができ、制御システムは、各モジュールのコンバータを制御し、アレイの全てのモジュールの温度および充電状態を平衡するように構成される。In some embodiments, the control system can be configured to control the converter of each module according to a pulse width modulation or hysteresis technique. Each module can include monitor circuitry configured to monitor status information of the module, each module configured to output the status information to the control system, and the control system configured to control the converter of each module based on the status information. The status information can relate to the temperature and charge state of the module, and the control system is configured to control the converter of each module to balance the temperature and charge state of all modules in the array.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、少なくとも1つの相互接続モジュールによって相互接続される。制御システムは、システムが充電状態にあるとき、少なくとも1つの補助負荷のために、少なくとも1つの相互接続モジュールを制御し、電圧を供給するように構成されることができる。In some embodiments, the three arrays are interconnected by at least one interconnect module. The control system can be configured to control the at least one interconnect module to supply voltage for the at least one auxiliary load when the system is in a charging state.
多くの実施形態では、電気車両(EV)を充電するように構成される、充電源が、提供され、充電源は、少なくとも3相において電力を発生させるように構成される、3つのアレイを含む、モジュール型エネルギーシステムを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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。In many embodiments, a charging source configured to charge an electric vehicle (EV) is provided, the charging source including a modular energy system including three arrays configured to generate power in at least three phases, each array including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter.
いくつかの実施形態では、充電源は、外部電力供給源に接続し、モジュール型エネルギーシステムのエネルギー源を充電するように構成される。外部電力供給源は、電力系統または再生可能エネルギー源であることができる。充電源は、第1のレートにおいて、EVを充電するように構成されることができ、充電源は、第2のレートにおいて、外部電力供給源によって充電されるように構成され、第1のレートは、第2のレートを上回る。In some embodiments, the charging source is configured to connect to an external power supply and charge the energy source of the modular energy system. The external power supply can be a grid or a renewable energy source. The charging source can be configured to charge the EV at a first rate, and the charging source is configured to be charged by the external power supply at a second rate, the first rate being greater than the second rate.
いくつかの実施形態では、充電源は、外部電力供給源に出力可能である、高調波を検出するように構成される、モニタ回路網と、モジュールのコンバータを制御し、補償電流を発生させ、高調波を相殺するように構成される、制御システムとを含む。充電源はさらに、整流のための複数のダイオードを含む、DC/ACコンバータを含むことができる。In some embodiments, the charging source includes monitor circuitry configured to detect harmonics, which can be output to an external power supply, and a control system configured to control a converter of the module to generate a compensation current to cancel the harmonics. The charging source can further include a DC/AC converter including a plurality of diodes for rectification.
いくつかの実施形態では、充電源は、DC充電信号、単相AC充電信号、または3相AC充電信号を用いて、EVを充電するように構成されることができる。In some embodiments, the charging source can be configured to charge the EV with a DC charging signal, a single-phase AC charging signal, or a three-phase AC charging signal.
いくつかの実施形態では、EVは、少なくとも3相において電力を発生させるように構成される、3つのアレイを含む、モジュール型エネルギーシステムを含む、バッテリパックを含むことができ、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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。In some embodiments, an EV can include a battery pack including a modular energy system including three arrays configured to generate power in at least three phases, each array including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter.
多くの実施形態では、電力を開放巻線モータに供給するように制御可能である、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、3つのアレイを含む、第1のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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、第1のサブシステムは、3相充電コネクタに接続される、第1のサブシステムと、3つのアレイを含む、第2のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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、第2のサブシステムとを含み、第1および第2のサブシステムは、モータの第1の巻線が、第1のサブシステムの第1のアレイと第2のサブシステムの第1のアレイとの間に接続され、モータの第2の巻線が、第1のサブシステムの第2のアレイと第2のサブシステムの第2のアレイとの間に接続され、モータの第3の巻線が、第1のサブシステムの第3のアレイと第2のサブシステムの第3のアレイとの間に接続されるように、モータに接続するように構成される。In many embodiments, a modular energy system is provided that is controllable to supply power to an open winding motor, the system including a first subsystem including three arrays, each array including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, the first subsystem being connected to a three-phase charging connector; and a second subsystem including three arrays, each array including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, the first subsystem being connected to a three-phase charging connector. and a second subsystem including an energy source and a converter, the first and second subsystems being configured to connect to the motor such that a first winding of the motor is connected between a first array of the first subsystem and a first array of the second subsystem, a second winding of the motor is connected between a second array of the first subsystem and a second array of the second subsystem, and a third winding of the motor is connected between a third array of the first subsystem and a third array of the second subsystem.
いくつかの実施形態では、3相充電コネクタの第1のポートは、第1のサブシステムの第1のアレイに結合され、3相充電コネクタの第2のポートは、第1のサブシステムの第2のアレイに結合され、3相充電コネクタの第3のポートは、第1のサブシステムの第3のアレイに結合され、本システムはさらに、第1のポートと第2のポートとの間に結合される、第1のスイッチと、第2のポートと第3のポートとの間に結合される、第2のスイッチと、第3のポートおよび第2のサブシステムの第3のアレイと結合される、DCまたは単相AC充電コネクタとを含む。In some embodiments, a first port of the three phase charging connector is coupled to a first array of the first subsystem, a second port of the three phase charging connector is coupled to a second array of the first subsystem, and a third port of the three phase charging connector is coupled to a third array of the first subsystem, the system further including a first switch coupled between the first port and the second port, a second switch coupled between the second port and the third port, and a DC or single phase AC charging connector coupled to the third port and the third array of the second subsystem.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、3つのアレイであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールを含み、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、3つのアレイを含み、3つのアレイは、EVの少なくとも1つの車輪のための原動力を提供するように構成される、第1の電気モータのための3相電力を提供するように構成され、3つのアレイの少なくとも1つのモジュールは、電力をEVの電気サスペンションまたは電気ステアリング機構の第2の電気モータに提供するように構成される。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system including three arrays, each including at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, the modules each including an energy source and a converter, the three arrays configured to provide three-phase power for a first electric motor configured to provide motive power for at least one wheel of the EV, and at least one module of the three arrays configured to provide power to a second electric motor of an electric suspension or electric steering mechanism of the EV.
いくつかの実施形態では、本システムは、EVの2つの第2の電気モータのための電力を提供するように構成されることができる。In some embodiments, the system can be configured to provide power for two second electric motors of the EV.
いくつかの実施形態では、本システムは、EVの4つの第2の電気モータのための電力を提供するように構成されることができる。In some embodiments, the system can be configured to provide power for four second electric motors of an EV.
いくつかの実施形態では、少なくとも1つのモジュールは、第2の電気モータに最近接する、3つのアレイのモジュールである。In some embodiments, the at least one module is the module of the array of three closest to the second electric motor.
いくつかの実施形態では、少なくとも1つのモジュールは、3つのアレイのうちの少なくとも2つと結合される、相互接続モジュールとして構成される。In some embodiments, at least one module is configured as an interconnect module that is coupled to at least two of the three arrays.
いくつかの実施形態では、本システムは、3つのアレイ間に結合される、複数の相互接続モジュールを含み、各相互接続モジュールは、エネルギー源と、コンバータとを含み、相互接続モジュールのエネルギー源は、並列に接続される。少なくとも1つのモジュールは、複数の相互接続モジュールのうちの1つであることができる。In some embodiments, the system includes a plurality of interconnection modules coupled between the three arrays, each interconnection module including an energy source and a converter, the energy sources of the interconnection modules being connected in parallel. At least one module can be one of the plurality of interconnection modules.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、絶縁コンバータを含み、3つのアレイの少なくとも1つのモジュールは、絶縁コンバータを用いて、電力を第2の電気モータに提供するように構成される。In some embodiments, the system further includes an isolated converter, and at least one module of the three arrays is configured to provide power to the second electric motor using the isolated converter.
いくつかの実施形態では、少なくとも1つのモジュールのコンバータは、第1のコンバータであって、少なくとも1つのモジュールは、少なくとも1つのモジュールのエネルギー源と結合される、絶縁コンバータを含み、少なくとも1つのモジュールは、電力を、エネルギー源から、絶縁コンバータを通して、第2の電気モータに提供するように構成される。絶縁コンバータは、少なくとも1つのモジュールのエネルギー源と結合される、第1のDC/ACコンバータと、DC/ACコンバータと結合される、変圧器と、変圧器と結合される、第2のDC/ACコンバータとを含むことができる。In some embodiments, the converter of the at least one module includes a first converter, the at least one module includes an isolated converter coupled to an energy source of the at least one module, the at least one module configured to provide power from the energy source through the isolated converter to the second electric motor. The isolated converter can include a first DC/AC converter coupled to the energy source of the at least one module, a transformer coupled to the DC/AC converter, and a second DC/AC converter coupled to the transformer.
いくつかの実施形態では、第2の電気モータは、電気アクチュエータである。In some embodiments, the second electric motor is an electric actuator.
いくつかの実施形態では、第2の電気モータは、EVの電気サスペンションの一部である。In some embodiments, the second electric motor is part of the electric suspension of the EV.
いくつかの実施形態では、第2の電気モータは、EVの電気ステアリング機構の一部である。In some embodiments, the second electric motor is part of an electric steering mechanism of the EV.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、システムの第1のサブシステムのものであって、本システムはさらに、EVの少なくとも1つの車輪のための原動力を提供するように構成される、EVの第3の電気モータのための3相電力を提供するように構成される、少なくとも1つの付加的サブシステムを含み、少なくとも1つの付加的サブシステムは、電力をEVの電気サスペンションまたは電気ステアリング機構の第4の電気モータに提供するように構成される、少なくとも1つの付加的モジュールを含む。In some embodiments, the three arrays are of a first subsystem of a system, the system further including at least one additional subsystem configured to provide three-phase power for a third electric motor of the EV, the at least one additional subsystem configured to provide motive power for at least one wheel of the EV, the at least one additional subsystem including at least one additional module configured to provide power to a fourth electric motor of an electric suspension or electric steering mechanism of the EV.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、3つのアレイであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、3つのアレイを含み、EVのシャーシは、第1の軸と、EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、第1の軸に沿ったシャーシの第1の寸法は、第2の軸に沿ったシャーシの第2の寸法より比較的に長く、3つのアレイは、シャーシ内に嵌合するように構成される、パック内に配列され、3つのアレイの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に大きい。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, a chassis of the EV having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis, the three arrays arranged in a pack configured to fit within the chassis, each module of the three arrays having a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
いくつかの実施形態では、アレイ毎に、アレイのモジュールの大部分は、第1の軸に沿って整合される。In some embodiments, for each array, a majority of the modules of the array are aligned along a first axis.
いくつかの実施形態では、アレイの第1の段は、パックの第1の端部に交互方式で配列される。アレイの他の段は、第2の軸に沿って整合される。本システムはさらに、パックの第2の端部に交互方式で配列される、複数の相互接続モジュールを含むことができる。In some embodiments, a first stage of the array is arranged in an alternating manner at a first end of the pack, and another stage of the array is aligned along a second axis. The system can further include a plurality of interconnection modules arranged in an alternating manner at a second end of the pack.
いくつかの実施形態では、本システムは、3相電力をパックの第1の端部に隣接して位置するモータに提供するように構成されることができる。In some embodiments, the system can be configured to provide three-phase power to a motor located adjacent a first end of the pack.
いくつかの実施形態では、3つのアレイは、第1のサブシステムのものであって、本システムはさらに、第1のサブシステムに対して対称的に対向方式で配列される、モジュールの3つのアレイを含む、第2のサブシステムを含む。本システムはさらに、第1のサブシステムと第2のサブシステムとの間に位置付けられ、第2の軸に沿って整合される、複数の相互接続モジュールを含むことができる。In some embodiments, the three arrays are of a first subsystem, and the system further includes a second subsystem including three arrays of modules arranged in a symmetrical opposed manner relative to the first subsystem, and the system can further include a plurality of interconnected modules positioned between the first and second subsystems and aligned along a second axis.
多くの実施形態では、電気車両(EV)のモジュール型エネルギーシステが、提供され、本システムは、3相電力をEVの第1のモータに提供するように構成される、3つのアレイを含む、第1のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第1のサブシステムと、3相電力をEVの第2のモータに提供するように構成される、3つのアレイを含む、第2のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第2のサブシステムとを含み、EVのシャーシは、第1の軸と、EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、第1の軸に沿ったシャーシの第1の寸法は、第2の軸に沿ったシャーシの第2の寸法より比較的に長く、2つのサブシステムは、シャーシ内に嵌合するように構成される、パック内に配列され、2つのサブシステムの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に小さい。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system comprising: a first subsystem including three arrays configured to provide three-phase power to a first motor of the EV, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter; and a second subsystem including three arrays configured to provide three-phase power to a second motor of the EV, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules. The EV includes at least two stages of modules that output an AC voltage signal including a superposition of output voltages therefrom, each of the modules including a second subsystem including an energy source and a converter, the EV's chassis having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis, the two subsystems arranged in a pack configured to fit within the chassis, each module of the two subsystems having a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
いくつかの実施形態では、アレイ毎に、アレイのモジュールの大部分は、第1の軸に沿って整合される。アレイの各段は、第2の軸に沿って整合されることができる。本システムはさらに、パックの第1の端部に交互方式で配列される、複数の相互接続モジュールを含むことができる。In some embodiments, for each array, a majority of the modules in the array are aligned along a first axis. Each row of the array can be aligned along a second axis. The system can further include a plurality of interconnection modules arranged in an alternating manner at the first end of the pack.
いくつかの実施形態では、第1および第2のサブシステムは、パックの第2の端部において、第1および第2のモータのための電力を出力するように構成される。In some embodiments, the first and second subsystems are configured to output power for the first and second motors at the second end of the pack.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、3相電力をEVの第1のモータに提供するように構成される、3つのアレイを含む、第1のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第1のサブシステムと、3相電力をEVの第2のモータに提供するように構成される、3つのアレイを含む、第2のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第2のサブシステムと、3相電力をEVの第3のモータに提供するように構成される、3つのアレイを含む、第3のサブシステムであって、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第3のサブシステムとを含み、EVのシャーシは、第1の軸と、EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、第1の軸に沿ったシャーシの第1の寸法は、第2の軸に沿ったシャーシの第2の寸法より比較的に長く、3つのサブシステムは、シャーシ内に嵌合するように構成される、パック内に配列され、第1および第2のサブシステムの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に小さい。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system comprising: a first subsystem including three arrays configured to provide three-phase power to a first motor of the EV, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter; a second subsystem including three arrays configured to provide three-phase power to a second motor of the EV, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter; a third subsystem including three arrays configured to provide power to a third motor of the EV, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules including an energy source and a converter; a chassis of the EV having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis, the three subsystems arranged in a pack configured to fit within the chassis, each module of the first and second subsystems having a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
いくつかの実施形態では、第3のサブシステムの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に大きい。In some embodiments, each module of the third subsystem has a first dimension aligned along a first axis and a second dimension aligned along a second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
いくつかの実施形態では、第1のサブシステムは、EVの左側上に位置付けられ、第2のサブシステムは、EVの右側上に位置付けられる。第3のサブシステムは、第1および第2のサブシステムの背面にある。第1のサブシステムは、EVの正面左車輪のための第1のモータに給電するように構成され、第2のサブシステムは、EVの正面右車輪のための第2のモータに給電するように構成され、第3のサブシステムは、EVの後輪のための第3のモータに給電するように構成される。In some embodiments, the first subsystem is positioned on the left side of the EV and the second subsystem is positioned on the right side of the EV. The third subsystem is behind the first and second subsystems. The first subsystem is configured to power a first motor for the front left wheels of the EV, the second subsystem is configured to power a second motor for the front right wheels of the EV, and the third subsystem is configured to power a third motor for the rear wheels of the EV.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、第1のサブシステムと第2のサブシステムとの間に位置付けられる、複数の相互接続モジュールを含む。In some embodiments, the system further includes a plurality of interconnection modules positioned between the first subsystem and the second subsystem.
いくつかの実施形態では、第1および第2のサブシステムの各アレイは、第2の軸に沿って整合される。In some embodiments, each array of the first and second subsystems is aligned along a second axis.
いくつかの実施形態では、第1および第2のサブシステムの各モジュールの段は、第1の軸に沿って整合される。In some embodiments, the stages of each module of the first and second subsystems are aligned along the first axis.
いくつかの実施形態では、第3のサブシステムの各アレイのモジュールの大部分は、第1の軸に沿って整合される。In some embodiments, a majority of the modules in each array of the third subsystem are aligned along the first axis.
いくつかの実施形態では、第3のサブシステムのモジュールの段の大部分は、第2の軸に沿って整合される。第3のサブシステムのモジュールの第1の段は、交互方式で配列される。In some embodiments, a majority of the stages of the modules of the third subsystem are aligned along the second axis. A first stage of the modules of the third subsystem are arranged in an alternating manner.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、3相電力をEVの4つのモータに提供するように構成される、4つのサブシステムを含み、各サブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、EVのシャーシは、第1の軸と、EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、第1の軸に沿ったシャーシの第1の寸法は、第2の軸に沿ったシャーシの第2の寸法より比較的に長く、4つのサブシステムは、シャーシ内に嵌合するように構成される、パック内に配列され、第1および第2のサブシステムの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に小さい。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system including four subsystems configured to provide three-phase power to four motors of the EV, each subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, a chassis of the EV having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis, the four subsystems arranged in a pack configured to fit within the chassis, each module of the first and second subsystems having a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively smaller than the first dimension.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、第1の軸に沿って整合される、複数の相互接続モジュールを含む。In some embodiments, the system further includes a plurality of interconnection modules aligned along the first axis.
いくつかの実施形態では、4つのサブシステムは、第1のサブシステム、第2のサブシステム、第3のサブシステム、および第4のサブシステムであって、4つのモータは、第1のモータ、第2のモータ、第3のモータ、および第4のモータであって、本システムはさらに、3相電力をEVの第5のモータに提供するように構成される、第5のサブシステムであって、第5のサブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第5のサブシステムと、3相電力をEVの第6のモータに提供するように構成される、第6のサブシステムであって、第6のサブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第6のサブシステムとを含む。In some embodiments, the four subsystems are a first subsystem, a second subsystem, a third subsystem, and a fourth subsystem, and the four motors are a first motor, a second motor, a third motor, and a fourth motor, and the system further includes a fifth subsystem configured to provide three-phase power to a fifth motor of the EV, the fifth subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, and a sixth subsystem configured to provide three-phase power to a sixth motor of the EV, the sixth subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter.
いくつかの実施形態では、シャーシは、第1のシャーシであって、パックは、第1のパックであって、第5および第6のサブシステムは、第1のシャーシに移動可能に結合される、EVの第2のシャーシ内に嵌合するように構成される、第2のパック内に配列される。In some embodiments, the chassis is a first chassis, the pack is a first pack, and the fifth and sixth subsystems are arranged within a second pack configured to fit within a second chassis of the EV that is movably coupled to the first chassis.
多くの実施形態では、電気車両(EV)の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、3相電力をEVの4つのモータに提供するように構成される、4つのサブシステムを含み、各サブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、EVのシャーシは、第1の軸と、EVの水平平面において垂直な第2の軸とを有し、第1の軸に沿ったシャーシの第1の寸法は、第2の軸に沿ったシャーシの第2の寸法より比較的に長く、4つのサブシステムは、シャーシ内に嵌合するように構成される、パック内に配列され、第1および第2のサブシステムの各モジュールは、第1の軸に沿って整合される、第1の寸法と、第2の軸に沿って整合される、第2の寸法とを有し、各モジュールの第2の寸法は、第1の寸法より比較的に大きい。In many embodiments, a modular energy system for an electric vehicle (EV) is provided, the system including four subsystems configured to provide three-phase power to four motors of the EV, each subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, a chassis of the EV having a first axis and a second axis perpendicular to a horizontal plane of the EV, a first dimension of the chassis along the first axis being relatively longer than a second dimension of the chassis along the second axis, the four subsystems arranged in a pack configured to fit within the chassis, each module of the first and second subsystems having a first dimension aligned along the first axis and a second dimension aligned along the second axis, the second dimension of each module being relatively larger than the first dimension.
いくつかの実施形態では、本システムはさらに、第2の軸に沿って整合される、複数の相互接続モジュールを含む。In some embodiments, the system further includes a plurality of interconnection modules aligned along a second axis.
いくつかの実施形態では、4つのサブシステムは、第1のサブシステム、第2のサブシステム、第3のサブシステム、および第4のサブシステムであって、4つのモータは、第1のモータ、第2のモータ、第3のモータ、および第4のモータであって、本システムはさらに、3相電力をEVの第5のモータに提供するように構成される、第5のサブシステムであって、第5のサブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第5のサブシステムと、3相電力をEVの第6のモータに提供するように構成される、第6のサブシステムであって、第6のサブシステムは、3つのアレイを含み、各アレイは、ともに電気的に接続され、少なくとも2つ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、少なくとも2つのモジュールの段を含み、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、第6のサブシステムとを含む。シャーシは、第1のシャーシであることができ、パックは、第1のパックであって、第5および第6のサブシステムは、第1のシャーシに移動可能に結合される、EVの第2のシャーシ内に嵌合するように構成される、第2のパック内に配列されることができる。In some embodiments, the four subsystems are a first subsystem, a second subsystem, a third subsystem, and a fourth subsystem, and the four motors are a first motor, a second motor, a third motor, and a fourth motor, and the system further includes a fifth subsystem configured to provide three-phase power to a fifth motor of the EV, the fifth subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter, and a sixth subsystem configured to provide three-phase power to a sixth motor of the EV, the sixth subsystem including three arrays, each array including a stage of at least two modules electrically connected together and outputting an AC voltage signal including a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each module including an energy source and a converter. The chassis can be a first chassis and the pack can be the first pack, and the fifth and sixth subsystems can be arranged within a second pack configured to fit within a second chassis of the EV that is movably coupled to the first chassis.
用語「モジュール」は、本明細書で使用されるように、より大きいシステム内の2つ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併せて稼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)内のあらゆる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において変動し得る。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、車上の車輪または情報技術(IT)ブレードサーバ内のブレードのように)、これは、要求されない。例えば、本システムは、全体として本システムの分解を伴わずに、任意の1つのモジュールの除去および交換を可能にしない、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、本システムの分解を伴わずに等、便宜的方式において、他のモジュールに対して除去可能かつ交換可能であるように構成されることができる。The term "module," as used herein, refers to one of two or more devices or subsystems within a larger system. A module can be configured to operate in conjunction with other modules of similar size, function, and physical arrangement (e.g., location of electrical terminals, connectors, etc.). Modules with the same function and energy source can be configured the same (e.g., size and physical arrangement) as every other module in the same system (e.g., rack or pack), while modules with different functions or energy sources can vary in size and physical arrangement. Each module can be physically removable and replaceable with respect to other modules in the system (e.g., like wheels on a car or blades in an information technology (IT) blade server), but this is not required. For example, the system may be packaged in a common housing that does not allow for removal and replacement of any one module without disassembly of the system as a whole. However, any embodiment herein can be configured such that each module is removable and replaceable with respect to other modules in a convenient manner, such as without disassembly of the system.
用語「マスタ制御デバイス」は、広義において本明細書で使用され、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任意の具体的プロトコルの実装を要求しない。The term "master control device" is used broadly herein and does not require the implementation of any specific protocol, such as a master and slave relationship with any other device, such as a local control device.
用語「出力」は、広義において本明細書で使用され、出力および入力の両方としての双方向性様式における機能を除外しない。同様に、用語「入力」は、広義において本明細書で使用され、入力および出力の両方としての双方向性様式における機能を除外しない。The term "output" is used broadly herein and does not exclude functioning in a bidirectional manner as both an output and an input. Similarly, the term "input" is used broadly herein and does not exclude functioning in a bidirectional manner as both an input and an output.
用語「端子」および「ポート」は、広義において本明細書で使用され、一方向性または双方向性のいずれかであることができ、入力または出力であることができ、メス型またはオス型構成等の具体的物理的または機械的構造を要求しない。The terms "terminal" and "port" are used broadly herein and can be either unidirectional or bidirectional, can be input or output, and do not require a specific physical or mechanical structure such as a female or male configuration.
用語「公称電圧」は、バッテリ電池を説明するために一般に使用されるメトリックであって、製造業者によって提供される(例えば、電池上またはデータシート内のマーキングによって)。公称電圧は、多くの場合、充電されるときのバッテリ電池出力の平均電圧を指し、本主題のバッテリモジュールおよびサブシステムおよびシステム等のバッテリ電池を組み込むエンティティの電圧を説明するために使用されることができる。The term "nominal voltage" is a metric commonly used to describe battery cells and is provided by the manufacturer (e.g., by marking on the cell or in a data sheet). Nominal voltage often refers to the average voltage that the battery cell outputs when charged, and can be used to describe the voltage of entities that incorporate the battery cells, such as the subject battery modules and subsystems and systems.
用語「Cレート」は、それを下回ってバッテリが1時間以内にその公称定格容量を送達するであろう、理論的消費電流によって除算される放電電流を説明するために一般に使用されるメトリックである。The term "C-rate" is a metric commonly used to describe the discharge current divided by the theoretical draw current below which a battery would deliver its nominal rated capacity within one hour.
異なる参照番号表記が、本明細書で使用される。これらの表記は、本主題の説明を促進し、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、例えば、123-1、123-2、または123-PAのように、「-X」フォーマットにおいて、数または文字が添付され得る。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。Different reference numeral designations are used herein. These designations facilitate description of the subject matter and do not limit the scope of the subject matter. Generally, a genus of an element is referred to using a number, e.g., "123," and its subgenera are referred to using a letter appended to the number, e.g., 123A or 123B. A reference to a genus without a letter appended (e.g., 123) refers to the genus as a whole and includes all subgenera. Some figures show multiple instances of the same element. Those elements may be appended with a number or letter in an "-X" format, e.g., 123-1, 123-2, or 123-PA. This -X format does not imply that the element must be configured in the same way in each instance, but rather is used to facilitate distinction when referring to elements in the figures. A reference to the genus 123 without the -X appendage broadly refers to all instances of the element within the genus.
本主題の種々の側面が、これまで説明された実施形態を精査して、および/またはそれを補足して下記に記載され、ここでは、以下の実施形態の相互関係および互換性が重視される。換言すると、別様に明示的に記述されない、または論理的に非現実的ではない限り、実施形態の各特徴は、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実が重視される。Various aspects of the present subject matter are described below with a review of and/or in supplement to the previously described embodiments, with emphasis on the interrelationships and compatibility of the following embodiments, in other words, with emphasis on the fact that each feature of the embodiments can be combined with every other feature, unless expressly stated otherwise or logically impractical.
処理回路網は、それぞれが、離散または独立型チップである、またはいくつかの異なるチップ(およびその一部)の間に分散され得る、1つ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務めさせ、他のコンポーネントを制御させる、メモリ上に貯蔵されたソフトウェア命令を実行することができる。The processing circuitry may include one or more processors, microprocessors, controllers, and/or microcontrollers, each of which may be a discrete or stand-alone chip or distributed among several different chips (and portions thereof). Any type of processing circuitry may be implemented, such as, but not limited to, personal computing architectures (e.g., as used in desktop PCs, laptops, tablets, etc.), programmable gate array architectures, dedicated architectures, custom architectures, and others. The processing circuitry may include digital signal processors, which may be implemented in hardware and/or software. The processing circuitry may execute software instructions stored on memory that cause the processing circuitry to host different actions and control other components.
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、通信回路網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、通信回路網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/または通信回路網に(有線または無線で)データを伝送させることができる。The processing circuitry may also implement other software and/or hardware routines, for example, the processing circuitry may interface with a communications network and perform analog to digital conversion, encoding and decoding, other digital signal processing, multimedia functions, conversion of data to a suitable form (e.g., in-phase and quadrature) for presentation to the communications network, and/or cause the communications network to transmit data (either wired or wirelessly).
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。通信回路網は、無線通信のために含まれることができる。通信回路網は、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網)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、通信回路網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、通信回路網は、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通信回路網は、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。Any communication signals described herein may be communicated wirelessly unless stated or logically impractical. Communications circuitry may be included for wireless communication. The communications circuitry may be implemented as one or more chips and/or components (e.g., transmitters, receivers, transceivers, and/or other communications circuitry) that implement wireless communication over a link under an appropriate protocol (e.g., Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC), Radio Frequency Identification (RFID), proprietary protocols, and others). One or more other antennas may be included with the communications circuitry as necessary to operate with various protocols and circuits. In some embodiments, the communications circuitry may share an antenna for transmission over the link. The RF communications circuitry may include a transmitter and receiver (e.g., integrated as a transceiver) and associated encoder logic.
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もできる。The processing circuitry may also be adapted to run an operating system and any software applications and to perform their other functions not related to the processing of transmitted and received communications.
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。Computer program instructions for performing operations in accordance with the described subject matter may be written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages such as Java, JavaScript, Smalltalk, C++, C#, Transact-SQL, XML, PHP, or the like, and conventional procedural programming languages, such as the "C" programming language or a similar programming language.
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。The memory, storage devices, and/or computer-readable media may be shared by one or more of the various functional units present, or may be distributed among two or more of them (e.g., as separate memories present in different chips). A memory may also reside in its own separate chip.
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)およびそれらの変異型等の揮発性および不揮発性媒体を包含する。To the extent that an embodiment disclosed herein includes or operates in conjunction with a memory, storage device, and/or computer readable medium, then the memory, storage device, and/or computer readable medium is non-transient. Thus, to the extent that the memory, storage device, and/or computer readable medium is covered by one or more claims, then the memory, storage device, and/or computer readable medium is only non-transient. The terms "non-transient" and "tangible" as used herein are intended to describe memory, storage device, and/or computer readable medium that exclude propagating electromagnetic signals, but are not intended to limit the type of memory, storage device, and/or computer readable medium in terms of persistence of storage or otherwise. For example, "non-transitory" and/or "tangible" memory, storage, and/or computer readable media encompasses volatile and non-volatile media, such as random access media (e.g., RAM, SRAM, DRAM, FRAM, etc.), read-only media (e.g., ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash, etc.), and combinations thereof (e.g., hybrid RAM and ROM, NVRAM, etc.) and variations thereof.
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。It should be noted that all features, elements, components, functions, and steps described with respect to any embodiment provided herein are intended to be freely combinable and substitutable with those from any other embodiment. If a feature, element, component, function, or step is described with respect to only one embodiment, it should be understood that the feature, element, component, function, or step may be used with all other embodiments described herein unless expressly stated otherwise. This paragraph therefore serves as a predicate and written support for the introduction of claims that combine features, elements, components, functions, and steps from different embodiments at any time, or substitute features, elements, components, functions, and steps from one embodiment with those of another embodiment, even if the following description does not expressly state that such combination or substitution is possible in a particular case. In particular, it is expressly acknowledged that the explicit description of all possible combinations and substitutions is overly burdensome, given that the permissibility of any such combinations and substitutions would be readily recognized by those skilled in the art.
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。As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
実施形態は、種々の修正および代替形態の影響を受け得るが、その具体的実施例が、図面に示されており、本明細書に詳細に説明される。しかしながら、これらの実施形態は、開示される特定の形態に限定されるものではないが、反対に、これらの実施形態は、本開示の精神内に該当する全ての修正、均等物、および代替物を網羅するものであることを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素、および請求項の発明の範囲内ではない特徴、機能、ステップ、または要素によってその範囲を定義する、負の限定が、請求項に記載される、または追加され得る。While the embodiments are susceptible to various modifications and alternative forms, specific examples thereof are shown in the drawings and described in detail herein. It should be understood, however, that these embodiments are not limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, these embodiments are intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit of the disclosure. Furthermore, negative limitations may be written into or added to the claims that define the scope of any feature, function, step, or element of the embodiments and any feature, function, step, or element that is not within the scope of the claimed invention.
Claims (25)
各アレイは、少なくとも2つのモジュールからの出力電圧の重ね合わせからなる交流電圧信号を出力するように電気的に接続された少なくとも2つのモジュールを含み、モジュールの各々は、エネルギー源とコンバータを含む、3つのアレイである;
DCまたは単相AC充電信号を伝導するように構成された充電ポート;および
前記充電ポートと前記3つのアレイとの間に接続されたルーティング回路であって、前記ルーティング回路は、前記DCまたは単相AC充電信号を前記3つのアレイの各々に選択的にルーティングするように制御可能である、ルーティング回路。 1. A modular energy system controllable to supply power to a load, the system including:
There are three arrays, each array including at least two modules electrically connected to output an alternating voltage signal consisting of a superposition of output voltages from at least two modules, each of the modules including an energy source and a converter;
a charging port configured to conduct a DC or single phase AC charging signal; and a routing circuit connected between the charging port and the three arrays, the routing circuit being controllable to selectively route the DC or single phase AC charging signal to each of the three arrays.
前記第1および第2のサブシステムは、前記第1および第2のサブシステムが充電のために並列に電気的に接続可能であるように、第1の複数のスイッチによって一緒に結合される、ことを特徴とする。 17. The system of claim 1, wherein the three arrays are of a first subsystem of the system configured to supply three-phase power to a first load, the system further comprising a second subsystem configured to supply three-phase power to a second load, the second subsystem being three arrays each including at least two modules electrically connected together to output an AC voltage signal consisting of a superposition of output voltages from each of the at least two modules, the modules of the second subsystem consisting of an energy source and a converter;
The first and second subsystems are characterized in that they are coupled together by a first plurality of switches such that the first and second subsystems are electrically connectable in parallel for charging.
前記第1および第3のサブシステムは、前記第1および第3のサブシステムが充電のために並列に電気的に接続可能であるように、第2の複数のスイッチによって一緒に結合される、ことを特徴とする。 18. The system of claim 17, further comprising a third subsystem configured to supply three-phase power to a third load, the third subsystem comprising three arrays each including at least two modules electrically connected together to output an AC voltage signal comprising a superposition of output voltages from each of the at least two modules, each of the modules of the third subsystem including an energy source and a converter .
The first and third subsystems are coupled together by a second plurality of switches such that the first and third subsystems are electrically connectable in parallel for charging.
前記モジュール型エネルギーシステムを充電し、前記システムの少なくとも1つの動作特性のバランスをとるために充電信号が印加されている間、前記モジュール型エネルギーシステムを制御すること。 A method of charging a modular energy system constructed according to any one of claims 1 to 18 , comprising:
Controlling the modular energy system while a charging signal is applied to charge the modular energy system and balance at least one operating characteristic of the system.
A computer readable medium comprising a plurality of instructions that, when executed by a processing circuit, cause the processing circuit to control charging of a modular energy system configured according to any of claims 1 to 18 .
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