KR20210145228A - 변환기 소스 모듈들을 갖는 모듈 기반 에너지 시스템들 및 이에 관련된 방법 - Google Patents
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Abstract
다수의 컨버터-소스 모듈을 구비하는 모듈 기반의 에너지 시스템이 제공된다. 컨버터-소스 모듈 각각은 에너지 소스 및 컨버터를 포함할 수 있다. 시스템은 모듈에 대한 제어 회로부를 더 포함할 수 있다. 모듈은 단상 AC, 다상 AC, 및/또는 DC 출력을 제공하기 위해 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 각각의 모듈은 독립적으로 모니터링 및 제어될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2019년 3월 29일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/826,158호, 2019년 3월 29일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/826,238호, 및 2019년 9월 25일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/906,007호의 이익 및 그에 대한 우선권을 주장하는데, 이들 가출원 모두는 모든 목적을 위해 참조에 의해 본원에 통합된다.
분야
본원에서 설명되는 주제는 일반적으로 모듈 기반의 에너지 시스템 및 그 안에서 사용하기 위한 모듈, 및 모듈 기반의 에너지 시스템 내의 모듈의 상호 접속 및 제어를 용이하게 하는 시스템, 디바이스, 및 방법에 관한 것이다.
다수의 에너지 소스 또는 싱크를 갖는 에너지 시스템은 많은 산업에서 일반적이다. 하나의 예는 자동차 산업이다. 지난 세기에 걸쳐 진화한 바와 같은 오늘날의 자동차 기술은, 많은 것들 중에서도, 모터, 기계적 엘리먼트 및 전자기기의 상호 작용에 의해 특성 묘사된다. 이들은 차량 성능 및 운전자 경험에 영향을 끼치는 핵심 컴포넌트이다. 모터는 연소 또는 전기 타입을 가지며 일반적으로 자동차당 하나의 모터를 발견하는데, 하나 또는 두 개의 전기 모터와의 연소 엔진의 조합, 또는 두 개의 모터를 장착한 성능 지향 전기 차량을 특징으로 하는 하이브리드 구동 트레인을 갖는 자동차는 예외이다. 거의 모든 경우에, 모터(들)로부터의 회전 에너지는, 클러치, 트랜스미션, 차동 장치(differential), 구동 샤프트, 토크 튜브, 커플러, 등등과 같은 고도로 정교한 기계 엘리먼트의 세트를 통해 전달된다. 이들 부품은 토크 변환 및 휠로의 전력 분배를 큰 정도까지 제어하며 자동차의 성능을 정의하기 위한 핵심 엘리먼트이다. 그들은 또한 도로 핸들링에도 영향을 끼친다. 수년에 걸쳐, 개개의 자동차 제조사는, 시장에서 더 나은 성능, 더 높은 연료 효율성 및 궁극적으로 차별화를 제공하도록, 이들 기계 부품을 고도로 최적화하여 왔다. 제어 측 상에서, 엔터테인먼트, 내비게이션 및 인간 기계 인터페이스 엘리먼트와 같은 운전자 편의를 제외하면, 통상적으로, 모터, 클러치/트랜스미션 동작 및 도로 유지/핸들링을 제어하는/최적화하는 특수 전자기기 하드웨어 및 임베딩된 소프트웨어의 단지 몇몇 클러스터만이 존재한다.
EV는, 다른 것들 중에서도, 배터리, 충전기 및 모터 제어를 포함하는 구동 트레인에 관련되는 다양한 전기 시스템을 포함한다. 이들 전기 시스템의 현재의 성능 및 단점의 간략한 목록이 하기에서 설명된다.
종래의 배터리 설계
고전압 배터리 팩은 통상적으로 더 낮은 전압 배터리 모듈의 직렬 체인으로 구성된다. 각각의 그러한 모듈은, 개개의 셀의 직렬 연결된 세트 및 전압 및 충전의 상태와 같은 기본 셀 관련 특성을 조절하기 위한 간단한 임베딩된 배터리 관리 시스템으로 또한 구성된다. 더욱 정교한 성능 또는 스마트 상호 접속성(interconnectedness)의 어떤 형태를 가진 전자기기는 존재하지 않는다. 결과적으로, 임의의 모니터링 또는 제어 기능이 별개의 시스템에 의해 핸들링되는데, 그 별개의 시스템에는, 자동차의 다른 곳에 존재한다고 하더라도, 개개의 셀 건전성, 충전의 상태, 온도 및 다른 성능에 영향을 끼치는 메트릭을 모니터링하는 능력이 없다. 어떤 형태로든 개개의 셀당 전력 인출을 조정하는 능력도 또한 없다. 주요 결과 중 일부는 다음의 것이다: (1) 가장 약한 셀이 전체 배터리 팩의 전체 성능을 제한한다, (2) 임의의 셀 또는 모듈의 고장은 전체 팩의 교체에 대한 필요성으로 이어진다, (3) 배터리 신뢰성 및 안전성 현저하게 감소된다, (4) 배터리 수명이 제한된다, (5) 열 관리가 어렵다, (6) 배터리 팩이 항상 최대 성능 미만에서 동작한다, (7) 배터리 팩으로의 회생 제동 유도 전력의 갑작스러운 유입(inrush)은 배터리에 쉽게 저장되지 않을 수 있고 덤프 저항기를 통한 소산을 필요로 할 것이다.
종래의 충전기 설계
충전 회로는 별개의 온보드 시스템에서 통상적으로 실현된다. 그들은 AC 신호 또는 DC 신호의 형태로 EV 외부에서 유입하는 전력을 감독하고, 그것을 DC로 변환하고 그것을 배터리 팩(들)에 공급한다. 충전 시스템은 전압 및 전류를 모니터링하고 안정적이고 일정한 피드를 통상적으로 공급한다. 배터리 팩의 설계 및 통상적인 충전 회로를 고려하면, 셀 건전성, 성능 특성, 온도, 등등에 기초하여 개개의 배터리 모듈로의 충전 흐름을 재단하는 능력이 거의 없다. 충전 시스템 및 배터리 팩에는, 전하 전달 또는 달성 가능한 총 전하를 최적화할 펄스식 충전 또는 다른 기술을 허용할 회로부(circuitry)가 없기 때문에, 충전 사이클도 또한 통상적으로 길다.
종래의 모터 제어 설계
종래의 제어는 배터리 팩 전압 레벨을 EV 전기 시스템의 버스 전압으로 조정하기 위한 DC 대 DC 변환 스테이지를 포함한다. 그 다음, 모터는, 결과적으로, 필요한 AC 신호(들)를 전기 모터에 제공하는 간단한 2 레벨 다상 컨버터에 의해 구동된다. 각각의 모터는, 전통적으로는, 3상 설계로 모터를 구동하는 별개의 컨트롤러에 의해 제어된다. 듀얼 모터 EV는 두 개의 컨트롤러를 필요로 할 것이고, 한편 네 개의 인휠 모터(in-wheel motor)를 사용하는 EV는 4 개의 개개의 컨트롤러를 필요로 할 것이다. 종래의 컨트롤러 설계에는 또한, 더 많은 수의 극편(pole piece)에 의해 특성 묘사되는 스위치 릴럭턴스 모터(switch reluctance motor; SRM)와 같은 차세대 모터를 구동하는 능력이 없다. 적응은 더 높은 위상 설계(higher phase design)를 필요로 하여, 시스템을 더욱 복잡하게 만들 것이고, 궁극적으로는, 높은 토크 리플 및 음향 노이즈와 같은 전기 노이즈 및 주행 성능을 해결하지 못할 것이다.
이들 결함 중 많은 것은 자동차뿐만 아니라 다른 모터 구동식 차량에도 적용되고, 그리고 또한 고정식 디바이스에도 소정의 정도까지 적용된다. 이들 및 다른 이유 때문에, 차량 산업 및 그 밖의 곳의 경우, 에너지 시스템을 위한 개선된 시스템, 디바이스, 및 방법에 대한 요구가 존재한다.
많은 애플리케이션에 널리 관련되는 모듈 기반의 에너지 시스템에 대한 시스템, 디바이스, 및 방법의 예시적인 실시형태가 본원에서 제공된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 모듈을 포함하는데, 여기서 각각의 모듈은 적어도 에너지 소스 및 컨버터를 포함한다. 각각의 모듈의 더 복잡한 구성이 또한 개시된다. 시스템의 모듈은, 시스템이 적용되는 특정한 기술 애플리케이션에 고유한 기능을 수행하기 위해, 다양한 복잡도의 상이한 배열로 함께 연결될 수 있다. 시스템은, 시스템의 사용 동안 각각의 모듈의 스테이터스(status) 정보, 적어도 하나의 동작 특성, 또는 다른 파라미터를 반복적으로 모니터링하도록, 그 모니터링된 스테이터스 정보, 동작 특성 또는 다른 파라미터에 기초하여 각각의 모듈의 상태를 평가하도록, 그리고 전기적 성능, 열적 성능, 수명, 및 기타와 같은 하나 이상의 소망되는 목표를 달성 및/또는 유지하기 위한 노력에서 각각의 모듈을 독립적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 제어는 시스템으로부터의 에너지 제공(예를 들면, 방전) 및/또는 에너지 소비(예를 들면, 충전)를 용이하게 하기 위해 발생할 수 있다. 이들 시스템, 디바이스, 및 방법의 수많은 예시적인 애플리케이션이 설명된다.
많은 예시적인 실시형태에서, 모듈의 적어도 하나의 에너지 소스는 커패시터(예컨대, 울트라 커패시터(ultra-capacitor) 또는 수퍼 커패시터(super-capacitor)), 배터리, 및 연료 전지를 포함할 수 있다.
많은 예시적인 실시형태에서, 시스템은 일차원 어레이에서 또는 다차원 어레이에서 연결되는 적어도 두 개의 컨버터-소스 모듈을 포함할 수 있다. 적어도 두 개의 일차원 어레이는, 예를 들면, 상이한 행과 열에서 직접적으로 또는 하나 이상의 추가적인 컨버터-소스 모듈에 의해 함께 연결될 수 있다. 그러한 구성에서, 모듈 기반의 에너지 시스템의 출력에서 개개의 컨버터-소스 모듈의 출력 전압의 중첩으로서 임의의 형상 및 주파수의 출력 전압이 생성될 수 있다.
예시적인 실시형태의 다양한 상호 접속된 아키텍쳐는, 단일의 모듈 기반의 에너지 시스템(예를 들면, 배터리 팩) 내의 위상간(inter-phase) 전력 관리 및 다수의 모듈 기반의 에너지 시스템(예를 들면, 배터리 팩들) 사이의 시스템간 전력 관리를 가능하게 할 뿐만 아니라, 시스템(들)에 대한 보조(auxiliary) 부하의 연결, 및 그러한 시스템의 모든 컨버터-소스 모듈로부터 그들 부하에 제공되는 에너지의 균일한 분배의 유지를 가능하게 한다.
예시적인 실시형태의 다양한 상호 접속된 아키텍쳐는 컨버터-소스 모듈 사이의 전력 공유의 제어를 또한 가능하게 한다. 그러한 제어는, 예를 들면, 컨버터-소스 모듈의 에너지 소스의 충전의 상태와 같은 파라미터의 조절이, 사이클링 동안 연속적으로 그리고 실시간으로, 뿐만 아니라, 휴지 상태에서도, 밸런스를 맞추게 되는 것을 가능하게 하는데, 이것은 각각의 에너지 소스의 전체 용량의 활용을, 그들의 용량에서의 가능한 차이에 무관하게, 촉진한다. 또한, 그러한 제어는 컨버터-소스 모듈의 에너지 소스의 온도의 밸런스를 맞추기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 온도 밸런싱은 시스템(예를 들면, 배터리 팩)의 전력 성능을 증가시킬 수 있고, 에너지 소스의 더욱 균일한 에이징(aging)을, 시스템 내에서의 그들의 물리적 위치 및 그들의 열 저항률에서의 차이에 무관하게, 제공할 수 있다.
본원에서 설명되는 주제의 다른 시스템, 디바이스, 방법, 피쳐 및 이점은, 다음의 도면 및 상세한 설명의 검토시, 기술 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이거나 또는 명백하게 될 것이다. 모든 그러한 추가적인 시스템, 방법, 피쳐 및 이점은 이 설명 내에서 포함되어야 하고, 본원에서 설명되는 주제의 범위 내에 있어야 하며, 첨부된 청구범위에 의해 보호되어야 한다는 것이 의도된다. 예시적인 실시형태의 피쳐는, 청구범위에서 그들 피쳐의 명시적 기재가 없는 한, 첨부된 청구항을 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
그 구조 및 동작 둘 모두에 관한, 본원에서 기술되는 주제의 세부 사항은, 같은 참조 번호가 같은 부분을 가리키는 첨부의 도면의 연구에 의해 명확할 수도 있다. 도면에서의 컴포넌트는 반드시 일정한 비율은 아니며, 대신, 주제의 원리를 예시하는 데 강조가 이루어진다. 또한, 모든 예시는 개념을 전달하도록 의도되는데, 모든 예시에서, 상대적인 사이즈, 형상 및 다른 세부적인 속성은 문자 그대로 또는 정확하게 예시되기 보다는 도식적으로 예시될 수도 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 2는, 본 개시의 실시형태에 따른, 마스터 제어 디바이스(master control device; MCD)에 상호 접속되는 로컬 제어 디바이스(로컬 제어 디바이스; LCD)를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V1)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 3은, 본 개시의 실시형태에 따른, MCD에 상호 접속되는 LCD를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V2)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 4는, 본 개시의 실시형태에 따른, MCD 및 옵션 사항의(optional) 보조 부하에 상호 접속되는 LCD를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V3)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 5a는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 2에서 도시되는 컨버터(컨버터 V1)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 5b는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 2 및 도 3에서 도시되는 컨버터(컨버터 V2)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 1, 도 2, 및 도 3에서 도시되는 에너지 소스로서의 사용을 위한 에너지 저장 엘리먼트의 예시적인 실시형태를 묘사하는 다이어그램이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 1, 도 2, 및 도 3에서 도시되는 에너지 버퍼로서의 사용을 위한 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 및 도 8f는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 3에서 도시되는 에너지 소스(2)로서의 사용을 위한 예시적인 실시형태를 묘사하는 다이어그램이다.
도 9는, 본 개시의 실시형태에 따른, 예시적인 컨버터로부터의 출력 전압을 묘사하는 그래프이다.
도 10은, 본 개시의 실시형태에 따른, 여섯 개의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 모듈 기반의 에너지 저장 시스템으로부터의 출력 전압을 묘사하는 그래프이다.
도 11은, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 3에서 도시되는 예시적인 컨버터-소스 모듈(ConSource V2)에 대한 전력 흐름 관리의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 12a 및 도 12b는, 컨버터 V2가 2차 전류 고조파(second order current harmonic)의 감소의 2차 기능(secondary function)을 제공하는, 도 3에서 도시되는 컨버터-소스(ConSource V2) 모듈의 예시적인 파형을 묘사하는 그래프이다.
도 13은, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 4에서 도시되는 컨버터-소스(ConSource V3) 모듈에 대한 전력 흐름 관리의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 및 도 14d는 모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태에 적용 가능한 펄스 폭 변조의 예시적인 실시형태를 묘사하는 그래프이다.
도 15는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 예시적인 일차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 16은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 예시적인 이차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 17은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 다른 예시적인 이차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 18은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 19는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 20은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 21은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 다차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 22는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 23은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 24는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 25는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 26은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 육차원 어레이에서 연결되고 6상(six-phase) 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 27은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 두 개의 3상 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 28은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 3상 개방 권선(open-winding) 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 29는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 두 개의 3상 개방 권선 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도를 예시한다.
도 30은, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 단상 밸런싱 컨트롤러(single-phase balancing controller)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 31은, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 예시적인 단상 시스템(single-phase system)에 대한 전압 공유 제어의 페이저(phasor) 다이어그램을 묘사한다.
도 32는, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 단상 밸런싱 컨트롤러의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도를 묘사한다.
도 33a 및 도 33b는, (A) 위상내(intra-phase) 밸런싱만을 위한 그리고 (B) 위상내 및 위상간 밸런싱을 위한 3상 구조에 대한 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 34a 및 도 34b는, (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트(neutral point shift)를 통한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 공통 모듈을 갖는 3상 구조에 대한 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 35a 및 도 35b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 4상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 36a 및 도 36b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 5상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 37a 및 도 37b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 6상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 38a 및 도 38b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 27에서 도시되는 예시적인 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 39a 및 도 39b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 28에서 도시되는 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 40a 및 도 40b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 29에서 도시되는 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 41 및 도 42는 컨버터-소스 모듈의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 43a 및 도 43b는 하나 이상의 기판 상에 장착되는 컨버터-소스 모듈의 컴포넌트의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 2는, 본 개시의 실시형태에 따른, 마스터 제어 디바이스(master control device; MCD)에 상호 접속되는 로컬 제어 디바이스(로컬 제어 디바이스; LCD)를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V1)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 3은, 본 개시의 실시형태에 따른, MCD에 상호 접속되는 LCD를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V2)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 4는, 본 개시의 실시형태에 따른, MCD 및 옵션 사항의(optional) 보조 부하에 상호 접속되는 LCD를 갖는 컨버터-소스 모듈(ConSource V3)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 5a는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 2에서 도시되는 컨버터(컨버터 V1)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 5b는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 2 및 도 3에서 도시되는 컨버터(컨버터 V2)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 1, 도 2, 및 도 3에서 도시되는 에너지 소스로서의 사용을 위한 에너지 저장 엘리먼트의 예시적인 실시형태를 묘사하는 다이어그램이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 1, 도 2, 및 도 3에서 도시되는 에너지 버퍼로서의 사용을 위한 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 및 도 8f는, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 3에서 도시되는 에너지 소스(2)로서의 사용을 위한 예시적인 실시형태를 묘사하는 다이어그램이다.
도 9는, 본 개시의 실시형태에 따른, 예시적인 컨버터로부터의 출력 전압을 묘사하는 그래프이다.
도 10은, 본 개시의 실시형태에 따른, 여섯 개의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 모듈 기반의 에너지 저장 시스템으로부터의 출력 전압을 묘사하는 그래프이다.
도 11은, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 3에서 도시되는 예시적인 컨버터-소스 모듈(ConSource V2)에 대한 전력 흐름 관리의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 12a 및 도 12b는, 컨버터 V2가 2차 전류 고조파(second order current harmonic)의 감소의 2차 기능(secondary function)을 제공하는, 도 3에서 도시되는 컨버터-소스(ConSource V2) 모듈의 예시적인 파형을 묘사하는 그래프이다.
도 13은, 본 개시의 실시형태에 따른, 도 4에서 도시되는 컨버터-소스(ConSource V3) 모듈에 대한 전력 흐름 관리의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 및 도 14d는 모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태에 적용 가능한 펄스 폭 변조의 예시적인 실시형태를 묘사하는 그래프이다.
도 15는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 예시적인 일차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 16은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 예시적인 이차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 17은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 연결된 예시적인 컨버터-소스 모듈의 다른 예시적인 이차원 어레이를 묘사하는 개략도이다.
도 18은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 19는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 20은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 21은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 다차원 어레이에서 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 22는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 23은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 24는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 25는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 26은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 육차원 어레이에서 연결되고 6상(six-phase) 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 27은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 두 개의 3상 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 28은, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 3상 개방 권선(open-winding) 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도이다.
도 29는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 삼차원 어레이에서 연결되고 두 개의 3상 개방 권선 전기 모터 및 보조 부하에 연결되는 다수의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 다른 예시적인 시스템을 묘사하는 개략도를 예시한다.
도 30은, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 단상 밸런싱 컨트롤러(single-phase balancing controller)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
도 31은, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 예시적인 단상 시스템(single-phase system)에 대한 전압 공유 제어의 페이저(phasor) 다이어그램을 묘사한다.
도 32는, 본 개시의 예시적인 실시형태와 함께 사용하기 위한, 단상 밸런싱 컨트롤러의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도를 묘사한다.
도 33a 및 도 33b는, (A) 위상내(intra-phase) 밸런싱만을 위한 그리고 (B) 위상내 및 위상간 밸런싱을 위한 3상 구조에 대한 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 34a 및 도 34b는, (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트(neutral point shift)를 통한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 공통 모듈을 갖는 3상 구조에 대한 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 35a 및 도 35b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 4상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 36a 및 도 36b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 5상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 37a 및 도 37b는 (A) 중성점 시프트 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 갖는 6상 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 38a 및 도 38b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 27에서 도시되는 예시적인 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 39a 및 도 39b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 28에서 도시되는 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 40a 및 도 40b는 (A) 공통 모듈 및 (B) 공통 모듈 및 중성점 시프트를 통해 도 29에서 도시되는 시스템에 대한 위상내 및 위상간 밸런싱을 갖는 전압 공유 제어의 페이저 다이어그램을 묘사한다.
도 41 및 도 42는 컨버터-소스 모듈의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다.
도 43a 및 도 43b는 하나 이상의 기판 상에 장착되는 컨버터-소스 모듈의 컴포넌트의 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다.
본 주제가 상세하게 설명되기 이전에, 본 개시는 설명되는 특정한 실시형태로 제한되지 않으며, 그러한 만큼, 물론, 변경될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 사용되는 전문 용어는 단지 특정한 실시형태를 설명하는 목적을 위한 것이며, 본 개시의 범위가 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 제한하도록 의도되지는 않는다는 것이 또한 이해되어야 한다.
모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태는, 본원에서, 다음의 것인 것으로 설명된다: 그러한 시스템 내의 디바이스, 회로부, 소프트웨어 및 컴포넌트의 예시적인 실시형태; 그러한 시스템을 동작시키고 사용하는 방법의 예시적인 실시형태; 및 그러한 시스템이 구현될 수 있는 또는 통합될 수 있는 또는 그러한 시스템이 함께 활용될 수 있는 애플리케이션(예를 들면, 장치, 머신, 그리드, 현장(locale), 구조, 환경, 등등)의 예시적인 실시형태. 많은 경우에, 이들 애플리케이션은 이동식 애플리케이션 또는 고정식 애플리케이션으로서 분류될 수 있다.
애플리케이션의 예
이동식 애플리케이션은, 일반적으로, 모듈 기반의 에너지 시스템이 엔티티 상에 또는 내에 위치되고, 그 엔티티를 이동시키거나 또는 이동시키는 것을 지원하기 위해, 모터에 의해 원동력(motive force)으로 변환하기 위한 전기 에너지를 저장 및 제공하는 애플리케이션이다. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는, 육지 위 또는 아래에서, 바다 위 또는 아래에서, 육지 또는 바다 위에서 그들과 떨어져(예를 들면, 공중에서 날고 있거나 또는 호버링함), 또는 우주 공간(outer space)을 통해 움직이는 전기 및/또는 하이브리드 엔티티를 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는, 차량, 기차, 배(ship), 선박(vessel), 항공기, 및 우주선을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 사용될 수 있는 이동식 차량의 예는, 단지 하나의 휠 또는 트랙을 갖는 것들, 단지 두 개의 휠 또는 트랙을 갖는 것들, 단지 세 개의 휠 또는 트랙을 갖는 것들, 단지 네 개의 휠 또는 트랙을 갖는 것들, 또는 다섯 개 이상의 휠 또는 트랙을 갖는 것들을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는, 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 스쿠터, 산업용 차량, 광산 차량, 비행 차량(flying vehicle)(예를 들면, 비행기, 헬리콥터, 드론, 등등), 해상 선박(예를 들면, 상업용 수송 선박, 배, 요트, 보트 또는 다른 선박(watercraft)), 잠수함, 기관차 또는 레일 기반의 차량(예를 들면, 기차, 등등), 군용 차량, 우주선, 및 위성을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
고정식 애플리케이션은 일반적으로 이동식 애플리케이션 이외의 애플리케이션이다. 일반적으로, 고정식 애플리케이션에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 하나 이상의 다른 엔티티에 의한 소비를 위한 전기 에너지를 제공하면서 정적인 위치에 존재한다. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 또는 내부에서 사용될 수 있는 고정식 애플리케이션의 예는 다음의 것을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 하나 이상의 주거용 구조물 또는 현장에 의한 또는 그들 내에서 사용하기 위한 에너지 시스템, 하나 이상의 산업용 구조물 또는 현장에 의한 또는 그들 내에서 사용하기 위한 에너지 시스템, 하나 이상의 상업용 구조물 또는 현장에 의한 또는 그들 내에서 사용하기 위한 에너지 시스템, 하나 이상의 정부 구조물 또는 현장(군사적 및 비군사적 용도 둘 모두를 포함함)에 의한 또는 그들 내에서 사용하기 위한 에너지 시스템, 및 태양광 발전, 풍력, 지열 에너지, 화석 연료, 또는 핵 반응을 저장을 위한 전기로 변환하는 시스템. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 또는 내부에서 사용될 수 있는 고정식 애플리케이션의 예는 다음의 것을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 상기에서 설명되는 이동식 애플리케이션(예를 들면, 충전 스테이션)을 충전하기 위한 에너지 시스템. 본원에서 개시되는 실시형태가 함께 또는 내부에서 사용될 수 있는 고정식 애플리케이션의 다른 예는 다음의 것을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 데이터 센터 스토리지 시스템, 전력 그리드, 또는 마이크로 그리드. 고정식 에너지 시스템은 저장 또는 비저장 역할 중 어느 하나에서 사용될 수 있다.
본원에서 실시형태를 설명함에 있어서, 특정한 이동식 애플리케이션(예를 들면, 전기 차량(electric vehicle; EV)) 또는 고정식 애플리케이션(예를 들면, 그리드)에 대한 참조가 이루어질 수도 있다. 그러한 참조는 설명의 용이성을 위해 만들어지며, 특정한 실시형태가 그 특정한 이동식 또는 고정식 애플리케이션으로만 사용되도록 제한된다는 것을 의미하지는 않는다. 모터에 전력을 제공하는 시스템의 실시형태는 이동식 및 고정식 애플리케이션 둘 모두에서 사용될 수 있다. 소정의 구성이 다른 것에 비해 몇몇 애플리케이션에 더 적합할 수도 있지만, 본원에서 개시되는 모든 예시적인 실시형태는, 달리 언급되지 않는 한, 이동식 및 고정식 애플리케이션 둘 모두에서 사용될 수 있다.
모듈 기반의 에너지 시스템의 예시적인 실시형태
도 1a는 모듈 기반의 에너지 시스템(100)의 예시적인 실시형태를 묘사한다. 여기서, 시스템(100)은, 통신 경로 또는 링크(106-1 내지 106-N)를 통해, 각각, N 개의 컨버터-소스 모듈(108-1 내지 108-N)과 통신 가능하게 커플링되는 제어 회로부(102)를 포함한다. 이들 실시형태에서, 임의의 수의 두 개 이상의 컨버터-소스 모듈이 사용될 수 있다(예를 들면, N은 2보다 더 크거나 또는 동일함). 본원에서 "ConSource" 모듈로서 지칭되는 컨버터-소스 모듈(108)은, 도 15 내지 도 29와 관련하여 더욱 상세하게 설명될 바와 같이, 다양한 방식으로 서로 연결될 수 있다. 예시의 용이성을 위해, 도 1a 내지 도 1c에서, ConSource 모듈은 직렬로 또는 일차원 어레이로서 연결되어 도시되는데, 여기서 제N ConSource 모듈은 부하(101)에 커플링된다. 부하(101)는, 전력을 제공하기 위해 사용될 때 시스템(100)이 전력을 출력하는 전기 부하이다. 부하(101)는 모터 또는 그리드를 포함하는, 그러나 이들로 제한되지는 않는 임의의 타입의 부하일 수 있다. 충전을 위해, ConSource 모듈은, 부하(101)에 추가하여, 또는 부하(101) 대신에, 충전 소스(도시되지 않음)와 커플링될 수 있다. 본원에서 더욱 상세하게 설명될 바와 같이, 시스템(100)은, 주(primary) 및 보조 부하 둘 모두를 비롯한, 다수의 부하(101)를 공급하도록 구성될 수 있다.
도 1a의 실시형태에서, 제어 회로부(102)는 동일한 또는 상이한 하나 이상의 ConSource 모듈로부터 수신되는 스테이터스 정보에 기초하여 하나 이상의 ConSource 모듈(108)을 제어하도록 구성된다. 제어는 부하(101)의 요건과 같은 하나 이상의 다른 요인에 또한 기초할 수 있다. 많은 실시형태에서, 제어되는 양태는 시간 경과에 따른 각각의 ConSource 모듈의 출력 전력이다; 그러나, 출력 전력에 대한 대안으로서 또는 출력 전력에 추가하여, 다른 양태가 제어될 수 있다.
많은 실시형태에서, 시스템(100) 내의 모든 ConSource 모듈의 스테이터스 정보는 제어 회로부(102)로 전달될 것이며, 이로부터 제어 회로부(102)는 모든 ConSource 모듈(108-1, ..., 108-N)을 독립적으로 제어할 것이다. 다른 변형도 가능하다. 예를 들면, 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트)의 제어는, 그 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트)의 스테이터스 정보에 기초할 수 있거나, 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트)이 아닌 상이한 ConSource 모듈의 스테이터스 정보에 기초할 수 있거나, 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트) 이외의 모든 ConSource 모듈의 스테이터스 정보에 기초할 수 있거나, 그 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트) 스테이터스 정보 및 그 특정한 ConSource 모듈(또는 ConSource 모듈의 서브세트)이 아닌 적어도 하나의 다른 ConSource 모듈의 스테이터스 정보에 기초할 수 있거나, 또는 시스템(100) 내의 모든 ConSource 모듈의 스테이터스 정보에 기초할 수 있다.
본원에서 설명될 바와 같이, 스테이터스 정보는 각각의 ConSource 모듈의 하나 이상의 양태에 대한 정보일 수 있다. 스테이터스 정보는 동작 특성 또는 다른 파라미터일 수 있다. 스테이터스 정보의 타입은 ConSource 모듈 또는 그 컴포넌트의 다음의 양태를 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 충전의 상태(State of Charge; SOC)(예를 들면, 자신의 용량에 대한 에너지 소스의 충전의 레벨, 예컨대 분율 또는 비율), 건전성의 상태(State of Health; SOH)(예를 들면, 자신의 이상적인 상태와 비교한 에너지 소스의 상태의 성능 지수(figure of merit)), 용량, 온도, 전압, 전류, 또는 장애(fault)의 존재 또는 부재. 각각의 ConSource 모듈(108-1, ..., 108-N)은, 스테이터스 정보를 구성하는, 또는 스테이터스 정보로 변환될 수 있는 감지된 또는 측정된 신호 또는 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서 또는 다른 측정 엘리먼트를 포함한다. 단일의 센서를 사용하여 하나보다 더 많은 타입의 스테이터스 정보가 감지 또는 측정될 수 있기 때문에, 또는 다르게는, 추가적인 센서에 대한 필요 없이 알고리즘 방식으로 결정될 수 있기 때문에, 각각의 타입의 스테이터스 정보를 수집하기 위해 별개의 센서가 필요로 되지 않는다.
도 1b는 시스템(100)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사한다. 여기서, 제어 회로부(102)는 통신 경로 또는 링크(115-1 내지 115-N)를 통해, 각각, N 개의 상이한 로컬 제어 디바이스(114-1 내지 114-N)와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스(112)로서 구현된다. 각각의 로컬 제어 디바이스(114-1 내지 114-N)는 통신 경로 또는 링크(116-1 내지 116-N)를 통해, 각각, 하나의 컨버터-소스 모듈(108-1 내지 108-N)과 통신 가능하게 커플링되고, 그 결과, 로컬 제어 디바이스(114)와 컨버터-소스 모듈(108) 사이에 1:1 관계가 존재한다.
도 1c는 시스템(100)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사한다. 여기서, 마스터 제어 디바이스(112)는 통신 경로 또는 링크(115-1 내지 115-M)를 통해, 각각, M 개의 상이한 로컬 제어 디바이스(114-1 내지 114-M)와 통신 가능하게 커플링된다. 로컬 제어 디바이스(114)는 두 개 이상의 컨버터-소스 모듈(108)과 커플링되어 그들을 제어할 수 있다. 여기에서 도시되는 예에서, 각각의 로컬 제어 디바이스(114)는 두 개의 컨버터-소스 모듈(108)과 통신 가능하게 커플링되고, 그 결과, M 개의 로컬 제어 디바이스(114-1 내지 114-M)는 통신 경로 또는 링크(116-1 내지 116-2M)를 통해, 각각, 2M 개의 컨버터-소스 모듈(108-1 내지 108-2M)과 커플링된다.
통신 경로 또는 링크(106, 115, 및 116) 각각은, 데이터 또는 정보를 병렬 또는 직렬 방식으로 양방향으로 전달하는 유선 또는 무선 통신 경로 또는 링크일 수 있다. 데이터는 표준 또는 커스텀 포맷으로 전달될 수 있다. 자동차 애플리케이션에서, 통신 경로 또는 링크(115)는 FlexRay 또는 CAN 프로토콜에 따라 데이터를 전달하도록 구성될 수 있다.
도 1b 및 도 1c와 관련하여 설명되는 실시형태에서, 로컬 제어 디바이스(114)는 각각의 ConSource 모듈로부터 스테이터스 정보를 수신하거나, 또는 각각의 ConSource 모듈로부터 수신되는 감지된 또는 측정된 신호 또는 데이터로부터 스테이터스 정보를 결정하고, 그 정보를 마스터 제어 디바이스(112)로 전달한다. 몇몇 실시형태에서, 로컬 제어 디바이스(114)는 측정된 또는 감지된 데이터를 마스터 제어 디바이스(112)로 전달하는데, 그 다음, 마스터 제어 디바이스는 그 원시 데이터에 기초하여 스테이터스 정보를 알고리즘 방식으로 결정한다. 그 다음, 마스터 제어 디바이스(112)는 ConSource 모듈(108)의 스테이터스 정보를 사용하여 상응하게 제어 결정을 내릴 수 있다. 제어 결정은, ConSource 모듈의 동작 또는 기여를 유지하거나 또는 조정하기 위해, 로컬 제어 디바이스(114)에 의해 해석 또는 활용될 수 있는 명령어, 커맨드, 또는 다른 정보(예컨대, 하기에서 설명되는 변조 인덱스)의 형태를 취할 수도 있다.
예를 들면, 마스터 제어 디바이스(112)는, 특정한 ConSource 모듈(또는 그 컴포넌트)이 시스템(100) 내의 하나 이상의 다른 ConSource 모듈과 관련하여 동작하고 있는 다음의 상태 중 하나 이상을 나타내는 스테이터스 정보를 수신할 수도 있다: 상대적으로 더 낮은 SOC를 가짐, 상대적으로 더 낮은 SOH를 가짐, 상대적으로 더 낮은 용량을 가짐, 상대적으로 더 낮은 전압을 가짐, 상대적으로 더 낮은 전류를 가짐, 상대적으로 더 높은 온도를 가짐, 또는 장애를 가짐. 그러한 예에서, 마스터 제어 디바이스(112)는, 그 특정한 ConSource 모듈의 전력 출력으로 하여금 감소되게 하는(또는 몇몇 경우에, 상태에 따라 상승되게 하는) 제어 정보를 출력할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들면, 더 높은 온도를 가지고 동작하고 있는 ConSource 모듈의 전력 출력은, 그 ConSource 모듈의 온도로 하여금 하나 이상의 다른 ConSource 모듈의 온도를 향해 수렴하게 하도록 감소될 수 있다.
다른 실시형태에서, 특정한 ConSource 모듈의 동작을 조정할지의 여부의 결정은, 사전 결정된 임계치, 한계, 또는 상태에 대한 스테이터스 정보의 비교에 의해 이루어질 수 있으며, 반드시 다른 ConSource 모듈의 스테이터스에 대한 비교에 의하지는 않는다. 사전 결정된 임계치, 한계, 또는 상태는 사용 동안 변경되지 않는 제조사에 의해 설정한 것들과 같은 정적인 임계치, 한계, 또는 상태일 수 있다. 사전 결정된 임계치, 한계, 또는 상태는 사용 중에 변경이 허용되는 또는 변경되는 동적 임계치, 한계, 또는 상태일 수 있다. 예를 들면, 마스터 제어 디바이스(112)는, ConSource 모듈이 허용 가능한 동작 상태의 사전 결정된 범위의 사전 결정된 임계치 또는 한계를 위반하여(예를 들면, 그 사전 결정된 임계치 또는 한계 위에서 또는 아래에서), 또는 그 사전 결정된 임계치 또는 한계를 벗어나 동작하고 있다는 것을 그 ConSource 모듈에 대한 스테이터스 정보가 나타내는 경우, ConSource 모듈의 동작을 조정할 수 있다. 유사하게, 마스터 제어 디바이스(112)는, 그 ConSource 모듈에 대한 스테이터스 정보가 실제의 또는 잠재적인 장애의 존재를 나타내거나(예를 들면, 경보, 또는 경고) 또는 실제의 또는 잠재적인 장애의 부재 또는 제거를 나타내는 경우, ConSource 모듈의 동작을 조정할 수 있다. 장애의 예는, 컴포넌트의 실제 고장, 컴포넌트의 잠재적 고장, 단락(short circuit) 또는 다른 과도한 전류 상태, 개방 회로, 과도한 전압 상태, 통신 수신의 실패, 손상된 데이터의 수신, 및 등등을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
로컬 제어 디바이스(114)는 다음의 것을 수신, 프로세싱, 및 송신할 수 있다: 컨버터-소스 모듈의 다양한 센서(예를 들면, 온도, 전압 및 전류 센서)로부터의 신호; 반도체 스위치로의 그리고 반도체 스위치로부터의 스위칭(예를 들면, 트리거링) 및 장애 신호; 에너지 저장 및 버퍼링 엘리먼트의 기본 셀의 전압; 및 다른 신호. 로컬 제어 디바이스는 마스터 제어 디바이스(112)와의 통신 및 마스터 제어 디바이스로의 그리고 그로부터의 대응하는 제어 신호의 송신을 수행할 수 있다.
이러한 방식으로, 마스터 제어 디바이스(112)는, 소망되는 목표를 달성하도록 또는 그 목표를 향해 수렴하도록, 시스템(100) 내의 ConSource 모듈(108)을 제어할 수 있다. 목표는, 예를 들면, 서로에 대해 동일한 또는 유사한 레벨에서의, 또는 사전 결정된 임계치, 한계, 또는 상태 내에서의 모든 ConSource 모듈의 동작일 수 있다. 이 프로세스는 또한, ConSource 모듈의 동작 또는 동작 특성에서의 밸런싱 또는 밸런스를 달성하기 위한 추구로서 지칭된다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "밸런스"는 ConSource 모듈(108) 또는 그 컴포넌트 사이의 절대적인 동등성을 요구하는 것이 아니라, 오히려, 불일치를 적극적으로 감소시키지 않으면 존재할 ConSource 모듈 사이의 동작에서의 불일치를 적극적으로 감소시키기 위해 시스템(100)의 동작이 사용될 수 있다는 것을 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 전달하도록 광의적인 의미에서 사용된다.
다시 도 1a를 참조하면, 제어 회로부(102)는 소프트웨어(프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 메모리에 저장되는 명령어), 하드웨어, 또는 이들의 조합을 사용하여 제어를 동작하고 실행하도록 구성될 수 있다. 제어 회로부(102)는 여기에서 도시되는 바와 같이 프로세싱 회로부 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부 및 메모리의 예시적인 구현예가 하기에서 추가로 설명된다. 통신 경로 또는 링크(106)는, 하나 이상의 컨버터-소스 모듈(108)로부터 제어 회로부(102)에 대한 동작 전력을 직접적으로 공급하기 위해 유선 전력을 또한 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 제어 회로부(102)에 대한 전력은 오로지 하나 이상의 컨버터-소스 모듈(108)로부터 공급된다.
도 1b 내지 도 1c를 참조하면, 마스터 제어 디바이스(112) 및 로컬 제어 디바이스(114)는, 유사하게, 소프트웨어(프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 메모리에 저장되는 명령어), 하드웨어, 또는 이들의 조합을 사용하여 제어를 동작하고 실행하도록 구성될 수 있으며, 각각은 여기에서 도시되는 바와 같이 프로세싱 회로부 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부(120) 및 메모리(122)의 예시적인 구현예가 하기에서 추가로 설명된다. 통신 경로 또는 링크(116)는, 하나 이상의 컨버터-소스 모듈(108)로부터 로컬 제어 디바이스(114)에 대한 동작 전력을 직접적으로 공급하기 위해 유선 전력을 또한 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 각각의 로컬 제어 디바이스(114)에 대한 동작 전력은, 그 로컬 제어 디바이스(114)가 경로(116)에 의해 연결되는 하나 이상의 컨버터-소스 모듈(108)에 의해서만 공급된다. 마스터 제어 디바이스(112)에 대한 동작 전력은, 컨버터-소스 모듈(108) 중 하나 이상으로부터 간접적으로(예를 들면, 예컨대 자동차의 전력 네트워크를 통해) 공급될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 제어 회로부(102)는 전체 시스템(100)에 대한 단일의 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 제어 회로부는 모듈(108)과 관련되는 로컬 제어 디바이스(114) 사이에서 분산될 수 있고, 그 결과, 별개의 마스터 제어 디바이스(112)가 필요하지 않고 시스템(100)으로부터 생략될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 시스템(100)의 제어는 시스템(100)에 전용되는 또는 로컬인 제어 회로부(102)와 애플리케이션의 다른 부분과 공유되는 제어 회로부 사이에 분산될 수 있다. 예를 들면, 자동차 애플리케이션에서, 마스터 제어 디바이스(112)는, 하나 이상의 다른 자동차 기능(예를 들면, 모터 제어, 운전자 인터페이스 제어, 견인(traction) 제어, 등등)에 대한 책임을 갖는 차량의 다른 제어 디바이스(예를 들면, 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit; ECU))의 일부로서 구현될 수 있다.
제어 회로부(102)는 애플리케이션의 다른 제어 디바이스와 통신하기 위한 통신 인터페이스를 가질 수 있다. 예를 들면, 자동차 애플리케이션에서, 제어 회로부(102)(예를 들면, 마스터 제어 디바이스(112))는 시스템(100)에 대한 데이터 또는 정보를 차량의 다른 제어 디바이스(예를 들면, ECU)로 출력할 수 있다.
모듈 기반의 시스템 내의 컨버터-소스 모듈의 예시적인 실시형태
도 2 내지 도 4는, 도 1b에서 묘사되는 바와 같은 시스템(100) 내의 컨버터-소스 모듈(108), 또는 ConSource 모듈의 예시적인 실시형태를 묘사하는데, ConSource 모듈당 하나의 로컬 제어 디바이스(114)를 갖는다. 도 2 내지 도 4의 실시형태 및 본원에서 설명되는 임의의 그리고 모든 다른 실시형태는, 달리 언급되지 않는 한, 도 1a 내지 도 1c의 구성에 따라 구현될 수 있다.
ConSource 모듈(108)은 전압 컨버터 또는 전류 컨버터로서 구현될 수 있다. 설명의 용이성을 위해, 본원에서 설명되는 실시형태는 전압 컨버터를 참조하여 행해지지만, 실시형태는 그렇게 제한되지는 않는다.
도 2는 시스템(100) 내의 ConSource 모듈(108A)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다. ConSource 모듈(108A)의 이 실시형태는, 본원에서, 예시적인 ConSource 모듈의 버전 1(ConSource V1)로서 지칭될 수도 있고 컨버터-소스 모듈(108)의 타입의 한 예이다. 또한, 로컬 제어 디바이스(114)(LCD) 및 마스터 제어 디바이스(112)(MCD)가 또한 도시된다. ConSource V1(108A)은 LCD(114)와 통신 가능하게 커플링되는데, LCD(114)는, 결과적으로, MCD(112)와 통신 가능하게 커플링된다.
ConSource V1(108A)은, 하나 이상의 에너지 저장 엘리먼트를 포함할 수 있는 에너지 소스(202)(에너지 소스 1)를 포함한다. 에너지 소스 1은, 예를 들면, 다음의 것 중 하나일 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않을 수 있다: 울트라 커패시터(600)(도 6a), 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 다수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(610)(도 6b), 또는 연료, 연료 전지, 또는 연료 전지 모듈(620)(도 6c).
에너지 소스 1의 출력(out1 및 out2)은, 각각, 에너지 버퍼의 입력 단자(in1 및 in2)에 연결될 수 있는데, 에너지 버퍼는, 예를 들면, 다음의 것에 기초한 엘리먼트 및 토폴로지 중 하나를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(700)(도 7a), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2) 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2)에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크(Z-source network; 710)(도 7b), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2), 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2) 및 다이오드(DEB)에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크(Quasi Z-source network; 720)(도 7c). 에너지 버퍼의 특정한 토폴로지 및 컴포넌트의 선택은, 에너지 버퍼의 출력 단자(out1 및 out2) 상의 고주파 전압 맥동의 최대 허용 가능한 진폭에 의존한다. 이들 맥동은 ConSource 모듈(108)의 성능을 저하시킬 수 있고, 따라서, 그들은 적절한 엘리먼트 및 토폴로지를 그 기본으로서 설계하는 것에 의해 효율적으로 버퍼링될 수 있다.
에너지 버퍼의 출력(out1 및 out2)은 컨버터 V1의 입력(in1 및 in2)에 각각 연결된다. 컨버터 V1(206)의 예시적인 실시형태의 개략도가 도 5a에서 도시된다. 많은 실시형태에서, 컨버터 V1(206)은, (도 4에서 도시되는 바와 같은) 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 또는 MOSFET와 같은, 반도체 스위치로서 구성될 수 있는 적어도 네 개의 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함할 수 있다. 다른 스위치 예는, 절연식 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor) 또는 IGBT이다. 반도체 스위치는 상대적으로 높은 스위칭 주파수에서 동작될 수 있고, 그에 의해, 소망되는 경우, 컨버터 V1이 펄스 폭 변조 모드에서 동작되는 것, 및 시간의 상대적으로 짧은 간격 내에서 제어 커맨드에 응답하는 것을 허용할 수 있다. 이것은 과도 모드(transient mode)에서 빠른 동적 거동 및 출력 전압 조절의 높은 공차(tolerance)를 제공할 수 있다.
이 실시형태에서, 컨버터 V1(206)은 스위치(S3, S4, S5, S6)의 상이한 조합에 의해, 자신의 단자(in1 및 in2) 사이의 DC 라인 전압(VDCL)을 자신의 출력 단자(out1 및 out2)에 연결하는 것에 의해, 세 개의 상이한 전압 출력인 +VDCL, 0 및 -VDCL을 생성한다. +VDCL을 획득하기 위해, 스위치(S3 및 S6)는 턴온되고, 반면, -VDCL은 스위치(S4 및 S5)를 턴온하는 것에 의해 획득될 수 있다. S3 및 S5 또는 S4 및 S6을 턴온하는 것에 의해, 출력 전압은 제로 또는 기준 전압으로 설정된다.
반도체 스위치(S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 스위칭 신호는, LCD 및 MCD(도 2에서 도시됨)에서의 채택된 제어 기술의 유연성 및 요건에 의존하여 상이한 방식으로 생성될 수도 있다. 한 가지 접근법은, 공간 벡터 펄스 폭 변조(space vector pulse-width modulation; SVPWM) 또는 정현파 펄스 폭 변조(sinusoidal pulse-width modulation; SPWM), 또는 이들의 변형을 사용하여, 컨버터 V1의 출력 전압을 생성하는 것이다. 컨버터 V1의 출력 전압 파형(900)의 한 예가 도 9에서 도시되어 있다. 변조 방법은, 그것이 적용되는 시스템(100)의 버전에 또한 의존하고 변조의 하나의 가능한 솔루션이 본원에서 한 예로서 추가로 제시될 것이다.
펄스 폭 변조를 사용하는 몇몇 실시형태에서, LCD는 ConSource 모듈의 스위치에 대한 스위칭 신호를 생성한다(그리고 MCD는 생성하지 않음). 히스테리시스를 사용하는 것들과 같은 몇몇 실시형태에서, 스위칭 신호의 생성은 MCD에 의해 수행될 수 있다. 도 2에서 도시되는 LCD(114)는, 진단, 측정, 보호 및 제어 신호 라인의 세트를 통해 ConSource V1(108A)에 연결될 수 있으며, 세 가지 1차 기능 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 제1 기능은 에너지 소스 1의 관리이다. 제2 기능은 과전류, 과전압 및 고온 상태로부터의 에너지 버퍼, 더 구체적으로는, 그것의 컴포넌트의 보호이다. 제3 기능은 컨버터 V1(206)의 제어 및 보호이다.
하나의 예시적인 실시형태에서, LCD(114)에 의한, ConSource V1 모듈(108A)에 대한 에너지 소스 1의 관리의 기능은 다음과 같다. LCD(114)는 측정 신호(VES1, TES1, IES1)를 수용하는데, 이들은 다음의 것이다: VES1 - 예를 들면, 배터리 셀(개개의 것 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결됨), 울트라 커패시터 셀(개개의 것 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결됨)과 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는, 기본 컴포넌트의 그룹의 전압 또는 에너지 소스 1의 기본 컴포넌트 중 적어도 하나, 바람직하게는 그 모두의 전압; TES1 - 기본 컴포넌트의 그룹의 온도 또는 에너지 소스 1의 기본 컴포넌트 중 적어도 하나, 바람직하게는 그 모두의 온도; IES1 - 에너지 소스 1의 출력 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD(114)는 다음의 것 중 하나 이상을 수행할 수 있다: 기본 컴포넌트 또는 기본 컴포넌트의 그룹의 실제 용량, 실제 충전의 상태(SOC) 및 건전성의 상태(SOH)의 계산 또는 결정; 측정된 및/또는 계산된 데이터에 기초한, 경고 또는 경보 신호의 설정; 및/또는 MCD(112)로의 대응하는 신호의 송신.
하나의 예시적인 실시형태에서, LCD에 의한, ConSource V1 모듈(108A)에 대한 에너지 버퍼(204)의 보호의 기능은 다음과 같다. LCD(114)는 측정 신호(VEB, TEB, IEB)를 수용하는데, 이들은 다음의 것이다: VEB - 예를 들면, 커패시터(CEB), 또는 커패시터(CEB1, CEB2)(도 7a-도 7c 참조)인 그러나 이들로 제한되지는 않는, 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트의 전압; TEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 컴포넌트의 온도; 및/또는 IEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 컴포넌트를 통과하는 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD(114)는 다음의 것을 수행할 수 있다: 측정된 데이터에 기초한 경고 또는 경보 신호의 설정; 및/또는 MCD(112)로의 대응하는 경고 또는 경보 신호의 송신.
하나의 예시적인 실시형태에서, LCD(114)에 의한, ConSource V1 모듈(108A)에 대한 컨버터 V1(206)의 제어 및 보호의 기능은 다음과 같다. LCD는 MCD로부터(예를 들면, FlexRay 또는 CAN을 통해) 커맨드 신호를 수신할 수 있는데, 이것은, 몇몇 실시형태에서, 반도체 스위치(S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 신호를 생성하기 위해 LCD에서 펄스 폭 변조 기술과 함께 사용될 수 있는, 변조 기준 신호 및 인에이블 신호, 또는 기준 신호 및 변조 인덱스일 수 있다. 컨버터 V1(206)의 통합 전류 센서로부터 유래하는 전류 피드백 신호(IOUT)(도 2에서 도시되지 않음)는, 컨버터 V1 내의 모든 스위치의 고장 스테이터스에 대한 정보(예를 들면, 단락 또는 개방 회로 고장 모드)를 반송할 수 있는, 컨버터 V1(206)의 스위치의 드라이버 회로(도 2에서 도시되지 않음)로부터 유래하는 하나 이상의 신호(F)와 함께 과전류 보호를 위해 사용될 수 있다. 이 데이터에 기초하여, LCD는, 컨버터 V1 및 전체 ConSource V1 모듈(108A)을 바이패스하기 위해 또는 이들을 시스템(100)으로부터 분리하기 위해, 스위칭 신호의 어떤 조합이 대응하는 반도체 스위치(S3, S4, S5, S6)에 적용되어야 하는지에 대한 결정을 행할 수 있다. (특정한 스위치에 대한 스위칭 신호는 그 스위치를 턴온 또는 턴오프할 수 있음.)
도 3은, 본원에서 ConSource 모듈의 버전 2(ConSource V2)로서 지칭될 수도 있는 ConSource 모듈(108B)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이며, 컨버터-소스 모듈(108)의 타입의 한 예이다. ConSource V2(108B)는 LCD(114)와 통신 가능하게 커플링되는데, LCD(114)는, 결과적으로, MCD(112)와 통신 가능하게 커플링된다.
이 실시형태에서, ConSource V2(108B)는, 1차 에너지 소스 1(202) 및 2차 에너지 소스 2(304)를 갖는 듀얼 에너지 소스 구성에 있다. 에너지 소스 1은, 예를 들면, 다음의 것 중 하나를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않을 수 있다: 울트라 커패시터 또는 수퍼 커패시터(600)(도 6a), 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(610)(도 6b), 및 연료, 연료 전지, 또는 연료 전지 모듈(620)(도 6c).
에너지 소스 1(202)의 출력(out1 및 out2)은, 각각, 에너지 버퍼(204)의 입력 단자(in1 및 in2)에 연결될 수 있는데, 에너지 버퍼는, 예를 들면, 다음의 것에 기초한 엘리먼트 및 토폴로지 중 하나를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(700)(도 7a), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2) 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2)에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크(710)(도 7b), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2), 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2) 및 다이오드(DEB)에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크(720)(도 7c). 에너지 버퍼(204)의 출력(out1 및 out2)은 컨버터 V2(308)의 입력(in1 및 in3)에 각각 연결된다.
에너지 버퍼(204)의 출력(out2)은 에너지 소스 2(304)의 출력(out2)에 또한 연결될 수 있다. 에너지 소스 2의 다른 출력인 out1은 컨버터 V2(308)의 입력(in2)에 연결된다. 에너지 소스 2는, 예를 들면, 다음의 것과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 저장 엘리먼트 중 하나를 포함할 수 있다: 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(800)(도 8a); 울트라 커패시터 또는 수퍼 커패시터(810)(도 8b); 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(820)(도 8c); 울트라 커패시터 또는 수퍼 커패시터(810)와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(800)(도 8d); 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(820)과 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(800)(도 8e); 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(820) 및 울트라 커패시터(또는 수퍼 커패시터)(810)와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(800)(도 8f).
컨버터 V2(308)의 예시적인 실시형태의 단순화된 개략적인 표현이 도 5b에서 도시되어 있다. 여기서, 컨버터 V2(308)는, 여섯 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함하는데, 이들은, 예를 들면, (도 5b에서 도시되는 바와 같은) MOSFET 또는 IGBT와 같은 반도체 스위치로서 구성될 수 있다. 반도체 스위치는 높은 스위칭 주파수에서 동작될 수 있고, 그에 의해, 필요로 되는 경우 컨버터 V2(308)가 펄스 폭 변조 모드에서 동작되는 것, 및 시간의 짧은 간격 내에 제어 커맨드에 응답하는 것을 허용할 수 있어서, 과도 모드에서 빠른 동적 거동 및 출력 전압 조절의 높은 공차를 제공할 수 있다.
컨버터 V2(308)의 좌측은 두 개의 스위치(S1 및 S2)를 포함하고, 노드 1에서 두 개의 상이한 전압을 생성할 수 있는데, 두 개의 상이한 전압은, 가상의 제로 전위에 있을 수 있는 입력(In3)을 기준으로, +VDCL 및 0이다. 커플링 인덕터(LC)는 입력(In3)과 노드 1 사이에서 연결된다. 에너지 소스 2의 출력(out1)은 컨버터 V2(308)의 입력(In 3)에서 커플링 인덕터(LC)에 연결된다. 에너지 소스 2(304)로부터 소비되는 또는 에너지 소스 2(304)로 생성되는 전류는, 예를 들면, 펄스 폭 변조 기술 또는 스위치(S1 및 S2)를 정류하기 위한 히스테리시스 제어 방법을 사용하여, 커플링 인덕터(LC) 상의 전압을 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다. 다른 기술도 역시 사용될 수 있다.
컨버터 V2(308)의 우측은 네 개의 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함하며, 스위치(S3, S4, S5, S6)의 상이한 조합에 의해, 단자(in1과 in2) 사이의 DCL 전압(VDCL)을 출력 단자(out1 및 out2)에 연결하는 것에 의해, 세 개의 상이한 전압 출력인 +VDCL, 0 및 -VDCL을 생성할 수 있다. out1과 out2 사이에서 +VDCL 전압을 획득하기 위해, 스위치(S3 및 S6)는 턴온되고, 반면, out1과 out2 사이의 -VDCL 전압은 스위치(S4 및 S5)를 턴온하는 것에 의해 획득될 수 있다. S3 및 S5 또는 S4 및 S6을 턴온하는 것에 의해, 출력 전압은 제로 또는 기준 전위로 설정된다.
반도체 스위치(S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 스위칭 신호는, LCD(114) 및 MCD(112)에서의 채택된 제어 기술의 유연성 및 요건에 의존하여 상이한 방식으로 생성될 수도 있다. 한 가지 접근법은, 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM) 또는 정현파 펄스 폭 변조(SPWM)의 추가적인 변형을 비롯하여, 이들과 같은 펄스 폭 변조를 사용하여 컨버터 V2의 출력 전압을 생성하는 것이다. 컨버터 V2(308)의 통상적인 출력 전압 파형(900)은 도 9에서 도시되어 있다. 변조 방법은, 그것이 ACi 배터리 팩의 어떤 버전에 적용되는지에 또한 의존하며, 변조의 하나의 가능한 솔루션이 예로서 추가로 제시될 것이다.
이 예시적인 ConSource V2 모듈(108B)에서, 에너지 소스 1(202)은 1차 에너지 소스로서 작용하고, 따라서, 부하에 의해 필요한 평균 전력을 공급한다. 에너지 소스 2(304)는, 부하 전력 피크에서 추가적인 전력을 제공하는 것, 또는 초과 전력을 흡수하는 것에 의해, 에너지 소스 1을 지원하는 기능을 갖는 2차 에너지 소스일 수 있다.
도 10은 여섯 개의 예시적인 컨버터-소스 모듈을 갖는 예시적인 모듈 기반의 에너지 저장 시스템으로부터의 출력 전압 파형(1000)을 도시한다.
도 11은, ConSource V2 모듈(108B)의 예시적인 실시형태에 대한 부하와 두 개의 에너지 소스(에너지 소스 1(202) 및 에너지 소스 2(304)) 사이의 전력 흐름 관리(1100)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다. 부하는, 예를 들면, 전기 차량 모터 또는 전기 그리드의 단상일 수 있지만, 그러나 이것으로 제한되지는 않는다. 이 실시형태는, 각각의 에너지 소스의 전기적 특성(단자 전압 및 전류)과 부하(1102)의 전기적 특성 사이의 완전한 디커플링(decoupling)을 허용한다.
이들 실시형태에서, 전력 흐름 컨트롤러 1(1110) 및 전력 흐름 컨트롤러 2(1120)는, LCD(114) 및 MCD(112)와는 분리되는 별개의 제어 디바이스일 수 있고, LCD 내에서 소프트웨어로서 구현될 수 있거나, LCD 내에서 하드웨어로서 구현될 수 있거나, 또는 LCD 내에서 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로서 구현된다. 몇몇 실시형태에서, 전력 흐름 컨트롤러 1(1110) 및 전력 흐름 컨트롤러 2(1120)의 기능은 LCD(114)와 MCD(112) 사이에서 분산될 수 있거나 또는 공유될 수 있다.
전력 흐름 컨트롤러 1(1110)는 LCD(114)로부터 에너지 소스 1의 기준 전력 흐름의 신호(PES1,REF)를 수신할 수 있다. 이 신호는, 모터 전력 또는 전기 그리드 전력 요건 및 ConSource V2 모듈(108B)의 에너지 소스 1(202)의 스테이터스에 기초하여 MCD(112) 내에 위치되는 메인 전력 관리 컨트롤러에 의해 결정될 수 있다. 전력 흐름 컨트롤러 1(1110)는 에너지 소스 1(202)의 최대 허용 가능한 충전 및/또는 방전 전류를 추정할 수 있고 에너지 소스 1의 실제 허용 가능한 전력 흐름(PES1)을 계산할 수 있다. 이 값은 PCONSOURCE와 비교될 수 있고, 그 차이는 신호(PES2,REF)로서 전력 흐름 컨트롤러 2(1120)에 적용될 수 있다. 전력 흐름 컨트롤러 2(1120)는 에너지 소스 2(304)의 출력 단자(out1과 out2) 사이의 전압에 기초하여 커플링 인덕터(LC)에서의 기준 전류를 계산할 수 있고, 예를 들면, 펄스 폭 변조 또는 히스테리시스 제어 알고리즘을 사용하여 - 그러나 이들로 제한되지는 않음 - 컨버터 V2(308)의 스위치(S1 및 S2)에 대한 스위칭 신호를 결정할 수 있다. 따라서, 전체 전력 흐름(PCONSOURCE)은 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함하는 컨버터 V2의 스위칭 부분에 의해 제공될 수 있다. 에너지 소스 1(202)의 전력 흐름(PES1)은, 충전의 상태(SOC), 건전성의 상태(SOH), 기본 셀 또는 병렬 및/또는 직렬 연결된 셀의 그룹의 온도, 등가적 직렬 저항, 및 등등과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 에너지 소스 1의 실제 상태 및 에너지 소스 1의 최대 허용 가능한 전류에 기초하여 추정될 수 있다. 전력 흐름(PES1)은 부하(PLOAD) 및 에너지 소스 2(PES2)의 전류 값 사이의 차이로서 유지될 수 있는데, 여기서 PES2는 스위치(S1, S2) 및 커플링 인덕터(LC)를 포함하는 컨버터 V2(308)의 스위칭 부분에 의해 관리된다.
많은 실시형태에서, 에너지 소스 2(304)는 2차 에너지 소스일 수 있고, 그것의 기능은 부하 전력 피크에서 전력을 제공하는 것 및/또는 초과 전력을 흡수하는 것에 의해 에너지 소스 1을 지원하는 것이다. 에너지 소스 2(304)의 2차 기능은, 예를 들면, 단상 시스템의 고유의 맥동 전력 본질의 결과로서, 예컨대, 컨버터 V2의 입력(in1 및 in3)에서 흐르는 전류(IDC_CONV)에서 나타나는 임의의 2차 전류 고조파를 감소(감쇠)시키거나 또는 제거하기 위한 능동 필터링일 수 있다. 이 고조파는, 부하 전류 진폭의 최대 두 배에 도달할 수 있는 상당한 피크 대 피크 값을 가질 수 있다. 2차 전류 성분은 몇몇 단점, 예를 들면, 결과적으로 나타나는 전류 RMS 값에 관련되는 에너지 소스 1(202)에서의 내부 손실의 증가를 나타낸다. 이 2차 기능을 수행하기 위해, 에너지 소스 2(304)는 독립형 컴포넌트로서 전해 커패시터 또는 울트라 커패시터(또는 수퍼 커패시터)를 포함할 수 있거나, 또는 도 8a, 도 8b, 및 도 8d-도 8f에서 도시되는 바와 같이 다른 에너지 저장 엘리먼트와 병렬로 연결될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 이러한 능동 필터링 2차 기능의 수행 이전에 그리고 수행하는 동안에 발생하는 파형(1200, 1220)의 예를 도시한다. 보상이 시작되기 이전에(시간 순간 t1 이전에), 에너지 소스 1(202)의 전류(도 12a)는 DC 성분(IDC = 130A) 및 진폭 I2AC = 60A를 갖는 2차 고조파 성분을 포함한다. 컨버터 V2(308)의 스위칭 거동에 의해 결정되는 고주파수 고조파(도시되지 않음)는 에너지 버퍼(204)에 의해 효율적으로 버퍼링된다. 시간 순간 t1으로부터 시작하여, 컨버터 V2는 전류(IES2)를 생성하기 시작하고, 전류(IES1)의 2차 고조파를 에너지 소스 2로 재지향시킨다(redirecting). 에너지 소스 1에서의 결과적으로 나타나는 전류(IES1)가, 도 12a에서 도시되는 바와 같이, DC 성분 만을 포함하는 또는 어떤 상당히 감소된 AC 리플을 가지면서 대부분 DC 성분을 포함하는 그러한 방식으로, 이 전류(IES2)는 IES1 전류의 2차 고조파의 것과 동일한, 그러나 거의 반대의 위상 각도를 갖는 메인 고조파의 진폭을 갖는다. 2차 기능만이 컨버터 V2에 의해 수행되는 경우, 그리고 에너지 소스 2가 커패시터 및/또는 수퍼 커패시터(810)만을 포함하면, 전류(IES2)(도 12b)는, 에너지 소스 2(304)의 커패시터 및/또는 수퍼 커패시터(810) 상의 전압을 컨버터 V2(308)의 정확한 동작을 위해 필요한 설정된 값에서 유지하기 위해 에너지 소스 1(202)로부터 또는 부하로부터 제공될 필요가 있는 DC 성분을 포함할 수도 있다.
컨버터 V2에 의해 수행되며 상기에서 설명되는 1차 기능 및 2차 기능 둘 모두는 개별적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 동시에, 에너지 소스 2(304)는, 바람직하게는, 도 8a, 도 8b, 및 도 8d-도 8f에서 도시되는 바와 같이 다른 에너지 저장 엘리먼트와 병렬로 연결되는 전해 커패시터 또는 울트라 커패시터(810)를 포함한다.
ConSource V2 모듈에 대한 LCD(114)는 진단, 측정, 보호 및 제어 신호 라인의 세트를 통해 ConSource V2 모듈(108B)에 연결되어 도 3에서 도시되어 있으며, 네 가지 주요 기능 중 적어도 하나, 바람직하게는 그 모두를 수행할 수 있다. 제1 기능은 에너지 소스 1(202) 관리이다. 제2 기능은 에너지 소스 2(304) 관리이다. 제3 기능은, 과전류, 과전압 및 고온으로부터의 에너지 버퍼(204)의 보호 및 더 구체적으로는 그 컴포넌트의 보호이다. 제4 기능은 컨버터 V2(308)의 제어 및 보호이다.
ConSource V2 모듈(108B)에 대한 에너지 소스 1의 관리의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는 측정 신호(VES1, TES1, IES1)를 수용하는데, 이들은 다음의 것이다: VES1 - 예를 들면, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 배터리 셀, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 울트라 커패시터 셀과 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는, 기본 컴포넌트/셀의 그룹의 전압 또는 에너지 소스 1의 모든 기본 컴포넌트/셀의 전압; TES1 - 기본 컴포넌트의 그룹의 온도 또는 에너지 소스 1의 모든 기본 컴포넌트의 온도; IES1 - 에너지 소스 1의 출력 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD는 다음의 것을 수행할 수 있다: 기본 컴포넌트 또는 기본 컴포넌트의 그룹의 실제 용량, 실제 충전의 상태(SOC) 및 건전성의 상태(SOH)의 계산; 측정된 및/또는 계산된 데이터에 기초한 경고 또는 경보 신호의 설정; 및/또는 MCD(112)로의 대응하는 신호의 송신.
ConSource V2 모듈(108B)에 대한 에너지 소스 2(304)의 관리의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는 측정 신호(VES2, TES2, IES2)를 수신할 수 있는데, 이들은 다음의 것이다: VES2 - 예를 들면, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 배터리 셀, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 울트라 커패시터 셀과 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는, 기본 컴포넌트 또는 셀의 그룹의 전압 또는 에너지 소스 2의 모든 기본 컴포넌트 또는 셀의 전압; TES2 - 기본 컴포넌트의 그룹의 온도 또는 에너지 소스 2의 모든 기본 컴포넌트의 온도; IES2 - 에너지 소스 2의 출력 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD는 다음의 것을 수행할 수 있다: 기본 컴포넌트 또는 기본 컴포넌트의 그룹의 실제 용량, 실제 충전의 상태(SOC) 및 건전성의 상태(SOH)의 계산; 측정된 및/또는 계산된 데이터에 기초한 경고 또는 경보 신호의 설정; 및/또는 MCD로의 대응하는 신호의 전달.
ConSource V2 모듈(108B)에 대한 에너지 버퍼의 보호의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는 측정 신호(VEB, TEB, IEB)를 수신하는데, 이들은 다음의 것이다: VEB - 예를 들면, 커패시터(CEB), 또는 커패시터(CEB1, CEB2)(도 7a-도 7c 참조)인 그러나 이들로 제한되지는 않는, 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트의 전압; TEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트의 온도; 및/또는 IEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트를 통과하는 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD는 다음의 것을 수행할 수 있다: 측정된 데이터에 기초한 장애(예를 들면, 경고 또는 경보) 신호의 설정; 및/또는 MCD(112)로의 대응하는 장애 신호의 송신.
ConSource V2 모듈(108B)에 대한 컨버터 V2(308)의 제어 및 보호의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는, 상기에서 설명되는 전력 관리 및/또는 2차 고조파 감소 기술에 따라 반도체 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 신호를 생성하기 위해 LCD의 PWM 및/또는 히스테리시스 기능에서 사용될 수 있는, 변조 기준 신호 및 인에이블 신호, 또는 기준 신호 및 변조 인덱스일 수 있는 커맨드 신호를 MCD(112)로부터 수신한다. 컨버터 V2의 통합 전류 센서로부터 유래하는 전류 피드백 신호(IES2, IOUT)(도 3에서 도시되지 않음)는, 반도체 스위치 중 하나 이상, 바람직하게는 그 모두의 고장 스테이터스에 대한 정보(예를 들면, 단락 또는 개방 회로 고장 모드)를 반송하는, 예를 들면, 컨버터 V2(308)의 반도체 디바이스의 드라이버 회로(도 3에서 도시되지 않음)로부터 유래하는 신호(F)와 함께 과전류 보호를 위해 사용될 수 있다. 이 특정한 데이터에 기초하여, LCD(114)는, 컨버터 V2 및 전체 ConSource V2 모듈을 바이패스하기 위해 또는 이들을 시스템(100)(예를 들면, 배터리 팩, 등등)으로부터 분리하기 위해, 대응하는 반도체 스위치에 스위칭 신호(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 어떤 조합이 적용되어야 하는지에 대한 결정을 행할 수 있다.
도 4는, ConSource 모듈의 버전 3(ConSource V3)으로 지칭되는 ConSource 모듈(108C)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이며, 컨버터-소스 모듈(108) 타입의 한 예이다. ConSource V3(108C)은 LCD(114)와 통신 가능하게 커플링되는데, LCD(114)는, 결과적으로, MCD(114)와 통신 가능하게 커플링된다.
ConSource V3 모듈(108C)은, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 소망되는 경우, 보조 부하 2(410)의 연결을 위한 추가적인 입력을 갖는 컨버터 V2(308) 및 에너지 소스(에너지 소스 1(202))를 포함할 수 있다. ConSource V3 모듈(108C)은 예시적인 시스템(100) 내의 다른 ConSource(예를 들면, V1/V2/V3) 모듈과의 연결을 위한 출력 포트(1 및 2)를 갖는다. ConSource V3의 예시된 출력 포트(3 및 4)는, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 소망되는 경우, 예시적인 시스템(100)의 다른 ConSource V3 모듈의 동일한 출력 포트에 대한 예시적인 ConSource V3 모듈의 연결을 위해, 및/또는, 소망되는 경우, 보조 부하 1(408)에 대한 연결을 위해 사용된다. ConSource V3(108C)의 예시된 출력 포트(5 및 6)는, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 소망되는 경우, 예시적인 시스템(100)의 다른 ConSource V3 모듈의 동일한 출력 포트에 대한 예시적인 ConSource V3 모듈의 연결을 위해, 및/또는, 소망되는 경우, 보조 부하 2(410)에 대한 연결을 위해 사용된다.
에너지 소스 1은, 예를 들면, 다음의 것 중 하나를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 도 6에 따른 저장 엘리먼트: 울트라 커패시터 또는 수퍼 커패시터(600)(도 6a), 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 모듈(610)(도 6b), 및 연료, 연료 전지, 또는 연료 전지 모듈(620)(도 6c).
에너지 소스 1(202)의 출력(out1 및 out2)은, 각각, 에너지 버퍼(204)의 입력 단자(in1 및 in2)에 연결되는데, 에너지 버퍼는, 예를 들면, 다음의 것에 기초한 엘리먼트 및 토폴로지 중 하나를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB)(700)(도 7a), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2) 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2)에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크(710)(도 7b), 두 개의 인덕터(LEB1 및 LEB2), 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터(CEB1 및 CEB2) 및 다이오드(DEB)에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크(720)(도 7c). 에너지 버퍼(204)의 출력(out1 및 out2)은 컨버터 V2(308)의 입력(in1 및 in3)에 각각 연결된다.
컨버터 V2(308)의 단순화된 개략적인 표현이 도 5b에서 도시되어 있다. 컨버터 V2는, 여섯 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함하는데, 이들은, 예를 들면, (도 5b에서 도시되는 바와 같은) MOSFET, JFET 또는 IGBT와 같은 반도체 스위치로서 구성될 수 있다. 컨버터 V2의 좌측은 노드 1에서 두 개의 상이한 전압을 생성할 수 있는 두 개의 스위치(S1 및 S2)를 포함하는데, 두 개의 상이한 전압은, 가상의 제로 전위에 있는 입력(In3)을 기준으로, +VDCL 및 0이다. 커플링 인덕터(LC)는 입력(In3)과 노드 1 사이에서 연결된다. 커플링 인덕터(LC)의 출력은, 도 4에서 도시되는 바와 같이 컨버터 V2(308)의 입력(In2)을 통해 ConSource V3 모듈(108C)의 포트(5) 및 옵션 사항의 보조 부하 2(410)에 연결된다. 보조 부하 2는 입력 커패시터를 갖는다는 것이 가정되며, 따라서, 컨버터 V2(308)는 커플링 인덕터(LC) 상의 전압 및 그것을 통과하는 전류를 조절하는 부하 상의 필요한 정전압을 조절 및 안정화할 수 있다.
컨버터 V2(308)의 우측은 네 개의 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함하며, 스위치(S3, S4, S5, S6)의 상이한 조합에 의해, 단자(in1과 in2) 사이의 DCL 전압(VDCL)을 출력 단자(out1 및 out2)에 연결하는 것에 의해, 세 개의 상이한 전압 출력인 +VDCL, 0 및 -VDCL을 생성할 수 있다. out1과 out2 사이에서 +VDCL 전압을 획득하기 위해, 스위치(S3 및 S6)는 턴온되고, 반면, out1과 out2 사이의 -VDCL 전압은 스위치(S4 및 S5)를 턴온하는 것에 의해 획득될 수 있다. S3 및 S5 또는 S4 및 S6을 턴온하는 것에 의해, 출력 전압은 제로 또는 기준 전위로 설정된다.
반도체 스위치(S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 스위칭 신호는, LCD(114) 및 MCD(112)에서의 채택된 제어 기술의 유연성 및 요건에 의존하여 상이한 방식으로 생성될 수도 있다.
에너지 소스 1(202)은, 연결되는 경우, 시스템(100)의 부하, 보조 부하 1(408) 및/또는 보조 부하 2(410)에 의해 필요한 전력의 대응하는 부분을 공급할 수 있다. 도 13은 ConSource V3 모듈에 대한 전력 흐름 관리의 예를 도시하는데, 여기서 에너지 소스 1, 보조 부하 1, 및 보조 부하 2 사이의 전력 흐름을 조정될 수 있다. 보조 부하의 예는, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 전기 네트워크, 전기 차량의 HVAC 시스템일 수 있다. 시스템(100)의 부하는, 예를 들면, 전기 차량 모터 또는 전기 그리드의 위상 중 하나일 수 있다. 이 실시형태는, 에너지 소스의 전기적 특성(단자 전압 및 전류)과 부하의 전기적 특성 사이의 완전한 디커플링을 허용할 수 있다.
이들 실시형태에서, 도 13을 참조하면, 전력 흐름 컨트롤러 1(1310)(PFC 1), 전력 흐름 컨트롤러 2(1320)(PFC 2), 전력 흐름 추정기 1(PFE 1), 및 전력 흐름 추정기 2(PFE 2)는, LCD(114) 및 MCD(112)와는 분리되는 별개의 제어 디바이스일 수 있고, LCD 내에서 소프트웨어로서 구현될 수 있거나, LCD 내에서 하드웨어로서 구현될 수 있거나, 또는 LCD 내에서 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, PFC 1, PFC 2, PFE 1, 및 PFE 2의 기능은 LCD와 MCD 사이에서 분산될 수 있거나 또는 공유될 수 있다.
PFE 1은 LCD(114)로부터 에너지 소스 1(202)의 기준 전력 흐름의 신호(PES1,REF)를 수신할 수 있다. 이 신호는 부하 전력 요건 및 이 특정한 ConSource V3 모듈(108C)의 에너지 소스 1의 스테이터스에 기초하여 MCD(112)에 위치되는 메인 전력 관리 컨트롤러에 의해 결정될 수 있다. PFE1은, (예를 들면, ConSource V3 모듈에서 통합될 수 있는 또는 보조 부하 1로부터 직접적으로 LCD에 의해 수신될 수 있는 전류 센서에 의해 측정되는) 보조 부하 1에서의 전류에 기초하여, 전력 소비 및/또는 보조 부하 1(408)의 생성에 의해 결정되며 전력 계산 블록(도 13에서 도시되지 않음)에서 획득되는 신호(PLOAD1)를 또한 수신할 수 있다. 에너지 소스 1(202)에 대한 총 기준 전력 흐름(PTOT_REF_ES1)은 PES1,REF 및 PLOAD1의 합일 수 있다. PFC 1(1310)은 에너지 소스 1의 최대 허용 가능한 충전 및/또는 방전 전류를 추정할 수 있고 에너지 소스 1의 실제 허용 가능한 전력 흐름(PTOT,ES1)을 계산할 수 있다.
PFE 2(1320)는 PFC 1로부터 에너지 소스 1의 총 전력 흐름의 신호(PTOT,ES1)를 수신할 수 있다. PFE2는, (예를 들면, ConSource V3 모듈에서 통합될 수 있는 또는 보조 부하 2로부터 직접적으로 LCD에 의해 수신될 수 있는 전류 센서에 의해 측정되는) 보조 부하 2에서의 전류에 기초하여, 전력 소비 및/또는 보조 부하 2의 생성에 의해 결정되며 전력 계산 블록(도 13에서 도시되지 않음)에서 획득되는 신호(PLOAD2)를 또한 수신할 수 있다. 두 개의 보조 부하를 갖는 ConSource V3 모듈의 총 기준 전력 흐름(PCONSOURCE)은 PLOAD2 및 PTOT,ES1의 합일 수 있다. 총 PCONSOURCE 전력 흐름은, 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함하는 컨버터 V2의 스위칭 부분에 의해 제공된다. 전력 흐름(PLOAD2)은 스위치(S1, S2) 및 커플링 인덕터(LC)를 포함하는 컨버터 V2의 스위칭 부분에 의해 관리될 수 있다.
ConSource V3 모듈(180C)에 대한 LCD(114)는 도 4에서 도시되어 있다. 그것은, 이것은 진단, 측정, 보호 및 제어 신호 라인의 세트를 통해 ConSource V2 모듈(108B)에 연결될 수 있으며, 네 가지 주요 기능 중 적어도 하나, 바람직하게는 그 모두를 수행할 수 있다. 제1 기능은 에너지 소스 1(202) 관리일 수 있다. 제2 기능은 보조 부하 2(410)의 관리일 수 있다. 제3 기능은, 과전류, 과전압 및 고온으로부터의 에너지 버퍼(204)의 보호 및 더 구체적으로는 그 컴포넌트의 보호일 수 있다. 제4 기능은 컨버터 V1의 제어 및 보호일 수 있다.
몇몇 예시적인 실시형태에서, ConSource V3 모듈(108C)에 대한 에너지 소스 1(202)의 관리의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는 측정 신호(VES1, TES1, IES1)를 수용하는데, 이들은 다음의 것이다: VES1 - 예를 들면, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 배터리 셀, 개개의 또는 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 울트라 커패시터 셀과 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는, 기본 컴포넌트/셀의 그룹의 전압 또는 에너지 소스 1(202)의 모든 기본 컴포넌트/셀의 전압; TES1 - 기본 컴포넌트의 그룹의 온도 또는 에너지 소스 1의 모든 기본 컴포넌트의 온도; IES1 - 에너지 소스 1의 출력 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD는 다음의 것을 수행할 수 있다: 기본 컴포넌트 또는 기본 컴포넌트의 그룹의 실제 용량, 실제 충전의 상태(SOC) 및 건전성의 상태(SOH)의 계산; 측정된 및/또는 계산된 데이터에 기초한 경고 또는 경보 신호의 설정; 및/또는 MCD로의 대응하는 신호의 송신.
ConSource V3 모듈(108C)에 대한 보조 부하 2(410)의 관리의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD는 측정 신호(VAL2, IAL2)를 수신하는데, 이들은 다음의 것이다: VAL2 - ConSource V3 모듈의 포트(5와 6) 사이의 전압, 및 IAL2 - 보조 부하 2의 전류인 컨버터 V2의 커플링 인덕터(LC)의 전류. 이들 신호에 기초하여, LCD는 보조 부하 2 상의 전압을 안정화하기 위해 및/또는 제어하기 위해 LCD에서 펄스 폭 변조에 대한 기준 신호의 수정을 수행한다.
ConSource V3 모듈(108C)에 대한 에너지 버퍼(204)의 보호의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는 측정 신호(VEB, TEB, IEB)를 수신할 수 있는데, 이들은 다음의 것이다: VEB - 예를 들면, 커패시터(CEB), 또는 커패시터(CEB1, CEB2)(도 7a-도 7c 참조)인 그러나 이들로 제한되지는 않는, 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트의 전압; TEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트의 온도; IEB - 에너지 버퍼의 적어도 하나의 주요 컴포넌트를 통과하는 전류. 이들 측정 신호에 기초하여, LCD는 다음의 것을 수행할 수 있다: 측정된 데이터에 기초한 장애(예를 들면, 경고 또는 경보) 신호의 설정; 및/또는 MCD로의 대응하는 장애 신호의 송신.
ConSource V3 모듈(108C)에 대한 컨버터 V2(308)의 제어 및 보호의 기능은 다음과 같을 수 있다. LCD(114)는, 상기에서 설명되는 전력 관리 및/또는 2차 고조파 감소 기술에 따라 반도체 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 대한 제어 신호를 생성하기 위해 LCD의 PWM 및/또는 히스테리시스 기능에서 사용될 수 있는, 변조 기준 신호 및 인에이블 신호, 또는 기준 신호 및 변조 인덱스일 수 있는 커맨드 신호를 MCD(112)로부터 수신한다. 컨버터 V2의 통합 전류 센서로부터 유래하는 전류 피드백 신호(IES2, IOUT)(도 4에서 도시되지 않음)는, 반도체 스위치 중 하나 이상, 바람직하게는 그 모두의 고장 스테이터스에 대한 정보(예를 들면, 단락 또는 개방 회로 고장 모드)를 반송하는, 컨버터 V2의 반도체 디바이스의 드라이버 회로(도 4에서 도시되지 않음)로부터 유래하는 하나 이상의 신호(F)와 함께 과전류 보호를 위해 사용될 수 있다. 이 특정한 데이터에 기초하여, LCD는, 컨버터 V2(308) 및 전체 ConSource V3 모듈을 바이패스하기 위해 또는 이들을 시스템(100)(예를 들면, 배터리 팩, 등등)으로부터 분리하기 위해, 대응하는 반도체 스위치에 스위칭 신호(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 어떤 조합이 적용되어야 하는지에 대한 결정을 행할 수 있다.
ConSource 모듈의 하나의 예는 제1 에너지 소스로서 배터리를 갖는 컨버터-배터리 모듈이다. 컨버터-배터리 모듈은 ConBatt 모듈로서 지칭될 수 있다. ConBatt 모듈은, 예를 들면, 전기 차량(EV)와 같은 이동식 애플리케이션의 배터리 팩에서 사용될 수 있다. 복수의 ConBatt 모듈을 갖는 배터리 팩으로서의 사용을 위해 구성되는 시스템(100)은 ConBatt 팩으로서 지칭될 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, ConSource 모듈은 광기전 패널 및/또는 무선 충전 수신기와 같은 전력의 추가적인 소스와 연결될 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템(100)은, 예를 들면, EV의 온보드 전기 네트워크 시스템 및 에어컨(air-conditioner)과 같은, 상이한 전압 레벨의 다른 보조 부하와 커플링되는 다른 시스템(100)(예를 들면, 다른 ConBatt 팩)에 연결될 수 있다.
모듈 기반의 시스템에 대한 모듈 배열의 예시적인 실시형태
도 15 내지 도 29는 다양한 아키텍쳐 또는 구성에 따라 배열되는 시스템(100)의 예시적인 실시형태를 묘사한다. 이들 실시형태에서, 시스템(100)은 ConSource 팩으로서 지칭되지만, 실시형태는 팩으로 제한되지는 않는다. 예시의 용이성을 위해, 각각의 실시형태에서 MCD 및 LCD는 도시되지 않는다. 알 수 있는 바와 같이, 모듈은, 각각의 모듈에 의해 기여되는 전력이 합산되어, 예를 들면, 단상 AC 출력, 다상의 AC 출력, 및 DC 출력 중 하나 이상을 형성할 수 있도록 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
도 15는 본 개시에 따른 N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)의 일차원 어레이를 포함하는 ConSource 팩(1500)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 어레이 내의 ConSource 모듈의 각각은, 도 2, 도 3, 및 도 4와 관련하여 상기에서 논의되는 세 가지 모듈 버전(V1, V2 및 V3) 중 임의의 하나에 따라 구성될 수도 있다. 복수의 ConSource 모듈은 동일한 모듈 버전(V1, V2 또는 V3)에 따라 구성되는 모듈 또는 세 가지 모듈 버전(V1, V2 및 V3) 중 두 개 이상에 따라 구성되는 모듈의 혼합을 포함할 수도 있다. 일차원 어레이의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈("제1 ConSource V1/V2/V3 모듈")의 제1 포트(1)는 ConSource 모듈의 일차원 어레이의 제1 출력 단자(out1)에 연결된다. 제1 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈("제2 ConSource V1/V2/V3 모듈)의 제1 포트에 연결된다. 제2 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제3 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈("제3 ConSource V1/V2/V3 모듈")의 제1 포트에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 제N 또는 마지막 행의 제N ConSource V1/V2/V3 모듈에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 제N ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 일차원 어레이(1500)의 제2 출력 단자(out2)에 연결된다. N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource 모듈의 이 일차원 어레이는, 예를 들면, DC 또는 AC 단상 부하에 대한 고정식 에너지 저장 애플리케이션의 경우, 예를 들면, 배터리 팩과 같은 DC 또는 단상 AC 에너지 소스로서 사용될 수 있다. DC 또는 AC 단상 부하는 제1과 제2 출력 단자(out1과 out2) 사이에서 연결될 수 있다.
N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource 모듈의 일차원 어레이의 출력 전압은, 예를 들면, 위상 시프트 캐리어 기술과 함께 공간 벡터 변조 또는 사인 펄스 폭 변조(pulse width modulation; "PWM")를 사용하여 생성될 수 있지만, 그러나 이것으로 제한되지는 않는다. 그 다음, ConSource 모듈의 컨버터의 각각에 대한 스위칭 신호는 위상 시프트 캐리어 기술을 사용하여 생성될 수도 있다. 이 기술은, ConSource 모듈이 지속적으로 회전되고 전력이 그들 사이에서 거의 균등하게 분배되는 것을 보장한다.
위상 시프트 기술의 원리는, 증분적으로 시프트된 2 레벨 파형을 사용하여 다중 레벨 출력 PWM 파형을 생성하는 것이다. 따라서, N-1 개의 2 레벨 PWM 파형의 합산에 의해 N 레벨 PWM 파형이 생성된다. 이들 2 레벨 파형은, 기준 파형을, 360°/(N-1)만큼 증분적으로 시프트되는 삼각형 캐리어(1400, 1410)(도 14a, 14b)에 비교하는 것에 의해 생성된다. 9 레벨 예(1400)가 도 14a에서 도시되어 있다. 캐리어는 360°/(9-1) = 45°만큼 증분적으로 시프트되고 기준 파형에 비교된다. 결과적으로 나타난 2 레벨 PWM 파형(1420)이 도 14c에서 도시되어 있다. 이들 2 레벨 파형은, 각각의 ConSource 모듈(108)에서 컨버터의 반도체 스위치에 대한 스위칭 신호로 사용될 수도 있다. 한 예로서, 컨버터 V1을 각각 구비하는 네 개의 상호 접속된 ConSource 모듈을 포함하는 일차원 어레이의 경우, 제1 ConSource 모듈의 S3에 대해 0° 신호가 사용되고 S6에 대해 180° 신호가 사용되고, 제2 ConSource 모듈의 S3에 대해 45° 신호가 사용되고 S6에 대해 225° 신호가 사용되며, 계속 그런 식이다. 모든 컨버터 V1에서, 각각의 레그의 슛 스루(shoot through)를 방지하기 위한 소정의 데드 타임과 함께, S3에 대한 신호는 S4에 대해 상보적이고 S5에 대한 신호는 S6에 대해 상보적이다는 것을 유의한다. 도 14d는 네 개의 모듈로부터의 출력 전압의 중첩에 의해 생성되는 예시적인 AC 파형(1430)을 묘사한다.
도 15에서 도시되는 시스템(100)의 이러한 일차원 어레이(1500) 실시형태는, ConSource 모듈에서 상당히 감소된 스위칭 및 전도 손실을 갖는 스위칭 컴포넌트(MOSFET, JFET, IGBTS, 등등) 및 저전압 및/또는 중전압 정격 에너지 소스 엘리먼트를 사용하여, 제1과 제2 단자(out1과 out2) 사이에서 매우 낮은 총 고조파 왜곡을 갖는 임의의 형상의 고전압을 획득하는 것을 가능하게 한다.
도 16은 본 개시에 따른 N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)의 두 개의 일차원 어레이(1500) 또는 이차원 어레이(1600)를 포함하는 ConSource 팩의 제1 버전 예시적인 실시형태를 도시한다. 이 이차원 어레이(1600)를 형성하는 두 개의 일차원 어레이(1500)의 각각의 DC 또는 AC 전압 생성의 구성 및 출력의 원리는 도 15와 관련하여 상기에서 설명된다. 일차원 어레이 둘 모두의 제N 또는 마지막 행에 있는 제N ConSource V1/V2/V3 모듈의 각각의 제2 포트(2)는 함께 연결되고 이차원 어레이의 공통 출력 단자(Out3)에 연결된다. 제1 및 제2 출력 단자(Out1 및 Out2)와 공통 출력 단자(Out3) 사이에서 출력 전압이 제공된다.
2N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈의 이 이차원 어레이는, DC 또는 AC 단상 부하에 대한 고정식 에너지 저장 애플리케이션의 경우 2상 AC 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 부하는 제1과 제2 출력 단자(Out1과 Out2) 사이에서 연결될 수 있고, 한편, 공통 단자(Out3)는, 필요로 되는 경우, 부하의 중성선(neutral)에 연결될 수 있다.
예시적인 이차원 어레이 기반의 ConSource 팩의 제1 및 제2 출력 단자(out1 및 out2)는, 공통 출력 단자(out3)가 AC 또는 DC 부하의 제2 단자에 연결되는 경우, 커플링 인덕터를 통해 함께 연결될 수 있으며 AC 또는 DC 부하의 동일한 제1 단자에 연결될 수 있다. 이 경우, N 개의 행을 갖는 그러한 이차원 어레이 기반의 ConSource 팩의 출력 전력 성능은 동일한 개수의 N 개의 행을 갖는 단일 차원 어레이 기반의 ConSource 팩 중 하나보다 두 배 더 높다.
도 16에서 도시되는 시스템(100)의 이러한 이차원 어레이 실시형태는, 90도 위상 변위를 갖는 고전압의 2상 시스템을 획득하는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 그러한 시스템은 전기로(electrical furnace)에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 매우 낮은 총 고조파 왜곡을 갖는 임의의 형상의 고전압은, ConSource 모듈에서 상당히 감소된 스위칭 및 전도 손실을 갖는 스위칭 컴포넌트(MOSFET, JFET, IGBTS, 등등) 및 저전압 및/또는 중간 전압 정격 에너지 소스 엘리먼트를 사용하여, 단자(out1, out2)와 중성선으로서 기능할 수 있는 공통 단자(out3) 사이에서 획득될 수 있다.
도 17은 본 개시에 따른 N 개 및 N+1 개의 개수의 상호 접속된 ConSource 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)의 두 개의 일차원 어레이 또는 이차원 어레이(1700)를 포함하는 ConSource 팩의 제2 버전 예시적인 실시형태를 도시한다. 이 이차원 어레이를 형성하는 N 개 및 N+1 개의 개수의 상호 접속된 ConSource 모듈을 갖는 두 개의 일차원 어레이(1500)의 각각의 DC 또는 AC 전압 생성의 구성 및 출력의 원리가 도 15와 관련하여 상기에서 설명된다. 일차원 어레이의 둘 모두의 제N 또는 마지막 행에 있는 제N ConSource V1/V2/V3 모듈의 각각의 제2 포트(2)는 추가적인 또는 제N+1 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 및 제2 포트(1 및 2)에 연결된다.
2N+1 개의 개수의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈의 이 이차원 어레이는, DC 또는 AC 단상 부하에 대한 고정식 에너지 저장 애플리케이션의 경우 단상 AC 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 부하는 일차원 어레이의 각각의 제1 행에 있는 제1 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 및 제2 출력 단자(Out1 및 Out2) 사이에서 연결될 수 있다.
도 18은, 본 개시에 따른, 삼차원 어레이(1800)에서 상호 접속되는 복수의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)을 포함하는 ConSource 팩의 제1 버전의 예시적인 실시형태를 도시한다. ConSource 팩의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2 및 out3)는, 이 삼차원 어레이(1800) 기반의 ConSource 팩을 형성하는 세 개의 일차원 어레이(1500)의 각각의 제1 행의 제1 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 이러한 삼차원 어레이(1800) 기반의 ConSource 팩을 형성하는 세 개의 일차원 어레이(1500)의 각각의 DC 또는 AC 전압 생성의 구성 및 출력의 원리가 도 15와 관련하여 상기에서 설명된다. 세 개의 일차원 어레이의 각각의 제N 또는 마지막 행에 있는 제N ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 함께 연결되고 삼차원 어레이의 공통 출력 단자(out4)에 연결된다. 출력 전압은 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2, out3)와 공통 출력 단자(out4) 사이에서 제공된다.
3N 개의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)의 이 삼차원 어레이(1800)는, 도 22에서 도시되는 바와 같이, DC 또는 AC 단상 부하, 3상 부하, 3상 전력 그리드 또는 3상 전기 모터(2200)에 대한 고정식 에너지 저장 또는 전기 차량 애플리케이션의 경우, 3상 AC 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 3상 부하는 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2, out3) 사이에서 연결될 수 있으며, 한편, 필요로 되는 경우, 공통 출력 단자(out4)는 부하의 중성선에 연결될 수 있다.
삼차원 어레이 기반의 ConSource 팩의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2 및 out3)는, 공통 출력 단자(out4)가 DC 또는 단상 AC 부하의 제2 단자에 연결되는 경우, 커플링 인덕터를 통해 함께 연결될 수 있고 DC 또는 단상 AC 부하의 동일한 제1 단자에 연결될 수 있다. 이 경우, N 개의 행을 갖는 그러한 삼차원 어레이 기반의 ConSource 팩의 출력 전력 성능은 동일한 개수 N 개의 행을 갖는 하나의 단일 차원 어레이 기반의 ACi 배터리 팩보다 세 배 더 높다.
도 19에서 도시되는 시스템(100)의 이 삼차원 어레이(1900) 실시형태는, ConSource 모듈에서 상당히 감소된 스위칭 및 전도 손실을 갖는 스위칭 컴포넌트(MOSFET, JFET, IGBTS, 등등) 및 저전압 및/또는 중전압 정격 에너지 소스 엘리먼트를 사용하여, 단자(ou1, out2, out3)와 중성선으로서 기능할 수 있는 공통 단자(out3) 사이에서 매우 낮은 총 고조파 왜곡을 갖는 임의의 형상의 고전압의 3상 시스템을 획득하는 것을 가능하게 한다. 그러한 시스템은 전력 분배 그리드에 연결될 수 있고 능동 전원 또는 버퍼, 무효 전력 보상기(reactive power compensator) 및 역률 보정기(power factor corrector), 매우 높은 동적 응답 및 out1, out2, out3과 전력 그리드의 위상 사이에서 상당히 감소된 사이즈의 수동 필터를 갖는 능동 고조파 필터로서 사용될 수 있다. 이 시스템은, 배터리, 수퍼 커패시터, 연료 전지, 등등과 같은 에너지 소스 엘리먼트로부터 에너지를 제공하는 3상 부하에 또한 연결될 수 있다.
도 19는 본 개시에 따른 삼차원 어레이(1900)에서 상호 접속되는 복수의 ConSource 모듈(108)을 포함하는 ConSource 팩의 제2 버전의 예시적인 실시형태를 도시한다.
세 개의 일차원 어레이(1500)의 각각의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)("제1 ConSource V1/V2/V3 모듈")의 제1 포트(1)는, 이 삼차원 어레이 기반의 ConSource 팩을 형성하는 세 개의 일차원 어레이의 각각의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2 및 out3)에 연결된다. 이 삼차원 어레이를 형성하는 N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈을 갖는 세 개의 일차원 어레이의 각각의 DC 또는 AC 전압 생성의 구성 및 출력의 원리가 도 15와 관련하여 상기에서 설명된다. 제1 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제2 포트(2)는 세 개의 일차원 어레이의 제2 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-2)("제2 ConSource V1/V2/V3 모듈")의 제1 포트(1)에 연결된다. 제2 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 세 개의 일차원 어레이의 제3 행(도시되지 않음)에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, ConSource V1/V2/V3 모듈의 M 개의 개수의 행에 대해 더 아래로 동일한 순서로 연결되는데, 여기서 M은 2 이상이다.
제M+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는 제M 행(도시되지 않음)의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결된다. 제M+1 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+2 행(도시되지 않음)에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 제M+2 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 출력 포트(2)는 제M+3 행(도시되지 않음)에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, ConSource V1/V2/V3 모듈의 M+N 개의 개수의 행에 대해 더 아래로 동일한 순서로 연결된다.
삼차원 어레이의 제1 열(1500)의 마지막 행 또는 제M+N 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 삼차원 어레이의 제2 열(1500')의 M+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 삼차원 어레이의 제2 열의 마지막 행 또는 제M+N 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 삼차원 어레이의 제3 열(1500")의 M+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 삼차원 어레이의 제3 열의 마지막 행 또는 제M+N 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 삼차원 어레이의 제1 열의 M+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다.
상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈의 이 삼차원 어레이는, 도 23에서 도시되는 바와 같이, DC 또는 AC 단상 부하, 3상 부하, 3상 전력 그리드 또는 3상 전기 모터에 대한 고정식 에너지 저장 또는 전기 차량 애플리케이션의 경우, 3상 에너지 소스로서 사용될 수 있다.
도 18과 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 직렬 연결되고 델타 연결된 ConSource 모듈의 조합을 갖는, 도 19에서 도시되는 시스템(100)의 이 3상(삼차원 어레이) 구성의 실시형태는, 전력 그리드 또는 부하의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적인 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 델타 및 직렬 연결된 ConSource 모듈의 조합은, 소망되는 출력 전압을 획득하기 위해, 어레이에 있는 ConSource 모듈의 총 수를 감소시키는 것을 허용한다.
도 20은 본 개시에 따른 삼차원 어레이(2000)에서 상호 접속되는 복수의 ConSource 모듈을 포함하는 ConSource 팩의 제3 버전의 예시적인 실시형태를 도시한다. ConSource 팩의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2 및 out3)는, 이 삼차원 어레이(2000) 기반의 ConSource 팩을 형성하는 세 개의 일차원 어레이(1500)의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)에 연결된다. 이 삼차원 어레이를 형성하는 N 개의 개수의 상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1, 108-2, ..., 108-N)을 갖는 세 개의 일차원 어레이의 각각의 DC 또는 AC 전압 생성의 구성 및 출력의 원리가 도 15와 관련하여 상기에서 설명된다. 삼차원 어레이의 제1 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제N+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다. 삼차원 어레이의 제2 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제N+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제2 포트(2)에 연결된다. 삼차원 어레이의 제3 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제N+1 행의 제2 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다. 제2 추가적인 ConSource V3 모듈의 제2 포트(2)는 ConSource 팩의 제4 출력 단자(Out4)에 연결된다. 제N+1 행의 제1 및 제2 추가적인 ConSource V3 모듈의 제3 및 제4 포트(3 및 4)는 도 20에서 도시되는 바와 같이 상호 접속된다.
상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈의 이 삼차원 어레이는, 도 24에서 도시되는 바와 같이, DC 또는 AC 단상 부하, 3상 부하, 3상 전력 그리드 또는 3상 전기 모터에 대한 고정식 에너지 저장 또는 전기 차량 애플리케이션의 경우, 3상 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 3상 부하는 제1, 제2 및 제3 출력 단자(out1, out2, out3) 사이에서 연결될 수 있고, 한편, 제4 출력 단자(out4)는 하나의 충전 단자로서 기능할 수 있다.
도 18과 관련하여 언급되는 이점에 외에도, 두 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)을 갖는, 도 20에서 도시되는 시스템(100)의 이 3상(삼차원 어레이) 구성의 실시형태는, 전력 그리드 또는 부하의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효율적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다.
도 21은, 본 개시에 따른, K 개의 일차원 어레이(1500)를 포함하는 다차원 어레이(2100)에서 상호 접속되며, 제시 및 참조 목적만을 위해 복수의 행 및 K 개의 열을 가지면서 예시적인 방위에서 예시되는 복수의 ConSource 모듈을 포함하는 ConSource 팩의 제4 버전의 예시적인 실시형태를 도시하는데, 여기서 K는, 한 예로서, 3 이상이다. K 개의 일차원 어레이(1500)의 각각은 제1 및 제2 포트를 구비하는 M+N 개의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1, ..., 108-(M+N))을 포함한다. 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 일차원 어레이의 각각은, 제1, 제2, 제3 및 제4 포트를 갖는 제M+N+1 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)을 포함한다.
K 개의 개수의 일차원 어레이의 각각의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는, 각각, 제1 및 제2 출력 단자(out1 및 out2) 중 개개의 출력 단자에 연결되고, 계속해서, 이 다차원 어레이 기반의 ConSource 팩을 형성하는 K 개의 개수의 일차원 어레이의 제K 출력 단자(outK)까지 연결된다. 제1 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 K 개의 개수의 일차원 어레이의 각각의 제2 행(도시되지 않음)에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 제2 행에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 K 개의 개수의 일차원 어레이의 각각의 제3 행(도시되지 않음)에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, ConSource V1/V2/V3 모듈의 M 개의 개수의 행에 대해 더 아래로 동일한 순서로 연결되는데, 여기서 M은 2 이상이다.
제M 행의 제1 어레이 열의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-M)의 제2 포트(2)는 제1 행의 제2 어레이 열의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)에 연결된다. 제M 행의 제2 어레이 열의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-M)의 제2 포트(2)는 제1 행의 제3 어레이 열의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, 제K 어레이 열까지 동일한 순서로 연결되는데, 여기서 제M 행의 제K 어레이 열에 있는 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-M)의 제2 포트(2)는 제1 행의 제1 어레이 열의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)에 연결된다.
제M+1 행의 제1 내지 제K 어레이 열의 모두의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(M+1))의 제1 포트(1)는 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-M)의 제2 포트(2)에 연결된다. 제M+1 행의 제1 내지 제K 어레이 열의 모두의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(M+1))의 제2 포트(2)는 제M+2 행의 제1 내지 제K 열의 모두의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, ConSource V1/V2/V3 모듈의 N 개의 개수의 행에 대해 더 아래로 동일한 순서로 연결되는데, 여기서 N은 2 이상이다.
다차원 어레이의 제1 어레이 열의 제M+N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+N+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 다차원 어레이의 제2 어레이 열의 제M+N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+N+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결된다. 다차원 어레이의 제K-2 어레이 열의 제M+N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+N+1 행의 제((K-1)/2) 추가적인 ConSource V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 다차원 어레이의 제K-1 열의 제M+N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+N+1 행의 제((K-1)/2) 추가적인 ConSource V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결된다. 다차원 어레이의 제K 열의 제M+N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+N+1 행의 제(K+1)/2 추가적인 ConSource V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 제(K+1)/2 추가적인 ConSource V3 모듈의 제2 포트(2)는 ConSource 팩의 제K 출력 단자(outK+1)에 연결된다. 제M+N+1 행의 모든 (K+1)/2 개의 추가적인 ConSource V3 모듈의 출력 포트(3과 4)는 도 21에서 도시되는 바와 같이 함께 연결된다.
상호 접속된 ConSource V1/V2/V3 모듈의 이 다차원 어레이는, DC 부하, 다상 AC 부하, 다상 전력 그리드 또는 다상 전기 모터에 대한 고정식 에너지 저장 또는 전기 차량 애플리케이션의 경우 다상 에너지 소스로서 사용될 수 있다.
도 18과 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 델타 연결되고 직렬 연결된 ConSource 모듈 및 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈의 조합을 갖는, 도 21에서 도시되는 시스템(100)의 이 다차원 어레이(2100) 실시형태는, 전력 그리드 또는 부하의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 델타 및 직렬 연결된 ConSource 모듈의 조합은, 소망되는 출력 전압을 획득하기 위해, 어레이에 있는 ConSource 모듈의 총 수를 감소시키는 것을 허용한다.
도 22 및 도 23은, 각각, 도 18 및 도 19에 제시되고, 임의의 타입의 3상 전기 모터(2200)에 추가로 연결되는 바와 같은, ConSource 팩(1800, 1900)의 제1 및 제2 버전의 예시적인 실시형태를 각각 도시한다.
도 22에서 도시되는 시스템(100)의 삼차원 어레이(1800)(3상 모터 구동 시스템) 실시형태는, 상당히 감소된 스위칭 및 전도 손실을 갖는 스위칭 컴포넌트(MOSFET, JFET, IGBTS, 등등) 및 저전압 및/또는 중전압 정격 에너지 소스 엘리먼트를 사용하여, 모터 위상 A, B 및 C 사이에서 매우 낮은 총 고조파 왜곡을 갖는 임의의 형상의 고전압의 3상 시스템을 획득하는 것을 가능하게 한다. 그러한 시스템은 2 레벨 인버터의 경우에서와 같이 부피가 큰 수동 필터의 사용을 필요로 하지 않으며 높은 동적 응답을 갖는다.
도 22와 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 직렬 연결되고 델타 연결된 ConSource 모듈(108)의 조합을 갖는, 도 23에서 도시되는 시스템(100)(삼차원 어레이)의 3상 모터 구동 실시형태(1900)는, 전기 모터(2200)의 모든 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적인 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 델타 및 직렬 연결된 ConSource 모듈(108)의 조합은, 소망되는 출력 모터 전압을 획득하기 위해, 어레이에 있는 ConSource 모듈의 총 수를 감소시키는 것을 허용한다.
도 24는 임의의 타입의 3상 전기 모터(2200)에 연결되는 ConSource 팩의 제3 버전의 예시적인 실시형태를 도시한다. ConSource 팩은 도 21에 제시되는 바와 같은데, 여기서 K는 3과 동일하고, 제N+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제3 및 제4 출력 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하 2에 연결된다. 제N+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈은, 함께 연결되며 제1 보조 부하 1(408)에 연결되는 제5 및 제6 출력 포트(5 및 6)를 더 포함한다. 제1 보조 부하 1 및 제2 보조 부하 2(410)는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 21과 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 직렬 연결되고 델타 연결된 ConSource 모듈(108) 및 두 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)의 조합을 갖는, 도 24에서 도시되는 시스템(100)(삼차원 어레이)의 3상 모터 구동 실시형태(2400)는, 전기 모터(2200)의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 델타 및 직렬 연결된 ConSource 모듈의 조합은, 소망되는 출력 모터 전압을 획득하기 위해, 어레이에 있는 ConSource 모듈의 총 수를 감소시키는 것을 허용한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 어레이에 의해 전달된다.
도 25는 임의의 타입의 3상 전기 모터(2200)에 연결되는 ConSource 팩의 제4 버전의 예시적인 실시형태(2500)를 도시한다. ConSource 팩은 도 20에 제시되는 바와 같은데, 여기서 제N+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108-C)의 제3 및 제4 출력 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하 2(410)에 연결된다. 제N+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈은, 함께 연결되며 제1 보조 부하(408)에 연결되는 제5 및 제6 출력 포트(5 및 6)를 더 포함한다. 제1 보조 부하 및 제2 보조 부하(410)는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 22와 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 두 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)을 갖는, 도 25에서 도시되는 시스템(100)(삼차원 어레이)의 이 3상 모터 구동 실시형태는, 전기 모터의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 어레이에 의해 전달된다.
도 26은 임의의 타입의 6상 전기 모터(2650)에 연결되는 ConSource 팩의 제5 버전의 예시적인 실시형태(2600)를 도시한다. ConSource 팩은 도 25에 제시되는 바와 같은데, 삼차원 어레이(2500)의 제1 및 제2 어레이 열은 두 번 반복되어 도 25에서 도시되는 제1 및 제2 어레이 열의 3 개의 세트를 포함하는 6차원 어레이의 여섯 개의 어레이 열을 형성한다. 제N+1 행의 세 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제3 및 제4 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하(410)에 연결되며, 제N+1 행의 세 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제5 및 제6 포트(5 및 6)는 함께 연결되고 제1 보조 부하(408)에 연결된다. 제1 보조 부하(408) 및 제2 보조 부하(410)는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 22와 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 세 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)을 갖는, 도 26에서 도시되는 시스템(100)(삼차원 어레이)의 이 3상 모터 구동 실시형태는, 전기 모터의 모두 여섯 개의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 6차원 어레이에 의해 전달된다.
도 27은, 본 개시에 따른, 두 개의 3상 전기 모터(2200, 2200') 및 보조 부하에 연결되는, 삼차원 어레이에서 상호 접속되는 복수의 ConSource 모듈을 포함하는 ConSource 팩의 제6 버전의 예시적인 실시형태(2700)를 도시한다. 제1 모터 1(2200)의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(A, B 및 C)는 ConSource 팩의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)에서 ConSource 팩에 연결된다. ConSource 팩의 모두 세 개 어레이 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는, 도 27에서 도시되는 바와 같이, 제N+1 행의 세 개의 대응하는 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다. 제N+1 행의 모두 세 개의 ConSource V3 모듈(108C)의 제2 포트(2)는 제N+2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결된다. 제N+2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는, 도 27에서 도시되는 바와 같이, 제N+3 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, ConSource 팩의 마지막 행 또는 제M 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 제2 모터 2(2200')의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(A', B' 및 C')는 ConSource 팩의 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에서 ConSource 팩에 연결된다.
제N+1 행의 세 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제3 및 제4 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하(410)에 연결된다. 제N+1 행의 세 개의 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제5 및 제6 포트(5 및 6)는 함께 연결되고 제1 보조 부하(408)에 연결된다. 제1 보조 부하(408) 및 제2 보조 부하(410)는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 27에서 도시되는 세 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈을 갖는 시스템(100)의 이 삼차원 어레이 실시형태는, 두 개의 독립적인 모터(듀얼 모터 구동 시스템)에 독립적인 전압 및 주파수 조절(제어)을 제공하고, 두 개의 전기 모터의 위상과 그러한 듀얼 모터 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈(108C)의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 어레이에 의해 전달된다.
도 28은, 본 개시에 따른, 3상 개방 권선 전기 모터(2850) 및 보조 부하(408, 410)에 연결되는, 삼차원 어레이에서 상호 접속되는 복수의 ConSource 모듈(108)을 포함하는 ConSource 팩의 제7 버전의 예시적인 실시형태(2800)를 도시한다.
모두 세 개의 어레이 열(2810)의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)는 함께 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 모두 세 개의 어레이 열(2810)의 제2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(도시되지 않음)의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 각각의 어레이 열의 제N 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-N)의 제2 포트(2)는, 도 28에서 도시되는 바와 같이, 개방 권선 전기 모터(2850)의 제1, 제2 및 제3 입력 단자(A, B, C)에 연결된다. 개방 권선 전기 모터(2850)의 제1, 제2 및 제3 단자(A', B', C')는 모두 세 개의 어레이 열의 제N+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제N+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 모두 세 개의 어레이 열의 제N+2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 어레이 열의 각각의 제M 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 제1 열의 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다. 제2 어레이 열의 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+1 행의 제1 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제2 포트(2)에 연결된다. 제3 열의 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)는 제M+1 행의 제2 추가적인 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다.
제M+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈의 제3 및 제4 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하(410)에 연결된다. 제M+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈의 제5 및 제6 포트(5 및 6)는 함께 연결되고 제1 보조 부하(408)에 연결된다. 제1 보조 부하 및 제2 보조 부하는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 22와 관련하여 언급되는 이점에 더하여, 두 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈을 갖는, 도 28에서 도시되는 시스템(100)(삼차원 어레이)의 이 3상 모터 구동 실시형태는 개방 권선 모터에 적합하고, 전기 모터의 위상과 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 가능하게 한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 어레이에 의해 전달된다.
도 29는, 본 개시에 따른, 두 개의 3상 개방 권선 전기 모터(2850, 2850') 및 보조 부하(408, 410)에 연결되는, 삼차원 어레이(2900)에서 상호 접속되는 복수의 ConSource 모듈을 포함하는 ConSource 팩의 제8 버전의 예시적인 실시형태를 도시한다.
모두 세 개의 어레이 열의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제1 포트(1)는 함께 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-1)의 제2 포트(2)는 모두 세 개의 어레이 열의 제2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-2)(도시되지 않음)의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 제N 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제N 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-N)의 제2 포트(2)는, 도 29에서 도시되는 바와 같이, 제1 개방 권선 전기 모터(2850)의 제1, 제2 및 제3 입력 단자(A, B, C)에 연결된다. 제1 개방 권선 전기 모터(2850)의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(A', B', C')는 모두 세 개의 어레이 열의 제N+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(N+1))의 제1 포트(1)에 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제N+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(N+1))의 제2 포트(2)는 모두 세 개의 어레이 열의 제N+2 행(도시되지 않음)의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(N+2))의 제1 포트(1)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 제M 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다.
ConSource 팩의 모두 세 개 어레이 열의 제M 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-M)의 제2 포트(2)는, 도 29에서 도시되는 바와 같이, 제M+1 행의 세 개의 대응하는 ConSource V3 모듈(108C)의 제1 포트(1)에 연결된다. 제M+1 행의 모두 세 개의 ConSource V3 모듈(108C)의 제2 포트(2)는 제M+2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(M+2))의 제2 포트(2)에 연결된다. 제M+2 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는 제M+3 행(도시되지 않음)의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 제K 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제K 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-K)의 제1 포트(1)는, 도 29에서 도시되는 바와 같이, 제2 개방 권선 전기 모터(2850')의 제1, 제2 및 제3 입력 단자(A, B, C)에 연결된다.
제2 개방 권선 전기 모터(2850')의 제1, 제2 및 제3 출력 단자(A', B', C')는 모두 세 개의 어레이 열의 제K+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈(108-(K+1))의 제1 포트(1)에 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제K+1 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는 모두 세 개의 어레이 열의 제K+2 행(도시되지 않음)의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제2 포트(2)에 연결되고, 계속해서, 더 멀리, 제L 행에 이르기까지 동일한 순서로 연결된다. 모두 세 개의 어레이 열의 제L 행의 ConSource V1/V2/V3 모듈의 제1 포트(1)는 함께 연결된다.
제M+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈의 제3 및 제4 포트(3 및 4)는 함께 연결되고 제2 보조 부하(410)에 연결된다. 제M+1 행의 두 개의 추가적인 ConSource V3 모듈의 제5 및 제6 포트(5 및 6)는 함께 연결되고 제1 보조 부하(408)에 연결된다. 제1 보조 부하 및 제2 보조 부하(410)는 상이한 전압을 가지며, 예를 들면, 전기 차량의 온보드 네트워크 시스템 및 에어컨 전력 공급 시스템을, 각각, 나타내지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
도 29에서 도시되는 세 개의 추가적인 상호 접속 ConSource V3 모듈을 갖는 시스템(100)의 이 삼차원 어레이 실시형태는, 두 개의 독립적인 개방 권선 모터(듀얼 모터 구동 시스템)에 독립적인 전압 및 주파수 조절(제어)을 제공하고, 두 개의 전기 모터의 위상과 그러한 듀얼 모터 시스템의 모든 ConSource 모듈 사이의 에너지의 효과적이고 빠른 교환(위상간 밸런싱)을 허용한다. 상호 접속 ConSource V3 모듈의 추가적인 출력 단자(3, 4, 5, 6)는 상이한 레벨의 저전압을 제공하는데, 이것은 보조 부하에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 보조 부하는, 결과적으로, 예를 들면, 전기 차량의 전기 온보드 네트워크 및 HVAC 전력 라인을 나타낸다. 이 경우, 여분의 저전압 배터리가 필요로 되지 않는다; 상기에서 언급된 시스템에 대한 에너지는 ConSource 모듈의 전체 어레이에 의해 전달된다.
모듈 제어의 예시적인 실시형태
도 30 내지 도 40b를 참조하면, 상이한 시스템 구성에서 ConSource 모듈 사이의 충전의 상태(SOC) 및 온도 밸런싱을 제공하기 위해 시스템(100)의 제어를 용이하게 하는 예시적인 시스템 및 방법이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 29에서 도시되는 예시적인 실시형태의 상호 접속 아키텍쳐는 ConSource 모듈 사이의 전력 공유의 제어를 가능하게 한다. 그러한 제어는, 사이클링 동안 그리고 휴지 상태에서 ConSource 모듈의 에너지 소스의 SOC를 밸런스가 맞춰진 상태로 유지하는데, 이것은 용량에서의 가능한 차이에 무관하게 각각의 에너지 소스의 전체 용량이 활용되는 것을 도울 수 있다. 또한, 그것은 ConSource 모듈의 에너지 소스의 온도를 균등화하기 위해 사용될 수 있다. 온도 밸런싱은 시스템(100)의 전력 성능을 증가시키고, 시스템(100) 내에서의 그들의 위치 및 열 저항률에서의 차이에 무관하게, 에너지 소스의 더욱 균일한 에이징을 제공한다.
도 30은 피크 검출기(3010)("Peak Detection(피크 검출)"), 제산기(divider; 3020)("Division(제산)"), 및 위상내 밸런싱 컨트롤러(3030)("Intra-phase Balancing Controller(위상내 밸런싱 컨트롤러)")를 포함할 수도 있는 단상 AC 또는 DC 밸런싱 컨트롤러(3000)의 예시적인 실시형태를 묘사한다. 피크 검출기는 기준 전압(Vr)의 피크(Vpk)를 검출한다. 제산기는 기준 전압(Vr)을 자신의 검출된 피크(Vpk)로 나누는 것에 의해 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성한다. 위상내 밸런싱 컨트롤러는 ConSource 스테이터스 정보(예를 들면, SOCi, Ti, Qi, Vi, 등등)와 함께 피크 전압(Vpk)을 사용하여 각각의 모듈에 대한 변조 인덱스(Mi)를 생성한다. 위상내 밸런싱 컨트롤러는, MCD의 일부로서, 중앙 집중식 컨트롤러로서 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에서 구현될 수도 있거나, 또는 본원에서 설명되는 LCD 사이에서 부분적으로 또는 전체적으로 분산될 수도 있다.
단상 AC 또는 DC의 사례에서, 위상내 밸런싱 컨트롤러는, MCD의 일부로서, 기준 전압(Vr)을 수신하고, 충전의 상태(SOCi), 온도(Ti), 용량(Qi) 및 전압(Vi)과 같은 스테이터스 정보를 시스템(100)의 모든 ConSource로부터 수집한다. 밸런싱 컨트롤러는 이들 신호를 사용하여 변조 인덱스(Mi) 및 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하는데, 정규화된 기준 파형(Vrn)은, 그 다음, 각각의 LCD로 전송되어 스위칭 신호를 생성한다. 기준 파형(Vrn)은 지속적으로 전송될 수 있고, 변조 인덱스는, Vrn의 모든 주기에 대해 한 번과 같은, 일정한 간격에서 전송될 수 있다. LCD는 수신된 변조 인덱스에 의해 정규화된 기준 파형(Vrn)을 변조하거나 또는 스케일링할 수 있다. (변조 인덱스는, 몇몇 예에서, 제로와 1 사이의 숫자일 수 있다(제로 및 1을 포함함).) 이 변조된 또는 스케일링된 Vrn은 도 14a 내지 도 14d와 관련하여 설명되는 펄스 폭 변조 기술에 따라 Vref(또는 -Vref)로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 변조 인덱스는, LCD에 의해 생성되는 PWM 스위칭 신호를 제어하기 위해, 따라서, 각각의 ConSource 모듈의 동작을 조절하기 위해, 사용될 수 있다. 예를 들면, 정상 또는 전체 동작을 유지하도록 제어되고 있는 ConSource 모듈은 1의 변조 인덱스를 수신할 수도 있고, 한편, 정상 또는 전체 동작 미만으로 제어되고 있는 ConSource 모듈은 1 미만의 변조 인덱스를 수신할 수도 있다. 전력 출력을 중지하도록 제어되는 ConSource 모듈은 제로의 변조 인덱스를 수신할 수도 있다. 기술 분야의 숙련된 자는, 본 설명을 판독한 이후, 유사한 기능성을 달성하기 위해 변조 인덱스의 다른 값이 사용될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
위상내 밸런싱 컨트롤러는, 다음의 것을 용이하게 하는 방식으로, 자신의 에너지 소스의 충전의 상태, 온도, 용량, 및/또는 전압과 같은, 본원에서 설명되는 임의의 수의 양태 또는 동작 특성에 따라 각각의 ConSource 모듈에 대한 변조 인덱스를 생성할 수 있다: 생성된 ConSource 전압의 합은 피크 전압(Vpk)을 초과하지 않음; 변조 인덱스의 상이한 조합이 사용될 수도 있지만, 그러나, 총 생성된 전압은 도 31의 페이저 다이어그램(3100)에서 도시되는 바와 같이, 동일하게 유지되어야 함; ConSource의 배터리 모듈의 충전의 상태(SOC)는 밸런스가 맞춰진 상태로 유지되거나 또는, 그들이 밸런스가 맞지 않으면, 밸런스가 맞춰진 상태로 수렴함; 및 하나의 ConSource의 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정의 임계치를 초과하는 경우 ConSource의 배터리 모듈의 온도가 밸런스를 맞춤.
충전의 상태 및 온도 밸런싱이 동시에 가능하지 않을 수도 있기 때문에, 애플리케이션의 요건에 따라 어느 하나에 우선권이 주어진 상태에서 둘 모두의 조합이 적용될 수도 있다.
도 32에서 도시되는 바와 같이, 3상 밸런싱 컨트롤러(3200)는 하나의 위상간(3210) 및 세 개의 위상내 밸런싱 컨트롤러(3220-1, 3220-2, 3220-3)를 포함할 수 있다. 위상내 밸런싱 컨트롤러의 태스크는, 각각의 일차원 어레이 내에서, 특히 한 예로서 하나의 위상 내에서, ConSource 모듈의 양태의 밸런스를 맞추는 것이다. 위상간 밸런싱 컨트롤러는, 전체 다차원 어레이 중에서, 특히, 한 예로서, 세 개의 위상 중에서 ConSource 모듈의 양태의 밸런스를 맞출 수 있다. 위상의 Y 연결에서, 이것은 위상에 공통 모드를 주입하는 것(중성점 시프트)을 통해 또는 공통 모듈을 통해 또는 둘 모두를 통해 달성될 수도 있다. 위상내 밸런싱 컨트롤러(3220-1, 3220-2, 3220-3) 및 위상간 밸런싱 컨트롤러(3210)는, MCD의 일부로서, 중앙 집중식 컨트롤러로서 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에서 구현될 수도 있거나, 또는 본원에서 설명되는 LCD 사이에서 부분적으로 또는 전체적으로 분산될 수도 있다.
이 시스템에 입력되는 기준 신호는 VrA, VrB, VrC 또는 이들 신호 중 두 가지의 임의의 조합 또는 Clarke(클라크) 변환(즉, Vrα, Vrβ)과 같은 이들 신호를 개조할 수 있는 임의의 다른 변환일 수도 있다.
위상 사이의 공통 모듈이 없는 Y 연결 3상 구조에서(예를 들면, 도 18 및 도 22와 관련하여 설명되는 시스템(100) 참조), 위상내 밸런싱은, 도 33a에서 도시되는 바와 같이, 각각의 위상(3300, 3300', 3300'') 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 위상 기준에 소정의 공통 모드를 추가하는 것에 의해, 중성점('N')은 도 33b에서 도시되는 바와 같이 시프트될 수도 있다(3310). 이것은 3상 전압을 확립하기 위해 각각의 위상의 몫에 대한 제어를 제공한다. 예를 들면, 도 33b에서, 시스템이 방전 중이고 위상 A의 모듈에서 이용 가능한 총 에너지가 위상 C의 모듈에서 이용 가능한 총 에너지보다 더 작고 위상 B의 모듈에서 이용 가능한 총 에너지보다 더 작다는 것을 가정하면, SOC 밸런싱을 위해, 중성점은 위상 A 및 C의 기여를 각각 감소시키기 위해 그리고 위상 B의 기여를 증가시키기 위해, 도시되는 바와 같이 시프트되어야 할 것이다.
ConSource V3 모듈인 위상(3400, 3400') 사이의 공통 모듈을 갖는 Y 연결 3상 구조에서(예를 들면, 시스템(100), 도 20 및 도 24 참조), 위상내 밸런싱은 각각의 위상 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 위상간 밸런싱은 다음의 것 중 어느 하나에 의해 달성될 수 있다: 도 34a에서 도시되는 바와 같이 각각의 위상에 대한 공통 모듈(들)의 기여만을 제어하는 것; 중성점 시프팅; 또는 도 34b에서 도시되는 바와 같이 둘 모두.
4상 시스템(3500, 3500')에서, 공통 모듈(ConSource V3)이 없는 도 35a와 관련하여, 그리고 공통 모듈(ConSource V3)을 갖는 도 35b에서 설명되는 바와 같이, 위상내 밸런싱은 각각의 위상 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 위상간 밸런싱은 중성점 시프팅에 의해 및/또는 적용 가능한 경우 각각의 위상에 대한 공통 모듈의 기여를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다.
5상 시스템(3600, 3600')에서, 공통 모듈(ConSource V3)이 없는 도 36a, 및 공통 모듈(ConSource V3)을 갖는 도 36b과 관련하여 설명되는 바와 같이, 위상내 밸런싱은 각각의 위상 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 위상간 밸런싱은, 중성점 시프팅에 의해 및/또는 적용 가능한 경우, 각각의 위상에 대한 공통 모듈의 기여를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다.
공통 모듈(ConSource V3)이 없는 도 37a 및 공통 모듈(ConSource V3)을 갖는 도 37b와 관련하여 설명되는 바와 같은 6상 시스템(3700, 3700')에서(시스템(100)의 수정, 도 26), 위상내 밸런싱은 각각의 위상 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 위상간 밸런싱은, 중성점 시프팅에 의해 및/또는 적용 가능한 경우, 각각의 위상에 대한 공통 모듈의 기여를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다.
도 27과 관련하여 설명되는 바와 같은 시스템(100)에서, 상이한 전압 및 주파수를 가지고 실행될 수도 있는 3상 구조의 두 개의 시스템(3810, 3820)이 고려된다. 위상내 밸런싱은 각각의 위상 내에서 모듈의 변조 인덱스를 제어하는 것을 통해 달성될 수 있다. 각각의 시스템 내의 그리고 두 개의 시스템 사이의 위상간 밸런싱은, 도 38a에서 도시되는 바와 같이 각각의 위상에 대한 공통 모듈(ConSource V3)의 전압 기여를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 각각의 시스템(3810, 3820) 내의 위상간 밸런싱은, 도 38b에서 도시되는 바와 같이 중성점 시프팅에 의해 추가로 개선될 수도 있다.
도 28과 관련하여 설명되는 바와 같은 시스템(100)에서, 유사한 주파수를 가지고 실행되는 그러나 상이한 전압을 가질 수도 있는 3상 구조의 두 개의 시스템이 고려된다.
도 39a에서, 두 개의 시스템(3900, 3900')에서의 상보적인 위상은 쌍으로 작동하여 각각의 모터 권선에 걸쳐 전압을 생성하기 때문에, 위상내 밸런싱을 위해 위상 쌍 내의 모듈이 고려될 수도 있다. 예를 들면, A와 A' 사이에서 소정의 전압을 확립하기 위해, A 및 A' 위상내의 모든 모듈은 그들의 스테이터스 정보에 각각 기여해야 할 것이다.
위상간 밸런싱, 또는 이 경우 위상 쌍 사이의 밸런싱은, 도 39a에서 도시되는 바와 같이 공통 모듈을 통해 및/또는 도 39b에서 도시되는 바와 같이 중성점 시프트를 통해 구현될 수도 있다.
도 29와 관련하여 설명되는 바와 같은 시스템(100)에서, ACi 배터리 팩의 두 개의 시스템은 공통 모듈을 통해 연결되고 두 개의 모터를 구동하기 위해 사용된다. 따라서, 시스템 1 및 시스템 2는 상이한 전압 및 주파수에서 동작할 수도 있고, 한편, 각각의 시스템에서, 두 부분은 동일한 주파수에서 동작하지만 그러나 상이한 전압을 가질 수도 있다.
중성점 시프트 없이, 도 40a에서, 각각의 시스템(4010, 4020, 4030)의 위상 쌍(예를 들면, A1 및 A'1)의 모듈 사이의 위상내 밸런싱이 구현될 수도 있다. 두 개의 시스템 내의 그리고 두 개의 시스템 사이의 위상간 밸런싱은 두 개의 시스템에서 각각의 위상에 대한 공통 모듈의 전압 기여를 제어하는 것을 통해 달성될 수도 있다.
도 40b에서 도시되는 바와 같은 중성점 시프트는 위상간 및 시스템간(4010, 4020, 4030) 밸런싱을 개선하기 위해 추가될 수도 있다.
본원에서의 실시형태 중 많은 것에서, ConSource 모듈은 LCD와는 별개인 것으로 도시되거나 또는 설명된다. 그러나, 본원에서 설명되는 임의의 그리고 모든 실시형태에서, ConSource 모듈은 LCD가 그 컴포넌트가 되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 41은 컨버터-소스 모듈(108)(이것은 ConSource 모듈 V1, V2, 또는 V3으로서 또한 지칭될 수 있음)의 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다. 이 실시형태에서, 모듈(108)은, 모듈(108)에 대한 LCD(114)뿐만 아니라, 컨버터 V1 또는 V2(206, 308), 에너지 버퍼(204) 및 에너지 소스 1(202)(및 옵션 사항으로, 존재하는 경우, 에너지 소스 2(304))을 유지하는 공통 하우징 또는 물리적 케이스(encasement)(4202)를 구비한다. 따라서, 이 실시형태에서, 모듈(108)은 통합된 또는 단일의 디바이스 또는 서브시스템으로서 제공되거나 또는 제조된다.
도 42는 컨버터-소스 모듈(108)의 다른 예시적인 실시형태를 묘사하는 블록도이다. 이 실시형태에서, 모듈(108)은 모듈(108)에 대한 LCD뿐만 아니라, 컨버터 V1 또는 V2 및 에너지 버퍼를 유지하는 하우징 또는 물리적 케이스(4203)를 구비한다. 에너지 소스 1(202)(및 옵션 사항으로, 존재하는 경우, 에너지 소스 2(304))은 별개의 하우징(4204)에서 제공된다. 하우징(4203 및 4204)은 시스템(100)에서의 설치 이전에 물리적으로 결합될 수 있거나 또는 함께 연결될 수 있거나, 또는 별개의 연결되지 않은 엔티티일 수 있다.
본원에서 설명되는 임의의 그리고 모든 실시형태에서, 다양한 회로부 컴포넌트는 폼팩터를 감소시키기 위해 하나 이상의 기판 상에서 통합될 수 있다. 예를 들면, LCD는 도 41 및 도 42와 관련하여 설명되는 바와 같이 ConSource 모듈의 일부일 수 있다. 도 43a는, LCD(114), 컨버터 V1 또는 V2(206, 308), 및 에너지 버퍼(204) 각각이, 단일의 인쇄 회로 보드(printed circuit board; PCB)일 수 있는 단일의 공통 기판(4302)에 장착되는 또는 고정되는 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다. 이들 컴포넌트는 기판(4302)과 그리고 서로 전기적으로 커플링되어, 그들 사이에서 신호 또는 데이터의 교환을 허용할 수 있다. 다른 수동 또는 능동 컴포넌트도 마찬가지로 기판(4302)에 장착되거나 또는 고정될 수 있다.
도 43b는 컨버터 V1 또는 V2(206, 308) 및 에너지 버퍼(204) 각각이, 단일의 인쇄 회로 보드(PCB)일 수 있는 단일의 공통 기판(4304)에 장착되는 또는 고정되는 예시적인 실시형태를 묘사하는 개략도이다. 이들 컴포넌트는 기판(4304)과 그리고 서로 전기적으로 커플링되어, 그들 사이에서 신호 또는 데이터의 교환을 허용할 수 있다. LCD(114)는, 또한 단일의 PCB일 수 있는 상이한 기판(4306)에 장착되거나 또는 고정된다. 다른 수동 또는 능동 컴포넌트도 마찬가지로 기판(4304 및 4306)에 장착되거나 또는 고정될 수 있다. LCD와 기판(4304) 상의 컴포넌트 사이의 통신은 하나 이상의 버스, 배선, 또는 광섬유를 통해 발생할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시형태에서, 위상내 밸런싱은 하나 이상의 위상내 밸런싱 컨트롤러에 의해 달성될 수 있고, 위상간 밸런싱은 하나 이상의 위상간 밸런싱 컨트롤러에 의해 달성될 수 있다. 이들 위상내 밸런싱 컨트롤러 및 위상간 밸런싱 컨트롤러는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다. 이들 위상내 밸런싱 컨트롤러 및 위상간 밸런싱 컨트롤러는, 전적으로, 디바이스, 예컨대 마스터 제어 디바이스에 의해 구현될 수 있다. 이들 위상내 밸런싱 컨트롤러 및 위상간 밸런싱 컨트롤러는, 마스터 제어 디바이스 및 하나 이상의 로컬 제어 디바이스와 같은 다수의 디바이스 사이에서 분산 방식으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 8f, 도 11, 도 13, 도 15 내지 도 30, 도 32, 도 1a 내지 도 1c 및 도 41 내지 도 43b에서, 도면의 다양한 구성 요소(예를 들면, 엘리먼트, 컴포넌트, 디바이스, 시스템, 및/또는 기능 블록)는 하나 이상의 다른 구성 요소(예를 들면, 엘리먼트, 컴포넌트, 디바이스, 시스템, 및/또는 기능 블록)와 커플링되는 것으로 묘사되거나 또는 그들에 연결되는 것으로 묘사된다. 이들 구성 요소는, 예컨대 직접적인 커플링 또는 연결에서, 개재하는 엔티티의 존재 없이 커플링 또는 연결되는 것으로 종종 나타내어진다. 기술 분야의 숙련된 자는, 본 설명에 관점에서, 이들 커플링 또는 연결이 직접적일(하나 이상의 개재하는 컴포넌트가 없음) 수 있거나 또는 간접적일(도시되지 않은 하나 이상의 개재하는 컴포넌트를 가짐) 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 이 단락은 직접적인 커플링 또는 연결 또는 간접적인 커플링 또는 연결인 모든 커플링 또는 연결에 대한 선행 지원으로서 기능한다.
본원에서 설명되는 시스템, 디바이스, 및 방법과 연계하여 사용될 수도 있는 시스템(예를 들면, ACi 배터리 팩), 디바이스, 및 방법에 관한 자세한 논의는, 2019년 3월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Systems And Methods For Power Management And Control"인 국제 공개 번호 제WO 2019/183553호에서 제공되는데, 이것은 마치 전체적으로 기술되는 것처럼 모든 목적을 위해 참조에 의해 본원에 통합된다.
본원에서 설명되는 실시형태는, 예를 들면, 자동차 산업에서, 배터리 팩으로 사용될 때, 각각의 배터리 모듈을 수반하는 서브시스템으로서 종래의 배터리 관리 시스템의 제거를 허용한다. 배터리 관리 시스템에 의해 통상적으로 수행되는 기능성은 본원에서 설명되는 시스템 실시형태의 상이한 그리고 많은 방식에서 더 큰 기능성에 의해 포함되거나 또는 교체된다.
기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는, "모듈"이, 그 용어가 본원에서 사용될 때, 시스템(100) 내의 디바이스 또는 서브시스템을 가리킨다는 것, 및 각각의 개개의 모듈이 물리적으로 제거 가능하게 되는 것 및 다른 모듈과 관련하여 교체 가능하게 되는 것을 허용하도록 시스템(100)이 구성될 필요가 없다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 시스템(100)은, 시스템의 전체적인 분해 없이는 어떠한 하나의 모듈의 제거 및 대체도 허용하지 않는 공통 하우징에서 패키지화될 수도 있다. 그러나, 본원에서의 임의의 그리고 모든 실시형태는, 각각의 모듈이, 종래의 방식으로, 예컨대 시스템의 분해 없이, 다른 모듈과 관련하여 제거 가능하고 교체 가능하도록 구성될 수 있다.
용어 "마스터 제어 디바이스"는 본원에서 광의의 의미로 사용되며, 로컬 제어 디바이스와 같은 임의의 다른 디바이스와의 마스터 및 슬레이브 관계와 같은 임의의 특정한 프로토콜의 구현을 요구하지 않는다.
용어 "출력"은 본원에서 광의의 의미로 사용되며, 출력 및 입력 둘 모두로서 양방향 방식으로 기능하는 것을 배제하지는 않는다. 유사하게, 용어 "입력"은 본원에서 광의의 의미로 사용되며, 출력 및 입력 둘 모두로서 양방향 방식으로 기능하는 것을 배제하지는 않는다.
용어 "단자" 및 "포트"는 본원에서 광의의 의미로 사용되며, 단방향성 또는 양방향성 중 어느 하나일 수 있고, 입력 또는 출력일 수 있으며, 암(female) 구성 또는 수(mal) 구성과 같은 특정한 물리적 또는 기계적 구조물을 필요로 하지 않는다.
다음의 실시형태의 상호 관계 및 상호 교환성에 중점을 두고 지금까지 설명된 실시형태의 관점에서, 및/또는 지금까지 설명된 실시형태에 대한 보충으로서, 본 주제의 다양한 양태가 하기에서 기술된다. 다시 말하면, 달리 명시적으로 언급되거나 또는 논리적으로 타당하지 않은 경우가 아니면, 실시형태의 각각의 피쳐는 각각의 그리고 모든 다른 피쳐와 결합될 수 있다는 사실에 중점을 둔다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스는 다수의 스위치에 대한 다수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 제1 에너지 소스는 로컬 제어 디바이스에게 동작 전력을 제공한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스는 컨버터-소스 모듈에서 장애를 검출하도록 그리고 장애 신호를 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태에서, 장애 신호는 실제 장애 또는 잠재적 장애를 나타낸다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 로컬 제어 디바이스에 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스는 장애 신호를 마스터 제어 디바이스로 출력하도록 구성된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는 단일의 인쇄 회로 보드 상에서 함께 구현된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는, 제1 에너지 소스를 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스, 제1 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는, 다른 컨버터-소스 모듈을 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는, 제1 에너지 소스를 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함하고, 여기서 에너지 버퍼 및 컨버터는 단일의 인쇄 회로 보드 상에서 함께 구현된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 연료 전지를 포함하는 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 에너지 버퍼는, 두 개의 인덕터 및 두 개의 커패시터를 포함하는 Z 소스 네트워크, 또는 두 개의 인덕터, 두 개의 커패시터 및 다이오드를 포함하는 유사 Z 소스 네트워크를 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 더 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 제2 에너지 소스, 및 제1 입력, 제2 입력, 및 제3 입력을 포함하는 컨버터를 포함하는데, 여기서 제1 및 제3 입력은 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되고, 여기서 제2 및 제3 입력은 제2 에너지 소스와 커플링되고, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 더 포함하고, 그리고 여기서 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하거나 또는 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하지 않는다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 및 제2 에너지 소스 각각은 커패시터 또는 연료 전지를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 제1 스위치, 인덕터, 및 제2 스위치를 포함하는데, 여기서 제1 스위치는 제1 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 인덕터는 제2 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 제2 스위치는 제3 입력과 제1 노드 사이에서 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 스위치는 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하는데, 여기서 제2 에너지 소스는 배터리와 병렬인 제1 커패시터를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하는데, 여기서 제2 에너지 소스는 배터리와 병렬인 제1 커패시터 및 배터리와 병렬인 제2 커패시터를 더 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈을 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 제1 에너지 소스 및 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터를 포함하는데, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 주 부하 또는 다른 컨버터-소스 모듈에 대한 연결을 위한 제1 출력 포트 및 보조 부하에 대한 연결을 위한 제2 출력 포트를 더 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 보조 부하는 제1 보조 부하이고 컨버터-소스 모듈은 제2 보조 부하에 대한 연결을 위한 제3 출력 포트를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 출력 포트는 주 부하 또는 다른 컨버터-소스 모듈과 커플링되고, 제2 출력 포트는 제1 보조 부하와 커플링되고, 제3 출력 포트는 제2 보조 부하와 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 제1 입력, 제2 입력, 및 제3 입력을 포함하는데, 여기서 제1 및 제3 입력은 제1 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 제2 출력 포트와 커플링되고, 여기서 제2 및 제3 입력은 제3 출력 포트와 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 제1 스위치, 인덕터, 및 제2 스위치를 포함하는데, 여기서 제1 스위치는 제1 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 인덕터는 제2 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 제2 스위치는 제3 입력과 제1 노드 사이에서 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 스위치는 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치는 H 브리지(H-bridge)로서 함께 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 출력 포트는 제1 출력 및 제2 출력을 포함하는데, 여기서 제3 스위치는 제1 입력과 제1 출력 사이에서 커플링되고, 제4 스위치는 제3 입력과 제1 출력 사이에서 커플링되고, 제5 스위치는 제1 입력과 제2 출력 사이에서 커플링되고, 제6 스위치는 제3 입력과 제2 출력 사이에서 커플링된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 어레이에서 컨버터-소스 모듈과 커플링되는 다수의 컨버터-소스 모듈을 더 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈 내의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 에너지 소스, 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 그 컨버터-소스 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함하는 컨버터를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 스위치는 양의 극성을 갖는 제1 전압, 제로 또는 기준 전압, 및 음의 극성을 갖는 제1 전압 사이에서 선택한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 전압은 직류(direct current; DC) 전압이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 어레이는 교류(alternating current; AC) 신호를 출력하도록 구성된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 제1 에너지 소스의 온도, 제1 에너지 소스의 충전의 상태, 제1 에너지 소스의 전압, 또는 전류를 나타내는 하나 이상의 감지된 신호를 출력하도록 구성되는 하나 이상의 센서를 포함한다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 컨버터-소스 모듈 및 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 다수의 로컬 제어 디바이스 내의 각각의 로컬 제어 디바이스는 다수의 컨버터-소스 모듈 중의 하나의 컨버터-소스 모듈과의 사용을 위해 전용된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 컨버터-소스 모듈인데, 여기서 시스템은 제2 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 로컬 제어 디바이스는 제1 및 제2 컨버터-소스 모듈 둘 모두를 제어한다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 프로세싱 회로부 및 프로세싱 회로부와 통신 가능하게 커플링되는 메모리를 포함하는데, 여기서 메모리는 프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 명령어를 포함한다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 펄스 폭 변조를 사용하여 컨버터에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 수신된 기준 신호를 변조 또는 스케일링하도록 그리고 스위칭 신호의 생성을 위해 변조된 기준 신호를 사용하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 수신된 기준 신호를 변조하기 위해 수신된 변조 인덱스를 사용하도록 구성된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 다음의 동작 특성 중 하나 이상을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하도록 구성된다: 온도, 충전의 상태, 용량, 건전성의 상태, 전압, 또는 전류.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는, 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 다음의 동작 특성 중 하나 이상을 나타내는 정보를 마스터 제어 디바이스로 전달하도록 구성된다: 온도, 충전의 상태, 용량, 건전성의 상태, 전압, 또는 전류.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 제1 에너지 소스에 의해서만 전력을 공급받는다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 제1 에너지 소스 이외의 에너지 소스에 의해 전력을 공급받는다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 제2 에너지 소스를 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스는, 컨버터-소스 모듈로 하여금, 제2 에너지 소스로부터의 전류를 사용하여, 제1 에너지 소스로부터의 출력 전류에서 2차 고조파를 능동적으로 필터링하게 하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 에너지 소스는 배터리를 포함하고 제2 에너지 소스는 커패시터를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제2 에너지 소스의 커패시터는 울트라 커패시터 또는 수퍼 커패시터이다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 제2 에너지 소스를 포함하는데, 여기서 로컬 제어 디바이스는 다음의 전력 전달을 관리하게끔 컨버터를 제어하도록 구성된다: 제1 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의 전력 전달, 제2 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의 전력 전달, 및 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의 전력 전달.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의 전력 전달은 제1 에너지 소스로부터 제2 에너지 소스로의 전력 전달 및 제2 에너지 소스로부터 제1 에너지 소스로의 전력 전달을 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는, 제1 보조 부하의 전력 소비 및 제2 보조 부하의 전력 소비에 적어도 부분적으로 기초하여 전력 전달을 관리하게끔 컨버터를 제어하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 프로세서 및 메모리를 포함하는데, 여기서 메모리는, 프로세싱 회로부에 의해 실행될 때, 프로세싱 회로부로 하여금 다음의 전력 전달을 관리하게 하는 명령어를 포함한다: 제1 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의 전력 전달, 제2 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의 전력 전달, 및 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의 전력 전달. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 로컬 제어 디바이스는 컨버터에 대한 스위칭 신호의 생성에 의해 전력 전달을 관리하도록 구성된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 시스템 내의 다른 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 파라미터를 관리하도록 구성되는 마스터 제어 디바이스를 더 포함한다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스를 더 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 직렬 데이터 케이블을 통해 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 프로세싱 회로부 및 프로세싱 회로부와 통신 가능하게 커플링되는 메모리를 포함하는데, 여기서 메모리는 프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 명령어를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 컨버터-소스 모듈과 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함하는데, 여기서 마스터 제어 디바이스는 다수의 로컬 제어 디바이스 중의 로컬 제어 디바이스의 각각과 통신 가능하게 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 다수의 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 특성을 나타내는 데이터를 판독하도록, 그리고 다수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈에 대한 기여를 결정하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 다수의 컨버터-소스 모듈의 각각에 대한 기여를 결정하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 다수의 컨버터-소스 모듈의 각각에 대한 변조 또는 스케일링 인덱스를 출력하도록 구성되는데, 여기서 변조 또는 스케일링 인덱스는 전력 흐름 기여를 나타낸다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 기준 신호를 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성되는데, 여기서 로컬 제어 디바이스의 각각은 수신된 변조 또는 스케일링 인덱스를 사용하여 기준 신호를 변조 또는 스케일링하도록, 그리고 변조된 또는 스케일링된 기준 신호에 기초하여 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 이동식 엔티티에서의 동작을 위해 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 이동식 엔티티는 다음의 것 중 하나이다: 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 스쿠터, 산업용 차량, 광산 차량, 비행 차량, 해상 선박, 기관차, 기차 또는 레일 기반의 차량, 또는 군용 차량.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 고정식 에너지 시스템으로의 동작을 위해 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 고정식 에너지 시스템은 다음의 것 중 하나이다: 주거용 저장 시스템, 산업용 저장 시스템, 상업용 저장 시스템, 데이터 센터 저장 시스템, 그리드, 마이크로 그리드, 또는 충전 스테이션.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 전기 차량용 배터리 팩으로서 구성된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 전기적으로 함께 커플링되는 제1 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터를 각각 포함하는 다수의 컨버터-소스 모듈을 포함하는데, 여기서 다수의 컨버터-소스 모듈은 어레이에서 전기적으로 함께 커플링된다. 이들 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 제어 회로부를 더 포함하는데, 여기서 제어 회로부는, 다수의 컨버터-소스 모듈의 각각의 적어도 하나의 동작 특성을 모니터링하도록, 그리고 모니터링된 적어도 하나의 동작 특성에 기초하여, 어레이의 성능 최적화를 위해 다수의 컨버터-소스 모듈 내의 각각의 컨버터-소스 모듈을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 적어도 하나의 동작 특성은 다음의 것으로부터 선택된다: 충전의 상태, 온도, 건전성의 상태, 용량, 장애 존재, 전압, 또는 전류. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 온도는 다음의 것 중 적어도 하나이다: 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 온도, 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 온도, 컨버터 또는 그 컴포넌트의 온도. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 용량은 다음의 것 중 적어도 하나이다: 제1 에너지 소스의 용량 또는 제1 에너지 소스의 하나 이상의 컴포넌트의 용량. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 장애 존재는 다음의 것 중 적어도 하나이다: 측정된 장애의 존재의 표시, 잠재적 장애의 존재의 표시; 경보 상태의 존재의 표시, 또는 경고 상태의 존재의 표시. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 전압은 다음의 것 중 적어도 하나이다: 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 전압, 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 전압, 컨버터 또는 그 컴포넌트의 전압. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 전류는 다음의 것 중 적어도 하나이다: 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 전류, 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 전류, 컨버터 또는 그 컴포넌트의 전류. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 각각의 컨버터-소스 모듈은 적어도 하나의 동작 특성을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 다음의 동작 특성의 모두를 모니터링하도록 구성된다: 충전의 상태, 온도, 건전성의 상태, 용량, 장애 존재, 전압, 및 전류. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는, 다수의 스위칭 신호의 생성 및 각각의 컨버터-소스 모듈의 컨버터로의 다수의 스위칭 신호의 출력에 의해 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 펄스 폭 변조 또는 히스테리시스를 사용하여 다수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈은 앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서 설명되는 바와 같은 컨버터-소스 모듈이다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈 중의 모든 컨버터-소스 모듈은 앞서 언급된 많은 실시형태에서 설명되는 바와 같은 컨버터-소스 모듈이다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 어레이의 성능 최적화를 위해 다수의 컨버터-소스 모듈 내의 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 어레이와 커플링되는 부하의 전력 요건에 기초하여 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 모터, 상업용 구조물, 주거용 구조물, 산업용 구조물, 또는 에너지 그리드이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 다수의 로컬 제어 디바이스 및 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스를 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈의 어레이를 포함하는데, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 직렬로 연결되고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 어레이는 앞서 언급된 실시형태 중 임의의 것에 따라 구성되고, 그리고 여기서 어레이는 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 출력 단자 및 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 출력 단자를 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1 출력 단자와 제2 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 시스템 중 많은 것에서, 부하는 DC 부하 또는 단상 AC 부하 중 하나이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈의 M 개의 어레이를 포함하는데, 여기서 M은 2 이상이고, 여기서 M 개의 어레이의 각각은 N 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 N은 2 이상인데, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 M 개의 어레이의 각각에서 직렬로 연결되고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 앞서 언급된 실시형태 중 임의의 것에 따라 구성되고, 여기서 M 개의 어레이의 각각은 제1 컨버터-소스 모듈의 개개의 출력 단자를 포함하고, 그리고 여기서 M 개의 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈은 공통 출력 단자에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 M 개의 어레이의 각각의 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, M 개의 어레이는 제1 및 제2 어레이를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1 및 제2 어레이의 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 공통 출력 단자는 부하의 중성선에 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 공통 출력 단자와 제1 및 제2 어레이의 개개의 출력 단자의 조인트 커플링 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 부하 또는 단상 AC 부하 중 하나이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, M 개의 어레이는 제1, 제2 및 제3 어레이를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1, 제2 및 제3 어레이의 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 3상 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 공통 출력 단자는 부하의 중성선에 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 공통 출력 단자와 제1, 제2 및 제3 어레이의 개개의 출력 단자의 조인트 커플링 사이에서 연결되는 DC 또는 단상 AC 부하를 더 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈의 제1 및 제2 어레이를 포함하는데, 여기서 제1 어레이는 N 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고 제2 어레이는 N-1 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 어레이에서 직렬로 연결되고 N-1 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제2 어레이에서 직렬로 연결되고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 N-1 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터를 포함하고, 여기서 제1 및 제2 어레이의 각각은 제1 컨버터-소스 모듈의 개개의 출력 단자를 포함하고, 그리고 여기서 제1 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈 및 제2 어레이의 제N-1 개의 컨버터-소스 모듈은 공통 출력 단자에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 N-1 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1 및 제2 어레이의 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 공통 출력 단자는 부하의 중성선에 커플링된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 공통 출력 단자와 제1 및 제2 어레이의 개개의 출력 단자의 조인트 커플링 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 부하 또는 단상 AC 부하 중 하나이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 부하 또는 단상 AC 부하 중 하나이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2 및 제3 어레이를 포함하는데, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각은 N+M 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 N은 2 이상이고 M은 2 이상이고, 여기서 N+M 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터를 포함하고, 여기서 N+M 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각은 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 커플링되는 개개의 출력 단자를 포함하고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1 어레이의 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제2 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 연결되고, 여기서 제2 어레이의 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제3 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 연결되고, 그리고 여기서 제3 어레이의 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제1 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈의 직렬 연결은, 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N-1 컨버터-소스 모듈을 포함하는 직렬의 컨버터-소스 모듈에서 선행하는 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되어 있는 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제2 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈의 제1 포트를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈의 직렬 연결은, 제N 컨버터-소스 모듈 내지 제N+(M-1) 컨버터-소스 모듈을 포함하는 직렬의 컨버터-소스 모듈에서 선행하는 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되어 있는 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제1 포트를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N+M 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1, 제2 및 제3 어레이의 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 또는 단상 AC 부하, 또는 3상 AC 부하 중 하나이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2 및 제3 어레이를 포함하는데, 여기서 제1 및 제3 어레이의 각각은 N+1 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고 제2 어레이는 N 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터를 포함하고, 여기서, 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스, 에너지 버퍼, 컨버터를 포함하고 하나 이상의 보조 부하에 대한 연결을 위해 구성되고, 여기서 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈은 제1, 제2, 제3 및 제4 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제2 및 제3 출력 단자는, 각각, 제1, 제2 및 제3 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 커플링되고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 연결되고, 여기서 제1 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제2 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제3 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제4 출력 단자에 연결되고, 그리고 여기서 제1 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트는, 각각, 제3 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에, 각각, 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제3 어레이의 제2 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제1 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 연결된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈은 제5 및 제6 포트를 더 포함하는데, 여기서 제1 및 제3 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 보조 부하는 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제5 및 제6 포트에 연결되는 제1 보조 부하 및 제1 및 제3 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에 연결되는 제2 보조 부하를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1 및 제3 어레이의 N+1 개의 컨버터-소스 모듈 및 제2 어레이의 N 개의 컨버터 소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1 및 제3 어레이의 N+1 개의 컨버터-소스 모듈 및 제2 어레이의 N 개의 컨버터 소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1, 제2 및 제3 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 또는 단상 AC 부하, 또는 3상 AC 부하 중 하나이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1, 제2 및 제3 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 제1, 제2 및 제3 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 또는 단상 AC 부하, 또는 3상 AC 부하 중 하나이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이를 포함하는데, 여기서 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각은 N+1 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고 제2, 제4 및 제6 어레이의 각각은 N 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 N+1 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터를 포함하고, 여기서 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 포트를 포함하고, 여기서 제1 보조 부하가 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제5 및 제6 포트에 연결되고 제2 보조 부하가 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에 연결되고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 출력 단자는, 각각, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 커플링되고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는, 각각, 제1, 제3 및 제5 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 연결되고, 여기서 제1 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제2 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제3 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제4 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 그리고 여기서 제5 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제6 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1, 제3 및 제5 어레이의 N+1 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상 및 제2, 제4 및 제6 어레이의 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 시스템은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 6상 AC 부하이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 상호 접속된 컨버터-소스 모듈의 K 개의 일차원 어레이를 포함하는데, 여기서 K는 3 이상이고 홀수 정수이고, 제1 및 제K 어레이 및 그들 사이의 모든 홀수 정수의 어레이의 각각은 N+M+1 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고 제2 어레이와 제K-1 어레이 사이의 모든 짝수 정수의 어레이의 각각은 N+M 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 그리고 여기서 N 및 M은 2 이상이고, 여기서 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터를 포함하고, 여기서 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 어레이의 각각의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스, 에너지 버퍼, 컨버터를 포함하고 하나 이상의 보조 부하에 대한 연결을 위해 구성되고, 여기서 K 개의 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 어레이의 각각의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈은 제1, 제2, 제3 및 제4 포트를 포함하고, 여기서 K 개의 개개의 출력 단자는 K 개의 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 각각 커플링되고, 여기서 K 개의 어레이의 각각의 제1 컨버터-소스 모듈 내지 제N+M 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 어레이의 각각의 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는, 각각, 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 어레이의 각각의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 각각 연결되고, 여기서 제2, 제K-1 및 그들 사이의 다른 짝수 정수의 어레이의 제N+M 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 K 개의 어레이 중 선행하는 어레이의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제K 어레이의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제K+1 출력 단자에 연결되고, 그리고 여기서 제1, 제M 및 다른 홀수 정수의 어레이의 제N+M+1 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트는, 각각, 서로 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제K 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제1 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 연결된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제2 내지 제K 어레이 내의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트는 선행하는 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1, 제K 및 다른 홀수 정수의 어레이의 N+M+1 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상 및 제2, 제M-1 및 다른 짝수 정수의 어레이의 N+M 개의 컨버터-소스 모듈의 각각과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 K 개의 어레이의 제1 내지 제K 출력 단자 사이에서 연결되는 다상 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 K 개의 어레이의 제1 내지 제K 출력 단자 사이에서 연결되는 다상 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 M 개의 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 M 개의 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되는 부하를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 부하는 DC 또는 단상 AC 부하, 또는 3상 AC 부하 중 하나이다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이를 포함하는데, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터, 및 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 출력 단자는, 각각, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 커플링되고, 여기서 제1의 3상 AC 부하가 제1, 제2 및 제3 어레이의 제1, 제2 및 제3 출력 단자 사이에서 연결되고, 여기서 제2의 3상 AC 부하가 제4, 제5 및 제6 어레이의 제4, 제5 및 제6 출력 단자 사이에 연결되고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 각각의 N 개의 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제4 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제2 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제5 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제3 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제6 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈은 제3, 제4, 제5 및 제6 포트를 더 포함하고, 그리고 여기서 제1 보조 부하가 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제5 및 제6 포트에 연결되고, 제2 보조 부하가 제1, 제3 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2, 제3 및 제5 어레이 및 N+1 개의 컨버터-소스 모듈의 제4 및 제6 어레이를 포함하는데, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 N+1 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터, 및 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 출력 단자는, 각각, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에, 각각, 커플링되고, 여기서 6상 AC 부하가 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 어레이의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 출력 단자 사이에서 연결되고, 여기서 제1, 제2, 제3 및 제5 어레이의 각각의 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 제4 및 제6 어레이의 각각의 N+1 개의 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제4 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제5 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제6 어레이의 제N+1 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제4 출력 단자에 연결되고, 제4 및 제6 어레이의 각각의 제N+1 컨버터-소스 모듈은 제3, 제4, 제5 및 제6 포트를 더 포함하고, 그리고 여기서 제1 보조 부하가 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제5 및 제6 포트에 연결되고, 제2 보조 부하가 제1, 제3 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1, 제2 및 제3 어레이의 N 개의 컨버터-소스 모듈 및 제4 및 제6 어레이의 N+1 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 N 개의 컨버터-소스 모듈의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11 및 제12 어레이를 포함하는데, 여기서 N은 2 이상이고, 여기서 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 에너지 소스, 에너지 버퍼 및 컨버터, 및 제1 및 제2 포트를 포함하고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11 및 제12 출력 단자는, 각각, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11 및 제12 어레이의 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 포트에 각각 커플링되고, 여기서 제1의 6상 AC 부하가 제1, 제2, 제3, 제7, 제8 및 제9 어레이의 제1, 제2, 제3, 제7, 제8 및 제9 출력 단자 사이에서 연결되고, 여기서 제2의 3상 AC 부하가 제4, 제5, 제6, 제10, 제11 및 제12 어레이의 제4, 제5, 제6, 제10, 제11 및 제12 출력 단자 사이에서 연결되고, 여기서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 및 제12 어레이의 각각의 N 개의 컨버터-소스 모듈은 직렬로 연결되고, 여기서 제1 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제4 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제2 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제5 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제3 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트는 제6 어레이의 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 포트에 연결되고, 여기서 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈은 제3, 제4, 제5 및 제6 포트를 더 포함하고, 그리고 여기서 제1 보조 부하가 제1, 제2 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제5 및 제6 포트에 연결되고, 제2 보조 부하가 제1, 제3 및 제3 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈의 제3 및 제4 포트에 연결된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11 및 제12 어레이의 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 각각 통신 가능하게 커플링되는 다수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 컨트롤러를 더 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈 및 제어 회로부를 포함하는데, 여기서 제어 회로부는 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상의 것의 기여를 조정하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에 따른 컨버터-소스 모듈을 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 스테이터스 정보는 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 충전의 상태, 건전성의 상태, 온도, 용량, 전류, 또는 전압 중 하나 이상을 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 다수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈의 충전의 상태(SOC)의 밸런스를 맞추도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 프로세싱 회로부 및 명령어가 저장된 적어도 하나의 메모리를 포함하는데, 그 명령어는, 프로세싱 회로부에 의해 실행될 때, 프로세싱 회로부로 하여금, 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여, 하나 이상의 컨버터-소스 모듈의 기여의 조정을 야기하게 한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 프로세싱 회로부 및 적어도 하나의 메모리는 마스터 제어 디바이스, 로컬 제어 디바이스의 컴포넌트이거나, 또는 마스터 제어 디바이스와 하나 이상의 로컬 제어 디바이스 사이에서 분산된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 제1 컨버터-소스 모듈의 기여가 낮아지게 하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보와 비교하여 다음의 것 중 적어도 하나를 나타낸다: 상대적으로 더 낮은 충전의 상태, 상대적으로 더 낮은 건전성의 상태, 상대적으로 더 낮은 용량, 상대적으로 더 낮은 전압, 상대적으로 더 낮은 전류, 상대적으로 더 높은 온도, 또는 장애.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 제1 컨버터-소스 모듈의 기여가 상승되게 하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제1 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보와 비교하여 다음의 것 중 적어도 하나를 나타낸다: 상대적으로 더 높은 충전의 상태, 상대적으로 더 높은 건전성의 상태, 상대적으로 더 높은 용량, 상대적으로 더 높은 전압, 상대적으로 더 높은 전류, 상대적으로 더 낮은 온도, 또는 장애의 부재.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 기여는 제1 컨버터-소스 모듈의 시간 경과에 따른 출력 전력이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 마스터 제어 디바이스 및 다수의 로컬 제어 디바이스를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 다수의 컨버터-소스 모듈에 대한 다수의 변조 인덱스를 생성하도록 구성되는데, 하나의 변조 인덱스는 다수의 컨버터-소스 모듈의 각각의 컨버터-소스 모듈에 대해 독립적으로 생성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 위상내 밸런싱 컨트롤러를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 위상내 밸런싱 컨트롤러는 각각의 컨버터-소스 모듈에 대한 변조 인덱스를 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈에 대한 변조 인덱스는 모듈 기반의 에너지 시스템의 기준 전압(Vr)의 피크 전압(Vpk), 컨버터-소스 모듈의 충전의 상태, 컨버터-소스 모듈의 온도, 컨버터-소스 모듈의 용량, 컨버터-소스 모듈의 전류, 또는 컨버터-소스 모듈의 전압 중 하나 이상에 기초하여 결정된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 모듈 기반의 에너지 시스템의 기준 전압(Vr)의 피크 전압(Vpk)을 검출하기 위한 피크 검출기를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 기준 전압(Vr)으로부터 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는, 기준 전압(Vr)을 자신의 피크 전압(Vpk)에 의해 나누는 것에 의해 기준 전압(Vr)으로부터 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 마스터 제어 디바이스는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 다수의 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 수신된 변조 인덱스에 의해 수신되는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 변조하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 변조된 기준 파형에 기초하여 컨버터-소스 모듈에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 변조된 기준 파형을 사용하여 구현되는 펄스 폭 변조 기술에 기초하여 컨버터-소스 모듈에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스는, 다수의 컨버터-소스 모듈로부터의 생성된 전압의 합이 피크 전압(Vpk)을 초과하지 않는 것을 보장하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 에너지 소스의 충전의 상태(SOC)로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 건전성의 상태(SOH)로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 용량으로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 전압으로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 전류로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는 다수의 컨버터-소스 모듈의 온도로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 변조 인덱스(Mi)는, 장애 상태를 갖지 않는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 비교하여 장애 상태를 갖는 하나 이상의 컨버터-소스 모듈의 기여를 감소시키도록 생성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는 위상간 밸런싱 컨트롤러 또는 위상내 밸런싱 컨트롤러 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 위상내 밸런싱 컨트롤러는 다차원 어레이의 일차원 어레이 내의 다수의 컨버터-소스 모듈의 기여를 조정하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 위상간 밸런싱 컨트롤러는 각각의 위상에 공통인 컨버터-소스 모듈의 기여 또는 중성점 시프팅 중 하나 이상을 제어하도록 구성된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 단상 또는 다상 중 하나이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 3상, 4상, 5상, 또는 6상의 신호를 출력하는 다상 모듈 기반의 에너지 시스템이다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈은 전술한 실시형태의 많은 것 중 임의의 것에 따라 배열된다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 전기 또는 하이브리드 이동식 차량에서의 동작을 위해 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 전기 또는 하이브리드 이동식 차량은 다음의 것 중 하나이다: 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 스쿠터, 산업용 차량, 광산 차량, 비행 차량, 해상 선박, 기관차 또는 레일 기반의 차량, 또는 군용 차량.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 고정식 에너지 시스템으로의 동작을 위해 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 고정식 에너지 시스템은 다음의 것 중 하나이다: 주거용 시스템, 산업용 시스템, 상업용 시스템, 데이터 센터 저장 시스템, 그리드, 마이크로 그리드, 또는 충전 스테이션 중 하나이다.
앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 전기 차량용 배터리 팩으로서 구성된다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 다수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈 및 제어 회로부를 포함하는데, 여기서 제어 회로부는 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상으로의 전력 공급을 조정하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 각각의 컨버터-소스 모듈은 앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에 따른 컨버터-소스 모듈을 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 각각의 컨버터-소스 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는, 시스템을 갖는 각각의 컨버터-소스 모듈이 시스템 외부에 있는 전력 공급부로부터 수신하는 전하의 양을 독립적으로 결정하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 제어 회로부는, 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 시스템을 갖는 각각의 컨버터-소스 모듈이 시스템 외부에 있는 전력 공급부로부터 수신하는 전하의 양을 독립적으로 결정하도록 구성되는데, 여기서 스테이터스 정보는 다음의 것 중 하나 이상을 포함한다: 충전의 상태(SOC), 건전성의 상태(SOH), 용량, 온도, 전압, 전류, 장애의 존재, 또는 장애의 부재. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 컨버터-소스 모듈은 앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에 따라 배열된다.
많은 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 다수의 스위치를 포함하는 컨버터를 포함하는데, 컨버터는 다수의 스위치의 조합에 기초하여 출력 전압을 생성하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 소스의 출력은 에너지 버퍼의 입력 단자에 커플링 가능하다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 버퍼의 출력은 컨버터의 입력 단자에 커플링 가능하다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 저장 엘리먼트는, 울트라 커패시터, 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 다수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리, 또는 연료 전지 중 하나이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 버퍼는 다음의 것 중 하나 이상을 포함한다: 전해 커패시터, 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 커패시터를 포함하는 Z 소스 네트워크, 또는 두 개의 인덕터, 두 개의 커패시터 및 다이오드를 포함하는 유사 Z 소스 네트워크. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 다수의 스위치의 각각은 반도체 MOSFET 또는 반도체 IGBT 중 적어도 하나를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 다수의 스위치의 상이한 조합에 의해 세 개의 상이한 전압 출력을 생성하도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 소스는 직류 전압(VDC)을 출력하도록 구성되고, 세 개의 상이한 전압 출력은 +VDC, 0, 및 -VDC이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 로컬 제어 디바이스로부터 다수의 스위치에 대한 스위칭 신호를 수신하도록 구성된다.
많은 실시형태에서, 에너지 시스템은 앞서 언급된 실시형태 중 많은 것에 따른 적어도 두 개의 컨버터-소스 모듈을 포함한다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 적어도 두 개의 컨버터-소스 모듈은 일차원 어레이 또는 다차원 어레이 중 하나에서 상호 접속된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 적어도 두 개의 일차원 어레이는 상이한 행 및 열에서 직접적으로 또는 추가적인 컨버터-소스 모듈을 통해 함께 연결된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 시스템은 각각의 컨버터-소스 모듈에 대한 하나의 로컬 제어 디바이스, 적어도 두 개의 로컬 제어 디바이스를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 각각의 로컬 제어 디바이스는 에너지 소스로부터의 에너지를 관리하고, 에너지 버퍼를 보호하고, 컨버터를 제어한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템은 로컬 제어 디바이스 및 로컬 제어 디바이스에 상호 접속되는 컨버터-소스 모듈을 포함하는데, 여기서 컨버터-소스 모듈은 저장 엘리먼트를 구비하는 에너지 소스를 포함하되, 에너지 소스의 제1 및 제2 출력은 에너지 버퍼의 제1 및 제2 입력에 연결되고, 에너지 버퍼의 제1 및 제2 출력은 컨버터의 제1 및 제2 입력에 연결되고, 컨버터는 양의 극성을 갖는 제1 전압 레벨, 제로 또는 기준 전압 레벨, 및 음의 극성을 갖는 제1 전압 레벨을 포함하는 세 개의 전압 레벨을 생성하기 위한 적어도 네 개의 스위치를 포함하고, 여기서 세 개의 전압 레벨은, 적어도 네 개의 스위치의 상이한 조합에 의한 컨버터의 제1 및 제2 출력에 대한 컨버터의 제1 및 제2 입력 사이의 제1 전압 레벨의 연결에 의해 생성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 저장 엘리먼트는 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 및 연료 전지 모듈 중 하나를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 버퍼는 전해 및/또는 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크, 및 두 개의 인덕터, 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터 및 다이오드에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크 중 하나를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 스위치는 반도체 스위치로서 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 소스는 1차 에너지 소스 및 2차 에너지 소스를 포함하는데, 여기서 1차 에너지 소스는 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 및 연료 전지 모듈 중 하나를 포함하는 저장 엘리먼트를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 1차 에너지 소스의 제1 및 제2 출력은 에너지 버퍼의 제1 및 제2 입력 단자에 커플링되는데, 여기서 에너지 버퍼는 전해 및/또는 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크, 및 두 개의 인덕터, 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터 및 다이오드에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크 중 하나를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 에너지 버퍼의 제2 출력은 2차 에너지 소스의 제2 출력에 연결되는데, 2차 에너지 소스의 제1 출력은 컨버터의 제2 입력에 연결된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 2차 에너지 소스는, 전해 및/또는 필름 커패시터, 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 울트라 커패시터와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 울트라 커패시터와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터 중 하나를 포함하는 저장 엘리먼트를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터는 여섯 개의 스위치를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 컨버터-소스 모듈은 제1 및 제2 보조 부하에 전력을 공급하도록 구성된다.
이들 실시형태 중 많은 것에서, 시스템은 밸런싱 컨트롤러를 더 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 밸런싱 컨트롤러는 단상 밸런싱 컨트롤러이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 밸런싱 컨트롤러는 피크 검출기, 제산기 및 위상내 밸런싱 컨트롤러를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 시스템은 다수의 컨버터-소스 모듈을 더 포함하고, 밸런싱 컨트롤러는 시스템의 다수의 컨버터-소스 모듈 사이에서 충전의 상태 및 온도의 밸런스를 맞추도록 구성된다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 밸런싱 컨트롤러는 3상 밸런싱 컨트롤러이다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 밸런싱 컨트롤러는 위상간 밸런싱 컨트롤러 및 다수의 위상내 컨트롤러를 포함한다. 이들 실시형태 중 많은 것에서, 시스템은 다수의 컨버터-소스 모듈을 더 포함하고, 밸런싱 컨트롤러는 시스템의 다수의 컨버터-소스 모듈 사이에서 충전의 상태 및 온도의 밸런스를 맞추도록 구성된다.
많은 실시형태에서, 컨버터-소스 모듈을 포함하는 모듈 기반의 에너지 시스템이 제공되는데, 컨버터-소스 모듈은: 제1 에너지 소스; 및 제1 에너지 소스와 커플링되는 컨버터를 포함하고, 여기서 컨버터는 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 다수의 스위치를 포함한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 시스템의 제어 회로부에 의해, 시스템의 다수의 컨버터-소스 모듈 - 각각의 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스 및 컨버터를 포함하고 각각의 컨버터-소스 모듈은 시스템의 출력 전력에 전력을 기여하도록 구성됨 - 중 적어도 하나로부터 스테이터스 정보를 수신하는 것; 및 제어 회로부에 의해, 스테이터스 정보에 기초하여 다수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 제어하는 것.
이들 실시형태에서, 제어 회로부는 마스터 제어 디바이스 및 다수의 로컬 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 마스터 제어 디바이스는 적어도 하나의 로컬 제어 디바이스로부터 스테이터스 정보를 수신할 수 있고, 방법은 마스터 제어 디바이스로부터 적어도 하나의 로컬 제어 디바이스로 기준 파형 및 변조 인덱스를 출력하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은 다음의 것을 더 포함할 수 있다: 로컬 제어 디바이스에 의해, 변조 인덱스를 사용하여 기준 파형을 변조하는 것; 및 변조된 기준 파형에 적어도 부분적으로 기초하여 로컬 제어 디바이스와 관련되는 컨버터-소스 모듈의 컨버터에 대한 다수의 스위칭 신호를 생성하는 것. 스위칭 신호는 펄스 폭 변조를 사용하여 생성될 수 있다.
이들 실시형태에서, 제어 회로부에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 제어하는 것은: 제어 회로부로부터 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 컨버터로 다수의 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서 방법은, 컨버터에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 출력 전압을 스위칭하는 것을 더 포함한다.
이들 실시형태에서, 제어 회로부에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 제어하는 것은 다음의 것을 포함할 수 있다: 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 감소시키거나 또는 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 상승시키는 것. 전력 기여는, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 선행하는 전력 기여와 비교하여 또는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 전력 기여와 비교하여 감소되거나 또는 상승될 수 있다.
이들 실시형태에서, 제어 회로부는 다수의 컨버터-소스 모듈의 모든 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 제어할 수 있다.
이들 실시형태에서, 제어 회로부는 펄스 폭 변조 또는 히스테리시스 기술에 따라 전력 기여를 제어할 수 있다.
이들 실시형태에서, 제어 회로부는 모든 컨버터-소스 모듈에 대한 스테이터스 정보를 반복적으로 수신할 수 있는데, 여기서 스테이터스 정보는 각각의 개개의 컨버터-소스 모듈에 고유하다. 제어 회로부는 스테이터스 정보에 기초하여 모든 컨버터-소스 모듈을 제어할 수 있는데, 여기서 제어는 실시간으로 발생한다.
많은 실시형태에서, 모듈 기반의 에너지 시스템을 충전하는 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 시스템의 제어 회로부에 의해, 시스템의 다수의 컨버터-소스 모듈 - 각각의 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스 및 컨버터를 포함하고 각각의 컨버터-소스 모듈은 전력 공급부에 의해 충전되도록 구성됨 - 중 적어도 하나로부터 스테이터스 정보를 수신하는 것; 및 제어 회로부에 의해, 스테이터스 정보에 기초하여 다수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 소비를 제어하는 것.
이들 실시형태에서, 제어 회로부에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 소비를 제어하는 것은: 제어 회로부로부터 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 컨버터로 다수의 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서 방법은, 컨버터에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 소비가 감소되거나 또는 상승되도록 다수의 스위치를 스위칭하는 것을 더 포함할 수 있고, 옵션 사항으로 전력 소비는 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 선행하는 전력 소비와 비교하여 또는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 전력 소비와 비교하여, 감소되거나 또는 상승된다.
프로세싱 회로부는 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 컨트롤러, 및/또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있는데, 이들의 각각은 별개의 또는 독립형 칩일 수 있거나 또는 다수의 상이한 칩(및 그 일부) 사이에서 분산될 수 있다. (예를 들면, 데스크탑 PC, 랩탑, 태블릿 등등에서 사용되는 것과 같은) 개인 컴퓨팅 아키텍쳐, 프로그래머블 게이트 어레이 아키텍쳐, 독점적(proprietary) 아키텍쳐, 맞춤형 아키텍쳐, 및 다른 것들과 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는 임의의 타입의 프로세싱 회로부가 구현될 수 있다. 프로세싱 회로부는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부는, 프로세싱 회로부로 하여금 많은 상이한 액션을 취하게 하고 다른 컴포넌트를 제어하게 하는 메모리 상에 저장되는 소프트웨어 명령어를 실행할 수 있다.
프로세싱 회로부는 다른 소프트웨어 및/또는 하드웨어 루틴을 또한 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세싱 회로부는 통신 회로부와 인터페이싱할 수 있고 아날로그-디지털 변환, 인코딩 및 디코딩, 다른 디지털 신호 프로세싱, 멀티미디어 기능, 통신 회로부로의 제공에 적합한 포맷(예를 들면, 동위상 및 직교)으로의 데이터의 변환을 수행할 수 있고, 및/또는 통신 회로부로 하여금 데이터를 송신하게 할 수 있다(유선 또는 무선).
본원에서 설명되는 임의의 그리고 모든 신호는, 언급되거나 또는 논리적으로 타당하지 않은 경우를 제외하면, 무선으로 전달될 수 있다. 통신 회로부는 무선 통신을 위해 포함될 수 있다. 통신 회로부는, 적절한 프로토콜(예를 들면, Wi-Fi(와이파이), Bluetooth(블루투스), Bluetooth Low Energy(블루투스 저에너지), 근접장 통신(Bluetooth Low Energy; NFC), 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification; RFID), 독점적 프로토콜, 및 기타) 하에서 링크를 통해 무선 통신을 수행하는 하나 이상의 칩 및/또는 컴포넌트(예를 들면, 송신기, 수신기, 트랜스시버, 및/또는 다른 통신 회로부)로서 구현될 수 있다. 다양한 프로토콜 및 회로와 함께 동작하기 위해, 필요에 따라, 통신 회로부와 함께 하나 이상의 다른 안테나가 포함될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신 회로부는 링크를 통한 송신을 위해 안테나를 공유할 수 있다. 프로세싱 회로부는, 무선 송신을 수신하고 그것을 디지털 데이터, 음성, 및/또는 비디오로 변환하는 데 필요한 역기능을 수행하기 위해, 통신 회로부와 또한 인터페이싱할 수 있다. RF 통신 회로부는 송신기 및 수신기(예를 들면, 트랜스시버로서 통합됨) 및 관련된 인코더 로직을 포함할 수 있다.
프로세싱 회로부는 오퍼레이팅 시스템 및 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록, 그리고 송신되는 그리고 수신되는 통신의 프로세싱에 관련되지 않은 다른 기능을 수행하도록 또한 적응될 수 있다.
설명된 주제에 따라 동작을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령어는 Java(자바), JavaScript(자바스크립트), Smalltalk(스몰토크), C++, C#, Transact-SQL, XML, PHP 또는 등등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어 및 종래의 절차적 프로그래밍 언어, 예컨대 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어를 비롯한, 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성될 수도 있다.
메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 존재하는 다양한 기능 유닛 중 하나 이상에 의해 공유될 수 있거나, 또는 (예를 들면, 상이한 칩 내에서 존재하는 별개의 메모리로서) 그들 중 두 개 이상 사이에서 분산될 수 있다. 메모리는 또한 그 자체로 별개의 칩일 수 있다.
본원에서 개시되는 실시형태가 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하거나 또는 이들과 관련하여 동작하는 경우, 그러면 그 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 비일시적이다. 따라서, 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체가 하나 이상의 청구항에 의해 포괄되는 경우, 그러면, 그 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 오로지 비일시적이다. 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "비일시적" 및 "유형의(tangible)"는, 전파하는 전자기 신호를 제외한 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체를 설명하도록 의도되지만, 그러나 저장의 지속성 또는 그 밖의 것의 관점에서 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체의 타입을 제한하도록 의도되지는 않는다. 예를 들면, "비일시적" 및/또는 "유형의" 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체는, 랜덤 액세스 매체(예를 들면, RAM, SRAM, DRAM, FRAM, 등등), 리드 온리 매체(예를 들면, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시, 등등) 및 이들의 조합(예를 들면, 하이브리드 RAM 및 ROM, NVRAM, 등등) 및 이들의 변형과 같은 휘발성 및 불휘발성 매체를 포괄한다.
본원에서 제공되는 임의의 실시형태와 관련하여 설명되는 모든 피쳐, 엘리먼트, 컴포넌트, 기능, 및 단계는, 임의의 다른 실시형태의 것들과 자유롭게 결합 가능하도록 그리고 대체 가능하도록 의도된다는 것을 유의해야 한다. 소정의 피쳐, 엘리먼트, 컴포넌트, 기능, 또는 단계가 오로지 하나의 실시형태와 관련하여 설명되는 경우, 그러면, 그 피쳐, 엘리먼트, 컴포넌트, 기능, 또는 단계는, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에서 설명되는 모든 다른 실시형태와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 이 단락은, 임의의 시간에, 상이한 실시형태의 피쳐, 엘리먼트, 컴포넌트, 기능, 및 단계를 조합하는, 또는 하나의 실시형태로부터의 피쳐, 엘리먼트, 컴포넌트, 기능, 및 단계를 다른 실시형태의 것들과 대체하는 청구항을, 비록 특별한 경우에, 그러한 조합 또는 대체가 가능하다는 것을 후속하는 설명이 명시적으로 언급하지 않더라도, 도입하기 위한 선행하는 기반 및 성문의(written) 지원으로서 기능한다. 특히 각각의 그리고 모든 그러한 조합 및 대체의 허용 가능성이 기술 분야의 숙련된 자에 의해 용이하게 인식될 것이다는 점을 고려하면, 모든 가능한 조합 및 대체의 명시적 언급은 과도하게 부담스럽다는 것이 명시적으로 인정된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태 "a(한)", "an(한)" 및 "the(그)"는, 문맥 상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다.
본 실시형태가 다양한 수정 및 대안적 형태를 허용하지만, 그 특정한 예가 도면에서 도시되었고 본원에서 상세하게 설명된다. 그러나, 이들 실시형태는 개시되는 특정한 형태로 제한되는 것이 아니라, 오히려 반대로, 이들 실시형태는 본 개시의 취지 내에 속하는 모든 수정예, 등가예, 및 대안예를 포괄할 것이다는 것이 이해되어야 한다. 더구나, 실시형태의 임의의 피쳐, 기능, 단계, 또는 엘리먼트는 청구범위뿐만 아니라, 청구범위의 발명적 범위를, 그 범위 내에 있지 않은 피쳐, 기능, 단계, 또는 엘리먼트에 의해 정의하는 부정적인 한정(negative limitation)에서 기재되거나 또는 그들에 추가될 수도 있다.
Claims (241)
- 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼; 및
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스 - 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 복수의 스위치에 대한 복수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성됨 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼; 및
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스 - 상기 제1 에너지 소스는 상기 로컬 제어 디바이스에 대한 동작 전력을 제공함 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼; 및
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스 - 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 컨버터-소스 모듈에서 장애를 검출하도록 그리고 장애 신호를 생성하도록 구성됨 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 장애 신호는 실제 장애 또는 잠재적 장애를 나타내는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스
를 포함하되,
상기 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는 단일의 인쇄 회로 보드 상에서 함께 구현되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스
를 포함하되,
상기 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는 상기 제1 에너지 소스를 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스
를 포함하되,
상기 로컬 제어 디바이스, 제1 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는 다른 컨버터-소스 모듈을 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 -; 및
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스
를 포함하되,
상기 로컬 제어 디바이스, 에너지 버퍼, 및 컨버터는 상기 제1 에너지 소스를 수용하지 않는 공통 하우징 내에서 수용되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼; 및
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고,
상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함하고,
상기 에너지 버퍼 및 컨버터는 단일의 인쇄 회로 보드 상에서 함께 구현되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
연료 전지를 포함하는 제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고,
상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼 - 상기 에너지 버퍼는 두 개의 인덕터 및 두 개의 커패시터를 포함하는 Z 소스 네트워크(Z-source network), 또는 두 개의 인덕터, 두 개의 커패시터 및 다이오드를 포함하는 유사 Z 소스 네트워크(quasi Z-source network)를 포함함 - ; 및
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
제2 에너지 소스; 및
제1 입력, 제2 입력, 및 제3 입력을 포함하는 컨버터
를 포함하고,
상기 제1 및 제3 입력은 상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되고, 상기 제2 및 제3 입력은 상기 제2 에너지 소스와 커플링되고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하거나 또는 상기 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하지 않는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 에너지 소스 각각은 커패시터 또는 연료 전지를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 컨버터는 제1 스위치, 인덕터, 및 제2 스위치를 포함하되, 상기 제1 스위치는 상기 제1 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 상기 인덕터는 상기 제2 입력과 상기 제1 노드 사이에서 커플링되고, 상기 제2 스위치는 상기 제3 입력과 상기 제1 노드 사이에서 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 스위치는 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하고, 상기 제2 에너지 소스는 상기 배터리와 병렬인 제1 커패시터를 더 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 에너지 소스 둘 모두는 각각 배터리를 포함하고, 상기 제2 에너지 소스는 상기 배터리와 병렬인 제1 커패시터 및 상기 배터리와 병렬인 제2 커패시터를 더 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스;
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼;
상기 제1 에너지 소스 및 상기 에너지 버퍼와 커플링되는 컨버터 - 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함함 - ;
주(primary) 부하 또는 다른 컨버터-소스 모듈에 대한 연결을 위한 제1 출력 포트; 및
보조 부하에 대한 연결을 위한 제2 출력 포트
를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 보조 부하는 제1 보조 부하이고, 상기 컨버터-소스 모듈은 상기 제2 보조 부하에 대한 연결을 위한 제3 출력 포트를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 제1 출력 포트는 주 부하 또는 다른 컨버터-소스 모듈과 커플링되고, 상기 제2 출력 포트는 상기 제1 보조 부하와 커플링되고, 상기 제3 출력 포트는 상기 제2 보조 부하와 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 컨버터는 제1 입력, 제2 입력, 및 제3 입력을 포함하고,
상기 제1 및 제3 입력은 상기 제1 에너지 소스, 상기 에너지 버퍼, 및 상기 제2 출력 포트와 커플링되고, 그리고
상기 제2 및 제3 입력은 상기 제3 출력 포트와 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 컨버터는 제1 스위치, 인덕터, 및 제2 스위치를 포함하되, 상기 제1 스위치는 상기 제1 입력과 제1 노드 사이에서 커플링되고, 상기 인덕터는 상기 제2 입력과 상기 제1 노드 사이에서 커플링되고, 상기 제2 스위치는 상기 제3 입력과 상기 제1 노드 사이에서 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제22항에 있어서,
상기 복수의 스위치는 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제23항에 있어서,
상기 제3 스위치, 제4 스위치, 제5 스위치, 및 제6 스위치는 H 브리지(H-bridge)로서 함께 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제23항에 있어서,
상기 제1 출력 포트는 제1 출력 및 제2 출력을 포함하고, 그리고
상기 제3 스위치는 상기 제1 입력과 상기 제1 출력 사이에서 커플링되고, 상기 제4 스위치는 상기 제3 입력과 상기 제1 출력 사이에서 커플링되고, 상기 제5 스위치는 상기 제1 입력과 상기 제2 출력 사이에서 커플링되고, 그리고 상기 제6 스위치는 상기 제3 입력과 상기 제2 출력 사이에서 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스에 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스를 더 포함하되, 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 장애 신호를 상기 마스터 제어 디바이스로 출력하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 있어서,
어레이에서 상기 컨버터-소스 모듈과 커플링되는 복수의 컨버터-소스 모듈
을 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제27항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈 내의 상기 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1 에너지 소스, 상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 에너지 버퍼, 및 그 컨버터-소스 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함하는 컨버터를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제27항에 있어서,
상기 복수의 스위치는 양의 극성을 갖는 제1 전압, 제로 또는 기준 전압, 및 음의 극성을 갖는 상기 제1 전압 사이에서 선택하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제29항에 있어서,
상기 제1 전압은 직류(direct current; DC) 전압인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제27항 내지 제30항 중 임의의 항에 있어서,
상기 어레이는 교류(alternating current; AC) 신호를 출력하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 있어서,
상기 컨버터는 상기 제1 에너지 소스의 온도, 상기 제1 에너지 소스의 충전의 상태, 상기 제1 에너지 소스의 전압, 또는 전류를 나타내는 하나 이상의 감지된 신호를 출력하도록 구성되는 하나 이상의 센서를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제9항 내지 제25항 중 임의의 항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 로컬 제어 디바이스
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제33항에 있어서,
복수의 컨버터-소스 모듈 및 복수의 로컬 제어 디바이스를 포함하되, 상기 복수의 로컬 제어 디바이스 내의 각각의 로컬 제어 디바이스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 중 하나의 컨버터-소스 모듈과의 사용을 위해 전용되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제33항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은 제1 컨버터-소스 모듈이고, 상기 시스템은 제2 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 그리고 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 제1 및 제2 컨버터-소스 모듈 둘 모두를 제어하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 프로세싱 회로부 및 상기 프로세싱 회로부와 통신 가능하게 커플링되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는 상기 프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항, 제33항, 또는 제36항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 펄스 폭 변조를 사용하여 상기 컨버터에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 수신된 기준 신호를 변조 또는 스케일링하도록 그리고 상기 스위칭 신호의 생성을 위해 상기 변조된 기준 신호를 사용하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 상기 수신된 기준 신호를 변조하기 위해 수신된 변조 인덱스를 사용하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 상기 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 다음의 동작 특성: 온도, 충전의 상태, 용량, 건전성의 상태, 전압, 또는 전류 중 하나 이상을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제40항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는, 상기 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 다음의 동작 특성: 온도, 충전의 상태, 용량, 건전성의 상태, 전압, 또는 전류 중 하나 이상을 나타내는 정보를 상기 마스터 제어 디바이스로 전달하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 상기 제1 에너지 소스에 의해서만 전력을 공급받는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항, 제3항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 상기 제1 에너지 소스 이외의 에너지 소스에 의해 전력을 공급받는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은 제2 에너지 소스를 포함하고, 상기 로컬 제어 디바이스는, 상기 컨버터-소스 모듈로 하여금, 상기 제2 에너지 소스로부터의 전류를 사용하여, 상기 제1 에너지 소스로부터의 출력 전류에서 2차 고조파(second order harmonic)를 능동적으로 필터링하게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제44항에 있어서,
상기 제1 에너지 소스는 배터리를 포함하고 상기 제2 에너지 소스는 커패시터를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제45항에 있어서,
상기 제2 에너지 소스의 상기 커패시터는 울트라 커패시터(ultra-capacitor) 또는 수퍼 커패시터(super-capacitor)인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은 제2 에너지 소스를 포함하고, 상기 로컬 제어 디바이스는, 상기 제1 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의, 상기 제2 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 상기 누적 부하로의, 그리고 상기 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의: 전력 전달을 관리하게끔 상기 컨버터를 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의 전력 전달은 상기 제1 에너지 소스로부터 상기 제2 에너지 소스로의 전력 전달 및 상기 제2 에너지 소스로부터 상기 제1 에너지 소스로의 전력 전달을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는, 제1 보조 부하의 전력 소비 및 제2 보조 부하의 전력 소비에 적어도 부분적으로 기초하여 전력 전달을 관리하게끔 상기 컨버터를 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 프로세서 및 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 상기 프로세싱 회로부에 의해 실행될 때, 상기 프로세싱 회로부로 하여금, 상기 제1 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 누적 부하로의, 상기 제2 에너지 소스로부터 컨버터-소스 모듈의 상기 누적 부하로의, 그리고 상기 제1 에너지 소스와 제2 에너지 소스 사이의: 전력 전달을 관리하게 하는 명령어를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제47항 내지 제50항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스는 상기 컨버터에 대한 스위칭 신호의 생성에 의해 전력 전달을 관리하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 있어서,
상기 시스템 내의 다른 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 파라미터에 대해 상기 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 파라미터를 관리하도록 구성되는 마스터 제어 디바이스
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제8항 또는 제33항 중 임의의 항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제53항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 직렬 데이터 케이블을 통해 상기 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제53항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 프로세싱 회로부 및 상기 프로세싱 회로부와 통신 가능하게 커플링되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는 상기 프로세싱 회로부에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제53항에 있어서,
복수의 컨버터-소스 모듈과 커플링되는 복수의 로컬 제어 디바이스를 더 포함하되, 상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 로컬 제어 디바이스 중의 상기 로컬 제어 디바이스의 각각과 통신 가능하게 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제56항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 하나 이상의 동작 특성을 나타내는 데이터를 판독하도록, 그리고 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈에 대한 기여를 결정하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제57항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 각각에 대한 기여를 결정하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제58항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 각각에 대한 변조 또는 스케일링 인덱스를 출력하도록 구성되되, 상기 변조 또는 스케일링 인덱스는 전력 흐름 기여를 나타내는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제59항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 기준 신호를 상기 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성되고, 상기 로컬 제어 디바이스의 각각은 수신된 변조 또는 스케일링 인덱스를 사용하여 상기 기준 신호를 변조 또는 스케일링하도록, 그리고 상기 변조된 또는 스케일링된 기준 신호에 기초하여 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제60항 중 임의의 항에 있어서,
모터를 포함하는 이동식 엔티티에서의 동작을 위해 구성되되, 상기 시스템은 상기 모터에 전력을 공급하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제61항에 있어서,
상기 이동식 엔티티는: 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 스쿠터, 산업용 차량, 광산 차량, 비행 차량, 해상 선박, 잠수함, 기관차, 기차 또는 레일 기반의 차량, 군용 차량, 우주선, 또는 위성 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제60항 중 임의의 항에 있어서,
고정식 에너지 시스템으로서의 동작을 위해 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제63항에 있어서,
상기 고정식 에너지 시스템은: 주거용 저장 시스템; 산업용 저장 시스템; 상업용 저장 시스템; 정부 저장 시스템; 태양광 발전, 풍력, 지열 에너지, 화석 연료, 또는 핵 반응을 저장을 위한 전기로 변환하는 시스템; 데이터 센터 저장 시스템; 그리드; 마이크로 그리드; 또는 충전 스테이션 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제1항 내지 제60항 중 임의의 항에 있어서,
전기 차량용 배터리 팩으로서 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
전기적으로 함께 커플링되는 제1 에너지 소스, 에너지 버퍼, 및 컨버터를 각각 포함하는 복수의 컨버터-소스 모듈 - 상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 어레이에서 전기적으로 함께 커플링됨 - ;
상기 복수의 컨버터-소스 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 제어 회로부 - 상기 제어 회로부는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 각각의 적어도 하나의 동작 특성을 모니터링하도록, 그리고, 상기 모니터링된 적어도 하나의 동작 특성에 기초하여, 상기 어레이의 성능 최적화를 위해 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 내의 각각의 컨버터-소스 모듈을 독립적으로 제어하도록 구성됨 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 적어도 하나의 동작 특성은: 충전의 상태, 온도, 건전성의 상태, 용량, 장애 존재, 전압, 또는 전류로부터 선택되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
온도는: 상기 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 온도, 상기 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 온도, 상기 컨버터 또는 그 컴포넌트의 온도 중 적어도 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
용량은: 상기 제1 에너지 소스의 용량 또는 상기 제1 에너지 소스의 하나 이상의 컴포넌트의 용량 중 적어도 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
장애 존재는: 측정된 장애의 존재의 표시, 잠재적 장애의 존재의 표시; 경보 상태의 존재의 표시, 또는 경고 상태의 존재의 표시 중 적어도 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
전압은: 상기 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 전압, 상기 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 전압, 상기 컨버터 또는 그 컴포넌트의 전압 중 적어도 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
전류는: 상기 제1 에너지 소스 또는 그 컴포넌트의 전류, 상기 에너지 버퍼 또는 그 컴포넌트의 전류, 상기 컨버터 또는 그 컴포넌트의 전류 중 적어도 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
각각의 컨버터-소스 모듈은 상기 적어도 하나의 동작 특성을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제67항에 있어서,
상기 제어 회로부는 다음의 동작 특성: 충전의 상태, 온도, 건전성의 상태, 용량, 장애 존재, 전압, 및 전류의 모두를 모니터링하도록 구성되는 것인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 복수의 스위칭 신호의 생성 및 각각의 컨버터-소스 모듈의 상기 컨버터로의 상기 복수의 스위칭 신호의 출력에 의해 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 제어 회로부는 펄스 폭 변조 또는 히스테리시스를 사용하여 상기 복수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈은 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에서 기재되는 바와 같은 컨버터-소스 모듈인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 모든 컨버터-소스 모듈은 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에서 기재되는 바와 같은 컨버터-소스 모듈인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 어레이의 성능 최적화를 위해 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 내의 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 어레이와 커플링되는 부하의 전력 요건에 기초하여 각각의 컨버터-소스 모듈의 방전 또는 충전을 독립적으로 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제80항에 있어서,
상기 부하는 모터, 상업용 구조물, 주거용 구조물, 산업용 구조물, 또는 에너지 그리드인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 제어 회로부는 복수의 로컬 제어 디바이스 및 상기 복수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈
을 포함하되,
상기 컨버터-소스 모듈은,
제1 에너지 소스; 및
상기 제1 에너지 소스와 커플링되는 컨버터
를 포함하고, 상기 컨버터는 상기 모듈의 출력 전압을 선택하도록 구성되는 복수의 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법으로서,
상기 시스템의 제어 회로부에 의해, 상기 시스템의 복수의 컨버터-소스 모듈 - 각각의 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스 및 컨버터를 포함하고 각각의 컨버터-소스 모듈은 상기 시스템의 출력 전력에 전력을 기여하도록 구성됨 - 중 적어도 하나로부터 스테이터스(status) 정보를 수신하는 단계; 및
상기 제어 회로부에 의해, 상기 스테이터스 정보에 기초하여 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 기여를 제어하는 단계
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부는 마스터 제어 디바이스 및 복수의 로컬 제어 디바이스를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부에 의해, 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여를 제어하는 단계는:
상기 제어 회로부로부터 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 컨버터로 복수의 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하되,
상기 방법은, 상기 컨버터에 의해, 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 출력 전압을 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부에 의해, 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여를 제어하는 단계는:
상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여를 감소시키는 또는 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여를 상승시키는 단계를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제87항에 있어서,
상기 전력 기여는, 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 선행하는 전력 기여와 비교하여 또는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여와 비교하여 감소되거나 또는 상승되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제85항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 적어도 하나의 로컬 제어 디바이스로부터 상기 스테이터스 정보를 수신하고, 상기 방법은:
기준 파형 및 변조 인덱스를 상기 마스터 제어 디바이스로부터 상기 적어도 하나의 로컬 제어 디바이스로 출력하는 단계를 더 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제89항에 있어서,
상기 로컬 제어 디바이스에 의해, 상기 변조 인덱스를 사용하여 상기 기준 파형을 변조하는 단계; 및
상기 변조된 기준 파형에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 로컬 제어 디바이스와 관련되는 컨버터-소스 모듈의 컨버터에 대한 복수의 스위칭 신호를 생성하는 단계
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제90항에 있어서,
상기 스위칭 신호는 펄스 폭 변조를 사용하여 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 복수의 것 내의 모든 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 기여를 제어하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부는 펄스 폭 변조 또는 히스테리시스 기술에 따라 상기 전력 기여를 제어하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 복수의 것 내의 모든 컨버터-소스 모듈에 대한 스테이터스 정보를 반복적으로 수신하되, 상기 스테이터스 정보는 상기 복수의 것 내의 각각의 개개의 컨버터-소스 모듈에 고유한 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제94항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 스테이터스 정보에 기초하여 상기 복수의 것 내의 모든 컨버터-소스 모듈을 제어하되, 상기 제어는 실시간으로 발생하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항 내지 제95항 중 임의의 항에 있어서,
복수의 컨버터-소스 모듈 중 상기 적어도 하나는 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 따르는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 제84항 내지 제96항 중 임의의 항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 제101항 내지 제169항 중 임의의 항에 따라 배열되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템으로부터 출력 전력을 공급하는 방법. - 모듈 기반의 에너지 시스템을 충전하는 방법으로서,
상기 시스템의 제어 회로부에 의해, 상기 시스템의 복수의 컨버터-소스 모듈 - 각각의 컨버터-소스 모듈은 에너지 소스 및 컨버터를 포함하고 각각의 컨버터-소스 모듈은 전력 공급부에 의해 충전되도록 구성됨 - 중 적어도 하나로부터 스테이터스 정보를 수신하는 단계; 및
상기 제어 회로부에 의해, 상기 스테이터스 정보에 기초하여 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 중 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 전력 소비를 제어하는 단계
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템을 충전하는 방법. - 제98항에 있어서,
상기 제어 회로부에 의해, 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 소비를 제어하는 단계는:
상기 제어 회로부로부터 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 컨버터로 복수의 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하되,
상기 방법은, 상기 컨버터에 의해, 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 소비가 감소 또는 상승되도록 복수의 스위치를 스위칭하는 단계를 더 포함하고,
옵션 사항으로, 상기 전력 소비는 상기 적어도 하나의 컨버터-소스 모듈의 선행하는 전력 소비와 비교하여 또는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 상기 전력 소비와 비교하여, 감소되거나 또는 상승되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템을 충전하는 방법. - 제98항 또는 제99항에 있어서,
복수의 컨버터-소스 모듈 중 상기 적어도 하나는 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 따르는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템을 충전하는 방법. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
N 개의 컨버터-소스 모듈의 어레이 - N은 2 이상임 - 를 포함하되,
상기 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 직렬로 연결되고,
상기 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 따라 구성되고, 그리고
상기 어레이는 제1 컨버터-소스 모듈의 제1 출력 단자 및 제N 컨버터-소스 모듈의 제2 출력 단자를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제101항에 있어서,
복수의 로컬 제어 디바이스
를 더 포함하되, 상기 복수의 로컬 제어 디바이스의 각각은 상기 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 통신 가능하게 커플링되고, 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 복수의 스위치에 대한 복수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제102항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제101항 내지 제103항 중 임의의 항에 있어서,
상기 제1 출력 단자와 제2 출력 단자 사이에서 연결되는 부하
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제104항에 있어서,
상기 부하는 DC 부하 또는 단상(single-phase) AC 부하 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
컨버터-소스 모듈의 M 개의 어레이 - M은 2 이상임 - 를 포함하되,
상기 M 개의 어레이의 각각은 N 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하되, N은 2 이상이고,
상기 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 상기 M 개의 어레이의 각각에서 직렬로 연결되고,
상기 N 개의 컨버터-소스 모듈의 각각은 제1항 내지 제25항 중 임의의 항에 따라 구성되고,
상기 M 개의 어레이의 각각은 제1 컨버터-소스 모듈의 개개의 출력 단자를 포함하고, 그리고
상기 M 개의 어레이의 각각의 제N 컨버터-소스 모듈은 공통 출력 단자에 연결되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제106항에 있어서,
복수의 로컬 제어 디바이스
를 더 포함하되, 상기 복수의 로컬 제어 디바이스의 각각은 상기 M 개의 어레이의 각각의 상기 N 개의 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 통신 가능하게 커플링되고, 상기 로컬 제어 디바이스는 상기 복수의 스위치에 대한 복수의 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제107항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제106항 내지 제108항 중 임의의 항에 있어서,
상기 M 개의 어레이는 제1 및 제2 어레이를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제109항에 있어서,
상기 제1 및 제2 어레이의 상기 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 부하
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제110항에 있어서,
상기 공통 출력 단자는 상기 부하의 중성선(neutral)에 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제109항에 있어서,
상기 공통 출력 단자와 상기 제1 및 제2 어레이의 상기 개개의 출력 단자의 조인트 커플링(joint coupling) 사이에서 연결되는 부하
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제110항 내지 제112항 중 임의의 항에 있어서,
상기 부하는 DC 부하 또는 단상 AC 부하 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제106항 내지 제108항 중 임의의 항에 있어서,
상기 M 개의 어레이는 제1, 제2 및 제3 어레이를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제114항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 어레이의 상기 개개의 출력 단자 사이에서 연결되는 3상 부하
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제115항에 있어서,
상기 공통 출력 단자는 상기 부하의 중성선에 커플링되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제114항에 있어서,
상기 공통 출력 단자와 상기 제1, 제2 및 제3 어레이의 상기 개개의 출력 단자의 조인트 커플링 사이에서 연결되는 DC 또는 단상 AC 부하
를 더 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
복수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈; 및
제어 회로부 - 상기 제어 회로부는 상기 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 상기 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상의 것의 기여를 조정하도록 구성됨 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은 제1항 내지 제25항에 따른 컨버터-소스 모듈을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은:
적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스; 및
컨버터
를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항에 있어서,
상기 스테이터스 정보는 상기 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트의 충전의 상태, 건전성 상태, 온도, 용량, 전류, 또는 전압 중 하나 이상을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈의 충전의 상태(state of charge; SOC)의 밸런스를 맞추도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항에 있어서,
상기 제어 회로부는 프로세싱 회로부 및 명령어가 저장된 적어도 하나의 메모리를 포함하되, 상기 명령어는, 상기 프로세싱 회로부에 의해 실행될 때, 상기 프로세싱 회로부로 하여금, 상기 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여, 하나 이상의 컨버터-소스 모듈의 상기 기여의 조정을 야기하게 하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제213항에 있어서,
상기 프로세싱 회로부 및 적어도 하나의 메모리는 마스터 제어 디바이스, 로컬 제어 디바이스의 컴포넌트이거나, 또는 마스터 제어 디바이스와 하나 이상의 로컬 제어 디바이스 사이에서 분산되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항 및 제120항 내지 제124항 중 임의의 항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 기여가 낮아지게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제125항에 있어서,
상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 스테이터스 정보는 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보와 비교하여 다음의 것: 상대적으로 더 낮은 충전의 상태, 상대적으로 더 낮은 건전성의 상태, 상대적으로 더 낮은 용량, 상대적으로 더 낮은 전압, 상대적으로 더 낮은 전류, 상대적으로 더 높은 온도, 또는 장애 중 적어도 하나를 나타내는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항, 제120항 내지 제124항 및 제126항 중 임의의 항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 기여가 상승되게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제127항에 있어서,
상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 스테이터스 정보는 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보와 비교하여 다음의 것: 상대적으로 더 높은 충전의 상태, 상대적으로 더 높은 건전성의 상태, 상대적으로 더 높은 용량, 상대적으로 더 높은 전압, 상대적으로 더 높은 전류, 상대적으로 더 낮은 온도, 또는 장애의 부재 중 적어도 하나를 나타내는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항, 제120항 내지 제124항, 제126항 및 제128항 중 임의의 항에 있어서,
상기 기여는 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 시간 경과에 따른 출력 전력인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항, 제120항 내지 제124항, 제126항 및 제128항 중 임의의 항에 있어서,
상기 제어 회로부는 마스터 제어 디바이스 및 복수의 로컬 제어 디바이스를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈에 대한 복수의 변조 인덱스를 생성하도록 구성되되, 하나의 변조 인덱스는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 각각의 컨버터-소스 모듈에 대해 독립적으로 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 위상내(intra-phase) 밸런싱 컨트롤러를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제132항에 있어서,
상기 위상내 밸런싱 컨트롤러는 각각의 컨버터-소스 모듈에 대한 변조 인덱스를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제133항에 있어서,
컨버터-소스 모듈에 대한 변조 인덱스는 상기 모듈 기반의 에너지 시스템의 기준 전압(Vr)의 피크 전압(Vpk), 상기 컨버터-소스 모듈의 충전의 상태, 상기 컨버터-소스 모듈의 온도, 상기 컨버터-소스 모듈의 용량, 상기 컨버터-소스 모듈의 전류, 또는 상기 컨버터-소스 모듈의 전압 중 하나 이상에 기초하여 결정되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항 내지 제134항 중 임의의 항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 상기 모듈 기반의 에너지 시스템의 기준 전압(Vr)의 피크 전압(Vpk)을 검출하기 위한 피크 검출기를 더 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항 내지 제134항 중 임의의 항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 기준 전압(Vr)으로부터 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제136항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는, 상기 기준 전압(Vr)을 자신의 피크 전압(Vpk)에 의해 나누는 것에 의해 상기 기준 전압(Vr)으로부터 상기 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항 내지 제134항 및 제136항 중 임의의 항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 상기 복수의 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제138항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 상기 수신된 변조 인덱스에 의해 상기 수신되는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 변조하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제139항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 상기 변조된 기준 파형에 기초하여 컨버터-소스 모듈에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제140항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스 중의 각각의 로컬 제어 디바이스는 상기 변조된 기준 파형을 사용하여 구현되는 펄스 폭 변조 기술에 기초하여 컨버터-소스 모듈에 대한 스위칭 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스는, 상기 복수의 컨버터-소스 모듈로부터의 생성된 전압의 합이 피크 전압(Vpk)을 초과하지 않는 것을 보장하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 에너지 소스의 충전의 상태(SOC)로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 건전성의 상태(SOH)로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 전압으로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 전류로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 온도로 하여금 밸런스가 맞춰진 상태를 향해 수렴하게 하도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 복수의 변조 인덱스(Mi)는 장애 상태를 갖지 않는 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 비교하여 장애 상태를 갖는 하나 이상의 컨버터-소스 모듈의 상기 기여를 감소시키도록 생성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제130항에 있어서,
상기 제어 회로부는 위상간(inter-phase) 밸런싱 컨트롤러 또는 위상내 밸런싱 컨트롤러 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제149항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제150항에 있어서,
상기 위상내 밸런싱 컨트롤러는 상기 다차원 어레이의 일차원 어레이 내의 상기 복수의 컨버터-소스 모듈의 기여를 조정하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제137항에 있어서,
상기 위상간 밸런싱 컨트롤러는 각각의 위상에 공통인 컨버터-소스 모듈의 기여 또는 중성점 시프팅 중 하나 이상을 제어하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항, 제120항 내지 제124항, 제126항, 제128항, 제131항 내지 제134항, 제137항 및 제139항 내지 제152항 중 임의의 항에 있어서,
상기 모듈 기반의 에너지 시스템은 단상 또는 다상 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제153항에 있어서,
상기 모듈 기반의 에너지 시스템은 3상, 4상, 5상, 또는 6상의 신호를 출력하는 다상 모듈 기반의 에너지 시스템인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제118항, 제120항 내지 제124항, 제126항, 제128항, 제131항 내지 제134항, 제137항 및 제139항 내지 제152항 중 임의의 항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
복수의 상호 접속된 컨버터-소스 모듈; 및
제어 회로부 - 상기 제어 회로부는 상기 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 상기 컨버터-소스 모듈 중 하나 이상으로의 전력 공급을 조정하도록 구성됨 -
를 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제156항에 있어서,
각각의 컨버터-소스 모듈은 제1항 내지 제25항에 따른 컨버터-소스 모듈을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제156항에 있어서,
각각의 컨버터-소스 모듈은:
적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스;
에너지 버퍼; 및
컨버터를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제156항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 상기 시스템을 갖는 각각의 컨버터-소스 모듈이 상기 시스템 외부에 있는 전력 공급부로부터 수신하는 전하의 양을 독립적으로 결정하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제159항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 상기 컨버터-소스 모듈 또는 그 컴포넌트 중 하나 이상과 관련되는 스테이터스 정보에 기초하여 상기 시스템을 갖는 각각의 컨버터-소스 모듈이 상기 시스템 외부에 있는 전력 공급부로부터 수신하는 전하의 양을 독립적으로 결정하도록 구성되되, 상기 스테이터스 정보는: 충전의 상태(SOC), 건전성의 상태(SOH), 용량, 온도, 전압, 전류, 장애의 존재, 또는 장애의 부재 중 하나 이상을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제156항 및 제158항 내지 제160항 중 임의의 항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 컨버터-소스 모듈로서,
적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 에너지 소스;
에너지 버퍼; 및
복수의 스위치를 포함하는 컨버터 - 상기 컨버터는 상기 복수의 스위치의 조합에 기초하여 출력 전압을 생성하도록 구성됨 - 를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 에너지 소스의 출력은 상기 에너지 버퍼의 입력 단자에 커플링 가능한 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 에너지 버퍼의 출력은 상기 컨버터의 입력 단자에 커플링 가능한 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 에너지 저장 엘리먼트는, 울트라 커패시터, 직렬로 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 또는 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리, 또는 연료 전지 중 하나인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 에너지 버퍼는: 전해 커패시터, 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 커패시터를 포함하는 Z 소스 네트워크, 또는 두 개의 인덕터, 두 개의 커패시터 및 다이오드를 포함하는 유사 Z 소스 네트워크 중 하나 이상을 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 복수의 스위치의 각각은 반도체 MOSFET 또는 반도체 IGBT 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 컨버터는 상기 복수의 스위치의 상이한 조합에 의해 세 개의 상이한 전압 출력을 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
상기 에너지 소스는 직류 전압(VDC)을 출력하도록 구성되고, 상기 세 개의 상이한 전압 출력은 +VDC, 0, 및 -VDC인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 있어서,
로컬 제어 디바이스로부터 상기 복수의 스위치에 대한 스위칭 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제162항에 따른 적어도 두 개의 컨버터-소스 모듈을 포함하는 것인, 에너지 시스템.
- 제171항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 컨버터-소스 모듈은 일차원 어레이 또는 다차원 어레이 중 하나에서 상호 접속되는 것인, 에너지 시스템. - 제172항에 있어서,
적어도 두 개의 일차원 어레이는 상이한 행 및 열에서 직접적으로 또는 추가적인 컨버터-소스 모듈을 통해 함께 연결되는 것인, 에너지 시스템. - 제172항에 있어서,
각각의 컨버터-소스 모듈에 대해 로컬 제어 디바이스 하나씩, 적어도 두 개의 로컬 제어 디바이스를 포함하는 것인, 에너지 시스템. - 제174항에 있어서,
각각의 로컬 제어 디바이스는 상기 에너지 소스로부터의 에너지를 관리하고, 상기 에너지 버퍼를 보호하고, 상기 컨버터를 제어하는 것인, 에너지 시스템. - 모듈 기반의 에너지 시스템으로서,
로컬 제어 디바이스, 및
상기 로컬 제어 디바이스에 상호 접속되는 컨버터-소스 모듈 - 상기 컨버터-소스 모듈은 저장 엘리먼트를 구비하는 에너지 소스를 포함하고, 상기 에너지 소스의 제1 및 제2 출력은 에너지 버퍼의 제1 및 제2 입력에 연결되고, 상기 에너지 버퍼의 제1 및 제2 출력은 컨버터의 제1 및 제2 입력에 연결되고, 상기 컨버터는 양의 극성을 갖는 제1 전압 레벨, 제로 또는 기준 전압 레벨, 및 음의 극성을 갖는 상기 제1 전압 레벨을 포함하는 세 개의 전압 레벨을 생성하기 위한 적어도 네 개의 스위치를 포함하고, 상기 세 개의 전압 레벨은, 상기 적어도 네 개의 스위치의 상이한 조합에 의한 상기 컨버터의 제1 및 제2 출력에 대한 상기 컨버터의 상기 제1 및 제2 입력 사이의 상기 제1 전압 레벨의 연결에 의해 생성됨 -
을 포함하는, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
상기 저장 엘리먼트는 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 및 연료 전지 모듈 중 하나를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
상기 에너지 버퍼는 전해 및/또는 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크, 및 두 개의 인덕터, 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터 및 다이오드에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크 중 하나를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
상기 스위치는 반도체 스위치로서 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
상기 에너지 소스는 1차 에너지 소스 및 2차 에너지 소스를 포함하되, 상기 1차 에너지 소스는 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 및 연료 전지 모듈 중 하나를 포함하는 저장 엘리먼트를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제180항에 있어서,
상기 1차 에너지 소스의 상기 제1 및 제2 출력은 에너지 버퍼의 제1 및 제2 입력 단자에 커플링되되, 상기 에너지 버퍼는 전해 및/또는 필름 커패시터, 두 개의 인덕터 및 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터에 의해 형성되는 Z 소스 네트워크, 및 두 개의 인덕터, 두 개의 전해 및/또는 필름 커패시터 및 다이오드에 의해 형성되는 유사 Z 소스 네트워크 중 하나를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제181항에 있어서,
상기 에너지 버퍼의 제2 출력은 상기 2차 에너지 소스의 제2 출력에 연결되고, 상기 2차 에너지 소스의 제1 출력은 상기 컨버터의 상기 제2 입력에 연결되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제182항에 있어서,
상기 2차 에너지 소스는, 전해 및/또는 필름 커패시터, 울트라 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 울트라 커패시터와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터, 하나 이상의 상호 접속된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 울트라 커패시터와 병렬로 연결되는 전해 및/또는 필름 커패시터 중 하나를 포함하는 저장 엘리먼트를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제182항에 있어서,
상기 컨버터는 여섯 개의 스위치를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
상기 컨버터-소스 모듈은 제1 및 제2 보조 부하에 전력을 공급하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제176항에 있어서,
밸런싱 컨트롤러를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제186항에 있어서,
상기 밸런싱 컨트롤러는 단상 밸런싱 컨트롤러인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제186항에 있어서,
상기 밸런싱 컨트롤러는 피크 검출기, 제산기(divider) 및 위상내 밸런싱 컨트롤러를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제186항에 있어서,
상기 시스템은 복수의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 상기 밸런싱 컨트롤러는 상기 시스템의 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 사이에서 충전의 상태 및 온도의 밸런스를 맞추도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제186항에 있어서,
상기 밸런싱 컨트롤러는 3상 밸런싱 컨트롤러인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제190항에 있어서,
상기 밸런싱 컨트롤러는 위상간 밸런싱 컨트롤러 및 복수의 위상내 컨트롤러를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제191항에 있어서,
상기 시스템은 복수의 컨버터-소스 모듈을 포함하고, 상기 밸런싱 컨트롤러는 상기 시스템의 상기 복수의 컨버터-소스 모듈 사이에서 충전의 상태 및 온도의 밸런스를 맞추도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제119항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 기여가 낮아지게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제119항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 기여가 상승되게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제125항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 제1 컨버터-소스 모듈 및 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈의 스테이터스 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 다른 컨버터-소스 모듈과 관련하여 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 상기 기여가 상승되게 하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제119항에 있어서,
상기 기여는 상기 제1 컨버터-소스 모듈의 시간 경과에 따른 출력 전력인 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제119항에 있어서,
상기 제어 회로부는 마스터 제어 디바이스 및 복수의 로컬 제어 디바이스를 포함하는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제135항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 기준 전압(Vr)으로부터 정규화된 기준 파형(Vrn)을 생성하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제135항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 상기 복수의 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제136항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 정규화된 기준 파형(Vrn)을 상기 복수의 로컬 제어 디바이스의 각각으로 출력하도록 구성되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 제157항에 있어서,
상기 복수의 컨버터-소스 모듈은 다차원 어레이에서 배열되는 것인, 모듈 기반의 에너지 시스템. - 전기 차량(electric vehicle; EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템으로서,
제1 포트, 제2 포트, 제1 배터리, 및 제1 스위치 회로부를 포함하는 제1 상호 접속 모듈; 및
세 개의 컨버터 모듈 어레이 - 각각의 어레이는, 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈(arrayed converter module)의 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 전기적으로 함께 커플링되는 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 포함하고, 상기 세 개의 어레이의 각각은 상기 3상 모터에 대해 상이한 위상 각도를 갖는 AC 전압 파형을 출력하도록 구성되고, 상기 어레이식 컨버터 모듈의 각각은 에너지 소스를 포함하고 상기 에너지 소스로부터 양의 DC 출력 전압, 제로 출력 전압, 또는 음의 DC 출력 전압을 선택적으로 출력하도록 제어 가능함 - 를 포함하되;
상기 제1 포트는 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제1 어레이와 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 포트는 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제2 어레이에 전기적으로 커플링되고, 상기 제1 스위치 회로부는 상기 제1 어레이 또는 상기 제2 어레이를 상기 제1 배터리에 선택적으로 커플링하도록 제어 가능한 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제202항에 있어서,
각각의 어레이의 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈과 그리고 상기 제1 상호 접속 모듈과 통신 가능하게 커플링되는 제어 회로부
를 더 포함하는, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제203항에 있어서,
상기 제어 회로부는, 각각의 어레이에 대해, 위상내 충전의 상태의 밸런스를 맞추게끔 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 제어하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제204항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 위상간 충전의 상태의 밸런스를 맞추게끔 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제205항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이에서 에너지를 교환하게끔 상기 제1 스위치 회로부를 제어하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제202항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈 및 각각의 어레이의 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈의 각각으로 스위치 신호를 출력하도록 구성되는 복수의 로컬 제어 디바이스; 및
상기 복수의 로컬 제어 디바이스와 통신 가능하게 커플링되는 마스터 제어 디바이스
를 더 포함하는, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제207항에 있어서,
상기 마스터 제어 디바이스는 정보를 상기 복수의 로컬 제어 디바이스로 출력하도록 구성되고, 상기 정보는 정규화된 전압 기준 파형 및 변조 인덱스를 포함하고, 상기 복수의 로컬 제어 디바이스는, 상기 마스터 제어 디바이스로부터 수신되는 상기 정보를 사용하여 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제207항에 있어서,
상기 복수의 로컬 제어 디바이스는, 상기 제1 상호 접속 모듈 및 각각의 어레이의 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈에 대한 충전의 상태 정보를 상기 마스터 제어 디바이스로 출력하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제202항에 있어서,
상기 제1 배터리의 양극 단자는 제1 노드와 전기적으로 커플링되고, 상기 제1 배터리의 음극 단자는 제2 노드와 전기적으로 커플링되고, 상기 제1 스위치 회로부는 상기 제1 포트를 상기 제1 또는 제2 노드 중 어느 하나에 선택적으로 커플링하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 포트를 상기 제1 또는 제2 노드 중 어느 하나에 선택적으로 커플링하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제202항에 있어서,
상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제3 어레이, 제2 배터리, 및 제2 스위치 회로부와 전기적으로 커플링되는 제3 포트를 포함하는 제2 상호 접속 모듈을 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 배터리는 전기적으로 병렬로 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제211항에 있어서,
상기 제1 스위치 회로부는 상기 제1 및 제2 배터리와 상기 제1 및 제2 포트 사이에서 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 스위치 회로부는 상기 제1 및 제2 배터리와 상기 제3 포트 사이에서 전기적으로 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)의 3상 모터에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법으로서,
3상 전압 신호를 상기 EV의 3상 모터로 출력하도록 제1, 제2, 및 제3 컨버터 모듈 어레이 - 각각의 어레이는 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈의 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 전기적으로 함께 커플링되는 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 포함하고, 상기 어레이식 컨버터 모듈의 각각은 에너지 소스를 포함하고 상기 에너지 소스로부터 양의 DC 출력 전압, 제로 출력 전압, 또는 음의 DC 출력 전압을 선택적으로 출력하도록 제어 가능하고, 상기 제1 어레이는 상기 제1 상호 접속 모듈에 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 어레이는 상기 제1 상호 접속 모듈에 전기적으로 커플링됨 - 를 제어하는 단계; 및
상기 제1 어레이 또는 상기 제2 어레이를 상기 제1 상호 접속 모듈의 제1 배터리에 선택적으로 커플링하도록 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계
를 포함하는, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계는:
상기 제1 어레이 또는 상기 제2 어레이를 상기 제1 배터리에 선택적으로 커플링하도록 상기 제1 상호 접속 모듈의 제1 스위치 회로부를 제어하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계는:
상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 위상간 충전의 상태의 밸런스를 맞추도록 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제215항에 있어서,
상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 위상간 충전의 상태의 밸런스를 맞추도록 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계는:
상기 제1 어레이 또는 상기 제2 어레이를 상기 제1 배터리에 선택적으로 커플링하도록 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 사용하여 상기 제1 상호 접속 모듈의 제1 스위치 회로부를 제어하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계는:
상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이에서 에너지를 교환하도록 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
3상 전압 신호를 출력하도록 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 컨버터 모듈 어레이를 제어하는 단계는:
각각의 어레이에 대해, 위상내 충전의 상태의 밸런스를 맞추도록 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 제어하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
3상 전압 신호를 출력하도록 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 컨버터 모듈 어레이를 제어하는 단계는:
마스터 제어 디바이스로부터 복수의 로컬 제어 디바이스로 정보 - 상기 정보는 정규화된 전압 기준 파형 및 변조 인덱스를 포함함 - 를 출력하는 단계;
상기 복수의 로컬 제어 디바이스에 의해, 상기 마스터 제어 디바이스로부터 수신되는 상기 정보를 사용하여 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 생성하는 단계; 및
상기 양의 DC 출력 전압, 제로 출력 전압, 또는 음의 DC 출력 전압을 선택적으로 출력하기 위해 상기 제1, 제2, 및 제3 어레이의 각각의 어레이식 컨버터 모듈의 스위치 회로부를 스위칭하는 단계를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제219항에 있어서,
상기 제1, 제2, 및 제3 어레이의 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈에 관한 충전의 상태 정보에 적어도 기초하여 상기 변조 인덱스를 결정하는 단계
를 더 포함하는, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 제213항에 있어서,
상기 제3 어레이는 제2 배터리를 포함하는 제2 상호 접속 모듈에 전기적으로 커플링되되, 상기 제2 상호 접속 모듈은 상기 제1 배터리 및 제2 배터리가 병렬이 되도록 상기 제1 상호 접속 모듈에 커플링되고, 상기 방법은:
상기 제3 어레이를 상기 제1 및 제2 배터리에 선택적으로 커플링하도록 상기 제2 상호 접속 모듈을 제어하는 단계를 더 포함하는 것인, 전기 차량(EV)의 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전력을 공급하는 방법. - 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템으로서,
세 개의 컨버터 모듈 어레이 - 각각의 어레이는, 세 개의 어레이식 컨버터 모듈의 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 전기적으로 함께 커플링되는 상기 적어도 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 포함하고, 상기 세 개의 어레이의 각각은 상기 EV의 3상 모터에 대해 상이한 위상을 갖는 AC 전압 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 어레이식 컨버터 모듈의 각각은 에너지 소스를 포함하고 상기 에너지 소스로부터 양의 DC 출력 전압, 제로 출력 전압, 또는 음의 DC 출력 전압을 선택적으로 출력하도록 제어 가능함 - ; 및
상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제1 어레이 및 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제2 어레이와 전기적으로 커플링되는 제1 상호 접속 모듈 - 상기 제1 상호 접속 모듈은 제1 배터리 및 상기 제1 배터리로부터 상기 EV의 제1 보조 부하로 전력을 공급하기 위한 포트를 포함함 -
을 포함하는, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제222항에 있어서,
상기 제1 배터리는 제1 전압을 출력하도록 구성되고, 상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 제1 보조 부하에 직접적으로 상기 제1 전압을 공급하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제222항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈은:
상기 제1 배터리와 전기적으로 커플링되는 제1 스위치 회로부; 및
상기 제1 인덕터가 상기 제1 배터리에 스위칭 가능하게 커플링되도록 상기 제1 스위치 회로부와 전기적으로 커플링되는 제1 인덕터를 포함하되,
상기 제1 인덕터는 상기 포트와 전기적으로 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제224항에 있어서,
상기 제1 배터리로부터 상기 제1 보조 부하에 공급되는 상기 제1 전압을 제어하기 위해 상기 제1 스위치 회로부를 제어하도록 구성되는 제어 회로부
를 더 포함하는, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제225항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 제1 상호 접속 모듈로부터 측정 신호를 수신하도록 그리고 제1 스위치 회로부를 제어하여 상기 제1 보조 부하에 공급되는 상기 제1 전압을 제어하기 위해 상기 측정 신호를 사용하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제226항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 측정 신호를 사용하도록 그리고 상기 제1 스위치 회로부를 제어하여 상기 제1 보조 부하에 공급되는 상기 제1 전압을 제어하기 위해 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제222항에 있어서,
상기 포트는 제1 포트이고, 상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 제1 배터리로부터 상기 EV의 제2 보조 부하로 전력을 공급하기 위한 제2 포트를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제228항에 있어서,
상기 제1 보조 부하는 상기 EV의 에어컨(air-conditioner)을 포함하고, 상기 제2 보조 부하는 상기 EV의 온보드 전기 네트워크인 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제222항에 있어서,
상기 포트는 제1 포트이고, 상기 시스템은 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제1 어레이와 전기적으로 커플링되는 제2 상호 접속 모듈을 더 포함하되, 상기 제2 상호 접속 모듈은 상기 EV의 상기 제1 보조 부하에 커플링하기 위한 제2 포트, 및 상기 제1 배터리와 전기적으로 병렬로 커플링되는 제2 배터리를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제230항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 제1 및 제2 배터리와 전기적으로 커플링되는 제1 스위치 회로부, 및 상기 제1 인덕터가 상기 제1 및 제2 배터리에 스위칭 가능하게 커플링되도록 상기 제1 스위치 회로부와 전기적으로 커플링되는 제1 인덕터를 포함하되, 상기 제1 인덕터는 상기 제1 포트와 전기적으로 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제231항에 있어서,
상기 제2 상호 접속 모듈은 상기 제1 및 제2 배터리와 전기적으로 커플링되는 제2 스위치 회로부, 및 상기 제2 인덕터가 상기 제1 및 제2 배터리에 스위칭 가능하게 커플링되도록 상기 제2 스위치 회로부와 전기적으로 커플링되는 제2 인덕터를 포함하되, 상기 제2 인덕터는 상기 제2 포트와 전기적으로 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제230항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 제1 및 제2 배터리로부터 상기 EV의 제2 보조 부하로 전력을 공급하기 위한 제3 포트를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제233항에 있어서,
상기 제2 상호 접속 모듈은 상기 EV의 제2 보조 부하에 커플링하기 위한 제4 포트를 포함하는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 제234항에 있어서,
상기 제1 및 제2 포트는 전기적으로 함께 커플링되고, 상기 제3 및 제4 포트는 전기적으로 함께 커플링되는 것인, 전기 차량(EV)에 전력을 공급하도록 제어 가능한 모듈형 배터리 팩 시스템. - 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법으로서,
3상 전압 신호를 상기 EV의 3상 모터로 출력하도록 세 개의 컨버터 모듈 어레이 - 각각의 어레이는 세 개의 어레이식 컨버터 모듈의 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 전기적으로 함께 커플링되는 적어도 상기 세 개의 어레이식 컨버터 모듈을 포함하고, 상기 어레이식 컨버터 모듈의 각각은 에너지 소스를 포함하고 상기 에너지 소스로부터 양의 DC 출력 전압, 제로 출력 전압, 또는 음의 DC 출력 전압을 선택적으로 출력하도록 제어 가능함 - 를 제어하는 단계; 및
제1 상호 접속 모듈의 제1 배터리로부터 상기 EV의 제1 보조 부하로 전력을 공급하도록 상기 제1 상호 접속 모듈 - 상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제1 어레이 및 상기 세 개의 컨버터 모듈 어레이 중 제2 어레이와 전기적으로 커플링되고, 상기 제1 상호 접속 모듈은 상기 제1 배터리 및 상기 제1 배터리로부터 상기 제1 보조 부하로 전력을 공급하기 위한 포트를 포함함 - 을 제어하는 단계
를 포함하는, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법. - 제236항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계는:
상기 제1 배터리로부터 상기 제1 보조 부하로 공급되는 상기 전력을 제어하도록 상기 제1 상호 접속 모듈의 제1 스위치 회로부를 제어하는 단계를 포함하는 것인, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법. - 제237항에 있어서,
상기 제1 배터리로부터 상기 제1 보조 부하로 공급되는 상기 전력을 제어하도록 상기 제1 스위치 회로부를 제어하기 위해 상기 제1 상호 접속 모듈로부터의 측정 신호를 사용하는 단계
를 더 포함하는, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법. - 제238항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈로부터의 상기 측정 신호를 사용하는 단계는:
상기 제1 보조 부하에 공급되는 상기 전력을 제어하도록 상기 제1 스위치 회로부를 제어하기 위해 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 생성하기 위한 기준으로서 상기 측정 신호를 사용하는 단계를 포함하는 것인, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법. - 제239항에 있어서,
상기 제1 상호 접속 모듈은:
상기 제1 인덕터가 상기 제1 배터리에 스위칭 가능하게 커플링되도록 상기 제1 스위치 회로부와 전기적으로 커플링되는 제1 인덕터를 포함하되, 상기 제1 인덕터는 상기 포트와 전기적으로 커플링되고 상기 제1 배터리로부터 상기 제1 인덕터를 통해 상기 제1 보조 부하로 전력이 공급되는 것인, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법. - 제240항에 있어서,
상기 제1 배터리로부터 상기 EV의 제2 보조 부하로 전력을 공급하도록 상기 제1 상호 접속 모듈을 제어하는 단계를 더 포함하되, 상기 제2 상호 접속 모듈은 상기 제1 배터리로부터 상기 제2 보조 부하로 전력을 공급하기 위한 제2 포트를 포함하는 것인, 모듈형 배터리 팩 시스템으로부터 전기 차량(EV)으로 전력을 공급하는 방법.
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