KR20230076831A - 모듈 기반 캐스케이디드 에너지 시스템에서 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법 - Google Patents

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루즈베 나데리
미카일 슬렙첸코프
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티에이이 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

모듈식 에너지 시스템의 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법의 예시적인 실시예가 제공된다. 실시예는 광범위한 모듈식 캐스케이디드 토폴로지의 광범위한 이동식 및 고정식 애플리케이션에 사용될 수 있다. 실시예는 모듈에 대해 수집되거나 결정된 상태 정보를 나타내는 모듈 상태 값의 생성을 포함할 수 있다. 모듈 상태 값은 시스템에 의해 밸런싱되도록 추구되는 하나 이상의 동작 특성과 관련되므로 각 모듈의 상태에 대한 중간 정량적 표현일 수 있다. 이 중간 정량적 표현은 그 후 모듈에 대한 변조 지수의 생성에 사용될 수 있으며, 이 변조 지수는 그 후 시스템의 제어 및 밸런싱을 위해 펄스 폭 변조와 같은 보다 큰 제어 기술의 일부로서 사용될 수 있다.

Description

모듈 기반 캐스케이디드 에너지 시스템에서 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법
본 출원은 2020년 9월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제63/085,628호의 이익 및 우선권을 주장하며, 이 가출원은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
본원에 기술된 주제는 일반적으로 이동식 및 고정식 애플리케이션에서 사용 가능한 모듈 기반 캐스케이디드 에너지 시스템에서 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법에 관한 것이다.
다수의 에너지 소스 또는 에너지 싱크를 가진 에너지 시스템은 많은 산업에서 일반적이다. 한 가지 예가 자동차 산업이다. 지난 세기 동안 발전한 오늘날의 자동차 기술은 특히 모터, 기계 요소, 및 전자 장치의 상호 작용을 특징으로 하고 있다. 이들은 차량 성능과 운전자 경험에 영향을 미치는 핵심 구성 요소이다. 모터는 연소 또는 전기 유형이며, 거의 모든 경우에 모터의 회전 에너지는 클러치, 트랜스미션, 디프렌셜(differential), 드라이브 샤프트, 토크 튜브, 커플러 등과 같은 고도로 정교한 기계 요소의 세트를 통해 전달된다. 이들 부품은 휠에 대한 높은 정도의 토크 변환과 동력 분배를 제어하고, 자동차 및 도로 핸들링의 성능을 정의한다.
전기 차량(EV)은 특히 배터리 팩, 충전기 및 모터 제어를 비롯한 드라이브트레인과 관련된 다양한 전기 시스템을 포함한다. 고전압 배터리 팩은 일반적으로 저전압 배터리 모듈의 직렬 체인으로 구성된다. 이러한 각 모듈은 직렬 연결된 개별 셀의 세트와 충전 및 전압 상태와 같은 기본 셀 관련 특성을 조절하기 위한 간단한 내장 배터리 관리 시스템(battery management system)(BMS)을 더 포함한다. 보다 정교한 기능이나 어떤 형태의 스마트한 상호 연결성을 갖춘 전자 장치는 없다. 결과적으로, 모든 모니터링 또는 제어 기능은, 차량 내의 다른 곳에 존재하더라도, 개별 셀 건전성 상태, 충전 상태, 온도, 및 다른 성능에 영향을 미치는 메트릭을 모니터링하는 기능이 부족하다면, 별도의 시스템에 의해 처리된다. 또한 어떤 형태로든 개별 셀당 전력 소모량을 의미 있게 조정할 수 있는 기능도 없다. 주요 결과 중 일부는: (1) 가장 약한 셀은 전체 배터리 팩의 전반적인 성능을 제한하며, (2) 임의의 셀 또는 모듈의 고장은 전체 팩의 교체의 필요성을 초래하며, (3) 배터리 신뢰성과 안전성이 상당히 감소되며, (4) 배터리 수명이 제한되며, (5) 열 관리가 어려우며, (6) 배터리 팩이 항상 최대 용량 미만으로 작동하며, (7) 회생 제동에 의해 유도된 갑작스러운 유입 전력은 배터리에 쉽게 저장될 수 없으며, 덤프 저항기를 통한 소산을 필요로 한다는 것이다.
EV용 충전 회로는 일반적으로 별도의 온보드 시스템에서 구현된다. 이들 충전 회로는 AC 신호 또는 DC 신호의 형태로 EV 외부에서 오는 전력을 스테이징(stage)하고, 이를 DC로 변환하여 배터리 팩에 공급한다. 충전 시스템은 전압과 전류를 모니터링하고, 일반적으로 안정적이고 일정한 피드(steady constant feed)를 공급한다. 배터리 팩과 일반적인 충전 회로의 설계를 고려할 때, 셀 건전성 상태, 성능 특성, 온도 등에 기반하여 개별 배터리 모듈에 맞게 충전 흐름을 조정할 수 있는 능력은 거의 없다. 충전 시스템과 배터리 팩에는 펄스 충전을 허용하는 회로부 또는 달성 가능한 충전 전달 또는 총 충전을 최적화하는 다른 기술이 없기 때문에 충전 사이클이 또한 일반적으로 길다.
기존 제어에는 배터리 팩 전압 레벨을 EV 전기 시스템의 버스 전압으로 조정하기 위한 DC-DC 변환 스테이지가 포함되어 있다. 그런 다음 모터는 전기 모터에 필요한 AC 신호(들)를 제공하는 간단한 2-레벨 다상 변환기에 의해 구동된다. 각 모터는 전통적으로 3상 설계로 모터를 구동하는 별도의 컨트롤러에 의해 제어된다. 듀얼 모터 EV에는 2개의 컨트롤러가 필요하지만, 4개의 인휠 모터를 사용하는 EV에는 4개의 개별 컨트롤러가 필요할 것이다. 기존의 컨트롤러 설계에는 더 많은 수의 폴 피스(pole piece)를 특징으로 하는 스위치 릴럭턴스 모터(switch reluctance motor)(SRM)와 같은 차세대 모터를 구동하는 능력도 부족하다. 적응에는 더 높은 위상 설계가 필요하므로, 시스템이 더 복잡해지고, 궁극적으로는 높은 토크 리플 및 음향 소음과 같은 전기 소음 및 주행 성능을 해결하지 못할 것이다.
이러한 결함 중 많은 부분이 자동차뿐만 아니라 다른 모터 구동 차량에도 적용되고, 고정식 애플리케이션에도 상당한 정도로 적용된다. 이러한 이유 및 기타 이유로, 이동식 및 고정식 애플리케이션을 위한 에너지 시스템에 대한 개선된 시스템, 디바이스, 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본원에서는 모듈식 에너지 시스템의 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법의 예시적인 실시예가 제공된다. 예시적인 실시예는 광범위한 모듈식 캐스케이디드 토폴로지의 광범위한 이동식 및 고정식 애플리케이션에 사용될 수 있다. 예시적인 실시예는 모듈에 대해 수집되거나 결정된 상태 정보를 나타내는 모듈 상태 값의 생성을 포함할 수 있다. 모듈 상태 값은 시스템에 의해 밸런싱되도록 추구되는 하나 이상의 동작 특성과 관련되므로 각 모듈의 상태에 대한 중간 정량적 표현(intermediate quantitative representation)일 수 있다. 실시예는 임계치를 활용하여 모듈의 동작 특성의 심각도를 구분할 수 있으며, 충전 상태 및 온도와 같은 다수의 그러한 동작 특성에 독립적으로 가중치를 부여하여, 전체 모듈 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 생성할 수 있다. 이 중간 정량적 표현은 그 후 모듈에 대한 변조 지수의 생성에 사용될 수 있으며, 이 변조 지수는 그 후 시스템의 제어 및 밸런싱을 위해 펄스 폭 변조와 같은 보다 큰 제어 기술의 일부로서 사용될 수 있다. 예시적인 실시예는 또한 어레이의 전체 건전성 상태의 표현을 생성하기 위한 모듈 상태 값의 활용을 가능하게 하며, 이러한 어레이는 그 후 상호 연결 모듈로부터의 공통 모드 주입 또는 에너지 주입과 같은 위상 간 밸런싱 기술을 사용하여 위상 간 밸런싱을 수행할 목적으로 시스템의 다른 어레이와 비교될 수 있다.
본원에 기술된 주제의 다른 시스템, 디바이스, 방법, 특징 및 이점은 다음의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 당업자에게는 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 설명 내에 포함되고, 본원에 기술된 주제의 범위 내에 있고, 그리고 첨부된 청구항에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 청구항에 예시적인 실시예의 특징에 대한 명시적인 언급이 없는 한, 어떠한 방식으로도 예시적인 실시예의 특징이 첨부된 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
구조 및 동작에 대해 본원에 기술된 주제의 세부사항은 동일한 참조 번호가 동일한 부분을 나타내는 첨부된 도면을 연구함으로써 명백할 수 있다. 도면에서의 구성 요소들은 반드시 일정한 비율일 필요는 없으며, 대신에, 본 주제의 원리를 설명하는 것에 대해서는 강조가 이루어진다. 또한, 모든 도면은 개념을 전달하기 위한 것이며, 여기서 상대적인 크기, 형상 및 기타 세부 속성은 문자 그대로 또는 정확하게 설명하기보다는 도식적으로 설명될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 1d 내지 도 1e는 에너지 시스템을 위한 제어 디바이스의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 1f 내지 도 1g는 부하 및 충전 소스와 결합된 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2b는 에너지 시스템 내의 모듈 및 제어 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 2c는 모듈의 물리적 구성의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 2d는 모듈식 에너지 시스템의 물리적 구성의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 전기적 구성을 갖는 모듈의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 4a 내지 도 4f는 에너지 소스의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 에너지 버퍼의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 6a 내지 도 6c는 변환기의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 7a 내지 도 7e는 다양한 토폴로지를 갖는 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 8a는 모듈의 예시적인 출력 전압을 도시하는 플롯이다.
도 8b는 모듈 어레이의 예시적인 멀티레벨 출력 전압을 도시하는 플롯이다.
도 8c는 펄스 폭 변조 제어 기술에서 사용 가능한 예시적인 기준 신호 및 캐리어 신호를 도시하는 플롯이다.
도 8d는 펄스 폭 변조 제어 기술에서 사용 가능한 예시적인 기준 신호 및 캐리어 신호를 도시하는 플롯이다.
도 8e는 펄스 폭 변조 제어 기술에 따라 생성된 예시적인 스위치 신호를 도시하는 플롯이다.
도 8f는 펄스 폭 변조 제어 기술 하에서 모듈 어레이로부터의 출력 전압의 중첩에 의해 생성된 예시적인 멀티레벨 출력 전압을 도시하는 플롯이다.
도 9a 내지 도 9b는 모듈식 에너지 시스템을 위한 컨트롤러의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 9c는 모듈식 에너지 시스템을 위한 위상 내 컨트롤러의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 9d는 모듈식 에너지 시스템을 위한 위상 간 컨트롤러의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 10a는 상호 연결 모듈을 갖는 다상 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 10b는 도 10a의 다상 실시예에서 상호 연결 모듈의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 10c는 상호 연결 모듈에 의해 함께 연결된 2개의 서브시스템을 갖는 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 10d는 보조 부하를 공급하는 상호 연결 모듈을 갖는 3상 모듈식 에너지 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 10e는 도 10d의 다상 실시예에서 상호 연결 모듈의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 10f는 보조 부하를 공급하는 상호 연결 모듈을 갖는 3상 모듈식 에너지 시스템의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
본 주제를 상세히 설명하기 전에, 본 개시내용이 설명된 특정 실시예에 제한되지 않으며, 물론 그 자체가 다양할 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시내용의 범위가 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이므로, 본원에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 제한적인 것으로 의도되지는 않는다.
애플리케이션의 예
고정식 애플리케이션은 모듈식 에너지 시스템이 사용 중 고정된 장소에 위치하지만, 사용하지 않을 때는 대체 장소로 이송될 수 있는 애플리케이션이다. 모듈 기반 에너지 시스템은 정적인 장소에 상주하면서 하나 이상의 다른 엔티티가 소비할 전기 에너지를 제공하거나, 나중의 소비를 위해 에너지를 저장하거나 버퍼링한다. 본원에 개시된 실시예가 사용될 수 있는 고정식 애플리케이션의 예는: 하나 이상의 주거용 구조물 또는 현장에 의해 또는 그 내에서 사용되는 에너지 시스템, 하나 이상의 산업 구조물 또는 현장에 의해 또는 그 내에서 사용되는 에너지 시스템, 하나 이상의 상업용 구조물 또는 현장에 의해 또는 그 내에서 사용되는 에너지 시스템, 하나 이상의 정부 구조물 또는 현장에 의해 또는 그 내에서 사용되는 에너지 시스템(군사 및 비군사 용도 모두를 포함함), 아래에 설명된 이동식 애플리케이션을 충전하기 위한 에너지 시스템(예컨대, 충전 소스 또는 충전 스테이션), 및 태양열, 풍력, 지열 에너지, 화석 연료, 또는 핵 반응을 전기로 변환하여 저장하는 시스템을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 고정식 애플리케이션은 종종 그리드 및 마이크로그리드, 모터 및 데이터 센터와 같은 부하를 공급한다. 고정식 에너지 시스템은 저장 또는 비저장 역할로 사용될 수 있다.
때로는 견인 애플리케이션이라고 지칭되기도 하는 이동식 애플리케이션은 일반적으로, 모듈 기반 에너지 시스템이 엔티티에 위치하거나 엔티티 내에 위치하며, 전기 에너지를 저장하고 제공하여 모터에 의한 원동력으로 변환함으로써 해당 엔티티를 이동시키거나 이동시키는 데 도움이 되도록 하는 애플리케이션이다. 본원에 개시된 실시예가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는 육상 또는 지하, 해상 또는 해저, 육지 또는 바다 위에서 그리고 육지 또는 바다와 접촉하지 않게(예컨대, 공중에서 비행하거나 호버링하는), 또는 우주 공간을 통해 이동하는 전기 및/또는 하이브리드 엔티티를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 본원에 개시된 실시예가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는 차량, 기차, 트램, 선박, 대형 선박, 항공기 및 우주선을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 본원에 개시된 실시예가 함께 사용될 수 있는 이동식 차량의 예는 휠 또는 트랙이 하나만 있는 차량, 휠 또는 트랙이 2개만 있는 차량, 휠 또는 트랙이 3개만 있는 차량, 휠 또는 트랙이 4개만 있는 차량, 휠 또는 트랙이 5개 이상인 차량을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 본원에 개시된 실시예가 함께 사용될 수 있는 이동식 엔티티의 예는 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 스쿠터, 산업 차량, 광산 차량, 비행 차량(예컨대, 비행기, 헬리콥터, 드론 등), 해상 선박(예컨대, 상업용 선박, 선박, 요트, 보트, 또는 기타 워터크래프트), 잠수함, 기관차 또는 철도 기반 차량(예컨대, 기차, 트램 등), 군용 차량, 우주선, 인공위성을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 실시예를 설명함에 있어서, 특정 고정식 애플리케이션(예컨대, 그리드, 마이크로그리드, 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅 환경) 또는 이동식 애플리케이션(예컨대, 전기차)을 참조할 수 있다. 이러한 참조는 설명을 쉽게 하기 위해 행해지며, 특정 실시예가 해당 특정 이동식 또는 고정식 애플리케이션에만 사용하도록 제한된다는 것을 의미하지는 않는다. 모터에 전력을 공급하는 시스템의 실시예는 이동식 및 고정식 애플리케이션 모두에서 사용될 수 있다. 특정 구성이 다른 것보다 일부 애플리케이션에 더 적합할 수 있지만, 본원에 개시된 모든 예시적인 실시예는 달리 언급되지 않는 한 이동식 및 고정식 애플리케이션 모두에서 사용할 수 있다.
모듈 기반 에너지 시스템의 예
도 1a는 모듈 기반 에너지 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 여기서, 시스템(100)은 각각 통신 경로 또는 링크(106-1 내지 106-N)를 통해 N개의 변환기 소스 모듈(108-1 내지 108-N)과 통신가능하게 결합된 제어 시스템(102)을 포함한다. 모듈(108)은, 에너지를 저장하고, 필요에 따라 부하(101)(또는 다른 모듈(108))에 에너지를 출력하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 2개 이상의 모듈(108) 중 임의의 수의 모듈이 사용될 수 있다(예컨대, N은 2 이상이다). 이들 모듈(108)은 도 7a 내지 도 7e와 관련하여 보다 상세히 설명되는 바와 같이 다양한 방식으로 서로 연결될 수 있다. 설명을 쉽게 하기 위해, 도 1a 내지 도 1c에서, 이들 모듈(108)은 직렬로 또는 1차원 어레이로 연결된 것으로 도시되며, 여기서 N번째 모듈은 부하(101)에 결합된다.
시스템(100)은 부하(101)에 전력을 공급하도록 구성된다. 부하(101)는 모터 또는 그리드와 같은 임의의 유형의 부하일 수 있다. 시스템(100)은 또한 충전 소스로부터 수신된 전력을 저장하도록 구성된다. 도 1f는 충전 소스(150)로부터 전력을 수신하기 위한 전력 입력 인터페이스(151) 및 부하(101)에 전력을 출력하기 위한 전력 출력 인터페이스를 갖는 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 실시예에서, 시스템(100)은 인터페이스(152)를 통해 전력을 출력함과 동시에 인터페이스(151)를 통해 전력을 수신하고 저장할 수 있다. 도 1g는 스위칭 가능한 인터페이스(154)를 갖는 시스템(100)의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 실시예에서, 시스템(100)은 충전 소스(150)로부터 전력을 수신하는 것과 부하(101)에 전력을 출력하는 것 사이에서 선택하거나 선택하도록 지시받을 수 있다. 시스템(100)은 1차 부하 및 보조 부하 모두를 포함하는 다수의 부하(101)를 공급하고/하거나 다수의 충전 소스(150)(예컨대, 유틸리티 운영 전력 그리드 및 로컬 재생 에너지 소스(예컨대, 태양열))로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 1b는 시스템(100)의 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 여기서, 제어 시스템(102)은 각각 통신 경로 또는 링크(115-1 내지 115-N)를 통해 N개의 상이한 로컬 제어 디바이스(LCD)(114-1 내지 114-N)와 통신가능하게 결합된 마스터 제어 디바이스(MCD)(112)로서 구현된다. 각각의 LCD(114-1 내지 114-N)는 각각 통신 경로 또는 링크(116-1 내지 116-N)를 통해 하나의 모듈(108-1 내지 108-N)과 통신가능하게 결합되므로, LCD(114)와 모듈(108) 사이에는 1:1 관계가 있다.
도 1c는 시스템(100)의 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 여기서, MCD(112)는 각각 통신 경로 또는 링크(115-1 내지 115-M)를 통해 M개의 상이한 LCD(114-1 내지 114-M)와 통신가능하게 결합된다. 각각의 LCD(114)는 2개 이상의 모듈(108)과 결합되어 이를 제어할 수 있다. 여기에 도시된 예에서, 각각의 LCD(114)는 2개의 모듈(108)과 통신가능하게 결합되므로, M개의 LCD(114-1 내지 114-M)는 각각 통신 경로 또는 링크(116-1 내지 116-2M)를 통해 2M개의 모듈(108-1 내지 108-2M)과 결합된다.
제어 시스템(102)은 전체 시스템(100)에 대한 단일 디바이스(예컨대, 도 1a)로서 구성될 수 있거나 다수의 디바이스(예컨대, 도 1b 내지 도 1c)에 걸쳐 분산되거나 다수의 디바이스(예컨대, 도 1b 내지 도 1c)로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(102)은 모듈(108)과 연관된 LCD(114) 사이에 분산될 수 있으므로, MCD(112)는 필요하지 않고, 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
제어 시스템(102)은 소프트웨어(처리 회로부에 의해 실행가능한 메모리에 저장된 인스트럭션), 하드웨어, 또는 이들의 조합을 사용하여 제어를 실행하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(102)의 하나 이상의 디바이스는 본원에 도시된 바와 같이 처리 회로부(120) 및 메모리(122)를 각각 포함할 수 있다. 처리 회로부 및 메모리의 예시적인 구현예는 아래에서 더 설명된다.
제어 시스템(102)은 통신 링크 또는 경로(105)를 통해 시스템(100) 외부의 디바이스(104)와 통신하기 위한 통신 인터페이스를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(102)(예컨대, MCD(112))은 시스템(100)에 관한 데이터 또는 정보를 다른 제어 디바이스(104)(예컨대, 이동식 애플리케이션의 차량의 전자 제어 유닛(ECU) 또는 모터 제어 유닛(MCU), 고정식 애플리케이션의 그리드 컨트롤러 등)에 출력할 수 있다.
통신 경로 또는 링크(105, 106, 115, 116, 및 118)(도 2b)는 각각 데이터 또는 정보를 양방향으로, 병렬 또는 직렬 방식으로 통신하는 유선(예컨대, 전기적, 광학적) 또는 무선 통신 경로일 수 있다. 데이터는 표준화된(예컨대, IEEE, ANSI) 또는 커스텀(예컨대, 독점) 형식으로 전달될 수 있다. 자동차 애플리케이션에서, 통신 경로(115)는 FlexRay 또는 CAN 프로토콜에 따라 통신하도록 구성될 수 있다. 통신 경로(106, 115, 116, 및 118)는 또한 하나 이상의 모듈(108)로부터 시스템(102)에 대한 동작 전력을 직접 공급하기 위해 유선 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 각각의 LCD(114)에 대한 동작 전력은 LCD(114)가 연결된 하나 이상의 모듈(108)에 의해서만 공급될 수 있고, MCD(112)에 대한 동작 전력은 하나 이상의 모듈(108)로부터 (예컨대, 자동차의 전력 네트워크를 통해) 간접적으로 공급될 수 있다.
제어 시스템(102)은 동일하거나 상이한 하나 이상의 모듈(108)로부터 수신된 상태 정보에 기반하여 하나 이상의 모듈(108)을 제어하도록 구성된다. 제어는 또한 부하(101)의 요구사항과 같은 하나 이상의 다른 요인을 기반으로 할 수도 있다. 제어가능한 측면은 각 모듈(108)의 전압, 전류, 위상, 및/또는 출력 전력 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
시스템(100)의 모든 모듈(108)의 상태 정보는 제어 시스템(102)으로 전달될 수 있으며, 이로부터 시스템(102)은 모든 모듈(108-1...108-N)을 독립적으로 제어할 수 있다. 다른 변형도 가능하다. 예를 들어, 특정 모듈(108)(또는 모듈(108)의 서브세트)은 해당 특정 모듈(108)(또는 서브세트)의 상태 정보에 기반하여, 해당 특정 모듈(108)(또는 서브세트)이 아닌 상이한 모듈(108)의 상태 정보에 기반하여, 해당 특정 모듈(108) 이외의 모든 모듈(108)의 상태 정보(또는 해당 특정 모듈(108)(또는 서브세트)의 상태 정보 및 해당 특정 모듈(108)(또는 서브세트)이 아닌 적어도 하나의 다른 모듈(108)의 상태 정보에 기반한 서브세트)에 기반하여, 또는 시스템(100)의 모든 모듈(108)의 상태 정보에 기반하여 제어될 수 있다.
상태 정보는 각 모듈(108)의 하나 이상의 측면, 특성, 또는 파라미터에 대한 정보일 수 있다. 상태 정보의 유형은 모듈(108) 또는 그 하나 이상의 컴포넌트(예컨대, 에너지 소스, 에너지 버퍼, 변환기, 모니터 회로부)의 다음의 측면: 모듈의 하나 이상의 에너지 소스의 충전 상태(State of Charge)(SOC)(예컨대, 하나 이상의 에너지 소스의 용량에 대한 에너지 소스의 충전 레벨, 예를 들어, 비율 또는 백분율), 모듈의 하나 이상의 에너지 소스의 건전성 상태(State of Health)(SOH)(예컨대, 하나 이상의 에너지 소스의 이상적인 상태와 비교한 에너지 소스의 상태의 성능 지수, 모듈의 하나 이상의 에너지 소스 또는 다른 컴포넌트의 온도, 모듈의 하나 이상의 에너지 소스의 용량, 모듈의 하나 이상의 에너지 소스 및/또는 다른 컴포넌트의 전압, 모듈의 하나 이상의 에너지 소스 및/또는 다른 컴포넌트의 전류, 및/또는 모듈의 임의의 하나 이상의 컴포넌트에 결함이 없는지 여부를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
LCD(114)는, 각 모듈(108)로부터 상태 정보를 수신하거나, 각 모듈(108)로부터 또는 각 모듈(108) 내에 수신된 모니터링된 신호 또는 데이터로부터 상태 정보를 결정하고, 해당 정보를 MCD(112)로 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 LCD(114)는 원시 수집 데이터를 MCD(112)로 전달할 수 있고, MCD(112)는 그 원시 데이터에 기반하여 상태 정보를 알고리즘 방식으로 결정한다. MCD(112)는 그 후 모듈(108)의 상태 정보를 사용하여 그에 따른 제어 결정을 내릴 수 있다. 이러한 결정은 각 모듈(108)의 동작을 유지하거나 조정하기 위해 LCD(114)에 의해 이용될 수 있는 인스트럭션, 커맨드, 또는 다른 정보(예를 들어, 본원에 기술된 변조 지수)의 형태를 취할 수 있다.
예를 들어, MCD(112)는 상태 정보를 수신하고, 그 정보를 평가하여 적어도 하나의 모듈(108)(예컨대, 그 컴포넌트)과 적어도 하나 이상의 다른 모듈(108)(예컨대, 그와 유사한 컴포넌트) 사이의 차이를 결정할 수 있다. 예를 들어, MDC(112)는 특정 모듈(108)이 하나 이상의 다른 모듈(108)과 비교하여 다음의 상태: 즉, 상대적으로 낮거나 높은 SOC, 상대적으로 낮거나 높은 SOH, 상대적으로 낮거나 높은 용량, 상대적으로 낮거나 높은 전압, 상대적으로 낮거나 높은 전류, 상대적으로 낮거나 높은 온도, 또는 결함이 있거나 없는 상태 중 하나로 동작하고 있다고 결정할 수 있다. 이러한 예에서, MCD(112)는 해당 특정 모듈(108)의 관련 측면(예컨대, 출력 전압, 전류, 전력, 온도)이 (상태에 따라) 감소 또는 증가되게 하는 제어 정보를 출력할 수 있다. 이러한 방식으로, (예컨대, 상대적으로 낮은 SOC 또는 높은 온도에서 동작하는) 아웃라이어 모듈(108)의 활용도는 해당 모듈(108)의 관련 파라미터(예컨대, SOC 또는 온도)가 하나 이상의 다른 모듈(108)의 파라미터로 향해 수렴하도록 감소될 수 있다.
특정 모듈(108)의 동작을 조정할지 여부에 대한 결정은 상태 정보를 미리 결정된 임계치, 한계치, 또는 상태와 비교하여 이루어질 수 있지만, 반드시 다른 모듈(108)의 상태와 비교할 필요는 없다. 미리 결정된 임계치, 한계치, 또는 상태는 정적 임계치, 한계치, 또는 상태, 예를 들어, 사용 중에 변경되지 않는 제조업체에 의해 설정된 것과 같은 것일 수 있다. 미리 결정된 임계치, 한계치, 또는 상태는 사용 중에 변경이 허용되거나 변경되는 동적 임계치, 한계치, 또는 상태일 수 있다. 예를 들어, MCD(112)는 해당 모듈(108)에 대한 상태 정보가 해당 모듈(108)이 미리 결정된 임계치 또는 한계치를 벗어난 상태에서(예컨대, 초과 또는 미만) 또는 허용가능한 동작 상태의 미리 결정된 범위를 벗어난 상태에서 동작 중인 것으로 표시하는 경우 모듈(108)의 동작을 조정할 수 있다. 유사하게, MCD(112)는 해당 모듈(108)에 대한 상태 정보가 실제 또는 잠재적 결함(예컨대, 경보 또는 경고)의 존재를 나타내거나 실제 또는 잠재적 결함의 부재 또는 제거를 나타내는 경우 모듈(108)의 동작을 조정할 수 있다. 결함의 예는 컴포넌트의 실제 오류, 컴포넌트의 잠재적 오류, 단락 또는 다른 과도한 전류 상태, 개방 회로, 과도한 전압 상태, 통신 수신 오류, 손상된 데이터 수신 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 결함의 유형 및 심각도에 따라, 모듈 손상을 방지하기 위해 결함이 있는 모듈의 활용도를 낮추거나 모듈의 활용도를 완전히 중단할 수 있다.
MCD(112)는 시스템(100) 내의 모듈(108)을 제어하여 원하는 목표를 달성하거나 이를 향해 수렴할 수 있다. 이러한 목표는, 예를 들어, 서로에 대해 동일하거나 유사한 레벨에서, 또는 미리 결정된 임계치, 한계치, 또는 상태 내에서 모든 모듈(108)의 동작일 수 있다. 이 프로세스는 또한 모듈(108)의 동작 또는 동작 특성에서 밸런싱 또는 밸런스를 달성하기 위한 모색이라고 지칭되기도 한다. 본원에서 사용되는 "밸런스"라는 용어는 모듈(108) 또는 그 컴포넌트 사이의 절대적인 동등성을 요구하는 것이 아니라, 오히려 넓은 의미에서는 존재할 수도 있을 모듈(108) 사이의 동작의 차이를 능동적으로 감소시키는 데 시스템(100)의 동작이 사용될 수 있음을 전달하기 위해 사용된다.
MCD(112)는 LCD(114)와 연관된 모듈(108)을 제어하기 위한 제어 정보를 LCD(114)에 전달할 수 있다. 이러한 제어 정보는, 예를 들어, 본원에 설명된 바와 같은 변조 지수 및 기준 신호, 변조된 기준 신호 등일 수 있다. 각각의 LCD(114)는 관련 모듈(들)(108) 내의 하나 이상의 컴포넌트(예컨대, 변환기)의 동작을 제어하는 스위치 신호를 생성하기 위해 제어 정보를 사용할(예컨대, 수신 및 처리할) 수 있다. 일부 실시예에서, MCD(112)는 스위치 신호를 직접 생성하고 이를 LCD(114)로 출력하며, LCD(114)는 스위치 신호를 의도된 모듈 컴포넌트로 릴레이한다.
제어 시스템(102)의 전부 또는 일부는 이동식 또는 고정식 애플리케이션의 하나 이상의 다른 측면을 제어하는 시스템 외부 제어 디바이스(104)와 조합될 수 있다. 이 공유 또는 공통 제어 디바이스(또는 서브시스템)에 통합될 때, 시스템(100)의 제어는, 예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션이 공유 디바이스의 하드웨어 또는 이들의 조합과 함께 공유 디바이스의 처리 회로부에 의해 실행되는 것과 같이, 임의의 원하는 방식으로 구현될 수 있다. 외부 제어 디바이스(104)의 불완전한 예는: 하나 이상의 다른 차량 기능(예컨대, 모터 제어, 운전자 인터페이스 제어, 견인 제어 등)에 대한 제어 능력을 갖는 차량 ECU 또는 MCU; 하나 이상의 다른 전력 관리 기능(예컨대, 부하 인터페이스, 부하 전력 요구사항 예측, 전송 및 스위칭, 충전 소스(예컨대, 디젤, 태양열, 풍력)와의 인터페이스, 충전 소스 전력 예측, 백업 소스 모니터링, 자산 발송 등)에 대한 책임을 갖는 그리드 또는 마이크로그리드 컨트롤러; 및 데이터 센터 제어 서브시스템(예컨대, 환경 제어, 네트워크 제어, 백업 제어 등)을 포함한다.
도 1d 및 도 1e는 제어 시스템(102)이 구현될 수 있는 공유 또는 공통 제어 디바이스(또는 시스템)(132)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 도 1d에서, 공통 제어 디바이스(132)는 마스터 제어 디바이스(112) 및 외부 제어 디바이스(104)를 포함한다. 마스터 제어 디바이스(112)는 경로(115)를 통해 LCD(114)와 통신하기 위한 인터페이스(141) 및 내부 통신 버스(136)를 통해 외부 제어 디바이스(104)와 통신하기 위한 인터페이스(142)를 포함한다. 외부 제어 디바이스(104)는 버스(136)를 통해 마스터 제어 디바이스(112)와 통신하기 위한 인터페이스(143) 및 통신 경로(136)를 통해 전체 애플리케이션의 다른 엔티티(예컨대, 차량 또는 그리드의 컴포넌트)와 통신하기 위한 인터페이스(144)를 포함한다. 일부 실시예에서, 공통 제어 디바이스(132)는 공통 하우징 또는 패키지로서, 내부에 포함된 개별 집적 회로(IC) 칩 또는 패키지로서 구현된 디바이스(112 및 104)와 함께 통합될 수 있다.
도 1e에서, 외부 제어 디바이스(104)는 공통 제어 디바이스(132)로서 작용하며, 마스터 제어 기능은 디바이스(104) 내의 컴포넌트로서 구현된다. 이 컴포넌트(112)는, 디바이스(104)의 메모리 내에 저장 및/또는 하드코딩되고 그 처리 회로부에 의해 실행되는 소프트웨어 또는 다른 프로그램 인스트럭션일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 컴포넌트는 또한 전용 하드웨어를 포함할 수 있다. 컴포넌트는 외부 제어 디바이스(104)의 동작 소프트웨어와 통신하기 위한 하나 이상의 내부 하드웨어 및/또는 소프트웨어 인터페이스(예컨대, 애플리케이션 프로그램 인터페이스(API))를 갖는 자급식 모듈 또는 코어일 수 있다. 외부 제어 디바이스(104)는 인터페이스(141)를 통한 LCD(114)와의 통신 및 인터페이스(144)를 통한 다른 디바이스와의 통신을 관리할 수 있다. 다양한 실시예에서, 디바이스(104/132)는 단일 IC 칩으로 통합될 수 있거나, 단일 패키지 내의 다수의 IC 칩으로 통합될 수 있거나, 또는 공통 하우징 내의 다수의 반도체 패키지로 통합될 수 있다.
도 1d 및 도 1e의 실시예에서, 시스템(102)의 마스터 제어 기능은 공통 디바이스(132)에서 공유되지만, 공유 제어의 다른 분할은 허용된다. 예를 들어, 마스터 제어 기능의 일부는 공통 디바이스(132)와 전용 MCD(112) 사이에 분산될 수 있다. 다른 예에서, 마스터 제어 기능 및 로컬 제어 기능의 적어도 일부는 (예컨대, LCD(114)에서 구현된 나머지 로컬 제어 기능과 함께) 공통 디바이스(132) 내에 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 제어 시스템(102)은 공통 디바이스(또는 시스템)(132) 내에 구현된다. 일부 실시예에서, 로컬 제어 기능은 배터리 관리 시스템(BMS)과 같은 각 모듈(108)의 다른 컴포넌트와 공유되는 디바이스 내에 구현된다.
캐스케이디드 에너지 시스템 내 모듈의 예
모듈(108)은 하나 이상의 에너지 소스와 전력 전자 변환기 및 원하는 경우 에너지 버퍼를 포함할 수 있다. 도 2a 내지 도 2b는 전력 변환기(202), 에너지 버퍼(204), 및 에너지 소스(206)를 가진 모듈(108)을 갖는 시스템(100)의 추가 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 변환기(202)는 전압 변환기 또는 전류 변환기일 수 있다. 본원에서는 전압 변환기를 참조하여 실시예를 설명하지만, 실시예는 이에 제한되지는 않는다. 변환기(202)는 에너지 소스(204)로부터의 직류(DC) 신호를 교류(AC) 신호로 변환하고 이를 전력 연결부(110)(예컨대, 인버터)를 통해 출력하도록 구성될 수 있다. 변환기(202)는 또한 연결부(110)를 통해 AC 또는 DC 신호를 수신하고 이를 연속적인 또는 펄스 형태의 극성으로 에너지 소스(204)에 인가할 수 있다. 변환기(202)는 풀 브리지의 하프 브리지(H-브리지)와 같은 스위치(예컨대, 전력 트랜지스터)의 배열이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 변환기(202)는 스위치만을 포함하고, 변환기(및 모듈 전체)는 변압기를 포함하지 않는다.
변환기(202)는 또한(또는 대안적으로) AC 소스로부터 DC 에너지 소스를 충전하는 것과 같은 AC-DC 변환(예컨대, 정류기), DC-DC 변환, 및/또는 (예컨대, AC-DC 변환기와 조합되는) AC-AC 변환을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, AC-AC 변환을 수행하기 위해, 변환기(202)는 변압기를 단독으로 또는 하나 이상의 전력 반도체(예컨대, 스위치, 다이오드, 사이리스터 등)와 조합하여 포함할 수 있다. 무게와 비용이 중요한 요인인 것과 같은 다른 실시예에서, 변환기(202)는 전력 스위치, 전력 다이오드, 또는 다른 반도체 디바이스만으로 그리고 변압기 없이 변환을 수행하도록 구성될 수 있다.
에너지 소스(206)는 바람직하게는, 직류를 출력할 수 있고, 전기 구동 디바이스를 위한 에너지 저장 애플리케이션에 적합한 에너지 밀도를 갖는 견고한 에너지 저장 디바이스이다. 연료 전지는 단일 연료 전지, 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 연료 전지, 또는 연료 전지 모듈일 수 있다. 각각의 모듈에는 2개 이상의 에너지 소스가 포함될 수 있으며, 2개 이상의 에너지 소스는 동일하거나 다른 유형의 2개의 배터리, 동일하거나 다른 유형의 2개의 캐패시터, 동일하거나 다른 유형의 2개의 연료 전지, 하나 이상의 캐패시터 및/또는 연료 전지와 조합된 하나 이상의 배터리, 및 하나 이상의 연료 전지와 조합된 하나 이상의 캐패시터를 포함할 수 있다.
에너지 소스(206)는 단일 배터리 셀 또는 배터리 모듈 또는 어레이 내에 함께 연결된 다수의 배터리 셀, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 전기화학 배터리일 수 있다. 도 4a 내지 도 4d는 단일 배터리 셀(402)(도 4a), 4개의 셀(402)의 직렬 연결을 갖는 배터리 모듈(도 4b), 단일 셀(402)의 병렬 연결을 갖는 배터리 모듈(도 4c), 및 각각 2개의 셀(402)를 갖는 레그와 병렬 연결을 갖는 배터리 모듈(도 4d)로서 구성된 에너지 소스(206)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 배터리 유형의 예는 본원의 다른 곳에 설명되어 있다.
에너지 소스(206)는 또한 울트라캐패시터 또는 슈퍼캐패시터와 같은 고에너지 밀도(high energy density)(HED) 캐패시터일 수 있다. HED 캐패시터는 이중층 캐패시터(정전 전하 저장), 유사 캐패시터(전기화학 전하 저장), 하이브리드 캐패시터(정전기 및 전기화학), 또는 일반적인 전해 캐패시터의 고체 유전체 유형과 반대되는 것으로 구성될 수 있다. HED 캐패시터는 보다 높은 용량 외에도, 전해 캐패시터의 에너지 밀도의 10 내지 100배(또는 그 초과)의 에너지 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, HED 캐패시터는 킬로그램당 1.0와트시(Wh/kg)보다 큰 비에너지(specific energy)와 10 내지 100패럿(F)보다 큰 캐패시턴스를 가질 수 있다. 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 설명된 배터리와 같이, 에너지 소스(206)는 단일 HED 캐패시터 또는 어레이(예컨대, 직렬, 병렬, 또는 이들의 조합)로 함께 연결된 다수의 HED 캐패시터로서 구성될 수 있다.
에너지 소스(206)는 또한 연료 전지일 수 있다. 연료 전지의 예는 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC), 인산 연료 전지(PAFC), 고체 산성 연료 전지, 알칼리성 연료 전지, 고온 연료 전지, 고체 산화물 연료 전지, 용융 전해질 연료 전지 등을 포함한다. 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 설명된 배터리와 같이, 에너지 소스(206)는 단일 연료 전지 또는 어레이(예컨대, 직렬, 병렬, 또는 이들의 조합)로 함께 연결된 다수의 연료 전지로서 구성될 수 있다. 전술한 배터리, 캐패시터, 및 연료 전지의 예는 완전한 목록을 형성하려는 것이 아니며, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 주제의 범위 내에 속하는 다른 변형을 인식할 것이다.
에너지 버퍼(204)는 DC 라인 또는 링크(예컨대, 후술되는 +VDCL 및 -VDCL)에 걸쳐 전류의 변동을 댐핑하거나 필터링하여, DC 링크 전압의 안정성을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다. 이들 변동은 변환기(202)의 스위칭 또는 다른 과도 현상에 의해 야기되는 상대적으로 낮거나(예컨대, 킬로헤르츠) 높은(예컨대, 메가헤르츠) 주파수 변동 또는 고조파일 수 있다. 이들 변동은 소스(206) 또는 변환기(202)의 포트 IO3 및 IO4로 전달되는 대신에 버퍼(204)에 의해 흡수될 수 있다.
전력 연결부(110)는 모듈(108)로, 모듈(108)로부터, 그리고 모듈(108)을 통해 에너지 또는 전력을 전달하기 위한 연결부이다. 모듈(108)은 에너지 소스(206)로부터 전력 연결부(110)로 에너지를 출력할 수 있으며, 이 전력 연결부(110)에서 에너지는 시스템의 다른 모듈 또는 부하로 전달될 수 있다. 모듈(108)은 또한 다른 모듈(108) 또는 충전 소스(DC 충전기, 단상 충전기, 다상 충전기)로부터 에너지를 수신할 수 있다. 신호는 또한 에너지 소스(206)를 우회하여 모듈(108)을 통과할 수도 있다. 모듈(108)로의 그리고 모듈(108)로부터의 에너지 또는 전력의 라우팅은 LCD(114)(또는 시스템(102)의 다른 엔티티)의 제어 하에 변환기(202)에 의해 수행된다.
도 2a의 실시예에서, LCD(114)는 모듈(108)로부터 분리된(예컨대, 공유 모듈 하우징 내에 있지 않는) 컴포넌트로서 구현되고, 통신 경로(116)를 통해 변환기(202)에 연결되어 통신할 수 있다. 도 2b의 실시예에서, LCD(114)는 모듈(108)의 컴포넌트로서 포함되고, 내부 통신 경로(118)(예컨대, 공유 버스 또는 개별 연결부)를 통해 변환기(202)에 연결되어 통신할 수 있다. LCD(114)는 또한 경로(116 또는 118)를 통해 에너지 버퍼(204) 및/또는 에너지 소스(206)에 대해 신호를 수신하고 신호를 송신할 수 있다.
모듈(108)은 또한, 모듈(108) 및/또는 그 컴포넌트의 하나 이상의 측면, 예를 들어, 전압, 전류, 온도, 또는 상태 정보를 구성하는(또는, 예컨대, LCD(114)에 의해 상태 정보를 결정하는 데 사용될 수 있는) 다른 동작 파라미터를 모니터링(예컨대, 수집, 감지, 측정, 및/또는 결정)하도록 구성된 모니터 회로부(208)를 포함할 수 있다. 상태 정보의 주요 기능은 모듈(108)의 하나 이상의 에너지 소스(206)의 상태를 기술하여 시스템(100) 내의 다른 소스와 비교하여 에너지 소스를 얼마나 활용할 것인지에 대한 결정을 가능하게 하는 것이지만, 다른 컴포넌트의 상태(예컨대, 버퍼(204) 내의 전압, 온도, 및/또는 결함의 존재, 변환기(202) 내의 온도 및/또는 결함의 존재, 모듈(108) 내의 다른 곳의 결함의 존재 등)를 기술하는 상태 정보가 또한 활용도 결정에 사용될 수 있다. 모니터 회로부(208)는 하나 이상의 센서, 션트, 분할기, 결함 검출기, 쿨롱 카운터, 컨트롤러, 또는 이러한 측면을 모니터링하도록 구성된 다른 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 모니터 회로부(208)는 다양한 컴포넌트(202, 204, 및 206)로부터 분리될 수 있거나, (도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같은) 각 컴포넌트(202, 204, 및 206) 또는 이들의 임의의 조합과 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 모니터 회로부(208)는 배터리 에너지 소스(204)를 위한 배터리 관리 시스템(BMS)의 일부이거나 이와 공유될 수 있다. 하나보다 많은 유형의 상태 정보가 단일 회로 또는 디바이스로 모니터링되거나 추가 회로에 대한 필요 없이 알고리즘 방식으로 결정될 수 있으므로, 각 유형의 상태 정보를 모니터링하는 데 별도의 회로부가 필요하지는 않다.
LCD(114)는 통신 경로(116, 118)를 통해 모듈 컴포넌트에 대한 상태 정보(또는 원시 데이터)를 수신할 수 있다. LCD(114)는 또한 경로(116, 118)를 통해 모듈 컴포넌트에 정보를 송신할 수 있다. 경로(116 및 118)는 진단, 측정, 보호, 및 제어 신호 라인을 포함할 수 있다. 송신된 정보는 하나 이상의 모듈 컴포넌트에 대한 제어 신호일 수 있다. 제어 신호는 변환기(202)에 대한 스위치 신호, 및/또는 모듈 컴포넌트로부터 상태 정보를 요청하는 하나 이상의 신호일 수 있다. 예를 들어, LCD(114)는, 상태 정보를 직접 요청하거나, 일부의 경우에 변환기(202)를 특정 상태에 두는 스위치 신호와 조합하여 상태 정보가 생성되도록 하는 자극(예컨대, 전압)을 인가함으로써, 상태 정보가 경로(116, 118)를 통해 전송되도록 할 수 있다.
모듈(108)의 물리적 구성 또는 레이아웃은 다양한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈(108)은 일체형 LCD(114)와 같은 다른 선택적 컴포넌트와 함께 모든 모듈 컴포넌트, 예컨대, 변환기(202), 버퍼(204), 및 소스(206)가 수용되는 공통 하우징을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 다양한 컴포넌트는 개별 하우징에서 분리될 수 있고, 이들 개별 하우징은 함께 고정되어 있다. 도 2c는, 모니터 회로부와 같은 모듈 및 동반 전자장치의 에너지 소스(206)를 보유하는 제1 하우징(220), 변환기(202)와 같은 모듈 전자장치, 에너지 버퍼(204), 및 모니터 회로부와 같은 다른 동반 전자장치를 보유하는 제2 하우징(222), 및 모듈(108)용 LCD(114)를 보유하는 제3 하우징(224)을 갖는 모듈(108)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 다양한 모듈 컴포넌트 사이의 전기적 연결부는 하우징(220, 222, 224)을 통해 진행될 수 있고, 다른 모듈(108) 또는 MCD(112)와 같은 다른 디바이스와의 연결을 위해 임의의 하우징 외부에 노출될 수 있다.
시스템(100)의 모듈(108)은 애플리케이션의 요구 및 부하의 수에 의존하는 다양한 구성으로 서로에 대해 물리적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)이 마이크로그리드에 전력을 공급하는 고정식 애플리케이션에서, 모듈(108)은 하나 이상의 랙 또는 다른 프레임워크에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 해상 선박과 같은 보다 대형의 이동식 애플리케이션에도 적합할 수 있다. 대안적으로, 모듈(108)은 함께 고정되어, 팩(pack)으로 지칭되는 공통 하우징 내에 함께 위치될 수 있다. 랙(rack) 또는 팩(pack)에는 모든 모듈에서 공유되는 자체 전용 냉각 시스템이 있을 수 있다. 팩 구성은 전기차와 같은 보다 소형의 이동식 애플리케이션에 유용하다. 시스템(100)은 (예컨대, 마이크로그리드로의 병렬 공급을 위한) 하나 이상의 랙 또는 (예컨대, 차량의 서로 다른 모터에 서빙하는) 하나 이상의 팩, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 도 2d는 공통 하우징(230) 내에서 전기적 및 물리적으로 함께 결합된 9개의 모듈(108)을 갖는 팩으로서 구성된 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
이들 및 추가 구성의 예는, 캐스케이디드 및 상호 연결된 구성이 가능한 모듈 기반의 에너지 시스템 및 관련 방법(Module-Based Energy Systems Capable of Cascaded and Interconnected Configurations, and Methods Related Thereto)이라는 명칭으로 2020년 3월 27일 출원된 국제출원번호 PCT/US20/25366에 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 전기적 구성을 갖는 모듈(108)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이들 실시예는 모듈(108)당 하나의 LCD(114)를 갖되, LCD(114)가 관련 모듈 내에 하우징되는 것으로 기술되지만, 여기서 기술되는 것과는 다르게 구성될 수 있다. 도 3a는 시스템(100) 내의 모듈(108A)의 제1 예시적인 구성을 도시한 것이다. 모듈(108A)은 에너지 소스(206), 에너지 버퍼(204), 및 변환기(202A)를 포함한다. 각 컴포넌트는, 전력이 입력될 수 있고 및/또는 전력이 출력될 수 있는 전력 연결 포트(예컨대, 단자, 커넥터)를 가지며, 이러한 전력 연결 포트는 본원에서 IO 포트로 지칭된다. 이러한 포트는 또한 맥락에 따라 입력 포트 또는 출력 포트라고 지칭될 수 있다.
에너지 소스(206)는 본원에 기술된 임의의 에너지 소스 유형(예컨대, 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 기술된 바와 같은 배터리, HED 캐패시터, 연료 전지 등)으로 구성될 수 있다. 에너지 소스(206)의 포트 IO1 및 IO2는 각각 에너지 버퍼(204)의 포트 IO1 및 IO2에 연결될 수 있다. 에너지 버퍼(204)는 변환기(202)를 통해 버퍼(204)에 도달하는 고주파수 및 저주파 에너지 맥동을 버퍼링하거나 필터링하도록 구성될 수 있으며, 이는 그렇지 않으면 모듈(108)의 성능을 저하시킬 수 있다. 버퍼(204)를 위한 토폴로지 및 컴포넌트는 이러한 고주파수 전압 맥동의 최대 허용 진폭을 수용하도록 선택된다. 에너지 버퍼(204)의 몇몇(불완전한) 예시적 실시예가 도 5a 내지 도 5c의 개략도에 도시되어 있다. 도 5a에서, 버퍼(204)는 전해 및/또는 막 캐패시터 CEB이고, 도 5b에서 버퍼(204)는 2개의 인덕터(LEB1 및 LEB2) 및 2개의 전해 및/또는 막 캐패시터(CEB1 및 CEB2)에 의해 형성된 Z-소스 네트워크(710)이고, 그리고 도 5c에서, 버퍼(204)는 2개의 인덕터(LEB1 및 LEB2), 2개의 전해 및/또는 막 캐패시터(CEB1 및 CEB2), 및 다이오드 DEB에 의해 형성된 Z-소스 네트워크(720)이다.
에너지 버퍼(204)의 포트 IO3 및 IO4는 본원에 기술된 임의의 전력 변환기 유형으로 구성될 수 있는 변환기(202A)의 포트 IO1 및 IO2에 각각 연결될 수 있다. 도 6a는, 포트 IO1 및 IO2에서 DC 전압을 수신하고, 포트 IO3 및 IO4에서 펄스를 생성하도록 스위칭할 수 있는 DC-AC 변환기로서 구성된 변환기(202A)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 변환기(202A)는 다수의 스위치를 포함할 수 있고, 여기에서 변환기(202A)는 풀 브리지(full bridge) 구성으로 배열된 4개의 스위치(S3, S4, S5, S6)를 포함한다. 제어 시스템(102) 또는 LCD(114)는 각 게이트에 대한 제어 입력 라인(118-3)을 통해 각 스위치를 독립적으로 제어할 수 있다.
스위치는 임의의 적합한 스위치 유형, 예를 들어, 여기에 표시된 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 또는 갈륨 질화물(GaN) 트랜지스터와 같은 전력 반도체일 수 있다. 반도체 스위치는 상대적으로 높은 스위칭 주파수에서 동작할 수 있으며, 그에 따라 변환기(202)가 원하는 경우 펄스 폭 변조(PWM) 모드에서 동작되어 상대적으로 짧은 시간 간격 내에서 제어 커맨드에 응답할 수 있도록 허용할 수 있다. 이것은 과도 모드에서 높은 허용오차의 출력 전압 조정 및 빠른 동적 거동을 제공할 수 있다.
이 실시예에서, 포트 IO1과 IO2 사이의 DC 라인 전압 VDCL이 변환기(202)에 인가될 수 있다. 스위치 S3, S4, S5, S6의 상이한 조합에 의해 VDCL을 포트 IO3 및 IO4에 연결함으로써, 변환기(202)는 포트 IO3 및 IO4에서 3개의 상이한 전압 출력: +VDCL, 0 및 -VDCL을 생성할 수 있다. 각 스위치에 제공되는 스위치 신호는 스위치가 온(폐쇄) 또는 오프(개방)인지 여부를 제어한다. +VDCL을 획득하기 위해, 스위치 S3 및 S6은 턴온되고 S4 및 S5는 턴오프되는 반면, -VDCL은 스위치 S4 및 S5를 턴온하고 S3 및 S6을 턴오프함으로써 획득될 수 있다. 출력 전압은, S4 및 S6이 턴오프된 상태에서 S3 및 S5를 턴온하거나 S3 및 S5가 턴오프된 상태에서 S4 및 S6을 턴온함으로써, 0(0에 가까운 것을 포함함) 또는 기준 전압으로 설정될 수 있다. 이들 전압은 전력 연결부(110)를 통해 모듈(108)로부터 출력될 수 있다. 변환기(202)의 포트 IO3 및 IO4는 다른 모듈(108)로부터의 출력 전압과 함께 사용하기 위한 출력 전압을 생성하기 위해 전력 연결부(110)의 모듈 IO 포트 1 및 2에 연결될 수 있다(또는 이를 형성할 수 있다).
본원에 기술된 변환기(202)의 실시예에 대한 제어 또는 스위치 신호는 변환기(202)의 출력 전압을 생성하기 위해 시스템(100)에 의해 이용되는 제어 기술에 따라 상이한 방식으로 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 기술은 공간 벡터 펄스 폭 변조(space vector pulse-width modulation)(SVPWM) 또는 정현파 펄스 폭 변조(sinusoidal pulse-width modulation)(SPWM), 또는 이들의 변형과 같은 PWM 기술이다. 도 8a는 변환기(202)의 출력 전압 파형(802)의 예를 도시하는 전압 대 시간의 그래프이다. 설명의 편의를 위해, 본원의 실시예는 PWM 제어 기술의 맥락에서 설명될 것이지만, 실시예는 이에 제한되지는 않는다. 다른 종류의 기술이 사용될 수 있다. 하나의 대체 종류는 히스테리시스(hysteresis)를 기반으로 하며, 그 예는 국제 공개 번호 WO 2018/231810A1, WO 2018/232403A1, 및 WO 2019/183553A1에서 기술되며, 이들 공개물은 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
각 모듈(108)은 다수의 에너지 소스(206)(예컨대, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상)로 구성될 수 있다. 모듈(108)의 각 에너지 소스(206)는 모듈의 다른 소스(206)와는 독립적으로 연결부(110)에 전력을 공급하도록(또는 충전 소스로부터 전력을 수신하도록) 제어가능(스위칭가능)할 수 있다. 예를 들어, 모든 소스(206)는 동시에 연결부(110)에 전력을 출력할 수 있거나(또는 충전될 수 있거나), 소스(206) 중 하나(또는 서브세트)만이 한 번에 전력을 공급할 수 있다(또는 충전될 수 있다). 일부 실시예에서, 모듈의 소스(206)는 그들 사이에서 에너지를 교환할 수 있으며, 예컨대, 하나의 소스(206)는 다른 소스(206)를 충전할 수 있다. 각각의 소스(206)는 본원에 기술된 임의의 에너지 소스(예컨대, 배터리, HED 캐패시터, 연료 전지)로서 구성될 수 있다. 각각의 소스(206)는 동일한 유형일 수 있거나(예컨대, 각각 배터리일 수 있음), 또는 상이한 유형일 수 있다(예컨대, 제1 소스는 배터리일 수 있고 제2 소스는 HED 캐패시터일 수 있거나, 제1 소스는 제1 유형(예컨대, NMC)을 갖는 배터리일 수 있고, 제2 소스는 제2 유형(예컨대, LFP)을 갖는 배터리일 수 있다).
도 3b는 1차 에너지 소스(206A) 및 2차 에너지 소스(206B)를 갖는 이중 에너지 소스 구성의 모듈(108B)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 1차 소스(202A)의 포트 IO1 및 IO2는 에너지 버퍼(204)의 포트 IO1 및 IO2에 연결될 수 있다. 모듈(108B)은 추가 IO 포트를 갖는 변환기(202B)를 포함한다. 버퍼(204)의 포트 IO3 및 IO4는 변환기(202B)의 포트 IO1 및 IO2에 각각 연결될 수 있다. 2차 소스(206B)의 포트 IO1 및 IO2는 변환기(202B)의 포트 IO5 및 IO2에 각각 연결될 수 있다(변환기(202B)의 포트 IO2는 버퍼(204)의 포트 IO4에도 연결된다).
모듈(108B)의 이 예시적인 실시예에서, 1차 에너지 소스(202a)는 시스템(100)의 다른 모듈(108)과 함께, 부하에 필요한 평균 전력을 공급한다. 2차 소스(202B)는 부하 전력 피크에서 추가 전력을 제공하거나 초과 전력을 흡수함으로써 에너지 소스(202)를 보조하는 기능을 서빙할 수 있다.
언급한 바와 같이, 1차 소스(206A) 및 2차 소스(206B) 모두는 변환기(202B)의 스위치 상태에 따라 동시에 또는 별도의 시간에 이용될 수 있다. 동시에 전해 및/또는 막 캐패시터(CES)가 소스(206B)에 대한 에너지 버퍼로서 작용하도록 도 4e에 도시된 바와 같이 소스(206B)와 병렬로 배치될 수 있다면, 에너지 소스(206B)는 도 4f에 도시된 바와 같이 다른 에너지 소스(예컨대, 배터리 또는 연료 전지)와 병렬로 HED 캐패시터를 이용하도록 구성될 수 있다.
도 6b 및 도 6c는 각각 변환기(202B 및 202C)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 변환기(202B)는 스위치 회로부 부분(601 및 602A)을 포함한다. 부분(601)은 변환기(202A)와 유사한 방식으로 풀 브리지로 구성된 스위치 S3 내지 S6을 포함하고, IO1 및 IO2를 IO3 및 IO4 중 하나에 선택적으로 연결하여 모듈(108B)의 출력 전압을 변경하도록 구성된다. 부분(602A)은 하프 브리지로 구성되고 포트 IO1과 IO2 사이에 결합된 스위치 S1 및 S2를 포함한다. 결합 인덕터 LC는 포트 IO5와 스위치 S1과 S2 사이에 존재하는 노드 1 사이에 연결되므로, 스위치부(602A)는 전압(또는 역전류)을 조절(부스트(boost) 또는 벅(buck))할 수 있는 양방향 변환기이다. 스위치부(602A)는 노드 1에서 2개의 서로 다른 전압, 즉, 가상 제로 전위에 있을 수 있는 포트 IO2를 기준으로 하는 +VDCL2 및 0을 생성할 수 있다. 에너지 소스(202B)로부터 인출되거나 이에 입력되는 전류는, 예를 들어, 스위치 S1 및 S2를 정류하기 위한 펄스 폭 변조 기술 또는 히스테리시스 제어 방법을 사용하여, 결합 인덕터(LC) 상의 전압을 조절함으로써 제어될 수 있다. 다른 기술이 또한 사용될 수 있다.
스위치부(602B)가, 하프 브리지로서 구성되고, 포트 IO5와 IO2 사이에 결합된 스위치 S1 및 S2를 포함하기 때문에, 변환기(202C)는 변환기(202B)와는 다르다. 결합 인덕터 LC는 포트 IO1와 스위치 S1과 S2 사이에 존재하는 노드 1 사이에 연결되므로, 스위치부(602B)는 전압을 조절하도록 구성된다.
제어 시스템(102) 또는 LCD(114)는 각 게이트에 대한 제어 입력 라인(118-3)을 통해 변환기(202B 및 202C)의 각 스위치를 독립적으로 제어할 수 있다. 이들 실시예 및 도 6a의 실시예에서, (MCD(112)는 아닌) LCD(114)는 변환기 스위치에 대한 스위칭 신호를 생성한다. 대안적으로, MCD(112)는, 스위치에 직접 전달되거나 LCD(114)에 의해 릴레이될 수 있는 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
모듈(108)이 3개 이상의 에너지 소스(206)를 포함하는 실시예에서, 변환기(202B 및 202C)는, 각각의 추가 에너지 소스(206B)가 특정 소스의 요구사항에 따라 추가 IO 포트에 결합되어 추가 스위치 회로부 부분(602A 또는 602B)에 이르도록, 스케일링될 수 있다. 예를 들어, 이중 소스 변환기(202)는 스위치부(202A 및 202B) 모두를 포함할 수 있다.
다수의 에너지 소스(206)를 갖는 모듈(108)은 소스(206) 사이의 에너지 공유, 애플리케이션 내로부터의 에너지 캡처(예컨대, 회생 제동), 전체 시스템이 방전 상태에 있는 동안에도 2차 소스에 의한 1차 소스의 충전, 및 모듈 출력의 능동 필터링과 같은 추가 기능을 수행할 수 있다. 능동 필터링 기능은 또한 2차 에너지 소스 대신에 일반적인 전해 캐패시터를 갖는 모듈에 의해서도 수행될 수 있다. 이러한 기능의 예는 캐스케이디드 및 상호 연결된 구성이 가능한 모듈 기반의 에너지 시스템 및 관련 방법(Module-Based Energy Systems Capable of Cascaded and Interconnected Configurations, and Methods Related Thereto)이라는 명칭으로 2020년 3월 27일 출원된 국제출원번호 PCT/US20/25366, 및 전력 관리 및 제어를 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Power Management and Control)이라는 명칭으로 2019년 3월 22일 출원된 국제공개번호 WO 2019/183553에서 보다 자세히 기술되며, 이들 모두는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
각 모듈(108)은 하나 이상의 에너지 소스(206)로 하나 이상의 보조 부하를 공급하도록 구성될 수 있다. 보조 부하는 1차 부하(101)보다 낮은 전압을 필요로 하는 부하이다. 보조 부하의 예는, 예를 들어, 전기 차량의 온보드 전기 네트워크 또는 전기 차량의 HVAC 시스템일 수 있다. 시스템(100)의 부하는, 예를 들어, 전기 차량 모터 또는 전기 그리드의 위상 중 하나일 수 있다. 이 실시예는 에너지 소스의 전기적 특성(단자 전압 및 전류)과 부하의 전기적 특성 사이의 완전한 분리를 허용할 수 있다.
도 3c는 제1 보조 부하(301) 및 제2 보조 부하(302)에 전력을 공급하도록 구성된 모듈(108C)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이며, 여기서 모듈(108C)은 도 3b와 유사한 방식으로 서로 결합된 에너지 소스(206), 에너지 버퍼(204), 및 변환기(202B)를 포함한다. 제1 보조 부하(301)는 소스(206)로부터 공급되는 것과 동등한 전압을 필요로 한다. 부하(301)는 모듈(108C)의 IO 포트 3 및 4에 결합되고, 이들은 차례로 소스(206)의 포트 IO1 및 IO2에 결합된다. 소스(206)는 전력 연결부(110)와 부하(301) 모두에 전력을 출력할 수 있다. 제2 보조 부하(302)는 소스(206)의 것보다 낮은 정전압을 필요로 한다. 부하(302)는 모듈(108C)의 IO 포트 5 및 6에 결합되고, 이들은 제각기 변환기(202B)의 포트 IO5 및 IO2에 결합된다. 변환기(202B)는 포트 IO5에 결합된 결합 인덕터 LC를 갖는 스위치부(602)를 포함할 수 있다(도 6b). 소스(206)에 의해 공급되는 에너지는 변환기(202B)의 스위치부(602)를 통해 부하(302)에 공급될 수 있다. 부하(302)가 입력 캐패시터를 가지므로(그렇지 않은 경우 캐패시터는 모듈(108C)에 추가될 수 있으므로), 스위치 S1 및 S2는 결합 인덕터 LC 상의 전압 및 이를 통하는 전류를 조절하도록 정류될 수 있으며 따라서 부하(302)에 대한 안정적인 정전압을 생성할 수 있는 것으로 가정된다. 이러한 조절은 소스(206)의 전압을 부하(302)에 의해 요구되는 낮은 크기의 전압으로 낮출 수 있다.
따라서 모듈(108C)은 IO 포트 3 및 4에 결합된 하나 이상의 제1 부하와 함께, 부하(301)와 관련하여 기술된 방식으로 하나 이상의 제1 보조 부하를 공급하도록 구성될 수 있다. 모듈(108C)은 또한 부하(302)와 관련하여 기술된 방식으로 하나 이상의 제2 보조 부하를 공급하도록 구성될 수 있다. 다수의 제2 보조 부하(302)가 존재하는 경우, 각각의 추가 부하(302)에 대해 모듈(108C)은 추가 전용 모듈 출력 포트(예컨대, 5 및 6), 추가 전용 스위치부(602), 및 추가 부분(602)에 결합된 추가 변환기 IO 포트에 따라 스케일링될 수 있다.
따라서 에너지 소스(206)는 임의의 수의 보조 부하(예컨대, 301 및 302)뿐만 아니라 1차 부하(101)에 의해 필요한 시스템 출력 전력의 해당 부분에 대해 전력을 공급할 수 있다. 소스(206)에서 다양한 부하로의 전력 흐름은 원하는 대로 조정될 수 있다.
모듈(108)은 필요에 따라 2개 이상의 에너지 소스(206)(도 3b)로 구성될 수 있고, 각각의 추가 소스(206B) 또는 제2 보조 부하(302)에 대한 스위치부(602) 및 변환기 포트(IO5)의 추가를 통해 제1 및/또는 제2 보조 부하(도 3c)를 공급하도록 구성될 수 있다. 추가 모듈 IO 포트(예컨대, 3, 4, 5, 6)는 필요에 따라 추가될 수 있다. 모듈(108)은 또한 본원에 추가로 설명되는 바와 같이 2개 이상의 어레이, 2개 이상의 팩, 또는 2개 이상의 시스템(100) 사이에서 (예컨대, 밸런싱을 위해) 에너지를 교환하기 위한 상호 연결 모듈로서 구성될 수 있다. 이러한 상호 연결 기능은 마찬가지로 다중 소스 및/또는 다수의 보조 부하 공급 기능과 조합될 수 있다.
제어 시스템(102)은 모듈(108A, 108B, 및 108C)의 컴포넌트에 대해 다양한 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 각 에너지 소스(206)의 활용도(사용량) 관리; 과전류, 과전압 및 고온 상태로부터 에너지 버퍼(204)의 보호; 및 변환기(202)의 제어 및 보호를 포함할 수 있다.
예를 들어, 각각의 에너지 소스(206)의 활용도를 관리(예컨대, 증가, 감소, 또는 유지함으로써 조정)하기 위해, LCD(114)는 각각의 에너지 소스(206)(또는 모니터 회로부)로부터 하나 이상의 모니터링된 전압, 온도, 및 전류를 수신할 수 있다. 모니터링된 전압은 소스(206)의 다른 컴포넌트와는 독립적인 각 기본 컴포넌트(예컨대, 각각의 개별 배터리 셀, HED 캐패시터, 및/또는 연료 전지)의 전압, 또는 기본 컴포넌트 그룹 전체의 전압(예컨대, 배터리 어레이, HED 캐패시터 어레이, 및/또는 연료 전지 어레이의 전압) 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 모두일 수 있다. 유사하게도 모니터링된 온도 및 전류는 소스(206)의 다른 컴포넌트와는 독립적인 각 기본 컴포넌트의 온도 및 전류, 또는 기본 컴포넌트 그룹 전체의 온도 및 전류, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 모두일 수 있다. 모니터링된 신호는 상태 정보일 수 있고, LCD(114)는 이러한 상태 정보를 이용하여 다음: 즉, 기본 컴포넌트 또는 기본 컴포넌트 그룹의 실제 용량, 실제 충전 상태(State of Charge)(SOC) 및/또는 건전성 상태(State of Health)(SOH)를 계산하거나 결정하는 것; 모니터링된 상태 정보 및/또는 계산된 상태 정보를 기반으로 경고 또는 경보 표시를 설정하거나 출력하는 것; 및/또는 상태 정보를 MCD(112)에 전송하는 것 중 하나 이상을 수행할 수 있다. LCD(114)는 MCD(112)로부터 제어 정보(예컨대, 변조 지수, 동기화 신호)를 수신하고, 이 제어 정보를 사용하여 소스(206)의 활용도를 관리하는 변환기(202)용 스위치 신호를 생성할 수 있다.
에너지 버퍼(204)를 보호하기 위해, LCD(114)는 에너지 버퍼(204)(또는 모니터 회로부)로부터 하나 이상의 모니터링된 전압, 온도, 및 전류를 수신할 수 있다. 모니터링된 전압은 다른 컴포넌트와는 독립적인 버퍼(204)의 각 기본 컴포넌트(예컨대, CEB, CEB1, CEB2, LEB1, LEB2, DEB)의 전압, 또는 (예컨대, IO1과 IO2 사이 또는 IO3와 IO4 사이의) 버퍼(204)의 기본 컴포넌트 그룹 전체의 전압 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 모두일 수 있다. 유사하게도 모니터링된 온도 및 전류는 다른 컴포넌트와는 독립적인 버퍼(204)의 각 기본 컴포넌트의 온도 및 전류, 또는 버퍼(204)의 기본 컴포넌트 그룹 전체의 온도 및 전류, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 모두일 수 있다. 모니터링된 신호는 상태 정보일 수 있고, 이러한 상태 정보를 이용하여 LCD(114)는 경고 또는 경보 표시를 설정하거나 출력하는 것; 상태 정보를 MCD(112)에 전달하는 것; 또는 변환기(202)를 제어하여 버퍼 보호를 위한 소스(206) 및 모듈(108) 전체의 활용도를 조정(증가 또는 감소)하는 것 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
변환기(202)를 제어 및 보호하기 위해, LCD(114)는 MCD(112)로부터 제어 정보(예컨대, 변조된 기준 신호, 또는 기준 신호 및 변조 지수)를 수신할 수 있으며, LCD(114)에서 PWM 기술을 이용하여 제어 정보를 사용하여 각 스위치(예컨대, S1 내지 S6)에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다. LCD(114)는 변환기(202)의 전류 센서로부터 전류 피드백 신호를 수신할 수 있으며, 이러한 전류 피드백 신호는 변환기 스위치의 드라이버 회로(미도시)로부터의 하나 이상의 결함 상태 신호와 함께 과전류 보호에 사용될 수 있고, 이러한 드라이버 회로는 변환기(202)의 모든 스위치의 결함 상태(예컨대, 단락 또는 개방 회로 결함 모드)에 대한 정보를 운반할 수 있다. 이러한 데이터에 기반하여, LCD(114)는 모듈(108)의 활용도를 관리하는 데 어떤 스위칭 신호의 조합이 적용될 것인지에 대한 결정을 내릴 수 있고, 변환기(202)(및 전체 모듈(108))를 시스템(100)으로부터 잠재적으로 우회하거나 분리할 수 있다.
제2 보조 부하(302)를 공급하는 모듈(108C)을 제어하는 경우, LCD(114)는 모듈(108C)에서 하나 이상의 모니터링된 전압(예컨대, IO 포트 5와 6 사이의 전압) 및 하나 이상의 모니터링된 전류(예컨대, 부하(302)의 전류인 결합 인덕터 LC의 전류)를 수신할 수 있다. 이들 신호에 기반하여, LCD(114)는 (예컨대, 변조 지수 또는 기준 파형의 조정에 의해) S1 및 S2의 스위칭 사이클을 조정하여 부하(302)에 대한 전압을 제어(및 안정화)할 수 있다.
캐스케이디드 에너지 시스템 토폴로지의 예
2개 이상의 모듈(108)은 캐스케이디드 어레이로 함께 결합될 수 있고, 이러한 캐스케이디드 어레이는 어레이 내의 각 모듈(108)에 의해 생성된 개별 전압의 중첩에 의해 형성된 전압 신호를 출력한다. 도 7a는, N개의 모듈(108-1, 108-2 . . . 108-N)이 직렬로 함께 결합되어 직렬 어레이(700)를 형성하는 시스템(100)에 대한 토폴로지의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 본원에서 설명된 이러한 모든 실시예에서, N은 1보다 큰 임의의 정수일 수 있다. 어레이(700)는 어레이 출력 전압을 생성하는 제1 시스템 IO 포트(SIO1) 및 제2 시스템 IO 포트(SIO2)를 포함한다. 어레이(700)는 어레이(700)의 SIO1 및 SIO2에 연결될 수 있는 DC 또는 AC 단상 부하에 대한 DC 또는 단상 AC 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 도 8a는 48 볼트 에너지 소스를 갖는 단일 모듈(108)에 의해 생성된 예시적인 출력 신호(801)를 도시하는 전압 대 시간의 플롯이다. 도 8b는 직렬로 결합된 6개의 48V 모듈(108)을 갖는 어레이(700)에 의해 생성된 예시적인 단상 AC 출력 신호(802)를 도시하는 전압 대 시간의 플롯이다.
시스템(100)은 애플리케이션의 다양한 요구를 충족시키기 위해 광범위한 토폴로지로 배열될 수 있다. 시스템(100)은 다중 어레이(700)를 사용하여 다상 전력(예컨대, 2상, 3상, 4상, 5상, 6상 등)을 부하에 제공할 수 있으며, 각 어레이는 위상각이 다른 AC 출력 신호를 생성할 수 있다.
도 7b는 2개의 어레이(700-PA 및 700-PB)가 함께 결합된 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 각 어레이(700)는 N개의 모듈(108)의 직렬 연결에 의해 형성된 1차원적 어레이이다. 2개의 어레이(700-PA 및 700-PB)는 각각 단상 AC 신호를 생성할 수 있으며, 여기서 2개의 AC 신호는 상이한 위상각 PA 및 PB(예컨대, 180도 떨어져 있음)를 갖는다. 각 어레이(700-PA 및 700-PB)의 모듈(108-1)의 IO 포트 1은 각각 시스템 IO 포트 SIO1 및 SIO2를 형성하거나 이에 연결될 수 있으며, 이들 시스템 IO 포트 SIO1 및 SIO2는 차례로 부하(미도시)에 2상 전력을 제공할 수 있는 각 어레이의 제1 출력으로서 역할을 할 수 있다. 또는 대안적으로 포트 SIO1 및 SIO2를 연결하여 2개의 병렬 어레이로부터 단상 전력을 공급할 수 있다. 각 어레이(700-PA 및 700-PB)의 모듈(108-N)의 IO 포트 2는 시스템 IO 포트 SIO1 및 SIO2로부터 어레이의 반대쪽 단부에 있는 각 어레이(700-PA 및 700-PB)에 대한 제2 출력으로서 역할을 할 수 있고, 공통 노드에서 함께 결합될 수 있으며, 원하는 경우 중립으로서 역할을 할 수 있는 추가 시스템 IO 포트 SIO3을 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 이 공통 노드는 레일(rail)이라고 지칭될 수 있고, 각 어레이(700)의 모듈(108-N)의 IO 포트 2는 어레이의 레일 측에 있는 것으로 지칭될 수 있다.
도 7c는 3개의 어레이(700-PA, 700-PB, 및 700-PC)가 함께 결합된 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 각 어레이(700)는 N개의 모듈(108)의 직렬 연결에 의해 형성된 1차원적 어레이이다. 3개의 어레이(700-1 및 700-2)는 각각 단상 AC 신호를 생성할 수 있으며, 여기서 3개의 AC 신호는 상이한 위상각 PA, PB, PC(예컨대, 120도 떨어져 있음)를 갖는다. 각 어레이(700-PA, 700-PB, 및 700-PC)의 모듈(108-1)의 IO 포트 1은 각각 시스템 IO 포트 SIO1, SIO2, 및 SIO3를 형성하거나 이에 연결될 수 있으며, 이들 시스템 IO 포트 SIO1, SIO2, 및 SIO3은 차례로 부하(미도시)에 3상 전력을 제공할 수 있다. 각 어레이(700-PA, 700-PB, 및 700-PC)의 모듈(108-N)의 IO 포트 2는 공통 노드에서 함께 결합될 수 있으며, 원하는 경우 중립으로서 역할을 할 수 있는 추가 시스템 IO 포트 SIO4를 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
도 7b 및 도 7c의 2상 및 3상 실시예와 관련하여 설명된 개념은 더 많은 위상의 전력을 생성하는 시스템(100)으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 추가 예의 불완전한 목록은: 4개의 어레이(700)를 갖는 시스템(100) ― 각각의 어레이는 상이한 위상각(예컨대, 90도 떨어져 있음)를 갖는 단상 AC 신호를 생성하도록 구성됨 ―; 5개의 어레이(700)를 갖는 시스템(100) ― 각각의 어레이는 상이한 위상각(예컨대, 72도 떨어져 있음)을 갖는 단상 AC 신호를 생성하도록 구성됨 ―; 및 6개의 어레이(700)를 갖는 시스템(100) ― 각각의 어레이는 상이한 위상각(예컨대, 60도 떨어져 있음)을 갖는 단상 AC 신호를 생성하도록 구성됨 ―을 포함한다.
시스템(100)은 어레이(700)가 각각의 어레이 내의 모듈(108) 사이의 전기 노드에서 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 도 7d는 3개의 어레이(700-PA, 700-PB, 및 700-PC)가 조합된 직렬 및 델타 배열로 함께 결합된 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 각각의 어레이(700)는 N개의 모듈(108)(여기서 N은 2 이상임)의 제2 직렬 연결과 결합된 M개의 모듈(108)(여기서 M은 2 이상임)의 제1 직렬 연결을 포함한다. 델타 구성은 임의의 원하는 장소에 배치될 수 있는 어레이 간의 상호 연결에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 어레이(700-PC)의 모듈(108-(M+N))의 IO 포트 2는 어레이(700-PA)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2 및 모듈(108-(M+1))의 IO 포트 1과 결합되고, 어레이(700-PB)의 모듈(108-(M+N))의 IO 포트 2는 어레이(700-PC)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2 및 모듈(108-(M+1))의 IO 포트 1과 결합되고, 그리고 어레이(700-PA)의 모듈(108-(M+N))의 IO 포트 2는 어레이(700-PB)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2 및 모듈(108-(M+1))의 IO 포트 1과 결합된다.
도 7e는 3개의 어레이(700-PA, 700-PB, 및 700-PC)가 조합된 직렬 및 델타 배열로 함께 결합된 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 이 실시예는 다른 교차 연결부를 제외하고는 도 7d의 실시예와 유사하다. 이 실시예에서, 어레이(700-PC)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2는 어레이(700-PA)의 모듈(108-1)의 IO 포트 1과 결합되고, 어레이(700-PB)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2는 어레이(700-PC)의 모듈(108-1)의 IO 포트 1과 결합되고, 그리고 어레이(700-PA)의 모듈(108-M)의 IO 포트 2는 어레이(700-PB)의 모듈(108-1)의 IO 포트 1과 결합된다. 도 7d 및 도 7e의 배열은 각각의 어레이(700)에서 최소 2개의 모듈로 구현될 수 있다. 조합된 델타 및 직렬 구성을 통해 시스템의 모든 모듈(108)(위상 간 밸런싱)과 전력 그리드 또는 부하의 위상 사이에서 에너지의 효과적인 교환이 가능하고, 원하는 출력 전압을 얻기 위해 어레이(700)에서 모듈(108)의 총 수를 줄이는 것이 허용된다.
본원에 기술된 실시예에서, 시스템(100) 내의 각 어레이(700)에서 모듈(108)의 수가 동일한 것이 유리하지만, 이는 필수사항은 아니며 상이한 어레이(700)는 상이한 수의 모듈(108)을 가질 수 있다. 또한, 각각의 어레이(700)는 모두 동일한 구성(예컨대, 모든 모듈은 108A, 모든 모듈은 108B, 모든 모듈은 108C 등) 또는 서로 다른 구성(예컨대, 하나 이상의 모듈은 108A이고, 하나 이상의 모듈은 108B이고, 하나 이상의 모듈은 108C 등)을 가질 수 있다. 따라서, 본원에서 커버되는 시스템(100)의 토폴로지 범위는 광범위하다.
제어 방법론의 예시적인 실시예
언급한 바와 같이, 시스템(100)의 제어는 히스테리시스 또는 PWM과 같은 다양한 방법론에 따라 수행될 수 있다. PWM의 몇 가지 예는 공간 벡터 변조 및 정현파 펄스 폭 변조를 포함하며, 여기서 변환기(202)에 대한 스위칭 신호는 각 모듈(108)의 활용을 연속적으로 회전시켜 모듈 간에 전력을 균등하게 분산시키는 위상 시프트 캐리어(phase shifted carrier) 기술로 생성된다.
도 8c 내지 도 8f는 점진적으로 시프트된 2-레벨 파형을 사용하여 멀티레벨 출력 PWM 파형을 생성할 수 있는 위상 시프트 PWM 제어 방법론의 예시적인 실시예를 도시하는 플롯이다. X-레벨 PWM 파형은 (X-1)/2개의 2-레벨 PWM 파형을 합산함으로써 생성될 수 있다. 이들 2-레벨 파형은 기준 파형 Vref를 360°/(X-1)씩 점진적으로 이동한 캐리어와 비교함으로써 생성될 수 있다. 캐리어는 삼각형이지만 실시예는 이에 제한되지는 않는다. (4개의 모듈(108)을 사용하는) 9-레벨 예가 도 8c에 도시되어 있다. 캐리어는 360°/(9-1) = 45°씩 점진적으로 이동되어 Vref와 비교된다. 결과적인 2-레벨 PWM 파형이 도 8e에 도시되어 있다. 이들 2-레벨 파형은 변환기(202)의 반도체 스위치(예컨대, S1 내지 S6)에 대한 스위칭 신호로서 사용될 수 있다. 도 8e를 참조한 예로서, 각각 변환기(202)를 갖는 4개의 모듈(108)을 포함하는 1차원 어레이(700)의 경우, 0° 신호는 제1 모듈(108-1)의 S3을 제어하기 위한 것이고, 180° 신호는 제1 모듈(108-1)의 S6을 제어하기 위한 것이고, 45° 신호는 제2 모듈(108-2)의 S3을 제어하기 위한 것이고, 225° 신호는 제2 모듈(108-2)의 S6을 제어하기 위한 것이고, 90° 신호는 제3 모듈(108-3)의 S3을 제어하기 위한 것이고, 270° 신호는 제3 모듈(108-3)의 S6을 제어하기 위한 것이고, 135° 신호는 제4 모듈(108-4)의 S3을 제어하기 위한 것이고, 315° 신호는 제4 모듈(108-4)의 S6을 제어하기 위한 것이다. S3에 대한 신호는 S4에 대해 상보적이며, S5에 대한 신호는 각 하프 브리지의 슛 스루(shoot through)를 피하기에 충분한 데드 타임(dead-time)을 갖는 S6에 대해 상보적이다. 도 8f는 4개의 모듈(108)로부터의 출력 전압의 중첩(합산)에 의해 생성된 예시적인 단상 AC 파형을 도시한 것이다.
대안은 제1 (N-1)/2 캐리어와 함께 포지티브 및 네거티브 기준 신호를 모두 활용하는 것이다. 9-레벨 예가 도 8d에 도시되어 있다. 이 예에서, 0° 내지 135° 스위칭 신호(도 8e)는 +Vref를 도 8d의 0° 내지 135° 캐리어와 비교함으로써 생성되고, 180° 내지 315° 스위칭 신호는 -Vref를 도 8d의 0° 내지 135° 캐리어와 비교함으로써 생성된다. 그러나, 후자의 경우 비교 로직은 역전된다. 상태 머신 디코더와 같은 다른 기술은 또한 변환기(202)의 스위치에 대한 게이트 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다.
다상 시스템 실시예에서, 각 위상에 대해 동일한 캐리어가 사용될 수 있거나, 캐리어 세트가 각 위상에 대해 전체적으로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 단일 기준 전압(Vref)을 갖는 3상 시스템에서, 각각의 어레이(700)는 도 8c 및 도 8d에 도시된 것과 동일한 상대 오프셋을 갖는 동일한 수의 캐리어를 사용할 수 있지만, 제2 위상의 캐리어는 제1 위상의 캐리어에 비해 120도만큼 시프트되고, 제3 위상의 캐리어는 제1 위상의 캐리어에 비해 240도만큼 시프트된다. 각 위상에 대해 서로 다른 기준 전압이 이용 가능한 경우, 위상 정보는 기준 전압 내에 운반될 수 있으며, 각 위상에 대해 동일한 캐리어가 사용될 수 있다. 많은 경우에 캐리어 주파수는 고정될 것이지만, 일부 예시적인 실시예에서 캐리어 주파수는 조정될 수 있으며, 이는 고전류 상태 하에서 EV 모터의 손실을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
적절한 스위칭 신호는 제어 시스템(102)에 의해 각 모듈에 제공될 수 있다. 예를 들어, MCD(112)는 LCD(114)가 제어하는 모듈(108)에 따라 각 LCD(114)에 Vref 및 적절한 캐리어 신호를 제공할 수 있고, 그 후 LCD(114)는 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 또는 어레이 내의 모든 LCD(114)에는 모든 캐리어 신호가 제공될 수 있고, LCD는 적절한 캐리어 신호를 선택할 수 있다.
각각의 모듈(108)의 상대적 활용도는 본원에 기술된 하나 이상의 파라미터의 밸런싱을 수행하기 위한 상태 정보 또는 본원에 기술된 하나 이상의 파라미터의 상태 정보에 기반하여 조정될 수 있다. 파라미터의 밸런싱은 개별 모듈 활용도 조정이 수행되지 않는 시스템과 비교하여 시간 경과에 따른 파라미터 발산(parameter divergence)을 최소화하기 위해 활용도를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 활용도는 시스템(100)이 방전 상태일 때 모듈(108)이 방전하는 상대적인 시간량일 수 있거나, 시스템(100)이 충전 상태일 때 모듈(108)이 충전하는 상대적인 시간량일 수 있다.
본원에 기술된 바와 같이, 모듈(108)은 어레이(700) 내의 다른 모듈에 대해 밸런싱을 이룰 수 있으며, 이는 어레이 내 밸런싱(intra-array balancing) 또는 위상 내 밸런싱(intraphase balancing)으로 지칭될 수 있고, 서로 다른 어레이(700)는 서로에 대해 밸런싱을 이룰 수 있으며, 이는 어레이 간 밸런싱(interarray balancing) 또는 위상 간 밸런싱(interphase balancing)으로 지칭될 수 있다. 서로 다른 서브시스템의 어레이(700)는 또한 서로에 대해 밸런싱을 이룰 수 있다. 제어 시스템(102)은 위상 내 밸런싱, 위상 간 밸런싱, 모듈 내 다중 에너지 소스의 활용, 능동 필터링, 및 보조 부하 공급의 임의의 조합을 동시에 수행할 수 있다.
도 9a는 단상 AC 또는 DC 어레이용 제어 시스템(102)의 어레이 컨트롤러(900)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 어레이 컨트롤러(900)는 피크 검출기(902), 분할기(904) 및 위상 내(또는 어레이 내) 밸런스 컨트롤러(906)를 포함할 수 있다. 어레이 컨트롤러(900)는 어레이 내의 기준 전압 파형(Vr) 및 N개의 모듈(108) 각각에 대한 상태 정보(예컨대, 충전 상태(SOCi), 온도(Ti), 용량(Qi), 및 전압(Vi))를 입력으로서 수신할 수 있고, 정규화된 기준 전압 파형(Vrn)과 변조 지수(Mi)를 출력으로서 생성할 수 있다. 피크 검출기(902)는 컨트롤러(900)가 동작하고/하거나 밸런싱을 이루고 있는 위상에 특정될 수 있는 Vr의 피크(Vpk)를 검출한다. 분할기(904)는 Vr을 검출된 Vpk로 나눔으로써 Vrn을 생성한다. 위상 내 밸런스 컨트롤러(906)는 상태 정보(예컨대, SOCi, Ti, Qi, Vi 등)와 함께 Vpk를 사용하여, 제어되는 어레이(700) 내의 각 모듈(108)에 대한 변조 지수 Mi를 생성한다.
변조 지수 및 Vrn은 각각의 변환기(202)에 대한 스위칭 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 변조 지수는 0과 1 사이의 수(0과 1을 포함함)일 수 있다. 특정 모듈(108)의 경우, 정규화된 기준 Vrn은 Mi에 의해 변조되거나 스케일링될 수 있고, 이 변조된 기준 신호(Vrnm)는 도 8c 내지 도 8f와 관련하여 기술된 PWM 기술에 따라 또는 다른 기술에 따라 Vref(또는 -Vref)로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 변조 지수는 변환기 스위칭 회로부(예컨대, S3 내지 S6 또는 S1 내지 S6)에 제공되는 PWM 스위칭 신호를 제어하는 데 사용될 수 있고, 따라서 각 모듈(108)의 동작을 조절할 수 있다. 예를 들어, 정상 또는 전체 동작을 유지하도록 제어되는 모듈(108)은 1의 Mi를 수신할 수 있는 반면, 정상 또는 전체 동작 미만으로 제어되는 모듈(108)은 1 미만의 Mi를 수신할 수 있고, 전력 출력을 중단하도록 제어되는 모듈(108)은 0의 Mi를 수신할 수 있다. 이 동작은, 제어 시스템(102)에 의해 다양한 방식으로, 예를 들어, MCD(112)가 변조 및 스위치 신호 생성을 위해 Vrn 및 Mi를 적절한 LCD(114)에 출력하거나, MCD(112)가 변조를 수행하고, 변조된 Vrnm을 스위치 신호 생성을 위한 적절한 LCD(114)에 출력하거나, 또는 MCD(112)가 변조 및 스위치 신호 생성을 수행하고, 스위치 신호를 각 모듈(108)의 LCD 또는 변환기(202)에 직접 출력하는 것에 의해 수행될 수 있다. Vrn은 Vrn의 매주기 마다 한 번씩 또는 분당 한 번씩 등과 같은 일정한 간격으로 전송된 Mi와 함께 지속적으로 전송될 수 있다.
컨트롤러(906)는 본원에 기술된 상태 정보(예컨대, SOC, 온도(T), Q, SOH, 전압, 전류)의 임의의 유형 또는 유형의 조합을 사용하여 각 모듈(108)에 대한 Mi를 생성할 수 있다. 예를 들어, SOC 및 T를 사용할 때, 모듈(108)은 어레이(700) 내의 다른 모듈(108)에 비해 SOC가 상대적으로 높고 온도가 상대적으로 낮은 경우 상대적으로 높은 Mi를 가질 수 있다. SOC가 상대적으로 낮거나 T가 상대적으로 높은 경우, 해당 모듈(108)은 상대적으로 낮은 Mi를 가질 수 있으므로, 어레이(700) 내의 다른 모듈(108)보다 낮은 활용도를 유발할 수 있다. 컨트롤러(906)는 모듈 전압의 합이 Vpk를 초과하지 않도록 Mi를 결정할 수 있다. 예를 들어, Vpk는 각 모듈의 소스(206)의 전압과 해당 모듈에 대한 Mi의 곱의 합일 수 있다(예컨대, Vpk = M1V1+M2V2+M3V3 . . . +MNVN 등이다). 변조 지수의 상이한 조합과 모듈에 의한 제각기의 전압 기여도가 사용될 수 있지만 생성된 총 전압은 동일하게 유지되어야 한다.
컨트롤러(900)는, 어느 한 시점(예컨대, EV의 최대 가속 동안)에 시스템의 전력 출력 요구사항을 달성하는 것을 방해하지 않는 한, 각 모듈(108) 내의 에너지 소스(들)의 SOC가 밸런싱된 상태를 유지하거나 밸런싱되어 있지 않는 경우 밸런싱된 상태로 수렴하도록, 및/또는 각 모듈 내의 에너지 소스(들) 또는 다른 컴포넌트(예컨대, 에너지 버퍼)의 온도가 밸런싱된 상태를 유지하거나 밸런싱되어 있지 않는 경우 밸런싱된 상태로 수렴하도록, 동작을 제어할 수 있다. 소스 간의 용량 차이로 인해 SOC 편차가 발생하지 않도록 모듈 안팎의 전력 흐름을 조절할 수 있다. SOC와 온도의 밸런싱으로 인해 SOH의 밸런싱이 일부 간접적으로 유발될 수 있다. 전압과 전류는 원하는 경우 직접적으로 밸런싱을 이룰 수 있지만, 많은 실시예에서 시스템의 주요 목표는 SOC와 온도의 밸런싱을 이루는 것이고, SOC의 밸런싱은 모듈들이 비슷한 용량과 임피던스를 갖는 매우 대칭적인 시스템에서 전압과 전류의 밸런싱을 유도할 수 있다.
모든 파라미터를 동시에 밸런싱하는 것은 불가능할 수 있기 때문에(예컨대, 하나의 파라미터의 밸런싱은 다른 파라미터의 밸런싱을 더욱 불균형하게 할 수 있기 때문에), 임의의 두 개 이상의 파라미터(SOC, T, Q, SOH, V, I)의 밸런싱 조합은 애플리케이션의 요구사항에 따라 두 파라미터 중 하나에 우선순위를 부여함으로써 적용될 수 있다. 다른 파라미터(T, Q, SOH, V, I) 중 하나가 임계치를 벗어난 심각한 밸런싱의 불균형 상태에 도달하는 경우를 제외하고는 다른 파라미터(T, Q, SOH, V, I)보다 SOC에 밸런싱 우선순위를 부여할 수 있다.
상이한 위상의 어레이(700)(또는, 예컨대, 병렬 어레이가 사용되는 경우 동일한 위상의 어레이) 사이의 밸런싱은 위상 내 밸런싱과 동시에 수행될 수 있다. 도 9b는 적어도 Ω개의 어레이(700)를 갖는 Ω-위상 시스템(100)에서 동작하도록 구성된 Ω-위상(또는 Ω-어레이) 컨트롤러(950)의 예시적인 실시예를 도시한 것이고, 여기서 Ω은 1보다 큰 임의의 정수이다. 컨트롤러(950)는 하나의 위상 간(또는 어레이 간) 컨트롤러(910) 및 위상 PA 내지 PΩ에 대한 Ω 위상 내 밸런스 컨트롤러(906-PA. . . 906-PΩ)뿐만 아니라, 각 위상 특정 기준 VrPA 내지 VrPΩ으로부터 정규화된 기준 VrnPA 내지 VrnPΩ를 생성하기 위한 피크 검출기(902) 및 분할기(904)(도 9a)를 포함할 수 있다. 위상 내 컨트롤러(906)는 도 9a와 관련하여 기술된 바와 같이 각 어레이(700)의 각 모듈(108)에 대한 Mi를 생성할 수 있다. 위상 간 밸런스 컨트롤러(910)는 전체 다차원 시스템에 걸쳐, 예를 들어, 상이한 위상의 어레이 간의 모듈(108)의 측면의 밸런싱을 이루도록 구성되거나 프로그래밍된다. 이것은 위상에 공통 모드를 주입(예컨대, 중립점 이동)하거나 (본원에서 설명되는) 상호 연결 모듈을 사용하거나 둘 모두를 통해 달성될 수 있다. 공통 모드 주입은 정규화된 파형 VrnPA 내지 VrnPΩ를 생성하여 하나 이상의 어레이에서 밸런싱의 불균형을 보상하기 위해 기준 신호 VrPA 내지 VrPΩ에 위상 및 진폭 시프트를 도입하는 것을 포함하며, 본원에 포함되는 국제출원번호 PCT/US20/25366에 추가로 기술된다. 예를 들어, 위상 A에서 모듈의 에너지 출력을 10% 낮추기로 결정한 경우, VrnA의 10%에 해당하는 성분은 VrnA에서 감산될 수 있으며, 이러한 동일한 10%의 VrnA 성분(예컨대, 공통 모드)은 또한 VrnB 및 VrnC에서도 감산될 수 있고, 이는 중립점을 A를 향해 이동시킬 것이다. 위에서 언급한 바와 같이, 이는 위상 내 밸런싱이 수행되는 것과 동시에 발생할 수 있다.
도 9c는 어레이(700)의 각 모듈에 대한 변조 지수를 생성하도록 구성된 위상 내 밸런스 컨트롤러(906)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 컨트롤러(906)는 제어 시스템(102)에서, 제어되는 각각의 어레이 또는 위상에 대해 한 번씩, 여러 번 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 3상 시스템(PA, PB, PC)의 각 어레이에 대해 하나씩, 컨트롤러(906)의 3개 인스턴스가 도시된다. 대안적으로 컨트롤러(906)는 모든 어레이의 모듈에 대한 변조 지수를 순차적으로 결정하는 단일 컨트롤러일 수 있다.
이 실시예에서, 모듈별 SOC 값, 모듈별 온도(T), 모듈별 용량(Q)을 포함하는 상태 정보는 어레이(700)의 각 모듈에 대해 모듈 상태 값(MSi)을 결정하는 모듈 상태 산출부(920)에 입력된다. 상태 정보는 직접 측정되거나 모델을 이용하여 추정될 수 있다. MSi는 밸런싱을 이루고 있는 시스템의 동작 특성(예컨대, SOC 및/또는 온도 등)과 관련되므로 모듈 상태의 정량적 표현이다. 모듈의 MSi 값은, 각 모듈을 비교하여, 모듈이 생성할 수 있는 전압과 밸런싱된 동작으로 수렴하기 위해 생성해야 하는 전압의 측면에서 상대적인 상태를 평가하는 데 사용된다. 산출부(920)는 상태 정보의 각 파라미터 카테고리(SOC, T, Q)의 값 평가에 기반하여 MSi를 생성할 수 있다. MSi는 각 모듈에 대한 SOC, T, 및 Q의 다수의 파라미터를 나타내는 단일 값일 수 있다. 각 파라미터는, 낮은 상태 또는 열악한 건전성 상태를 나타내는 임계치에 가까운 파라미터가 임계치에서 멀리 있는 파라미터보다 큰 가중치를 부여받도록 가중화될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 SOC 값을 가진 제1 모듈은, T와 Q가 모듈 간에 동일한 경우, SOC가 더 높은 제2 모듈보다 큰 MSi를 가질 수 있다. 상대적으로 낮은 SOC 값을 가진 제1 모듈은, 제2 모듈의 온도가 제1 모듈의 온도보다 최대 온도 임계치에 훨씬 더 가까운 경우, 더 높은 SOC를 가진 제2 모듈보다 작은 MSi를 가질 수 있다. 각 파라미터 범주에 대해 다수의 임계치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 임계치(Tthld) 바로 아래에 있는 온도는 최소로 가중화되거나 전혀 가중화되지 않을 수 있고, Tthld를 약간 초과하는 온도는 상대적으로 높게 가중화될 수 있으며, Tthld를 초과하고 최대 온도 임계치(Tmax) 또는 그 근처에 있는 온도는 여전히 상대적으로 더 높게 가중화될 수 있다. 유사하게, SOC 및 Q, 및 본 실시예에서 구현된 임의의 다른 상태 정보에 대해 하나 이상의 임계치가 사용될 수 있다.
생성된 MSi 값은 그 후 산출부(920)로부터 이들 MSi 값을 사용하여 각 모듈에 대한 변조 지수(Mi)를 생성하도록 구성된 변조 지수 산출부(922)로 전달된다. 산출부(922)는 이러한 MSi 값을 사용하여 어레이의 모든 모듈에 걸쳐 어레이에 대한 전압 요구사항을 분산시킴으로써 각 Mi를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 요구사항은 어레이에 대한 기준 신호(Vr)에서 검출된 피크 전압(Vpk)일 수 있다. 산출부(922)는 각 모듈(모듈의 가용 소스(206))의 현재 전압 Vi를 활용하고 Vi의 일부 또는 전부를 어레이에 대한 전압 요구사항(예컨대, Vpk)에 도달하도록 할당할 수 있다. 할당할 Vi의 양에 대한 결정은 모듈의 MSi에 따라 이루어지며, 상태가 더 양호한 모듈(보다 강력한 MSi 값에 반영됨)에는 상대적으로 덜 양호한 모듈보다 사용 가능한 보다 많은 Vi의 부분이 할당된다. 이러한 할당은 각 모듈에 대해 결정된 Mi에서 정량화된다. 산출부(922)는 최대 변조 지수 값(Mmax)을 활용하여, 이 값이 100% 미만, 예컨대, 1 미만인 실시예에서 모듈이 가질 수 있는 최대 Mi를 나타낼 수 있다. 100% 미만인 Mmax를 사용하면 PWM 프로세스에서 최소 펄스 폭을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.
어레이(700) 내의 각 모듈에 대한 Mi 값은 그 후 변조부(924)로 전달되며, 변조부(924)는 각 모듈에 대해 개별적으로, 변조 지수에 의해 어레이에 대한 정규화된 기준 신호(Vrn)를 변조하여, 각 모듈에 특정된 변조된 기준 신호(REFi)를 생성한다. 이 변조된 기준 신호(REFi)는 (예컨대, 도 8c 내지 도 8d의 실시예에서의 Vref와 같은) 모듈의 변환기를 위한 스위칭 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이, 변조부(924)는 컨트롤러(906)에서(예컨대, MCD(112)에서), REFi가 본원에 도시된 바와 같이 각 모듈(예컨대, LCD(114))로 직접 전송되거나, REFi가 모듈에서 (예컨대, LCD(114)에 의해) 로컬로 생성될 수 있는 적절한 모듈에 어레이에 대한 Vrn 및 Mi가 전송될 수 있도록 수행될 수 있다.
도 9d는 다수의 어레이를 갖는 실시예에서 위상 간 밸런싱을 수행하도록 구성된 위상 간 밸런스 컨트롤러(910)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 실시예에서 컨트롤러(910)는 3상 컨트롤러이고, 모터 제어 유닛(931)으로부터 3개의 어레이에 대한 기준 신호 VrPA, VrPB, 및 VrPC를 수신한다. 컨트롤러(910)는 공간 벡터 공통 모드 산출부(934) 및 밸런싱 공통 모드 산출부(936)를 포함한다. 공간 벡터 공통 모드 산출부(934)는 기준 신호 VrPA, VrPB, 및 VrPC를 평가하고, 제1 보상 전압 신호(예컨대, 공통 모드)를 결정하며, 이러한 제1 보상 전압 신호(예컨대, 공통 모드)는 그 후 조합부(938)에 의해 3개의 기준 신호에 주입된다. 보상 전압 신호는 총 고조파 왜곡(total harmonic distortion)(THD)을 감소시키고 또한 변환기에 의해 생성될 수 있는 최대 라인 전압을 활용함으로써 AC 기준 신호의 품질을 개선한다. 보상 전압 신호(Vcm)를 생성하기 위해 공간 벡터 공통 모드 산출부(934)에 의해 수행되는 방정식의 예는 수학식 1에 기술되어 있다.
Figure pct00001
조합부(938)는 또한 중립점 이동을 통한 위상 간 밸런싱을 위해 산출부(936)에 의해 생성된 공통 모드 신호를 주입할 수 있다. 산출부(936)는 3개의 어레이 사이에 상태의 차이가 존재하는지 여부를 평가할 수 있고, 만약 그렇다면 평가된 차이에 기반하여, 조합부(938)에 의해 기준 신호 VrPA, VrPB, 및 VrPC에 주입될 수 있는 제2 보상 전압 신호를 생성할 수 있다. 산출부(936)는 차이가 존재하는지 여부를 평가하기 위해 각 어레이의 전체 상태를 나타내는 메트릭을 활용할 수 있다. 이 실시예에서, 각 어레이에 대한 모듈 상태 값의 합산(ΣMSPA, ΣMSPB, ΣMSPC)은 제어 시스템(102)(예컨대, MCD(112))에 의해 생성될 수 있고, 비교에 사용하기 위해 산출부(936)에 입력될 수 있다. 이 정보를 사용하면, 어레이 상태에 충분한 차이가 있는지 여부(예컨대, 합산 간의 차이가 최소 임계치를 초과하는지 여부)를 결정할 수 있으며, 만약 그렇다면 적절한 진폭 및 위상의 공통 모드 신호를 생성하여, 해당 공통 모드 신호를 3개의 기준 신호 모두에 도입하기 위한 조합부(938)에 출력한다. 공통 모드 주입은 전체 상태 또는 건전성 상태가 가장 낮은 어레이를 향해 중립점을 이동시키므로, 다른 어레이에 비해 해당 어레이의 활용도를 줄일 수 있다. 3개 이상의 위상 예에서, 중립점의 이동은 가장 효과적인 밸런싱을 수행하기 위해 하나의 어레이 또는 다수의 어레이를 향할 수 있다.
조합부(938)는 피크 검출부(902) 및 분할기(904)에 의한 정규화를 위해 임의의 공통 모드 수정(Vr'PA, Vr'PB, 및 Vr'PC)을 갖는 기준 신호를 출력한다. 결정된 피크 전압(Vpk,PA, Vpk,PB, Vpk,PC)은 변조 지수를 생성하는 데 사용하기 위해 컨트롤러(906)의 산출부(922)로 출력될 수 있고, 결과적인 정규화된 기준 신호(RefNPA, RefNPB, RefNPC)는 각 모듈에 대한 변조된 기준 신호(REFi)를 생성하기 위해 변조부(924)로 출력될 수 있다. 위상 간 컨트롤러(910)는 또한 후술되는 바와 같이 IC 모듈로부터의 에너지 주입과의 위상 간 밸런싱을 위해 본원에 기술된 바와 같은 모듈 상태 값을 활용할 수 있다.
컨트롤러(900 및 950)(및 밸런스 컨트롤러(906 및 910))는 제어 시스템(102) 내에서 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 컨트롤러(900 및 950)는 MCD(112) 내에서 구현될 수 있고, LCD(114) 사이에서 부분적으로 또는 전체적으로 분산될 수 있거나, MCD(112) 및 LCD(114)와는 독립적인 개별 컨트롤러로서 구현될 수 있다.
상호 연결(IC) 모듈의 예시적인 실시예
모듈(108)은 어레이 사이의 에너지 교환을 위해, 보조 부하에 대한 소스 역할을 위해, 또는 둘 다의 목적을 위해, 서로 다른 어레이(700)의 모듈 사이에 연결될 수 있다. 이러한 모듈은 본원에서 상호 연결(IC) 모듈(108IC)로 지칭된다. IC 모듈(108IC)은 이미 기술된 모듈 구성(108A, 108B, 108C) 및 본원에서 기술될 다른 것 중 임의의 것으로 구현될 수 있다. IC 모듈(108IC)은 임의의 수의 하나 이상의 에너지 소스, 선택적 에너지 버퍼, 하나 이상의 어레이에 에너지를 공급하고/하거나 하나 이상의 보조 부하에 전력을 공급하기 위한 스위치 회로부, 제어 회로부(예컨대, 로컬 제어 디바이스), 및 IC 모듈 자체 또는 다양한 부하(예컨대, 에너지 소스의 SOC, 에너지 소스 또는 에너지 버퍼의 온도, 에너지 소스의 용량, 에너지 소스의 SOH, IC 모듈과 관련된 전압 및/또는 전류 측정치, 보조 부하(들)와 관련된 전압 및/또는 전류 측정치 등)에 대한 상태 정보를 수집하기 위한 모니터 회로부를 포함할 수 있다.
도 10a는 Ω개의 어레이(700-PA 내지 700-PΩ)를 이용하여 Ω-위상 전력을 생성할 수 있는 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이며, 여기서 Ω은 1보다 큰 임의의 정수일 수 있다. 이 실시예 및 다른 실시예에서, IC 모듈(108IC)은 모듈(108IC)이 연결되는 어레이(700)(이 실시예에서는 어레이(700-PA 내지 700-PΩ))가 모듈(108IC)과 부하에 대한 출력(예컨대, SIO1 내지 SIOΩ) 사이에 전기적으로 연결되도록 어레이(700)의 레일 측에 위치될 수 있다. 여기서, 모듈(108IC)은 어레이(700-PA 내지 700-PΩ)의 각 모듈(108-N)의 IO 포트 2에 연결하기 위한 Ω개의 IO 포트를 갖는다. 여기에 묘사된 구성에서, 모듈(108IC)은 모듈(108IC)의 하나 이상의 에너지 소스를 하나 이상의 어레이(700-PA 내지 700-PΩ)에 선택적으로 연결함으로써 위상 간 밸런싱을 수행할 수 있다(또는 위상 간 밸런싱이 필요하지 않은 경우 출력에 연결하지 않거나, 모든 출력에 동등하게 연결할 수 있다). 시스템(100)은 제어 시스템(102)(미도시, 도 1a 참조)에 의해 제어될 수 있다.
도 10b는 모듈(108IC)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 이 실시예에서 모듈(108IC)은 에너지 버퍼(204)와 연결된 에너지 소스(206)를 포함하고, 이 에너지 버퍼(204)는 다시 스위치 회로부(603)와 연결된다. 스위치 회로부(603)는 에너지 소스(206)를 각각의 어레이(700-PA 내지 700-PΩ)에 독립적으로 연결하기 위한 스위치 회로부 유닛(604-PA 내지 604-PΩ)을 포함할 수 있다. 다양한 스위치 구성이 각각의 유닛(604)에 사용될 수 있으며, 본 실시예에서 2개의 반도체 스위치(S7 및 S8)를 갖는 하프 브리지로 구성된다. 각 하프 브리지는 LCD(114)로부터의 제어 라인(118-3)에 의해 제어된다. 이 구성은 도 3a와 관련하여 기술된 모듈(108A)과 유사하다. 변환기(202)와 관련하여 기술된 바와 같이, 스위치 회로부(603)는 애플리케이션의 요구사항에 적합한 임의의 배열 및 임의의 스위치 유형(예컨대, MOSFET, IGBT, 실리콘, GaN 등)으로 구성될 수 있다.
스위치 회로부 유닛(604)은 에너지 소스(206)의 포지티브 단자와 네거티브 단자 사이에 결합되고, 모듈(108IC)의 IO 포트에 연결된 출력을 갖는다. 유닛(604-PA 내지 604-PΩ)은 제어 시스템(102)에 의해 전압 +VIC 또는 -VIC를 제각기의 모듈 I/O 포트 1 내지 Ω에 선택적으로 결합하도록 제어될 수 있다. 제어 시스템(102)은 본원에서 언급된 PWM 및 히스테리시스 기술을 포함하는 임의의 원하는 제어 기술에 따라 스위치 회로부(603)를 제어할 수 있다. 여기서, 제어 회로부(102)는 LCD(114) 및 MCD(112)(미도시)로서 구현된다. LCD(114)는 모듈(108IC)의 모니터 회로부로부터 모니터링 데이터 또는 상태 정보를 수신할 수 있다. 이 모니터링 데이터 및/또는 이 모니터링 데이터로부터 유도되는 다른 상태 정보는 본원에 기술되는 바와 같은 시스템 제어에 사용하기 위해 MCD(112)에 출력될 수 있다. LCD(114)는 또한 시스템(100)의 모듈(108)과 PWM(도 8c 내지 도 8d)에서 사용되는 톱니파 신호와 같은 하나 이상의 캐리어 신호(미도시)의 동기화를 위해 타이밍 정보(미도시)를 수신할 수 있다.
위상 간 밸런싱을 위해, 소스(206)로부터의 에너지는 다른 어레이(700)와 비교하여 어레이(700-PA 내지 700-PΩ) 중 상대적으로 충전량이 낮은 임의의 하나 이상에 비례적으로 더 많이 공급될 수 있다. 특정 어레이(700)에 대한 이러한 보충 에너지의 공급은 공급되지 않은 위상 어레이(들)에 비해 해당 어레이(700) 내의 캐스케이딩된 모듈(108-1 내지 108-N)의 에너지 출력이 감소되도록 한다.
예를 들어, PWM을 적용하는 일부 예시적인 실시예에서, LCD(114)는 모듈(108IC)이, 예컨대, VrnPA 내지 VrnPΩ에 결합되는 하나 이상의 어레이(700) 각각에 대해 (MCD(112)로부터) 정규화된 전압 기준 신호(Vrn)를 수신하도록 구성될 수 있다. LCD(114)는 또한 MCD(112)로부터 각각의 어레이(700)에 대한 스위치 유닛(604-PA 내지 604-PΩ)에 대한 변조 지수(MiPA 내지 MiPΩ)를 각각 수신할 수 있다. LCD(114)는 해당 어레이에 직접 결합된 스위치 섹션에 대한 변조 지수(예컨대, MiA에 의해 곱해진 VrnA)로 각각의 Vrn을 변조(예컨대, 곱셈)할 수 있고, 그 다음 캐리어 신호를 활용하여 각각의 스위치 유닛(604)에 대한 제어 신호(들)를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, MCD(112)는 각 유닛(604)에 대한 변조를 수행하고, 변조된 전압 기준 파형을 모듈(108IC)의 LCD(114)에 직접 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 모든 처리 및 변조는 제어 신호를 각 유닛(604)에 직접 출력할 수 있는 단일 제어 엔티티에 의해 발생할 수 있다.
이 스위칭은 에너지 소스(206)로부터의 전력이 적절한 간격 및 지속 기간에 어레이(들)(700)에 공급되도록 변조될 수 있다. 이러한 방법론은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
현재 용량(Q) 및 각 어레이의 각 에너지 소스의 SOC와 같은 시스템(100)에 대해 수집된 상태 정보에 기반하여, MCD(112)는 각 어레이(700)에 대한 총 충전량을 결정할 수 있다(예컨대, 어레이에 대한 총 충전량은 해당 어레이의 각 모듈에 대한 용량 곱하기 SOC의 합으로 결정될 수 있다). MCD(112)는 밸런싱 또는 밸런싱의 불균형 상태가 존재하는지 여부를 (예컨대, 본원에 기술된 상대 차이 임계치 및 다른 메트릭의 사용을 통해) 결정할 수 있고, 그에 따라 각각의 스위치 유닛(604-PA 내지 604-PΩ)에 대한 변조 지수(MiPA 내지 MiPΩ)를 생성할 수 있다.
밸런싱이 이루어진 동작 동안, 각각의 스위치 유닛(604)에 대한 Mi는 시간에 따라 동일하거나 유사한 양의 순 에너지가 에너지 소스(206) 및/또는 에너지 버퍼(204)에 의해 각각의 어레이(700)에 공급되게 하는 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스위치 유닛(604)에 대한 Mi는 동일하거나 유사할 수 있고, 모듈(108IC)로 하여금 밸런싱이 이루어진 동작 동안 하나 이상의 어레이(700-PA 내지 700-PΩ)로의 순 또는 시간 평균 에너지 방전을 수행하게 하여, 시스템(100) 내의 다른 모듈(108)과 동일한 속도로 모듈(108IC)을 방전하게 하는 레벨 또는 값으로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 유닛(604)에 대한 Mi는 밸런싱이 이루어진 동작 동안 순 또는 시간 평균 에너지 방전을 유발하지 않는(0의 순 에너지 방전을 유발하는) 레벨 또는 값으로 설정될 수 있다. 이는 모듈(108IC)이 시스템 내의 다른 모듈보다 총 충전량이 낮은 경우에 유용할 수 있다.
밸런싱의 불균형 상태가 어레이(700) 사이에 발생할 경우, 시스템(100)의 변조 지수는 밸런싱 상태로의 수렴을 유발하거나 추가적인 발산을 최소화하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(102)은 모듈(108IC)이 다른 것보다 충전량이 낮은 어레이(700)로 더 많이 방전하게 할 수 있고, 또한 해당 충전량이 낮은 어레이(700)의 모듈(108-1 내지 108-N)이 (예컨대, 시간 평균 기준으로) 상대적으로 덜 방전하게 할 수 있다. 모듈(108IC)에 의해 기여되는 상대적 순 에너지는, 지원되는 어레이(700)의 모듈(108-1 내지 108-N)과 비교하여, 또한 모듈(108IC)이 다른 어레이에 기여하는 순 에너지량과 비교하여, 증가한다. 이것은, 해당 충전량이 낮은 어레이(700)에 공급하는 스위치 유닛(604)에 대해서는 Mi를 증가시키고, 그리고 해당 충전량이 낮은 어레이에 대해서는 Vout을 적절하거나 요구되는 레벨로 유지하고, 비교적 변경되지 않는 다른 충전량이 높은 어레이에 공급하는 다른 스위치 유닛(604)에 대해서는 변조 지수를 유지하는(또는 감소시키는) 방식으로, 충전량이 낮은 어레이(700)의 모듈(108-1 내지 108-N)의 변조 지수를 감소시킴으로써, 달성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b의 모듈(108IC)의 구성은 단일 시스템에 대한 위성 간 밸런싱 또는 어레이 간 밸런싱을 제공하기 위해 단독으로 사용될 수 있거나, 각각이 에너지 소스, 및 하나 이상의 어레이에 결합된 하나 이상의 스위치부(604)를 갖는 하나 이상의 다른 모듈(108IC)과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 Ω개의 어레이(700)와 결합된 Ω개의 스위치부(604)를 갖는 모듈(108IC)은 하나의 어레이(700)와 결합된 하나의 스위치부(604)를 갖는 제2 모듈(108IC)과 조합될 수 있으므로, 2개의 모듈은 Ω+1개의 어레이(700)를 갖는 시스템(100)에 서비스를 제공하도록 조합될 수 있다. 임의의 수의 모듈(108IC)은 이러한 방식으로 조합될 수 있고, 각각은 시스템(100)의 하나 이상의 어레이(700)와 결합될 수 있다.
또한, IC 모듈은 시스템(100)의 둘 이상의 서브시스템 간에 에너지를 교환하도록 구성될 수 있다. 도 10c는 IC 모듈에 의해 상호 연결된 제1 서브시스템(1000-1) 및 제2 서브시스템(1000-2)을 갖는 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 구체적으로, 서브시스템(1000-1)은 시스템 I/O 포트 SIO1, SIO2, 및 SIO3을 통해 제1 부하(미도시)에 3상 전력, PA, PB, 및 PC를 각각 공급하도록 구성되는 반면, 서브시스템(1000-2)은 시스템 I/O 포트 SIO4, SIO5, 및 SIO6을 통해 제2 부하(미도시)에 3상 전력 PD, PE, 및 PF를 각각 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 서브시스템(1000-1 및 1000-2)은 EV의 서로 다른 모터에 전력을 공급하는 서로 다른 팩으로서 구성되거나 서로 다른 마이크로그리드에 전력을 공급하는 서로 다른 랙으로서 구성될 수 있다.
이 실시예에서, 각 모듈(108IC)은 (IO 포트 1을 통해) 서브시스템(1000-1)의 제1 어레이 및 (IO 포트 2를 통해) 서브시스템(1000-2)의 제1 어레이와 결합되고, 각 모듈(108IC)은 도 3c의 모듈(108C)와 관련하여 기술된 바와 같이 각 모듈(108IC)의 에너지 소스(206)와 결합되는 I/O 포트 3 및 4를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 연결은 모듈(108IC-1, 108IC-2, 및 108IC-3)의 소스(206)를 병렬로 배치하고, 따라서 모듈(108IC)에 의해 저장되고 공급되는 에너지는 이러한 병렬 배열에 의해 함께 풀링된다(pooled). 중요 연결부와 같은 다른 배열도 사용될 수 있다. 모듈(108IC)은 서브시스템(1000-1)의 공통 인클로저 내에 하우징되지만, 상호 연결 모듈은 공통 인클로저 외부에 있을 수 있고, 두 서브시스템(1000)의 공통 인클로저 사이에서 독립적인 엔티티로서 물리적으로 위치할 수 있다.
각 모듈(108IC)은 도 10b와 관련하여 기술된 바와 같이, IO 포트 1과 결합된 스위치 유닛(604-1) 및 I/O 포트 2와 결합된 스위치 유닛(604-2)을 갖는다. 따라서, 서브시스템(1000) 사이의 밸런싱(예컨대, 팩 간 밸런싱 또는 랙 간 밸런싱)을 위해, 특정 모듈(108IC)은 연결된 2개의 어레이 중 하나 또는 둘 모두에 상대적으로 더 많은 에너지를 공급할 수 있다(예컨대, 모듈(108IC-1)은 어레이(700-PA) 및/또는 어레이(700-PD)에 공급할 수 있다). 제어 회로부는 서로 다른 서브시스템의 어레이의 상대적 파라미터(예컨대, SOC와 온도)를 모니터링하고, IC 모듈의 에너지 출력을 조정하여, 동일한 랙 또는 팩의 두 어레이 사이의 밸런싱의 불균형을 보상하는 것과 동일한 방식으로 본원에서 기술된 서로 다른 서브시스템의 어레이 또는 위상 간의 밸런싱의 불균형을 보상할 수 있다. 3개의 모든 모듈(108IC)이 병렬이기 때문에, 에너지는 시스템(100)의 임의의 모든 어레이 사이에서 효율적으로 교환될 수 있다. 이 실시예에서, 각각의 모듈(108IC)은 2개의 어레이(700)를 공급하지만, 시스템(100)의 모든 어레이를 위한 단일 IC 모듈 및 각 어레이(700)를 위한 하나의 전용 IC 모듈을 갖는 구성(예컨대, 6개의 어레이를 위한 6개의 IC 모듈, 여기서 각각의 IC 모듈은 하나의 스위치 유닛(604)을 가짐)을 포함하는 다른 구성이 사용될 수 있다. 다수의 IC 모듈을 갖는 모든 경우에, 에너지 소스는 본원에 기술된 바와 같이 에너지를 공유하기 위해 함께 병렬로 결합될 수 있다.
위상들 간에 IC 모듈이 있는 시스템에서, 위에서 기술한 바와 같은 중립점 이동(또는 공통 모드 주입)에 의해 위상 간 밸런싱을 수행할 수도 있다. 이러한 조합은 보다 광범위한 동작 상태 하에서 보다 강력하고 유연한 밸런싱을 가능하게 한다. 시스템(100)은 중립점 이동 단독, 위상 간 에너지 주입 단독, 또는 이들 모두의 조합을 동시적으로 사용하여 위상 간 밸런싱을 수행할 적절한 환경을 결정할 수 있다.
IC 모듈은 또한 (소스(206)와 동일한 전압에서) 하나 이상의 보조 부하(301) 및/또는 (소스(302)로부터 강하된 전압에서) 하나 이상의 보조 부하(302)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 도 10d는, 위상 간 밸런싱을 수행하고, 보조 부하(301 및 302)를 공급하도록 연결된 2개의 모듈(108IC)을 갖는 3상 시스템(100A)의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 도 10e는 모듈(108IC-1 및 108IC-2)에 중점을 둔 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 여기서, 제어 회로부(102)는 다시 LCD(114) 및 MCD(112)(미도시)로서 구현된다. LCD(114)는 모듈(108IC)로부터 모니터링 데이터(예컨대, ES1의 SOC, ES1의 온도, ES1의 Q, 보조 부하(301 및 302)의 전압 등)를 수신할 수 있고, 이러한 모니터링 데이터 및/또는 다른 모니터링 데이터를 본원에 기술된 바와 같은 시스템 제어에 사용하기 위해 MCD(112)에 출력할 수 있다. 각각의 모듈(108IC)은 해당 모듈에 의해 공급되는 각각의 부하(302)에 대한 스위치부(602A)(또는 도 6c와 관련하여 기술된 602B)를 포함할 수 있고, 각각의 스위치부(602)는 LCD(114)에 의해 부하(302)에 필요한 전압 레벨을 독립적으로 또는 MCD(112)로부터의 제어 입력에 기반하여 유지하도록 제어될 수 있다. 이 실시예에서, 각각의 모듈(108IC)은 하나의 부하(302)를 공급하기 위해 함께 연결된 스위치부(602A)를 포함하지만, 이것은 필수사항은 아니다.
도 10f는 모듈(108IC-1, 108IC-2, 및 108IC-3)로 하나 이상의 보조 부하(301 및 302)에 전력을 공급하도록 구성된 3상 시스템의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 실시예에서, 모듈(108IC-1 및 108IC-2)은 도 10d 내지 도 10e와 관련하여 기술된 것과 동일한 방식으로 구성된다. 모듈(108IC-3)은 순전히 보조 역할로 구성되며, 시스템(100)의 임의의 어레이(700)에 전압이나 전류를 능동적으로 주입하지는 않는다. 이 실시예에서, 모듈(108IC-3)은 도 3b의 모듈(108C)처럼 구성될 수 있으며, 하나 이상의 보조 스위치부(602A)를 갖는 변환기(202B, 202C)(도 6b 내지 도 6c)를 갖지만 스위치부(601)는 생략된다. 이와 같이, 모듈(108IC-3)의 하나 이상의 에너지 소스(206)는 모듈(108IC-1 및 108IC-2)의 에너지 소스와 병렬로 상호 연결되며, 따라서 시스템(100)의 이 실시예는 보조 부하(301 및 302)를 공급하기 위해 그리고 모듈(108IC-3)의 소스(206)와의 병렬 연결을 통해 모듈(108IC-1 및 108IC-2)의 소스(206A) 상에서 충전량을 유지하기 위한 추가 에너지로 구성된다.
각각의 IC 모듈의 에너지 소스(206)는 시스템의 다른 모듈(108-1 내지 108-N)의 소스(206)와 동일한 전압 및 용량일 수 있지만, 이것은 필수사항은 아니다. 예를 들어, 하나의 모듈(108IC)이 다수의 어레이(700)(도 10a)에 에너지를 인가하여 IC 모듈이 위상 어레이 자체의 모듈과 동일한 레이트로 방전할 수 있도록 하는 실시예에서는 상대적으로 높은 용량이 바람직할 수 있다. 모듈(108IC)이 또한 보조 부하를 공급하는 경우, IC 모듈이 보조 부하를 공급하고 다른 모듈과 비교적 동일한 레이트로 방전할 수 있도록 훨씬 더 큰 용량이 필요할 수 있다.
본 주제의 다양한 양태는 지금까지 기술된 실시예를 검토 및/또는 보완하여 아래에 기술되며, 여기서는 다음 실시예의 상호관계 및 호환성에 중점을 두고 있다. 다시 말해서, 명시적으로 언급되거나 달리 지시되지 않는 한, 실시예의 각 특징은 각각 및 다른 모든 특징과 조합될 수 있다는 사실에 중점을 두고 있다.
많은 실시예에서, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법이 제공되며, 이 방법은 어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 상태 정보를 모니터링하는 단계는 모니터 회로부를 이용하여 충전 상태를 측정하는 단계 및 모니터 회로부를 이용하여 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상태 정보를 모니터링하는 단계는 모델을 이용하여 충전 상태를 추정하는 단계 및 모델을 이용하여 온도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함할 수 있다. 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 임계치 또는 상태에 대한 상태 정보를 평가하는 단계를 포함한다. 상기 임계치 또는 상태는 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 어레이에 대한 전압 요구사항은 상기 어레이에 대한 피크 전압이다.
일부 실시예에서, 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는 상기 복수의 모듈의 모듈 상태 값, 각 모듈의 전압, 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 각 모듈의 전압은 모니터 회로부를 이용하여 측정될 수 있다. 각 모듈의 전압은 상기 모듈의 충전 상태와 상기 모듈의 전류 중 적어도 하나에 기반하여 추정될 수 있다.
일부 실시예에서, 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는 상기 어레이에 대한 전압 요구사항을 상기 어레이의 각 모듈의 모듈 상태 값에 기반하여 상기 어레이의 모듈에 걸쳐 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 각 모듈에 대한 변조 지수 및 상기 어레이에 대한 정규화된 기준 신호를 상기 시스템의 마스터 제어 디바이스로부터 상기 복수의 모듈과 연관된 복수의 로컬 제어 디바이스로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대해, 해당 모듈의 변조 지수를 이용하여 상기 어레이에 대한 정규화된 기준 신호를 변조하는 단계 및 상기 변조된 기준 신호를 상기 시스템의 마스터 제어 디바이스로부터 해당 모듈과 연관된 로컬 제어 디바이스로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 모듈은 상기 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 여기서 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함한다. 각 모듈은 상기 모듈의 상태 정보를 모니터링하도록 구성된 모니터 회로부를 더 포함할 수 있으며, 여기서 각 모듈은 상기 상태 정보를 제어 시스템에 출력하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은 상기 상태 정보에 기반하여 각 모듈의 변환기를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 방법은 펄스 폭 변조 기술에 따라 전압을 출력하도록 각 모듈을 제어하기 위해 각 모듈의 변조 지수를 사용하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 모듈은 제1 복수의 모듈이고, 상기 어레이는 제1 어레이이고, 방법은: 제2 어레이 내의 제2 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계; 및 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이로 중립점을 이동시키기 위해 공통 모드 주입을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계는 상기 제1 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합을 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합은 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합보다 작을 수 있고, 공통 모드 주입은 상기 중립점을 상기 제2 어레이로부터 상기 제1 어레이를 향해 이동시키도록 수행될 수 있다.
많은 실시예에서, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법이 제공되며, 이 시스템은 제1 어레이 및 제2 어레이를 갖고, 각각의 어레이는 복수의 모듈을 포함하고, 상기 복수의 모듈은 상기 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고, 상기 방법은: 상기 제1 어레이의 모듈 및 상기 제2 어레이의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 기준 신호에 대해 공통 모드 주입을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 상기 제1 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제1 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제1 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계; 및 상기 제2 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함할 수 있다. 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 임계치 또는 상태에 대한 상태 정보를 평가하는 단계를 포함한다. 상기 임계치 또는 상태는 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 복수의 모듈을 포함하는 제3 어레이를 더 포함하고, 상기 복수의 모듈은 상기 제3 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 여기서 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함한다. 방법은 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제3 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이의 기준 신호에 대해 공통 모드 주입을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
많은 실시예에서, 컴퓨터 판독가능 매체가 제공되며, 이 컴퓨터 판독가능 매체는 처리 회로부에 의해 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 수행하게 하는 복수의 인스트럭션을 저장하며, 상기 단계는: 어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 일부 실시예에서, 상태 정보를 모니터링하는 단계는 모니터 회로부를 이용하여 충전 상태를 측정하는 단계 및 모니터 회로부를 이용하여 온도를 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상태 정보를 모니터링하는 단계는 모델을 이용하여 충전 상태를 추정하는 단계 및 모델을 이용하여 온도를 추정하는 단계를 포함한다. 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함할 수 있다. 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 임계치 또는 상태에 대한 상태 정보를 평가하는 단계를 포함한다. 상기 임계치 또는 상태는 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 어레이에 대한 전압 요구사항은 상기 어레이에 대한 피크 전압이다.
일부 실시예에서, 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는 상기 복수의 모듈의 모듈 상태 값, 각 모듈의 전압, 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는 상기 어레이에 대한 전압 요구사항을 상기 어레이의 각 모듈의 모듈 상태 값에 기반하여 상기 어레이의 모듈에 걸쳐 분산시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 인스트럭션은 상기 처리 회로부로 하여금 추가 단계를 수행하게 하며, 상기 추가 단계는 펄스 폭 변조 기술에 따라 전압을 출력하도록 각 모듈을 제어하기 위해 각 모듈의 변조 지수를 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 모듈은 제1 복수의 모듈이고, 상기 어레이는 제1 어레이이고, 상기 복수의 인스트럭션은 상기 처리 회로부로 하여금 추가 단계를 수행하게 하며, 상기 추가 단계는: 제2 어레이 내의 제2 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 복수의 인스트럭션은 상기 처리 회로부로 하여금 추가 단계를 수행하게 할 수 있으며, 상기 추가 단계는: 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계; 및 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이로 중립점을 이동시키기 위해 공통 모드 주입의 수행을 유발하는 단계를 포함한다. 상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계는 상기 제1 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합을 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
많은 실시예에서, 컴퓨터 판독가능 매체가 제공되며, 이 컴퓨터 판독가능 매체는 처리 회로부에 의해 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 수행하게 하는 복수의 인스트럭션을 저장하며, 상기 단계는: 제1 어레이의 모듈 및 제2 어레이의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 어레이의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고, 상기 제1 어레이의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 함께 전기적으로 연결되며, 상기 제2 어레이의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고, 상기 제2 어레이의 각 모듈로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 함께 전기적으로 연결된다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 인스트럭션은 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금, 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 기준 신호에 대한 공통 모드 주입을 추가로 수행하게 한다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 인스트럭션은 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 추가로 수행하게 하며, 상기 단계는: 상기 제1 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제1 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제1 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계; 및 상기 제2 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 인스트럭션은 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 추가로 수행하게 하며, 상기 단계는: 상기 상태 정보에 기반하여 제3 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계를 포함한다. 상기 복수의 인스트럭션은 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금, 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이의 기준 신호에 대한 공통 모드 주입을 추가로 수행하게 한다. 상기 복수의 인스트럭션은 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금, 상기 평가된 차이에 기반하여 상호 연결 모듈로부터 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 중 적어도 하나로의 에너지 주입을 추가로 수행하게 할 수 있다.
많은 실시예에서, 모듈식 에너지 시스템이 제공되며, 이 시스템은: 어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하고; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하고; 그리고 상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하도록 구성된 제어 시스템을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 시스템은 각 모듈과 연관된 온도 및 충전 상태를 측정하기 위한 모니터 회로부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 모델을 이용하여 충전 상태를 추정하고 모델을 이용하여 온도를 추정하도록 구성될 수 있다. 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 임계치 또는 상태에 대한 상태 정보를 평가하도록 구성될 수 있다. 상기 임계치 또는 상태는 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 어레이에 대한 전압 요구사항은 상기 어레이에 대한 피크 전압이다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 복수의 모듈의 모듈 상태 값, 각 모듈의 전압, 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 어레이에 대한 전압 요구사항을 상기 어레이의 각 모듈의 모듈 상태 값에 기반하여 상기 어레이의 모듈에 걸쳐 알고리즘 방식으로 분산시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 펄스 폭 변조 기술에 따라 전압을 출력하도록 각 모듈을 제어하기 위해 각 모듈의 변조 지수를 사용하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템은 상기 어레이 내의 복수의 모듈을 더 포함한다.
많은 실시예에서, 모듈식 에너지 시스템이 제공되고, 이 시스템은: 제1 어레이의 복수의 모듈 및 제2 어레이의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하고; 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하고; 그리고 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하도록 구성된 제어 시스템을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 상기 제1 어레이의 복수의 모듈 및 상기 제2 어레이의 복수의 모듈을 더 포함하고, 상기 제1 어레이의 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고, 상기 제1 어레이의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 함께 전기적으로 연결되며, 상기 제2 어레이의 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고, 상기 제2 어레이의 각 모듈로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하기 위해 함께 전기적으로 연결된다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 기준 신호에 대한 공통 모드 주입을 수행하게 하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 제1 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제1 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제1 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하고; 그리고 상기 제2 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함한다. 상기 제어 시스템은 적어도 상기 모듈의 충전 상태 및 온도 상태를 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 충전 상태와 상기 온도 상태 중 적어도 하나를 가중화하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 복수의 모듈을 포함하는 제3 어레이를 더 포함하고, 상기 복수의 모듈은 상기 제3 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 여기서 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함한다. 상기 제어 시스템은 상기 상태 정보에 기반하여 상기 제3 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하고; 그리고 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 사이의 상태 차이를 평가하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이의 기준 신호에 대한 공통 모드 주입을 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 평가된 차이에 기반하여 상호 연결 모듈로부터 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 중 적어도 하나로의 에너지 주입을 수행하게 하도록 구성될 수 있다.
본원에서 사용되는 "모듈"이라는 용어는 보다 큰 시스템 내의 2개 이상의 디바이스 또는 서브시스템 중 하나를 지칭한다. 모듈은 유사한 크기, 기능, 및 물리적 배열(예컨대, 전기 단자, 커넥터 등의 위치)의 다른 모듈과 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 동일한 기능 및 에너지 소스(들)를 갖는 모듈은 동일한 시스템(예컨대, 랙 또는 팩) 내의 다른 모든 모듈과 동일하게(예컨대, 크기 및 물리적 배열로) 구성될 수 있는 반면, 서로 다른 기능 또는 에너지 소스(들)를 갖는 모듈은 크기와 물리적 배열이 다를 수 있다. 각 모듈은 시스템의 다른 모듈(예컨대, 자동차의 휠 또는 정보 기술(IT) 블레이드 서버의 블레이드)과 관련하여 물리적으로 제거 및 교체가 가능할 수 있지만, 이것은 필수사항은 아니다. 예를 들어, 시스템은 전체 시스템을 분해하지 않고는 어느 한 모듈의 제거 및 교체가 허용되지 않는 공통 하우징 내에 패키징될 수 있다. 그러나, 본원의 임의의 모든 실시예는 각각의 모듈이 편리한 방식으로, 예를 들어, 시스템의 분해 없이, 다른 모듈과 관련하여 제거 및 교체가 가능하도록 구성될 수 있다.
"마스터 제어 디바이스"라는 용어가 본원에서 넓은 의미로 사용되며, 로컬 제어 디바이스와 같은 임의의 다른 디바이스와의 마스터 및 슬레이브 관계와 같은 임의의 특정 프로토콜의 구현을 필요로 하지는 않는다.
"출력"이라는 용어는 본원에서 넓은 의미로 사용되며, 출력 및 입력 모두로서 양방향 방식으로 기능하는 것을 배제하지는 않는다. 유사하게, "입력"이라는 용어는 본원에서 넓은 의미로 사용되며, 입력 및 출력 모두로서 양방향 방식으로 기능하는 것을 배제하지는 않는다.
용어 "단자" 및 "포트"는 본원에서 넓은 의미로 사용되며, 단방향 또는 양방향일 수 있고, 입력 또는 출력일 수 있으며, 그리고 암형 또는 수형 구성과 같은 특정한 물리적 또는 기계적 구조를 필요로 하지는 않는다.
본원에서는 상이한 참조 번호 표기법이 사용된다. 이러한 표기법은 본 주제의 설명을 용이하게 하며, 해당 주제의 범위를 제한하지 않는다. 일반적으로, 요소의 속(屬)은, 예컨대, "123"과 같이 숫자로 지칭되고, 그 하위 속은 숫자 뒤에 문자를 붙여서, 예컨대, 123A 또는 123B로 지칭된다. 문자 부록이 없는 속(예컨대, 123)에 대한 언급은 모든 하위 속을 포함하여 속 전체를 지칭한다. 일부 도면은 동일한 요소의 여러 인스턴스를 보여주고 있다. 이러한 요소에는, 예컨대, 123-1, 123-2, 또는 123-PA와 같이, "-X" 형식의 숫자나 문자가 추가될 수 있다. 이 -X 형식은 요소가 각 인스턴스에서 동일하게 구성되어야 함을 의미하는 것이 아니라, 오히려 도면에서 요소를 참조할 때 구별을 용이하게 하기 위해 사용된다. -X 부록이 없는 속 123에 대한 언급은 속 내의 요소의 모든 인스턴스를 넓게 지칭한다.
본 주제의 다양한 양태는 지금까지 기술된 실시예를 검토 및/또는 보완하여 아래에 기술되며, 여기서는 다음 실시예의 상호관계 및 호환성에 중점을 두고 있다. 다시 말해서, 명시적으로 달리 언급되거나 논리적으로 믿기 어려운 것이 아닌 한, 실시예의 각 특징은 각각 및 다른 모든 특징과 조합될 수 있다는 사실에 중점을 두고 있다.
처리 회로부는 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 컨트롤러, 및/또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 개별 또는 독립형 칩이거나 다수의 서로 다른 칩 사이(및 일부)에 분산될 수 있다. 임의의 유형의 처리 회로부는, 예를 들어, 퍼스널 컴퓨팅 아키텍처(예컨대, 데스크탑 PC, 랩탑, 태블릿 등에 사용되는 것), 프로그래머블 게이트 어레이 아키텍처, 독점 아키텍처, 맞춤형 아키텍처 등으로 구현될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 처리 회로부는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 처리 회로부는 메모리에 저장된 소프트웨어 인스트럭션을 실행하여, 처리 회로부가 다양한 작업을 수행하고 다른 컴포넌트를 제어하도록 할 수 있다.
처리 회로부는 또한 다른 소프트웨어 및/또는 하드웨어 루틴을 수행할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로부는 통신 회로부와 인터페이스할 수 있고, 아날로그-디지털 변환, 인코딩 및 디코딩, 다른 디지털 신호 처리, 멀티미디어 기능, 통신 회로부에 제공하기에 적합하고 및/또는 통신 회로부가 데이터를 (유선 또는 무선으로) 전송하게 할 수 있는 형식(예컨대, 동상 및 직교)으로의 데이터 변환을 수행할 수 있다.
본원에 기술된 임의의 모든 통신 신호는 언급되거나 논리적으로 타당하지 않은 경우를 제외하고는 무선으로 통신될 수 있다. 무선 통신을 위해 통신 회로부가 포함될 수 있다. 통신 회로부는 적절한 프로토콜(예컨대, Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth 저에너지, 근거리 통신(NFC), 무선 주파수 식별(RFID), 독점 프로토콜 등) 하에서 링크를 통해 무선 통신을 수행하는 하나 이상의 칩 및/또는 컴포넌트(예컨대, 송신기, 수신기, 트랜시버, 및/또는 다른 통신 회로부)로서 구현될 수 있다. 다양한 프로토콜 및 회로와 함께 작동하기 위해 필요에 따라 하나 이상의 다른 안테나가 통신 회로부와 함께 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 통신 회로부는 링크를 통한 전송을 위해 안테나를 공유할 수 있다. RF 통신 회로부는 송신기와 수신기(예컨대, 트랜시버로 통합됨) 및 관련 인코더 로직을 포함할 수 있다.
처리 회로부는 또한 운영 체제 및 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하고, 전송 및 수신된 통신 처리와 관련되지 않은 다른 기능을 수행하도록 적응될 수 있다.
기술된 본 주제에 따른 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 인스트럭션은, Java, JavaScript, Smalltalk, C++, C#, Transact-SQL, XML, PHP등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어, 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같은 종래의 절차형 프로그래밍 언어를 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성될 수 있다.
메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 존재하는 다양한 기능 유닛 중 하나 이상에 의해 공유될 수 있거나, 이들 중 둘 이상 사이에서 (예컨대, 서로 다른 칩 내에 존재하는 별도의 메모리로서) 분산될 수 있다. 메모리는 별도의 자체 칩에 상주할 수도 있다.
본원에 개시된 실시예가 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하거나 그와 관련하여 작동하는 한, 해당 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 비일시적이다. 따라서, 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체가 하나 이상의 청구항에 포함되는 한, 해당 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 비일시적인 것에 불과하다. 본원에서 사용된 "비일시적" 및 "유형적"이라는 용어는 전파되는 전자기 신호를 제외한 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체를 설명하기 위한 것이지만, 저장 또는 기타의 지속성 측면에서 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체의 유형을 제한하려는 것은 아니다. 예를 들어, "비일시적" 및/또는 "유형적" 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 랜덤 액세스 매체(예컨대, RAM, SRAM, DRAM, FRAM 등), 판독 전용 매체(예컨대, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 등), 및 이들의 조합(예컨대, 하이브리드 RAM 및 ROM, NVRAM 등) 및 이들의 변형와 같은 휘발성 및 비휘발성 매체를 포함한다.
본원에 제공된 임의의 실시예와 관련하여 기술된 모든 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 및 단계는 임의의 다른 실시예의 것과 자유롭게 조합 및 대체 가능하도록 의도되었다는 것에 주목해야 한다. 특정 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 또는 단계가 하나의 실시예에 대해서만 기술되는 경우, 해당 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 또는 단계는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 본원에 기술된 다른 모든 실시예와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이 단락은, 서로 다른 실시예로부터의 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 및 단계를 조합하거나, 하나의 실시예로부터의 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 및 단계를 다른 실시예의 것으로 대체하는 청구항의 도입에 대한 선행 근거 및 서면 지원 역할을 하며, 이는 특정한 사례에서 그러한 조합 또는 대체가 가능하다는 것을 후속하는 설명에서 명시적으로 언급하지 않더라도 그러하다. 모든 가능한 조합 및 대체에 대한 명시적인 언급은 특히 그러한 각각의 및 모든 조합 및 대체의 허용 가능성이 당업자에 의해 쉽게 인식될 것이라는 점을 고려할 때 지나치게 부담스럽다는 것이 명시적으로 인정된다.
본원 명세서 및 첨부된 청구항에 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 문맥 상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.
본 실시예가 다양한 변형 및 대안의 형태로 수정될 수 있지만, 그 특정 예가 도면에 도시되고 본원에서 상세히 기술된다. 그러나, 이들 실시예는 개시된 특정 형태로 제한되지 않고, 반대로, 이들 실시예는 본 개시내용의 사상 내에 속하는 모든 수정례, 등가물, 및 대안을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 실시예의 임의의 특징, 기능, 단계, 또는 요소는 청구항에 인용되거나 청구항에 추가될 수 있을 뿐만 아니라, 청구항의 발명적 범위를 해당 범위에 속하지 않는 특징, 기능, 단계, 또는 요소에 의해 정의하는 부정적인 한정도 포함될 수 있다.

Claims (39)

  1. 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수(modulation index)를 결정하는 단계
    를 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태 정보를 모니터링하는 단계는, 모니터 회로부를 이용하여 충전 상태를 측정하는 단계 및 모니터 회로부를 이용하여 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상태 정보를 모니터링하는 단계는, 모델을 이용하여 충전 상태를 추정하는 단계 및 모델을 이용하여 온도를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 적어도 상기 모듈의 충전 상태 조건 및 온도 조건을 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 상기 충전 상태 조건 및 상기 온도 조건 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 임계치 또는 조건에 대해 상기 상태 정보를 평가하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 임계치 또는 조건은 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이에 대한 전압 요구사항은 상기 어레이에 대한 피크 전압인 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는, 상기 복수의 모듈의 모듈 상태 값, 각 모듈의 전압, 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각 모듈의 전압은 모니터 회로부를 이용하여 측정되는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 각 모듈의 전압은 상기 모듈의 충전 상태 및 상기 모듈의 전류 중 적어도 하나에 기반하여 추정되는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계는, 상기 어레이에 대한 전압 요구사항을 상기 어레이의 각 모듈의 모듈 상태 값에 기반하여 상기 어레이의 모듈에 걸쳐 분산시키는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 모듈에 대한 변조 지수 및 상기 어레이에 대한 정규화된 기준 신호를 상기 시스템의 마스터 제어 디바이스로부터 상기 복수의 모듈과 연관된 복수의 로컬 제어 디바이스로 전달하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대하여, 상기 모듈의 변조 지수를 이용하여 상기 어레이에 대한 정규화된 기준 신호를 변조하는 단계 및 상기 변조된 기준 신호를 상기 시스템의 마스터 제어 디바이스로부터 상기 모듈과 연관된 로컬 제어 디바이스로 전달하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈은 상기 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    각 모듈은 상기 모듈의 상태 정보를 모니터링하도록 구성된 모니터 회로부를 더 포함하고, 각 모듈은 상기 상태 정보를 제어 시스템에 출력하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은 상기 상태 정보에 기반하여 각 모듈의 변환기를 제어하도록 구성되는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 폭 변조 기술에 따라 전압을 출력하도록 각 모듈을 제어하기 위해 각 모듈의 변조 지수를 사용하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈은 제1 복수의 모듈이고, 상기 어레이는 제1 어레이이고,
    상기 방법은:
    제2 어레이 내의 제2 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계; 및
    상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이로 중립점을 이동시키기 위해 공통 모드 주입을 수행하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 어레이의 상태 및 상기 제2 어레이의 상태를 평가하는 단계는, 상기 제1 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합을 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합과 비교하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합은 상기 제2 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값의 합보다 작고, 상기 중립점을 상기 제2 어레이로부터 상기 제1 어레이를 향해 이동시키도록 공통 모드 주입이 수행되는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  24. 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 모듈식 에너지 시스템은 제1 어레이 및 제2 어레이를 갖고, 각각의 어레이는 복수의 모듈을 포함하고, 상기 복수의 모듈은 상기 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 제1 어레이의 모듈 및 상기 제2 어레이의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계
    를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 기준 신호에 대해 공통 모드 주입을 수행하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 제1 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제1 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제1 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 어레이의 모듈의 모듈 상태 값 및 상기 제2 어레이의 전압 요구사항에 기반하여 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 충전 상태 및 각 모듈과 연관된 온도를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 상태 정보는 각 모듈과 연관된 용량을 더 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 적어도 상기 모듈의 충전 상태 조건 및 온도 조건을 나타내는 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 단일 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 상기 충전 상태 조건 및 상기 온도 조건 중 적어도 하나를 가중화하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  31. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈 상태 값을 결정하는 단계는, 임계치 또는 조건에 대해 상기 상태 정보를 평가하는 단계를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 임계치 또는 조건은 충전 상태 임계치 또는 온도 임계치 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  33. 제24항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 복수의 모듈을 포함하는 제3 어레이를 포함하고, 상기 복수의 모듈은 상기 제3 어레이 내에서 함께 전기적으로 연결되어, 상기 복수의 모듈 각각으로부터의 출력 전압의 중첩을 포함하는 AC 전압 신호를 출력하고, 상기 복수의 모듈 각각은 에너지 소스 및 변환기를 포함하는 것인, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 제3 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 평가된 차이에 기반하여 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이, 및 상기 제3 어레이의 기준 신호에 대해 공통 모드 주입을 수행하는 단계
    를 더 포함하는, 모듈식 에너지 시스템을 제어하는 방법.
  36. 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능 매체는 처리 회로부에 의해 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 수행하게 하는 복수의 인스트럭션을 저장하며,
    상기 단계는:
    어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하는 단계
    를 포함하는 것인, 컴퓨터 판독가능 매체.
  37. 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능 매체는 처리 회로부에 의해 실행될 때 상기 처리 회로부로 하여금 단계를 수행하게 하는 복수의 인스트럭션을 저장하며,
    상기 단계는:
    제1 어레이의 모듈 및 제2 어레이의 모듈의 상태 정보를 모니터링하는 단계;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하는 단계; 및
    상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하는 단계
    를 포함하는 것인, 컴퓨터 판독가능 매체.
  38. 모듈식 에너지 시스템에 있어서,
    제어 시스템을 포함하고,
    상기 제어 시스템은:
    어레이 내의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하고;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하고; 그리고
    상기 복수의 모듈의 상기 모듈 상태 값 및 상기 어레이에 대한 전압 요구사항에 기반하여 상기 복수의 모듈의 각 모듈에 대한 변조 지수를 결정하도록
    구성되는 것인, 모듈식 에너지 시스템.
  39. 모듈식 에너지 시스템에 있어서,
    제어 시스템을 포함하고,
    상기 제어 시스템은:
    제1 어레이의 복수의 모듈 및 제2 어레이의 복수의 모듈의 상태 정보를 모니터링하고;
    상기 상태 정보에 기반하여 상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 각 모듈에 대한 모듈 상태 값을 결정하고; 그리고
    상기 모듈 상태 값에 기반하여 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이의 상태 차이를 평가하도록
    구성되는 것인, 모듈식 에너지 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114844174B (zh) * 2022-06-07 2023-06-23 国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司 用于级联h桥储能系统的相间soc均衡控制方法及系统

Family Cites Families (205)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2066249T3 (es) 1990-05-08 1995-03-01 Asea Brown Boveri Rectificador de corriente de dos cuadrantes y su utilizacion como elemento de control de un acumulador de energia.
US5428522A (en) 1992-08-17 1995-06-27 Kaman Electromagnetics Corporation Four quadrant unipolar pulse width modulated inverter
US5905371A (en) 1995-06-23 1999-05-18 D.C. Transformation, Inc. Sequential discharge and its use for rectification
US5642275A (en) 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
JP3741171B2 (ja) 1996-06-17 2006-02-01 株式会社安川電機 多重パルス幅変調方式の電力変換装置
US6064180A (en) 1996-10-29 2000-05-16 General Motors Corporation Method and apparatus for determining battery state-of-charge using neural network architecture
US5949664A (en) 1997-06-19 1999-09-07 Wisconsin Alumni Research Foundation Current stiff converters with resonant snubbers
US5933339A (en) 1998-03-23 1999-08-03 Electric Boat Corporation Modular static power converter connected in a multi-level, multi-phase, multi-circuit configuration
US6051961A (en) 1999-02-11 2000-04-18 Delta Electronics, Inc. Soft-switching cell for reducing switching losses in pulse-width-modulated converters
US6236580B1 (en) 1999-04-09 2001-05-22 Robicon Corporation Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs
AUPQ750500A0 (en) 2000-05-15 2000-06-08 Energy Storage Systems Pty Ltd A power supply
FR2814006B1 (fr) 2000-09-12 2002-11-08 Centre Nat Rech Scient Dispositif de conversion d'energie electrique a decoupage
US6373734B1 (en) 2000-09-15 2002-04-16 Artesyn Technologies, Inc. Power factor correction control circuit and power supply including same
WO2003041255A1 (en) 2001-11-02 2003-05-15 Aker Wade Power Technologies Llc Fast charger for high capacity batteries
US6977492B2 (en) 2002-07-10 2005-12-20 Marvell World Trade Ltd. Output regulator
US6963796B2 (en) 2003-09-10 2005-11-08 International Truck Intellectual Property Company, Llc Modularized power take-off systems for vehicles
DE102004052174B4 (de) 2004-10-27 2015-03-19 Xignal Technologies Ag Verstärkerschaltung, umfassend einen Verstärker mit tiefpassgefilterter Rückkopplung
US7158393B2 (en) 2005-03-11 2007-01-02 Soft Switching Technologies Corporation Power conversion and voltage sag correction with regenerative loads
JP4811917B2 (ja) 2005-12-27 2011-11-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
US7485987B2 (en) 2006-02-23 2009-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power converting device
JP4850564B2 (ja) 2006-04-06 2012-01-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
FR2906654B1 (fr) 2006-09-29 2010-02-26 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Systeme d'alimentation electrique a decoupage et variateur de vitesse comportant un tel systeme.
DK2122817T3 (en) 2007-01-17 2018-03-12 Siemens Ag Control of a phase module branch of a multi-level converter
US20080245593A1 (en) 2007-04-03 2008-10-09 Kim Richard J Hybrid light electric vehicle with all-wheel power train
US7787270B2 (en) 2007-06-06 2010-08-31 General Electric Company DC-DC and DC-AC power conversion system
EP2096753B1 (en) 2008-02-29 2011-11-30 STMicroelectronics (Grenoble) SAS Switching amplifier
JP4315232B1 (ja) 2008-03-17 2009-08-19 トヨタ自動車株式会社 電動車両
US7775810B2 (en) 2008-06-12 2010-08-17 Delphi Technologies, Inc. Voltage tap apparatus for series connected conductive case battery cells
JP2012505628A (ja) 2008-10-07 2012-03-01 ボストン−パワー，インコーポレイテッド 車両および他の大容量適用のためのＬｉイオン電池アレイ
US7894224B2 (en) 2008-10-07 2011-02-22 DRS Power & Technologies, Inc. Voltage drive system with hysteretic current control and method of operating the same
WO2010091004A1 (en) * 2009-02-03 2010-08-12 Corning Cable Systems Llc Optical fiber-based distributed antenna systems, components, and related methods for calibration thereof
CA2754960C (en) 2009-03-11 2016-08-23 Abb Technology Ag A modular voltage source converter
US20100298957A1 (en) 2009-05-15 2010-11-25 Synergy Elements, Inc. Multi-function sensor for home automation
US8169205B2 (en) 2009-05-26 2012-05-01 Silergy Technology Control for regulator fast transient response and low EMI noise
DE102009027836A1 (de) 2009-07-20 2011-01-27 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Serienschaltung von Schaltreglern zur Energieübertragung in Batteriesystemen
EP2290799A1 (en) 2009-08-25 2011-03-02 Converteam Technology Ltd Bi-directional multilevel AC-DC converter arrangements
WO2011042050A1 (en) 2009-10-06 2011-04-14 Abb Research Ltd Modified voltage source converter structure
US9413264B2 (en) 2009-12-07 2016-08-09 Illinois Tool Works Inc. Ground power unit for aircraft
DE102009054823A1 (de) 2009-12-17 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Energieübertragungssystem für ein Energiespeichersystem
DE102009054820A1 (de) 2009-12-17 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Energiespeichersystem und Verfahren zu dessen Betreiben
US8395280B2 (en) 2010-02-16 2013-03-12 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement including a multi-level converter
US8476888B1 (en) 2010-02-24 2013-07-02 National Semiconductor Corporation Switching regulator providing current regulation based on using switching transistor current to control on time
CN201789411U (zh) 2010-03-11 2011-04-06 荣信电力电子股份有限公司 一种基于全控型变流器件iegt的大容量h桥功率单元
DE102010027864A1 (de) 2010-04-16 2011-12-15 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit variabler Ausgangsspannung
DE102010027850A1 (de) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit frei wählbarer Anzahl von Batteriezellen
US9285433B2 (en) 2010-06-24 2016-03-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery management system, battery management apparatus, method of reusing battery, and information communication terminal apparatus
US8525477B2 (en) 2010-07-15 2013-09-03 O2Micro, Inc. Assigning addresses to multiple cascade battery modules in electric or electric hybrid vehicles
DE102010038880A1 (de) 2010-08-04 2012-02-09 Sb Limotive Company Ltd. Energiewandler zum Ausgeben elektrischer Energie
US20120053871A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Michael Sirard Integrated Intelligent Battery Management System and Monitoring System
US20130221919A1 (en) 2010-09-02 2013-08-29 Nicky G. Gallegos System and methods for battery management
DE102010041001A1 (de) 2010-09-20 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit integriertem DC/AC-Umsetzer
US8929099B2 (en) 2010-09-29 2015-01-06 Bitrode Corporation Bi-directional DC/DC converter and battery testing apparatus with converter
US8378623B2 (en) 2010-11-05 2013-02-19 General Electric Company Apparatus and method for charging an electric vehicle
US20120155140A1 (en) 2010-12-21 2012-06-21 Chung-Shan Institute of Science and Technology, Armaments, Bureau, Ministry of National Defense Asynchronous Sigma-Delta Modulation Controller
US8614525B2 (en) 2010-12-21 2013-12-24 General Electric Company Methods and systems for operating a power generation system
BR112013015894A2 (pt) 2010-12-22 2019-09-10 Ge Energy Power Conversion Technology Limited método para compensar as tensões em um grupo de capacitores de um dispositivo eletrônico e circuito de compensação
US8624437B2 (en) 2010-12-28 2014-01-07 Vestas Wind Systems A/S Power conversion system and method
JP6038822B2 (ja) 2011-03-17 2016-12-07 イーブイ チップ エナジー リミテッドＥｖ Ｃｈｉｐ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｔｄ． 電池パックシステム
ES2392079B1 (es) 2011-03-31 2013-11-04 Administrador De Infraestructuras Ferroviarias (Adif) Sistema y procedimiento de control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario.
US20120262967A1 (en) 2011-04-13 2012-10-18 Cuks, Llc Single-stage inverter with high frequency isolation transformer
WO2012149482A2 (en) 2011-04-28 2012-11-01 Zoll Circulation, Inc. System and method for tracking and archiving battery performance data
DE102011076039A1 (de) 2011-05-18 2012-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Umrichteranordnung
US8946931B2 (en) 2011-07-28 2015-02-03 Schneider Electric It Corporation Dual boost converter for UPS system
CN103907279A (zh) 2011-08-12 2014-07-02 凯文·斯蒂芬·戴维斯 功率转换系统
US9444275B2 (en) 2011-08-31 2016-09-13 North Carolina State University Intelligent integrated battery module
BR112014004876A2 (pt) 2011-08-31 2017-04-04 Optistring Tech Ab inversor dc-ac para sistemas fotovoltaicos
FR2980653B1 (fr) 2011-09-22 2018-02-16 Geo27 Sarl Generateur de signaux de courant et procede de mise en oeuvre d'un tel generateur
US8792253B2 (en) 2011-10-03 2014-07-29 The Boeing Company System and methods for high power DC/DC converter
US8836366B2 (en) 2011-10-07 2014-09-16 Apple Inc. Method for testing integrated circuits with hysteresis
US20130088903A1 (en) 2011-10-11 2013-04-11 Hamilton Sundstrand Corporation Control architecture for a multi-level active rectifier
DE102011084698A1 (de) 2011-10-18 2013-04-18 Sb Limotive Company Ltd. Umrichtereinheit für eine Asynchronmaschine
DE102011089297B4 (de) 2011-12-20 2023-11-16 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung
DE102011089312A1 (de) 2011-12-20 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh System und Verfahren zum Laden der Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung
DE102011089648A1 (de) 2011-12-22 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung
JP5821619B2 (ja) 2011-12-26 2015-11-24 ソニー株式会社 電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両
US9461474B2 (en) 2012-01-17 2016-10-04 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9673732B2 (en) 2012-01-24 2017-06-06 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit
DE102012202173B4 (de) 2012-02-14 2013-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines mehrphasigen, modularen Multilevelstromrichters
EP2820734B1 (en) 2012-03-01 2016-01-13 Alstom Technology Ltd Control circuit
US9653759B2 (en) 2012-03-29 2017-05-16 The Boeing Company Method and apparatus for optimized battery life cycle management
US20130285457A1 (en) 2012-04-27 2013-10-31 Delphi Technologies, Inc. Cascaded multilevel inverter and method for operating photovoltaic cells at a maximum power point
DE102012207806A1 (de) 2012-05-10 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, Batteriesystem und Kraftfahrzeug
US20140042815A1 (en) 2012-06-10 2014-02-13 The Regents of the University of Colorado, A Body Corporate Balancing, filtering and/or controlling series-connected cells
DE102012214091A1 (de) 2012-08-08 2014-02-13 Robert Bosch Gmbh Batterie-Management-System mit Datenschnittstelle für Batteriemodul, Batteriemodul mit Datenspeicher, Batteriesystem mit Batterie-Management-System sowie Batteriemodul und Kraftfahrzeug mit Batteriesystem
DE102012216158A1 (de) 2012-09-12 2014-03-13 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem, Batteriesystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Erzeugung einer periodischen Wechselspannung
US20150288287A1 (en) 2012-09-21 2015-10-08 Aukland Uniservices Limited Modular multi-level converters
WO2014082655A1 (en) 2012-11-27 2014-06-05 Abb Technology Ltd A multilevel converter with cells being selected based on phase arm current
US20140152109A1 (en) 2012-11-30 2014-06-05 General Electric Company Medium voltage uninterruptible power supply
DE102012222746A1 (de) 2012-12-11 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Batteriemodulausbalancierung und Batteriemanagementsystem
US9391540B2 (en) 2013-02-12 2016-07-12 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for chaotic democratic pulse width modulation generation
US9459636B2 (en) 2013-02-22 2016-10-04 Freescale Semiconductor, Inc. Transition control for a hybrid switched-mode power supply (SMPS)
WO2014151178A2 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Enerdel, Inc. Method and apparatus for battery control
KR102201102B1 (ko) 2013-03-15 2021-01-12 디자인 플럭스 테크놀로지스, 엘엘씨 동적으로 재구성가능한 에너지 스토리지 장치를 생성하기 위한 방법 및 장치
PT106971B (pt) 2013-05-28 2022-05-17 Inst Superior Tecnico Gerador modular de impulsos bipolares ou unipolares com correção do decaimento da tensão integrada em módulos de semicondutores de potência
US10074995B2 (en) 2013-06-28 2018-09-11 The Regents Of The University Of California Battery management converter system
DE102013220684A1 (de) 2013-10-14 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem
EP2863534B1 (en) 2013-10-16 2018-09-26 General Electric Technology GmbH Voltage source converter
US10069430B2 (en) 2013-11-07 2018-09-04 Regents Of The University Of Minnesota Modular converter with multilevel submodules
US9800167B2 (en) 2014-02-07 2017-10-24 Abb Schweiz Ag Multi-phase AC/AC step-down converter for distribution systems
CN103812377B (zh) 2014-02-08 2016-05-04 南京南瑞继保电气有限公司 模块化多电平换流器桥臂电流的控制方法
EP2924860B1 (en) 2014-03-25 2017-03-08 Alstom Technology Ltd. Voltage source converter and control thereof
DE202014002953U1 (de) 2014-04-07 2015-07-09 Stefan Goetz Elektrisches Energiespeichersystem
US9247345B2 (en) 2014-04-14 2016-01-26 Apple Inc. Multi-channel audio system having a shared current sense element for estimating individual speaker impedances
DE102014008399A1 (de) 2014-06-13 2015-12-17 Stefan Goetz Elektronische Schaltung und Verfahren zum vereinfachten Betrieb von Mehrpunktumrichtern
DE202014004749U1 (de) 2014-06-13 2015-09-15 Aehling, Dr. Jaensch & Dr. Goetz GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dr. Malte Jaensch, 74321 Bietigheim-Bissingen) Elektronische Schaltung zum vereinfachten Betrieb von Mehrpunktumrichtern
DE102014216811B4 (de) 2014-08-25 2022-03-10 Robert Bosch Gmbh Batteriemodulsystem
DE102014217703A1 (de) 2014-09-04 2016-03-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum laden eines energiespeichers
US9929662B2 (en) 2014-09-08 2018-03-27 Infineon Technologies Austria Ag Alternating average power in a multi-cell power converter
GB2535132A (en) 2014-10-09 2016-08-17 Isis Innovation Electrical energy storage device
WO2016081473A1 (en) 2014-11-17 2016-05-26 Shibashis Bhowmik Converter with phase-offset switching
CN204156591U (zh) 2014-11-19 2015-02-11 武汉艾德杰电子有限责任公司 电梯应急节能装置
US10637371B2 (en) 2014-12-22 2020-04-28 Abb Schweiz Ag Interface arrangement between an alternating current power system and a direct current power system with control of converter valve for fault protection
US10130037B2 (en) 2014-12-31 2018-11-20 Mean Green Products, LLC Electric mower apparatus and method of use
GB2541352B (en) 2015-04-30 2022-02-16 Porsche Ag Apparatus and method for an electric power supply
EP3096446A1 (en) 2015-05-22 2016-11-23 General Electric Technology GmbH A method of controlling a converter
DE102015112513A1 (de) 2015-07-30 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Matroschka-Umrichter
GB201514330D0 (en) 2015-08-12 2015-09-23 Isis Innovation Smart cells and control methods and systems
KR101629397B1 (ko) 2015-12-03 2016-06-13 연세대학교 산학협력단 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터 제어 장치 및 방법
DE102015121226A1 (de) 2015-12-07 2017-06-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Umrichter, Elektrisches Polyphasensystem und Verfahren
KR101857570B1 (ko) 2015-12-30 2018-05-15 주식회사 효성 모듈러 멀티레벨 컨버터 및 이의 ｄｃ 고장 차단 방법
GB2546789A (en) 2016-01-29 2017-08-02 Bombardier Primove Gmbh Arrangement with battery system for providing electric energy to a vehicle
DE102016105542A1 (de) 2016-03-24 2017-09-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes
DE102016106359A1 (de) 2016-04-07 2017-10-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modul für einen Multilevelkonverter
DE102016109077A1 (de) 2016-05-18 2017-11-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines modularen Multilevelkonverters
US11152796B2 (en) 2016-06-24 2021-10-19 National Science Foundation Method and apparatus for uniform battery system state of charge management
DE102016112250A1 (de) 2016-07-05 2018-01-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektronisches System
DE102016116128A1 (de) 2016-08-30 2018-03-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Integration eines elektrischen Elements in eine elektrische Schaltung unter Last
KR102600766B1 (ko) * 2016-09-22 2023-11-13 엘에스일렉트릭(주) 모듈형 멀티레벨 컨버터
US10530275B2 (en) 2016-10-21 2020-01-07 Abb Schweiz Ag Control of DC-to-AC modular multilevel converter
DE212016000296U1 (de) 2016-11-28 2019-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichter
DE102016123924A1 (de) 2016-12-09 2018-06-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modulare Leistungselektronik zum Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs
GB201701751D0 (en) 2017-02-02 2017-03-22 Univ Oxford Innovation Ltd Smart cells and control methods and systems
FR3063188B1 (fr) 2017-02-22 2020-01-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Batterie a groupes de cellule(s) de stockage associes respectivement a des modules de conversion, pour la fourniture de tensions de types differents
FR3065586A1 (fr) 2017-04-21 2018-10-26 Peugeot Citroen Automobiles Sa Batterie a ensembles de groupe de cellule(s) et module de conversion, pour fournir differentes tensions et faire differentes recharges
DE102017207944A1 (de) 2017-05-11 2018-11-15 Audi Ag Batterievorrichtung mit zumindest einem Modulstrang, in welchem Moduleinheiten in einer Reihe hintereinander verschaltet sind, sowie Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren für die Batterievorrichtung
DE102017110708A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes
DE102017110709A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes
UA127478C2 (uk) 2017-06-12 2023-09-06 Тае Текнолоджиз, Інк. Багаторівневі багатоквадрантні гістерезисні контролери струму і способи керування ними
WO2018232403A1 (en) 2017-06-16 2018-12-20 Tae Technologies, Inc. Multi-level hysteresis voltage controllers for voltage modulators and methods for control thereof
DE102017113460A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektronische Schaltung zur Konvertierung elektrischer Energie und zugehörige Steuerung
DE102017117031A1 (de) 2017-07-27 2019-01-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Nachladeschaltung für modulare Multilevelkonverter
DE102017122661B3 (de) 2017-09-29 2019-03-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Batteriemodules
DE102017124126B4 (de) * 2017-10-17 2019-05-09 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Umrichter, elektrisches Polyphasen-System und Verfahren zum effizienten Leistungsaustausch
DE102017124122A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers
DE102017124125A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Laden eines Energiespeichers
US10396631B2 (en) 2017-10-31 2019-08-27 Nio Usa, Inc. Dual inverter and electric motor split-flow cooling system
DE102017220175A1 (de) 2017-11-13 2019-05-16 Andus Electronic Gmbh Leiterplattentechnik Platinentechnologie für leistungselektronische Schaltungen
DE102017126704B4 (de) 2017-11-14 2022-04-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energieübertragung im Nullsystem
DE102017126840A1 (de) 2017-11-15 2019-05-16 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verzerrungsspektrumskontrolle durch Raumzeigermodulation
CN107919674B (zh) * 2017-12-11 2021-09-14 广州智光电气股份有限公司 一种储能电池的均衡控制方法和装置
DE102017130443A1 (de) 2017-12-19 2019-06-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flexibles Bootstrapping für Leistungselektronikschaltungen
DE102018103711A1 (de) 2018-02-20 2019-08-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zur Multilevelmodulation
DE102018103713A1 (de) 2018-02-20 2019-08-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Mechanisches und thermisches System für eine modulare Batterie mit Leistungselektronikkomponenten
FR3078454B1 (fr) 2018-02-27 2021-01-15 Commissariat Energie Atomique Module d’alimentation pour moteur de vehicule electrique
DE102018203997A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Audi Ag Batterie und Verfahren zum Betreiben einer Batterie
DE102018106162B4 (de) 2018-03-16 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Doppelabsicherung der Modulspeicheranbindung
DE102018106307A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieauslegung eines Fahrzeugs mit mehreren Antriebsmotoren
DE102018106306A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einem Energiespeicher
DE102018106304A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gleichstromladung einer intelligenten Batterie
DE102018106309A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energiespeicher
DE102018106305B4 (de) 2018-03-19 2020-06-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Wechselstromladung einer intelligenten Batterie
WO2019180699A1 (en) 2018-03-19 2019-09-26 EVchip Energy Ltd. Power pack and power pack circuitry
DE102018106308B4 (de) 2018-03-19 2020-02-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modulationsindexverbesserung durch intelligente Batterie
PE20201086A1 (es) 2018-03-22 2020-10-22 Tae Tech Inc Sistemas y metodos para gestion y control de potencia
DE102018109921B3 (de) 2018-04-25 2019-08-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrisches Energiespeichersystem
DE102018109920A1 (de) 2018-04-25 2019-10-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kühlung von leistungselektronischen Schaltungen
DE102018109925A1 (de) 2018-04-25 2019-10-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Anordnung
DE102018109922A1 (de) 2018-04-25 2019-10-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrisches Energiespeichersystem
DE102018109926B4 (de) 2018-04-25 2019-12-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Anordnung
DE102018121403A1 (de) 2018-09-03 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Platine
DE102018121490A1 (de) 2018-09-04 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einer Systemintegration für eine modulare Wechselstrombatterie
DE102018121547A1 (de) 2018-09-04 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Leiterplatte zu einer Wärme- und Stromleitung bei leistungselektronischen Schaltungen
US11918269B2 (en) * 2018-09-07 2024-03-05 Cilag Gmbh International Smart return pad sensing through modulation of near field communication and contact quality monitoring signals
DE102018125728B3 (de) 2018-10-17 2020-02-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zur parallelen Schalttabellen-Optimierung für Multilevelkonverter
DE102018126780A1 (de) 2018-10-26 2020-04-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung von Gate-Treiber-Schaltungen und Leistungsschaltern mit negativer Sperrspannung
DE102018126779B4 (de) 2018-10-26 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter
DE102018129111A1 (de) 2018-11-20 2020-05-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einer Layout-Topologie für Seriell-/Parallel-Weichen
CN109638909A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 级联式储能装置相内功率单元直流侧电池组荷电状态平衡控制方法
DE102019102311A1 (de) 2019-01-30 2020-07-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter
DE102019102306A1 (de) 2019-01-30 2020-07-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einem Niedervoltversorgungsstrang mit eigener Spannungsquelle bei einer modularen Batterie
DE102019103757B3 (de) 2019-02-14 2020-07-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren, Isolationswächter und System zur Isolationsüberwachung einer dynamisch umkonfigurierbaren modularen Wechselstrombatterie
US11327901B2 (en) 2019-03-01 2022-05-10 GM Global Technology Operations LLC Modular dynamically allocated capacity storage systems implemented as respective batteries each having multiple source terminals
MX2021011935A (es) * 2019-03-29 2022-03-11 Tae Tech Inc Sistemas de energía basados en módulos que tienen módulos de convertidor-fuente y métodos relacionados con los mismos.
DE102019109723B3 (de) 2019-04-12 2020-08-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer elektronischen Stromregelung bei einer flexiblen Gleichstrombatterie
DE102019112373A1 (de) 2019-05-13 2020-11-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zur Anbindung eines Energiespeichers mittels Kaltleiter
DE102019112826B3 (de) 2019-05-16 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Analog-Digital-Modul für einen modularen Multilevelkonverter
DE102019112823A1 (de) 2019-05-16 2020-11-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Bereitstellung eines Präzisionsmultilevelkonverters
WO2020243655A1 (en) 2019-05-30 2020-12-03 Tae Technologies, Inc. Advanced battery charging on modular levels of energy storage systems
DE102019120616B3 (de) 2019-07-31 2020-11-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System für modularen Multilevelkonverter mit erweiterten Schaltzuständen
DE102019120615B3 (de) 2019-07-31 2020-08-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zur Bereitstellung erweiterter Schaltzustände für modularen Multilevelkonverter mit Halbrücken
CN110311398B (zh) * 2019-08-02 2022-12-27 东北大学 一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法
DE102019120947B3 (de) 2019-08-02 2020-11-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Ladungsausgleich zwischen Modulen eines Multilevelkonverters
DE102019120945A1 (de) 2019-08-02 2021-02-04 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines modularen Multilevelkonverters und modularer Multilevelkonverter mit Modularmen aus Zwei-Quadranten-Modulen
DE102019125578B3 (de) 2019-09-24 2020-11-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines modularen Multilevelkonverters mittels eines selbstlernenden neuronalen Netzes
DE102019125577B3 (de) 2019-09-24 2020-11-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines modularen Multilevelkonverters mittels neuronaler Netze
DE102019130736A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einem Batteriemodul und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130741A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130738A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einem Batteriemodul und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130740A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130737A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Verfahren zum Betrieb einer Batterie und Steuereinrichtung hierfür
DE102019130739A1 (de) 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019132685B4 (de) 2019-12-02 2022-05-25 Audi Ag Elektrische Schaltungsanordnung umfassend eine Erregerschaltung und eine Inverterschaltung und Kraftfahrzeug
DE102020117264B3 (de) 2020-07-01 2021-06-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer Vorauswahl von Schaltzuständen für einen Multilevelkonverter
DE102020117435B3 (de) 2020-07-02 2021-06-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Kompensation von Phasenspannungsungleichheiten
DE102020118242B3 (de) 2020-07-10 2021-07-01 Audi Aktiengesellschaft Mehrebenen-Wechselrichter zur Erzeugung einer mehrstufigen Ausgangsspannung

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Publication number Publication date
US20240075847A1 (en) 2024-03-07
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US20230020629A1 (en) 2023-01-19
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WO2022072330A1 (en) 2022-04-07
CA3197315A1 (en) 2022-04-07

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