特開 2024-100740 エネルギー貯蔵システム、方法、及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100740

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】エネルギー貯蔵システム、方法、及び装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

【審査請求】未請求

【請求項の数】37

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024003206

(22)【出願日】2024-01-12

(31)【優先権主張番号】63/479,843

(32)【優先日】2023-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】517094840

【氏名又は名称】ソーラーエッジ テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】イラン ヨスコヴィッチ

(72)【発明者】

【氏名】イエーダ レヴィ

(72)【発明者】

【氏名】ロニ バダシュ

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503CC02

5G503DA18

5G503GA01

(57)【要約】

【課題】エネルギー貯蔵システムの電力生産信頼性を改善するための装置、システム、及び方法を提供する。
【解決手段】第１及び第２の端子と、センサと、エネルギー貯蔵デバイスと、複数の変換器と、コントローラと、補助電力回路と、を備える、装置。複数の電力変換器は、エネルギー貯蔵デバイスに接続される。各電力変換器は、エネルギー貯蔵デバイスから第１及び第２の端子への、又は第１及び第２の端子からエネルギー貯蔵デバイスへの電力を変換する。コントローラは、複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器を同期して制御する。補助電源回路は、複数の補助電源のうちの１つ以上からコントローラに電力を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
第１の端子と、
第２の端子と、
１つ以上のセンサと、
エネルギー貯蔵モジュールと、
各々が前記エネルギー貯蔵モジュール、前記第１の端子、及び前記第２の端子に接続された複数の電力変換器であって、前記複数の電力変換器の各電力変換器が、スイッチング回路を備え、前記複数の電力変換器の各電力変換器が、
前記エネルギー貯蔵モジュールから前記第１の端子及び前記第２の端子への電力を変換すること、又は
前記第１の端子及び前記第２の端子から前記エネルギー貯蔵モジュールへの電力を変換すること、を行うように構成されている、複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器に接続され、前記１つ以上のセンサからの１つ以上の測定値に基づいて、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器を同期して制御するように構成されたコントローラと、
複数の補助電源のうちの１つ以上から前記コントローラに電力を提供するように構成された補助電力回路と、を備える、装置。

【請求項2】

前記第１の端子及び前記第２の端子に接続されたバイパススイッチを更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記バイパススイッチは、２つ以上の並列接続されたトランジスタを備える、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記コントローラは、前記バイパススイッチを、
接続解除スイッチの短絡、
前記コントローラにおける故障、又は
前記エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定のうちの１つ以上に基づいて、導通状態に制御するように構成されている、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記コントローラは、前記コントローラへの前記故障に基づいて前記バイパススイッチをデフォルト導通状態に制御するように構成された回路を備える、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記１つ以上のセンサは、前記エネルギー貯蔵モジュールの電圧を測定するように構成されており、
前記コントローラは、前記エネルギー貯蔵モジュールの前記電圧が閾値未満であることを示す前記測定値に基づいて、前記バイパススイッチを導通状態に制御するように構成されている、請求項２に記載の装置。

【請求項7】

前記１つ以上のセンサは、前記エネルギー貯蔵モジュールを通る電流の測定値を提供するように構成されており、
前記コントローラは、前記エネルギー貯蔵モジュールを通る前記電流が閾値未満であることを示す前記測定値に基づいて、前記バイパススイッチを導通状態に制御するように構成されている、請求項２に記載の装置。

【請求項8】

前記第１の端子又は前記第２の端子のうちの１つと前記複数の電力変換器との間に接続された接続解除スイッチを更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記コントローラは、前記接続解除スイッチを、
前記エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定、
バイパススイッチ内の短絡、又は
前記コントローラにおける故障のうちの１つに基づいて非導通状態に制御するように構成されている、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記コントローラは、前記コントローラへの前記故障に基づいて前記接続解除スイッチをデフォルト非導通状態に制御するように構成された回路を備える、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記１つ以上のセンサは、前記エネルギー貯蔵モジュールの電圧の測定値を生成するように構成されており、
前記エネルギー貯蔵モジュールの前記電圧が閾値未満であることを示す前記測定値に基づいて、前記コントローラは、前記接続解除スイッチを非導通状態に制御するように構成されている、請求項８に記載の装置。

【請求項12】

前記１つ以上のセンサは、前記エネルギー貯蔵モジュールを通る電流の測定値を生成するように構成されており、
前記コントローラは、前記エネルギー貯蔵モジュールを通る前記電流が閾値未満であることを示す前記測定値に基づいて、前記接続解除スイッチを非導通状態に制御するように構成されている、請求項８に記載の装置。

【請求項13】

前記複数の電力変換器の各電力変換器は、前記エネルギー貯蔵モジュールと前記電力変換器の対応するスイッチング回路との間に接続されたヒューズを備え、
各ヒューズは、前記対応するスイッチング回路と前記エネルギー貯蔵モジュールとの間を流れる電流の量が閾値を超えていることに応答して、前記対応する電力変換器を前記エネルギー貯蔵モジュールから接続解除するように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項14】

複数のゲートドライバを更に備え、
各スイッチング回路内のスイッチは、前記複数のゲートドライバのうちの対応するゲートドライバに接続されている、請求項１に記載の装置。

【請求項15】

前記第１の端子及び前記複数の電力変換器に接続された接続解除スイッチと、
前記第１の端子及び前記第２の端子に接続された複数のバイパススイッチと、を更に備え、
前記複数のゲートドライバのうちの第１のゲートドライバは、前記接続解除スイッチ及び前記複数のバイパススイッチのうちの第１のバイパススイッチに接続されており、
前記複数のゲートドライバのうちの第２のゲートドライバは、バイパススイッチのうちの残りのバイパススイッチに接続されている、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記１つ以上のセンサは、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を測定するように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項17】

前記複数の電力変換器は、コンデンサを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項18】

前記１つ以上のセンサは、前記コンデンサにわたる電圧を測定するように構成されている、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記複数の電力変換器の各々は、対応するインダクタを更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項20】

前記１つ以上のセンサは、各対応するインダクタを流れる電流の量を測定するように構成されている、請求項１９に記載の装置。

【請求項21】

前記１つ以上のセンサは、前記エネルギー貯蔵モジュールを通って流れる電流の量を測定するように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項22】

前記補助電力回路は、前記エネルギー貯蔵モジュール、補助電力バス、又は通信バスのうちの１つ以上から電力を受け取るように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項23】

前記補助電力回路が、前記補助電力バスから電力を受け取り、第１のダイオードを介して、前記コントローラに、前記受け取った電力を提供するように構成された第１の電力変換器を備える、請求項２２に記載の装置。

【請求項24】

前記補助電力回路は、
前記通信バスから信号を受信することと、
前記信号を電力に変換することと、
第２のダイオードを介して前記コントローラに電力を提供することと、を行うように構成された電力採取回路を備える、請求項２２に記載の装置。

【請求項25】

前記電力採取回路は、整流器又は電圧増倍回路のうちの１つ以上を備える、請求項２４に記載の装置。

【請求項26】

前記補助電力回路は、第３のダイオードを介して、前記エネルギー貯蔵モジュールから前記コントローラに、電力を提供するように構成されている、請求項２２に記載の装置。

【請求項27】

前記補助電力回路は、
前記エネルギー貯蔵モジュールから電力を受け取ることと、
前記補助電力バスに電力を提供することと、を行うように構成された第２の電力変換器を更に備える、請求項２２に記載の装置。

【請求項28】

前記コントローラは、前記複数の電力変換器の各電力変換器に対応する制御信号を生成し、前記制御信号間の位相差は、前記複数の電力変換器内の電力変換器の数に基づく、請求項１に記載の装置。

【請求項29】

前記コントローラは、前記複数の電力変換器の電力変換器が非アクティブであることを示す前記１つ以上のセンサからの前記測定値に基づいて、残りの動作している変換器の前記対応する制御信号の各位相を調整するように構成されている、請求項２８に記載の装置。

【請求項30】

前記コントローラは、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムに基づいて、前記エネルギー貯蔵モジュールから前記第１の端子及び前記第２の端子への電力を変換するように前記電力変換器を制御する、請求項１に記載の装置。

【請求項31】

方法であって、
複数の電力変換器によって、エネルギー貯蔵モジュールからの電力を同期して変換することと、
１つ以上のセンサによって、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器における故障を検出することと、
コントローラによって、故障と識別された前記１つ以上の電力変換器を無効化することと、
前記１つ以上のセンサによって、前記エネルギー貯蔵モジュール、前記コントローラ、又は補助電力回路における第２の故障を検出することと、
前記コントローラによって、前記第２の故障に基づいて前記複数の電力変換器を無効化することと、を含む、方法。

【請求項32】

前記複数の電力変換器を無効化することは、
バイパススイッチの短絡、
前記コントローラにおける故障、又は
前記エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定のうちの１つ以上に基づいて、接続解除スイッチを制御して、出力端子から前記複数の電力変換器を接続解除することを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記複数の電力変換器を無効化することは、
接続解除スイッチの短絡、
前記コントローラにおける故障、又は
前記エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定のうちの１つ以上に基づいて、バイパススイッチを制御して、出力端子から前記複数の電力変換器をバイパスすることを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項34】

故障と識別された前記１つ以上の電力変換器を無効化することは、スイッチング回路と前記エネルギー貯蔵モジュールとの間を流れる電流が閾値を超えていることに応答して、ヒューズによって、故障と識別された前記１つ以上の電力変換器を前記エネルギー貯蔵モジュールから接続解除することを含む、請求項３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項35】

前記複数の電力変換器によって電力を同期して変換することは、前記コントローラによって、前記複数の電力変換器の各電力変換器の対応する制御信号の位相を選択することを含む、請求項３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項36】

前記複数の電力変換器のうち、故障が検出されなかった第２の１つ以上の電力変換器の対応する制御信号の各位相を調整することを更に含む、請求項３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項37】

エネルギー貯蔵モジュールからの電力を同期して変換することは、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムに基づいて前記エネルギー貯蔵モジュールからの電力を変換することを含む、請求項３１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して電力システムに関する。より具体的には、本開示は、エネルギー貯蔵システムの電力生産信頼性を改善するための装置、システム、及び方法を提供する。

【背景技術】

【0002】

当該技術分野で知られているエネルギー貯蔵システムは、複数のエネルギー貯蔵セルを備え得る。エネルギー貯蔵モジュールを形成するために、いくつかの貯蔵セルが（例えば、直列又は並列に）接続され得る。エネルギー貯蔵パックを形成するために、いくつかのエネルギー貯蔵モジュールが（例えば、直列又は並列に）接続され得る。１つ以上のエネルギー貯蔵パックが、エネルギー貯蔵システムを形成するために回路（例えば、バッテリ管理システム（Battery Management System、ＢＭＳ）などの制御回路）に接続され得る。場合によっては、エネルギー貯蔵システムは、エネルギー貯蔵システムから負荷への電力を変換するための、又は（例えば、エネルギー貯蔵セルを充電するために）電源（例えば、太陽光発電パネル、グリッド）からエネルギー貯蔵システムへの電力を変換するための電力変換器を備え得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

以下は、本開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために簡略化された概要を提示する。本概要は、本開示の包括的な概説ではない。本開示の鍵となる要素若しくは重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を叙述することは、意図されていない。以下の概要は、以下に提供されるより詳細な説明の前置きとして、本開示のいくつかの概念を簡略化した形式で単に提示するに過ぎない。

【0004】

本開示の第１の態様は、エネルギー貯蔵モジュール（例えば、１つ以上のバッテリセルを備えるバッテリ）のための、信頼性が高く、堅牢で、安全な電力変換装置を提供し、この電力変換装置は、故障動作及び故障セーフ特性を備える。故障動作機能は、１つ又は複数の構成要素が故障した場合に動作の継続を提供することができる。故障セーフ機能は、電力変換装置の安全性を提供することができる。電力変換装置は、エネルギー貯蔵モジュールとの間で電力を変換するように構成された複数の電力変換器を備えることができる。複数の電力変換器は、同期して（例えば、インターリーブモードで）動作してもよい。複数の電力変換器のうちの１つが動作不能になった場合、残りの電力変換器は、電力を変換し続け得る。電力変換装置は、複数の安全機能を備えてもよい。例えば、複数の電力変換器の各電力変換器は、ヒューズを備えてもよく、ヒューズは、ヒューズを通る電流が閾値を超える場合に、対応する電力変換器をエネルギー貯蔵モジュールから接続解除するように構成される。電力変換装置は、故障の場合に電力変換装置を他の回路又はモジュールから接続解除するように構成された接続解除スイッチを備えることができる。電力変換装置は、故障の場合に電力変換装置をバイパスするように構成されたバイパススイッチを備えることができる。

【0005】

本開示の別の態様は、複数の電源から電力変換装置に補助電力を提供するように構成された、補助電力回路を提供する。複数の電源は、対応する電力貯蔵モジュール、補助電力バスを介した補助電源、又は通信バスであってもよい。したがって、電源のうちの１つが故障した場合、電力変換装置は、他の電源から補助電力を受け取ることができる。補助電力回路は、電力貯蔵モジュールから補助電力バスに電力を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示のより完全な理解及びその利点は、添付の図面を考慮して以下の説明を参照することによって得ることができるが、ここでは、類似の参照番号は同様の特徴を示している。

【図1】本開示の態様によるエネルギー貯蔵のためのシステムの例を示すブロック図である。

【図2A】本開示の態様による電力変換装置の例を示すブロック図である。

【図2B】本開示の態様による電力変換装置の例を示すブロック図である。

【図2C】本開示の態様による複数の電力変換器の例を示す概略図である。

【図2D】本明細書の開示の態様によるゲートドライバの構成の例を示すブロック図である。

【図2E】本開示の態様による２つの電力変換装置の２つの補助電力回路の例を示すブロック図である。

【図3】本開示の態様による方法の例を示すフローチャートである。

【図4】本開示の態様による例示的な電力変換システムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

様々な実施形態の以下の説明において、添付図面を参照するが、添付図面は、本明細書の一部を形成するものであり、そこには、本開示が実施され得る様々な実施形態が例示として示されている。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的及び機能的な変更を行ってもよいことを理解されたい。

【0008】

本開示は、１つ以上のエネルギー貯蔵セル（例えば、バッテリセル）を備えるエネルギー貯蔵モジュールに関する。本明細書の開示の態様は、故障動作及び故障セーフ機能を備える堅牢で安全な電力変換装置を提供することができる。故障動作機能は、１つ又は複数の構成要素が故障した場合に動作の継続を提供することができる。故障セーフ機能は、電力変換装置の安全性を提供することができる。加えて、電力変換装置は、本開示の様々な態様によれば、エネルギー貯蔵モジュールを備え得る。電力変換装置は、最大電力点（Maximum Power Point、ＭＰＰ）でエネルギー貯蔵モジュールから電力を生成してもよい。電力変換装置は、複数の電力変換器を備えてもよい。複数の電力変換器は、電力変換器のうちの１つの障害の場合に冗長性を提供することができ、したがって、故障動作機能を提供する。例えば、複数の電力変換器の各電力変換器は、対応する制御信号（例えば、パルス幅変調－Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ信号）に基づいて対応するスイッチを制御する対応するゲートドライバを有してもよい。複数の電力変換器の対応する制御信号は、制御信号の位相がずれるように同期されてもよく、したがって、電力変換装置の出力におけるリップルを低減する。各電力変換器は、対応する接続解除スイッチを備えてもよい。接続解除スイッチは、様々な状況及びパラメータ（例えば、以下で更に説明され得る）に基づいて、対応する電力変換器を接続解除するように構成され得る。本明細書の開示の態様による電力変換装置は、様々な状況及びパラメータ（例えば、以下で更に説明され得る）に基づいて電力変換装置をバイパスするように構成された、バイパススイッチを更に備え得る。電力変換装置は、場合によっては、複数の電源から（例えば、エネルギー貯蔵モジュールから、補助電力バスから、通信バスから）電力変換装置に補助電力を提供することができる、補助電力回路を備え得る。補助電力回路は、エネルギー貯蔵モジュールから補助電力バス（例えば、他の電力変換装置によって使用され得る）に電力を提供し得る。

【0009】

エネルギー貯蔵のためのシステム１００の例を示す図１を参照する。図１に示すように、システム１００は、複数の電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎと、補助電力バス１０２と、通信バス１０４と、補助電源１０６と、を備える。各電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、エネルギー貯蔵モジュール（例えば、以下でより詳細に説明する２０２－ｎ）を備え得る。各電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、補助電力バス１０２及び通信バス１０４に結合され得る。補助電力バス１０２はまた、補助電源１０６に接続され得る。図２Ａ～図２Ｅに関連して以下で更に詳述するように、電力変換装置１０１－ｎは、それぞれのエネルギー貯蔵モジュール（例えば、２０２－ｎ）から負荷（例えば、インバータ、モータ、家庭）に電力を提供するように構成され得る。本明細書の開示の態様によれば、各電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、光起電アレイ又は電力分配ネットワーク（例えば、グリッド）などの電源から電力を受け取るように構成され得る。電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、直列又は並列に接続され得る。

【0010】

各電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、補助電力バス１０２を介して補助電源１０６から補助電力を受け取るように構成され得る。各電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、補助電力バス１０２に電力を提供するように構成され得る。補助電力は、本明細書では、電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎの動作中に、電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎ内の様々な回路及び構成要素（例えば、コントローラ、センサ、増幅器、ゲートドライバなど）によって使用される電力に関する。各電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎは、他の電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎ、及び他のデバイス（例えば、バッテリ管理システム、インバータなど）と通信するように構成され得る。本明細書の開示の態様によれば、電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎは、通信バス１０４から補助電力を採取するように構成され得る。

【0011】

本明細書の開示の態様による、電力変換装置１０１－Ｎ（例えば、電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎのうちの１つ）の異なる態様の例を示す図２Ａ～図２Ｅを参照する。図２Ａ～図２Ｅの例に示すように、電力変換装置１０１－ｎは、エネルギー貯蔵モジュール２０２と、複数の電力変換器２０４と、コントローラ２０６と、センサ２０８と、を備える。電力変換装置１０１－ｎはまた、ヒューズ２０３と、補助電力回路２１０と、ゲートドライバ２１２と、通信インターフェース２１４とを備え得る。電力変換装置１０１－ｎは、バイパススイッチ２１６及び接続解除スイッチ２１８を備え得る。

【0012】

各電力変換装置１０１－ｎは、接続点２４８において接続解除スイッチ２１８に接続され、エネルギー貯蔵モジュール２０２のアノードと接続され得る複数の電力変換器２０４を含み得る。接続解除スイッチ２１８は、第１の端子２３２－１に接続され得る。バイパススイッチ２１６は、第１の端子２３２－１と第２の端子２３２－２との間に接続され得る。バイパススイッチ２１６はダイオードとして示されているが、バイパススイッチ２１６は、以下で更に説明され得るように、１つ以上のスイッチ（例えば、トランジスタ）を備え得る。第２の端子２３２－２は、エネルギー貯蔵モジュール２０２のカソード２３０－２と接続され得る。コントローラ２０６は、センサ２０８、補助電力回路２１０、ゲートドライバ２１２、及び通信インターフェース２１４に接続され得る。センサ２０８及びゲートドライバ２１２は、複数の電力変換器２０４に接続され得る。ゲートドライバ２１２は、バイパススイッチ２１６及び接続解除スイッチ２１８に接続され得る。通信インターフェース２１４は、通信バス１０４に接続され得る。補助電力回路２１０は、エネルギー貯蔵モジュール２０２のアノード２３０－１及びカソード２３０－２に接続され得る。補助電力回路１１０は、補助電力バス１０２及び通信バス１０４に接続され得る。補助電力回路１１０は、ゲートドライバ１１２（図を明確にするために図１Ａには示されていない）に任意選択で接続されてもよい。以下で更に詳述されるように、本明細書の開示の態様によれば、補助電力回路１１０は、電源１０２、補助電力バス１０２、又は通信バス１０４のうちの１つ以上からコントローラ２０６及びゲートドライバ１１２に電力を提供することができる。本明細書の開示の態様によれば、補助電力回路１１０は、電源１０６から補助電力バス１０２に電力を提供することができる。

【0013】

様々な実施形態によれば、エネルギー貯蔵モジュール２０２は、いくつかの非限定的な例を挙げると、１つ以上のエネルギー貯蔵セル（例えば、バッテリセル）、コンデンサのアレイ、スーパーコンデンサ、フライホイール、燃料電池などを備えることができる。通信インターフェース２１４は、受信機、送信機、又はトランシーバなどの任意の適切なデバイスであり得、通信プロトコルに基づいて、媒体を介して１つ以上の他の送信機、受信機、又はトランシーバと信号を通信するように構成され得る。通信プロトコルは、送信周波数又は複数の周波数、変調方式（例えば、振幅偏移キーイング（Amplitude shift keying、ＡＳＫ）、周波数偏移キーイング（Frequency shift keying、ＦＳＫ）、直交位相偏移キーイング（Quadrature Phase Shift Keying、ＱＰＳＫ）、直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation、ＱＡＭ）、多元接続方式（例えば、時間分割多元接続（Time Division Multiple Access、ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（Frequency Division Multiple Access、ＦＤＭＡ）、符号分割多元接続（Code Division Multiple Access、ＣＤＭＡ）、キャリアセンス多元接続（Carrier Sense Multiple Access、ＣＳＭＡ）、Ａｌｏｈａ）、符号化／復号方式（例えば、非ゼロ復帰（Non Return to Zero、ＮＲＺ）、マンチェスタ符号化、ブロック符号化）、若しくは任意の他の特徴などの信号を使用して、信号及び／又は通信の１つ以上の特徴を定義し得る。媒体は、有線媒体又は無線媒体であり得る。例えば、有線媒体は、専用通信ケーブルであってもよい。有線媒体は、電力線であってもよい。

【0014】

コントローラ２０６は、１つ以上のコンピューティングデバイスとして部分的に若しくは完全に実装されてもよく、及び／又は特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）コントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）コントローラ、マイクロコントローラ、若しくは多目的コンピュータ等の１つ以上のプロセッサを含み得る。コントローラ２０６は、メモリ２２２及び入力／出力（Input/Output、Ｉ／Ｏ）ポート２２４に接続された１つ以上のプロセッサ２２０を備え得る。コントローラ２０６は、ユーザインターフェース２２６及びスイッチデフォルト回路２２８を備え得る。メモリ２２２は、コンピュータ可読命令並びにデータ（例えば、センサ２０８からの測定値又はパラメータ）を記憶することができる。Ｉ／Ｏポート２２４は、モジュール（例えば、センサ２０８、通信インターフェース２１４、又は電力変換装置１０１－ｎの他のモジュール）を１つ以上のプロセッサ２２０に接続するように構成され得る。１つ以上のプロセッサ２２０は、命令を実行することができ、その結果、コントローラ２０６は、コントローラ２０６に起因する、本明細書で説明される１つ以上のステップ及び／又は機能を実行することができる。故障動作機能を提供するために、電力変換装置１０１－ｎは、２つ以上のコントローラ、コントローラ２０６及び冗長コントローラ（図示せず）を備え得る。例えば、一方のコントローラが故障した場合、他方のコントローラは、変換装置１０１－ｎの動作を継続して制御することができる。２つのプロセッサは同一である必要はない。例えば、冗長コントローラは、ユーザインターフェースを備えず、より少数のＩ／Ｏポートを有してもよい。別の例は、コントローラ２０６が２つのプロセッサを備えることであり得る。したがって、一方のプロセッサが故障した場合、他方のプロセッサは継続して、変換装置１０１－ｎの動作を制御することができる。

【0015】

センサ２０８は、１つ以上の電圧センサ（例えば、抵抗分圧器又は容量分圧器、抵抗ブリッジ又は容量ブリッジ、コンパレータを採用することによって実装される）、１つ以上の電流センサ（例えば、変流器（Current Transformer、ＣＴ）センサ、ホール効果センサ、又は０磁束センサを採用することによって実装される）、及び／又は１つ以上の周波数センサを備え得る。センサ２０８は、１つ以上の温度センサを備え得る。故障動作機能を提供するために、センサ２０８は、複数の電圧センサ、複数の電流センサ、及び／又は複数の温度センサを備えてもよい。

【0016】

図２Ｃに関連して以下の例で更に詳述されるように、複数の電力変換器２０４の各電力変換器は、エネルギー貯蔵モジュール２０２から第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２への電力を変換すること（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２から電力を提供するとき）、又は第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２からエネルギー貯蔵モジュール２０２への電力を変換すること（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２を充電するとき）を行うように構成されたスイッチング回路を備え得る。複数の電力変換器２０４内の電力変換器は、ブースト変換器、バック変換器、バック－ブースト変換器、バック及びブースト変換器、並びに／又はそれらの組み合わせであってもよい。例えば、複数の電力変換器２０４は、２つのブースト変換器と１つのバック変換器とを備えてもよい。２つのブースト変換器及びバック変換器は、（例えば、図２Ｂに示され得るように）並列に接続され得る。２つのブースト変換器は、エネルギー貯蔵デバイス２０２からの電力生成中に使用され得る。バック変換器は、例えば、電力変換装置１０１－ｎと他の電力変換装置との接続中、又は直列接続された変換装置１０１－ｎと他のモジュールとの接続中に、端子２３２－１と２３２－２との間の電圧を低減するために使用され得る。

【0017】

本明細書の開示における説明を簡単にするために、複数の電力変換器２０４は、図２Ｃに示されるように、複数のブースト変換器として説明され得る。図２Ｃは、複数の電力変換器２０４が２つのブースト変換器及びコンデンサ２３３を備える例を示す。示されるように、第１のブースト変換器は、第１のインダクタ２３６－１と、第１のスイッチ２３８－１と、第２のスイッチ２４０－１と、を備える。また、示されるように、第２のブースト変換器は、第２のインダクタ２３６－２、第３のスイッチ２３８－２、第４のスイッチ２４０－２を備える。第１のインダクタ２３６－１及び第２のインダクタ２３６－２は、システム１００の寄生インダクタンス（例えば、ワイヤの寄生インダクタンス）を使用して実装され得る。図２Ｃの例では、ヒューズ２０３は、２つのヒューズ、すなわち、第１のブースト変換器用の第１のヒューズ２４２－１と、第２のブースト変換器用の第２のヒューズ２４２－２と、を備える。図２Ｃの例では、第１のスイッチ２３８－１、第２のスイッチ２４０－１、第３のスイッチ２３８－２、及び第４のスイッチ２４０－２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、ＭＯＳＦＥＴ）として示されている。

【0018】

第１のヒューズ２４２－１は、アノード２３０－１及び接続点２４４に接続され得る。第１のインダクタ２３６－１は、接続点２４４及び接続点２４９に接続され得る。第１のスイッチ２３８－１のソースは接続点２４９に接続され得、第１のスイッチ２３８－１のドレインは接続点２４８に接続され得る。第２のスイッチ２４０－１のソースはカソード２３０－２に接続され得、第２のスイッチ２４０－１のドレインは接続点２４９に接続され得る。第２のヒューズ２４２－２は、アノード２３０－１及び接続点２４７に接続され得る。第２のインダクタ２３６－２は、接続点２４６及び接続点２４７に接続され得る。第２のスイッチ２３８－２のソースは接続点２４７に接続され得、第２のスイッチ２３８－２のドレインは接続点２４８に接続され得る。第２のスイッチ２４０－２のソースはカソード２３０－２に接続され得、第２のスイッチ２４０－２のドレインは接続点２４７に接続され得る。コンデンサ２３３は、接続点２４８及び第２の端子２３２－２に接続され得る。

【0019】

図２Ｃに示される例では、バイパススイッチ２１６は、２つのスイッチ２３４－１及び２３４－２を備える。バイパススイッチ２３４－１及び２３４－２のソースは第２の端子２３２－２に接続され得、バイパススイッチ２３４－１及び２３４－２のドレインは第１の端子２３２－１に接続され得る。図２Ｃに示される例では、センサ２０８は、アノード２３０－１とカソード２３０－２との間の電圧、接続点２４４とカソード２３０－２との間の電圧、コンデンサ２３３にわたる電圧、及び／又は第１の端子２３２－１と第２の端子２３２－２との間の電圧のうちの１つ以上を測定するように構成され得る。図２Ｃに示される例では、センサ２０８は、第１のインダクタ２３６－１を通る電流、第２のインダクタ２３６－２を通る電流、第１の端子２３２－１若しくは第２の端子２３２－２を通る電流、及び／又はエネルギー貯蔵モジュール２０２を通る電流のうちの１つ以上を測定するように構成され得る。接続解除スイッチ２１８はまた、複数のスイッチを備え得る。例えば、接続解除スイッチ２１８は、２対の直列に接続されたスイッチを備えることができ、その２対は並列に接続される。本明細書の開示によれば、接続解除機能は、電力変換装置１０１－ｎ内の接続解除スイッチ２１８及び追加のスイッチを用いて実装することができる。したがって、より低い定格を有するスイッチ（例えば、トランジスタ）が、接続解除スイッチ２１８を実装するために使用され得る（例えば、接続解除スイッチ２１８のみが接続解除機能のために使用される場合のスイッチに対して）。例えば、コントローラ２０６は、スイッチ２１８、スイッチ２３８－１及びスイッチ２３８－２を非導通状態に制御して、接続解除機能を実装することができる。

【0020】

図２Ｄは、複数の電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎのうちの各電力変換装置１０１－ｎの動作の冗長性を提供するゲートドライバ２１２の構成を示す。図２Ｄの例では、電力変換装置１０１－ｎは、４つのゲートドライバ２１２－１、２１２－２、２１２－３、及び２１２－４を備える。加えて、この例では、第１のスイッチ２３８－１及び第２のスイッチ２４０－１は、ゲートドライバ２１２－１に接続される。第３のスイッチ２３８－２及び第４のスイッチ２４０－２は、ゲートドライバ２１２－２に接続される。接続解除スイッチ２１８及びバイパススイッチ２３４－１は、ゲートドライバ２１２－３に接続される。したがって、コントローラ２０６は、第１の変換器から独立して、ゲートドライバ２１２－１を介して第１の変換器２０４－１の第１のスイッチ２３８－１及び第２のスイッチ２４０－１を制御し、ゲートドライバ２１２－２を介して第２の変換器２０４－２の第３のスイッチ２３８－２及び第４のスイッチ２４０－２を制御することができる。したがって、第１の変換器２０４－１又は第２の変換器２０４－２の一方、又は対応するゲートドライバ２１２－１又は２１２－２が動作不能になった場合、他方の電力変換器は、エネルギー貯蔵モジュール２０２から第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２への、又は第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２からエネルギー貯蔵モジュール２０２への電力を変換し続けることができる。

【0021】

場合によっては（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２内のエネルギーが枯渇したとき）、他の電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎからエネルギー貯蔵モジュール２０２を接続解除することが必要とされ得る。また、対応する電力変換装置１０１－ｎをバイパスする必要がある場合もある。そのために、コントローラ２０６は、ゲートドライバ２１２－３を介して、スイッチ２１８を非導通状態（例えば、接続解除）に制御し、スイッチ２３４－１を導通状態（例えば、接続）に制御することができる。コントローラ２０６は、ゲートドライバ２１２－４を介して、スイッチ２３４－２を同様に導通状態に制御することができる。ゲートドライバ２１２－３、スイッチ２１８又はスイッチ２３４－１が動作不能である場合、対応する電力変換装置１０１－ｎは、依然としてスイッチ２３４－２を介してバイパスされ得る。

【0022】

本開示の様々な態様によれば、コントローラ２０６は、接続解除されたスイッチ２１６における短絡に基づいてバイパススイッチ２１８を導通状態に制御するように構成され得る（例えば、センサ２０８が、第１の端子２３２－１と第２の端子２３２－２との間の低電圧を測定する）。そのような例では、コントローラ２０６は、エネルギー貯蔵モジュール２０２内のエネルギーが枯渇した場合（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２内のエネルギー量が閾値未満である場合）、バイパススイッチ２１６を導通状態に制御するように構成されてもよい。また、コントローラ２０６は、バイパススイッチ２１６における短絡に基づいて接続解除スイッチ２１８を非導通状態に制御するように構成されてもよい。コントローラ２０６は、エネルギー貯蔵モジュール２０２内のエネルギーが枯渇した場合に、接続解除されたスイッチ２１８を導通状態に制御するように構成され得る。上述したように、コントローラ２０６は、スイッチデフォルト回路２２８を含む。コントローラ２０６が動作不能になった場合、スイッチデフォルト回路２２８は、ゲートドライバ２１２－３及び２１２－４への信号を生成して、スイッチ２１８を非導通状態に制御し、スイッチ２３４－１及び２３４－２を導通状態に制御するように構成され得る。スイッチデフォルト回路２２８は、ゲートドライバ２１２－１及び２１２－２への信号を生成して、スイッチ２３８－１、２４０－１、２３８－２、及び２４０－２を非導通状態に制御するように構成され得る。本明細書の開示によれば、接続解除スイッチ２１８は、「常時開」スイッチであってもよい（例えば、制御信号が接続解除スイッチ２１８のゲートに印加されない場合、接続解除スイッチ２１８は導通し得ない）。本明細書の開示によれば、スイッチ２３４－１及び２３４－２は、「常時閉」スイッチであってもよい（例えば、制御信号がスイッチ２３４－１及び２３４－２のゲートに印加されない場合、スイッチ２３４－１及び２３４－２は導通し得る）。

【0023】

場合によっては、コントローラ２０６は、スイッチ２１８を制御してその状態を（例えば、非導通状態から導通状態に、又はその逆に）変更する前に、スイッチ２３８－１、２４０－１、２３８－２、及び２４０－２を非導通状態に制御する（例えば、複数の変換器を「オフにする」）ことができる。したがって、スイッチ２１８にわたる電圧降下は、電力貯蔵モジュール２０２の電圧であってもよい。複数の電力変換器２０４がブースト変換器である場合、スイッチ２１８として、定格電圧が低減されたスイッチを採用してもよい。

【0024】

上述したように、電力変換装置１０１－ｎは、ヒューズ２４２－１及びヒューズ２４２－２を備えてもよい。ヒューズ２４２－１及びヒューズ２４２－２は、エネルギー貯蔵モジュール２０２を過剰な電流から保護することができる。例えば、スイッチ２３８－１が短絡した場合、第１のインダクタ２３６－１を通る電流が増加し得、したがって、エネルギー貯蔵モジュール２０２を通る電流も増加し得る。エネルギー貯蔵モジュール２０２を通る電流がヒューズ２４２－１の定格を超えて増加した場合、ヒューズ２４２－１は、エネルギー貯蔵モジュール２０２を第１のインダクタ２３６－１から接続解除することができ、したがって、エネルギー貯蔵モジュール２０２を過剰な電流から保護する。スイッチ２３８－２が短絡した場合、第２のインダクタ２３６－２を通る電流が増加し得、したがって、エネルギー貯蔵モジュール２０２を通る電流も増加し得る。エネルギー貯蔵モジュール２０２を通る電流がヒューズ２４２－２の定格を超えて増加した場合、ヒューズ２４２－２は、エネルギー貯蔵モジュール２０２を第２のインダクタ２３６－２から接続解除することができ、したがって、エネルギー貯蔵モジュール２０２を過剰な電流から保護する。コンデンサ２３３が短絡した場合、ヒューズ２４２－１及びヒューズ２４２－２の両方が、エネルギー貯蔵モジュール２０２を対応するインダクタ２３６－１及び２３６－２から接続解除し、したがって、エネルギー貯蔵モジュール２０２を過剰電流から保護することができる。

【0025】

以下は、本明細書の開示による様々なイベント及び対応する動作を要約する表である。

【0026】

【表1-1】

【0027】

【表1-2】

【0028】

複数の電力変換器２０４は冗長性を提供し得るが、コントローラ２０６は、第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２におけるリップル（例えば、電圧リップル、電流リップル）を低減するように同期して動作するように複数の電力変換器を制御し得る。例えば、複数の電力変換器２０４を同期して制御することは、端子２３２－１及び２３２－２における電圧及び電流のうちの１つ以上のリップルを低減するように、複数の電力変換器２０４をインターリーブ方式で制御することに関連し得る。インターリーブ動作では、コントローラ２０６は、第１のスイッチ２３８－１及び第２のスイッチ２４０－１に対して位相をずらして第３のスイッチ２３８－２及び第４のスイッチ２４０－２を制御する。例えば、コントローラ２０６によって生成されるゲートドライバ２１２－２への制御信号は、コントローラ２０６によって生成されるゲートドライバ２１２－１への制御信号に対して位相がずれ得る。例えば、第１のスイッチ２３８－１、２４０－１、２３８－２、及び２４０－２の制御信号がＰＷＭ信号である場合、第３のスイッチ２３８－２及び第４のスイッチ２４０－２のためのＰＷＭ信号を生成するために用いられるキャリア信号は、第１のスイッチ２３８－２及び第２のスイッチ２４０－２のためのＰＷＭ信号を生成するために用いられるキャリア信号と位相がずれ得る。キャリア信号は、コントローラ２０６のクロック信号から生成されたパルスに基づいて生成され得る。位相差は、クロック信号の差のカウントに基づいてもよい。複数の電力変換器２０４が２より多い電力変換器を含む場合、対応する電力変換器の制御信号間の位相差は、３６０／Ｎであり得、ここで、Ｎは電力変換器の数である。複数の電力変換器２０４のうちの１つの電力変換器が動作不能になった場合、コントローラ２０６は、第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２において低いリップルを維持するように、残りの電力変換器の制御信号の位相を調整することができる。例えば、複数の電力変換器２０４が４つの電力変換器を含む場合、コントローラ２０６は、同期動作中に、対応する制御信号間の位相差が９０度になるように制御することができる。複数の電力変換器２０４のうちの１つの電力変換器が動作不能になった場合、コントローラ２０６は、残りの電力変換器の制御信号間の位相差を１２０度に調整することができる。

【0029】

本明細書の開示の態様によれば、コントローラ２０６は、複数の電力変換器２０４を制御して、エネルギー貯蔵モジュール２０２からの電力を最大電力点（ＭＰＰ）で第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２に変換するように構成され得る。例えば、コントローラ２０６は、ＭＰＰ追従（MPP Tracking、ＭＰＰＴ）アルゴリズム（例えば、山登り法（perturb and observe）、増分コンダクタンス、リップル相関）を使用してもよい。

【0030】

ここで図２Ｅを参照すると、電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎのうちの２つの電力変換装置１０１－ｎの２つの補助電力回路２１０－１及び２１０－２が示されている。補助電力回路２１０－ｎの各々は、電力入力変換器２５０－ｎと、電力採取回路２５２－ｎと、任意選択で電力出力変換器２５４－ｎとを備え得る。補助電力回路２１０－ｎの各々は、ＯＲ－ｉｎｇダイオード２５６－ｎ、２５８－ｎ、及び２６０－ｎを備え得る。対応するエネルギー貯蔵モジュール１０２－ｎは、電力出力変換器２５４－ｎ及びＯＲ－ｉｎｇダイオード２５６－ｎのアノードに接続され得る。電力出力変換器２５４－ｎは、補助電力バス１０２に接続される。補助電力バス１０２は、電力入力変換器２５０－ｎに接続される。電力入力変換器２５０－ｎは、ＯＲ－ｉｎｇダイオード２５８－ｎのアノードに接続される。通信バス１０４は、電力採取回路２５２－２に接続され得る。電力採取回路２５２－２は、ＯＲ－ｉｎｇダイオード２６０－ｎのアノードに接続される。ＯＲ－ｉｎｇダイオード２５６－ｎ、２５８－ｎ及び２６０－ｎのカソードは、互いに接続される。電力入力変換器２５０－ｎは、電力変換装置１０１－ｎに補助電力を提供するように構成されたバック変換器、ブースト変換器、バック及びブースト変換器、又はバックブースト変換器（例えば、フライバック、ＳＥＰＩＣ、又はＣｕｋ変換器）であってもよい。電力入力変換器２５４－ｎは、バック変換器、ブースト変換器、バック及びブースト変換器、又はバックブースト変換器であってもよい。電力採取回路２５２－ｎは、整流器、電圧増倍器、又はチャージポンプを備え得る。電力採取回路２５２－ｎはまた、電力変換器を備えてもよい。電力入力変換器２５４－ｎは、システム１００内の他の電力変換装置に補助電力を提供するように構成されたバック変換器、ブースト変換器、バック及びブースト変換器、又はバックブースト変換器（例えば、フライバック、ＳＥＰＩＣ、又はＣｕｋ変換器）であってもよい。電力出力変換器２５４－ｎは、アノードがエネルギー貯蔵モジュール２０２のアノードに接続され、ダイオードのアノードが補助電力バス１０２に接続され得るダイオードで置き換えられ得ることに留意されたい。

【0031】

本明細書の開示の態様によれば、補助電力回路２１０－ｎは、ダイオード２５６－ｎを介して、エネルギー貯蔵モジュール２０２－ｎから、対応するエネルギー変換装置１０１－ｎに補助電力を提供し得る。補助電力回路２１０－ｎは、追加的又は代替的に、電力入力変換器２５０－ｎ及びダイオード２５８－ｎを介して、電力バス１０２から、対応するエネルギー変換装置１０１－ｎに補助電力を提供し得る。補助電力回路２１０－ｎは、追加的に又は代替的に、電力採取回路２５２－ｎ及びダイオード２６０－ｎを介して、通信バス１０４から、対応するエネルギー変換装置１０１－ｎに補助電力を提供し得る。補助電力回路２１０－ｎは、追加的又は代替的に、電力出力変換器２５４－ｎを介して、エネルギー貯蔵モジュール２０２－ｎから、電力バス１０２に補助電力を提供し得る。したがって、本開示の態様によれば、補助電力回路２１０－ｎは、様々なソースから対応する電力変換装置１０１－ｎに補助電力を提供し得る。様々な電源から電力を提供することは、冗長性を提供することができ、その結果、エネルギー変換装置１０１－ｎは、様々な障害（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２－ｎの障害、電力入力変換器２５０－ｎの障害、補助電源１０６の障害）に対して堅牢になり得る。以下は、補助電源回路１０１－ｎが克服し得る障害のいくつかの例である。
●エネルギー貯蔵モジュール２０２－ｎが空である場合、補助電力回路２１０－ｎは、補助電力バス１０２からの電力を変換することができる。補助電力バス１０２への電力は、補助電源１０６から、又は別のエネルギー変換装置１０１－ｎから提供され得る。
●電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎの各エネルギー貯蔵モジュール２０２が消耗した場合、補助電力回路２１０－ｎは、補助電力バス１０２から、又は通信バス１０４から、又はその両方からの電力を変換することができる。
●補助電源１０６が動作不能であり、電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎの各エネルギー貯蔵モジュール２０２が消耗している場合、補助電力回路２１０－ｎは、通信バス１０４からの電力、又は補助電力バス１０２上の他のエネルギー変換装置１０１－ｎによって提供される電力からの電力を変換することができる。
●エネルギー貯蔵モジュール２０２－ｎが動作不能である（例えば、空又は短絡している）場合、補助電力回路２１０－ｎは、電力変換装置１０１－ｎをバイパス又は接続解除するために、電力をコントローラ２０６、ゲートドライバ２１２－３及び／又はゲートドライバ２１２－４からコントローラスイッチ２１８、２３４－１及び／又は２３４－２に提供することができる（例えば、補助電力バス１０２から、又は他のエネルギー貯蔵モジュールから）。

【0032】

ここで図３を参照すると、本明細書の開示の態様による方法の例が示される。ステップ３００において、複数の電力変換器（例えば、複数の電力変換器２０４）は、エネルギー貯蔵モジュール（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２）からの電力を同期して変換することができる。例えば、複数の電力変換器によって同期して電力を変換することは、複数の電力変換器の端子（例えば、第１の端子２３２－１及び第２の端子２３２－２）における電圧及び電流のうちの１つ以上のリップルを低減するように、複数の電力変換器をインターリーブ方式で制御することを含み得る。複数の電力変換器がＮ個の電力変換器を含む場合、制御信号間の位相差は３６０／Ｎであり得、ここで、Ｎは電力変換器の数である。

【0033】

ステップ３０２において、コントローラ（例えば、コントローラ２０６）は、少なくとも１つのセンサ（例えば、センサ２０８）からの少なくとも１つの測定値に基づいて、複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器における故障を検出することができる。電力変換器における故障（例えば、短絡又は開回路）は、複数の電力変換器のスイッチ（例えば、スイッチ２３８－１、２４０－１、２３８－２、２４０－２）のうちの１つにおける故障、インダクタ（例えば、インダクタ２３６－１、２３６－２のうちの１つ又は両方）における故障、及び／又は電力変換器に対応するゲートドライバ（例えば、ゲートドライバ２１２－１又は２１２－２）における故障であり得る。コントローラが１つ以上の電力変換器において故障を検出した場合、方法はステップ３０４に進むことができる。コントローラが１つ以上の電力変換器の故障を検出しない場合、方法はステップ３０８に進むことができる。

【0034】

ステップ３０４において、コントローラは、故障と識別された１つ以上の電力変換器を無効化することができる。電力変換器を無効化することは、コントローラが電力変換器への制御信号を無効化すること、又は電力変換器の１つ以上のスイッチを無効化されるように制御して非導通状態にすることを含み得る。電力変換器を無効化することは、追加的に又は代替的に、無効化されるべき電力変換器に対応するヒューズ（例えば、ヒューズ２４２－１、ヒューズ２４２－２）を接続解除することを含み得る。

【0035】

ステップ３０６において、コントローラは、残りの動作している変換器の対応する制御信号の位相を調整することができる。例えば、複数の電力変換器がＮ個の電力変換器を含み、電力変換器のうちの１つが動作不能になった場合、コントローラは、残りの電力変換器の制御信号間の位相差を３６０／（Ｎ－１）に調整してもよい。

【0036】

ステップ３０８において、コントローラは、エネルギー貯蔵モジュール（例えば、エネルギー貯蔵モジュール２０２）内、コントローラ内、又は補助電力回路（例えば、補助電力回路２１０）内に故障があるかどうかを判定することができる。コントローラがエネルギー貯蔵モジュール内、コントローラ内、又は補助電力回路内の故障を検出した場合、方法はステップ３１０に進むことができる。コントローラがエネルギー貯蔵モジュール内、コントローラ内、又は補助電力回路内の故障を検出しない場合、方法はステップ３００に戻ることができる。

【0037】

ステップ３１０において、コントローラは、電力変換装置を無効化することができる。例えば、コントローラは、接続解除スイッチ（例えば、接続解除スイッチ２１８）を非導通状態に制御することができる。コントローラは、１つ以上のバイパススイッチ（例えば、バイパススイッチ２３４－１及び２３４－２）を導通状態に制御することができる。

【0038】

本明細書の開示によれば、故障動作機能の冗長性は、システムレベルで達成され得る。図４を参照すると、電力変換装置１０１－１、１０１－２、・・・、１０１－Ｎが直列に接続されている例示的なシステム１００が示されている。図４に示される場合において、センサ２０８のうちのいくつかは、システムレベルセンサであってもよく、システム１００は、故障動作機能のために２つ以上のそのようなセンサを備えてもよい。図４に示すシステム１００は、２つの電流センサ４００－１及び４００－２を備えることができる。電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎが直列に接続されているとき、電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎを通って流れる電流は同じであり、４００－１及び４００－２は、電流のレベルの測定値を電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎのすべてのコントローラ２０６に提供することができる。同様に、図４に示されるシステム１００は、システム１００の温度のレベルの測定値を電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎのすべてのコントローラ２０６に提供することができる２つの温度センサ４０２－１及び４０２－２を備えることができる。また、場合によっては、システム１００内のすべての電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎに対して単一の接続解除スイッチ２１８を使用すれば十分であり得る。上述したように、接続解除機能は、電力変換装置１０１－１、１０１－２、．．．、１０１－Ｎの各々におけるスイッチ２１８並びにスイッチ２３８－１及び２３８－２を用いて実装され得る。

【0039】

本明細書における上記の開示は、故障動作及び故障セーフ機能を提供する様々な冗長及び安全機能を有する堅牢で安全な電力変換装置に関する。そのような特徴は、いくつか例を挙げると、複数の電力変換器、複数の補助電源（例えば、補助電力バス１０２、エネルギー貯蔵モジュール２０２、又は通信バス１０４）、複数のバイパススイッチ２３４－１及び２３４－２、接続解除スイッチ２１８、ヒューズ２４２－１及び２４２－２であり得る。本明細書で説明される特徴の任意の組み合わせが、本明細書の開示による電力変換装置において使用され得ることに留意されたい。例えば、単一の電力変換器（例えば、単一のバック変換器、単一のブースト変換器）のみが、複数の補助電力源、単一のバイパススイッチ、及び単一の接続解除スイッチとともに使用されてもよい。例えば、複数の電力変換器が、２つのバイパススイッチ、単一の接続解除スイッチ、及び単一の補助電源とともに使用され得る。

【0040】

本開示の１つ以上の態様は、コンピュータ使用可能データで具体化することができ、１つ以上のコンピュータ又は他のデバイスにより実行される１つ以上のプログラムモジュール内の命令のようなコンピュータ実行可能命令で具体化することができる。概して、プログラムモジュールは、コンピュータ又は他のデバイス内のプロセッサにより実行されると、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などを含む。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッドステートメモリ、ＲＡＭなどのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。当業者には理解されるように、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望に応じて組み合わされ得るか、又は分散され得る。加えて、機能性は、全体的又は部分的に、ファームウェア、又は集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）などのようなハードウェア均等物において具現化されてもよい。特定のデータ構造を使用して、本開示の１つ以上の態様をより効果的に実現することができ、このようなデータ構造は、本明細書において説明されるコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内で企図される。

【0041】

出願された特許請求の範囲は、本出願におけるすべての主題を保護するために、条項として本明細書において繰り返される。

【0042】

条項１．装置であって、
第１の端子と、
第２の端子と、
１つ以上のセンサと、
エネルギー貯蔵モジュールと、
各々がエネルギー貯蔵モジュール、第１の端子、及び第２の端子に接続された複数の電力変換器であって、複数の電力変換器の各電力変換器が、スイッチング回路を備え、複数の電力変換器の各電力変換器が、
エネルギー貯蔵モジュールから第１の端子及び第２の端子への電力を変換すること、又は
第１の端子及び第２の端子からエネルギー貯蔵モジュールへの電力を変換すること、を行うように構成されている、複数の電力変換器と、
複数の変換器に接続され、１つ以上のセンサからの１つ以上の測定値に基づいて、複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器を同期して制御するように構成されたコントローラと、
複数の補助電源のうちの１つ以上からコントローラに電力を提供するように構成された補助電力回路と、を備える、装置。

【0043】

条項２．第１の端子及び第２の端子に接続されたバイパススイッチを更に備える、条項１に記載の装置。

【0044】

条項３．バイパススイッチは、２つ以上の並列接続トランジスタを備える、条項２に記載の装置。

【0045】

条項４．コントローラは、以下のうちの１つ以上に基づいてバイパススイッチを導通状態に制御するように構成されている、条項２又は３に記載の装置：
接続解除スイッチの短絡、
コントローラにおける故障、又は
エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定。

【0046】

条項５．コントローラは、コントローラへの故障に基づいてバイパススイッチをデフォルト導通状態に制御するように構成された回路を備える、条項４に記載の装置。

【0047】

条項６．１つ以上のセンサは、エネルギー貯蔵モジュールの電圧を測定するように構成されており、
コントローラは、エネルギー貯蔵モジュールの電圧が閾値未満であることを示す測定値に基づいて、バイパススイッチを導通状態に制御するように構成されている、条項２～５のいずれか一項に記載の装置。

【0048】

条項７．１つ以上のセンサは、エネルギー貯蔵モジュールを通る電流の測定値を提供するように構成されており、
コントローラは、エネルギー貯蔵モジュールを通る電流が閾値未満であることを示す測定値に基づいて、バイパススイッチを導通状態に制御するように構成されている、条項２～６のいずれか一項に記載の装置。

【0049】

条項８．第１の端子又は第２の端子のうちの１つと、複数の電力変換器との間に接続された接続解除スイッチを更に備える、条項１～７のいずれか一項に記載の装置。

【0050】

条項９．コントローラは、以下のうちの１つに基づいて、接続解除スイッチを非導通状態に制御するように構成されている、条項８に記載の装置：
エネルギー貯蔵モジュール内に貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定、
バイパススイッチ内の短絡、又は
コントローラにおける故障。

【0051】

条項１０．コントローラは、コントローラへの障害に基づいて接続解除スイッチをデフォルトの非導通状態に制御するように構成された回路を備える、条項９に記載の装置。

【0052】

条項１１．１つ以上のセンサは、エネルギー貯蔵モジュールの電圧の測定値を生成するように構成されており、
エネルギー貯蔵モジュールの電圧が閾値未満であることを示す測定値に基づいて、コントローラは、接続解除スイッチを非導通状態に制御するように構成されている、条項８～１０のいずれか一項に記載の装置。

【0053】

条項１２．１つ以上のセンサは、エネルギー貯蔵モジュールを通る電流の測定値を生成するように構成されており、
コントローラは、エネルギー貯蔵モジュールを通る電流が閾値未満であることを示す測定値に基づいて、接続解除スイッチを非導通状態に制御するように構成されている、条項８～１２のいずれか一項に記載の装置。

【0054】

条項１３．エネルギー貯蔵モジュールと、複数の電力変換器のうちの１つの電力変換器の対応するスイッチング回路との間に接続された複数のヒューズを更に備え、
各ヒューズは、対応するスイッチング回路とエネルギー貯蔵モジュールとの間を流れる電流の量が閾値を超えていることに応答して、対応する電力変換器をエネルギー貯蔵モジュールから接続解除するように構成されている、条項１～１２のいずれか一項に記載の装置。

【0055】

条項１４．複数のゲートドライバを更に備え、
各スイッチング回路内のスイッチは、複数のゲートドライバのうちの対応するゲートドライバに接続されている、条項１～１３のいずれか一項に記載の装置。

【0056】

条項１５．
第１の端子及び複数の電力変換器に接続された接続解除スイッチと、
第１の端子及び第２の端子に接続された複数のバイパススイッチと、を更に備え、
複数のゲートドライバのうちの第１のゲートドライバは、接続解除スイッチ及び複数のバイパススイッチのうちの第１のバイパススイッチに接続されており、
複数のゲートドライバのうちの第２のゲートドライバは、バイパススイッチのうちの残りのバイパススイッチに接続されている、条項１４に記載の装置。

【0057】

条項１６．１つ以上のセンサは、第１の端子と第２の端子との間の電圧を測定するように構成されている、条項１～１５のいずれか一項に記載の装置。

【0058】

条項１７．複数の変換器は、コンデンサを備える、条項１～１６のいずれか一項に記載の装置。

【0059】

条項１８．１つ以上のセンサは、コンデンサにわたる電圧を測定するように構成されている、条項１７に記載の装置。

【0060】

条項１９．複数の電力変換器の各々は、対応するインダクタを更に備える、条項１～１７のいずれか一項に記載の装置。

【0061】

条項２０．１つ以上のセンサは、各対応するインダクタを流れる電流の量を測定するように構成されている、条項１９に記載の装置。

【0062】

条項２１．１つ以上のセンサは、エネルギー貯蔵モジュールを通って流れる電流の量を測定するように構成されている、条項１～２０のいずれか一項に記載の装置。

【0063】

条項２２．補助電力回路は、エネルギー電力貯蔵装置、補助電力バス、又は通信バスのうちの１つ以上から電力を受け取るように構成されている、条項１～２１のいずれか一項に記載の装置。

【0064】

条項２３．補助電力回路は、補助電力バスから電力を受け取ることと、第１のダイオードを介して、コントローラに、受け取った電力を提供することと、を行うように構成された第１の電力変換器を備える、条項２２に記載の装置。

【0065】

条項２４．補助電力回路は、
通信バスから信号を受信することと、
信号を電力に変換することと、
第２のダイオードを介してコントローラに電力を提供することと、を行うように構成された電力採取回路を備える、条項２２又は２３に記載の装置。

【0066】

条項２５．電力採取回路は、整流器又は電圧増倍回路のうちの１つ以上を備える、条項２４に記載の装置。

【0067】

条項２６．補助電力回路は、第３のダイオードを介して、エネルギー貯蔵モジュールからコントローラに電力を提供するように構成されている、条項２２～２５のいずれか一項に記載の装置。

【0068】

条項２７．補助電力回路は、
エネルギー貯蔵モジュールから電力を受け取ることと、
電力バスに電力を提供することと、を行うように構成された第２の電力変換器を更に備える、条項２２～２６のいずれか一項に記載の装置。

【0069】

条項２８．コントローラは、複数の電力変換器の各電力変換器の対応する制御信号を生成し、制御信号間の位相差は、複数の電力変換器内の電力変換器の数に基づく、条項１に記載の装置。

【0070】

条項２９．コントローラは、複数の電力変換器の電力変換器が非アクティブであることを示す１つ以上のセンサからの測定値に基づいて、残りの動作している変換器の対応する制御信号の各位相を調整するように構成されている、条項２８に記載の装置。

【0071】

条項３０．コントローラは、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムに基づいて、エネルギー貯蔵モジュールから第１の端子及び第２の端子への電力を変換するように電力変換器を制御する、条項１～２９のいずれか一項に記載の装置。

【0072】

条項３１．方法であって、
複数の電力変換器によって、エネルギー貯蔵モジュールからの電力を同期して変換することと、
１つ以上のセンサによって、複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器における故障を検出することと、
コントローラによって、故障と識別された１つ以上の電力変換器を無効化することと、
１つ以上のセンサによって、エネルギー貯蔵モジュール、コントローラ、又は補助電力回路における第２の故障を検出することと、
コントローラによって、第２の故障に基づいて複数の電力変換器を無効化することと、を含む、方法。

【0073】

条項３２．複数の電力変換器を無効化することは、以下のうちの１つ以上に基づいて、出力端子から複数の電力変換器を接続解除するように接続解除スイッチを制御することを含む、条項３１に記載の方法：
バイパススイッチの短絡、
コントローラにおける故障、又は
エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定。

【0074】

条項３３．複数の電力変換器を無効化することは、以下のうちの１つ以上に基づいて、出力端子から複数の電力変換器をバイパスするようにバイパススイッチを制御することを含む、条項３１又は３２に記載の方法：
接続解除スイッチの短絡、
コントローラにおける故障、又は
エネルギー貯蔵モジュールに貯蔵されたエネルギーの量が閾値未満であるという判定。

【0075】

条項３４．故障と識別された１つ以上の電力変換器を無効化することは、スイッチング回路とエネルギー貯蔵モジュールとの間を流れる電流が閾値を超えていることに応答して、ヒューズによって、故障と識別された１つ以上の電力変換器をエネルギー貯蔵モジュールから接続解除することを含む、条項３１～３３のいずれか一項に記載の方法。

【0076】

条項３５．複数の電力変換器によって電力を同期して変換することは、コントローラによって、複数の電力変換器の各電力変換器の対応する制御信号の位相を選択することを含む、条項３１～３４のいずれか一項に記載の方法。

【0077】

条項３６．故障が検出されなかった、複数の電力変換器のうちの第２の１つ以上の電力変換器の対応する制御信号の各位相を調整することを更に含む、条項３１～３５のいずれか一項に記載の方法。

【0078】

条項３７．エネルギー貯蔵モジュールからの電力を同期して変換することは、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムに基づいてエネルギー貯蔵モジュールからの電力を変換することを含む、条項３１～３６のいずれか一項に記載の装置。

【0079】

条項３８．システムであって、
補助電力バスと、
通信バスと、
各々が補助電力バス及び通信バスに結合された複数の電力変換装置であって、各電力変換装置が、
エネルギー貯蔵モジュールと、
エネルギー貯蔵モジュール並びに第１の端子及び第２の端子に接続された複数の電力変換器であって、複数の電力変換器の各電力変換器が、スイッチング回路を備え、複数の電力変換器の各電力変換器が、
エネルギー貯蔵モジュールから第１の端子及び第２の端子への電力を変換すること、又は
第１の端子及び第２の端子からエネルギー貯蔵モジュールへの電力を変換すること、を行うように構成されている、複数の電力変換器と、
複数の電力変換器の各々に接続されており、複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器を同期して制御するように構成されたコントローラと、
エネルギー貯蔵モジュール、補助電力バス、又は通信バスのうちの１つ以上からコントローラに電力を提供するように構成された補助電力回路と、を備える、システム。

【0080】

条項３９．補助電力回路は、
補助電力バスから電力を受け取ること、かつ
第１のダイオードを介して、コントローラに、受け取った電力を提供すること、を行うように構成された第１の電力変換器を備える、条項３８に記載のシステム。

【0081】

条項４０．補助電力回路は、
通信バスから信号を受信することと、
信号を電力に変換することと、
第２のダイオードを介してコントローラに電力を提供することと、を行うように構成された電力採取回路を備える、条項３８又は３９に記載のシステム。

【0082】

条項４１．補助電力回路は、第３のダイオードを介して、エネルギー貯蔵モジュールからコントローラに電力を提供するように構成されている、条項３８～４０のいずれか一項に記載のシステム。

【0083】

条項４２．補助電力回路は、エネルギー貯蔵モジュールから補助電力バスに電力を提供するように更に構成されている、条項３８～４１のいずれか一項に記載のシステム。

【0084】

条項４３．補助電力回路は、
エネルギー貯蔵モジュールから電力を受け取ることと、
電力バスに電力を提供することと、を行うように構成された第２の電力変換器を更に備える、条項４２に記載のシステム。

【0085】

条項４４．電力バスに接続され、複数の電力変換装置に補助電力を提供するように構成された補助電源を更に備える、条項３８～４３のいずれか一項に記載のシステム。

【0086】

条項４５．コントローラが動作不能である場合に、制御機能を提供するように構成された第２のコントローラを更に備える、条項１～２９のいずれか一項に記載の装置。

【0087】

条項４６．複数の変換器は、２つのブースト変換器を含む、条項１～２９及び４５のいずれか一項に記載の装置。

【0088】

条項４７．複数の変換器は、バック変換器を更に備える、条項４６に記載の装置。

【0089】

条項４８．システムであって、
直列に接続された１つ以上の変換装置を備え、１つ以上の変換装置の各々が、
第２の端子と、
１つ以上のセンサと、
エネルギー貯蔵モジュールと、
エネルギー貯蔵モジュール、第１の端子、及び第２の端子に各々接続された１つ以上の電力変換器であって、１つ以上の電力変換器の各電力変換器が、スイッチング回路を備え、１つ以上の電力変換器の各電力変換器が、
エネルギー貯蔵モジュールから第１の端子及び第２の端子への電力を変換すること、又は
第１の端子及び第２の端子からエネルギー貯蔵モジュールへの電力を変換すること、を行うように構成されている、１つ以上の電力変換器と、
１つ以上の変換器に接続されており、１つ以上のセンサからの１つ以上の測定値に基づいて、１つ以上の電力変換器を制御するように構成されたコントローラと、
複数の補助電源のうちの１つ以上からコントローラに電力を提供するように構成された補助電力回路と、
電力変換装置の直列接続に接続された接続解除スイッチと、を備える、システム。

【0090】

条項４９．電力変換装置の直列接続の対応する温度を測定するように構成された１つ以上の温度センサを更に備える、条項４８に記載のシステム。

【0091】

本主題は、構造的な特徴及び／又は方法論的な行為に固有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲に定義される主題は、必ずしも上記の特定の特徴又は行為に限定されるものではないことを、理解されたい。むしろ、上に記載された特定の特徴及び行為は、特許請求の範囲を実行する例示的な形態として開示される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】