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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-22
(45)【発行日】2023-10-02
(54)【発明の名称】データセンター負荷のためのハイブリッドＤＣ電源設備
(51)【国際特許分類】
H02J 1/00 20060101AFI20230925BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20230925BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20230925BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230925BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20230925BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20230925BHJP
H02J 1/12 20060101ALI20230925BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20230925BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20230925BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20230925BHJP
【ＦＩ】
H02J1/00 306K
H01M8/00 Z
H01M8/249
H01M8/04 Z
H01M8/04537
H01M8/04858
H02J1/00 304H
H02J1/00 306G
H02J1/12
H02J1/00 306L
H02J7/00 B
H02J7/00 302C
H02J7/00 302B
H01M8/10 101
H01M8/12 101
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2021548673
(86)(22)【出願日】2020-02-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-21
(86)【国際出願番号】 US2020018589
(87)【国際公開番号】W WO2020172135
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2023-02-13
(31)【優先権主張番号】62/808,127
(32)【優先日】2019-02-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】514116578
【氏名又は名称】ブルーム エネルギー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コッテゥリ，カール
(72)【発明者】
【氏名】ゴピナート，ラジェシュ
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５２１２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５０４４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２６５１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５０５６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５２０９４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２５３７１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２６５０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２６６６８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ １／００
Ｈ０１Ｍ ８／００
Ｈ０１Ｍ ８／２４９
Ｈ０１Ｍ ８／０４
Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７
Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８
Ｈ０２Ｊ １／１２
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０１Ｍ ８／１０
Ｈ０１Ｍ ８／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれが少なくとも１つの燃料電池を含む複数のパワーモジュール；それぞれが入力端及び出力端を有し、それぞれが前記入力端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数の直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータ；
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに前記出力端で並列に電気的に接続され、負荷に電気的に接続可能なＤＣパワーバス；
それぞれがＤＣ端及びＡＣ端を有し、それぞれが前記ＤＣ端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数のＤＣ／交流（ＡＣ）インバータ；
前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに前記ＡＣ端で並列に電気的に接続され、電気ユーティリティが接続される整流パス；
ＡＣ端及びＤＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記整流パスに、前記ＤＣ端で前記ＤＣパワーバスに電気的に接続されるＡＣ／ＤＣ整流器；及び
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに通信可能に接続される制御装置であって、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置に以下のことをさせるように構成される制御装置、を含み、
前記整流パスに過剰な電力を受け入れ可能な電力貯蔵装置が接続され、または、前記電気ユーティリティが過剰な電力を受け入れ可能であるシステム：
第１の電力を、電力閾値量に至るまで、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣパワーバスを介して前記複数のパワーモジュールから前記負荷に提供し；
前記電気ユーティリティからの電力が利用可能かどうかを判定し；及び
前記電気ユーティリティからの前記電力が利用可能であるとの判定に応じて、前記複数のＤＣ／ＡＣインバータを介して前記整流パスに前記複数のパワーモジュールから第２の電力を提供し、前記第２の電力は、前記電力閾値量を超える、前記複数のパワーモジュールによって生成された電力を含む。
【請求項2】
前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項１に記載のシステム：前記負荷の負荷需要が前記複数のパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満かどうかを判定し；及び
前記負荷の前記負荷需要が前記複数のパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満でない場合は、前記第２の電力の少なくとも一部を、前記負荷に前記整流パスを介して提供する。
【請求項3】
第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ；及び前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに前記第２の端部で電気的に接続される前記電力貯蔵装置をさらに含み、
前記制御装置が、前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに通信可能に接続され、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項２に記載のシステム：
前記電力貯蔵装置の充電レベルが出力閾値を超えるかどうかを判定し；
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記出力閾値を超えない場合、前記電気ユーティリティから前記負荷へ前記整流パスを介して電力を提供し；及び
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記出力閾値を超える場合、前記電力貯蔵装置から前記負荷へ前記整流パスを介して電力を提供する。
【請求項4】
前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項３に記載のシステム：前記負荷の前記負荷需要が前記複数のパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満の場合には、前記電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値を超えるかどうかを判定し；
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超えない場合には、前記整流パス上の前記第２の電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電し；及び
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超える場合には、残っている第２の電力を、前記整流パスを介して前記電気ユーティリティに提供する。
【請求項5】
第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ；及び
前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに前記第２の端部で電気的に接続される前記電力貯蔵装置をさらに含み、
前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項１に記載のシステム：
前記負荷の負荷需要が前記電力閾値量未満かどうかを判定し；
前記負荷需要が前記電力閾値量未満の場合には、前記整流パスに前記負荷需要を超える前記第２の電力を提供し、前記電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値を超えるかどうかを判定し、前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超えない場合には、前記第２の電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電し、前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超える場合には、残っている第２の電力を、前記整流パスを介して前記電気ユーティリティに提供し；
前記負荷需要が前記電力閾値量未満でない場合には、前記整流パス上の前記第２の電力の少なくとも一部を、前記負荷に提供する。
【請求項6】
第１の端部及び第２の端部を有する静的インタラプタであって、前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続され、前記第２の端部で前記電気ユーティリティに電気的に接続可能な前記静的インタラプタ；及び第１の端部及び第２の端部を有する回路遮断器であって、前記第１の端部で前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに電気的に接続され、前記第２の端部で前記整流パスに電気的に接続される前記回路遮断器をさらに含み、
前記制御装置が、前記静的インタラプタと前記回路遮断器とに通信可能に接続され、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項１に記載のシステム：
前記電気ユーティリティからの前記電力が利用可能でないとの判定に応じて：
前記回路遮断器を開くことによって、前記整流パスから前記複数のＤＣ／ＡＣインバータを電気的に切断し；及び
電力が前記静的インタラプタを通って流れるのを防ぐことによって、前記電気ユーティリティから前記システムを電気的に切断する。
【請求項7】
第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ；及び前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに前記第２の端部で電気的に接続される前記電力貯蔵装置をさらに含み、
前記制御装置が、前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ及び前記ＡＣ／ＤＣ整流器に通信可能に接続され、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項６に記載のシステム：
前記負荷の負荷需要が前記電力閾値量を超えるかどうかを判定し；及び
前記負荷の前記負荷需要が前記電力閾値量を超えるとの判定に応じて、前記電力貯蔵装置から前記負荷に前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ、前記整流パス、及び前記ＡＣ／ＤＣ整流器を介して第３の電力を提供する。
【請求項8】
前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項７に記載のシステム：前記負荷に提供される前記第３の電力が安定しているかどうか判定し；及び
前記負荷に提供される前記第３の電力が安定しているとの判定に応じて：
前記回路遮断器を閉じることによって前記整流パスに前記複数のＤＣ／ＡＣインバータを電気的に接続し；及び
前記整流パス及び前記ＡＣ／ＤＣ整流器を介して前記負荷に前記第２の電力の少なくとも第１の部分を提供する。
【請求項9】
前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置にさらに以下のことをさせるように構成される、請求項８に記載のシステム：前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされるかどうかを判定し；
前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされるとの判定に応じて：
前記負荷への前記第３の電力の提供を停止し；及び
前記負荷に前記整流パス上の前記第２の電力を提供し；及び
前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされないとの判定に応じて、前記負荷に、前記整流パス上の前記第２及び前記第３の電力を提供する。
【請求項10】
第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続され、前記第２の端部で前記電気ユーティリティに電気的に接続可能な第１の回路遮断器；第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の回路遮断器と並列に前記第１の端部で前記整流パスに電気的に接続され、前記第２の端部で発電機に電気的に接続可能な第２の回路遮断器；
同時に前記第１の回路遮断器を開けて前記第２の回路遮断器を閉じるように構成されるトラップキーインターロック；
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣパワーバスとの間に電気的に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータへのフィードバックを阻止するように構成される第１の複数のダイオード；及び
前記ＡＣ／ＤＣ整流器と前記ＤＣパワーバスとの間に電気的に接続され、前記ＡＣ／ＤＣ整流器へのフィードバックを阻止するように構成される第２の複数のダイオード
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
発電システムの運転方法であって、
前記発電システムは、
少なくとも１つの燃料電池を含むパワーモジュール；
入力端及び出力端を有し、前記入力端で前記パワーモジュールに電気的に接続される直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータ；
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに前記出力端で電気的に接続され、負荷に電気的に接続可能なＤＣパワーバス；
ＤＣ端及びＡＣ端を有し、前記ＤＣ端で前記パワーモジュールに電気的に接続されるＤＣ／交流（ＡＣ）インバータ；
前記ＤＣ／ＡＣインバータに前記ＡＣ端で電気的に接続され、電気ユーティリティが接続される整流パス；及び
ＡＣ端及びＤＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記整流パスに、前記ＤＣ端で前記ＤＣパワーバスに電気的に接続されるＡＣ／ＤＣ整流器；を含み、
前記整流パスに過剰な電力を受け入れ可能な電力貯蔵装置が接続され、または、前記電気ユーティリティが過剰な電力を受け入れ可能であり、
前記発電システムの運転方法は、
第１の電力を、電力閾値量に至るまで、少なくとも１つの前記パワーモジュールから複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣパワーバスを介して負荷に提供するステップ；
前記電気ユーティリティからの電力が利用可能かどうかを判定するステップ；及び
前記電気ユーティリティからの前記電力が利用可能であるとの判定に応じて、前記少なくとも１つのパワーモジュールから前記整流パスへ複数の前記ＤＣ／ＡＣインバータを介して第２の電力を提供するステップであって、前記第２の電力は前記電力閾値量を超える、前記少なくとも１つのパワーモジュールによって生成された電力を含むステップ
を含む、発電システムの運転方法。
【請求項12】
前記負荷の負荷需要が、前記少なくとも１つのパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満かどうかを判定するステップ；及び前記負荷の前記負荷需要が前記少なくとも１つのパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満でない場合には、前記第２の電力の少なくとも一部を前記負荷に前記整流パスを介して提供するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記電力貯蔵装置の充電レベルが出力閾値を超えるかどうかを判定するステップ；前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記出力閾値を超えない場合、電力を前記電気ユーティリティから前記負荷に前記整流パスを介して提供するステップ；及び
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記出力閾値を超える場合、電力を前記電力貯蔵装置から前記負荷に前記整流パスを介して提供するステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記負荷の前記負荷需要が前記少なくとも１つのパワーモジュールから出力される前記第１及び第２の電力未満の場合には、前記電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値を超えるかどうかを判定するステップ；前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超えない場合には、前記整流パス上の前記第２の電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電するステップ；及び
前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超える場合には、残っている第２の電力を前記電気ユーティリティに前記整流パスを介して提供するステップ
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記負荷の負荷需要が前記電力閾値量未満かどうかを判定するステップ；前記負荷需要が前記電力閾値量未満の場合には、前記負荷需要を超える前記第２の電力を前記整流パスに提供し、前記電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値を超えるかどうかを判定し、前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超えない場合には、前記第２の電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電し、及び、前記電力貯蔵装置の充電レベルが前記充電閾値を超える場合には、残っている第２の電力を前記電気ユーティリティに前記整流パスを介して提供するステップ；
前記負荷需要が前記電力閾値量未満である場合には、前記整流パス上の前記第２の電力の少なくとも一部を前記負荷に提供するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記電気ユーティリティからの前記電力が利用可能でないとの判定に応じて：回路遮断器を開けることによって、複数のＤＣ／ＡＣインバータを前記整流パスから電気的に切断するステップ；及び
電力が静的インタラプタを通って流れることを阻止することによって、前記電気ユーティリティから前記発電システムを電気的に切断するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記負荷の負荷需要が前記電力閾値量を超えるかどうかを判定するステップ；及び前記負荷の前記負荷需要が前記電力閾値量を超えるとの判定に応じて、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ、前記整流パス、及びＡＣ／ＤＣ整流器を介して、前記電力貯蔵装置から前記負荷に第３の電力を提供するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記負荷に提供される前記第３の電力が安定しているかどうかを判定するステップ；及び前記負荷に提供される前記第３の電力が安定しているとの判定に応じて：
前記回路遮断器を閉じることによって、前記複数のＤＣ／ＡＣインバータを前記整流パスに電気的に接続するステップ；及び
少なくとも前記第２の電力の第１の部分を、前記整流パス及び前記ＡＣ／ＤＣ整流器を介して前記負荷に提供するステップ
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされるどうかを判定するステップ；前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされるとの判定に応じて：
前記第３の電力を前記負荷に提供することを停止するステップ；及び
前記整流パス上の前記第２の電力を前記負荷に提供するステップ；及び
前記負荷の前記負荷需要が前記第２の電力によって満たされないとの判定に応じて、前記整流パス上の前記第２及び前記第３の電力を前記負荷に提供するステップ
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも１つのパワーモジュールは燃料電池モジュールを含み、前記負荷は情報技術的負荷を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項21】
それぞれが少なくとも１つの燃料電池を含む複数のパワーモジュール；それぞれが入力端及び出力端を有し、それぞれが前記入力端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数の直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータ；
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに前記出力端で並列に電気的に接続され、負荷に電気的に接続可能なＤＣパワーバス；
それぞれがＤＣ端及びＡＣ端を有し、それぞれが前記ＤＣ端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数のＤＣ／交流（ＡＣ）インバータ；
前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに前記ＡＣ端で並列に電気的に接続されるＡＣバス；
ＤＣ端及びＡＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記ＡＣバスに電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ；
前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに前記ＤＣ端で電気的に接続される電力貯蔵装置；
ＡＣ端及びＤＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記ＡＣバスに、前記ＤＣ端で前記ＤＣパワーバスに電気的に接続されるＡＣ／ＤＣ整流器；及び
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに通信可能に接続される制御装置であって、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置に以下のことをさせるように構成される制御装置、
を含む燃料電池システム：
第１の電力を、電力閾値量に至るまで、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣパワーバスを介して前記複数のパワーモジュールから前記負荷に提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０１９年２月２０日出願の「データセンター負荷のためのハイブリッドＤＣ電源設備」と題された米国仮特許出願第６２／８０８，１２７号に対する優先権の利益を主張する。上記特許出願の内容全体を、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用する。
本出願は、２０１９年２月２０日出願の「データセンター負荷のためのハイブリッドＤＣ電源設備」と題された米国仮特許出願第６２／８０８，１２７号に対する優先権の利益を主張する。上記特許出願の内容全体を、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用する。
【0002】
本発明は、概して、発電システムを対象とし、具体的には、負荷電力需要を超える燃料電池の電力出力を効率的に管理する燃料電池システムを対象とする。
【背景技術】
【0003】
燃料電池等の電気化学的装置は、燃料に蓄えられたエネルギーを高効率で電気エネルギーに変換することができる。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システム等の燃料電池システムでは、燃料電池のカソード側を酸化流が通過し、燃料電池のアノード側を燃料吸入流が通過する。酸化流は通常空気であり、燃料流は、例えばメタン、天然ガス、ペンタン、エタノール、又はメタノール等の炭化水素燃料であり得る。燃料電池は、負の電荷を帯びた酸素イオンをカソードフロー流からアノードフロー流に運ぶことができ、イオンは、炭化水素分子内の遊離水素又は水素のいずれかと結合して水蒸気を形成し、及び／又は一酸化炭素と結合して二酸化炭素を形成する。負の電荷を帯びたイオンからの過剰な電子は、アノードとカソードの間に完成した電気回路を通って燃料電池のカソード側へと戻され、その結果、回路に電流が流れる。
【0004】
ＳＯＦＣシステムは、多くの異なる配置の下で多くの異なる装置に電力を供給するために用いることができる。様々な潜在的な用途は、様々な制御ハードウェア及びソフトウェアを用いる様々な種類のシステムとの使用に容易に適合し得るＳＯＦＣシステムや制御方法に対するニーズを生み出す。
【発明の概要】
【0005】
１つの実施形態は、燃料電池発電システム等の発電システムの運転方法を含み、これは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣパワーバスを介して少なくとも１つのパワーモジュールから負荷へ、電力閾値量に至るまで、第１の電力を提供するステップ、ユーティリティからの電力が利用可能であるかどうかを判定するステップ、及び、前記ユーティリティからの電力が利用可能であるとの判定に応じて、第２の電力を、前記少なくとも１つのパワーモジュールから複数のＤＣ／ＡＣインバータを介して整流パスへと提供するステップを含む。前記第２の電力は、前記電力閾値量を超える、前記少なくとも１つのパワーモジュールによって生成された電力を含む。
【0006】
別の実施形態は、それぞれが少なくとも１つの燃料電池を含む複数のパワーモジュール、それぞれが入力端及び出力端を有し、それぞれが前記入力端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数の直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータ、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに前記出力端で並列に電気的に接続され、負荷に電気的に接続可能なＤＣパワーバス、それぞれがＤＣ端及びＡＣ端を有し、それぞれが前記ＤＣ端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数のＤＣ／交流（ＡＣ）インバータ、前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに前記ＡＣ端で並列に電気的に接続される整流パス、ＡＣ端及びＤＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記整流パスに、及び前記ＤＣ端で前記ＤＣパワーバスに電気的に接続されるＡＣ／ＤＣ整流器、及び、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに通信可能に接続される制御装置を含むシステムを含む。前記制御装置は、制御装置の実行可能な命令を以て、前記制御装置に、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣパワーバスを介して、前記複数のパワーモジュールから前記負荷に、電力閾値量に至るまで、第１の電力を提供させ、ユーティリティからの電力が利用可能であるかどうかを判定させ、前記ユーティリティからの電力が利用可能であるとの判定に応じて、前記複数のパワーモジュールから前記複数のＤＣ／ＡＣインバータを介して前記整流パスに第２の電力を提供させるように構成され、前記第２の電力は、前記電力閾値量を超える、前記複数のパワーモジュールによって生成された電力を含む。
【0007】
別の実施形態は、それぞれが少なくとも１つの燃料電池を含む複数のパワーモジュール、それぞれが入力端及び出力端を有し、それぞれが前記入力端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数の直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータ、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに前記出力端で並列に電気的に接続され、負荷に電気的に接続可能なＤＣパワーバス、それぞれがＤＣ端及びＡＣ端を有し、それぞれが前記ＤＣ端で前記複数のパワーモジュールのうちの１つのパワーモジュールに電気的に接続される複数のＤＣ／交流（ＡＣ）インバータ、前記複数のＤＣ／ＡＣインバータに前記ＡＣ端で並列に電気的に接続されるＡＣバス、ＤＣ端及びＡＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記ＡＣバスに電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ、前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータに前記ＤＣ端で電気的に接続される電力貯蔵装置、及び、ＡＣ端及びＤＣ端を有し、前記ＡＣ端で前記ＡＣバスに、前記ＤＣ端で前記ＤＣパワーバスに電気的に接続されるＡＣ／ＤＣ整流器を含む燃料電池システムを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
様々な実施形態を添付の図を参照して詳細に説明する。同じ又は類似の部品への言及には、可能な限り、図面を通して同じ参照番号を用いる。特定の実施例及び実施形態への言及は、例示を目的とするものであり、本発明の範囲又は特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【0010】
様々な実施形態は、燃料電池グリッドシステムにおける、電気回路、電気部品、及び燃料電池の循環を管理するための方法を含む。燃料電池の性能と寿命は、特定の出力での燃料電池の作動を維持することによって管理及び改善され、それにより、燃料電池を循環する熱の量及び周期を減らすことができる。１つの燃料電池の温度は、その燃料電池によって生成される電気出力の量に相関させることができる。温度閾値を、この温度閾値の下から上への熱循環から、燃料電池の構成要素への疲労又は損傷が起こり得る温度に設定することができる。電気出力を生み出す際に、この温度閾値未満の温度から温度閾値を超える温度へと燃料電池を繰り返し再加熱することで、燃料電池の構成要素への疲労又は損傷を一層悪化させる恐れがある。
【0011】
燃料電池を一定の電気出力で作動させることは、燃料電池の温度を、温度閾値を超えて維持し、それによって温度閾値未満での熱循環の量と周期を削減し得る。しかしながら、負荷による電力需要は変化し、それゆえ、燃料電池が燃料電池グリッドシステムに配置される場合、燃料電池によって生成される電気出力は、燃料電池の温度を温度閾値以上に維持するのに必要なレベル未満に下がる可能性がある。したがって、グリッドシステムでの燃料電池の作動は、システムが消費することができるよりも多くの電力を生成することができる。過剰な電力をバッテリーに蓄えるという選択肢があるものの、そのようなバッテリーはシステムにとって複雑で費用がかかり、ある期間中に過剰な電力のすべてを蓄えることができない可能性がある。
【0012】
様々な実施形態では、負荷が、電力を消費して作動する任意の電気デバイスであってもよい。負荷には、照明、環境制御、機械、データ処理及びデータストレージ用の電気デバイス等を含む、住宅、オフィス、工業、及び／又は業務利用のための電気デバイスが含まれてよい。本願において、情報技術（ＩＴ）利用は１つの例示として用いられ、本願の請求の範囲及び説明をＩＴ利用に限定しない。１つの例示として本明細書で使用される「ＩＴ負荷」という用語は、様々な実施形態において任意のタイプの負荷の代わりになり得る。「燃料電池ＩＴグリッドシステム」という用語は、例示のＩＴ負荷を組み込んだ例示の燃料電池グリッドシステムに言及しており、任意のタイプの負荷を組み込んだ任意の燃料電池グリッドシステムの代わりにもなり得る。
【0013】
様々な実施形態は、ロードバランシング負荷が含まれてよく、これは、燃料電池を閾値温度を超えて維持するのに十分な電力で作動させ得るために過剰な電力を受け入れるように調節した負荷への接続を備えた燃料電池グリッドシステムに電気的に接続される。燃料電池グリッドシステムは、負荷が要求する電力を超える、燃料電池によって生成された電力、及び／又は燃料電池グリッドシステム内の貯蔵容量（storage capacity）を、ロードバランシング負荷に向かわせる。様々な実施形態では、ロードバランシング負荷は、任意の、電力を消費又は貯蔵する装置又はシステムを含んでよい。例えば、ロードバランシング負荷は、過剰な電力を消費するように構成された、燃料電池グリッドシステムの内部又は近傍に位置するロードバンク負荷を含んでもよい。別の例として、ロードバランシング負荷は、冷却システムなどの、燃料電池グリッドシステムの内部又は近傍に位置する機械的負荷を含んでよい。別の例として、ロードバランシング負荷は、照明システムなどの、燃料電池グリッドシステムの電気負荷を含んでよい。別の例として、ロードバランシング負荷は、燃料電池グリッドシステムの内部又は近傍に位置する蓄電ユニットを含んでよい。別の例として、ロードバランシング負荷は、電力系統などの、燃料電池グリッドシステムから遠隔に位置する電気負荷を含んでよい。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷は、複数の同じタイプのロードバランシング負荷又は様々なタイプのロードバランシング負荷の任意の組み合わせを含むことができる。
【0014】
図１は、モジュール式燃料電池システムの説明のために参照により本明細書に援用する米国特許第８，４４０，３６２号に、より完全に記載されているモジュール式燃料電池システムの一例を示す。このモジュール式システムは、上述の特許、並びに、モジュール式燃料電池システムの説明のために参照により本明細書に援用する米国特許公開第ＵＳ２０１１－０２８１１８５号（２００７年１月２２日出願の出願シリアル番号１１／６５６，００６）に記載のモジュール及び構成要素を含むことができる。燃料電池システム格納筐体１０のモジュール設計は、柔軟なシステムの設置及び運転を提供する。
【0015】
モジュール式燃料電池システム格納筐体１０は、複数のパワーモジュールハウジング１２（燃料電池パワーモジュール構成要素を含む）、１つ又は複数の燃料入力（すなわち、燃料処理）モジュールハウジング１６、及び１つ又は複数の電力調整（すなわち、電気出力）モジュールハウジング１８を含む。例えば、システム格納筐体は、２～３０個のパワーモジュール等、例えば６～１２個のパワーモジュールのような、任意の所望の数のモジュールを含むことができる。図１は、共通のベース２０上に、６個のパワーモジュール（６個のモジュールを横１列に重ねたもの）、１つの燃料処理モジュール、及び１つの電力調整モジュールを含むシステム格納筐体１０を示す。各モジュールは、それ自体のキャビネット又はハウジングを備えることができる。あるいは、電力調整及び燃料処理モジュールを組み合わせて、１つのキャビネット又はハウジング１４に配置された単一の入力／出力モジュールにすることができる。簡潔にするために、各ハウジング１２、１４、１６、１８は、以下では「モジュール」と呼ぶこととする。
【0016】
１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、パワーモジュール１２を２列以上備えてもよい。例えば、システムは２列のパワーモジュールを背中合わせに重ねてもよい。
【0017】
各パワーモジュール１２は、１つ又は複数のホットボックス１３を収容するように構成される。各ホットボックスは、燃料電池のスタック又はカラム（明確性のために示さず）を１つ又は複数含み、例えば、導電性インターコネクトプレートによって分離させるセラミック酸化物電解質を有する固体酸化物形燃料電池の１つ又は複数のスタック又はカラムなどである。ＰＥＭ、溶融炭酸塩、リン酸などの他のタイプの燃料電池を使用することもできる。
【0018】
モジュール式燃料電池システム格納筐体１０はまた、１つ又は複数の入力又は燃料処理モジュール１６を含む。このモジュール１６は、脱硫床等の、燃料の前処理に使用される構成要素を含有するキャビネットを含む。燃料処理モジュール１６は、異なるタイプの燃料を処理するように設計することができる。例えば、ディーゼル燃料処理モジュール、天然ガス燃料処理モジュール、及びエタノール燃料処理モジュールを、同じ又は別個のキャビネットに設けることができる。特定の燃料に合わせて調整された異なる床組成が各モジュールに設けられ得る。処理モジュール１６は、パイプラインから供給される天然ガス、圧縮天然ガス、メタン、プロパン、液体石油ガス、ガソリン、ディーゼル、家庭用暖房油、灯油、ＪＰ－５、ＪＰ－８、航空燃料、水素、アンモニア、エタノール、メタノール、合成ガス、バイオガス、バイオディーゼル及びその他の適切な炭化水素又は水素含有燃料から選択される燃料のうちの少なくとも１つを処理することができる。必要に応じて、燃料処理モジュール１６に改質器１７を配置してもよい。あるいは、改質器１７を燃料電池スタックと熱的に統合することが望ましい場合、別個の改質器１７をそれぞれのパワーモジュール１２内の各ホットボックス１３に配置することができる。さらに、内部改質型燃料電池が使用される場合、外部改質器１７を完全に省略することができる。
【0019】
モジュール式燃料電池システム格納筐体１０は、また、１つ又は複数の電力調整モジュール１８を含む。電力調整モジュール１８は、燃料電池スタックで発生したＤＣ電力をＡＣ電力に変換するための構成要素、グリッドに出力されるＡＣ電力用の電気コネクタ、電気的過渡現象を管理するための回路、システムコントローラ（例えば、コンピュータ又は専用の制御ロジックデバイス又は回路）を包含するキャビネットを含む。電力調整モジュール１８は、燃料電池モジュールからのＤＣ電力を様々なＡＣ電圧及び周波数に変換するように設計することができる。２０８Ｖ，６０Ｈｚ；４８０Ｖ，６０Ｈｚ;４１５Ｖ，５０Ｈｚ及びその他の一般的な電圧及び周波数に設計することができる。
【0020】
燃料処理モジュール１６及び電力調整モジュール１８は、１つの入力／出力キャビネット１４に収容することができる。単一の入力／出力キャビネット１４が設けられる場合は、モジュール１６及び１８を、キャビネット１４内で、上下方向に（例えば、電力処理モジュール１６脱硫キャニスター／床の上方に電力調整モジュール１８構成要素）又は横に並べて配置してもよい。
【0021】
図１の例示の実施形態に示されるように、入力／出力モジュール１４の片側に直線的に左右に配置された６つのパワーモジュール１２の１列に対して、入力／出力キャビネット１４が１つ提供される。モジュールの列は、例えば、システムが電力を供給する建造物に隣接して配置され得る（例えば、モジュールのキャビネットの背面が建造物の壁に面するように）。１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、１列より多いモジュール１２を含んでもよい。例えば、上に示したように、システムは、背中合わせに重ねられた２列のパワーモジュールを含むことができる。
【0022】
パワーモジュール１２と入力／出力モジュール１４のそれぞれはドア３０（例えばハッチ、アクセスパネル等）を含み、モジュールの内部構成要素にアクセスできる（例えば、メンテナンス、修理、交換などのために）。一実施形態によると、モジュール１２及び１４は、各キャビネットの片面にのみドア３０を有する直線配列で配置され、システムの連続する列を端どうし互いに隣接させて設置することができる。このようにして、燃料電池格納筐体１０のサイズ及び容量は、既存のモジュール１２及び１４及びベース２０の必要最小限の再配置で、追加のモジュール１２又は１４及びベース２０で調整することができる。必要に応じて、モジュール１４へのドア３０は、キャビネットの前面ではなく側面に配置することができる。
【0023】
図２は、燃料電池スタック又はカラム４０を含む燃料電池システムホットボックス１３の平面図を示す。ホットボックス１３は、燃料電池スタック又はカラム４０を含むことが分かる。ただし、ホットボックス１３は、２つ以上のスタック又はカラム４０を含み得る。スタック又はカラム４０は、インターコネクト５０を燃料電池４５の間に配置して、互いに積み重ねられ電気的に接続された燃料電池４５を含むことができる。スタック又はカラムの最初と最後の燃料電池４５は、それぞれのエンドプレート６０とインターコネクト５０との間に配置される。エンドプレート６０は、燃料電池スタック又はカラム４０の電気出力に電気的に接続される。ホットボックス１３は、例えば燃料導管、空気導管、シール、電気接点などの他の構成要素を含むことができ、バランス・オブ・プラント構成要素を含む燃料電池システムに組み込むことができる。燃料電池４５は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）又はスカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）等のセラミック電解質、例えばニッケル－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＳＳＺ又はニッケルサマリアドープセリア（ＳＤＣ）サーメット等のアノード電極、及び、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）等のカソード電極を含む固体酸化物形燃料電池であってよい。インターコネクト５０及び／又はエンドプレート６０は、例えばクロム－鉄合金、例えば４～６ｗｔ％が鉄で残りがクロムである合金など、任意の適切なガス不透過性の導電性材料を含むことができる。インターコネクト５０は、隣接する燃料電池４５を電気的に接続し、燃料及び空気が燃料電池４５に到達するためのチャネルを提供する。
【0024】
モジュール式燃料電池システム格納筐体１０等の燃料電池システムは、各種支援設備を含む及び/又はそれにより拡張される。支援設備は、燃料電池システムの運転を支援するための様々な補助設備及びシステムを含むことができる。支援設備は、燃料電池システムが設置される現場での制約及び／又は特徴に基づいて異なっていてよい。非限定的な例として、支援設備は、燃料支援設備、空気支援設備、及び/又は換気支援設備を含むことができる。１つのタイプの燃料支援設備は、燃料電池システム内の供給及び／又は排気燃料圧力を制御するように構成された設備を含んでよく、例えば、燃料電池システムに燃料を供給する、燃料電池システムで燃料／排気を循環させる、及び／又は燃料電池システムから燃料を排出するための燃料ブロア又はポンプであってよい。別のタイプの燃料支援設備は、燃料電池システム用の燃料を処理するように構成することができ、例えば、燃料予熱器、排気スクラバであってよい。他のタイプの燃料支援設備を使用することもできる。１つのタイプの空気支援設備は、燃料電池システムに空気を提供する及び／又は燃料電池システムから空気を排出するように構成された空気供給設備であってよく、例えば、燃料電池カソード、アノードテールガス酸化器（ＡＴＯ）、空気熱交換器、ＣＰＯｘ反応器などへ空気を提供する、及び／又はこれらから空気を排出するためのブロワ又はファンであってよい。他のタイプの空気支援設備も使用することができる。１つのタイプの換気支援設備は、ホットボックスの外部のハウジングの一部（例えば、モジュール式燃料電池システム格納筐体１０の内部であるがホットボックス１３自身の外部の部分）から換気し及び／又はそこで空気を循環させるように構成された設備を含むことができ、例えば、許容される格納筐体１０圧力を維持するために、格納筐体１０の内部から格納筐体１０の外へと空気を吹き出す換気ファン８０を含むことができる。他のタイプの換気支援設備も使用できる。支援設備、特に電気モータを含む支援設備は、作動のために、交流（ＡＣ）電源、例えば、単相、二相、又は三相ＡＣ電源を必要とする場合がある。
【0025】
様々なモードで燃料電池システムのための支援設備に電力供給するのに必要な、モジュール式燃料電池システム格納筐体１０等の燃料電池システムのいくつかの応用があってもよい。１つのモードは起動モードであってよい。起動モードでは、燃料電池システムはまだ電力を生成できない可能性があり、支援設備は、グリッド又は別の起動電源など、燃料電池システム以外の電源から電力を供給され得る。
【0026】
別のモードは、通常運転モードであってよい。通常運転モードでは、燃料電池システムは電力を支援設備に供給でき、グリッド又は起動電源もまた支援設備に電力を供給し得、又は電力を供給することができる状態であり得る。一実施形態では、通常運転モードで、支援設備の寄生負荷は、燃料電池システムから直接電力を供給され得る。燃料電池システムによる支援設備の電力供給は、効率的な運転モードであり得る。さらに、グリッド又は起動電源の不具合の場合には、支援設備は既に燃料電池システムによって電力供給されているので、支援設備の作動に中断が起こることはない。
【0027】
別のモードは、スタンドアロンモードであってよく、このとき、燃料電池システムからの電力のみ支援設備で利用可能である。さらなるモードとしては、例えば起動モード中のグリッド又は起動電源の停止、又はスタンドアロンモード中の燃料電池システム障害など、支援設備に電力が利用できない場合に発生する不具合モードが考えられる。
【0028】
図３Ａ～図１０は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の様々な実施形態を例示しているが、本明細書では、ロードバランシング負荷３０６は、非限定的な実施例において、機械的負荷６００又は電気事業者の電力系統８０２とも称する。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、及びＡＣ電流を使用して作動するように構成されたＩＴ負荷３１０の任意の数及び組み合わせからデータ信号を受信し、それに制御信号を送信するように構成された１つ又は複数の制御装置３０１を含んだ様々な構成要素を、含む。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の様々な実施形態では、ＩＴ負荷３１０は、ＤＣ電流を使用して作動するように構成され得、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から省略することができる。制御装置３０１は、任意の形態のプログラム可能なコンピューティングデバイス又はシステムであり得、例えば、図１１に示される方法のオペレーションを含む、様々な実施形態のオペレーションを実行するように構成された、サーバ又はシステム全体の制御装置３０１等であってよい。図３Ａ～図１０は、例示的な例であり、特許請求の範囲を限定するものではないことを意図した様々な実施形態を示す。
【0029】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、図１を参照して本明細書に記載されるように構成され得るパワーモジュール１２を、任意の数「Ｎ」個含むことができる。様々な実施形態において、パワーモジュール１２の数は、少なくとも、ＩＴ負荷３１０の少なくとも通常の電力需要を満たすのに十分な電力を生成するために必要なだけのパワーモジュール１２であってよい。様々な実施形態では、パワーモジュール１２の数は、任意の数の余剰のパワーモジュール１２を含んでよく、その結果、少なくとも１つのパワーモジュール１２からの電力出力が減少又は無い場合に、余剰のパワーモジュール１２が用いられてＩＴ負荷３１０の電力需要の供給を続けることができる。同様に、パワーモジュールは、余剰の燃料電池スタック（図示せず）を含んでよく、その結果、パワーモジュール１２の少なくとも１つの燃料電池スタックからの電力出力が減少又は無い場合に、余剰の燃料電池スタックが用いられて、ＩＴ負荷３１０の電力需要の供給を続けることができる。
【0030】
パワーモジュール１２は、パワーモジュール１２がある温度閾値を有するように構成することができ、この温度閾値において、閾値未満の温度から閾値を超える温度へとパワーモジュール１２の構成要素を繰り返し循環することからパワーモジュール１２の構成要素を疲労させる又は損傷を与える。様々な実施形態において、パワーモジュール１２は、温度閾値を超える温度を維持するように制御され得る。温度閾値を超える温度を維持するようなパワーモジュール１２の制御は、パワーモジュール１２の構成要素の温度測定値及び／又はパワーモジュール１２の電気出力に基づくことができる。様々な実施形態において、パワーモジュール１２は、温度閾値を超える温度を維持するようにパワーモジュール１２を制御するよう構成された制御装置３０１を含むことができる。様々な実施形態では、制御装置３０１は、任意の数のパワーモジュール１２に通信可能に接続され得、それぞれの温度を温度閾値を超えて維持するようにパワーモジュール１２のそれぞれを制御するよう構成され得る。
【0031】
パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続することができ、電気導管を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３０２にＤＣ電流を供給することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、電源から受け取るＤＣ電流を、より高い又はより低い電圧に変換するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は一方向性であってよく、入力端で電力を受け取り、出力端で電力を供給するように構成することができる。様々な実施形態では、電力源はパワーモジュール１２を含み得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、入力端でパワーモジュール１２に電気的に接続され、出力端でＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。パワーモジュール１２からＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が受け取ったＤＣ電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって変換され、ＤＣパワーバス３０４に供給される。様々な実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の電力容量及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要に基づいて、指定された電圧及び／又はアンペア数の電力を供給するように構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって供給される指定された電圧及び／又はアンペア数の電力は、他のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって供給される電圧及び／又はアンペア数の電力に基づく、又はＤＣパワーバス３０４に基づくことができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に配置される任意の数「Ｍ」個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対多数の比であってよい。
【0032】
ＤＣパワーバス３０４は、複数の電力源のための共通の電気導管として構成することができる。様々な実施形態では、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び/又は電力系統８０２を任意の数及び組み合わせで含むことができる。ＤＣパワーバス３０４は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣディスコネクト４００、及び／又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００等の、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の他の構成要素を介して電力源に電気的に接続され得る。ＤＣパワーバス３０４は、電力を負荷に送るように構成され得る。様々な実施形態では、負荷は、ＩＴ負荷３１０及びロードバランシング負荷３０６を任意の数及び組み合わせで含み得る。ＤＣパワーバス３０４は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８等の、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の他の構成要素を介して複数のＩＴ負荷３１０に電気的に接続され得る。
【0033】
ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、電力源から受け取ったＤＣ電流をＡＣ電流に逆変換するように構成することができる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は一方向性で、入力端で電力を受け取り、出力端で電力を供給するように構成することができる。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は電力系統８０２を任意の数及び組み合わせで含むことができる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、入力端で電力源に電気的に接続され、出力端でＩＴ負荷３１０に電気的に接続することができる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、例えばＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、及び／又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００等の、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の他の構成要素を介して電力源に電気的に接続され得る。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によって電力源から受け取ったＤＣ電流は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によって逆変換され、ＩＴ負荷３１０に供給され得る。様々な実施形態において、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０の電力構成及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要に基づいて、指定された電圧及び／又はアンペア数の電力を供給するように構成され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数「Ｐ」個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含むことができ、それぞれがＤＣパワーバス３０４とＩＴ負荷３１０の間に配置される。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８対ＩＴ負荷３１０が１対１の比であってよい。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８対ＩＴ負荷３１０が１対多数の比であってよい。
【0034】
ＩＴ負荷３１０は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力を消費するように構成することができる。様々な実施形態において、電力を、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は電力系統８０２の任意の数及び組み合わせによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に提供することができる。ＩＴ負荷３１０は、例えばサーバ、ネットワークスイッチ、ルーター、スーパーコンピュータ、及び／又は量子コンピュータ等のコンピューティングデバイスを任意の数及び組み合わせで含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数「Ｑ」個のＩＴ負荷３１０を含み得る。ＩＴ負荷３１０によって必要とされる電力の電圧及び／又はアンペア数が、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上のＩＴ負荷３１０の電力需要であってよい。複数のＩＴ負荷３１０は、電力の電圧及び／又はアンペア数が特定の必要条件内にあることを必要とし、そしてこれらの必要条件を組み合わせたものが、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上のＩＴ負荷３１０の電力需要を示す。
【0035】
ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００で生成された電力を受け取るように構成することができる。いくつかの実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００で生成された電力を消費するように構成することができる。いくつかの実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００で生成された電力を貯蔵及び分配するように構成され得る。ロードバランシング負荷３０６は、負荷バンク、機械的負荷６００、電気的負荷、及び／又は電力貯蔵装置を任意の数及び組み合わせで含み得る。ロードバンクは、抵抗性ロードバンク、誘導性ロードバンク、容量性ロードバンク、及び／又は複合ロードバンクを含む、例えば電力を熱エネルギーとして放散することなど、エネルギーを放散するように構成された任意の形態のロードバンクを含み得る。機械的負荷６００は、例えば、ＩＴ負荷冷却システム、ＨＶＡＣシステム、ガス及び／又は液体ポンプシステム、ファン、ベントなどを含み得る。電気的負荷は、例えば、照明システム、セキュリティシステムなどを含み得る。電力貯蔵装置は、電磁的電力貯蔵、機械的電力貯蔵、電気化学的電力貯蔵、化学的電力貯蔵、及び／又は熱的電力貯蔵を含む任意の形態の電力貯蔵を含み得る。
【0036】
図３Ａは、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0037】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＱ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間の電気的接続はデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含むことができる。各ＩＴ負荷３１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間のデュアルコードの電気的接続は、ＩＴ負荷３１０と関連するＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間でデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、関連するＤＣ／ＡＣインバータ３０８からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高め得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0038】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、ロードバランシング負荷３０６への接続を制御するように構成される制御装置３０１を含むことができる。
【0039】
図３Ｂは、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、複数のＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、パワーモジュール１２に電気的に接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され、パワーモジュール１２に電気的に接続された第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。関連するパワーモジュール１２に電気的に接続された複数のＤＣパワーバス３０４と複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素と接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するためにロードバランシング負荷３０６への接続を制御するように構成された制御装置３０１を含むことができる。
【0040】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｑ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４の間の電気的接続はデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０は、第１のＤＣパワーバス３０４と第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続できる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含んでよい。各ＩＴ負荷３１０はＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間のデュアルコードの電気的接続は、ＩＴ負荷３１０と関連するＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間でデュアルコードにし、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、パワーモジュール１２に電気的に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、第１のＤＣパワーバス３０４及び第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続することができる。
【0041】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４の少なくとも１つを介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、複数のＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、各ロードバランシング負荷３０６をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することによって複数のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。
【0042】
図３Ｃは、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続される燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、複数のＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、パワーモジュール１２に電気的に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、パワーモジュール１２に電気的に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するパワーモジュール１２に電気的に接続される複数のＤＣパワーバス３０４と複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の信頼性を高めることができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0043】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＱ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４の間の電気的接続はデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０は、第１のＤＣパワーバス３０４及び第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、IＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続される複数のＤＣパワーバス３０４と複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0044】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４のうちの少なくとも１つを介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、複数のＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、各ロードバランシング負荷３０６をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することによって、複数のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け入れることができる。
【0045】
図３Ｄは、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続される燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の比が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するためにロードバランシング負荷３０６への接続を制御するように構成された制御装置３０１を含むことができる。
【0046】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＱ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４の間の電気的接続をデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続できる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続される複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0047】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続できる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。
【0048】
図３Ｅは、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された複数の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。任意の数「Ｒ」個の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、本明細書に記載の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成等の、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成の任意の組み合わせを含むことができる。
【0049】
図４～図１０に示すように、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数及び組み合わせの、電力貯蔵装置４０２、及び、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電流の流れを遮断するように構成される電気的保護構成要素を含むことができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、変圧器４０６を含み得る。図４～図１０は、例示的な例であり、特許請求の範囲を限定するものではないことを意図した様々な実施形態を示す。
【0050】
図４～図１０を合わせて参照すると、電力貯蔵装置４０２は、任意の数及び組み合わせの電力貯蔵装置４０２を含み得る。例えば、電力貯蔵装置４０２は、電磁的電力貯蔵、機械的電力貯蔵、電気化学的電力貯蔵、化学的電力貯蔵、及び/又は熱的電力貯蔵を含む任意の形態の電力貯蔵を含むことができる。いくつかの非限定的な例には、キャパシタ、フライホイール、及び／又はバッテリーが含まれる。電力貯蔵装置４０２は、余剰の電力供給を提供することによって、ＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。パワーモジュール１２からの電気出力が不十分か、減少、又は電気出力がない場合、電力貯蔵装置４０２を用いてＩＴ負荷３１０の電力需要の供給を増やす又は継続することができる。電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２によって生成された電力を貯めるように構成することができる。電力貯蔵装置４０２は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００での電力の生成が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＩＴ負荷３１０の電力需要を下回ることに応じて、蓄えられた電力を供給するように構成することができる。電力貯蔵装置４０２は、電力源から電力を受け取り、蓄えられた電力をＤＣパワーバス３０４に出力することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数「Ｓ」個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含むことができ、それぞれパワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４の間に配置される。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は電力系統８０２を含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、電力貯蔵装置４０２及び／又はロードバランシング負荷３０６への接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0051】
電気的保護構成要素は、ヒューズ、回路遮断器、及び/又はスイッチを含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含み得る。ＤＣディスコネクト４００は、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を、ＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成され得る。ＤＣディスコネクト４００は、閾値電力許容値を備えて構成することができる。ＤＣディスコネクト４００は、通常、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素をＤＣパワーバス３０４に接続するように構成され得る。閾値電力許容値を超えるＤＣディスコネクト４００に供給された電力は、ＤＣディスコネクト４００によって、ＤＣパワーバス３０４から任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣパワーバス３０４から任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を選択的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、回路遮断器４０４、変圧器４０６、及び／又はＡＣ電流を使用して作動するように構成されたＩＴ負荷３１０を含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の様々な実施形態では、ＩＴ負荷３１０は、ＤＣ電流を使用して作動するように構成することもでき、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から省略することができる。
【0052】
様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、回路遮断器４０４を含むことができる。回路遮断器４０４は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を接続及び切断するように構成され得る。回路遮断器４０４は、閾値電力許容値を備えて構成され得る。回路遮断器４０４は、通常、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続するように構成され得る。回路遮断器４０４に供給された電力が閾値電力許容値を超えると、回路遮断器４０４により、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を切断することができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、変圧器４０６及び／又はＩＴ負荷３１０を含むことができる。
【0053】
変圧器４０６は、電力源から受け取る電力の電圧を増減するように構成することができる。変圧器４０６は、入力端で電力を受け取り、出力端で電力を供給するように構成することができる。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は電力系統８０２を任意の数及び組み合わせで含むことができる。変圧器４０６は、入力端で電力源に電気的に接続され、出力端でＩＴ負荷３１０に電気的に接続することができる。変圧器４０６は、例えばＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＤＣパワーバス３０４、及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２等の、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の他の構成要素を介して電力源に電気的に接続することができる。ＤＣパワーバス３０４を介して電力源から変圧器４０６が受け取るＤＣ電流は、その電圧を変圧器４０６によって増減させてＩＴ負荷３１０に供給することができる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して電力源から変圧器４０６が受け取るＡＣ電流は、その電圧を変圧器４０６によって増減させてＩＴ負荷３１０に供給することができる。様々な実施形態において、変圧器４０６は、ＩＴ負荷３１０の電力構成及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要に基づいて指定される電圧電力を供給するように構成することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個の変圧器４０６を含むことができ、それぞれがＤＣパワーバス３０４とＩＴ負荷３１０の間に配置される。様々な実施形態において、各変圧器４０６は、より具体的には、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８とＩＴ負荷３１０との間に配置され得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、変圧器４０６対ＩＴ負荷３１０が１対１の比であってよい。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、変圧器４０６対ＩＴ負荷３１０が１対多数の比であってよい。様々な実施形態において、変圧器４０６は任意選択であってよい。変圧器４０６は、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が不一致の場合に燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上に含めることができ、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が一致する場合には除くことができる。
【0054】
図４は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0055】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＳ個の電力貯蔵装置４０２を含むことができる。各電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２に電気的に接続することができる。電力貯蔵装置４０２はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュール１２に電気的に接続することができる。電力貯蔵装置４０２はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。
【0056】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２からＤＣパワーバス３０４を電気的に接続及び切断するように構成される任意の数Ｔ個の電気的保護構成要素を含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含むことができる。各ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣパワーバス３０４からパワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２を接続及び切断するように構成できる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び電力貯蔵装置４０２の一方又は両方に選択的に接続及び切断できる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に、さらに、ＤＣパワーバス３０４からＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を接続及び切断できる。
【0057】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＱ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間の電気的接続は、デュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８１が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続された第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができ、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続された第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続された複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0058】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＰ個の変圧器４０６を含むことができる。各ＩＴ負荷３１０は複数の変圧器４０６に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対変圧器４０６が１対多数の比であってよい。変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続された第１の変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続された第２の変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。各変圧器４０６は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続された複数の変圧器４０６を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、ＩＴ負荷３１０へのパワーモジュール１２からの電力供給の確実性を高めることができる。各変圧器４０６は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、変圧器４０６対ＩＴ負荷３１０が１対多数の比であってよい。様々な実施形態において、変圧器４０６は任意選択であってよい。変圧器４０６は、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が不一致の場合に燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上に含めることができ、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が一致する場合には除くことができる。
【0059】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をＩＴ負荷３１０から電気的に接続及び切断するように構成されるＰ個の電気的保護構成要素を含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含むことができる。各ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０を接続及び切断するように構成することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、回路遮断器４０４、及び／又は変圧器４０６を、ＤＣパワーバス３０４から接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを接続及び切断することができる。
【0060】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を電気的に接続及び切断するように構成される電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、回路遮断器４０４を含み得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、変圧器４０６及び／又はＩＴ負荷３１０を含み得る。各回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態では、回路遮断器４０４は、同様に追加で、変圧器４０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続された変圧器４０４とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。
【0061】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、電気的保護構成要素によって燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続及び切断される。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含むことができる。
【0062】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な形態の方法を実施するために、システムの種々の構成要素からの信号を受信し、種々の構成要素への接続を制御するように構成された制御装置３０１を含むことができる。
【0063】
図５は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は複数のＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。パワーモジュール１２に電気的に接続された複数のＤＣパワーバス３０４を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0064】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｓ個の電力貯蔵装置４０２を含むことができる。各電力貯蔵装置４０２はパワーモジュール１２に電気的に接続することができる。電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュール１２に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対電力貯蔵装置４０２が１対多数の比であってよい。電力貯蔵装置４０２は、並列にＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、第１の電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２と第１のＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、第２の電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２と第２のＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続することができる。関連するパワーモジュール１２に電気的に接続された複数の電力貯蔵装置４０２を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０への電力供給の信頼性を高めることができる。
【0065】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をパワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２に電気的に接続する及び切断するように構成された電気的保護構成要素を任意の数Ｔ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含み得る。各ＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣディスコネクト４００に電気的に接続されるパワーモジュール１２及び電力貯蔵装置４０２の一方又は両方を選択的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、第１のＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び第１の電力貯蔵装置４０２を第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続及び切断することができ、第２のＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び第２の電力貯蔵装置４０２を第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。
【0066】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｑ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間の電気的接続をデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０は、第１のＤＣパワーバス３０４及び第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。複数のＤＣパワーバス３０４と、関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続される複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８とを含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることにより、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続する。
【0067】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＰ個の変圧器４０６を含むことができる。各ＩＴ負荷３１０は、複数の変圧器４０６に電気的に接続できる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対変圧器４０６が１対多数の比であってよい。変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１の変圧器４０６は、第１のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができ、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２の変圧器４０６は、第２のＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。各変圧器４０６は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続される複数の変圧器４０６を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２をＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各変圧器４０６は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続する。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、変圧器４０６対ＩＴ負荷３１０が１対多数の比であってよい。様々な実施形態において、変圧器４０６は任意選択であってよい。変圧器４０６は、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が不一致の場合に燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上に含めることができ、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が一致する場合には除くことができる。
【0068】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をＩＴ負荷３１０に電気的に接続及び切断するように構成された電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含むことができる。各ＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成することができる。様々な実施形態において、第１のＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０を第１のＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成することができ、第２のＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０を第２のＤＣパワーバスに接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、回路遮断器４０４、及び／又は変圧器４０６をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。
【0069】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から電気的に接続及び切断するように構成された電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は回路遮断器４０４を含むことができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、変圧器４０６及び／又はＩＴ負荷３１０を含み得る。各回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、同様に追加で、変圧器４０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される変圧器４０４とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。
【0070】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数Ｖの又は任意の組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続できる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介してロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、第１のＤＣパワーバス３０４を介して第１のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、第２のＤＣパワーバス３０４を介して第２のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、電気的保護構成要素によって燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され、これから切断され得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、関連するロードバランシング負荷３０６を関連するＤＣパワーバス３０４に電気的に接続及びこれから切断するように構成されるＤＣディスコネクト４００を含み得る。
【0071】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、様々な構成要素への接続を制御するように構成された制御装置３０１を含むことができる。
【0072】
図６は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６，６００に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の一例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続される。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0073】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｓ個の電力貯蔵装置４０２を含み得る。各電力貯蔵装置４０２はパワーモジュール１２に電気的に接続し得る。電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュール１２に電気的に接続することができる。電力貯蔵装置４０２は並列にＤＣパワーバス３０４に電気的に接続できる。
【0074】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２からＤＣパワーバス３０４を電気的に接続及び切断するように構成された電気的保護構成要素を任意の数Ｔ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。各ＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣディスコネクト４００に電気的に接続されるパワーモジュール１２及び電力貯蔵装置４０２の一方又は両方を選択的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。
【0075】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｑ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間の電気的接続をデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続される複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続する。
【0076】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＰ個の変圧器４０６を含むことができる。各ＩＴ負荷３１０は複数の変圧器４０６に電気的に接続することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対変圧器４０６が１対多数の比であってよい。変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１の変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２の変圧器４０６は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。各変圧器４０６は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続された複数の変圧器４０６を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各変圧器４０６は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続する。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、変圧器４０６対ＩＴ負荷３１０が１対多数の比であってよい。様々な実施形態において、変圧器４０６は任意選択であってよい。変圧器４０６は、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が不一致の場合に燃料電池ＩＴグリッドシステム３００上に含めることができ、パワーモジュール１２とＩＴ負荷３１０の固有電圧が一致する場合には除くことができる。
【0077】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をＩＴ負荷３１０に電気的に接続する及び切断するように構成された電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含んでよい。各ＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、回路遮断器４０４、及び／又は変圧器４０６を、ＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣパワーバス３０４に、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを接続及び切断することができる。
【0078】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から電気的に接続及び切断するように構成された電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は回路遮断器４０４を含むことができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、変圧器４０６及び／又はＩＴ負荷３１０を含み得る。各回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及びこれから切断するように構成され得る。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、同様に追加で、変圧器４０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及びこれから切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及びこれから切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される変圧器４０４とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。
【0079】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、機械的負荷６００を含むことができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介して複数のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、電気的保護構成要素によって燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され、これから切断され得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含み得る。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＡＣ機械的負荷６００などの、ＡＣ電力を必要とする任意の負荷であってよい。ＡＣ機械的負荷６００は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。
【0080】
図７及び８は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６，６００に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0081】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｓ個の電力貯蔵装置４０２を含み得る。各電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２に電気的に接続され得る。電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュール１２に電気的に接続され得る。電力貯蔵装置４０２は、並列にＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をパワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２に電気的に接続及びこれから切断するように構成された任意の数Ｔの電気的保護構成要素を含み得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。各ＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣディスコネクト４００に電気的に接続されたパワーモジュール１２及び電力貯蔵装置４０２の一方又は両方を選択的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。
【0082】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｑ個のＩＴ負荷３１０を含むことができる。ＩＴ負荷３１０は並列にＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間の電気的接続をデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対多数の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第１のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され、ＩＴ負荷３１０に電気的に接続される第２のＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。関連するＩＴ負荷３１０に電気的に接続された複数のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含む燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成は、余剰の電気的構成要素及び接続を設けることによって、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続する。
【0083】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をＩＴ負荷３１０に電気的に接続及び切断するように構成された電気的保護構成要素をＰ個含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含むことができる。各ＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８をＤＣパワーバス３０４に接続及び切断し得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つをＤＣパワーバス３０４に接続及び切断することができる。
【0084】
様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、他の構成で、追加のパワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、及び電気的保護構成要素を任意の数及び組合せでさらに含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含み得る。追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２と並列にＤＣパワーバスに電気的に接続され得る。追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２と同様に構成され得る。しかしながら、追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２に対して余剰であり得、Ｎ個のパワーモジュール１２が提供する電力がＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分な場合に、ＩＴ負荷３１０に電力を提供するように構成され得る。様々な態様において、追加のパワーモジュール１２は、通常、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超えた電力をＤＣパワーバス３０４に提供することができる。追加のパワーモジュール１２は、通常、その温度閾値を超える温度を維持するように作動させることができる。追加のＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２と同様に構成され得、追加のパワーモジュール１２をＤＣパワーバスに電気的に接続し得る。追加のＤＣディスコネクト４００は、追加のパワーモジュール１２及び／又は追加のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバスから電気的に接続及び切断するように、Ｍ個のＤＣディスコネクト４００と同様に構成され得る。様々な実施形態において、追加のＤＣディスコネクト４００は、任意の数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６，６００からＤＣパワーバス３０４を接続及び切断するように構成され得る。
【0085】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、それらへの接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0086】
図７に示される実施例は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００が、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得ることを示す。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、機械的負荷６００を含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介して複数のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力を、ロードバランシング負荷３０６によって消費可能なＤＣ電流に変換するように構成され得る。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、電気的保護構成要素によって燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され及びこれから切断され得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。ＤＣディスコネクト４００は、ロードバランシング負荷３０６及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断するように構成され得る。
【0087】
様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＡＣ機械的負荷６００等の、ＡＣ電力を必要とする任意の負荷であってもよい。ＡＣ機械的負荷６００は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力を、機械的負荷６００によって消費可能なＡＣ電力に逆変換するように構成され得る。様々な実施形態において、機械的負荷６００は、Ｒ個の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され得る。接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のそれぞれは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して機械的負荷６００に電気的に接続され得る。
【0088】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、それらへの接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0089】
図８に示される実施例は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００が、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷に電気的に接続され得ることを示す。様々な実施形態では、ロードバランシング負荷は、機械的負荷６００を含むことができる。様々な実施形態では、ロードバランシング負荷は電力系統８０２を含むことができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００はＤＣパワーバス３０４を介して複数のロードバランシング負荷に電気的に接続することができる。ロードバランシング負荷は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の組み合わせによって生成された過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷はＡＣ電力を必要とする任意の負荷であってよい。ロードバランシング負荷は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００を介して、ＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力を、ロードバランシング負荷によって消費可能なＡＣ電力に逆変換するように構成することができる。様々な実施形態において、機械的負荷６００は、Ｒ個の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され得る。接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のそれぞれは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して機械的負荷６００に電気的に接続され得る。
【0090】
電力系統８０２は、また、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすのに不十分であることに応じて、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電力を供給することができる。双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、電力系統８０２によって提供されたＡＣ電力をＤＣ電力に逆変換させ、このＤＣ電力を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＤＣパワーバス３０４に提供するように構成することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００において、ＤＣパワーバス３０４に提供されたＤＣ電力は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００で生成されるＤＣ電力を補って、IＴ負荷の電力需要を満たすために、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＩＴ負荷３１０に向かわせることができる。
【0091】
図９及び１０は、様々な数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６，６００に電気的に接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の実施例を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｎ個のパワーモジュール１２を含み得る。パワーモジュール１２はＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含み得る。各パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、パワーモジュール１２対ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続され得る。
【0092】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｓ個の電力貯蔵装置４０２を含み得る。各電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２に電気的に接続され得る。電力貯蔵装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュール１２に電気的に接続され得る。電力貯蔵装置４０２は、並列にＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。
【0093】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をパワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２に電気的に接続及びこれから切断するように構成された、任意の数Ｔ個の電気的保護構成要素を含み得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。各ＤＣディスコネクト４００は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２をＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、ＤＣディスコネクト４００に電気的に接続されたパワーモジュール１２及び電力貯蔵装置４０２の一方又は両方を選択的に接続及び切断することができる。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断することができる。
【0094】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｑ個のＩＴ負荷３１０を含み得る。ＩＴ負荷３１０は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。様々な実施形態において、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４の間の電気的接続はデュアルコードにすることができ、これは、余剰の電気的接続を設けることによって、ＤＣパワーバス３０４からＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、Ｐ個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含み得る。各ＩＴ負荷３１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８に電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００では、ＩＴ負荷３１０対ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が１対１の比であってよい。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＤＣパワーバス３０４に並列に電気的に接続され得る。各ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、ＩＴ負荷３１０とＤＣパワーバス３０４との間に電気的に接続することができ、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続することができる。
【0095】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４をＩＴ負荷３１０に電気的に接続及びこれから切断するように構成されたＰ個の電気的保護構成要素を含み得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。各ＤＣディスコネクト４００は、ＩＴ負荷３１０をＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断するように構成され得る。様々な実施形態において、ＤＣディスコネクト４００は、同様に追加で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８及び／又は回路遮断器４０４を、ＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断し得る。
【0096】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＩＴ負荷３１０を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続及びこれから切断するように構成された任意の数「Ｘ」個の電気的保護構成要素を含み得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は回路遮断器４０４を含み得る。各回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及びこれから切断するように構成することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０の複数の入力のうちの１つを燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に接続及びこれから切断することができる。様々な実施形態において、回路遮断器４０４は、ＩＴ負荷３１０とＤＣ／ＡＣインバータ３０８との間に電気的に接続され得る。
【0097】
様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、他の構成において、追加のパワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、及び電気的保護構成要素を任意の数及び組み合わせでさらに含むことができる。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２と並列にＤＣパワーバスに電気的に接続され得る。追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２と同様に構成され得る。しかしながら、追加のパワーモジュール１２は、Ｎ個のパワーモジュール１２対して余剰であり、Ｎ個のパワーモジュール１２がＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分な電力を提供することに応じて、ＩＴ負荷３１０に電力を提供するように構成することができる。様々な態様において、追加のパワーモジュール１２は、通常、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超えて、電力をＤＣパワーバス３０４に提供することができる。追加のパワーモジュール１２は、通常、その温度閾値を超える温度を維持するように作動させることができる。追加のＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｍ個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２と同様に構成され得、追加のパワーモジュール１２をＤＣパワーバスに電気的に接続する。追加のＤＣディスコネクト４００は、Ｍ個のＤＣディスコネクト４００と同様に構成され得、追加のパワーモジュール１２及び／又は追加のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＤＣパワーバスに電気的に接続及びこれから切断できる。様々な実施形態において、追加のＤＣディスコネクト４００は、任意の数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６，６００にＤＣパワーバス３０４を接続及びこれから切断するように構成され得る。
【0098】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、それらへの接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0099】
図９に示される実施例は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００が、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷３０６に電気的に接続することができることを示す。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＤＣ機械的負荷６００を含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介して複数のロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され得る。ロードバランシング負荷３０６は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、パワーモジュール１２の組み合わせによって生成された、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の過剰な電力を受け入れることができる。様々な実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣロードバランシング負荷３０６に電気的に接続され、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力をロードバランシング負荷３０６によって消費可能なＤＣ電力へと変換するように構成され得る。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、電気的保護構成要素によって燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続及びこれから切断され得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ＤＣディスコネクト４００を含み得る。ＤＣディスコネクト４００は、ロードバランシング負荷３０６及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断するように構成され得る。
【0100】
様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６は、ＡＣ機械的負荷６００などの、ＡＣ電力を必要とする任意の負荷であってよい。ＡＣ機械的負荷６００は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力を、機械的負荷６００によって消費可能なＡＣ電力に逆変換するように構成され得る。様々な実施形態において、機械的負荷６００は、Ｒ個の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続され得る。接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のそれぞれは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して機械的負荷６００に電気的に接続され得る。
【0101】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、それらへの接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0102】
図１０に示される実施例は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００が、任意の数又は組み合わせのロードバランシング負荷に電気的に接続され得ることを示す。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷は機械的負荷６００を含むことができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷は電力系統８０２を含むことができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、ＤＣパワーバス３０４を介して複数のロードバランシング負荷に電気的に接続できる。ロードバランシング負荷は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超える、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の組み合わせによって生成された過剰な電力を受け取ることができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷は、ＡＣ電力を必要とする任意の負荷であってよい。ロードバランシング負荷は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００を介してＤＣパワーバス３０４に電気的に接続できる。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００から受け取ったＤＣ電力を、ＡＣロードバランシング負荷によって消費可能なＡＣ電力に逆変換するように構成され得る。様々な実施形態において、機械的負荷６００は、Ｒ個の燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続できる。接続された燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のそれぞれは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して機械的負荷６００に電気的に接続され得る。
【0103】
電力系統８０２は、また、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分であることに応じて、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電力を提供することができる。双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、電力系統８０２によって提供されるＡＣ電力をＤＣ電力に逆変換し、ＤＣ電力を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＤＣパワーバス３０４に提供するように構成され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム３００において、ＤＣパワーバス３０４に提供されたＤＣ電力は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００で生成されるＤＣ電力を補って、IＴ負荷の電力需要を満たすために、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介してＩＴ負荷３１０に向かわせることができる。
【0104】
様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００及び／又は燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素は、その実施例を図３～図１０に示すが、任意の数及び組み合わせの制御装置３０１（例えば、コンピュータコードを実行するように構成されたプログラム可能な処理デバイス）を含むことができ、この制御装置３０１は任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素の機能を制御するように構成される。同様に、任意の数及び組み合わせの制御装置３０１は、機械的負荷６００及び／又は電力系統８０２を含む、ロードバランシング負荷３０６と、ロードバランシング負荷３０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続する構成要素との機能を制御するように実現することができる。制御装置３０１は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素、ロードバランシング負荷３０６、及び／又はロードバランシング負荷３０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続する構成要素の、作動及び機能を監視するように構成することができる。制御装置３０１同士は、通信可能に接続され得るとともに、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の構成要素、ロードバランシング負荷３０６、及び／又はロードバランシング負荷３０６を燃料電池ＩＴグリッドシステム３００に電気的に接続する構成要素の、作動及び機能に関係する制御装置同士３０１の間で信号を送信するように構成され得る。制御装置３０１は、他の制御装置３０１から受信した信号を読み取るように構成することができる。様々な実施形態において、機能の制御、作動及び機能の監視、作動及び機能に関連する信号の送信、及び受信信号の読み取りは、パワーモジュール１２の温度を温度閾値を超えるように維持すること、ＩＴ負荷３１０の電力需要を判定しそれに応答すること、及び燃料電池ＩＴグリッドシステム３００からの過剰な電力をロードバランシング負荷３６０，６００，８０２に向けることに関係し得る。
【0105】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００は、様々な実施形態の方法を実施するために、システムの様々な構成要素から信号を受信し、それらへの接続を制御するように構成された制御装置３０１を含み得る。
【0106】
図１１は、様々な実施形態による、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００を管理するための方法１１００を示す。方法１１００は、任意の数又は組み合わせの、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、機械的負荷６００及び／又は電力系統８０２を含むロードバランシング負荷３０６、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００及び／又は回路遮断器４０４を含む電気的保護構成要素、電力貯蔵装置４０２、変圧器４０６、及び／又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００から、信号を受信する及び／又はそれに制御信号を送信するように構成された１つ又は複数の制御装置３０１を使用して実施することができる。様々な実施形態で可能になる代替の構成を包含するために、方法１１００を実施するハードウェアを、本明細書では「制御装置」と呼ぶ。
【0107】
ブロック１１０１では、制御装置は、パワーモジュール１２内のセンサ及び/又はパワーモジュール１２の制御装置から、パワーモジュール１２の温度及び／又は電力出力を示す信号を受信することができる。
【0108】
判定ブロック１１０２において、制御装置は、パワーモジュール１２の温度がパワーモジュール１２に対する温度閾値を超えるかどうかを判定することができる。上記のように、温度閾値は、この温度閾値を下回る温度からこの温度閾値を超える温度へとパワーモジュール１２を加熱することが、パワーモジュール１２の構成要素を疲労させる又は損傷させる恐れのある温度であってよい。
【0109】
いくつかの実施形態では、制御装置は、判定ブロック１１０２において、ブロック１１０１で得られた温度表示信号に基づくパワーモジュール１２の温度を、パワーモジュール１２の温度閾値と比較することができる。
【0110】
パワーモジュール１２の温度は、パワーモジュール１２の電力出力と相関させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、ブロック１１０１で得られたパワーモジュール１２の電気出力を用いて、パワーモジュールの温度を決定及び制御することができる。判定ブロック１１０２において、パワーモジュール１２の温度がパワーモジュール１２の温度を超えるかどうかを判定するために、制御装置は、パワーモジュール１２の電気出力がパワーモジュール１２の電力出力閾値を超えるかどうかを判定することができる。制御装置は、ブロック１１０１で受信されたパワーモジュール１２の電気出力を、パワーモジュール１２の電力出力閾値と比較することができる。いくつかの実施形態では、制御装置は、パワーモジュール１２の電力出力を温度単位に変換し、算出したパワーモジュール１２の温度をパワーモジュール１２に対する温度閾値と比較することができる。
【0111】
パワーモジュール１２の温度がパワーモジュール１２に対する温度閾値を超えるとの判定（つまり、判定ブロック１１０２＝「はい」）に応じて、制御装置は、ブロック１１０６でパワーモジュール１２の電力出力を維持することができる。本明細書で述べたように、パワーモジュール１２の温度はパワーモジュール１２の電力出力と相関し得る。したがって、パワーモジュール１２の電力出力の維持は、パワーモジュール１２の温度を温度閾値を超えて維持するのに用いることができる。
【0112】
様々な実施形態において、方法１１００の実行中の任意の時点で、制御装置は、ブロック１１０４において電力需要信号を受信し得る。様々な実施形態において、電力需要信号は、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のＩＴ負荷３１０の電力需要の変化であってよい又はそれを示すことができる。様々な実施形態において、制御装置は、連続的に電力需要信号を受信することができ、連続的に受信された電力需要信号に変化があるときを判定することができる。ブロック１１０４において、電力需要信号を受信することは、連続的に受信される電力需要信号の変化を受信することを含み得る。
【0113】
ブロック１１０４で電力需要信号を受信することに応じて、又は、ブロック１１０６でパワーモジュール１２の電力出力を維持することに続いて、制御装置は、判定ブロック１１０８で、ＩＴ負荷３１０の電力需要が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のパワーモジュール１２の電力出力を超えるかどうかを判定することができる。制御装置は、ＤＣパワーバス３０４のセンサから、パワーモジュール１２又はパワーモジュール１２をＩＴ負荷３１０に電気的に接続する燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の任意の構成要素の出力のセンサから、及び／又は、パワーモジュール１２又はパワーモジュール１２をＩＴ負荷３１０に電気的に接続する燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の任意の構成要素の制御装置から、電気出力を決定することができる。様々な実施形態では、制御装置は、パワーモジュール１２又は燃料電池ＩＴグリッドシステム３００の様々な構成要素からの電気出力を組み合わせて、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の電気出力を決定することができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の電力出力を超えるかどうかを判定するために、制御装置は、電力需要と電力出力を比較することができる。
【0114】
電力需要が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の電力出力を超えないとの判定（すなわち、判定ブロック１１０８＝「いいえ」）に応じて、制御装置は、判定ブロック１１１０において、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のパワーモジュール１２の電力出力が、ＩＴ負荷３１０の電力需要を超えるかどうかを判定することができる。制御装置は、判定ブロック１１０８でＩＴ負荷３１０の電力需要が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のパワーモジュール１２の電力出力を超えるかどうかを判定したのと同様の方法で、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のパワーモジュール１２の電力出力がＩＴ負荷３１０の電力需要を超えるかどうかを判定することができる。
【0115】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００のパワーモジュール１２の電力出力がＩＴ負荷３１０の電力需要を超えるとの判定（すなわち、判定ブロック１１１０＝「はい」）に応じて、制御装置は、ブロック１１１２で、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の過剰な電力出力を、任意の数及び組み合わせのロードバランシング負荷３０６に向かわせることができる。様々な実施形態において、制御装置は、ロードバランシング負荷３０６への電気的接続を制御することによって、ロードバランシング負荷３０６への過剰な電力出力の流れを制御することができる。制御装置は、ロードバランシング負荷３０６への電気的接続を、電気的接続を直接制御することによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電気的接続の制御装置に制御信号を送信することによって、及び／又は、ロードバランシング負荷３０６の、ＤＣパワーバス３０４への電気的接続を制御するように構成されたロードバランシング負荷３０６の制御装置への信号伝達によって、制御することができる。様々な実施形態において、ロードバランシング負荷３０６への電気的接続は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＤＣディスコネクト４００、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、及び/又は、ロードバランシング負荷３０６をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続及び切断するように構成されたスイッチング機構を含み得る。制御装置は、パワーモジュール１２の過剰な電力出力の量を求めるように構成されてよい。例えば、制御装置は、パワーモジュール１２の電力出力とＩＴ負荷３１０の電力需要との差を求めるように構成することができる。
【0116】
燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の電力出力がＩＴ負荷３１０の電力需要を超えないとの判定（すなわち、判定ブロック１１０８＝「いいえ」）に応じて、制御装置はブロック１１０６でパワーモジュール１２の電力出力を維持することができる。
【0117】
パワーモジュール１２の温度がパワーモジュール１２に対する温度閾値を超えないとの判定（すなわち、判定ブロック１１０２＝「いいえ」）に応じて、又は電力需要が燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内のパワーモジュール１２の電力出力を超えるとの判定（すなわち、判定ブロック１１０８＝「はい」）に応じて、制御装置は、ブロック１１１４で燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力出力を増やすことができる。様々な実施形態において、制御装置は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２の電力出力を増やすことによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力出力を増やすことができる。様々な実施形態において、制御装置は、電力系統８０２から電力を供給するように双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００を制御することによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力出力を増やすことができる。様々な実施形態において、制御装置は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２のＤＣパワーバス３０４への電気的接続を直接制御することによって、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２の電力出力を制御することができる。様々な実施形態において、制御装置３０１は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２のＤＣパワーバス３０４への電気的接続のコントローラに、制御信号を送信することによって、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２の電力出力を制御することができる。様々な実施形態では、制御装置は、電力系統８０２のＤＣパワーバス３０４への電気的接続のコントローラに制御信号を送信することによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム３００内の電力出力を制御することができる。様々な実施形態において、電気的接続は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＤＣディスコネクト４００、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、及び／又は、パワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２、及び／又はロードバランシング負荷３０６をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続及び切断するように構成されたスイッチング機構を含んでよい。
【0118】
様々な実施形態において、方法１１００は連続的に実行され得る。様々な実施形態では、方法１１００は、連続的又は周期的にループとして連続的に実行することができる。様々な実施形態では、様々なブロック１１０２～１１１４は、他のブロック１１０２～１１１４と並列にいつでも実行され得る。
【0119】
図１２は、ハイブリッドＤＣ電力を負荷に提供するように構成された燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の一実施形態を示す。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＤＣ電流を用いて作動するように構成されたＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００、電力貯蔵装置４０２、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、及びダイオード１２０８の任意の数及び組み合わせから、データ信号を受信し、それに制御信号を送信するように構成された１又は複数の制御装置３０１を含む様々な構成要素を含むことができる。制御装置３０１は、図１４～１６に示される方法のオペレーションを含む、様々な実施形態のオペレーションを実行するように構成されたサーバ又はシステム全体の制御装置３０１等の、任意の形態のプログラム可能なコンピューティングデバイス又はシステムであってよい。図１２は、例示の実施例を意味するものであって特許請求の範囲を限定するものではない実施形態を示す。
【0120】
燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、図１を参照して本明細書に記載されるように構成され得る任意の数「Ｎ」個のパワーモジュール１２を含み得る。ここで、Ｎは、１から２４等、例えば、６から１２のような、１以上の整数である。様々な実施形態では、パワーモジュール１２の数は、少なくともＩＴ負荷３１０の電力需要の指定部分を満たすのに十分な電力を生成するために必要なパワーモジュール１２の数と少なくとも同じ数であってよい。様々な実施形態において、パワーモジュール１２の数は、少なくとも１つのパワーモジュール１２からの電気出力が減少又は無い場合に、余剰のパワーモジュール１２を用いてＩＴ負荷３１０の電力需要の一部の供給を続けることができるように、任意の数の余剰のパワーモジュール１２を含むことができる。同様に、パワーモジュールは、パワーモジュール１２の少なくとも１つの燃料電池スタックからの電気出力が減少又は無い場合に、余剰の燃料電池スタックを用いてＩＴ負荷３１０の電力需要の一部の供給を続けることができるように、余剰の燃料電池スタック（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施形態では、パワーモジュール１２は、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値に達しないことに応じて、電力貯蔵装置４０２に電力を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態において、パワーモジュール１２は、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値を超えており、パワーモジュール１２がＩＴ負荷３１０の負荷需要より多い電力を出力していることに応じて、電気ユーティリティに電力を供給するように構成することができる。
【0121】
パワーモジュール１２は、少なくとも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介してパワーモジュールに電気的に接続されるＤＣバス３０４を介して、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る電力閾値量を、ＩＴ負荷３１０に提供するように構成されてもよい。電力閾値量は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の指定部分の一部であってよい。様々な実施形態において、パワーモジュール１２は、整流パスを介して、ＩＴ負荷３１０、電力貯蔵装置４０２、電気ユーティリティ、及び補助的／ノンクリティカルな負荷の任意の組み合わせに電力を提供するように構成され得る。整流パスは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８のＤＣ側でパワーモジュール１２に電気的に接続され得る、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８のＡＣ側と、ＤＣバス３０４との間に電気的に接続された、本明細書に記載の構成要素の任意の組み合わせを含み得る。このような構成要素は、１つ又は複数の回路遮断器４０４、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００のＤＣ側で電力貯蔵装置４０２に電気的に接続される双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６をＤＣバス３０４に電気的に接続するＤＣディスコネクト４００（例えば、図１２に示されるＤＣディスコネクトＢ）、及び、ＤＣバス３０４からのフィードバックから整流パスを電気的に保護する１つ又は複数のダイオード１２０８を含むことができる。このような構成要素は、ＡＣバス３１４を介して互いに電気的に接続され得る。したがって、整流パスはまた、ＡＣバス３１４を含む。
【0122】
パワーモジュール１２からの電力出力の流れを、ＩＴ負荷３１０、電力貯蔵装置４０２、電気ユーティリティ、及び補助的／ノンクリティカルな負荷の任意の組み合わせに向かわせるための、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の様々な構成要素の制御は、パワーモジュール１２の電力出力の示度、ＩＴ負荷３１０の電力需要、電力貯蔵装置４０２の充電レベル、及び電気ユーティリティの電力出力の任意の組み合わせに基づくことができる。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の様々な構成要素を制御して、パワーモジュール１２からの電力出力の流れを向かわせるように構成された制御装置３０１を含み得る。様々な実施形態において、制御装置３０１は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の様々な構成要素の任意の組み合わせに通信可能に接続され、様々な構成要素からの信号を制御及び／又は受信して、パワーモジュール１２からの電力出力の流れを向かわせるように構成され得る。同様に、制御装置３０１は、電力貯蔵装置４０２及び／又は電気ユーティリティからの電力出力の流れをＩＴ負荷３１０に向かわせるように構成され得る。
【0123】
パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２に電気的に接続することができ、電気導管を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３０２にＤＣ電流を供給することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、電力源から受け取ったＤＣ電流をより高い又はより低い電圧に変換するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は一方向性であり、入力端で電力を受け取り、出力端で電力を供給するように構成することができる。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２を含み得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、入力端でパワーモジュール１２に電気的に接続され、出力端でＤＣパワーバス３０４に電気的に接続され得る。パワーモジュール１２からＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって受け取られたＤＣ電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって変換され、ＤＣパワーバス３０４に供給され得る。様々な実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る電力閾値量を、電力に対して指定された電圧及び／アンペア数でＩＴ負荷３１０に供給するように構成することができる。電力閾値量は予め決められ、パワーモジュール１２の電力容量及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要に基づくことができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって供給される電力に対して指定される電圧及び／又はアンペア数は、他のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２によって供給される電力に対する電圧及び／又はアンペア数、又はＤＣパワーバス３０４に基づくことができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、Ｎ個のパワーモジュール１２とＤＣパワーバス３０４との間に配置される任意の数「Ｍ」個のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を含むことができる。ここで、Ｍは１以上の整数であり、ＭはＮと同じ数又は異なる数であってよい。
【0124】
ＤＣパワーバス３０４は、複数の電力源のための共通の電気導管として構成され得る。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、電気ユーティリティ、及び／又は発電機を任意の数及び組み合わせで含むことができる。ＤＣパワーバス３０４は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＤＣディスコネクト４００、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、及びＡＣ／ＤＣ整流器１２０６などの、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の他の構成要素を介して、電力源に電気的に接続され得る。ＤＣパワーバス３０４は、電力を負荷に送るように構成され得る。様々な実施形態において、負荷は、任意の数「Ｑ」個のＩＴ負荷３１０を含んでよい。ここで、Ｑは１以上の整数であり、Ｑは、Ｎ又はＭと同じ数又は異なる数であってよい。ＤＣパワーバス３０４は、正の電力導管（positive electrical power conduit）、中性の電力導管（neutral electrical power conduit）、及び負の電力導管（negative electrical power conduit）を含む、三相電力用の導管を設けることができる。
【0125】
ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、電力源から受け取ったＤＣ電流をＡＣ電流に逆変換するように構成され得る。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、一方向性で、入力端で電力を受け取り、出力端で電力を供給するように構成されてよい。様々な実施形態において、電力源はパワーモジュール１２を含み得る。ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、入力端でパワーモジュール１２に電気的に接続され、出力端で整流パスに電気的に接続され得る。電力源からＤＣ／ＡＣインバータ３０８によって受け取られたＤＣ電流は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によって逆変換され、ＡＣ電流として、ＩＴ負荷３１０、電力貯蔵装置４０２、電気ユーティリティ、及び補助的/ノンクリティカルな負荷の任意の組み合わせに、整流パスを介して供給されてよい。様々な実施形態において、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８は、電力閾値量を超える、パワーモジュール１２によって生成された電力に対する電圧及び／又はアンペア数を供給するように構成され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、それぞれがパワーモジュール１２と整流パスとの間に配置された、任意の数「Ｐ」個のＤＣ／ＡＣインバータ３０８を含んでよい。ここで、Ｐは１以上の整数であり、ＰはＮ又はＭと同じ数又は異なる数であってよい。
【0126】
双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、電力源から受け取ったＤＣ電流をＡＣ電流に逆変換させ、電力源から受け取ったＡＣ電流をＤＣ電流に逆変換させるように構成されてよい。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、及び／又は電気ユーティリティを含み得る。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、ＡＣ端で、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して、パワーモジュール１２等の電力源に、及び／又は電気ユーティリティに電気的に接続されてよい。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、例えばＡＣ／ＤＣ整流器１２０６を介して、ＩＴ負荷３１０にＡＣ端で電気的に接続することができる。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、ＤＣ端で、電力貯蔵装置４０２等の電力源に電気的に接続することができる。電力源から双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によって受け取られたＤＣ電流は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によって逆変換されてＩＴ負荷３１０に供給することができる。電力源から双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によって受け取られたＡＣ電流は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によって逆変換され、電力貯蔵装置４０２に供給することができる。様々な実施形態において、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、ＩＴ負荷３１０の電力構成及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要、及び、パワーモジュール１２及び／又は電気ユーティリティによって提供される整流パス上の電力に基づいて、電力に対して指定された電圧及び／又はアンペア数を供給するように構成することができる。
【0127】
ＩＴ負荷３１０は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００において電力を消費するように構成され得る。様々な実施形態において、電力は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、発電機、及び／又は電気ユーティリティの任意の数及び組み合わせによって、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に提供され得る。ＩＴ負荷３１０は、例えばサーバ、ネットワークスイッチ、ルーター、スーパーコンピュータ、及び／又は量子コンピュータなどのコンピューティングデバイス、及び／又は冷却サブシステムを任意の数及び組み合わせで含み得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、任意の数「Ｑ」個のＩＴ負荷３１０を含むことができ、ここで、Ｑは１以上の整数であり、ＱはＮ又はＭと同じ数又は異なる数であってよい。ＩＴ負荷３１０によって必要とされる電力の電圧及び／又はアンペア数は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００上のＩＴ負荷３１０の電力需要であってよい。複数のＩＴ負荷３１０は、電力の電圧及び／又はアンペア数が特定の要件内にあって組み合わされることを必要とし、これらの要件は燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００上のＩＴ負荷３１０の電力需要を示す。
【0128】
電力貯蔵装置４０２は、任意の数及び組み合わせの電力貯蔵装置４０２を含むことができる。例えば、電力貯蔵装置４０２は、電磁的電力貯蔵、機械的電力貯蔵、電気化学的電力貯蔵、化学的電力貯蔵、及び/又は熱的電力貯蔵を含む任意の形態の電力貯蔵を含む。いくつかの非限定的な例としては、コンデンサ、フライホイール、及び／又はバッテリーが挙げられる。電力貯蔵装置４０２は、余剰の電力供給を提供することによって、ＩＴ負荷３１０への電力供給の確実性を高めることができる。電気ユーティリティからの電気出力が不十分、減少、又はない場合、電力貯蔵装置４０２を使用して、ＩＴ負荷３１０の電力需要の供給を増強又は継続することができる。電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２によって生成される電力を貯蔵するように構成され得る。電力貯蔵装置４０２は、パワーモジュール１２による電力の生成が、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００のＩＴ負荷３１０の電力需要を下回る場合に応じて、貯蔵した電力を供給するように構成することができる。電力貯蔵装置４０２は、電力源（例えば、電気ユーティリティ及び／又はパワーモジュール１２）から整流パスを介して電力を受け取り、貯蔵された電力を整流パスを介してＤＣパワーバス３０４へと出力することができる。
【0129】
電気的保護構成要素は、ヒューズ、回路遮断器、及び／又はスイッチを含み得る。様々な実施形態において、電気的保護構成要素はＤＣディスコネクト４００を含み得る。ＤＣディスコネクト４００は、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を、ＤＣパワーバス３０４に接続及びこれから切断するように構成され得る。ＤＣディスコネクト４００は、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る閾値電力許容値を備えて構成することができる。ＤＣディスコネクト４００は、通常、任意の数及び組み合わせの、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を、ＤＣパワーバス３０４に接続するように構成され得る。閾値電力許容値を超える電力がＤＣディスコネクト４００に供給されると、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素の、ＤＣディスコネクト４００によるＤＣパワーバス３０４からの切断を引き起こすことができる。様々な実施形態において、任意の数及び組み合わせの「Ｔ」個のＤＣディスコネクト４００は、、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を、ＤＣパワーバス３０４に選択的に接続及びこれから切断することができる。ここで、Ｔは１以上であり、例えばＴはＭ＋２に等しい。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素はパワーモジュール１２を含み得る。様々な実施形態において、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素は、パワーモジュール１２及び整流パスの構成要素を含み得る。
【0130】
様々な実施形態において、電気的保護構成要素は回路遮断器４０４を含み得る。回路遮断器４０４は、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を互いに、電気ユーティリティ、発電機、及び／又は、補助的／ノンクリティカルな負荷に接続及びこれから切断するように構成され得る。回路遮断器４０４は、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る閾値電力許容値を備えて構成され得る。回路遮断器４０４（例えば、図１２に示される、回路遮断器１～Ｐ、回路遮断器Ａ、回路遮断器Ｃ、回路遮断器Ｄ、及び／又は回路遮断器Ｆ）は、通常、任意の数及び組み合わせの、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を、互いに、電気ユーティリティ、及び／又は、補助的／ノンクリティカルな負荷に接続するように構成され得る。その閾値電力許容値を超える又は達しない電力が回路遮断器４０４に供給されると、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素の、互いからの、電気ユーティリティ、及び／又は補助的／ノンクリティカルな負荷からの、回路遮断器４０４による切断を引き起こすことができる。例えば、電気ユーティリティが燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に電力を提供することができないと、任意の数の回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器１～Ｐ、回路遮断器Ａ、回路遮断器Ｂ、及び／又は回路遮断器Ｃ）を起動させて、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００を電気ユーティリティから切断し、パワーモジュール１２を整流パスから切断することができる。いくつかの実施形態において、回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器Ｂ及び／又は回路遮断器Ｅ）は、通常、任意の数及び組み合わせの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素を電気ユーティリティ及び／又は発電機から切断するように構成することができる。例えば、回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器Ｂ）は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素から電気ユーティリティを電気的に接続及び切断するための保守バイパスとして設けることができ、回路遮断器４０４は、手動で切り替えることができる。さらなる実施例では、回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器Ｅ）は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の構成要素から発電機を電気的に接続及び切断するために設けられ得る。回路遮断器４０４は、電気ユーティリティ及び電力貯蔵装置４０２がＩＴ負荷３１０に電力を提供できないこと及びパワーモジュール１２の出力を超えるＩＴ負荷３１０の電力需要に応じて、条件付きで発電機に接続するように切り替えることができる。
【0131】
様々な実施形態において、電気的保護構成要素は静的インタラプタ１２０２を含んでよい。静的インタラプタ１２０２は、静的インタラプタ１２０２の入力のうちの１つで電力の静的インタラプタ閾値電圧及び/又はアンペア数に応じて、特定の方向における電力の流れを可能にするように構成することができる。静的インタラプタ１２０２は、反対の入力において、電力の静的インタラプタ閾値電圧及び／又はアンペア数を受けるまで（この時点で、静的インタラプタ１２０２が電力の逆向きの流れを認める）、一方向の電力の流れを許可し続けることができる。静的インタラプタ１２０２は、電力が静的インタラプタ１２０２に提供されなくなるまで（この時点で、静的インタラプタ１２０２は、電力の静的インタラプタ閾値電圧及び／又はアンペア数が静的インタラプタの入力に与えられるまで、電力の送電を妨げることができる）、一方向の電力の流れを可能にし続けることができる。様々な実施形態において、静的インタラプタ１２０２は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００、及びＩＴ負荷３１０への電気ユーティリティからの電力の流れを制御することができ、及び、静的インタラプタ１２０２は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００、及びパワーモジュール１２から電気ユーティリティへの電力の流れを制御することができる。図１３は、静的インタラプタ１２０２の入力／出力端の間に並列に接続された逆流サイリスタ１３００を含む静的インタラプタ１２０２の一例を示す。本明細書で説明するように、回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器Ｂ）は、保守バイパスとして使用することができる。いくつかの実施形態において、静的インタラプタ１２０２及び保守バイパス回路遮断器４０４は、電力が静的インタラプタ１２０２を迂回するように手動で制御することができるように、並列に電気的に接続することができる。
【0132】
様々な実施形態において、電気的保護構成要素は、ダイオード１２０８を含み得る。ダイオード１２０８は、電力が指定された方向に流れることができるように構成され得る。ダイオード１２０８は、ＤＣパワーバス３０４とパワーモジュール１２及び／又は整流パスとの間に電気的に接続されて、パワーモジュール１２及び／又は整流パスへのフィードバック電流を防止することができる。
【0133】
電気ユーティリティ及び発電機が燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に電力を提供する能力を制御するために、カークインターロック（Kirk interlock）等のトラップキーインターロック１２０４を実現することができる。トラップキーインターロック１２０４は、電気ユーティリティ及び燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に電気的に接続するように構成される回路遮断器４０４（例えば回路遮断器Ｃ）と、発電機及び燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に電気的に接続するように構成される回路遮断器４０４（例えば、回路遮断器Ｅ）が、同時にクローズされないように強制することができる。トラップキーインターロック１２０４は、トラップキーインターロック１２０４に接続された各回路遮断器４００の状態の変更を許可するためにキーを使用すること、一度に１つの回路遮断器４０４の状態の変更を許可するためにキーを使用し得ること、を必要とし得る。
【0134】
ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６は、電力源から受信したＡＣ電流をＤＣ電流に整流するように構成することができる。ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６は、一方向性で、入力端で電力を受けて出力端で電力を供給するように構成することができる。様々な実施形態において、電力源は、パワーモジュール１２、電力貯蔵装置４０２、電気ユーティリティ、及び/又は発電機を含むことができる。ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６は、入力端にて電気ユーティリティ及び/又は発電機に整流パスを介して電気的に接続され、出力端にてIＴ負荷３１０にＤＣパワーバス３０４を介して電気的に接続され得る。ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６は、入力端にてパワーモジュール１２及び／又は電力貯蔵装置４０２にＤＣ／ＡＣインバータ３０８，８００及び整流パスを介して電気的に接続され、出力端にてIＴ負荷３１０にＤＣパワーバス３０４を介して電気的に接続され得る。電力源からＡＣ／ＤＣ整流器１２０６によって受け取られたＡＣ電流は、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６によって整流され、ＤＣ電流としてＤＣパワーバス３０４を介してIＴ負荷３１０に供給され得る。様々な実施形態において、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６は、電力閾値量を超える、パワーモジュール１２によって生成された電力に対する電圧及び／又はアンペア数を供給するように構成されてよい。例えば、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６の電圧設定点を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の電圧設定点未満に設定して、追加の電力がＡＣ／ＤＣ整流器１２０６を介してIＴ負荷３１０に提供される前に、電力閾値量がＤＣパワーバス３０４を介してパワーモジュール１２からIＴ負荷３１０に提供されるのを促進することもできる。
【0135】
図１４は、様々な実施形態による、負荷へのハイブリッドＤＣ電力を管理するための方法１４００を示す。方法１４００は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００、電力貯蔵装置４０２、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、ダイオード１２０８、及び整流パスの任意の数又は組合せから信号を受信し及び／又はこれに制御信号を送るように構成された１又は複数の制御装置３０１を用いて実施され得る。様々な実施形態で可能な代替の構成を包含するために、方法１４００を実施するハードウェアを本明細書では「制御装置」と呼ぶ。
【0136】
判定ブロック１４０２において、制御装置は、電力が電気ユーティリティから入手可能であるかどうかを判定する。いくつかの実施形態では、電気ユーティリティが障害を起こし、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に電力を供給することができない可能性がある。いくつかの実施形態では、制御装置は、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に提供される、アンペア又はボルトなどの電力レベルを読み取るように構成することができ、電力が電気ユーティリティから入手可能かどうかを判定する。いくつかの実施形態では、制御装置は、電力が静的インタラプタ１２０２を介して電気ユーティリティから燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００に供給されているかどうかを示すことのできる静的インタラプタ１２０２の状態の情報を与えられ、電力が電気ユーティリティから入手できるかどうかを判定することができる。
【0137】
電力が電気ユーティリティから入手可能であるとの判定（すなわち、判定ブロック１４０２＝「はい」）に応じて、制御装置は、ブロック１４０４において燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００を通常モードで運転することができる。通常モードでの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の運転は、図１５Ａの方法１５００及び／又は図１５Ｂの方法１５５０を参照して本明細書でさらに説明する。
【0138】
電力が電気ユーティリティから入手可能でないとの判定（すなわち、判定ブロック１４０２＝「いいえ」）に応じて、制御装置は、ブロック１４０６において燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００をフェイルモードで運転することができる。フェイルモードでの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の運転は、図１６の方法１６００を参照して本明細書でさらに説明する。
【0139】
いくつかの実施形態では、制御装置は、判定ブロック１４０２において電気ユーティリティから電力が入手可能であるかどうかを継続的又は定期的に判定することができる。いくつかの実施形態では、制御装置は、ブロック１４０４で通常モードでの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の運転又はブロック１４０６でフェイルモードでの燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の運転の、完了と並行して又は完了した後に、判定ブロック１４０２において、電気ユーティリティから電力が入手可能であるかどうかを判定することができる。
【0140】
図１５Ａは、様々な実施形態による、ハイブリッドＤＣパワーの負荷への通常モードでの管理に対する方法１５００を示す。方法１５００は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００、電力貯蔵装置４０２、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、ダイオード１２０８、及び整流パスの任意の数又は組合せから信号を受信し、及び／又はこれに制御信号を送るように構成された１又は複数の制御装置３０１を用いて実施され得る。様々な実施形態で可能な代替の構成を包含するために、方法１５００を実施するハードウェアを本明細書では「制御装置」と呼ぶ。いくつかの実施形態において、方法１５００は、図１４を参照して上で述べた方法１４００のブロック１４０４の一部として実施することができる。
【0141】
ブロック１５０２において、制御装置は、ＤＣパワーバス３０４を介して、１つ又は複数のパワーモジュール１２の出力を、電力閾値量に至るまで、ＩＴ負荷３１０に提供することができる。システム１２００には１つ又は複数のパワーモジュール１２が存在する可能性があるため、「１つ又は複数のパワーモジュール１２」の繰り返しを避けるために、「パワーモジュール１２」という用語を明確のため以下で使用することとする。しかしながら、以下の「パワーモジュール」は、システム１２００内に配置された１つ又は複数のパワーモジュール１２を意味すると理解されたい。本明細書で論じられるように、電力は、パワーモジュール１２をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続するＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介して、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＩＴ負荷３１０に電気的に接続するＤＣパワーバス３０４を介して、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０に供給され得る。パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供することのできる電力量は予め決められ、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る電力閾値量に設定され得る。パワーモジュール１２は、この電力閾値量より多く生成するように構成することができるが、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を、パワーモジュール１２からＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供される電力の量を上記電力閾値量に制限するように構成してもよい。
【0142】
ブロック１５０４において、制御装置は、電力閾値量を超えるパワーモジュール１２の電力出力を整流パスに提供することができる。本明細書で論じられるように、パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して整流パスに電気的に接続され得る。パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に出力することのできる電力出力の量、すなわち電力閾値量に制限され得るので、パワーモジュール１２によって生成される任意の追加の電力は、ＤＣ電力からＡＣ電力に逆変換され、整流パスに提供することができる。
【0143】
判定ブロック１５０６において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０からの、本明細書では電力需要とも称される、負荷需要が、パワーモジュール１２の出力未満かどうかを判定することができる。パワーモジュール１２の出力は、ＤＣパワーバス３０４に出力される電力閾値量と、整流パスに出力されるパワーモジュール１２によって生成される追加の電力とを組み合わせた総出力であってよい。制御装置は、例えばパワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２から、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力することができる電力閾値量についての事前の情報を有する又は取得することができる。制御装置は、ＤＣパワーバス３０４及び／又は整流パスへのパワーモジュール１２の電力出力の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０からの負荷需要をパワーモジュール１２の出力と比較して、負荷需要がパワーモジュール１２の出力未満かどうかを判定することができる。
【0144】
ＩＴ負荷３１０からの負荷需要がパワーモジュール１２の出力未満であるとの判定（すなわち、判定ブロック１５０６＝「はい」）に応じて、制御装置は、判定ブロック１５０８において、電力貯蔵装置４０２の充電レベル（すなわち、充電状態）が充電閾値量を超えるかどうかを判定する。制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電レベルを示す信号を検査する及び／又は受信するように構成することができる。制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電と充電閾値量とを比較して、充電レベルが充電閾値量を超えるかどうかを判定することができる。例えば、充電閾値量は、７５％以上の充電レベル、例えば、１００％の充電レベルなど、電力を貯蔵するための電力貯蔵装置の最大充電レベルであってよい。
【0145】
電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超えないとの判定（すなわち、判定ブロック１５０８＝「いいえ」）に応じて、制御装置は、ブロック１５１０において、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を使用して電力貯蔵装置４０２を充電することができる。本明細書で論じるように、閾値電力量を超えるパワーモジュール１２の電力出力は、整流パスに出力することができる。パワーモジュール１２によって整流パスに出力される電力の少なくとも一部は、ＩＴ負荷３１０に電力を供給するために必要とされない場合がある。充電閾値量を超えない電力貯蔵装置の充電レベルに応じて、制御装置は、パワーモジュール１２によって出力される電力の少なくとも一部を、整流パスを介して電力貯蔵装置４０２に向かわせ、電力貯蔵装置４０２を充電することができる。パワーモジュール１２によって出力される整流パス上の電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によってＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力であってよい。電力貯蔵装置４０２は、充電のためにＤＣ電力を用いることができる。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００は、電力貯蔵装置４０２を充電するために、ＡＣ電力の少なくとも一部をＤＣ電力に逆変換させるように制御装置によって制御され得る。制御装置は、判定ブロック１５０８において、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。例えば、制御装置は、ブロック１５１０で電力貯蔵装置４０２を充電する間、判定ブロック１５０８にて電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。
【0146】
電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超える（すなわち、判定ブロック１５０８＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１２において、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を電気ユーティリティに提供することができる。閾値電力量を超える、パワーモジュール１２によって生成された電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によってＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力として整流パスに出力され得る。パワーモジュール１２によって整流パスに出力される電力の少なくとも一部は、ＩＴ負荷３１０に電力を供給するために必要とされない場合がある。ＩＴ負荷３１０に電力を供給するために必要とされない、パワーモジュール１２によって整流パスに出力される電力の一部は、電気ユーティリティに出力することができる。
【0147】
ＩＴ負荷３１０からの負荷需要がパワーモジュール１２の出力未満でない（すなわち、判定ブロック１５０６＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１４において、整流パス上のパワーモジュール１２の電力出力をＩＴ負荷３１０に提供することができる。パワーモジュール１２が電力閾値量よりも多くの電力を生成する限り、パワーモジュール１２は、電力を整流パスに出力することができる。パワーモジュールによって整流パスに出力される電力は、ＩＴ負荷３１０に電力を供給するために使用され得る。
【0148】
判定ブロック１５１６において、制御装置は、電力貯蔵装置の充電レベルが、充電出力閾値量を超えるかどうかを判定することができる。例えば、充電出力閾値量は、５０％の充電レベル等、電力貯蔵装置からＩＴ負荷３１０に電力を供給するのに適した電力貯蔵装置の最小変化レベルであってよい。制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電レベルを示す信号を検査する及び／又は受信するように構成され得る。制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電と充電出力閾値量とを比較して、充電レベルが充電出力閾値量を超えるかどうかを判定することができる。判定ブロック１５０６において、ＩＴ負荷３１０からの負荷需要がパワーモジュール１２の出力未満ではないと判定することにより、制御装置は、パワーモジュール１２によって提供されている電力が、ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分であり、補う必要があるかもしれないと、気づくことができる。
【0149】
電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超えない（すなわち、判定ブロック１５１６＝「いいえ」）との判定に応じて、ブロック１５１８において、制御装置は、電気ユーティリティの出力を、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供することができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分な、パワーモジュール１２によって出力される電力を補うために、制御装置は、パワーモジュール１２によって出力される電力の不足を軽減するための、電気ユーティリティからの電力量を算出して提供することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０にパワーモジュール１２によって出力される電力及びＩＴ負荷３１０の電力需要を示す信号を読み取る及び／又は受信し、ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすにはどのぐらいの電力を電気ユーティリティから必要とするかを計算するように構成することができる。制御装置は、整流パスの構成要素を制御して、電気ユーティリティからの電力出力の量をＩＴ負荷３１０に提供することができる。
【0150】
電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超える（すなわち、判定ブロック１５１６＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５２０において、電力貯蔵装置４０２の出力を、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供し得る。ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすには不十分な、パワーモジュール１２によって出力される電力を補うために、制御装置は、パワーモジュール１２によって出力される電力の不足を軽減するための、電力貯蔵装置４０２からの電力量を計算し提供することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０にパワーモジュール１２によって出力される電力及びＩＴ負荷３１０の電力需要を示す信号を読み取る及び/又は受信し、ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすにはどのぐらいの電力を電力貯蔵装置４０２から必要とするかを計算するように構成することができる。制御装置は、整流パスの構成要素を制御して、電力貯蔵装置４０２から出力される電力量をＩＴ負荷３１０に提供することができる。制御装置は、判定ブロック１５１６において、電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。例えば、制御装置は、ブロック１５２０で電力貯蔵装置４０２が整流パスを介してＩＴ負荷３１０に電力を出力する間、判定ブロック１５１６で電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。
【0151】
図１５Ｂは、別の実施形態による、負荷へのハイブリッドＤＣ電力の通常モードでの管理のための方法１５５０を示す。方法１５５０は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００、電力貯蔵装置４０２、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、ダイオード１２０８、及び整流パスの任意の数又は組合せから信号を受信し、及び／又はこれに制御信号を送信するように構成された１又は複数の制御装置３０１を用いて実施され得る。様々な実施形態で可能な代替の構成を包含するために、方法１５５０を実施するハードウェアを本明細書では「制御装置」と呼ぶ。いくつかの実施形態において、方法１５５０は、図１４を参照して、方法１４００のブロック１４０４の一部として実施することができる。
【0152】
図１５Ｂの代替の実施形態の方法において、ブロック１５０２，１５０４，１５０８，１５１０，１５１２，１５１６，１５１８，及び１５２０は、図１５Ａの方法１５００の同じ番号のブロックにおいて上で述べたように実施することができる。
【0153】
ブロック１５０２において、制御装置は、ＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に、電力閾値量に至るまで、パワーモジュール１２の出力を提供することができる。
【0154】
判定ブロック１５５２において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の、本明細書では電力需要とも称される負荷需要が、電力閾値量未満かどうかを判定することができる。本明細書で論じられるように、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４に出力することができる電力出力の量、すなわち、電力閾値量に制限され得る。電力閾値量は、予め決めることができ、パワーモジュール１２の電力容量及び／又はＩＴ負荷３１０の電力需要に基づくことができる。例えば、電力閾値量は、少なくとも、ＩＴ負荷３１０の通常の電力需要の指定部分を満たすことができる電力量であってよい。制御装置は、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２等から、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力することができる電力閾値量についての事前の情報を有する又は取得することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、ＩＴ負荷の負荷需要を電力閾値量と比較して、ＩＴ負荷３１０の負荷需要が電力閾値量未満であるかどうかを判定することができる。
【0155】
ＩＴ負荷３１０の負荷需要が電力閾値量未満である（すなわち、判定ブロック１５５２＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５５４において、ＤＣバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供される電力出力を超える、パワーモジュール１２の電力出力を整流パスに提供することができる。本明細書で論じられるように、パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を介して整流パスに電気的に接続され得る。パワーモジュール１２によって生成された、ＩＴ負荷３１０の負荷需要を超える追加の電力は、ＤＣ電力からＡＣ電力に逆変換されて、整流パスに提供することができる。
【0156】
判定ブロック１５０８において、制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電レベル（すなわち、充電状態）が充電閾値量を超えるかどうかを判定することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超えない（すなわち、判定ブロック１５０８＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１０において、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を使用して電力貯蔵装置４０２を充電することができる。制御装置は、判定ブロック１５０８において、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び/又は連続的に判定することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超える（すなわち、判定ブロック１５０８＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１２において、電気ユーティリティへ、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を提供することができる。
【0157】
ＩＴ負荷３１０の負荷需要が電力閾値量未満ではない（すなわち、判定ブロック１５５２＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５０４において、電力閾値量を超えるパワーモジュール１２の電力出力を整流パスへ提供することができる。
【0158】
ブロック１５５６において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０に、整流パス上のパワーモジュール１２の出力の少なくとも一部（すなわち、いくらか又は全て）を提供することができる。ＩＴ負荷３１０の負荷需要が電力閾値量、すなわち、ＤＣパワーバス３０４を介してパワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０に提供される電力量、を超えるとき、パワーモジュール１２から整流パスに提供される追加の電力を、ＩＴ負荷３１０の負荷需要を満たすために使用することができる。ＩＴ負荷３１０の負荷需要、及び、パワーモジュール１２によって提供される整流パス上の電力量に応じて、パワーモジュール１２によって提供される整流パス上の電力のいくらか又は全てが、ＩＴ負荷３１０に提供され得る。整流パスは、整流パス上のＡＣ電力をＩＴ負荷３１０に提供されるＤＣ電流に変換することのできる、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６を介して、ＩＴ負荷に電気的に接続することができる。
【0159】
判定ブロック１５５８において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の負荷需要が満たされているかどうかを判定することができる。制御装置は、ブロック１５５６でのように、ＩＴ負荷３１０の負荷需要、及び、ＤＣバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供される電力量、すなわち電力閾値量、及び整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供される電力量を制御し、事前に決定し、及び／又は感知することができる。制御装置は、負荷需要と、ＤＣバス３０４及び整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供される電力の合計とを比較して、ＩＴ負荷３１０の負荷需要が満たされるかどうかを判定することができる。
【0160】
ＩＴ負荷３１０の負荷需要が満たされているとの判定（すなわち、判定ブロック１５５８＝「はい」）に応答して、制御装置は、判定ブロック１５６０において、整流パス上に利用可能な電力があるかどうかを判定することができる。上で述べたように、制御装置は、ブロック１５５６でのように、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供される電力の量を制御し、事前に決定し、及び／又は感知することができる。いくつかの実施形態において、制御装置は、また、ブロック１５０４でのように、パワーモジュール１２から整流パスに提供される電力の量を制御し、事前に決定し、及び／又は感知することができる。制御装置は、パワーモジュール１２から整流パスに供給される電力の量と整流パスからＩＴ負荷３１０に提供される電力の量から、整流パス上に残っている電力の量を算出することができる。いくつかの実施形態において、制御装置は、また、整流パスからＩＴ負荷３１０に電力を提供した後に、整流パス上に残っている電力の量を制御し、事前に決定し、及び／又は感知することができる。整流パス上に利用可能な電力がない（すなわち、判定ブロック１５６０＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、判定ブロック１５５８において、ＩＴ負荷３１０の負荷需要が満たされているかどうかを、繰り返し、定期的に、及び/又は連続的に判定することができる。
【0161】
整流パス上に利用可能な電力がある（すなわち、判定ブロック１５６０＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、判定ブロック１５０８において、電力貯蔵装置４０２の充電レベル（すなわち、充電状態）が充電閾値量を超えるかどうかを判定することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超えない（すなわち、判定ブロック１５０８＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１０において、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を用いて、電力貯蔵装置４０２を充電することができる。判定ブロック１５０８において、制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電閾値量を超えている（すなわち、判定ブロック１５０８＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１２において、整流パス上のパワーモジュール１２の出力を電気ユーティリティに提供することができる。
【0162】
ＩＴ負荷３１０の負荷需要が満たされていない（すなわち、判定ブロック１５５８＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、判定ブロック１５１６において、電力貯蔵装置４０２の充電レベルが充電出力閾値量を超えるかどうかを判定することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超えない（すなわち、判定ブロック１５１６＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５１８において、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に電気ユーティリティの出力を提供することができる。電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超える（すなわち、判定ブロック１５１６＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１５２０において、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に電力貯蔵装置４０２の出力を提供することができる。判定ブロック１５１６において、制御装置は、電力貯蔵装置の充電レベルが充電出力閾値量を超えるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。
【0163】
図１６は、様々な実施形態による負荷へのハイブリッドＤＣ電力のフェイルモードでの管理のための方法１６００を示す。方法１６００は、パワーモジュール１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣパワーバス３０４、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８、ＩＴ負荷３１０、ＤＣディスコネクト４００、電力貯蔵装置４０２、回路遮断器４０４、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００、静的インタラプタ１２０２、トラップキーインターロック１２０４、ＡＣ／ＤＣ整流器１２０６、ダイオード１２０８、及び整流パスの任意の数又は組合せから信号を受信し、及び／又はこれに制御信号を送るように構成された１又は複数の制御装置３０１を用いて実施され得る。様々な実施形態で可能な代替の構成を包含するために、方法１６００を実施するハードウェアを本明細書では「制御装置」と呼ぶ。いくつかの実施形態において、方法１６００は、図１４を参照して上で述べた方法１４００のブロック１４０６の一部として実施することができる。
【0164】
ブロック１６０２において、制御装置は、パワーモジュールの出力を、電力閾値量に至るまで、ＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供することができる。本明細書で論じられるように、電力は、パワーモジュール１２をＤＣパワーバス３０４に電気的に接続するＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を介して、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をＩＴ負荷３１０に電気的に接続するＤＣパワーバス３０４を介して、パワーモジュール１２からＩＴ負荷３１０に提供され得る。パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供し得る電力の量は、事前に決定され、電圧、電流、及び／又は電力に関して構成され得る電力閾値量に設定することができる。パワーモジュール１２は、電力閾値量を超えて生成するように構成され得るが、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、パワーモジュール１２からＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に提供される電力の量を、電力閾値量に制限するように構成することができる。
【0165】
ブロック１６０４において、制御装置は、電気ユーティリティが機能しない場合（つまり、電力供給の停止）、パワーモジュール１２を整流パスから、及び燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００を電気ユーティリティから、切り離すことができる。パワーモジュール１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８及び任意の数の回路遮断器４０４（例えば、図１２に示すような回路遮断器１～Ｐ、及び／又は回路遮断器Ａ）を含む、燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００の他の構成要素を介して、整流パスに電気的に接続され得る。パワーモジュール１２を整流パスから切り離すために、制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８を、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８の整流パスへの出力を抑制するように制御する、及び／又はパワーモジュール１２を整流パスに電気的に接続する少なくとも1つの回路遮断器４０４を開くように制御することができる。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００は、静的インタラプタ１２０２及び回路遮断器４０４（例えば、図１２に示されるような回路遮断器Ｃ）を介して電気ユーティリティに電気的に接続され得る。燃料電池ＩＴグリッドシステム１２００を電気ユーティリティから切り離すために、制御装置は、静的インタラプタ１２０２の作動を阻止し、及び／又は回路遮断器４０４を開くことができる。いくつかの実施形態では、静的インタラプタ１２０２は、回路遮断器４０４を開く前に作動を停止することができる。いくつかの実施形態では、回路遮断器４０４は、通常は閉じられるように構成することができ、ユーティリティが電力を供給することができない場合にのみ開かれる。
【0166】
判定ブロック１６０６において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要が、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力できる電力閾値量を超えるかどうか判定することができる。制御装置は、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２等から、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力することができる電力閾値量についての事前の情報を有する又は取得することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、電力閾値量と電力需要を比較して、ＩＴ負荷３１０の電力需要が、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力できる電力閾値量を超えるかどうかを判定することができる。
【0167】
ＩＴ負荷３１０の電力需要が、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力できる電力閾値量を超えない（すなわち、判定ブロック１６０６＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１６２０において、ＤＣパワーバス３０４を介して、電力閾値量に至るまで、パワーモジュール１２の出力をＩＴ負荷３１０に提供することができる。
【0168】
ＩＴ負荷３１０の電力需要が、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力できる電力閾値量を超える（すなわち、判定ブロック１６０６＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１６０８において、電力貯蔵装置４０２の出力を、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信するように構成することができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要を、パワーモジュール１２によってＩＴ負荷３１０に出力される電力閾値量と比較することにより、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすのに必要な電力量を算出することができる。制御装置は、電力貯蔵装置４０２及び／又は双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００を制御して、電力貯蔵装置４０２からＡＣバス３１４へ、ＩＴ負荷３１０の電力需要を満たすのに必要な算出された電力量を出力することができる。
【0169】
判定ブロック１６１０において、制御装置は、電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０への出力が安定しているかどうかを判定することができる。制御装置は、電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０に提供するために、整流パス上の利用可能な電力の量及び／又は質の信号を感知及び／又は受信するように構成することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信するように構成することができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要を、パワーモジュール１２によってＩＴ負荷３１０に出力される電力閾値量及び整流パス上の電力貯蔵装置４０２から利用可能な電力と比較することによって、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要が満たされるかどうかを判定することができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要が、ＤＣパワーバス３０４を介してパワーモジュール１２によって、及び、整流パスを介して電力貯蔵装置４０２によって、ＩＴ負荷３１０に提供される電力によって満たされる場合、制御装置は、電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０への出力は安定していると判定することができる。言い換えると、制御装置は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によってＤＣからＡＣに変換された電力貯蔵装置４０２の電力出力によって生み出される、整流パス上のＡＣグリッドが安定していると判定することができる。いくつかの実施形態において、制御装置は、また、振幅等、整流パス上のＡＣ電力の品質を、定性的閾値と比べて、電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０への出力が安定しているかどうかを判定することができる。
【0170】
電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷３１０への出力が安定していない（すなわち、判定ブロック１６１０＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１６０８において、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に電力貯蔵装置４０２の出力を提供することができる。いくつかの実施形態において、制御装置は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ８００によってＤＣからＡＣに変換された電力貯蔵装置４０２の電力出力によって生成される、整流パス上のＡＣグリッドを安定させるために、電力貯蔵装置４０２の電力出力を増加させることができる。電力貯蔵装置４０２からＩＴ負荷への出力が安定している（すなわち、判定ブロック１６１０＝「はい」）との判定に応じて、制御装置は、ブロック１６１２において、整流パスに電力閾値量を超えるパワーモジュール１２の出力を提供できる。本明細書で論じたように、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力され得る電力閾値量に制限され得、電力閾値量を超える、パワーモジュール１２によって生成された電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８によってＡＣ電力に逆変換させて、整流パスに出力することができる。いくつかの実施形態において、整流パスに電力閾値量を超えるパワーモジュール１２の出力を提供するために、制御装置は、ブロック１６０４において、整流パスからパワーモジュール１２の切り離しを元に戻すことができる。この切り離しを元に戻すために、又は整流パスに電源モジュール１２を再接続するために、制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０８が、整流パスへのＤＣ／ＡＣインバータ３０８の出力を可能にするように制御し、及び／又は、パワーモジュール１２を整流パスに電気的に接続する少なくとも１つの回路遮断器４０４（例えば、図１２に示すような回路遮断器１～Ｐ及び／又は回路遮断器Ａ）を制御して閉じることができる。
【0171】
判定ブロック１６１４において、制御装置は、ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要（すなわち、ＤＣバス３０４上のパワーモジュール１２の出力を超える需要）が、整流パス上のパワーモジュール１２の出力によって満たされるかどうかを判定することができる。パワーモジュール１２の出力は、ＤＣパワーバス３０４へ出力される電力閾値量と、整流パスに出力されるパワーモジュール１２によって生成された追加の電力を組み合わせた総出力であってよい。制御装置は、パワーモジュール１２及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０２等から、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力することができる電力閾値量についての知識を事前に有する又は取得することができる。制御装置は、ＤＣパワーバス３０４及び／又は整流パスへのパワーモジュール１２の電力出力の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、ＩＴ負荷３１０の電力需要の信号を感知及び／又は受信することができる。制御装置は、パワーモジュール１２の電力閾値量及び／又はＤＣパワーバス３０４及び／又は整流パスへの出力量を電力需要と比較して、ＩＴ負荷３１０の電力需要がパワーモジュール１２の電力出力未満かどうかを判定することができる。
【0172】
ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要が整流パス上のパワーモジュール１２の出力によって満たされない（すなわち、判定ブロック１６１４＝「いいえ」）との判定に応じて、制御装置は、ＩＴ負荷３１０に、ブロック１６１６において、パワーモジュール１２の電力出力を提供して、整流パス上の電力貯蔵装置４０２の電力出力を提供し続けることができる。ＩＴ負荷３１０の電力需要がパワーモジュール１２の出力より大きい場合、パワーモジュール１２の出力はＩＴ負荷３１０によって完全に消費され得る。よって、制御装置は、パワーモジュール１２がＤＣパワーバス３０４を介してＩＴ負荷３１０に出力可能な電力閾値量を超える、過剰な電力量を、電力貯蔵装置４０２（ブロック１６０８のように）及びパワーモジュール１２の両方から、整流パスを介してＩＴ負荷３１０に提供することができる。電力貯蔵装置４０２がもはや負荷需要の同じ量をサポートする必要がないときには、制御装置は、パワーモジュール１２の電力出力を提供する前と比べて、電力貯蔵装置４０２からの電力を低減することができる。制御装置は、判定ブロック１６１４において、ＩＴ負荷３１０の電力需要が整流パス上のパワーモジュール１２の出力によって満たされるかどうかを、繰り返し、定期的に、及び／又は連続的に判定することができる。
【0173】
ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要が整流パス上のパワーモジュール１２の出力によって満たされる（すなわち、判定ブロック１６１４＝「はい」）という判定に応じて、制御装置は、ブロック１６１８において、整流パス上のパワーモジュール１２からの出力の全て又は一部をＩＴ負荷３１０に提供して、ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要を満たすことができる。ブロック１６２０において、制御装置は、ＡＣ／ＤＣインバータを制御して、電力貯蔵装置４０２の出力をＡＣバス３１４及びＡＣ／ＤＣ整流器１２６０を介してＩＴ負荷３１０に提供することを停止できる。ブロック１６２２において、制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電状態が充電閾値を超えるかどうかを判定することができる。言い換えれば、制御装置は、電力貯蔵装置４０２の充電状態が特定の閾値を下回る（例えば、７５％未満等の、１００％未満）である場合に、電力貯蔵装置４０２を再充電する必要があるかどうかを判定することができる。
【0174】
制御装置が、電力貯蔵装置４０２を再充電する必要があり（すなわち、充電が充電閾値を超えず、判定ブロック１６２２＝「いいえ」）、整流パス上に、ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要を満たすために使用される量を超える、パワーモジュール１２の出力が残っていると判定すれば、ブロック１６２４において、制御装置は、電力貯蔵装置４０２が充電閾値に達するまで（すなわち、電力貯蔵装置４０２が完全に充電されるまで）、整流パス上のパワーモジュール１２の残っている出力を使用して電力貯蔵装置４０２を充電することができる。ブロック１６２４において、制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８００を制御して、整流パス上のパワーモジュール１２の残りの出力を電力貯蔵装置４０２に提供することができる。言い換えれば、電力は、ＡＣバス３１４からＤＣ／ＡＣインバータ８００を通って電力貯蔵装置４０２へと流れる。その後、プロセスは、フェイルモードが終了して通常モードに戻るまで、ブロック１６１４に戻る。
【0175】
制御装置が、ＩＴ負荷３１０の残りの電力需要を満たすために使用される量を超える、整流パス上のパワーモジュール１２の残っている出力がないと判定した場合、プロセスは、フェイルモードが終了して通常モードに戻るまで、ブロック１６１４に戻る。制御装置が、電力貯蔵装置４０２を再充電する必要がない（すなわち、充電が充電閾値を超え、判定ブロック１６２２＝「はい」）と判定した場合、プロセスは、フェイルモードが終了して通常モードに戻るまで、ブロック１６１４に戻る。
【0176】
前述の方法の説明及び図は、単に例示的な例として提供されており、様々な実施形態のステップが提示された順序で実行されなければならないことを要求又は暗示することを意図するものではない。当業者によって理解されるように、前述の実施形態におけるステップの順序は、任意の順序で実行され得る。さらに、「その後」、「それから」、「次へ」などの用語は、ステップの順序を制限することを意図したものではない。つまり、これらの用語は、単に方法の説明を通して読み手をガイドするために用いたものである。例示的な実施形態を説明するために、１つ又は複数の図を用いた。図の使用は、実行されるオペレーションの順序に関して制限することを意味するものではない。例示的な実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示した。開示された正確な形態に関して網羅的又は限定的であることを意図するものではなく、上記の教示に照らして修正及び変形が可能であるか、又は開示された実施形態の実施から取得され得る。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲及びそれらの均等物によって明らかになることが意図される。
【0177】
制御装置３１０及び本明細書に記載の接続されたコントローラを含む制御要素は、特定の機能を実行するための命令でプログラムされたプログラム可能なプロセッサ、メモリ及び他の構成要素を含むコンピューティングデバイス（コンピュータなど）を使用して実現することができ、又は、特定された機能を実行するように設計されたプロセッサで実現することができる。プロセッサは、任意のプログラム可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はマルチプロセッサチップ、又は本明細書に記載の様々な実施形態の機能を含む様々な機能を実行するためのソフトウェア命令（アプリケーション）によって構成することができるチップであってもよい。いくつかのコンピューティングデバイスでは、マルチプロセッサが提供され得る。通常、ソフトウェアアプリケーションは、アクセスされてプロセッサにロードされる前に、内部メモリに格納され得る。いくつかのコンピューティングデバイスでは、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を格納するのに十分な内部メモリを含むことができる。
【0178】
本明細書に開示される実施形態に関連して説明された様々な例示の論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組み合わせとして実現され得る。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に説明するために、様々な例示の構成要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、それらの機能の観点から一般的に上で説明した。このような機能性がハードウェアとして実現されるか又はソフトウェアとして実現されるかは、特定の用途とシステム全体に課せられる設計上の制約に依存する。当業者は、特定の用途ごとに、様々な方法で、記載の機能性を実現することができるが、そのような実現の決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
【0179】
本明細書で開示された態様に関連して記載された様々な例示のロジック、論理ブロック、モジュール、及び回路を実現するために使用されるハードウェアは、本明細書に記載の機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の組み合わせであってよい又は含んでよい制御装置を用いて実現され得る又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替で、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせとして、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する1つ又は複数のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成の組み合わせとして実現することができる。あるいは、いくつかのブロック又は方法は、所与の機能に特有の回路によって実行されてもよい。
【0180】
開示した実施形態の前述の説明は、当業者が、記載の実施形態を成すか又は使用できるようにするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変更は当業者には容易に明らかであり、本明細書に明記される包括的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の態様に適用することができる。したがって、本願請求の範囲は、本明細書に示した実施形態に限定されることを意図するものではなく、請求項の記載及び本明細書に開示される原理及び新規の特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるべきである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】