特表 2024-526452 複数の電力変換器の電力制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-18

(54)【発明の名称】複数の電力変換器の電力制御

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240710BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 W

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024503625

(86)(22)【出願日】2022-07-22

(85)【翻訳文提出日】2024-03-11

(86)【国際出願番号】 EP2022070684

(87)【国際公開番号】W WO2023002040

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】202110831477.4

(32)【優先日】2021-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】21188898.7

(32)【優先日】2021-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユアン，チュンミン

(72)【発明者】

【氏名】シュタインク，ユルゲン

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730BB26

5H730BB27

5H730BB82

5H730BB88

5H730CC01

5H730DD03

5H730DD16

5H730EE07

5H730EE13

5H730FF09

5H730FG05

(57)【要約】

本開示は、共通の電力変換器を構成する複数の電力変換器の電力制御方法であって、本方法は、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定することと、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を停止させることと、を含む。本開示はまた、電力制御のための対応する装置に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通の電力変換器を構成する複数の電力変換器の電力制御方法であって、前記方法は、
前記共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、前記複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定することと、
前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を停止させることと
を含む、方法。

【請求項2】

前記共通の電力変換器の入力または出力における前記少なくとも１つの負荷状態は、前記共通の電力変換器の伝送電力または前記少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比のうちの少なくとも１つであり、特に、電力変換器の数を決定することは、前記共通の電力変換器の前記伝送電力および前記少なくとも１つの共通の電力変換器の前記電圧比に基づく、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

設定期間後、特に前記共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている前記電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない前記複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換することを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記設定期間後、特に前記共通の電力変圧器の前記少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変圧器の前記１つのデューティサイクル後に、前記少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つの負荷状態を監視することと、前記共通の電力変換器の前記監視された少なくとも１つの負荷状態に基づいて前記複数の電力変換器のうちの停止させる前記電力変換器の数を繰り返し決定することと、前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を繰り返し停止させることと、をさらに含む、請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記複数の変換器は、ソリッドステート変換器からなるか、またはソリッドステート変換器を備える、請求項１～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記複数の変換器は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、マトリクス変換器、中性点クランプ型変換器、フライングコンデンサ変換器、カスケードＨブリッジ変換器、またはモジュラマルチレベル変換器のうちの少なくとも１つを備える、請求項１～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記複数の変換器は、前記共通変換器が直列入力および並列出力、直列入力および直列出力、または並列入力および並列出力のうちの少なくとも１つを有するように配置されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記決定された数の電力変換器を前記停止させることは、停止させる前記電力変換器の共振サイクルの半周期内にゼロＡＣ電圧またはＤＣ電圧を生成することによって実行される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記決定された数の電力変換器を前記停止させることは、停止させる前記電力変換器のＡＣサイクルの半周期内にゼロＡＣ電圧を生成することによって実行される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

複数の電力変換器の電力制御のためのコントローラであって、前記システムコントローラは、
前記共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、前記複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定し、
前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を停止させるように構成されたプロセッサを備える、コントローラ。

【請求項12】

前記共通の電力変換器の入力または出力における前記少なくとも１つの負荷状態は、前記共通の電力変換器の伝送電力または前記少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比のうちの少なくとも１つであり、特に、電力変換器の数を決定することは、前記共通の電力変換器の前記伝送電力および前記少なくとも１つの共通の電力変換器の前記電圧比に基づく、請求項１１に記載のコントローラ。

【請求項13】

前記プロセッサは、設定期間後、特に前記共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている前記電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない前記複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換するようにさらに構成されている、請求項１１または１２に記載のコントローラ。

【請求項14】

前記プロセッサは、前記設定期間後、特に前記共通の電力変圧器の前記少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変圧器の前記１つのデューティサイクル後に、前記少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動するようにさらに構成されている、請求項１３に記載のコントローラ。

【請求項15】

前記コントローラは、前記少なくとも１つの負荷状態を監視するようにさらに構成され、前記プロセッサは、前記共通の電力変換器の前記監視された少なくとも１つの負荷状態に基づいて前記複数の電力変換器のうちの停止させる前記電力変換器の数を繰り返し決定し、前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を繰り返し停止させるように構成されている、請求項１１～１４のいずれか１項に記載のコントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
本開示は、複数の電力変換器の電力制御方法および電力制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ソリッドステート変圧器（SST）は、様々な負荷状態の用途に広く使用されている制御可能な電力変換器である。データセンタおよびEV充電ステーションなどのいくつかの用途では、SSTは広い電力および電圧範囲を必要とする。例えば、全電力を伝送するように設計されたSSTは、設計された全電力のほんの一部、すなわち設計された全電力の３０％のみを伝送するために負荷によって必要とされ得る。

【0003】

設計された全電力に対して低い電力を伝送する電力変換器は、最高の電力効率を達成できない場合がある。電力効率は、電力変換器の出力と入力との間の伝送電力と電圧比の関数として変化する。変換器が設計された全電力伝送よりも低い電力を伝送する場合、電力効率は著しく低下する。例えば、設計された全電力を伝送する例示的な変換器は９８％の効率を達成し、設計された全電力の４分の１を伝送する例示的な変換器は８２％の効率を達成する。

【0004】

このため、電力変換器が設計された全電力に対して低い電力を伝送する場合の電力伝送効率を向上させることが求められている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、複数の電力変換器の電力制御方法に関する。
本明細書で開示される本開示の様々な例示的な実施形態は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって容易に明らかになる特徴を提供することを対象とする。様々な実施形態によれば、例示的なシステム、方法、およびデバイスが本明細書に開示される。しかしながら、これらの実施形態は限定ではなく例として提示されていることが理解され、本開示を読んだ当業者には、開示された実施形態に対する様々な修正が本開示の範囲内に留まりながら行われ得ることが明らかであろう。

【0006】

したがって、本開示は、本明細書に記載および図示された例示的な実施形態および用途に限定されない。さらに、本明細書に開示される方法におけることの特定の順序および／または階層は、単なる例示的な手法である。設計の選好に基づいて、開示された方法またはプロセスのことの特定の順序または階層は、本開示の範囲内に留まりながら再配置することができる。したがって、当業者であれば、本明細書に開示される方法および技術は、サンプルの順序で様々なことまたは動作を提示し、本開示は、特に明記されない限り、提示される特定の順序または階層に限定されないことを理解するであろう。

【0007】

上記および他の態様ならびにそれらの実施態様は、図面、説明、および特許請求の範囲においてより詳細に説明される。

【0008】

図面の説明

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1a】本開示の実施形態によるフローチャートを示す。

【図1b】本開示の実施形態によるフローチャートを示す。

【図2】本開示の一実施形態による例示的な複数の電力変換器を示し、特に、複数の電力変換器は、直列入力並列出力トポロジで相互接続され、共通変換器を形成する。

【図3a】本開示の実施形態による様々なトポロジ構成の例示的な電力変換器を示す。

【図3b】本開示の実施形態による様々なトポロジ構成の例示的な電力変換器を示す。

【図3c】本開示の実施形態による様々なトポロジ構成の例示的な電力変換器を示す。

【図4】本開示の一実施形態による複数の電力変換器、特にデュアルアクティブブリッジ（DAB）電力変換器の例示的な電力変換器アーキテクチャを示す。

【図5】特に図１ｂおよび図２に示す、本開示の一実施形態による複数の電力変換器の例示的な動作状態を示す。

【図6】複数の電力変換器の伝送電力と電圧比に対する複数の電力変換器の電力伝送効率の例示的なシミュレーション結果を示す。

【図7】例示的なコントローラと、直列入力並列出力トポロジで相互接続された複数の電力変換器とを示し、複数の電力変換器のうちの各電力変換器は、変換器コントローラを備える。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の例示的な実施形態について説明する。記載された実施形態のいずれか１つのいくつかの態様は、特に明記されない限りまたは明らかでない限り、いくつかの他の実施形態にも見られ得ることに留意されたい。しかしながら、了解度を高めるために、各態様は、最初に言及されたときにのみ詳細に説明され、同じ態様の繰り返しの説明は省略される。

【0011】

本開示は、共通の電力変換器を構成する複数の電力変換器の電力制御方法であって、本方法は、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定することと、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を停止させることと、を含む。

【0012】

一実施形態によれば、共通の電力変換器の入力または出力における少なくとも１つの負荷状態は、共通の電力変換器の伝送電力または少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比のうちの少なくとも１つであり、特に、電力変換器の数を決定することは、共通の電力変換器の伝送電力および少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比に基づく。

【0013】

一実施形態によれば、本方法は、設定期間後、特に共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換することをさらに含む。一実施形態によれば、交換は後で実行されてもよい。一実施形態によれば、交換は同時に実行される。

【0014】

一実施形態によれば、本方法は、設定期間後、特に共通の電力変圧器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動することをさらに含む。一実施形態によれば、交換および再起動は、後で実行されてもよい。一実施形態によれば、交換および再起動は同時に実行されてもよい。

【0015】

一実施形態によれば、設定期間は外部基準クロックである。
一実施形態によれば、設定期間は、非同期またはイベント駆動クロックである。

【0016】

一実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの負荷状態を監視することと、共通の電力変換器の監視された少なくとも１つの負荷状態に基づいて複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を繰り返し決定することと、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を繰り返し停止させることと、をさらに含む。

【0017】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ソリッドステート変換器からなるか、またはソリッドステート変換器を備える。

【0018】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、マトリクス変換器、中性点クランプ型変換器、フライングコンデンサ変換器、カスケードHブリッジ変換器、またはモジュラマルチレベル変換器のうちの少なくとも１つを備える。

【0019】

一実施形態によれば、複数の変換器は、DC／DC変換器、特にAC／DC整流器、中周波変圧器、およびDC／ACインバータを備える絶縁DC／DC変換器である。

【0020】

一実施形態によれば、複数の変換器は、共通変換器が直列入力および並列出力、直列入力および直列出力、または並列入力および並列出力のうちの少なくとも１つを有するように配置される。

【0021】

一実施形態によれば、決定された数の電力変換器の停止は、停止させる電力変換器の共振サイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって実行される。

【0022】

一実施形態によれば、決定された数の電力変換器の停止は、停止させる電力変換器のACサイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって実行される。

【0023】

本開示はまた、複数の電力変換器の電力制御のためのコントローラに関し、システムコントローラは、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定し、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を停止させるように構成されたプロセッサを備える。

【0024】

一実施形態によれば、共通の電力変換器の入力または出力における少なくとも１つの負荷状態は、共通の電力変換器の伝送電力または少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比のうちの少なくとも１つであり、特に、電力変換器の数を決定することは、共通の電力変換器の伝送電力および少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比に基づく。

【0025】

一実施形態によれば、プロセッサは、設定期間後、特に共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換するように構成される。一実施形態によれば、交換は後で実行されてもよい。一実施形態によれば、交換は同時に実行される。

【0026】

一実施形態によれば、プロセッサは、設定期間後、特に共通の電力変圧器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動するように構成される。一実施形態によれば、交換および再起動は、後で実行されてもよい。一実施形態によれば、交換および再起動は同時に実行されてもよい。

【0027】

一実施形態によれば、設定期間は外部基準クロックである。
一実施形態によれば、設定期間は、非同期またはイベント駆動クロックである。

【0028】

一実施形態によれば、コントローラは、少なくとも１つの負荷状態を監視するように構成され、プロセッサは、共通の電力変換器の監視された少なくとも１つの負荷状態に基づいて複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を繰り返し決定し、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を繰り返し停止させるように構成される。監視は、コントローラに入力されるそれぞれの入力信号によって実行され得ることが当業者には理解される。

【0029】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ソリッドステート変換器からなるか、またはソリッドステート変換器を備える。

【0030】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、マトリクス変換器、中性点クランプ型変換器、フライングコンデンサ変換器、カスケードHブリッジ変換器、またはモジュラマルチレベル変換器のうちの少なくとも１つを備える。

【0031】

一実施形態によれば、複数の変換器は、DC／DC変換器、特にAC／DC整流器、中周波変圧器、およびDC／ACインバータを備える絶縁DC／DC変換器である。

【0032】

一実施形態によれば、複数の変換器は、共通変換器が直列入力および並列出力、直列入力および直列出力、または並列入力および並列出力のうちの少なくとも１つを有するように配置される。

【0033】

一実施形態によれば、プロセッサは、停止させる電力変換器の共振サイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって、決定された数の電力変換器を停止させるように構成される。

【0034】

一実施形態によれば、プロセッサは、停止させる電力変換器のACサイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって、決定された数の電力変換器を停止させるように構成される。

【0035】

本開示はまた、上述の実施形態のいずれか１つによるコントローラと、上述の実施形態のいずれか１つによる複数の電力変換器の電力制御方法を実行するための複数の電力変換器とを備えるシステムに関する。

【0036】

図１ａおよび図１ｂは、本開示の実施形態によるフローチャートを示す。特に、図１ａに示す実施形態では、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数が決定される（１０１）。次に、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を停止させる（１０２）。

【0037】

図１ｂに示す実施形態では、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態に基づいて、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数が決定される（１５１）。停止された電力変換器のうちの少なくとも１つは、設定期間後に停止されていない複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換される（１５２）。複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器が停止される（１５３）。少なくとも１つの交換された電力変換器は、設定期間後に再起動される（１５４）。なお、交換、停止、再起動は、後で行ってもよいし、同時に行ってもよい。

【0038】

図１ｂに示す実施形態における「交換」という用語は、電力変換器間の１対１の対応に限定されない。すなわち、停止されている少なくとも１つの電力変換器の数は、交換する少なくとも１つの電力変換器の数と同じであっても異なっていてもよい。

【0039】

図１ｂに示す実施形態における「交換」という用語は、特に、複数の電力変換器のうちの起動および停止させるべき電力変換器の組合せを決定することを指す。

【0040】

一実施形態によれば、停止させる電力変換器の数は、整数であり、０以上、特に１より大きく、複数の電力変換器の数よりも小さい。

【0041】

一実施形態によれば、設定期間は、共通電力の少なくとも１つのデューティサイクル、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクルの後である。一実施形態によれば、設定期間は外部基準クロックである。

【0042】

一実施形態によれば、設定期間は、非同期またはイベント駆動クロックである。
一実施形態によれば、共通の電力変換器の少なくとも１つの負荷状態は、共通の電力変換器の入力または出力における伝送電力または少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比のうちの少なくとも１つであり、特に、電力変換器の数を決定することは、共通の電力変換器の伝送電力および少なくとも１つの共通の電力変換器の電圧比に基づく。

【0043】

一実施形態によれば、本方法は、設定期間後、特に共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換することと、少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動することと、をさらに含む。

【0044】

一実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの負荷状態を監視することと、共通の電力変換器の監視された少なくとも１つの負荷状態に基づいて複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を繰り返し決定することと、複数の電力変換器のうちの決定された数の電力変換器を繰り返し停止させることと、をさらに含む。

【0045】

図２に示す実施形態では、４つの電力変換器２１１～２１４が直列入力および並列出力トポロジで相互接続され、相互接続された４つの電力変換器２１１～２１４は共通の電力変換器２００を形成する。共通変換器の入力電圧２０１は、共通変換器２００を介して共通変換器の出力電圧２０２に変換される。

【0046】

当業者であれば、共通変換器２００を逆モードで使用できることを理解するであろう。すなわち、出力における電圧を入力における電圧に変換することができる。

【0047】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ソリッドステート変換器からなるか、またはソリッドステート変換器を備える。

【0048】

一実施形態によれば、複数の変換器は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、マトリクス変換器、中性点クランプ型変換器、フライングコンデンサ変換器、カスケードHブリッジ変換器、またはモジュラマルチレベル変換器のうちの少なくとも１つを備える。

【0049】

一実施形態によれば、複数の変換器は、DC／DC変換器、特にAC／DC整流器、中周波変圧器、およびDC／ACインバータを備える絶縁DC／DC変換器である。

【0050】

一実施形態によれば、複数の変換器は、共通変換器が直列入力および並列出力、直列入力および直列出力、または並列入力および並列出力のうちの少なくとも１つを有するように配置される。

【0051】

図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、本開示の実施形態による様々なトポロジ構成の例示的な電力変換器を示す。図３ａに示すn個の電力変換器３１１～３１nは、直列入力並列出力トポロジで相互接続され、相互接続された複数の電力変換器はDC／DC共通変換器を形成する。n個の電力変換器３１１～３１nの各々は、DC／ACインバータ３５１と、変圧器３５２と、AC／DC整流器３５３とを備える。

【0052】

図３ｂに示すn個の電力変換器３２１～３２nは、直列入力直列出力トポロジで相互接続され、相互接続された複数の電力変換器はDC／DC共通変換器を形成する。n個の電力変換器３２１～３２nの各々は、DC／ACインバータ３６１と、変圧器３６２と、AC／DC整流器３６３とを備える。図３ｃに示すn個の電力変換器３３１～３３nは、並列入力並列出力トポロジで相互接続され、相互接続された複数の電力変換器はDC／DC共通変換器を形成する。n個の電力変換器３３１～３３nの各々は、DC／ACインバータ３７１と、変圧器３７２と、AC／DC整流器３７３とを備える。

【0053】

図４は、複数の電力変換器、特にデュアルアクティブブリッジ（DAB）電力変換器、より具体的には変換器の変圧器４１０、入力に１次フルブリッジ４２０、および出力に２次フルブリッジ４３０を備えるDABの例示的な電力変換器アーキテクチャを示す。変圧器４１０は、１次フルブリッジ４２０および２次ブリッジ４３０の両方に接続される。１次フルブリッジ４２０は、フルブリッジを形成するためにそれぞれの４つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）Q１～Q４に並列に接続された４つのダイオードD１～D４を備える。１次フルブリッジ４２０は、入力コンデンサ４４０に接続されている。２次フルブリッジ４３０は、フルブリッジを形成するためにそれぞれの４つのIGBT Q５～Q８に並列に接続された４つのダイオードD５～D８を備える。２次フルブリッジ４３０は、出力コンデンサ４５０に接続されている。図５に示す実施形態では、４つの動作状態５１１～５１４は、図２に示す実施形態のそれぞれの電力変換器２１１～２１４の動作状態を表し、図１ｂに示す実施形態の方法に従う。ｔ_ｏまでの時間インスタンスの間、複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数は、共通の電力変換器２００の入力または出力における少なくとも１つの負荷状態に基づいて決定される。図５に示す例示的な実施形態では、停止させる電力変換器の数は、時間範囲ｔ_ｏ_<ｔ＜ｔ_１に対して２である。ｔ_ｏにおいて、第３の電力変換器２１３および第４の電力変換器２１４が停止され、第１の電力変換器２１１および第２の電力変換器２１２が起動される。同様に、時間範囲ｔ_ｏ_<ｔ＜ｔ_１の間、共通の電力変換器２００の入力または出力における少なくとも１つの負荷状態に基づいて、後続の時間範囲ｔ_１_<ｔ＜ｔ_２のために停止させる電力変換器の数は、この例示的な実施形態では２であると決定される。時間範囲ｔ_ｏ_<ｔ＜ｔ_１の間停止される第３の電力変換器２１３は、第１の電力変換器２１１に交換される。ｔ_１において、第２の電力変換器２１２および第３の電力変換器２１３が停止され、交換された第３の電力変換器２１３が再起動される。ここでも、時間範囲ｔ_１_<ｔ＜ｔ_２の間、共通の電力変換器２００の入力または出力における少なくとも１つの負荷状態に基づいて、次の時間範囲ｔ_２_<ｔ＜ｔ_３の間に停止させる電力変換器の数は、この例示的な実施形態では３であると決定される。時間範囲ｔ_１_<ｔ＜ｔ_２の間停止される第１の電力変換器２１１および第４の電力変換器２１４は、第２の電力変換器２１２に交換される。ｔ_２において、第２の電力変換器２１２が停止され、交換された第１の電力変換器２１１および第３の電力変換器２１４が再起動される。

【0054】

少なくとも１つの起動された電力変換器は共通の電力変換器の電力伝送に寄与し、停止された電力変換器は共通の電力変換器の電力伝送に寄与しないことが当業者によって理解される。すなわち、電力変換器の起動および停止の結果として、共通の電力変換器の電力伝送が変化する。

【0055】

一実施形態によれば、設定期間後に複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの停止された電力変換器を複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの起動された電力変換器と交換することは、複数の電力変換器の任意の可能な組合せを起動および停止させることができる。

【0056】

一実施形態によれば、本方法は、設定期間後、特に共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動することをさらに含む。

【0057】

一実施形態によれば、決定された数の電力変換器の停止は、停止させる電力変換器の共振サイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって実行される。

【0058】

一実施形態によれば、決定された数の電力変換器の停止は、停止させる電力変換器のACサイクルの半周期内にゼロAC電圧またはDC電圧を生成することによって実行される。

【0059】

本開示の一実施形態によれば、停止させる電力変換器の数は、以下のように計算することができる。

【0060】

【数1】

【0061】

ここで、n_deactおよびn_pcは、停止させるセル／電力変換器の数と電力変換器の総数とをそれぞれ示し、P_com、P_op ^,およびPη_optは、共通の電力変換器の総伝送可能電力、共通の電力変換器の動作電力、および共通の電力変換器の電力伝送効率が最も高いときの共通の電力変換器の最適電力をそれぞれ示す。

【0062】

本開示の一実施形態によれば、電力変換器の電力伝送効率は、電力変換器の電圧比および伝送電力の関数である。

【0063】

本開示の一実施形態によれば、電力変換器、特に変圧器を備える絶縁電力変換器の電圧比は、以下のように計算することができる。

【0064】

【数2】

【0065】

式中、d、n_TR、V_outおよびV_inは、電力変換器の電圧比、変圧器の巻数比、電力変換器の出力電圧、および電力変換器の入力電圧をそれぞれ示す。

【0066】

本開示の一実施形態によれば、共通の電力変換器の最適電力Pη_optは、電力変換器の電力伝送効率に基づいて計算される。

【0067】

図６は、本開示の一実施形態による複数の電力変換器の伝送電力と電圧比に対する複数の電力変換器の電力伝送効率の例示的なシミュレーション結果を示す。図６に示す複数の電力変換器の電力伝送は、複数の電力変換器によって形成される共通の電力変換器の電力伝送と等価である。シミュレーションに使用される複数の電力変換器は、シリコン絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Si－IGBT）ベースのデュアルアクティブブリッジ（DAB）電力変換器であり、各々が変圧器の同一の巻数比を有する変圧器を備える。電圧比d＝０．８、d＝１．０、およびd＝１．１は、式（２）によって計算され、それぞれ電力伝送効率曲線６１１～６１３に対応する。電力伝送効率曲線６１１～６１３は、伝送電力が減少するにつれて複数の電力変換器の電力伝送効率が低下することを示している。電力伝送効率が最も高くなる最適電力は、各電圧比の電力伝送効率曲線６１１～６１３に基づいて計算することができる。

【0068】

複数の電力変換器のタイプまたは組合せは、SI－IGBTベースのDAB電力変換器に限定されないことが当業者によって理解される。

【0069】

図７は、例示的な変換器と、直列入力並列出力トポロジで相互接続された複数の電力変換器とを示し、複数の電力変換器のうちの各電力変換器は、変換器コントローラを備える。図７に示すn個の電力変換器７１１～７１nは、直列入力並列出力トポロジで相互接続され、相互接続された複数の電力変換器はDC／DC共通変換器を形成する。n個の電力変換器７１１～７１nの各々は、DC／ACインバータ、変圧器、AC／DC整流器、およびそれぞれの変換器コントローラ７２１～７２nを備える。コントローラ７３０は、変換器コントローラ７２１～７２nの各々を制御し、変換器コントローラは、それぞれの電力変換器を制御して、それぞれの電力変換器を起動、停止、および再起動する。

【0070】

変換器コントローラ７２１～７２nは、コントローラ７３０の一部として実装されてもよいことが当業者には理解される。

【0071】

以上、本開示の様々な実施形態について説明したが、それらは限定ではなく例としてのみ提示されていることを理解されたい。同様に、様々な図は、当業者が本開示の例示的な特徴および機能を理解することを可能にするために提供される例示的なアーキテクチャまたは構成を示すことができる。しかしながら、そのような当業者は、本開示が図示された例示的なアーキテクチャまたは構成に限定されず、様々な代替的なアーキテクチャおよび構成を使用して実施することができることを理解するであろう。さらに、当業者によって理解されるように、一実施形態の１つまたは複数の特徴は、本明細書に記載の別の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができる。したがって、本開示の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。

【0072】

また、「第１」、「第２」などの指定を使用する本明細書における要素へのいかなる言及も、一般に、それらの要素の量または順序を限定するものではないことも理解される。むしろ、これらの名称は、本明細書において、２つ以上の要素または要素の例を区別する便利な手段として使用することができる。したがって、第１および第２の要素への言及は、２つの要素のみが使用され得ること、または第１の要素が何らかの方法で第２の要素の前になければならないことを意味しない。

【0073】

さらに、当業者は、情報および信号が様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するであろう。例えば、上記の説明を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、およびシンボルは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは粒子、光場もしくは粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。

【0074】

当業者であればさらに、本明細書に開示された態様に関連して記載された様々な例示的な論理ブロック、ユニット、プロセッサ、手段、回路、方法、および機能のいずれも、電子ハードウェア（例えば、デジタル実装、アナログ実装、または２つの組合せ）、ファームウェア、命令を組み込んだ様々な形態のプログラムまたは設計コード（本明細書では、便宜上、「ソフトウェア」または「ソフトウェアユニット」と言及されることができる）、またはこれらの技術の任意の組合せによって実現することができることを理解するであろう。

【0075】

ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアとのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、ユニット、回路、および工程が、それらの機能に関して一般的に上述されている。そのような機能がハードウェア、ファームウェア、もしくはソフトウェア、またはこれらの技術の組合せとして実装されるかどうかは、特定の用途およびシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者は、説明された機能を特定の用途ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装決定は、本開示の範囲から逸脱すると解釈されるべきではない。様々な実施形態によれば、プロセッサ、デバイス、構成要素、回路、構造、機械、ユニットなどは、本明細書に記載の機能の１つまたは複数を実行するように構成することができる。指定された動作または機能に関して本明細書で使用される「ために構成された」または「ように構成された」という用語は、指定された動作または機能を実行するように物理的に構築、プログラムおよび／または配置されたプロセッサ、デバイス、構成要素、回路、構造、機械、ユニットなどを指す。

【0076】

さらに、当業者であれば、本明細書に記載の様々な例示的な方法、論理ブロック、ユニット、デバイス、構成要素および回路を、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（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）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、またはそれらの任意の組合せを含むことができる集積回路（IC）内に実装することができ、またはそれによって実行することができることを理解するであろう。論理ブロック、ユニット、および回路は、ネットワーク内またはデバイス内の様々な構成要素と通信するためのアンテナおよび／またはトランシーバをさらに含むことができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替例では、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、またはステートマシンとすることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または、本明細書に記載された機能を実行するためのその他の任意の適切な構成として実装することができる。ソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の命令またはコードとして記憶することができる。したがって、本明細書に開示される方法またはアルゴリズムの工程は、コンピュータ可読媒体に記憶されたソフトウェアとして実施することができる。

【0077】

コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムまたはコードをある場所から別の場所に転送することを可能にすることができる任意の媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体とすることができる。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD－ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。

【0078】

さらに、本開示の実施形態では、メモリまたは他の記憶装置、ならびに通信構成要素を使用することができる。明確にするために、上記の説明は、異なる機能ユニットおよびプロセッサを参照して本開示の実施形態を説明したことが理解されよう。しかしながら、本開示を損なうことなく、異なる機能ユニット、処理論理要素またはドメイン間の機能性の任意の適切な分配を使用できることは明らかであろう。例えば、別個の処理論理要素またはコントローラによって実行されるように示されている機能は、同じ処理論理要素またはコントローラによって実行されてもよい。したがって、特定の機能ユニットへの言及は、厳密な論理的または物理的な構造または組織を示すのではなく、記載された機能を提供するための適切な手段への言及にすぎない。

【0079】

本開示に記載された実施態様に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義された一般原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用することができる。したがって、本開示は、本明細書に示される実施態様に限定されることを意図するものではなく、以下の特許請求の範囲に記載される、本明細書に開示される新規の特徴および原理と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通の電力変換器を構成する複数の電力変換器の電力制御方法であって、前記方法は、
前記共通の電力変換器の負荷状態に基づいて、前記複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定することであって、前記負荷状態は、前記共通の電力変換器の伝送電力と、少なくとも１つの前記共通の電力変換器の電圧比とである、決定することと、
前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を停止させることと
を含む、方法。

【請求項2】

設定期間後、特に前記共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている前記電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない前記複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記設定期間後、特に前記共通の電力変圧器の前記少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変圧器の前記１つのデューティサイクル後に、前記少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記負荷状態を監視することと、前記共通の電力変換器の前記監視された負荷状態に基づいて前記複数の電力変換器のうちの停止させる前記電力変換器の数を繰り返し決定することと、前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を繰り返し停止させることと、をさらに含む、請求項１～３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記複数の変換器は、ソリッドステート変換器からなるか、またはソリッドステート変換器を備える、請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記複数の変換器は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、マトリクス変換器、中性点クランプ型変換器、フライングコンデンサ変換器、カスケードＨブリッジ変換器、またはモジュラマルチレベル変換器のうちの少なくとも１つを備える、請求項１～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記複数の変換器は、前記共通変換器が直列入力および並列出力、直列入力および直列出力、または並列入力および並列出力のうちの少なくとも１つを有するように配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記決定された数の電力変換器を前記停止させることは、停止させる前記電力変換器の共振サイクルの半周期内にゼロＡＣ電圧またはＤＣ電圧を生成することによって実行される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記決定された数の電力変換器を前記停止させることは、停止させる前記電力変換器のＡＣサイクルの半周期内にゼロＡＣ電圧を生成することによって実行される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

複数の電力変換器の電力制御のためのコントローラであって、前記システムコントローラは、
前記共通の電力変換器の負荷状態に基づいて、前記複数の電力変換器のうちの停止させる電力変換器の数を決定することであって、前記負荷状態は、前記共通の電力変換器の伝送電力と、少なくとも１つの前記共通の電力変換器の電圧比とである、決定することと、
前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を停止させることと
を実行するように構成されたプロセッサを備える、コントローラ。

【請求項11】

前記プロセッサは、設定期間後、特に前記共通の電力変換器の少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変換器の１つのデューティサイクル後に、停止されている前記電力変換器のうちの少なくとも１つを、停止されていない前記複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの他の電力変換器と交換するようにさらに構成されている、請求項１０に記載のコントローラ。

【請求項12】

前記プロセッサは、前記設定期間後、特に前記共通の電力変圧器の前記少なくとも１つのデューティサイクル後、より具体的には前記共通の電力変圧器の前記１つのデューティサイクル後に、前記少なくとも１つの交換された電力変換器を再起動するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のコントローラ。

【請求項13】

前記コントローラは、前記負荷状態を監視するようにさらに構成され、前記プロセッサは、前記共通の電力変換器の前記監視された負荷状態に基づいて前記複数の電力変換器のうちの停止させる前記電力変換器の数を繰り返し決定し、前記複数の電力変換器のうちの前記決定された数の電力変換器を繰り返し停止させるように構成されている、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のコントローラ。

【国際調査報告】