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特表2024-528539再構成可能アレイを有するモジュールベースのカスケード式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法
(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】2024-07-30
(54)【発明の名称】再構成可能アレイを有するモジュールベースのカスケード式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240723BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 302C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023580743
(86)(22)【出願日】2022-07-01
(85)【翻訳文提出日】2024-02-21
(86)【国際出願番号】 US2022035913
(87)【国際公開番号】W WO2023278822
(87)【国際公開日】2023-01-05
(31)【優先権主張番号】63/217,871
(32)【優先日】2021-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/255,425
(32)【優先日】2021-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＳＩＭＵＬＩＮＫ
２．ＰＹＴＨＯＮ
３．ＳＷＩＦＴ
４．ＶＥＲＩＬＯＧ
(71)【出願人】
【識別番号】515056990
【氏名又は名称】ティーエーイー テクノロジーズ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】スレプチェンコフ， ミハイル
(72)【発明者】
【氏名】ナデリ， ルーズベ
(72)【発明者】
【氏名】カドリ， ロミ
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA03
5G503BA04
5G503CA01
5G503CA11
5G503CC02
5G503DA02
5G503FA03
5G503FA06
5G503GB03
5G503GB06
5G503GD04
(57)【要約】
電力を貯蔵および放電するために、カスケード方式で配置される複数のモジュールを有するエネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に提供される。各モジュールは、エネルギー源と、エネルギー源をシステム内の他のモジュールに選択的に結合するコンバータ回路網とを含む。モジュールは、次に、システムにＡＣエンティティまたはＤＣエンティティのいずれかとインターフェースで接続するために再構成可能に接続され得る直列アレイに配置されることができる。再構成可能アレイを有する移動充電ステーションも、開示される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギー貯蔵システムであって、前記エネルギー貯蔵システムは、複数のアレイであって、各アレイは、一緒に電気的に接続された少なくとも２つのモジュールを備え、各アレイは、少なくとも２つのモジュールの各々からの出力電圧の重ね合わせを含む累積的電圧信号を備えている出力し、前記モジュールの各々は、コンバータに接続されたエネルギー源を備え、前記コンバータは、前記エネルギー源から前記出力電圧を選択的に発生させるように構成されている、複数のアレイと、
複数のスイッチと、
前記累積的電圧信号を発生させるように前記複数のアレイのモジュールを制御するように構成された制御システムと
を備え、
前記制御システムは、前記累積的電圧信号がＤＣエンティティまたはＡＣエンティティのいずれかに出力されるように、前記複数のスイッチを制御するように構成されている、エネルギー貯蔵システム。
【請求項2】
前記複数のアレイは、前記制御システムが前記ＡＣエンティティから電力を受け取るために、またはそれに電力を出力するために、前記第１のアレイと前記第２のアレイとを並列に設置するように前記複数のスイッチを制御するように構成されるように、接続された第１のアレイと第２のアレイとを含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項3】
前記制御システムは、前記ＤＣエンティティから電力を受け取るために、またはそれに電力を出力するために、前記第１のアレイと前記第２のアレイとを直列に設置するように前記複数のスイッチを制御するように構成されている、請求項２に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項4】
前記複数のアレイは、第１のアレイ、第２のアレイ、第３のアレイ、第４のアレイ、第５のアレイ、および第６のアレイを含み、前記制御システムは、前記第１のアレイおよび前記第２のアレイを多相ＡＣインターフェースの第１のラインに接続するように前記複数のスイッチを制御するように構成され、前記制御システムは、前記第３のアレイおよび前記第４のアレイを多相ＡＣインターフェースの第２のラインに接続するように前記複数のスイッチを制御するように構成され、前記制御システムは、前記第５のアレイおよび前記第６のアレイを多相ＡＣインターフェースの第３のラインに接続するように前記複数のスイッチを制御するように構成されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項5】
前記第１のアレイと前記第２のアレイとは、前記第１のラインに接続されているとき、並列であり、前記第３のアレイと前記第４のアレイとは、前記第２のラインに接続されているとき、並列であり、前記第５のアレイと前記第６のアレイとは、前記第３のラインに接続されているとき、並列である、請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項6】
前記制御システムは、前記第１のアレイ、前記第３のアレイ、および前記第５のアレイをＤＣインターフェースの正のラインに接続し、前記第２のアレイ、前記第４のアレイ、および前記第６のアレイをＤＣインターフェースの負のラインに接続するように前記複数のスイッチを制御するように構成されている、請求項４または５に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項7】
前記ＤＣインターフェースに接続されているとき、前記第１のアレイと前記第２のアレイとは、第１のストリングを形成するように直列であり、前記第３のアレイと前記第４のアレイとは、第２のストリングを形成するように直列であり、前記第５のアレイと前記第６のアレイとは、第３のストリングを形成するように直列であり、前記第１ストリングと第２ストリングと第３のストリングは、並列である、請求項６に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項8】
移動充電ステーションであって、前記移動充電ステーションは、乗り物と、
請求項１－７のいずれかに従って構成されたエネルギー貯蔵システムと
を備えている、移動充電ステーション。
【請求項9】
電気自動車を充電するように構成されたＤＣ充電タワーおよびケーブルを備えている、請求項８に記載の移動充電ステーション。
【請求項10】
前記移動充電ステーション内の前記ＤＣ充電タワーおよび前記エネルギー貯蔵システムを露出するように構成された複数のドアを備えている、請求項９に記載の移動充電ステーション。
【請求項11】
各モジュールの前記エネルギー源を充電するために前記ＡＣエンティティとインターフェースで接続するための端子を備えている、請求項９に記載の移動充電ステーション。
【請求項12】
各モジュールの前記エネルギー源を充電するためにＤＣエンティティとインターフェースで接続するための端子を備えている、請求項９に記載の移動充電ステーション。
【請求項13】
前記エネルギー貯蔵システムが配置されたラックまたはキャビネットを備えている、請求項８に記載の移動充電ステーション。
【請求項14】
方法であって、前記方法は、制御システムによって、モジュールの複数のアレイを備えているエネルギーシステムの構成を前記エネルギーシステムがＤＣエンティティまたはＡＣエンティティのうちの一方である第１のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第１の構成から、前記エネルギーシステムが前記ＤＣエンティティまたは前記ＡＣエンティティのうちの他方である第２のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第２の構成に変更するための命令または入力を受信することと、
前記制御システムによって、複数のスイッチを制御することによって、前記エネルギーシステムの構成を前記第１の構成から前記第２の構成に変更することと
を含む、方法。
【請求項15】
各アレイは、一緒に電気的に接続された少なくとも２つのモジュールを備え、各アレイは、前記少なくとも２つのモジュールの各々からの出力電圧の重ね合わせを備えている累積的電圧信号を出力し、前記モジュールの各々は、コンバータに接続されたエネルギー源を備え、前記コンバータは、前記エネルギー源から前記出力電圧を選択的に発生させるように構成されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記制御システムは、外部制御デバイスから前記入力を受信する、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項17】
前記複数のアレイは、第１のアレイと第２のアレイとを含み、前記複数のスイッチを制御することは、前記第２のエンティティが前記ＡＣエンティティであるとき、前記第１のアレイと前記第２のアレイとを並列に設置することを含む、請求項１４－１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
前記複数のアレイは、第１のアレイと第２のアレイとを含み、前記複数のスイッチを制御することは、前記第２のエンティティが前記ＤＣエンティティであるとき、前記第１のアレイと前記第２のアレイとを直列に設置することを含む、請求項１４－１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
前記複数のアレイは、第１のアレイ、第２のアレイ、第３のアレイ、第４のアレイ、第５のアレイ、および第６のアレイを含み、前記複数のスイッチを制御することは、
前記第１のアレイおよび前記第２のアレイを多相ＡＣインターフェースの第１のラインに接続することと、
前記第３のアレイおよび前記第４のアレイを多相ＡＣインターフェースの第２のラインに接続することと、
前記第５のアレイおよび前記第６のアレイを多相ＡＣインターフェースの第３のラインに接続することと
を含む、請求項１４－１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
前記第１のアレイと前記第２のアレイとは、前記第１のラインに接続されているとき、並列であり、前記第３のアレイと前記第４のアレイとは、前記第２のラインに接続されているとき、並列であり、前記第５のアレイと前記第６のアレイとは、前記第３のラインに接続されているとき、並列である、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記複数のスイッチを制御することは、前記第１のアレイ、前記第３のアレイ、および前記第５のアレイをＤＣインターフェースの正のラインに接続することと、前記第２のアレイ、前記第４のアレイ、および前記第６のアレイをＤＣインターフェースの負のラインに接続することとを含む、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項22】
前記ＤＣインターフェースに接続されているとき、前記第１のアレイと前記第２のアレイとは、第１のストリングを形成するように直列であり、前記第３のアレイと前記第４のアレイとは、第２のストリングを形成するように直列であり、前記第５のアレイと前記第６のアレイとは、第３のストリングを形成するように直列であり、前記第１ストリングと第２ストリングと第３のストリングは、並列である、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記エネルギーシステムは、乗り物の上または中に配置されている、請求項１４－２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
前記制御システムは、前記乗り物のローカルインターフェースから前記入力を受信する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本願は、あらゆる目的のために、参照することによってそれらの全体として組み込まれる２０２１年７月２日に出願された米国仮出願第６３／２１７，８７１号および２０２１年１０月１３日に出願された米国仮出願第６３／２５５，４２５号の利益および優先権を主張する。
本願は、あらゆる目的のために、参照することによってそれらの全体として組み込まれる２０２１年７月２日に出願された米国仮出願第６３／２１７，８７１号および２０２１年１０月１３日に出願された米国仮出願第６３／２５５，４２５号の利益および優先権を主張する。
【0002】
（分野）
本明細書に説明される主題は、概して、種々の形式において電力を受け取ることおよび発生させることを行うための再構成可能アレイを有するモジュールベースのカスケード式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法に関する。
本明細書に説明される主題は、概して、種々の形式において電力を受け取ることおよび発生させることを行うための再構成可能アレイを有するモジュールベースのカスケード式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法に関する。
【背景技術】
【0003】
電気エネルギーをバッファーリングするためのエネルギー貯蔵システムが、今日使用されている。しかしながら、そのシステムは、典型的に、直列に接続された多数のバッテリを利用する。直列配置は、非常に非柔軟性であり、エネルギー貯蔵システムが使用され得る用途の範囲を著しく限定する。複雑かつ高価な電力変換機器が、直列エネルギーバッファーを異なる電力源にインターフェースで接続するために要求された。
【0004】
したがって、柔軟かつ効率的様式において異なる電力源とインターフェースで接続することが可能である改良されたエネルギー貯蔵システムの必要性が、存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
電力を貯蔵および放電するために、カスケード方式で配置される複数のモジュールを有するエネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に提供される。これらの複数のモジュールは、複数の直列アレイ内に配置されることができ、各アレイ内のモジュールは、アレイが、ＡＣまたはＤＣの形式において累積的電圧信号を出力することが可能であるように個々に制御されることができ、累積的電圧信号は、アレイの各モジュールによって発生させられた電圧の重ね合わせである。アレイは、アレイが、エネルギーシステムにＤＣまたはＡＣエンティティのうちのいずれかとインターフェースで接続するために再構成されることを可能にする、導体およびスイッチの配置を使用して、一緒に接続されることができる。そのような再構成は、システムが、第１のタイプ、すなわち、ＡＣまたはＤＣのいずれかの源から電力を受け取り、電力をバッファーリングし、電力をＤＣまたはＡＣエンティティに出力することを可能にする。静止および移動充電ステーション等の再構成可能アレイのための用途が、説明される。
【0006】
本明細書に説明される主題の他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点が、以下の図および詳細な説明の検討に応じて、当業者に明白であろうまたは明白な状態となるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であり、付随する請求項によって保護されることが意図される。例示的実施形態の特徴は、請求項にそれらの特徴の明瞭な列挙がない場合、いかようにも添付の請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
その構造および動作の両方に関して、本明細書に記載される主題の詳細は、同様の参照番号が同様の部品を指す、付随する図の考察によって明白であり得る。図内の構成要素は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本主題の原理を例証することに重点が置かれている。また、全ての説明図は、相対サイズ、形状、および他の詳細な属性が、文字通りに、または精密にではなく、図式的に図示され得る概念を伝えることを意図している。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【発明を実施するための形態】
【0034】
本主題が詳細に説明される前に、本開示は、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変動し得ることを理解されたい。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、本開示の範囲が添付の請求項のみによって限定されるであろうから、限定的であることを意図していない。
【0035】
モジュール型エネルギーシステムに基づく充電ステーションに関する、例示的実施形態を説明する前に、最初に、これらの基礎となるシステムをより詳細に説明することが有用である。図１Ａ－１０Ｆを参照して、以下の節は、モジュール型エネルギーシステムの実施形態が実装され得る種々の用途、モジュール型エネルギーシステムのための制御システムまたはデバイスの実施形態、充電源および負荷に対するモジュール型エネルギーシステム実施形態の構成、個々のモジュールの実施形態、システム内のモジュールの配置のためのトポロジの実施形態、制御方法論の実施形態、システム内のモジュールの平衡動作特性の実施形態、および相互接続モジュールの使用の実施形態を説明する。
（用途の例）
（用途の例）
【0036】
静止用途は、モジュール型エネルギーシステムが、使用中、固定された場所に配置されるが、それは、使用されていないとき、代替場所に輸送されることが可能であり得る。モジュールベースのエネルギーシステムは、静的場所にありながら、１つ以上の他のエンティティによる消費のための電気エネルギーを提供すること、または後の消費のためにエネルギーを貯蔵またはバッファーリングすることを行う。本明細書に開示される実施形態が使用され得る静止用途の例は、限定ではないが、以下を含む：１つ以上の居住構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の産業構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の商業用構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム、１つ以上の政府構造または場所によるまたはその中における使用のためのエネルギーシステム（軍用および非軍用の両方の使用を含む）、下で説明される移動用途を充電するためのエネルギーシステム（例えば、充電源または充電ステーション）、および貯蔵のために、太陽熱電力、風力、地熱エネルギー、化石燃料、または核反応を電気に変換するシステム。静止用途は、多くの場合、送電網およびマイクロ送電網、モータ、およびデータセンタ等の負荷に供給する。静止エネルギーシステムは、貯蔵または非貯蔵役割りのいずれかにおいて使用されることができる。
【0037】
時として、牽引用途とも称される移動用途は、概して、モジュールベースのエネルギーシステムが、エンティティ上または内に配置され、そのエンティティを移動させる、または移動させることを支援するために、モータによる原動力への変換のために電気エネルギーを貯蔵および提供するものである。本明細書に開示される実施形態が使用され得る移動エンティティの例は、限定ではないが、陸にわたって、または地下で、海にわたって、または海中で、陸または海の上方でそれと接触せずに（例えば、空中を飛行またはホバリングする）、または宇宙空間を通して移動する、電気および／またはハイブリッドエンティティを含む。本明細書に開示される実施形態が使用され得る移動エンティティの例は、限定ではないが、乗り物、列車、トラム、船、船舶、航空機、および宇宙船を含む。本明細書に開示される実施形態が使用され得る移動乗り物の例は、限定ではないが、１つのみの車輪または軌道を有するそれら、２つのみの車輪または軌道を有するそれら、３つのみの車輪または軌道を有するそれら、４つのみの車輪または軌道を有するそれら、および５つ以上の車輪または軌道を有するそれらを含む。本明細書に開示される実施形態が使用され得る移動エンティティの例は、限定ではないが、車、バス、トラック、バイク、スクータ、産業用乗り物、鉱業乗り物、飛行体（例えば、飛行機、ヘリコプタ、ドローン等）、海洋船舶（例えば、商業用運送船、船、ヨット、ボート、または他の水上乗物）、潜水艦、機関車またはレールベースの乗り物（例えば、列車、トラム等）、軍用乗り物、宇宙船、および衛星を含む。
【0038】
本明細書の実施形態を説明することにおいて、特定の静止用途（例えば、送電網、マイクロ送電網、データセンタ、クラウドコンピューティング環境）または移動用途（例えば、電気自動車）が、参照され得る。そのような参照は、解説を容易にするために行われ、特定の実施形態が、使用のためにその特定の移動または静止用途のみに限定されることを意味しない。電力をモータに提供するシステムの実施形態は、移動および静止用途の両方で使用されることができる。ある構成は、他のものと比べていくつかの用途により好適であり得るが、本明細書に開示される全ての例示的実施形態は、別様に記述されない限り、移動および静止用途の両方での使用が可能である。
（モジュールベースのエネルギーシステム例）
（モジュールベースのエネルギーシステム例）
【0039】
図１Ａは、モジュールベースのエネルギーシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。ここでは、システム１００は、通信経路またはリンク１０６－１～１０６－Ｎを介して、Ｎ個のコンバータ源モジュール１０８－１～１０８－Ｎとそれぞれ通信可能に結合された制御システム１０２を含む。モジュール１０８は、エネルギーを貯蔵し、必要に応じて、エネルギーを負荷１０１（または他のモジュール１０８）に出力するように構成される。これらの実施形態において、任意の数の２つ以上のモジュール１０８が、使用されることができる（例えば、Ｎは、２以上）。モジュール１０８は、図７Ａ－７Ｅに関してさらに詳細に説明されるであろうように、種々の様式において、互いに接続されることができる。例証を容易にするために、図１Ａ－１Ｃでは、モジュール１０８は、直列に接続されて示され、または１次元アレイとして示され、Ｎ番目のモジュールは、負荷１０１に結合されている。
【0040】
システム１００は、電力を負荷１０１に供給するように構成される。負荷１０１は、モータまたは送電網等の任意のタイプの負荷であることができる。システム１００は、充電源から受け取られる電力を貯蔵するようにも構成される。図１Ｆは、電力を充電源１５０から受け取るための電力入力インターフェース１５１と、電力を負荷１０１に出力するための電力出力インターフェースとを伴うシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。本実施形態において、システム１００は、インターフェース１５２を介して、電力を出力すると同時に、インターフェース１５１を介して、電力を受け取り、貯蔵することができる。図１Ｇは、切り替え可能インターフェース１５４を伴うシステム１００の別の例示的実施形態を描写するブロック図である。本実施形態において、システム１００は、充電源１５０から電力を受け取ることと、負荷１０１に電力を出力することとの間で選択すること、または選択するように命令されることができる。システム１００は、一次および補助負荷の両方を含む複数の負荷１０１に供給し、および／または電力を複数の充電源１５０（例えば、公共事業電力送電網およびローカル再生可能エネルギー源（例えば、太陽熱））から受け取るように構成されることができる。
【0041】
図１Ｂは、システム１００の別の例示的実施形態を描写する。ここでは、制御システム１０２は、通信経路またはリンク１１５－１～１１５－Ｎを介して、Ｎ個の異なるローカル制御デバイス（ＬＣＤ）１１４－１～１１４－Ｎとそれぞれ通信可能に結合されたマスタ制御デバイス（ＭＣＤ）１１２として実装される。各ＬＣＤ１１４－１～１１４－Ｎは、ＬＣＤ１１４とモジュール１０８との間に１：１関係が存在するように、通信経路またはリンク１１６－１～１１６－Ｎを介して、１つのモジュール１０８－１～１０８－Ｎとそれぞれ通信可能に結合される。
【0042】
図１Ｃは、システム１００の別の例示的実施形態を描写する。ここでは、ＭＣＤ１１２は、通信経路またはリンク１１５－１～１１５－Ｍを介して、Ｍ個の異なるＬＣＤ１１４－１～１１４－Ｍと通信可能にそれぞれ結合される。各ＬＣＤ１１４は、２つ以上のモジュール１０８と結合され、それらを制御することができる。ここで示される例では、各ＬＣＤ１１４は、２つのモジュール１０８と通信可能に結合され、それによって、Ｍ個のＬＣＤ１１４－１～１１４－Ｍは、それぞれ、通信経路またはリンク１１６－１～１１６－２Ｍを介して、２Ｍ個のモジュール１０８－１～１０８－２Ｍと結合される。
【0043】
制御システム１０２は、システム１００全体のための単一デバイス（例えば、図１Ａ）として構成されることができるか、または、複数のデバイスにわたって分散させられることまたはそれらとして実装されることができる（例えば、図１Ｂ－１Ｃ）。いくつかの実施形態において、制御システム１０２は、モジュール１０８に関連付けられたＬＣＤ１１４間に分散させられることができ、それによって、ＭＣＤ１１２は、必要なく、システム１００から省略され得る。
【0044】
制御システム１０２は、ソフトウェア（処理回路網によって実行可能なメモリ内に記憶された命令）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、制御を実行するように構成されることができる。制御システム１０２の１つ以上のデバイスの各々は、ここに示されるように、処理回路網１２０と、メモリ１２２とを含むことができる。処理回路網およびメモリの例示的実装は、下でさらに説明されている。
【0045】
制御システム１０２は、通信リンクまたは経路１０５を介してシステム１００の外部のデバイス１０４と通信するための通信インターフェースを有することができる。例えば、制御システム１０２（例えば、ＭＣＤ１１２）は、システム１００についてのデータまたは情報を別の制御デバイス１０４（例えば、移動用途における乗り物の電子制御ユニット（ＥＣＵ）またはモータ制御ユニット（ＭＣＵ）、静止用途における送電網コントローラ等）に出力することができる。
【0046】
通信経路またはリンク１０５、１０６、１１５、１１６、および１１８（図２Ｂ）の各々は、双方向に、並列または直列方式において、データまたは情報を通信する有線（例えば、電気、光学）または無線通信経路であることができる。データは、標準化（例えば、ＩＥＥＥ、ＡＮＳＩ）またはカスタム（例えば、専用）フォーマットで通信されることができる。自動車用途では、通信経路１１５は、ＦｌｅｘＲａｙまたはＣＡＮプロトコルに従って、通信するように構成されることができる。通信経路１０６、１１５、１１６、および１１８は、１つ以上のモジュール１０８からシステム１０２のための動作電力を直接供給するための有線電力を提供することもできる。例えば、各ＬＣＤ１１４のための動作電力は、そのＬＣＤ１１４が接続される１つ以上のモジュール１０８のみによって供給されることができ、ＭＣＤ１１２のための動作電力は、モジュール１０８のうちの１つ以上から間接的に供給されることができる（例えば、車の電力ネットワーク等を通して）。
【0047】
制御システム１０２は、モジュール１０８のうちの同じまたは異なる１つ以上のものから受信されるステータス情報に基づいて、１つ以上のモジュール１０８を制御するように構成される。制御は、負荷１０１の要件等、１つ以上の他の要因にも基づくことができる。制御可能側面は、限定ではないが、各モジュール１０８の電圧、電流、位相、および／または出力電力のうちの１つ以上を含む。
【0048】
システム１００内の全てのモジュール１０８のステータス情報は、システム１０２を制御するために通信されることができ、それらは、全てのモジュール１０８－１・・・１０８－Ｎを独立して制御することができる。他の変形例も、可能である。例えば、特定のモジュール１０８（またはモジュール１０８の一部）は、その特定のモジュール１０８（または一部）のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（または一部）ではない異なるモジュール１０８のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（または一部）以外の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づいて、その特定のモジュール１０８（または一部）のステータス情報と、その特定のモジュール１０８（または一部）ではない少なくとも１つの他のモジュール１０８のステータス情報とに基づいて、または、システム１００内の全てのモジュール１０８のステータス情報に基づいて、制御されることができる。
【0049】
ステータス情報は、各モジュール１０８の１つ以上の側面、特性、またはパラメータについての情報であることができる。ステータス情報のタイプは、限定ではないが、モジュール１０８またはその１つ以上の構成要素（例えば、エネルギー源、エネルギーバッファー、コンバータ、モニタ回路網）の以下の側面、すなわち、モジュールの１つ以上のエネルギー源の充電の状態（ＳＯＣ）（例えば、分率またはパーセント等、その容量に対するエネルギー源の充電のレベル）、モジュールの１つ以上のエネルギー源の健全性の状態（ＳＯＨ）（例えば、その理想的条件と比較したエネルギー源の条件の性能指数）、モジュールの１つ以上のエネルギー源または他の構成要素の温度、モジュールの１つ以上のエネルギー源の容量、モジュールの１つ以上のエネルギー源および／または他の構成要素の電圧、モジュールの１つ以上のエネルギー源および／または他の構成要素の電流、電力の状態（ＳＯＰ）（例えば、放電および／または充電の間のエネルギー源の利用可能な電力限界）、エネルギーの状態（ＳＯＥ）（例えば、源の最大利用可能エネルギーに対するエネルギー源の利用可能なエネルギーの現在のレベル）、および／またはモジュールの構成要素のうちの任意の１つ以上のものにおける障害の有無を含む。
【0050】
ＬＣＤ１１４は、ステータス情報を各モジュール１０８から受信し、または各モジュール１０８からまたは各モジュール１０８内で受信された監視信号またはデータからステータス情報を決定し、その情報をＭＣＤ１１２に通信するように構成されることができる。いくつかの実施形態において、各ＬＣＤ１１４は、未加工収集データをＭＣＤ１１２に通信することができ、ＭＣＤ１１２は、次いで、その未加工データに基づいて、ステータス情報をアルゴリズム的に決定する。ＭＣＤ１１２は、次いで、モジュール１０８のステータス情報を使用して、適宜、制御決定を行うことができる。決定は、命令、コマンド、または他の情報（本明細書に説明される変調指数等）の形態をとり得、それらは、ＬＣＤ１１４によって、各モジュール１０８の動作の維持または調節のいずれかを行うために利用され得る。
【0051】
例えば、ＭＣＤ１１２は、ステータス情報を受信し、その情報を査定し、少なくとも１つのモジュール１０８（例えば、その構成要素）と少なくとも１つ以上の他のモジュール１０８（例えば、その匹敵する構成要素）との間の差異を決定し得る。例えば、ＭＣＤ１１２は、特定のモジュール１０８が、１つ以上の他のモジュール１０８と比較して、以下の条件のうちの１つを伴って動作していることを決定し得る：比較的に低いまたは高いＳＯＣ、比較的に低いまたは高いＳＯＨ、比較的に低いまたは高い容量、比較的に低いまたは高い電圧、比較的に低いまたは高い電流、比較的に低いまたは高い温度、または障害の有無。そのような例では、ＭＣＤ１１２は、その特定のモジュール１０８の関連側面（例えば、出力電圧、電流、電力、温度）を減らすまたは増加させる（条件に応じて）制御情報を出力することができる。この方法において、外れ値モジュール１０８（例えば、比較的に低いＳＯＣまたは高い温度を伴って動作している）の利用が、そのモジュール１０８の関連パラメータ（例えば、ＳＯＣまたは温度）を１つ以上の他のモジュール１０８のそれに向かって収束するように減らされることができる。
【0052】
特定のモジュール１０８の動作を調節するかどうかの決定は、必ずしも、他のモジュール１０８のステータスとの比較によってではなく、ステータス情報の所定の閾値、限界、または条件との比較によって行われることができる。所定の閾値、限界、または条件は、製造業者によって設定されるそれら等、使用中に変化しない静的閾値、限界、または条件であることができる。所定の閾値、限界、または条件は、動的閾値、限界、または条件であることができ、それらは、使用中、変化することが可能にされる（または、変化する）。例えば、ＭＣＤ１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、それが、所定の閾値または限界に違反して（例えば、それを上回って、または下回って）、または容認可能動作条件の所定の範囲外で動作していることを示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。同様に、ＭＣＤ１１２は、そのモジュール１０８に関するステータス情報が、実際または潜在的障害のあること（例えば、アラームまたは警告）を示す場合、または、実際または潜在的障害のないことまたは除去を示す場合、モジュール１０８の動作を調節することができる。障害の例は、限定ではないが、構成要素の実際の故障、構成要素の潜在的故障、短絡回路または他の過剰な電流条件、開回路、過剰な電圧条件、通信の受信不良、損なわれたデータの受信等を含む。障害のタイプおよび深刻度に応じて、障害モジュールの利用は、モジュールに損傷を与えることを回避するために、減少させられることができるか、または、モジュールの利用は、完全に中止されることができる。例えば、障害が、所与のモジュールにおいて生じる場合、ＭＣＤ１１２またはＬＣＤ１１４は、本明細書に説明されるように、そのモジュールにバイパス状態に入らせることができる。
【0053】
ＭＣＤ１１２は、所望の標的を達成するように、またはそれに向かって収束するようにシステム１００内のモジュール１０８を制御することができる。標的は、例えば、全てのモジュール１０８の動作が、互いに対して同じまたは類似レベルにあること、または所定の閾値、限界、または条件内にあることであり得る。このプロセスはまた、モジュール１０８の動作または動作特性において平衡を保たせることまたは平衡を達成しようとすることとも称される。用語「平衡」は、本明細書で使用されるように、モジュール１０８またはその構成要素間の絶対同等性を要求せず、むしろ、システム１００の動作が、そうでなければ、存在するであろうモジュール１０８間の動作（または動作状態）における不等性を能動的に減らすために使用され得ることを伝えるために広義に使用される。
【0054】
ＭＣＤ１１２は、ＬＣＤ１１４に関連付けられたモジュール１０８を制御する目的のために、制御情報をＬＣＤ１１４に通信することができる。制御情報は、例えば、本明細書に説明されるような変調指数および基準信号、変調された基準信号、またはその他であることができる。各ＬＣＤ１１４は、制御情報を使用（例えば、受信および処理）し、関連付けられたモジュール１０８内の１つ以上の構成要素（例えば、コンバータ）の動作を制御するスイッチ信号を発生させることができる。いくつかの実施形態において、ＭＣＤ１１２は、直接、スイッチ信号を発生させ、それらをＬＣＤ１１４に出力し、それは、スイッチ信号を意図されるモジュール構成要素に中継する。
【0055】
制御システム１０２の全部または一部は、移動または静止用途の１つ以上の他の側面を制御するシステム外部制御デバイス１０４と組み合わせられることができる。この共有または共通制御デバイス（またはサブシステム）内に統合されると、システム１００の制御は、共有デバイスの処理回路網によって実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーション、共有デバイスのハードウェア、またはそれらの組み合わせ等、任意の所望の方式で実装されることができる。外部制御デバイス１０４の非包括的例は、１つ以上の他の乗り物の機能のための制御能力（例えば、モータ制御、ドライバインターフェース制御、牽引力制御等）を有する乗り物のＥＣＵまたはＭＣＵ、１つ以上の他の電力管理機能（例えば、負荷インターフェース、負荷電力要件予測、伝送および切り替え、充電源とのインターフェース（例えば、ディーゼル、太陽熱、風力）、充電源電力予測、バックアップ源監視、資産ディスパッチ等）に関与する送電網またはマイクロ送電網コントローラ、およびデータセンタ制御サブシステム（例えば、環境制御、ネットワーク制御、バックアップ制御等）を含む。
【0056】
図１Ｄおよび１Ｅは、制御システム１０２が実装され得る共有または共通制御デバイス（またはシステム）１３２の例示的実施形態を描写するブロック図である。図１Ｄでは、共通制御デバイス１３２は、マスタ制御デバイス１１２と、外部制御デバイス１０４とを含む。マスタ制御デバイス１１２は、経路１１５を介したＬＣＤ１１４との通信のためのインターフェース１４１および内部通信バス１３６を介した外部制御デバイス１０４との通信のためのインターフェース１４２を含む。外部制御デバイス１０４は、バス１３６を介したマスタ制御デバイス１１２との通信のためのインターフェース１４３と、通信経路１３６を介した全体的用途の他のエンティティ（例えば、乗り物または送電網の構成要素）との通信のためのインターフェース１４４とを含む。いくつかの実施形態において、共通制御デバイス１３２は、共通筐体またはパッケージとして統合されることができ、デバイス１１２および１０４は、その中に含まれる別々の集積回路（ＩＣ）チップまたはパッケージとして実装される。
【0057】
図１Ｅでは、外部制御デバイス１０４は、共通制御デバイス１３２としての機能を果たし、マスタ制御機能性は、デバイス１０４内の構成要素として実装される。この構成要素１１２は、デバイス１０４のメモリ内に記憶および／またはハードコード化され、その処理回路網によって実行されるソフトウェアまたは他のプログラム命令であることまたはそれを含むことができる。構成要素は、専用ハードウェアも含むことができる。構成要素は、外部制御デバイス１０４のオペレーティングソフトウェアとの通信のための１つ以上の内部ハードウェアおよび／またはソフトウェアインターフェース（例えば、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ））を伴う自給式モジュールまたはコアであることができる。外部制御デバイス１０４は、インターフェース１４１を介するＬＣＤ１１４との通信、およびインターフェース１４４を介する他のデバイスとの通信を管理することができる。種々の実施形態において、デバイス１０４／１３２は、単一ＩＣチップとして統合されること、単一パッケージ内の複数のＩＣチップの中に統合されること、または共通筐体内の複数の半導体パッケージとして統合されることができる。
【0058】
図１Ｄおよび１Ｅの実施形態において、システム１０２のマスタ制御機能性は、共通デバイス１３２内で共有されるが、しかしながら、共有制御の他の分割も、可能にされる。例えば、マスタ制御機能性の一部は、共通デバイス１３２と専用ＭＣＤ１１２との間で分散させられることができる。別の例では、マスタ制御機能性およびローカル制御機能性の少なくとも一部の両方が、共通デバイス１３２内に実装されることができる（例えば、残りのローカル制御機能性は、ＬＣＤ１１４内に実装される）。いくつかの実施形態において、制御システム１０２の全ては、共通デバイス（またはサブシステム）１３２内に実装される。いくつかの実施形態において、ローカル制御機能性は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）等の各モジュール１０８の別の構成要素と共有されるデバイス内に実装される。
（カスケード式エネルギーシステム内のモジュールの例）
（カスケード式エネルギーシステム内のモジュールの例）
【0059】
モジュール１０８は、１つ以上のエネルギー源と、パワーエレクトロニクスコンバータと、所望に応じて、エネルギーバッファーとを含むことができる。図２Ａ－２Ｂは、電力コンバータ２０２と、エネルギーバッファー２０４と、エネルギー源２０６とを有するモジュール１０８を伴うシステム１００の追加の例示的実施形態を描写するブロック図である。コンバータ２０２は、電圧コンバータまたは電流コンバータであることができる。実施形態は、電圧コンバータを参照して本明細書に説明されるが、実施形態は、それに限定されない。コンバータ２０２は、エネルギー源２０４からの直流（ＤＣ）信号を交流電流（ＡＣ）信号に変換し、電力接続１１０（例えば、インバータ）を介して、それを出力するように構成されることができる。コンバータ２０２は、接続１１０を介して、ＡＣまたはＤＣ信号を受信し、連続またはパルス状形態におけるいずれかの極性を伴って、それをエネルギー源２０４に印加することもできる。コンバータ２０２は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ（Ｈ－ブリッジ）等のスイッチ（例えば、電力トランジスタ）の配置であること、またはそれを含むことができる。いくつかの実施形態において、コンバータ２０２は、スイッチのみを含み、コンバータ（および全体としてのモジュール）は、変圧器を含まない。
【0060】
コンバータ２０２は（または代替として）、ＡＣ源からＤＣエネルギー源を充電するため等のＡＣ／ＤＣ変換（例えば、整流器）、ＤＣ／ＤＣ変換、および／またはＡＣ／ＡＣ変換（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータと組み合わせて）を実施するように構成されることもできる。いくつかの実施形態において、ＡＣ／ＡＣ変換を実施するため等、コンバータ２０２は、単独で、または１つ以上のパワー半導体（例えば、スイッチ、ダイオード、サイリスタ等）と組み合わせてのいずれかにおいて、変圧器を含むことができる。重量およびコストが重要な要因であるもの等の他の実施形態において、コンバータ２０２は、電力スイッチ、電力ダイオード、または他の半導体デバイスのみを用いて、変圧器を伴わずに、変換を実施するように構成されることができる。
【0061】
エネルギー源２０６は、好ましくは、直流を出力し、電気的に給電されるデバイスのためのエネルギー貯蔵用途のために好適なエネルギー密度を有することが可能であるロバストなエネルギー貯蔵デバイスである。エネルギー源２０６は、単一バッテリ電池、またはバッテリモジュールまたはアレイ内で一緒に接続される複数のバッテリ電池、またはそれらの任意の組み合わせ等の電気化学バッテリであることができる。図４Ａ－４Ｄは、単一バッテリ電池４０２（図４Ａ）、複数の（例えば、４つの）電池４０２の直列接続を伴うバッテリモジュール（図４Ｂ）、単一電池４０２の並列接続を伴うバッテリモジュール（図４Ｃ）、および、各々が２つの電池４０２を有する支脈を伴う並列接続を伴うバッテリモジュール（図４Ｄ）として構成されたエネルギー源２０６の例示的実施形態を描写する概略図である。バッテリタイプの例の非包括的リストが、本明細書のいずれかの場所に記載される。
【0062】
エネルギー源２０６は、ウルトラコンデンサまたはスーパーコンデンサ等の高エネルギー密度（ＨＥＤ）コンデンサであることもできる。ＨＥＤコンデンサは、固体誘電タイプの典型的電解コンデンサとは対照的に、二重層コンデンサ（静電充電貯蔵）、擬似コンデンサ（電気化学充電貯蔵）、ハイブリッドコンデンサ（静電および電気化学）、またはその他として構成されることができる。ＨＥＤコンデンサは、より高い容量に加え、電解コンデンサのそれの１０～１００倍の（またはより高い）エネルギー密度を有することができる。例えば、ＨＥＤコンデンサは、１．０ワット時間／キログラム（Ｗｈ／ｋｇ）を上回る比エネルギーと、１０～１００ファラド（Ｆ）を上回る静電容量とを有することができる。図４Ａ－４Ｄに関して説明されるバッテリと同様、エネルギー源２０６は、単一ＨＥＤコンデンサ、またはアレイ内で一緒に接続される（例えば、直列、並列、またはそれらの組み合わせ）複数のＨＥＤコンデンサとして構成されることができる。
【0063】
エネルギー源２０６は、燃料電池であることもできる。燃料電池は、単一燃料電池、直列または並列に接続される複数の燃料電池、または燃料電池モジュールであることができる。燃料電池タイプの例は、陽子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、リン酸燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸形燃料電池、アルカリ燃料電池、高温燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融電解質燃料電池、およびその他を含む。図４Ａ－４Ｄに関して説明されるバッテリと同様、エネルギー源２０６は、単一燃料電池、またはアレイ内で一緒に接続される（例えば、直列、並列、またはそれらの組み合わせ）複数の燃料電池として構成されることができる。源クラス（例えば、バッテリ、コンデンサ、および燃料電池）およびタイプ（各クラス内の化学物質および／または構造構成）の前述の例は、包括的リストを形成することを意図するものではなく、当業者は、本主題の範囲内に該当する、他の変形も認識するであろう。
【0064】
エネルギーバッファー２０４は、ＤＣラインまたはリンク（例えば、下で説明されるように、＋ＶＤＣＬおよび－ＶＤＣＬ）を横断する電流の変動を減衰またはフィルタリングし、ＤＣリンク電圧における安定性を維持することを補助することができる。これらの変動は、コンバータ２０２の切り替えによって引き起こされる比較的に低（例えば、キロヘルツ）または高（例えば、メガヘルツ）周波数変動または高調波または他の過渡事象であり得る。これらの変動は、源２０６またはコンバータ２０２のポートＩＯ３およびＩＯ４に通される代わりに、バッファー２０４によって吸収されることができる。
【0065】
電力接続１１０は、モジュール１０８へ、そこから、およびそれを通して、エネルギーまたは電力を移送するための接続である。モジュール１０８は、エネルギーをエネルギー源２０６から電力接続１１０に出力することができ、それは、システムの他のモジュールまたは負荷に移送されることができる。モジュール１０８は、エネルギーを他のモジュール１０８または充電源（ＤＣ充電器、単相充電器、多相充電器）から受け取ることができる。信号も、モジュール１０８を通され、エネルギー源２０６をバイパスすることができる。エネルギーまたは電力のモジュール１０８の内外への経路決定は、ＬＣＤ１１４（またはシステム１０２の別のエンティティ）の制御下で、コンバータ２０２によって実施される。
【0066】
図２Ａの実施形態において、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８と別個である（例えば、共有モジュール筐体内にない）構成要素として実装され、通信経路１１６を経由して、コンバータ２０２に接続され、それと通信することが可能である。図２Ｂの実施形態において、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８の構成要素として含まれ、内部通信経路１１８（例えば、共有バスまたは別々の接続）を経由して、コンバータ２０２に接続され、それと通信することが可能である。ＬＣＤ１１４はまた、経路１１６または１１８を介して、信号をエネルギーバッファー２０４および／またはエネルギー源２０６から受信し、信号をそれらに伝送することが可能であり得る。
【0067】
モジュール１０８は、ステータス情報を構成する（または例えば、ＬＣＤ１１４によって、ステータス情報を決定するために使用され得る）、電圧、電流、温度、または他の動作パラメータ等、モジュール１０８および／またはその構成要素の１つ以上の側面を監視（例えば、収集、感知、測定、および／または決定）するように構成されたモニタ回路網２０８も含むことができる。ステータス情報の主要機能は、モジュール１０８の１つ以上のエネルギー源２０６の状態を説明し、システム１００内の他の源と比較して、エネルギー源を利用するべき量に関する決定を可能にすることであるが、他の構成要素の状態を説明するステータス情報（例えば、バッファー２０４内の電圧、温度、および／または障害の存在、コンバータ２０２内の温度および／または障害の存在、モジュール１０８内のいずれかの場所の障害の存在等）も同様、利用決定において使用されることもできる。モニタ回路網２０８は、そのような側面を監視するように構成される、１つ以上のセンサ、シャント、除算器、障害検出器、クーロンカウンタ、コントローラ、または他のハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。モニタ回路網２０８は、種々の構成要素２０２、２０４、および２０６と別個であること、または各構成要素２０２、２０４、および２０６（図２Ａ－２Ｂに示されるように）と統合されること、またはそれらの任意の組み合わせであることができる。いくつかの実施形態において、モニタ回路網２０８は、バッテリエネルギー源２０４のためのバッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部であること、またはそれと共有されることができる。別々の回路網は、２つ以上のタイプのステータス情報が追加の回路の必要なく単一回路またはデバイスを用いて監視されるか、または、そうでなければ、アルゴリズム的に決定され得るので、ステータス情報の各タイプを監視するために必要とされない。
【0068】
ＬＣＤ１１４は、通信経路１１６、１１８を介して、モジュール構成要素についてのステータス情報（または未加工データ）を受信することができる。ＬＣＤ１１４は、経路１１６、１１８を介して、情報をモジュール構成要素に伝送することもできる。経路１１６および１１８は、診断、測定、保護、および制御信号ラインを含むことができる。伝送される情報は、１つ以上のモジュール構成要素のための制御信号であることができる。制御信号は、コンバータ２０２のためのスイッチ信号、および／またはステータス情報をモジュール構成要素から要求する１つ以上の信号であることができる。例えば、ＬＣＤ１１４は、直接、ステータス情報を要求することによって、または、ある場合、コンバータ２０２を特定の状態にするスイッチ信号と組み合わせて、刺激（例えば、電圧）を印加し、ステータス情報が発生させられるようにすることによって、経路１１６、１１８を介して、ステータス情報が伝送されるようにすることができる。
【0069】
モジュール１０８の物理的構成またはレイアウトは、種々の形態をとることができる。いくつかの実施形態において、モジュール１０８は、全てのモジュール構成要素、例えば、コンバータ２０２、バッファー２０４、および源２０６が、統合されたＬＣＤ１１４等の他の随意の構成要素とともに格納される、共通筐体を含むことができる。他の実施形態において、種々の構成要素は、一緒に固定された別々の筐体内で分離されることができる。図２Ｃは、モジュールのエネルギー源２０６と、モニタ回路網等の付随のエレクトロニクスとを保持する第１の筐体２２０と、コンバータ２０２、エネルギーバッファー２０４、およびモニタ回路網等の他の付随のエレクトロニクス等のモジュールエレクトロニクスを保持する第２の筐体２２２と、モジュール１０８のためのＬＣＤ１１４（図示せず）を保持する第３の筐体２２４とを有するモジュール１０８の例示的実施形態を描写するブロック図である。代替実施形態において、モジュール電子機器およびＬＣＤ１１４は、同じ単一筐体内に格納されることができる。さらに他の実施形態において、モジュール電子機器、ＬＣＤ１１４、およびエネルギー源は、モジュール１０８のために、同じ単一筐体内に格納されることができる。種々のモジュール構成要素間の電気接続は、筐体２２０、２２２、２２４を通して進むことができ、他のモジュール１０８またはＭＣＤ１１２等の他のデバイスとの接続のために、筐体外部のいずれか上に露出されることができる。
【0070】
システム１００のモジュール１０８は、互いに対して、用途の必要性および負荷の数に依存する種々の構成において、物理的に配置されることができる。例えば、システム１００がマイクロ送電網のための電力を提供する静止用途では、モジュール１０８は、１つ以上のラックまたは他の骨組構造内に設置されることができる。そのような構成は同様に、海洋船舶等のより大きい移動用途のためにも好適であり得る。代替として、モジュール１０８は、一緒に固定され、パックと称される共通筐体内に配置されることができる。ラックまたはパックは、全てのモジュールを横断して共有されるそれ自体の専用冷却システムを有し得る。パック構成は、電気自動車等のより小さい移動用途のために有用である。システム１００は、１つ以上のラック（例えば、マイクロ送電網への並行供給のため）、または１つ以上のパック（例えば、乗り物の異なるモータに供給する）、またはそれらの組み合わせを用いて実装されることができる。図２Ｄは、９つのモジュール１０８が共通筐体２３０内で電気的および物理的に一緒に結合されたパックとして構成されるシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。
【0071】
これらおよびさらなる構成の例は、２０２０年３月２７日に出願され、「Ｍｏｄｕｌｅ－Ｂａｓｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｔｈｅｒｅｔｏ」と題された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号（あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【0072】
図３Ａ－３Ｃは、種々の電気構成を有するモジュール１０８の例示的実施形態を描写するブロック図である。これらの実施形態は、１つのＬＣＤ１１４／モジュール１０８を有し、ＬＣＤ１１４が、関連付けられたモジュール内に格納されるように説明されるが、本明細書に説明されるように、別様に構成されることもできる。図３Ａは、システム１００内のモジュール１０８Ａの第１の例示的構成を描写する。モジュール１０８Ａは、エネルギー源２０６と、エネルギーバッファー２０４と、コンバータ２０２Ａとを含む。各構成要素は、本明細書ではＩＯポートと称される電力が入力され得るおよび／またはそれらから電力が出力され得る電力接続ポート（例えば、端子、コネクタ）を有する。そのようなポートは、文脈に応じて、入力ポートまたは出力ポートとも称され得る。
【0073】
エネルギー源２０６は、本明細書に説明されるエネルギー源タイプ（例えば、図４Ａ－４Ｄに関して説明されるようなバッテリ、ＨＥＤコンデンサ、燃料電池、またはその他）のいずれかとして構成されることができる。エネルギー源２０６のポートＩＯ１およびＩＯ２は、それぞれ、エネルギーバッファー２０４のポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。エネルギーバッファー２０４は、バッファー２０４に到着する高および低周波数エネルギーパルセーションをコンバータ２０２を通してバッファーリングまたはフィルタリングするように構成されることができ、それは、そうでなければ、モジュール１０８の性能を劣化させ得る。バッファー２０４のためのトポロジおよび構成要素は、これらの高周波数電圧パルセーションの最大許容可能振幅に適応するように選択される。エネルギーバッファー２０４のいくつかの（非包括的）例示的実施形態が、図５Ａ－５Ｃの概略図に描写される。図５Ａでは、バッファー２０４は、電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢであり、図５Ｂでは、バッファー２０４は、２つのインダクタＬＥＢ１およびＬＥＢ２と、２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ１およびＣＥＢ２とによって形成されるＺ－源ネットワーク７１０であり、図５Ｃでは、バッファー２０４は、２つのインダクタＬＥＢ１およびＬＥＢ２と、２つの電解および／またはフィルムコンデンサＣＥＢ１およびＣＥＢ２と、ダイオードＤＥＢとによって形成される準Ｚ－源ネットワーク７２０である。
【0074】
エネルギーバッファー２０４のポートＩＯ３およびＩＯ４は、それぞれ、コンバータ２０２ＡのポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができ、コンバータ２０２Ａは、本明細書に説明される電力コンバータタイプのいずれかとして構成されることができる。図６Ａは、ＤＣ電圧をポートＩＯ１およびＩＯ２において受け取り、パルスをポートＩＯ３およびＩＯ４において発生させるように切り替え得るＤＣ－ＡＣコンバータとして構成されたコンバータ２０２Ａの例示的実施形態を描写する概略図である。コンバータ２０２Ａは、複数のスイッチを含むことができ、ここでは、コンバータ２０２Ａは、フルブリッジ構成に配置された４つのスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む。制御システム１０２またはＬＣＤ１１４は、各ゲートへの制御入力ライン１１８－３を経由して、独立して、各スイッチを制御することができる。
【0075】
スイッチは、ここに示される金属酸化半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタのようなパワー半導体等の任意の好適なスイッチタイプであることができる。半導体スイッチは、比較的に高切り替え周波数で動作し、それによって、コンバータ２０２が、所望に応じて、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードで動作させられ、比較的に短時間間隔内で制御コマンドに応答することを可能にすることができる。これは、過渡モードにおいて、出力電圧調整の高許容誤差および高速動的挙動を提供することができる。
【0076】
本実施形態において、ＤＣライン電圧ＶＤＣＬが、ポートＩＯ１とＩＯ２との間のコンバータ２０２に印加されることができる。スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の異なる組み合わせによって、ＶＤＣＬをポートＩＯ３およびＩＯ４に接続することによって、コンバータ２０２は、３つの異なる電圧出力、すなわち、＋ＶＤＣＬ、０、および－ＶＤＣＬをポートＩＯ３およびＩＯ４に発生させることができる。各スイッチに提供されるスイッチ信号は、スイッチがオン（閉鎖）またはオフ（開放）にされるかどうかを制御する。＋ＶＤＣＬを取得するために、スイッチＳ３およびＳ６は、Ｓ４およびＳ５がオフにされている間、オンにされる一方、－ＶＤＣＬは、スイッチＳ４およびＳ５をオンにし、Ｓ３およびＳ６をオフにすることによって取得されることができる。出力電圧は、Ｓ４およびＳ６をオフにした状態でＳ３およびＳ５をオンにすることによって、またはＳ３およびＳ５をオフにした状態でＳ４およびＳ６をオンにすることによって、ゼロ（ほぼゼロを含む）または基準電圧に設定されることができる。これらの電圧は、電力接続１１０を介して、モジュール１０８から出力されることができる。コンバータ２０２のポートＩＯ３およびＩＯ４は、他のモジュール１０８からの出力電圧との使用のための出力電圧を発生させるように、電力接続１１０のモジュールＩＯポート１および２に（またはそこから）接続されることができる。
【0077】
本明細書に説明されるコンバータ２０２の実施形態のための制御またはスイッチ信号は、システム１００によってコンバータ２０２の出力電圧を発生させるために利用される制御技法に応じて、異なる方法で発生させられることができる。いくつかの実施形態において、制御技法は、空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）または正弦波パルス幅変調（ＳＰＷＭ）またはその変形例等のＰＷＭ技法である。図８Ａは、コンバータ２０２の出力電圧波形８０２の例を描写する電圧対時間のグラフである。説明を容易にするために、本明細書における実施形態は、ＰＷＭ制御技法の文脈で説明されるであろうが、実施形態は、それに限定されない。他の技法のクラスが、使用されることができる。１つの代替クラスは、ヒステリシスに基づき、その例は、国際公開第ＷＯ２０１８／２３１８１０Ａ１号、第ＷＯ２０１８／２３２４０３Ａ１号、および第ＷＯ２０１９／１８３５５３Ａ１号（あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【0078】
各モジュール１０８は、複数のエネルギー源２０６（例えば、２つ、３つ、４つ、またはそれを上回る）で構成されることができる。モジュール１０８の各エネルギー源２０６は、モジュールの他の源２０６から独立して、電力を接続１１０に供給する（または電力を充電源から受け取る）ように制御可能（切り替え可能）であることができる。例えば、全ての源２０６は、同時に、電力を接続１１０に出力する（または充電される）ことができるか、または、源２０６の１つ（または一部）のみが、任意の時点において、電力を供給する（または充電される）ことができる。いくつかの実施形態において、モジュールの源２０６は、それらの間でエネルギーを交換することができ、例えば、１つの源２０６が、別の源２０６を充電することができる。源２０６の各々は、本明細書に説明される任意のエネルギー源（例えば、バッテリ、ＨＥＤコンデンサ、燃料電池）として構成されることができる。源２０６の各々は、同じクラス（例えば、各々は、バッテリであることができる、各々は、ＨＥＤコンデンサであることができる、または、各々は、燃料電池であることができる）または異なるクラスであることができる（例えば、第１の源は、バッテリであることができ、第２の源は、ＨＥＤコンデンサまたは燃料電池であることができる、または、第１の源は、ＨＥＤコンデンサであることができ、第２の源は、燃料電池であることができる）。
【0079】
図３Ｂは、一次エネルギー源２０６Ａと、二次エネルギー源２０６Ｂとを伴う二重エネルギー源構成におけるモジュール１０８Ｂの例示的実施形態を描写するブロック図である。一次源２０２ＡのポートＩＯ１およびＩＯ２は、エネルギーバッファー２０４のポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。モジュール１０８Ｂは、追加のＩＯポートを有するコンバータ２０２Ｂを含む。バッファー２０４のポートＩＯ３およびＩＯ４は、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ１およびＩＯ２に接続されることができる。二次源２０６ＢのポートＩＯ１およびＩＯ２は、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ５およびＩＯ２に接続される（バッファー２０４のポートＩＯ４にも接続される）ことができる。
【0080】
モジュール１０８Ｂのこの例示的実施形態において、一次エネルギー源２０２Ａは、システム１００の他のモジュール１０８とともに、負荷によって必要とされる平均電力を供給する。二次源２０２Ｂは、追加の電力を負荷電力ピークにおいて提供するか、または、過剰電力を吸収することによって、または、そうでなければ、エネルギー源２０２を補助する機能を果たすことができる。
【0081】
述べられたように、一次源２０６Ａおよび二次源２０６Ｂの両方は、コンバータ２０２Ｂのスイッチ状態に応じて、同時に、または別個の時間に、利用されることができる。同時である場合、電解および／またはフィルムコンデンサ（ＣＥＳ）は、図４Ｅに描写されるように、源２０６Ｂと並列に設置され、源２０６Ｂのためのエネルギーバッファーとしての機能を果たすことができるか、または、エネルギー源２０６Ｂは、図４Ｆに描写されるように、別のエネルギー源（例えば、バッテリまたは燃料電池）と並列のＨＥＤコンデンサを利用するように構成されることができる。
【0082】
図６Ｂおよび６Ｃは、それぞれ、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃの例示的実施形態を描写する概略図である。コンバータ２０２Ｂは、スイッチ回路網部分６０１および６０２Ａを含む。部分６０１は、コンバータ２０２Ａと類似様式において、フルブリッジとして構成され、ＩＯ１およびＩＯ２をＩＯ３およびＩＯ４のいずれかに選択的に結合するように構成され、それによって、モジュール１０８Ｂの出力電圧を変化させるスイッチＳ３－Ｓ６を含む。部分６０２Ａは、ハーフブリッジとして構成され、ポートＩＯ１とＩＯ２との間に結合されたスイッチＳ１およびＳ２を含む。結合インダクタＬＣが、スイッチ部分６０２Ａが、（ブーストまたはバック）電圧（または逆に、電流）を調整し得る双方向性コンバータであるように、ポートＩＯ５と、スイッチＳ１とＳ２との間に存在するノード１との間に接続される。スイッチ部分６０２Ａは、事実上ゼロ電位であり得るポートＩＯ２に参照される＋ＶＤＣＬ２および０である２つの異なる電圧をノード１において発生させることができる。エネルギー源２０２Ｂから引き出される、または、それに入力される電流は、例えば、スイッチＳ１およびＳ２を整流するためのパルス幅変調技法またはヒステリシス制御方法を使用して、結合インダクタＬＣ上の電圧を調整することによって制御されることができる。他の技法も、使用されることができる。
【0083】
コンバータ２０２Ｃは、スイッチ部分６０２Ｂが、ハーフブリッジとして構成され、ポートＩＯ５とＩＯ２との間に結合されたスイッチＳ１およびＳ２を含むので、２０２Ｂのそれと異なる。結合インダクタＬＣが、スイッチ部分６０２Ｂが、電圧を調整するように構成されるように、ポートＩＯ１と、スイッチＳ１とＳ２との間に存在するノード１との間に接続される。
【0084】
制御システム１０２またはＬＣＤ１１４は、独立して、各ゲートへの制御入力ライン１１８－３を経由して、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃの各スイッチを制御することができる。これらの実施形態および図６Ａのものでは、ＬＣＤ１１４（ＭＣＤ１１２ではなく）が、コンバータスイッチのための切り替え信号を発生させる。代替として、ＭＣＤ１１２も、切り替え信号を発生させることができ、信号は、直接、スイッチに通信されるか、または、ＬＣＤ１１４によって中継されることができる。いくつかの実施形態において、切り替え信号を発生させるためのドライバ回路網は、ＭＣＤ１１２および／またはＬＣＤ１１４内に存在するまたはそれに関連付けられていることができる。
【0085】
コンバータ２０２のための前述のゼロ電圧構成（Ｓ４およびＳ６をオフにした状態でＳ３およびＳ５をオンにする、またはＳ３およびＳ５をオフにした状態でＳ４およびＳ６をオンにする）は、所与のモジュールのためのバイパス状態とも称され得る。このバイパス状態は、障害が所与のモジュール内で検出される場合、またはアレイまたはシステム内の２つ以上の（または全ての）モジュールのシャットオフを正当とするシステム障害が検出される場合、生じ得る。モジュールにおける障害は、ＬＣＤ１１４によって検出されることができ、コンバータ２０２のための制御切り替え信号は、ＭＣＤ１１２による介入を伴わずに、バイパス状態になるように設定されることができる。代替として、所与のモジュールに関する障害情報は、ＬＣＤ１１４によって、ＭＣＤ１１２に通信されることができ、ＭＣＤ１１２は、次いで、バイパス状態になるかどうかの決定を行うことができ、該当する場合、バイパス状態になるための命令を、障害を有するモジュールに関連付けられたＬＣＤ１１４に通信することができ、その時点で、ＬＣＤ１１４は、切り替え信号を出力し、バイパス状態にならせることができる。
【0086】
モジュール１０８が３つ以上のエネルギー源２０６を含む実施形態において、コンバータ２０２Ｂおよび２０２Ｃは、各追加のエネルギー源２０６Ｂが、特定の源の必要性に応じて、追加のスイッチ回路網部分６０２Ａまたは６０２Ｂにつながる追加のＩＯポートに結合されるように、適宜、スケーリングされることができる。例えば、二重源コンバータ２０２は、スイッチ部分２０２Ａおよび２０２Ｂの両方を含むことができる。
【0087】
複数のエネルギー源２０６を伴うモジュール１０８は、源２０６間のエネルギー共有、用途内からのエネルギー捕捉（例えば、回生制動）、全体的システムが放電状態にある間でも二次源による一次源の充電、およびモジュール出力の能動フィルタリング等の追加の機能を実施することが可能である。能動フィルタリング機能は、二次エネルギー源の代わりに、典型的電解コンデンサを有するモジュールによって実施されることもできる。これらの機能の例は、２０２０年３月２７日に出願され、「Ｍｏｄｕｌｅ－Ｂａｓｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｔｈｅｒｅｔｏ」と題された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号、および２０１９年３月２２日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された国際公開第ＷＯ２０１９／１８３５５３号（それらの両方は、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）にさらに詳細に説明されている。
【0088】
各モジュール１０８は、その１つ以上のエネルギー源２０６を用いて、１つ以上の補助負荷に供給するように構成されることができる。補助負荷は、一次負荷１０１より低い電圧を要求する負荷である。補助負荷の例は、例えば、電気自動車の車載電気ネットワークは、または電気自動車のＨＶＡＣシステムであり得る。システム１００の負荷は、例えば、電気自動車モータまたは電気送電網の位相のうちの１つであり得る。本実施形態は、エネルギー源の電気特性（端子電圧および電流）と負荷の電気特性との間の完全な分断を可能にすることができる。
【0089】
図３Ｃは、電力を第１の補助負荷３０１および第２の補助負荷３０２に供給するように構成されたモジュール１０８Ｃの例示的実施形態を描写するブロック図であり、モジュール１０８Ｃは、図３Ｂのそれに類似する態様で一緒に結合されたエネルギー源２０６と、エネルギーバッファー２０４と、コンバータ２０２Ｂとを含む。第１の補助負荷３０１は、源２０６から供給されるそれと同等の電圧を要求する。負荷３０１は、モジュール１０８ＣのＩＯポート３および４に結合され、それらは、次に、源２０６のポートＩＯ１およびＩＯ２に結合される。源２０６は、電力を電力接続１１０および負荷３０１の両方に出力することができる。第２の補助負荷３０２は、源２０６のそれより低い一定電圧を要求する。負荷３０２は、モジュール１０８ＣのＩＯポート５および６に結合され、それらは、それぞれ、コンバータ２０２ＢのポートＩＯ５およびＩＯ２に結合される。コンバータ２０２Ｂは、ポートＩＯ５（図６Ｂ）に結合される結合インダクタＬＣを有するスイッチ部分６０２を含むことができる。源２０６によって供給されるエネルギーは、コンバータ２０２Ｂのスイッチ部分６０２を通して、負荷３０２に供給されることができる。負荷３０２は、入力コンデンサを有すると仮定され（コンデンサは、該当しない場合、モジュール１０８Ｃに追加されることができる）、したがって、スイッチＳ１およびＳ２は、結合インダクタＬＣ上の電圧およびそれを通した電流を調整するように整流され、したがって、負荷３０２のための安定一定電圧を生産し得る。この調整は、源２０６の電圧を負荷３０２によって要求されるより低い大きさの電圧に下げることができる。
【0090】
モジュール１０８Ｃは、したがって、１つ以上の第１の負荷がＩＯポート３および４に結合された状態で、負荷３０１に関して説明される様式において、１つ以上の第１の補助負荷に供給するように構成されることができる。モジュール１０８Ｃは、負荷３０２に関して説明される様式において、１つ以上の第２の補助負荷に供給するようにも構成されることができる。複数の第２の補助負荷３０２が存在する場合、各追加の負荷３０２のために、モジュール１０８Ｃは、追加の専用モジュール出力ポート（５および６のように）、追加の専用スイッチ部分６０２、および追加の部分６０２に結合された追加のコンバータＩＯポートを伴って、スケーリングされることができる。
【0091】
エネルギー源２０６は、したがって、任意の数の補助負荷（例えば、３０１および３０２）および一次負荷１０１によって必要とされるシステム出力電力の対応する部分のために電力を供給することができる。源２０６から種々の負荷への電力流は、所望に応じて調節されることができる。
【0092】
モジュール１０８は、必要に応じて、２つ以上のエネルギー源２０６（図３Ｂ）を用いて、各追加の源２０６Ｂまたは第２の補助負荷３０２のためのスイッチ部分６０２およびコンバータポートＩＯ５の追加を通して、第１および／または第２の補助負荷（図３Ｃ）に供給するように構成されることができる。追加のモジュールＩＯポート（例えば、３、４、５、６）が、必要に応じて追加されることができる。モジュール１０８は、相互接続モジュールとして構成され、本明細書にさらに説明されるような２つ以上のアレイ、２つ以上のパック、または２つ以上のシステム１００間でエネルギーを交換することもできる（例えば、平衡のために）。この相互接続機能性は、同様に、複数の源および／または複数の補助負荷供給能力と組み合わせられることができる。
【0093】
制御システム１０２は、モジュール１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃの構成要素に対して種々の機能を実施することができる。これらの機能は、各エネルギー源２０６の利用（使用の量）の管理と、エネルギーバッファー２０４の過電流、過電圧、および高温条件からの保護と、コンバータ２０２の制御および保護とを含むことができる。
【0094】
例えば、各エネルギー源２０６の利用を管理する（例えば、増加、減少、または維持させることによって、調節する）ために、ＬＣＤ１１４は、１つ以上の監視される電圧、温度、および電流を各エネルギー源２０６（またはモニタ回路網）から受け取ることができる。監視される電圧は、源２０６の他の構成要素（例えば、各個々のバッテリ電池、ＨＥＤコンデンサ、および／または燃料電池）から独立した各基本的構成要素の電圧、または基本的構成要素の群の全体としての電圧（例えば、バッテリアレイ、ＨＥＤコンデンサアレイ、および／または燃料電池アレイの電圧）のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。同様に、監視される温度および電流は、源２０６の他の構成要素から独立した各基本的構成要素の温度および電流、または基本的構成要素の群の全体としての温度および電流、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。監視される信号は、ステータス情報であり得、ＬＣＤ１１４は、ステータス情報を用いて以下のうちの１つ以上を実施し得る：基本的構成要素または基本的構成要素の群の実際の容量、実際の充電の状態（ＳＯＣ）、および／または健全性の状態（ＳＯＨ）の計算または決定、監視および／または計算されたステータス情報に基づく、警告またはアラーム指示の設定または出力、および／またはＭＣＤ１１２へのステータス情報の伝送。ＬＣＤ１１４は、制御情報（例えば、変調指数、同期信号）をＭＣＤ１１２から受信し、源２０６の利用を管理するコンバータ２０２のためのスイッチ信号を発生させるために、この制御情報を使用することができる。
【0095】
エネルギーバッファー２０４を保護するために、ＬＣＤ１１４は、１つ以上の監視される電圧、温度、および電流をエネルギーバッファー２０４（またはモニタ回路網）から受け取ることができる。監視される電圧は、他の構成要素から独立したバッファー２０４の各基本的構成要素（例えば、ＣＥＢ、ＣＥＢ１、ＣＥＢ２、ＬＥＢ１、ＬＥＢ２、ＤＥＢ）の電圧、またはバッファー２０４の基本的構成要素の群の全体として（例えば、ＩＯ１とＩＯ２との間またはＩＯ３とＩＯ４との間）の電圧のうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。同様に、監視される温度および電流は、他の構成要素から独立したバッファー２０４の各基本的構成要素の温度および電流、または基本的構成要素の群またはバッファー２０４の全体としての温度および電流、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、好ましくは、全てであり得る。監視される信号は、ステータス情報であり得、ＬＣＤ１１４は、ステータス情報を用いて以下のうちの１つ以上を実施し得る：警告またはアラーム指示を設定または出力すること、ＭＣＤ１１２にステータス情報を通信すること、またはコンバータ２０２を制御し、バッファー保護のために源２０６およびモジュール１０８の全体としての利用を調節（増加または減少）すること。
【0096】
コンバータ２０２を制御および保護するために、ＬＣＤ１１４は、制御情報（例えば、変調された基準信号、または基準信号および変調指数）をＭＣＤ１１２から受信することができ、制御信号は、ＬＣＤ１１４内でＰＷＭ技法とともに使用され、各スイッチ（例えば、Ｓ１－Ｓ６）のための制御信号を発生させることができる。ＬＣＤ１１４は、電流フィードバック信号をコンバータ２０２の電流センサから受信することができ、それは、コンバータ２０２の全てのスイッチの障害ステータス（例えば、短絡回路または開回路故障モード）についての情報を搬送し得るコンバータスイッチのドライバ回路（図示せず）からの１つ以上の障害ステータス信号とともに、過電流保護のために使用され得る。このデータに基づいて、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８の利用を管理し、潜在的に、コンバータ２０２（およびモジュール１０８全体）をバイパスするために、またはシステム１００からそれを接続解除するために印加されるべき切り替え信号の組み合わせに関する決定を行うことができる。
【0097】
第２の補助負荷３０２に供給するモジュール１０８Ｃを制御する場合、ＬＣＤ１１４は、モジュール１０８Ｃ内の１つ以上の監視される電圧（例えば、ＩＯポート５と６との間の電圧）と、１つ以上の監視される電流（例えば、負荷３０２の電流である、結合インダクタＬＣ内の電流）とを受け取ることができる。これらの信号に基づいて、ＬＣＤ１１４は、Ｓ１およびＳ２の切り替えサイクルを調節し、負荷３０２のための電圧を制御する（および安定化させる）ことができる（例えば、変調指数または基準波形の調節によって）。
（カスケード式エネルギーシステムトポロジ例）
（カスケード式エネルギーシステムトポロジ例）
【0098】
２つ以上のモジュール１０８が、アレイ内の各モジュール１０８によって発生させられる別々の電圧の重ね合わせによって形成された電圧信号を出力するカスケード式アレイにおいて、一緒に結合されることができる。図７Ａは、システム１００のためのトポロジの例示的実施形態を描写するブロック図であり、Ｎ個のモジュール１０８－１、１０８－２・・・１０８－Ｎが、直列に一緒に結合され、直列アレイ７００を形成する。本明細書に説明されるこの実施形態および全ての実施形態において、Ｎは、２以上の任意の整数であることができる。アレイ７００は、第１のシステムＩＯポートＳＩＯ１と、第２のシステムＩＯポートＳＩＯ２とを含み、それらを横断して、アレイ出力電圧が、発生させられる。アレイ７００は、アレイ７００のＳＩＯ１およびＳＩＯ２に接続され得るＤＣまたはＡＣ単相負荷のためのＤＣまたは単相ＡＣエネルギー源として使用されることができる。図８Ａは、４８ボルトエネルギー源を有する単一モジュール１０８によって生産される例示的出力信号を描写する電圧対時間のプロットである。図８Ｂは、直列に結合される６つの４８Ｖモジュール１０８を有するアレイ７００によって発生させられる例示的単相ＡＣ出力信号を描写する電圧対時間のプロットである。
【0099】
システム１００は、多種多様な異なるトポロジに配置され、用途の変化する必要性を満たすことができる。システム１００は、複数のアレイ７００の使用によって、多相電力（例えば、２相、３相、４相、５相、６相等）を負荷に提供することができ、各アレイは、異なる位相角度を有するＡＣ出力信号を発生させることができる。
【0100】
図７Ｂは、一緒に結合された２つのアレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢを伴うシステム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、１次元であり、Ｎ個のモジュール１０８の直列接続によって形成される。２つのアレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢの各々は、単相ＡＣ信号を発生させることができ、２つのＡＣ信号は、異なる位相角度ＰＡおよびＰＢを有する（例えば、１８０度離れている）。各アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢのモジュール１０８－１のＩＯポート１は、それぞれ、システムＩＯポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２を形成することまたはそれに接続されることができ、それらは、次に、２つの位相電力を負荷（図示せず）に提供し得る各アレイの第１の出力としての役割りを果たすことができる。または代替として、ポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２は、単相電力を２つの並列アレイから提供するように接続されることができる。各アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢのモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、システムＩＯポートＳＩＯ１およびＳＩＯ２のアレイと反対端において、各アレイ７００－ＰＡおよび７００－ＰＢのための第２の出力としての役割りを果たすことができ、共通ノードにおいて、一緒に結合され、随意に、所望に応じて、追加のシステムＩＯポートＳＩＯ３のために使用されることができ、それは、中性としての役割りを果たすことができる。この共通ノードは、レールと称され得、各アレイ７００のモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、アレイのレール側にあると称され得る。
【0101】
図７Ｃは、一緒に結合された３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴うシステム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、１次元であり、Ｎ個のモジュール１０８の直列接続によって形成される。３つのアレイ７００－１および７００－２の各々は、単相ＡＣ信号を発生させることができ、３つのＡＣ信号は、異なる位相角度ＰＡ、ＰＢ、ＰＣを有する（例えば、１２０度離れている）。各アレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣのモジュール１０８－１のＩＯポート１は、それぞれ、システムＩＯポートＳＩＯ１、ＳＩＯ２、およびＳＩＯ３を形成することまたはそれに接続されることができ、それらは、次に、３相電力を負荷（図示せず）に提供することができる。各アレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣのモジュール１０８－ＮのＩＯポート２は、共通ノードにおいて、一緒に結合されることができ、随意に、所望に応じて、追加のシステムＩＯポートＳＩＯ４のために使用されることができ、それは、中性としての役割りを果たすことができる。
【0102】
図７Ｂおよび７Ｃの２相および３相実施形態に関して説明される概念は、さらにより多くの位相の電力を発生させるシステム１００に拡張されることができる。例えば、追加の例の非包括的リストは、各々が異なる位相角度を有する（例えば、９０度離れている）単相ＡＣ信号を発生させるように構成される、４つのアレイ７００を有するシステム１００、各々が異なる位相角度を有する（例えば、７２度離れている）単相ＡＣ信号を発生させるように構成された５つのアレイ７００を有するシステム１００、および、各アレイが異なる位相角度を有する（例えば、６０度離れている）単相ＡＣ信号を発生させるように構成された６つのアレイ７００を有するシステム１００を含む。
【0103】
システム１００は、アレイ７００が、各アレイ内のモジュール１０８間の電気ノードにおいて相互接続されるように構成されることができる。図７Ｄは、組み合わせられた直列およびデルタ配置において一緒に結合された３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴うシステム１００を描写するブロック図である。各アレイ７００は、Ｎ個（Ｎは、２以上）のモジュール１０８の第２の直列接続と結合された、Ｍ個（Ｍは、２以上）のモジュール１０８の第１の直列接続を含む。デルタ構成は、アレイ間の相互接続によって形成され、それは、任意の所望の場所に設置されることができる。本実施形態において、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－（Ｍ＋Ｎ）のＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２およびモジュール１０８－（Ｍ＋１）のＩＯポート１と結合される。
【0104】
図７Ｅは、組み合わせられた直列およびデルタ配置において一緒に結合された３つのアレイ７００－ＰＡ、７００－ＰＢ、および７００－ＰＣを伴うシステム１００を描写するブロック図である。本実施形態は、図７Ｄのそれに類似するが、異なる交差接続を伴う。本実施形態において、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＣのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合され、アレイ７００－ＰＡのモジュール１０８－ＭのＩＯポート２は、アレイ７００－ＰＢのモジュール１０８－１のＩＯポート１と結合される。図７Ｄおよび７Ｅの配置は、各アレイ７００内に２つ程度の少ないモジュールを伴って実装されることができる。組み合わせられたデルタおよび直列の構成は、システムの全てのモジュール１０８と電力送電網または負荷の位相との間のエネルギーの効果的交換を可能にし（相間平衡）、アレイ７００内のモジュール１０８の総数を減らし、所望の出力電圧を取得することも可能にする。
【0105】
本明細書に説明される実施形態において、モジュール１０８の数は、システム１００内の各アレイ７００で同じであることが有利であるが、それは、要求されず、異なるアレイ７００は、異なる数のモジュール１０８を有することができる。さらに、各アレイ７００は、全て同じ構成（例えば、全てのモジュールが、１０８Ａである、全てのモジュールが、１０８Ｂである全てのモジュールが、１０８Ｃである、またはその他）または異なる構成（例えば、１つ以上のモジュールが、１０８Ａであり、１つ以上のモジュールが、１０８Ｂであり、１つ以上のモジュールが、１０８Ｃである、またはその他）であるモジュール１０８を有することができる。したがって、本明細書で包含されるシステム１００のトポロジの範囲は、広範である。
（制御方法論例）
（制御方法論例）
【0106】
述べられたように、システム１００の制御は、ヒステリシスまたはＰＷＭ等の種々の方法論に従って実施されることができる。ＰＷＭのいくつかの例は、空間ベクトル変調および正弦パルス幅変調を含み、コンバータ２０２のための切り替え信号は、各モジュール１０８の利用を連側的に回転させ、電力をそれらの間で等しく分散させる位相シフト搬送波技法を用いて発生させられる。
【0107】
図８Ｃ－８Ｆは、徐々にシフトさせられる２レベル波形を使用して、マルチレベル出力ＰＷＭ波形を発生させ得る位相シフトＰＷＭ制御方法論の例示的実施形態を描写するプロットである。ＸレベルＰＷＭ波形が、（Ｘ－１）／２個の２レベルＰＷＭ波形の合計によって生成されることができる。これらの２レベル波形は、基準波形Ｖｒｅｆを３６０°／（Ｘ－１）ずつ徐々にシフトさせられる搬送波と比較することによって、発生させられることができる。搬送波は、三角形であるが、実施形態は、それに限定されない。９レベル例が、図８Ｃに示される（４つのモジュール１０８を使用して）。搬送波は、３６０°／（９－１）＝４５°ずつ徐々にシフトさせられ、Ｖｒｅｆと比較される。結果として生じる２レベルＰＷＭ波形は、図８Ｅに示される。これらの２レベル波形は、コンバータ２０２の半導体スイッチ（例えば、Ｓ１－Ｓ６）のための切り替え信号として使用され得る。例として、図８Ｅを参照すると、各々がコンバータ２０２を伴う４つのモジュール１０８を含む１次元アレイ７００に関して、０°信号は、第１のモジュール１０８－１のＳ３の制御のためのものであり、１８０°信号は、それのＳ６の制御のためのものであり、４５°信号は、第２のモジュール１０８－２のＳ３の制御のためのものであり、２２５°信号は、それのＳ６の制御のためのものであり、９０°信号は、第３のモジュール１０８－３のＳ３の制御のためのものであり、２７０°信号は、それのＳ６の制御のためのものであり、１３５°信号は、第４のモジュール１０８－４のＳ３の制御のためのものであり、３１５°信号は、それのＳ６の制御のためのものである。各ハーフブリッジのシュートスルーを回避するために十分な不感時間を伴って、Ｓ３のための信号は、Ｓ４に相補的であって、Ｓ５のための信号は、Ｓ６に相補的である。図８Ｆは、４つのモジュール１０８からの出力電圧の重ね合わせ（合計）によって生産される例示的単相ＡＣ波形を描写する。
【0108】
代替は、第１の（Ｎ－１）／２個の搬送波とともに、正および負の基準信号の両方を利用することである。９レベル例が、図８Ｄに示される。この例では、０°～１３５°切り替え信号（図８Ｅ）が、＋Ｖｒｅｆを図８Ｄの０°～１３５°搬送波と比較することによって発生させられ、１８０°～３１５°切り替え信号が、－Ｖｒｅｆを図８Ｄの０°～１３５°搬送波と比較することによって発生させられる。しかしながら、後者の場合の比較の論理は、逆転される。状態機械デコーダ等の他の技法も、コンバータ２０２のスイッチのためのゲート信号を発生させるために使用され得る。
【0109】
多相システム実施形態において、同じ搬送波が、各位相のために使用されることができるか、または、搬送波の組は、各位相のために全体としてシフトさせられることができる。例えば、単一基準電圧（Ｖｒｅｆ）を伴う３相システムでは、各アレイ７００は、図８Ｃおよび８Ｄに示されるものと同じ相対的オフセットを伴う同じ数の搬送波を使用することができるが、第２の位相の搬送波は、第１の位相の搬送波と比較して１２０度シフトさせられ、第３の位相の搬送波は、第１の位相の搬送波と比較して、２４０度シフトさせられる。異なる基準電圧が、各位相のために利用可能である場合、位相情報は、基準電圧内で搬送されることができ、同じ搬送波が、各位相のために使用されることができる。多くの場合、搬送波周波数は、固定されるであろうが、いくつかの例示的実施形態において、搬送波周波数は、調節されることができ、それは、高電流条件下でのＥＶモータにおける損失を減らすことに役立ち得る。
【0110】
適切な切り替え信号が、制御システム１０２によって、各モジュールに提供されることができる。例えば、ＭＣＤ１１２は、ＬＣＤ１１４が制御するモジュールまたは複数のモジュール１０８に応じて、Ｖｒｅｆおよび適切な搬送波信号を各ＬＣＤ１１４に提供することができ、ＬＣＤ１１４は、次いで、切り替え信号を発生させることができる。または、アレイ内の全てのＬＣＤ１１４は、全ての搬送波信号を提供することができ、ＬＣＤは、適切な搬送波信号を選択することができる。
【0111】
各モジュール１０８の相対的利用は、本明細書に説明されるように、ステータス情報に基づいて調節され、１つ以上のパラメータの平衡を実施することができる。パラメータの平衡は、個々のモジュール利用調節が実施されないシステムと比較して、パラメータ発散を経時的に最小化するために利用を調節することを伴い得る。利用は、システム１００が放電状態にあるときにモジュール１０８が放電している相対的時間量、またはシステム１００が充電状態にあるときにモジュール１０８が充電している相対的時間量であり得る。
【0112】
本明細書に説明されるように、モジュール１０８は、アレイ７００内の他のモジュールに対して平衡を保たせられることができ、それは、アレイ内または相内平衡と称され得、異なるアレイ７００も、互いに対して平衡を保たせられることができ、それは、アレイ間または相間平衡と称され得る。異なるサブシステムのアレイ７００も、互いに対して平衡を保たせられることができる。制御システム１０２は、同時に、相内平衡、相間平衡、モジュール内の複数のエネルギー源の利用、能動フィルタリング、および補助負荷供給の任意の組み合わせを実施することができる。
【0113】
図９Ａは、単相ＡＣまたはＤＣアレイのための制御システム１０２のアレイコントローラ９００の例示的実施形態を描写するブロック図である。アレイコントローラ９００は、ピーク検出器９０２と、除算器９０４と、相内（またはアレイ内）平衡コントローラ９０６とを含むことができる。アレイコントローラ９００は、アレイ内のＮ個のモジュール１０８の各々についての基準電圧波形（Ｖｒ）およびステータス情報（例えば、充電の状態（ＳＯＣｉ）、温度（Ｔｉ）、容量（Ｑｉ）、および電圧（Ｖｉ））を入力として受信し、正規化された基準電圧波形（Ｖｒｎ）および変調指数（Ｍｉ）を出力として発生させることができる。ピーク検出器９０２は、Ｖｒのピーク（Ｖｐｋ）を検出し、Ｖｐｋは、コントローラ９００が動作および／または平衡を保っている位相に特有であり得る。除算器９０４は、Ｖｒをその検出されたＶｐｋによって除算することによって、Ｖｒｎを発生させる。相内平衡コントローラ９０６は、Ｖｐｋをステータス情報（例えば、ＳＯＣｉ、Ｔｉ、Ｑｉ、Ｖｉ等）とともに使用して、制御されているアレイ７００内の各モジュール１０８のための変調指数Ｍｉを発生させる。
【0114】
変調指数およびＶｒｎは、各コンバータ２０２のための切り替え信号を発生させるために使用されることができる。変調指数は、ゼロ～１（ゼロおよび１を含む）の数であることができる。特定のモジュール１０８に関して、正規化された基準Ｖｒｎが、Ｍｉによって変調またはスケーリングされることができ、この変調された基準信号（Ｖｒｎｍ）は、図８Ｃ－８Ｆに関して説明されるＰＷＭ技法に従って、または他の技法に従って、Ｖｒｅｆ（または－Ｖｒｅｆ）として使用されることができる。この方法において、変調指数は、コンバータ切り替え回路網（例えば、Ｓ３－Ｓ６またはＳ１－Ｓ６）に提供されるＰＷＭ切り替え信号を制御し、したがって、各モジュール１０８の動作を調整するために使用されることができる。例えば、通常または完全動作を維持するために制御されているモジュール１０８は、１のＭｉを受信し得る一方、通常または完全未満の動作に制御されているモジュール１０８は、１未満のＭｉを受信し得、電力出力を中止するように制御されるモジュール１０８は、ゼロのＭｉを受信し得る。この動作は、ＭＣＤ１１２が、変調およびスイッチ信号発生のために、ＶｒｎおよびＭｉを適切なＬＣＤ１１４に出力することによって、ＭＣＤ１１２が、スイッチ信号発生のために、変調を実施し、変調されたＶｒｎｍを適切なＬＣＤ１１４に出力することによって、または、ＭＣＤ１１２が、変調およびスイッチ信号発生を実施し、直接、スイッチ信号を各モジュール１０８のＬＣＤまたはコンバータ２０２に出力することによって等、制御システム１０２によって、種々の方法において実施されることができる。Ｖｒｎは、Ｖｒｎの周期毎に１回または１分あたり１回等、規則的間隔において送信される、Ｍｉとともに、連側的に送信されることができる。
【0115】
コントローラ９０６は、本明細書に説明される任意のタイプまたはタイプの組み合わせのステータス情報（例えば、ＳＯＣ、温度（Ｔ）、Ｑ、ＳＯＨ、電圧、電流）を使用して、各モジュール１０８のためのＭｉを発生させることができる。例えば、ＳＯＣおよびＴを使用するとき、モジュール１０８は、ＳＯＣが、アレイ７００内の他のモジュール１０８と比較して、比較的に高く、温度が、比較的に低い場合、比較的に高Ｍｉを有することができる。ＳＯＣのいずれかが、比較的に低い、またはＴが、比較的に高い場合、そのモジュール１０８は、比較的に低Ｍｉを有し、アレイ７００内の他のモジュール１０８より少ない利用をもたらすことができる。コントローラ９０６は、モジュール電圧の合計がＶｐｋを超えないように、Ｍｉを決定することができる。例えば、Ｖｐｋは、各モジュールの源２０６の電圧およびそのモジュールに関するＭｉの積の合計（例えば、Ｖｐｋ＝Ｍ１Ｖ１＋Ｍ２Ｖ２＋Ｍ３Ｖ３・・・＋ＭＮＶＮ等）であることができる。変調指数の異なる組み合わせ、したがって、モジュールによるそれぞれの電圧寄与が使用され得るが、総発生電圧は、同じままであるべきである。
【0116】
コントローラ９００は、各モジュール１０８内のエネルギー源のＳＯＣが、平衡を保たせられたままである場合、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、および／または各モジュール内のエネルギー源または他の構成要素（例えば、エネルギーバッファー）の温度が平衡を保たせられたままである場合、または不平衡である場合、平衡条件に収束するように、任意の時点において（例えば、ＥＶの最大加速の間等に）システムの電力出力要件を達成することを妨げない限りにおいて、動作を制御することができる。モジュール内および外の電力流は、源間の容量差がＳＯＣ偏差を引き起こさないように、調整されることができる。ＳＯＣおよび温度の平衡は、ＳＯＨのある程度の平衡を間接的に引き起こし得る。電圧および電流は、所望される場合、直接平衡を保たれることができるが、多くの実施形態において、システムの主要目標は、ＳＯＣおよび温度の平衡を保つことであり、ＳＯＣの平衡は、モジュールが類似容量およびインピーダンスである極めて対称のシステム内の電圧および電流の平衡につながり得る。
【0117】
全てのパラメータの平衡を保つことが同時に可能ではないこともある（例えば、１つのパラメータの平衡が、別のパラメータをさらに不平衡にし得る）ので、いずれか２つ以上のパラメータ（ＳＯＣ、Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）の平衡を保つことの組み合わせが、用途の要件に応じて、いずれか一方に与えられる優先順位を伴って適用され得る。平衡における優先順位は、他のパラメータ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）と比べてＳＯＣに与えられることができ、他のパラメータのうちの１つ（Ｔ、Ｑ、ＳＯＨ、Ｖ、Ｉ）が閾値外の重大な不平衡条件に到達する場合、例外が認められる。
【0118】
異なる位相のアレイ７００（または、例えば、並列アレイが使用される場合、同じ位相のアレイ）間の平衡は、相内平衡と並行して実施されることができる。図９Ｂは、少なくともΩ個のアレイ７００を有するΩ相システム１００内の動作のために構成されたΩ相（またはΩアレイ）コントローラ９５０の例示的実施形態を描写し、Ωは、２以上の任意の整数である。コントローラ９５０は、１つの相間（またはアレイ間）コントローラ９１０、および位相ＰＡ～ＰΩのためのΩ個の相内平衡コントローラ９０６－ＰＡ・・・９０６－ＰΩ、および正規化された基準ＶｒｎＰＡ～ＶｒｎＰΩを各位相特有の基準ＶｒＰＡ～ＶｒＰΩから発生させるためのピーク検出器９０２および除算器９０４（図９Ａ）を含むことができる。相内コントローラ９０６は、図９Ａに関して説明されるように、各アレイ７００の各モジュール１０８のためのＭｉを発生させることができる。相間平衡コントローラ９１０は、多次元システム全体を横断して、例えば、異なる位相のアレイ間のモジュール１０８の側面の平衡を保つように構成またはプログラムされる。これは、共通モードを位相に導入すること（例えば、中性点シフト）を通して、または相互接続モジュール（本明細書に説明される）の使用を通して、または両方を通して、達成され得る。共通モード導入は、位相および振幅シフトを基準信号ＶｒＰＡ～ＶｒＰΩに導入し、正規化された波形ＶｒｎＰＡ～ＶｒｎＰΩを発生させ、１つ以上のアレイ内の不平衡を補償することを伴い、本明細書に組み込まれる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／２５３６６号にさらに説明されている。
【0119】
コントローラ９００および９５０（および平衡コントローラ９０６および９１０）は、制御システム１０２内において、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されることができる。コントローラ９００および９５０は、ＭＣＤ１１２内に実装されること、部分的または完全にＬＣＤ１１４間に分散させられることができるか、または、ＭＣＤ１１２およびＬＣＤ１１４から独立して、別々のコントローラとして実装され得る。
（相互接続（ＩＣ）モジュール例）
（相互接続（ＩＣ）モジュール例）
【0120】
モジュール１０８は、アレイ間でエネルギーを交換すること、補助負荷のための源としての機能を果たすこと、または両方の目的のために、異なるアレイ７００のモジュール間に接続されることができる。そのようなモジュールは、本明細書では、相互接続（ＩＣ）モジュール１０８ＩＣと称される。ＩＣモジュール１０８ＩＣは、すでに説明されたモジュール構成（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ）および本明細書に説明されるべきその他のいずれかで実装されることができる。ＩＣモジュール１０８ＩＣは、任意の数の１つ以上のエネルギー源と、随意のエネルギーバッファーと、エネルギーを１つ以上のアレイに供給すること、および／または電力を１つ以上の補助負荷に供給することを行うためのスイッチ回路網と、制御回路網（例えば、ローカル制御デバイス）と、ＩＣモジュール自体またはその種々の負荷についてのステータス情報（例えば、エネルギー源のＳＯＣ、エネルギー源またはエネルギーバッファーの温度、エネルギー源の容量、エネルギー源のＳＯＨ、ＩＣモジュールに関する電圧および／または電流測定値、補助負荷に関する電圧および／または電流測定値等）を収集するためのモニタ回路網とを含むことができる。
【0121】
図１０Ａは、Ω個のアレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩを用いて、Ω相電力を生産することが可能であるシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図であり、Ωは、２以上の任意の整数であることができる。この実施形態および他の実施形態において、ＩＣモジュール１０８ＩＣは、モジュール１０８ＩＣが接続されるアレイ７００（本実施形態において、アレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩ）がモジュール１０８ＩＣと、負荷への出力（例えば、ＳＩＯ１－ＳＩＯΩ）との間に電気的に接続されるように、アレイ７００のレール側に配置されることができる。ここでは、モジュール１０８ＩＣは、アレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩの各モジュール１０８－ＮのＩＯポート２への接続のためのΩ個のＩＯポートを有する。ここで描写される構成では、モジュール１０８ＩＣは、モジュール１０８ＩＣの１つ以上のエネルギー源をアレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩのうちの１つ以上に（または相間平衡が要求されない場合、無出力に、または等しく全ての出力に）選択的に接続することによって、相間平衡を実施することができる。システム１００は、制御システム１０２によって制御されることができる（図示せず、図１Ａ参照）。
【0122】
図１０Ｂは、モジュール１０８ＩＣの例示的実施形態を描写する概略図である。本実施形態において、モジュール１０８ＩＣは、エネルギーバッファー２０４と接続されたエネルギー源２０６を含み、エネルギーバッファー２０４は、次に、スイッチ回路網６０３と接続される。スイッチ回路網６０３は、それぞれ、独立して、エネルギー源２０６をアレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩの各々に接続するために、スイッチ回路網ユニット６０４－ＰＡ～６０４－ＰΩを含むことができる。種々のスイッチ構成が、各ユニット６０４のために使用されることができ、それは、本実施形態において、２つの半導体スイッチＳ７およびＳ８を伴うハーフブリッジとして構成される。各ハーフブリッジは、ＬＣＤ１１４からの制御ライン１１８－３によって制御される。この構成は、図３Ａに関して説明されるモジュール１０８Ａに類似する。コンバータ２０２に関して説明されるように、スイッチ回路網６０３は、用途の要件のために好適である、任意の配置で、任意のスイッチタイプ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、シリコン、ＧａＮ等）で構成されることができる。
【0123】
スイッチ回路網ユニット６０４は、エネルギー源２０６の正の端子と負の端子との間に結合され、スイッチ回路網ユニット６０４は、モジュール１０８ＩＣのＩＯポートに接続された出力を有する。ユニット６０４－ＰＡ～６０４－ＰΩは、制御システム１０２によって、電圧＋ＶＩＣまたは－ＶＩＣをそれぞれのモジュールＩ／Ｏポート１－Ωに選択的に結合するように制御されることができる。制御システム１０２は、本明細書に述べられたＰＷＭおよびヒステリシス技法を含む任意の所望の制御技法に従って、スイッチ回路網６０３を制御することができる。ここでは、制御回路網１０２は、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として実装される。ＬＣＤ１１４は、監視データまたはステータス情報をモジュール１０８ＩＣのモニタ回路網から受信することができる。この監視データおよび／またはこの監視データから導出される他のステータス情報は、本明細書に説明されるようなシステム制御における使用のために、ＭＣＤ１１２に出力されることができる。ＬＣＤ１１４は、システム１００のモジュール１０８の同期の目的のためのタイミング情報（図示せず）と、ＰＷＭにおいて使用される鋸歯信号（図８Ｃ－８Ｄ）等の１つ以上の搬送波信号（図示せず）とを受信することもできる。
【0124】
相間平衡のために、源２０６からの比例的により多くのエネルギーが、他のアレイ７００と比較して比較的に低充電状態であるアレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩのうちの任意の１つ以上のものに供給されることができる。特定のアレイ７００への本補完的エネルギーの供給は、そのアレイ７００内のそれらのカスケード式モジュール１０８－１～１０８－Ｎのエネルギー出力が供給されない位相アレイに対して減らされることを可能にする。
【0125】
例えば、ＰＷＭを適用するいくつかの例示的実施形態において、ＬＣＤ１１４は、そのモジュール１０８ＩＣが結合された１つ以上のアレイ７００の各々のための正規化された電圧基準信号（Ｖｒｎ）（例えば、ＶｒｎＰＡ～ＶｒｎＰΩ）を受信する（ＭＣＤ１１２から）ように構成されることができる。ＬＣＤ１１４は、各アレイ７００のために、ＭＣＤ１１２から、スイッチユニット６０４－ＰＡ～６０４－ＰΩのために、変調指数ＭｉＰＡ～ＭｉＰΩをそれぞれ受信することもできる。ＬＣＤ１１４は、直接そのアレイに結合されたスイッチ区分のために、変調指数を用いて、各それぞれのＶｒｎを変調（例えば、乗算）し（例えば、ＶｒｎＡがＭｉＡによって乗算される）、次いで、搬送波信号を利用して、スイッチ各ユニット６０４のために、制御信号を発生させることができる。他の実施形態において、ＭＣＤ１１２は、変調を実施し、変調された電圧基準波形を、各ユニット６０４のために、直接、モジュール１０８ＩＣのＬＣＤ１１４に出力することができる。さらに他の実施形態において、全ての処理および変調は、制御信号を直接各ユニット６０４に出力し得る単一制御エンティティによって生じることができる。
【0126】
この切り替えは、エネルギー源２０６からの電力が、適切な間隔および持続時間において、アレイ７００に供給されるように、変調されることができる。そのような方法論は、種々の方法において実装されることができる。
【0127】
現在の容量（Ｑ）および各アレイ内の各エネルギー源のＳＯＣ等、システム１００に関する収集されるステータス情報に基づいて、ＭＣＤ１１２は、各アレイ７００のために、総充電量を決定することができる（例えば、あるアレイに関する総充電量は、そのアレイの各モジュールのための容量×ＳＯＣの合計として決定されることができる）。ＭＣＤ１１２は、平衡または不平衡条件が存在するかどうかを決定し（例えば、本明細書に説明される相対的差異閾値および他の測定基準の使用を通して）、適宜、各スイッチユニット６０４－ＰＡ～６０４－ＰΩのために、変調指数ＭｉＰＡ～ＭｉＰΩを発生させることができる。
【0128】
平衡を保たせられた動作中、各スイッチユニット６０４のためのＭｉは、正味エネルギーの同じまたは類似量がエネルギー源２０６および／またはエネルギーバッファー２０４によって各アレイ７００に経時的に供給されるようにする値に設定されることができる。例えば、各スイッチユニット６０４のためのＭｉは、同じまたは類似であり得、モジュール１０８ＩＣをシステム１００内の他のモジュール１０８と同じ率でドレインするように、平衡を保たせられた動作中、モジュール１０８ＩＣに、１つ以上のアレイ７００－ＰＡ～７００－ＰΩへのエネルギーの正味または時間平均放電を実施させるレベルまたは値に設定されることができる。いくつかの実施形態において、各ユニット６０４のためのＭｉは、平衡を保たせられた動作中、エネルギーの正味または時間平均放電を引き起こさない（ゼロの正味エネルギー放電を引き起こす）レベルまたは値に設定されることができる。これは、モジュール１０８ＩＣがシステム内の他のモジュールより低い総充電量を有する場合、有用であり得る。
【0129】
不平衡条件が、アレイ７００間で生じる場合、システム１００の変調指数は、収束を平衡条件に向かって引き起こすように、またはさらなる発散を最小化するように調節されることができる。例えば、制御システム１０２は、モジュール１０８ＩＣに、その他より低充電量を伴うアレイ７００により多く放電させることができ、また、その低アレイ７００のモジュール１０８－１～１０８－Ｎに、比較的に少なく放電させることができる（例えば、時間平均ベースで）。モジュール１０８ＩＣによって寄与される相対的正味エネルギーは、支援されているアレイ７００のモジュール１０８－１～１０８－Ｎと比較して、増加し、モジュール１０８ＩＣが他のアレイに寄与する正味エネルギーの量と比較しても、増加する。これは、その低アレイ７００に供給しているスイッチユニット６０４のためのＭｉを増加させることによって、およびその低アレイに関するＶｏｕｔを適切なまたは要求されるレベルに維持し、他のより高いアレイに供給している他のスイッチユニット６０４のための変調指数を比較的に不変に維持する（またはそれらを減少させる）様式において、低アレイ７００のモジュール１０８－１～１０８－Ｎの変調指数を減少させることによって、遂行されることができる。
【0130】
図１０Ａ－１０Ｂにおけるモジュール１０８ＩＣの構成は、単一システムのための相間またはアレイ間平衡を提供するために単独で使用されること、または、各々がエネルギー源と１つ以上のアレイに結合された１つ以上のスイッチ部分６０４とを有する１つ以上の他のモジュール１０８ＩＣと組み合わせて使用されることができる。例えば、Ω個の異なるアレイ７００と結合されたΩ個のスイッチ部分６０４を伴うモジュール１０８ＩＣは、２つのモジュールが、Ω＋１個のアレイ７００を有するシステム１００に給電するように組み合わせられるように、１つのアレイ７００と結合された１つのスイッチ部分６０４を有する第２のモジュール１０８ＩＣと組み合わせられることができる。任意の数のモジュール１０８ＩＣが、この方式において組み合わせられることができ、各々、システム１００の１つ以上のアレイ７００と結合される。
【0131】
さらに、ＩＣモジュールは、システム１００の２つ以上のサブシステム間でエネルギーを交換するように構成されることができる。図１０Ｃは、ＩＣモジュールによって相互接続された第１のサブシステム１０００－１と、第２のサブシステム１０００－２とを伴うシステム１００の例示的実施形態を描写するブロック図である。具体的に、サブシステム１０００－１は、システムＩ／ＯポートＳＩＯ１、ＳＩＯ２、およびＳＩＯ３を用いて、３相電力ＰＡ、ＰＢ、およびＰＣを第１の負荷（図示せず）に供給するように構成される一方、サブシステム１０００－２は、システムＩ／ＯポートＳＩＯ４、ＳＩＯ５、およびＳＩＯ０６を用いて、３相電力ＰＤ、ＰＥ、およびＰＦを第２の負荷（図示せず）に供給するように構成される。例えば、サブシステム１０００－１および１０００－２は、ＥＶの異なるモータのための電力を供給する異なるパックとして、または異なるマイクロ送電網のための電力を供給する異なるラックとして、構成されることができる。
【0132】
本実施形態において、各モジュール１０８ＩＣは、サブシステム１０００－１の第１のアレイ（ＩＯポート１を経由して）およびサブシステム１０００－２の第１のアレイ（ＩＯポート２を経由して）と結合され、各モジュール１０８ＩＣは、図３Ｃのモジュール１０８Ｃに関して説明されるように各モジュール１０８ＩＣのエネルギー源２０６と結合されたＩ／Ｏポート３および４を用いて、他のモジュール１０８ＩＣと互いに電気的に接続されることができる。この接続は、モジュール１０８ＩＣ－１、１０８ＩＣ－２、および１０８ＩＣ－３の源２０６を並列に設置し、したがって、モジュール１０８ＩＣによって貯蔵および供給されるエネルギーは、この並列配置によって、一緒にプールされる。直列接続等の他の配置も、使用されることができる。モジュール１０８ＩＣは、サブシステム１０００－１の共通エンクロージャ内に格納されるが、しかしながら、相互接続モジュールは、共通エンクロージャの外部にあり、両方のサブシステム１０００の共通エンクロージャ間に独立エンティティとして物理的に配置されることができる。
【0133】
各モジュール１０８ＩＣは、図１０Ｂに関して説明されるように、ＩＯポート１と結合されたスイッチユニット６０４－１と、Ｉ／Ｏポート２と結合されたスイッチユニット６０４－２とを有する。したがって、サブシステム１０００間の平衡（例えば、パック間またはラック間平衡）のために、特定のモジュール１０８ＩＣは、比較的に多くのエネルギーをそれが接続される２つのアレイの一方または両方に供給することができる（例えば、モジュール１０８ＩＣ－１は、アレイ７００－ＰＡおよび／またはアレイ７００－ＰＤに供給することができる）。制御回路網は、本明細書に説明される同じラックまたはパックの２つのアレイ間の非平衡の補償と同じ様式で、異なるサブシステムのアレイの相対的パラメータ（例えば、ＳＯＣおよび温度）を監視し、ＩＣモジュールのエネルギー出力を調節し、異なるサブシステムのアレイまたは位相間の非平衡を補償することができる。全３つのモジュール１０８ＩＣは、並列であるので、エネルギーは、システム１００のあらゆるアレイ間で効率的に交換されることができる。本実施形態において、各モジュール１０８ＩＣは、２つのアレイ７００に供給するが、他の構成が、使用されることができる（システム１００の全てのアレイのための単一ＩＣモジュールおよびアレイ７００毎に１つの専用ＩＣモジュールを伴う構成（例えば、６つのアレイのための６つのＩＣモジュール、各ＩＣモジュールは、１つのスイッチユニット６０４を有する）を含む）。あらゆる場合において、複数のＩＣモジュールを用いて、エネルギー源は、本明細書に説明されるように、エネルギーを共有するように、並列に一緒に結合されることができる。
【0134】
位相間にＩＣモジュールを伴うシステムでは、相間平衡も、上記に説明されるように、中性点シフト（または共通モード導入）によって実施されることができる。そのような組み合わせは、より広い動作条件範囲下で、よりロバストかつ柔軟な平衡を可能にする。システム１００は、その下で中性点シフトのみ、相間エネルギー導入のみ、または両方の組み合わせを同時に用いて相間平衡を実施すべき適切な状況を決定することができる。
【0135】
ＩＣモジュールは、電力を１つ以上の補助負荷３０１（源２０６と同じ電圧で）および／または１つ以上の補助負荷３０２（源３０２から下げられた電圧で）に供給するように構成されることができる。図１０Ｄは、相間平衡を実施し、補助負荷３０１および３０２に供給するように接続される２つのモジュール１０８ＩＣを伴う３相システム１００Ａの例示的実施形態を描写するブロック図である。図１０Ｅは、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２に重点を置いたシステム１００のこの例示的実施形態を描写する概略図である。ここでは、制御回路網１０２は、再び、ＬＣＤ１１４およびＭＣＤ１１２（図示せず）として実装される。ＬＣＤ１１４は、監視データ（例えば、ＥＳ１のＳＯＣ、ＥＳ１の温度、ＥＳ１のＱ、補助負荷３０１および３０２の電圧等）をモジュール１０８ＩＣから受信し、本明細書に説明されるようなシステム制御における使用のために、この監視データおよび／または他の監視データをＭＣＤ１１２に出力することができる。各モジュール１０８ＩＣは、そのモジュールによって供給されている各負荷３０２のためのスイッチ部分６０２Ａ（または図６Ｃに関して説明される６０２Ｂ）を含むことができ、各スイッチ部分６０２は、独立して、またはＭＣＤ１１２からの制御入力に基づいて、ＬＣＤ１１４によって、負荷３０２のための必要電圧レベルを維持するように制御されることができる。本実施形態において、各モジュール１０８ＩＣは、一緒に接続され、１つの負荷３０２に供給するスイッチ部分６０２Ａを含むが、それは、要求されるものではない。
【0136】
図１０Ｆは、モジュール１０８ＩＣ－１、１０８ＩＣ－２、および１０８ＩＣ－３を用いて、電力を１つ以上の補助負荷３０１および３０２に供給するように構成される、３相システムの別の例示的実施形態を描写するブロック図である。本実施形態において、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２は、図１０Ｄ－１０Ｅに関して説明されるものと同じ様式で構成される。モジュール１０８ＩＣ－３は、単に補助役割りにおいて構成され、電圧または電流をシステム１００の任意のアレイ７００の中に能動的に導入しない。本実施形態において、モジュール１０８ＩＣ－３は、図３Ｂのモジュール１０８Ｃのように構成され、１つ以上の補助スイッチ部分６０２Ａを伴うが、スイッチ部分６０１を省略したコンバータ２０２Ｂ、Ｃ（図６Ｂ－６Ｃ）を有することができる。したがって、モジュール１０８ＩＣ－３の１つ以上のエネルギー源２０６は、モジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２のものと並列に相互接続され、したがって、システム１００の本実施形態は、補助負荷３０１および３０２に供給するため、およびモジュール１０８ＩＣ－３の源２０６との並列接続を通したモジュール１０８ＩＣ－１および１０８ＩＣ－２の源２０６Ａへの充電を維持するための追加のエネルギーで構成される。
【0137】
各ＩＣモジュールのエネルギー源２０６は、システムの他のモジュール１０８－１～１０８－Ｎの源２０６と同じ電圧および容量にあることができるが、それは、要求されるものではない。例えば、比較的に高い容量が、１つのモジュール１０８ＩＣがエネルギーを複数のアレイ７００（図１０Ａ）に印加し、ＩＣモジュールが位相アレイ自体のモジュールと同じ率で放電することを可能にする、実施形態において、望ましくあり得る。モジュール１０８ＩＣも、補助負荷に供給する場合、さらにより多くの容量は、ＩＣモジュールが、他のモジュールと比較的に同じ率で補助負荷に供給することおよび放電することの両方を可能にするように、所望され得る。
（再構成可能アレイの例示的実施形態）
（再構成可能アレイの例示的実施形態）
【0138】
システム１００は、ＤＣ源から電力を受け入れ、ＡＣ充電シンク（負荷または送電網）に電力を出力するように構成されることができる。逆に、システム１００は、ＡＣ源から電力を受け入れ、ＤＣ充電シンクに電力を出力するように構成されることもできる。そのような能力は、追加のスイッチを使用したアレイ７００の再構成を通して取得されることができる。この能力に関して、ＡＣまたはＤＣ充電源から反対のタイプ（ＤＣまたはＡＣ）の充電シンクにエネルギーを移送するためのエネルギーバッファーとしてシステム１００を使用するとき等の多数の用途が、存在する。種々の用途が、本明細書においてさらに議論されるであろう。
【0139】
図１１Ａは、ＡＣエンティティ１１０１およびＤＣエンティティ１１０２の両方とインターフェースで接続するように構成されたシステム１００の例示的実施形態を描写する概略図である。エンティティ１１０１および１１０２は、用途に応じて、送電網または負荷であることができる。システム１００は、ＡＣエンティティ１１０１またはＤＣエンティティ１１０２のいずれかから電力を受け入れ、ＡＣエンティティ１１０１またはＤＣエンティティ１１０２のいずれかに電力を出力するように構成されることができる。ここでは、システム１００は、６つのアレイである、７００－ＰＡ１と、７００－ＰＡ２と、７００－ＰＢ１と、７００－ＰＢ２と、７００－ＰＣ１と、７００－ＰＣ２とを含む。各アレイ７００は、２つ以上のモジュール１０８のうちの任意の数のものを含むことができる。各アレイ７００は、モジュール１０８－１に接続された第１のアレイ入／出力（ＡＩＯ１）と、モジュール１０８－Ｎに接続された第２のアレイ入／出力（ＡＩＯ２）とを有する。ＡＩＯ１は、それぞれのアレイ７００によって生産される電圧および／または電流を測定するための１つ以上の電圧および／または電流センサを含み得る結合回路網１１０４（それも、モジュール１０８に類似するモジュールとして構成され得る）に接続される。例えば、アレイ７００－ＰＡ１のＡＩＯ１は、結合回路網１１０４－ＰＡ１に接続される。結合回路網１１０４は、それぞれのアレイによって生産される信号を調整するための１つ以上のインダクタおよび／またはコンデンサも含むことができ、および／または、回路ブレーカまたはヒューズ等の１つ以上の安全接続解除部も含むことができる。１つ以上のインダクタおよび／またはコンデンサは、各アレイから受信または出力されている信号のタイプ（ＡＣまたはＤＣ）に応じて、バイパスされることができる。
【0140】
各アレイ７００の結合回路網１１０４は、次に、それぞれのアレイ７００をＡＣライン（例えば、ＰＡ、ＰＢ、またはＰＣ）のうちの１つに選択的に接続し得る第１のスイッチ１１０５と結合される。結合回路網１１０４は、それぞれのアレイ７００をＤＣラインのうちの一方（ＤＣ＋またはＤＣ－）に選択的に接続し得る第２のスイッチ１１０６とも結合される。例えば、結合回路網１１０４－ＰＡ１は、アレイ７００－ＰＡ１をＡＣラインＰＡに選択的に接続し得る第１のスイッチ１１０５－ＰＡ１と結合され、アレイ７００－ＰＡをＤＣラインＤＣ－に選択的に接続し得る第２のスイッチ１１０６－ＰＡ１とも結合される。特定の位相に割り当てられたアレイの各対（例えば、アレイ７００－ＰＡ１および７００－ＰＡ２）は、一緒に接続されるそれらのＡＩＯ２ノードを有することができる。隣接するアレイ対のＡＩＯ２ノードは、スイッチ１１０７によって分離されることができる。ここでは、位相Ａのためのアレイ対は、スイッチ１１０７－１によって、位相Ｂのためのアレイ対から分離され、位相Ｂのためのアレイ対は、スイッチ１１０７－２によって、位相Ｃのためのアレイ対から分離される。
【0141】
スイッチ１１０５、１１０６、および１１０７の各々は、制御システム１０２（制御接続は図示せず）によって制御されることができる。システム１００をＡＣエンティティ１１０１から電力を受け取るか、または、電力を発生させ、ＡＣエンティティ１１０１に出力するような構成に置くために、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５、１１０６、および１１０７に出力し、それらを適切な状態（開放または閉鎖）に置く。スイッチ１１０５－ＰＡ１、１１０５－ＰＡ２、１１０５－ＰＢ１、１１０５－ＰＢ２、１１０５－ＰＣ１、および１１０５－ＰＣ２は、アレイ７００をＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣに接続する閉鎖状態に置かれる。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６－ＰＡ１、１１０６－ＰＡ２、１１０６－ＰＢ１、１１０６－ＰＢ２、１１０６－ＰＣ１、および１１０６－ＰＣ２に出力し、それらをＤＣラインＤＣ＋およびＤＣ－からアレイ７００を接続解除する開放状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、それらを６つのアレイ７００のＡＩＯ２ノードを接続する閉鎖状態に置くことができる。図１１Ｂは、ＡＣエンティティ１１０１とインターフェースで接続するための構成にある、システム１００の本実施形態を描写する電気的等価図である。ここで見られ得るように、アレイ７００－ＰＡ１および７００－ＰＡ２は、並列であり、ラインＰＡに接続され、アレイ７００－ＰＢ１および７００－ＰＢ２は、並列であり、ラインＰＢに接続され、アレイ７００－ＰＣ１および７００－ＰＣ２は、並列であり、ラインＰＣに接続される。
【0142】
システム１００をＤＣエンティティ１１０２から電力を受け取るか、または電力を発生させ、ＤＣエンティティ１１０２に出力するような構成に置くために、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５－ＰＡ１、１１０５－ＰＡ２、１１０５－ＰＢ１、１１０５－ＰＢ２、１１０５－ＰＣ１、および１１０５－ＰＣ２に出力し、それらをＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣからアレイ７００を接続解除する開放状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６－ＰＡ１、１１０６－ＰＡ２、１１０６－ＰＢ１、１１０６－ＰＢ２、１１０６－ＰＣ１、および１１０６－ＰＣ２に出力し、それらをアレイ７００－ＰＡ１、７００－ＰＢ１、および７００－ＰＣ１をラインＤＣ＋に接続し、アレイ７００－ＰＡ２、７００－ＰＢ２、および７００－ＰＣ２をラインＤＣ－に接続する閉鎖状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、それらを隣接するアレイ対のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態に置くことができる。
【0143】
図１１Ｃは、ＤＣエンティティ１１０２とインターフェースで接続するための構成におけるシステム１００の本実施形態を描写する電気的等価図である。ここで見られ得るように、アレイ７００－ＰＡ１と７００－ＰＡ２はと、直列にあり、アレイ７００－ＰＡ１のＡＩＯ１は、ラインＤＣ＋に接続され、アレイ７００－ＰＡ１のＡＩＯ２は、アレイ７００－ＰＡ２のＡＩＯ２に接続され、アレイ７００－ＰＡ２のＡＩＯ１は、ラインＤＣ－に接続される。したがって、アレイ７００－ＰＡ２は、反転され、図１１ＢのＡＣ構成にあるときに正電圧を生産しているであろうアレイ７００－ＰＡ２のモジュールのコンバータ２０２状態は、ここで、このＤＣ構成において負の電圧を生産する。制御システム１０２は、アレイ７００－ＰＡ２のコンバータのための切り替え信号発生を逆転させ、この反転された配置に適応するように構成される。他のアレイ対（７００－ＰＢ１、ＰＢ２および７００－ＰＣ１、ＰＣ２）も、アレイ７００－ＰＡ１およびＰＡ２と同様に構成される。アレイの直列の設置によって、図１１ＣのＤＣ構成は、図１１ＢのＡＣ構成のそれの２倍の正電圧を生産することができる。システム１００は、制御システム１０２の制御下において、モジュール１０８の各々のコンバータ２０２を個々に制御し、モジュールのエネルギー源電圧の任意数倍のＤＣ出力電圧を生産することができる。例えば、モジュール１０８の各々が、５０Ｖエネルギー源を含み、アレイ７００内に１０個のモジュールが存在する場合、システム１００は、５０Ｖ間隔で５０Ｖ～１，０００Ｖの任意のＤＣ電圧を生産すること（および受け取ること）ができる。この非常に動的な能力は、システム１００が多種多様な異なるＤＣエンティティ１１０２から充電し、それに放電することを可能にする。
【0144】
システム１００は、より多くのエネルギー貯蔵容量を伴うより複雑な構成に拡張されることができる。図１２Ａは、より大きい容量と、より大きい電流発生能力とを有するシステム１００の別の例示的実施形態を描写する概略図である。本実施形態において、システム１００は、１２個のアレイ７００を含み、それらの各々が図１１Ａの実施形態のそれと同様に構成されている。差異は、特定のＡＣ位相のための各アレイ対が、その位相のための別のアレイ対と並列であることである。アレイ７００－ＰＡ１および７００－ＰＡ２は、アレイ７００－ＰＡ３および７００－ＰＡ４と並列であり、アレイ７００－ＰＢ１および７００－ＰＢ２は、アレイ７００－ＰＢ３および７００－ＰＢ４と並列であり、アレイ７００－ＰＣ１および７００－ＰＣ２は、アレイ７００－ＰＣ３および７００－ＰＣ４と並列である。スイッチ１１０８の追加の組が、所与の位相に割り当てられた隣接する対のＡＩＯ２ノード間に存在する。スイッチ１１０８－１は、アレイ７００－ＰＡ１、ＰＡ２のＡＩＯ２ノードとアレイ７００－ＰＡ３、ＰＡ４のＡＩＯ２ノードとの間に存在する。スイッチ１１０８－２は、アレイ７００－ＰＢ１、ＰＢ２のＡＩＯ２ノードとアレイ７００－ＰＢ３、ＰＢ４のＡＩＯ２ノードとの間に存在する。スイッチ１１０８－３は、アレイ７００－ＰＣ１、ＰＣ２のＡＩＯ２ノードとアレイ７００－ＰＣ３、ＰＣ４のＡＩＯ２ノードとの間に存在する。
【0145】
システム１００をＡＣエンティティ１１０１から電力を受け取るか、または、電力を発生させ、ＡＣエンティティ１１０１に出力するような構成に置くために、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５に出力し、それらをアレイ７００をＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣに接続する閉鎖状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６に出力し、それらをＤＣラインＤＣ＋およびＤＣ－からアレイ７００を接続解除する開放状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７および１１０８に出力し、それらを１２個のアレイ７００のＡＩＯ２ノードを接続する閉鎖状態に置くことができる。図１２Ｂは、ＡＣエンティティ１１０１とインターフェースで接続するための構成にある、システム１００の本実施形態を描写する電気的等価図である。ここで見られ得るように、アレイ７００－ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、およびＰＡ４は、並列であり、ラインＰＡに接続され、アレイ７００－ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３、およびＰＢ４は、並列であり、ラインＰＢに接続され、アレイ７００－ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、およびＰＣ４は、並列であり、ラインＰＣに接続される。
【0146】
システム１００をＤＣエンティティ１１０２から電力を受け取るか、または電力を発生させ、ＤＣエンティティ１１０２に出力するような構成に置くために、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５に出力し、それらをＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣからアレイ７００を接続解除する開放状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６に出力し、それらをアレイ７００－ＰＡ１、７００－ＰＡ３、７００－ＰＢ１、７００－ＰＢ３、７００－ＰＣ１、および７００－ＰＣ３をラインＤＣ＋に接続し、アレイ７００－ＰＡ２、７００－ＰＡ４、７００－ＰＢ２、７００－ＰＢ４、７００－ＰＣ２、および７００－ＰＣ４をラインＤＣ－に接続する閉鎖状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、それらを異なる位相群Ａ、Ｂ、およびＣ間のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態に置くことができ、制御信号をスイッチ１１０８－１、１１０８－２、および１１０８－３に出力し、それらを同じ位相群Ａ、Ｂ、およびＣ内の異なるアレイ対間のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態に置くこともできる。
【0147】
図１２Ｃは、ＤＣエンティティ１１０２とインターフェースで接続するための構成にある、システム１００の本実施形態を描写する電気的等価図である。この構成は、図１１Ｃのものと同じであるが、アレイ７００－ＰＡ３およびＰＡ４は、アレイ７００－ＰＡ１およびＰＡ２のように直列に接続される。したがって、２つの直列ストリングが、存在し、一方は、アレイ７００－ＰＡ１とＰＡ２とから構成され、別は、アレイ７００－ＰＡ３とＰＡ４とから構成される。これらの２つの直列ストリングは、並列に接続される。他の位相群ＢおよびＣのアレイ７００も、ストリングの全てが並列であるように、同様に構成される。この方法でアレイの数を倍にすることは、ＡＣおよびＤＣ構成の両方において容量および電流発生能力を倍にする。
【0148】
図１１Ａ－１２Ｃの実施形態において、スイッチ１１０５、１１０６、１１０７、および１１０８のうちのいずれかを接続解除状態に置くために制御信号を使用する代わりに、それらのスイッチは、安全のために、接続解除状態をデフォルトに自動的に設定するように構成されることができる。さらに、スイッチ１１０７および１１０８は、所望に応じて省略されることができる。スイッチ１１０６の数は、図１１Ａおよび１２Ａの両方の実施形態において統合または減らされることができ、スイッチ１１０５の数は、図１２Ａの実施形態において統合および減らされることができる。高電圧変圧器が、電圧適合性およびシステム１００のためのＡＣエンティティ１１０１からのガルバニック絶縁を提供するために、ＡＣエンティティ１１０１とシステム１００との間に設置されることができる。
（再構成可能アレイのための例示的用途）
（再構成可能アレイのための例示的用途）
【0149】
図１１Ａ－１２Ｃの再構成可能アレイ実施形態は、電力がＡＣまたはＤＣエンティティのうちの一方からＡＣまたはＤＣエンティティのうちの別のものに移送される、様々な用途において使用されることができる。１つのそのような用途は、エネルギーバッファーであり、エネルギーバッファーは、光起電パネルのような再生可能エネルギー源等、ＤＣ形式において第１のエネルギー源からの出力を受け取り、システム１００内にそのエネルギーを貯蔵し、次いで、そのエネルギーをＡＣエンティティの形態における負荷または送電網に出力し得る。別のそのような用途は、逆のものであり、エネルギーが、送電網等のＡＣ源から受け取られ、システム１００内に貯蔵され、次いで、エネルギーは、従来のバッテリパックまたはＤＣ送電網等のＤＣエンティティに出力される。
【0150】
これらの実施形態は、ＡＣ送電網から電力を受け入れ、その電力をシステム１００のモジュール内に貯蔵し、次いで、その電力を１つ以上の電気自動車（ＥＶ）のためのＤＣ充電信号として出力し得る充電ステーションのために好適である。ＤＣ電圧は、システム１００からＤＣ充電タワー（ＤＣエンティティ１１０２）に出力されることができ、それは、次に、直接、ＥＶ自体（そのエネルギー貯蔵システム）とインターフェースで接続することができる。ＤＣ充電タワーは、必要である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを含むことができるが、それは、システム１００の動的電圧生産能力を所与として、要求されるものではない。
【0151】
充電ステーションは、静止式であり、レストラン、オフィス場所、ガソリンスタンド等のような特定の場所に恒久的に据え付けられることができる。代替として、充電ステーションは、可動性であり、ＡＣ（またはＤＣ）電力がシステム１００を充電するために利用可能である場所から、貯蔵されたエネルギーが同じまたは異なる形式において要求されるが、必要なＡＣ（またはＤＣ）電力源を有していない第２の場所まで輸送されることができる。
【0152】
図１３Ａ－１３Ｃは、移動充電ステーション（または移動充電器）１３００の例示的実施形態を描写する斜視図である。本実施形態において、移動充電ステーション１３００は、大型バスとして構成され、システム１００を有する平床式トラック、またはシステム１００を格納するコンテナを牽引するトラックトレーラ等のさらに任意の移動可能な乗り物の配置が、使用されることができる。コンテナは、次いで、代替場所に置かれることができるか、または、エネルギーシステム１００は、トラックの上または中にある間に利用されることができる。
【0153】
移動充電器１３００は、図１１Ａおよび１２Ａの実施形態のそれのように、またはそれと同様に構成されたシステム１００のある実施形態を有する。本実施形態において、移動充電器１３００は、システム１００のモジュールを充電し、次に、それらのモジュールに充電を必要とする電気自動車（ＥＶ）等のＤＣエンティティ１１０２に放電させるための３相電力送電網の形態におけるＡＣエンティティ１１０１とインターフェースで接続するように構成される。いくつかの実施形態において、移動充電器１３００は、例えば、光起電パネルのような再生可能エネルギー源の形態にあるＤＣエンティティ１１０２とインターフェースで接続し、次に、それらのモジュールに充電を必要とするＤＣエンティティ１１０２に放電させるように構成されることができる。移動充電器１３００は、モジュールをＡＣエンティティ１１０１に放電させるように構成されることもできる。
【0154】
移動充電器１３００は、その中に１つ以上のＤＣ充電インターフェース（例えば、充電タワー）１３０４を露出するために開放され得る移動可能なドア１３０２を有する（図１３Ｂ）。充電インターフェース１３０４は、ここに示されるように、ＥＶ（図示せず）を充電するための充電ケーブルで構成されることができる。移動充電器１３００は、複数のラックまたはキャビネット１３０６（図１３Ｃ）内に配置されたシステム１００を含むことができ、複数のラックまたはキャビネット１３０６の各々は、１つ以上のアレイ７００およびそれらのアレイのための結合回路網１１０４を格納する。キャビネット１１０８は、ＡＣエンティティ１１０１とインターフェースで接続するための（または、モジュールがＤＣエンティティ１１０２によって充電される実装において、ＤＣエンティティ１１０２とインターフェースで接続するための）端子を含むことができる。
【0155】
システム１００は、（キャビネット１１０８内の端子を経由して）ＡＣエンティティ１１０１に接続されることができ、システム１００のエネルギー源２０６は、そのＡＣエンティティ１１０１によって完全に充電されることができる。移動充電器１３００は、次いで、充電インターフェース１３０４を用いて１つ以上のＥＶを充電するための場所に輸送されることができる。代替場所は、例えば、スポーツイベントまたは他の集会における駐車場、または利用可能なＥＶ充電リソースが限定される場所であることができる。システム１００は、モジュール１０８の制御によって、２つ以上のＥＶを同時に充電するように構成されることができる。システム１００の容量は、アレイ７００またはアレイ７００内のモジュール１０８を追加または除去することによって、容易に拡張可能または縮小可能である。したがって、移動充電器１３００は、ＥＶ充電場所において、予期されるエネルギー要件に応じて容易に再構成されることができる。例えば、アレイ７００および／またはモジュール１０８は、予期されるエネルギー要件に応じて、ラックまたはキャビネット１３０６に追加されることまたはそれから除去されることができる。
（アレイを再構成するためのプロセスの例示的実施形態）
（アレイを再構成するためのプロセスの例示的実施形態）
【0156】
図１４は、エネルギーシステム１００の構成を変更する方法１４００の例示的実施形態を描写するフロー図である。方法１４００は、制御システム１０２によって実施されることができる。
【0157】
ステップ１４１０において、制御システム１０２は、エネルギーシステム１００の構成を変更するための命令または入力を受信する。本明細書に説明されるように、システム１００は、ＡＣエンティティ１１０１から電力を受け取るか、または、電力を発生させ、ＡＣエンティティ１１０１に出力するような構成に設置されることができる。システム１００は、ＤＣエンティティ１１０２から電力を受け取るか、または電力を発生させ、ＤＣエンティティ１１０２に出力するような構成に設置されることもできる。
【0158】
システム１００は、エネルギーシステム１００が第１のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第１の構成を有することができる。第１のエンティティは、ＤＣエンティティ１１０２またはＡＣエンティティ１１０１のいずれかであることができる。システム１００は、システム１００が第２のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第２の構成を有することができる。第２のエンティティは、ＤＣエンティティ１１０２またはＡＣエンティティ１１０１のうちの他方であることができる。例えば、第１のエンティティが、ＤＣエンティティ１１０２である場合、第２のエンティティは、ＡＣエンティティ１１０１である。同様に、第１のエンティティが、ＡＣエンティティ１１０１である場合、第２のエンティティは、ＤＣエンティティ１１０２である。
【0159】
システム構成を変更するための命令または入力は、例えば、予定されたイベントまたはシステム感知イベント（例えば、ＡＣまたはＤＣ充電源への接続またはそれからの接続解除の感知）等のイベントの発生に従って、制御システム１０２によって内部的に発生させられることができる。そのような実施形態において、命令または入力は、イベント検出または管理に関わる制御システム１０２の１つのセグメント、モジュール、またはルーチンによって発生させられ、命令または入力を実装するための責務を伴う別のものに通信（およびそれによって受信）されることができる。命令または入力は、外部制御デバイス１０４から受信されることもできる。図１３Ａ－１３Ｃを参照して説明されるもの等のいくつかの実施形態において、外部制御デバイス１０４は、乗り物の乗り物ＥＣＵまたはローカルインターフェースであることができる。命令または入力は、システムアクチュエータまたはシステムインターフェース（例えば、スイッチ、ボタン、またはタッチ画面上に実装されるグラフィカルユーザインターフェース）を通して間接的に人間オペレータから受信されることができる。外部的であるか、内部的であるかにかかわらず、ローカルインターフェースは、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）、例えば、制御システム１０２に結合されたグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）であることができる。オペレータは、インターフェースを使用して、構成エネルギーシステム１００を変更することができる。例えば、ＡＣ源（例えば、送電網）を使用してアレイ７００のモジュール１０８のエネルギー源２０６を充電した後、オペレータは、システム１００の構成を変更し、ＥＶに接続し、ＥＶを充電することができる。この例では、制御システム１０２は、システム１００がＡＣエンティティ１１０１から電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成される構成から、システム１００がＤＣエンティティ１１０２から電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成される構成にシステム１００を変更するための入力を受信する。
【0160】
ステップ１４２０において、制御システム１０２は、システム１００の構成を変更する。制御システム１０２は、命令または入力を受信するステップに応答して、および／または命令または入力に基づいて、構成を変更することができる。制御システム１０２は、制御信号をシステム１００のスイッチに出力することによって、システム１００の構成を変更することができる。この例では、制御システム１０２は、構成ステップ１４２２と、ステップ１４２４またはステップ１４２６のうちのいずれかとを実施し、システム１００の構成を変更する。
【0161】
ステップ１４２２において、制御システム１０２は、構成を識別し、システム１００は、その構成に変更されようとしている。制御システム１０２は、受信された命令または入力に基づいて構成を決定することができる。制御システム１０２は、構成が、ＤＣエンティティ１１０２から電力を受け取ることまたはそれに電力を出力することを行うための構成であるか、または、ＡＣエンティティ１１０１から電力を受け取ることまたはそれに電力を出力することを行うための構成であるかを決定することができる。構成が、ＡＣエンティティ１１０１のためのものである場合、制御システム１１０２は、ステップ１４２４を実施する。構成が、ＤＣエンティティ１１０２のためのものである場合、制御システム１１０２は、ステップ１４２６を実施する。
【0162】
ステップ１４２４において、制御システム１０２は、制御信号をスイッチに出力し、システム１００のアレイ７００を並列に設置する。図１１Ａに示される例示的実施形態において、制御システムは、アレイ７００をＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣに接続する閉鎖状態にスイッチ１１０５－ＰＡ１、１１０５－ＰＡ２、１１０５－ＰＢ１、１１０５－ＰＢ２、１１０５－ＰＣ１、および１１０５－ＰＣ２を置く制御信号を出力することができる。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６－ＰＡ１、１１０６－ＰＡ２、１１０６－ＰＢ１、１１０６－ＰＢ２、１１０６－ＰＣ１、および１１０６－ＰＣ２に出力し、それらをＤＣラインＤＣ＋およびＤＣ－からアレイ７００を接続解除する開放状態に置くこともできる。制御システム１０２はまた、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、６つのアレイ７００のＡＩＯ２ノードを接続する閉鎖状態にそれらを置くことができる。この切り替え構成は、図１１Ｂに示されるように、アレイ７００－ＰＡ１を７００－ＰＡ２と並列に、アレイ７００－ＰＢ１をアレイ７００－ＰＢ２と並列に、およびアレイ７００－ＰＣ１をアレイ７００－ＰＣ２と並列に設置する。
【0163】
図１２Ａの例示的実施形態において、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５に出力し、アレイ７００をＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣに接続する閉鎖状態にそれらを置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６に出力し、ＤＣラインＤＣ＋およびＤＣ－からアレイ７００を接続解除する開放状態にそれらを置くこともできる。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７および１１０８に出力し、１２個のアレイ７００のＡＩＯ２ノードを接続する閉鎖状態にそれらを置くこともできる。この切り替え構成は、図１２Ｂに示されるように、アレイ７００－ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、およびＰＡ４を並列に、アレイ７００－ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３、およびＰＢ４を並列に、およびアレイ７００－ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、およびＰＣ４を並列に設置する。
【0164】
ステップ１４２６において、制御システム１０２は、信号をスイッチに出力し、システム１００のアレイ７００を直列に設置する。図１１Ａに示される例示的実施形態において、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０５－ＰＡ１、１１０５－ＰＡ２、１１０５－ＰＢ１、１１０５－ＰＢ２、１１０５－ＰＣ１、および１１０５－ＰＣ２に出力し、それらをＡＣラインＰＡ、ＰＢ、およびＰＣからアレイ７００を接続解除する開放状態に置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６－ＰＡ１、１１０６－ＰＡ２、１１０６－ＰＢ１、１１０６－ＰＢ２、１１０６－ＰＣ１、および１１０６－ＰＣ２に出力し、それらをアレイ７００－ＰＡ１、７００－ＰＢ１、および７００－ＰＣ１をラインＤＣ＋に接続し、アレイ７００－ＰＡ２、７００－ＰＢ２、および７００－ＰＣ２をラインＤＣ－に接続する閉鎖状態に置くこともできる。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、それらを隣接するアレイ対のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態に置くこともできる。この切り替え構成は、図１１Ｃに示されるように、アレイ７００－ＰＡ１をアレイ７００－ＰＡ２と直列に、アレイ７００－ＰＢ１をアレイ７００－ＰＢ２と直列に、およびアレイ７００－ＰＣ１をアレイ７００－ＰＣ２と直列に設置する。
【0165】
図１２Ａの例示的実施形態において、制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０６に出力し、アレイ７００－ＰＡ１、７００－ＰＡ３、７００－ＰＢ１、７００－ＰＢ３、７００－ＰＣ１、および７００－ＰＣ３をラインＤＣ＋に接続し、アレイ７００－ＰＡ２、７００－ＰＡ４、７００－ＰＢ２、７００－ＰＢ４、７００－ＰＣ２、および７００－ＰＣ４をラインＤＣ－に接続する閉鎖状態にそれらを置く。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０７－１および１１０７－２に出力し、異なる位相群Ａ、Ｂ、およびＣ間のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態にそれらを置くこともできる。制御システム１０２は、制御信号をスイッチ１１０８－１、１１０８－２、および１１０８－３に出力し、同じ位相群Ａ、Ｂ、およびＣ内の異なるアレイ対間のＡＩＯ２ノードを接続解除する開放状態にそれらを置くこともできる。この切り替え構成は、アレイ７００－ＰＡ１をアレイ７００－ＰＡ２と直列に、アレイ７００－ＰＡ３をアレイ７００－ＰＡ４と直列に、アレイ７００－ＰＢ１をアレイ７００－ＰＢ２と直列に、アレイ７００－ＰＢ３をアレイ７００－ＰＢ４と直列に、アレイ７００－ＰＣ１をアレイ７００－ＰＣ２と直列に、およびアレイ７００－ＰＣ３をアレイ７００－ＰＣ４と直列に設置する。
【0166】
本主題の種々の側面が、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性にここで重点をおいて、これまでに説明された実施形態の精査において、および／またはその補完として、下で記載される。換言すると、強調が、実施形態の各特徴が、別様に明示的に述べられないまたは教示されない限り、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実に置かれる。
【0167】
多くの実施形態において、エネルギーシステムは、アレイを含む。各アレイは、一緒に電気的に接続され、少なくとも２つのモジュールの各々からの出力電圧の重ね合わせを含む累積的電圧信号を出力する少なくとも２つのモジュールを含む。モジュールの各々は、エネルギー源から出力電圧を選択的に発生させるように構成されたコンバータに接続されたエネルギー源を含む。エネルギーシステムは、スイッチと、複数のスイッチを制御するように構成された制御システムとを含み、制御システムは、累積的電圧信号を発生させるようにアレイのモジュールを制御するように構成され、累積的電圧信号がＤＣエンティティまたはＡＣエンティティのいずれかに出力されるように構成されている。
【0168】
いくつかの実施形態において、アレイは、制御システムがＡＣエンティティから電力を受け取るために、またはそれに電力を出力するために、第１のアレイおよび第２のアレイを並列に設置するようにスイッチを制御するように構成されるように接続された第１のアレイと、第２のアレイとを含む。
【0169】
いくつかの実施形態において、制御システムは、ＤＣエンティティから電力を受け取るために、またはそれに電力を出力するために、第１のアレイおよび第２のアレイを直列に設置するようにスイッチを制御するように構成される。
【0170】
いくつかの実施形態において、アレイは、第１のアレイと、第２のアレイと、第３のアレイと、第４のアレイと、第５のアレイと、第６のアレイとを含む。制御システムは、第１のアレイおよび第２のアレイを多相ＡＣインターフェースの第１のラインに接続するようにスイッチを制御するように構成される。制御システムは、第３のアレイおよび第４のアレイを多相ＡＣインターフェースの第２のラインに接続するようにスイッチを制御するように構成される。制御システムは、第５のアレイおよび第６のアレイを多相ＡＣインターフェースの第３のラインに接続するようにスイッチを制御するように構成される。
【0171】
いくつかの実施形態において、第１のアレイおよび第２のアレイは、第１のラインに接続されているとき、並列である。第３のアレイおよび第４のアレイは、第２のラインに接続されているとき、並列である。第５のアレイおよび第６のアレイは、第３のラインに接続されているとき、並列である。
【0172】
いくつかの実施形態において、制御システムは、第１のアレイ、第３のアレイ、および第５のアレイをＤＣインターフェースの正のラインに接続し、第２のアレイ、第４のアレイ、および第６のアレイをＤＣインターフェースの負のラインに接続するようにスイッチを制御するように構成される。
【0173】
いくつかの実施形態において、ＤＣインターフェースに接続されているとき、第１のアレイおよび第２のアレイは、第１のストリングを形成するように直列であり、第３のアレイおよび第４のアレイは、第２のストリングを形成するように直列であり、第５のアレイおよび第６のアレイは、第３のストリングを形成するように直列であり、第１ストリングと第２ストリングと第３のストリングは、並列である。
【0174】
多くの実施形態において、移動充電ステーションは、乗り物と、前述の実施形態のうちのいずれかに従って構成されたエネルギー貯蔵システムとを含む。
【0175】
いくつかの実施形態において、移動充電ステーションは、電気自動車を充電するように構成されたＤＣ充電タワーおよびケーブルを含む。
【0176】
いくつかの実施形態において、移動充電ステーションは、移動充電ステーション内のＤＣ充電タワーおよびエネルギー貯蔵システムを露出するように構成された複数のドアを含む。
【0177】
いくつかの実施形態において、移動充電ステーションは、各モジュールのエネルギー源を充電するためにＡＣエンティティとインターフェースで接続するための端子を含む。
【0178】
いくつかの実施形態において、移動充電ステーションは、各モジュールのエネルギー源を充電するためにＤＣエンティティとインターフェースで接続するための端子を含む。
【0179】
いくつかの実施形態において、移動充電ステーションは、エネルギー貯蔵システムが配置されたラックまたはキャビネットを含む。
【0180】
多くの実施形態において、方法は、制御システムによって、モジュールの複数のアレイを備えているエネルギーシステムの構成をエネルギーシステムがＤＣエンティティまたはＡＣエンティティのうちの一方である第１のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第１の構成から、エネルギーシステムがＤＣエンティティまたはＡＣエンティティのうちの他方である第２のエンティティから電力を受け取るように、またはそれに電力を出力するように構成された第２の構成に変更するための命令または入力を受信することと、制御システムによって、複数のスイッチを制御することによって、エネルギーシステムの構成を第１の構成から第２の構成に変更することとを含む。
【0181】
いくつかの実施形態において、各アレイは、一緒に電気的に接続され、少なくとも２つのモジュールの各々からの出力電圧の重ね合わせを含む累積的電圧信号を出力する少なくとも２つのモジュールを含む。モジュールの各々は、エネルギー源から出力電圧を選択的に発生させるように構成されたコンバータに接続されたエネルギー源を含む。
【0182】
いくつかの実施形態において、制御システムは、外部制御デバイスから入力を受信する。
【0183】
いくつかの実施形態において、複数のアレイは、第１のアレイと、第２のアレイとを含む。複数のスイッチを制御するステップは、第２のエンティティがＡＣエンティティであるとき、第１のアレイおよび第２のアレイを並列に設置するステップを含む。
【0184】
いくつかの実施形態において、複数のアレイは、第１のアレイと、第２のアレイとを含む。複数のスイッチを制御することは、第２のエンティティがＤＣエンティティであるとき、第１のアレイおよび第２のアレイを直列に設置することを含む。
【0185】
いくつかの実施形態において、複数のアレイは、第１のアレイと、第２のアレイと、第３のアレイと、第４のアレイと、第５のアレイと、第６のアレイとを含む。複数のスイッチを制御することは、第１のアレイおよび第２のアレイを多相ＡＣインターフェースの第１のラインに接続することと、第３のアレイおよび第４のアレイを多相ＡＣインターフェースの第２のラインに接続することと、第５のアレイおよび第６のアレイを多相ＡＣインターフェースの第３のラインに接続することとを含む。
【0186】
いくつかの実施形態において、第１のアレイおよび第２のアレイは、第１のラインに接続されているとき、並列である。第３のアレイおよび第４のアレイは、第２のラインに接続されているとき、並列である。第５のアレイおよび第６のアレイは、第３のラインに接続されているとき、並列である。
【0187】
いくつかの実施形態において、複数のスイッチを制御することは、第１のアレイ、第３のアレイ、および第５のアレイをＤＣインターフェースの正のラインに接続することと、第２のアレイ、第４のアレイ、および第６のアレイをＤＣインターフェースの負のラインに接続することとを含む。
【0188】
いくつかの実施形態において、ＤＣインターフェースに接続されているとき、第１のアレイおよび第２のアレイは、第１のストリングを形成するように直列であり、第３のアレイおよび第４のアレイは、第２のストリングを形成するように直列であり、第５のアレイおよび第６のアレイは、第３のストリングを形成するように直列であり、第１ストリングと第２ストリングと第３のストリングは、並列である。
【0189】
いくつかの実施形態において、エネルギーシステムは、乗り物の上または中に配置される。
【0190】
いくつかの実施形態において、制御システムは、乗り物のローカルインターフェースから入力を受信する。
【0191】
用語「モジュール」は、本明細書で使用されるように、より大きいシステム内の２つ以上のデバイスまたはサブシステムのうちの１つを指す。モジュールは、類似サイズ、機能、および物理的配置（例えば、電気端子、コネクタ等の場所）の他のモジュールと協働するように構成されることができる。同じ機能およびエネルギー源を有するモジュールは、同じシステム（例えば、ラックまたはパック）内の全ての他のモジュールと同じ（例えば、サイズおよび物理的配置）に構成されることができる一方、異なる機能またはエネルギー源を有するモジュールは、サイズおよび物理的配置が変動し得る。各モジュールは、システムの他のモジュールに対して物理的に除去可能かつ交換可能であり得るが（例えば、車上の車輪または情報技術（ＩＴ）ブレードサーバにおけるブレードのように）、それは、要求されるものではない。例えば、システムは、全体としてのシステムの分解を伴わずに、いずれか１つのモジュールの除去および置換を許容しない共通筐体内にパッケージ化され得る。しかしながら、本明細書のあらゆる実施形態は、各モジュールが、システムの分解等を伴わずに便利な方式で除去可能であり、他のモジュールに対して置換可能であるように、構成されることができる。
【0192】
用語「マスタ制御デバイス」は、本明細書において広い意味で使用され、ローカル制御デバイス等の任意の他のデバイスとのマスタおよびスレーブ関係等のどんな具体的プロトコルの実装も要求しない。
【0193】
用語「出力」は、本明細書において広い意味で使用され、出力および入力の両方として双方向様式で機能することを除外しない。同様に、用語「入力」は、本明細書において広い意味で使用され、入力および出力の両方として双方向様式で機能することを除外しない。
【0194】
用語「端子」および「ポート」は、本明細書において広い意味で使用され、一方向または双方向のいずれかであり得、入力または出力であり得、メス型またはオス型構成等の具体的な物理的または機械的構造を要求しない。
【0195】
本主題の種々の側面が、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性にここで重点をおいて、これまでに説明された実施形態の精査において、および／またはその補完として、下で記載される。換言すると、別様に明示的に記述されないまたは論理的に非現実的ではない限り、実施形態の各特徴は、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実が重視される。
【0196】
処理回路網は、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および／またはマイクロコントローラを含むことができ、それらの各々は、別々のまたは独立型チップであるか、またはいくつかの異なるチップ（およびその一部）の間に分散させられ得る。限定ではないが、パーソナルコンピューティングアーキテクチャ（例えば、デスクトップＰＣ、ラップトップ、タブレット等で使用されるような）、プログラマブルゲートアレイアーキテクチャ、専用アーキテクチャ、カスタムアーキテクチャ、およびその他の等の任意のタイプの処理回路網が、実装されることができる。処理回路網は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装され得るデジタル信号プロセッサを含むことができる。処理回路網は、処理回路網に、多数の異なるアクションを行わせ、他の構成要素を制御させる、メモリ上に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる。
【0197】
処理回路網はまた、他のソフトウェアおよび／またはハードウェアルーチンを実施することもできる。例えば、処理回路網は、通信回路網とインターフェースで接続し、アナログ／デジタル変換、エンコーディングおよびデコーディング、他のデジタル信号処理、マルチメディア機能、通信回路網への提供のために好適な形式（例えば、同相および直角位相）へのデータの変換を実施すること、および／または、通信回路網に（有線または無線で）データを伝送させることができる。
【0198】
本明細書に説明されるあらゆる通信信号は、記述される、または論理的に非現実的である場合を除いて、無線で通信されることができる。通信回路網が、無線通信のために含まれることができる。通信回路網は、適切なプロトコル（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、専用プロトコル、およびその他）下でリンクを介して無線通信を実施する１つ以上のチップおよび／または構成要素（例えば、伝送機、受信機、送受信機、および／または他の通信回路網）として実装されることができる。１つ以上の他のアンテナが、種々のプロトコルおよび回路と動作するために必要に応じて、通信回路網とともに含まれることができる。いくつかの実施形態において、通信回路網は、リンクを介した伝送のためのアンテナを共有することができる。ＲＦ通信回路網は、伝送機および受信機（例えば、送受信機として統合される）と、関連付けられるエンコーダ論理とを含むことができる。
【0199】
処理回路網は、オペレーティングシステムおよび任意のソフトウェアアプリケーションを実行し、伝送および受信される通信の処理に関連しないそれらの他の機能を実施するように適合されることもできる。
【0200】
説明される主題に従って動作を実行するためのコンピュータプログラム命令が、コンピュータおよびプログラミング言語を含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述され得る。例の非包括的リストは、いくつかのものを挙げると、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）、ＳｙｓｔｅｍＣ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ－Ｃ、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）、Ｓｉｍｕｌｉｎｋ、ＳｙｓｔｅｍＶｅｒｉｌｏｇ、ＳｙｓｔｅｍＶＨＤＬ、Ｈａｎｄｅｌ－Ｃ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）Ｓｃｒｉｐｔ、Ｒｕｂｙ、ＨＴＭＬ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｔｒａｎｓａｃｔ－ＳＱＬ、ＸＭＬ、ＰＨＰ、Ｇｏｌａｎｇ（Ｇｏ）、「Ｒ」言語、およびＳｗｉｆｔを含む。
【0201】
メモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体が、存在する種々の機能ユニットのうちの１つ以上によって共有されること、または（例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして）それらのうちの２つ以上のものの間に分散させられることができる。メモリは、それ自体の別個のチップ内に常駐することもできる。
【0202】
本明細書に開示される実施形態が、メモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体を含むか、またはそれに関連して動作する限りにおいて、次いで、そのメモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、非一過性である。故に、そのメモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体が１つ以上の請求項によって包含される限りにおいて、次いで、そのメモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、非一過性のみである。本明細書で使用されるような用語「非一過性」および「有形」は、伝搬する電磁信号を除外するメモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体を説明することを意図しているが、記憶の持続性の観点から、または、そうでなければ、メモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体のタイプを限定することを意図していない。例えば、「非一過性」および／または「有形」のメモリ、ストレージ、および／またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、ランダムアクセス媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ（登録商標）等）、読み取り専用媒体（例えば、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ等）、およびそれらの組み合わせ（例えば、ハイブリッドＲＡＭおよびＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）およびそれらの変異型等の揮発性および不揮発性媒体を包含する。
【0203】
本明細書で提供される任意の実施形態に関して説明される全ての特徴、要素、構成要素、機能、およびステップは、任意の他の実施形態からのものと自由に組み合わせ可能かつ代用可能であることを意図していることに留意されたい。ある特徴、要素、構成要素、機能、またはステップが、１つのみの実施形態に関して説明される場合、その特徴、要素、構成要素、機能、またはステップは、明示的に別様に記述されない限り、本明細書に説明される全ての他の実施形態とともに使用され得ることを理解されたい。本段落は、したがって、以下の説明が、特定の事例において、そのような組み合わせまたは代用が可能と明示的に記載しない場合でも、随時、異なる実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを組み合わせる、または一実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能およびステップを別のものと代用する、請求項の導入のための前項および記述上の支援としての役割りを果たす。全ての可能な組み合わせおよび代用の明瞭な列挙は、特に、あらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容性が当業者によって容易に認識されるであろうことを所与として、過剰に重荷となることが明示的に確認される。
【0204】
本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別様に決定付けない限り、複数の指示対象を含む。
【0205】
実施形態は、種々の修正および代替形態の影響を受け得るが、その具体的例が、図面に示されており、本明細書に詳細に説明されている。しかしながら、これらの実施形態は、開示される特定の形態に限定されるものではなく、対照的に、これらの実施形態は、本開示の精神内に該当する全ての修正、均等物、および代替物を包含するものであることを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素は、その範囲内にない特徴、機能、ステップ、または要素によって請求項の発明の範囲を定義する、負の限界と同様、請求項内に列挙されるか、またはそれらに追加され得る。
【図1-1】
【図1-2】
【図1-3】
【図1-4】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3-1】
【図3-2】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6-1】
【図6-2】
【図7-1】
【図7-2】
【図8-1】
【図8-2】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【国際調査報告】