JP2015525553A - 電力管理システム - Google Patents

Abstract

電力管理システムおよび方法が提供される。少なくとも１つのフレームモジュールは、少なくとも１つの区画を含み、かつ、少なくとも１つの区画の後方部分に複数の第１のコネクタを含み、少なくとも１つの電力変換ユニットは、少なくとも１つの区画の中に位置付けされている。少なくとも１つの電力変換ユニットは、複数の第２のコネクタを含む。それぞれの第２のコネクタは、複数の第１のコネクタの第１のコネクタに取り外し可能に連結されている。第１のコネクタおよび第２のコネクタは、高電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの組み合わせを含む。【選択図】図１

Description

関連出願との相互参照
[0001]この出願は、２０１２年５月３０日に出願された「Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ」という表題の米国仮特許出願第６１／６５３，１４１号の利益を主張し、その内容は、その全体が参照により組み込まれている。

[0002]本発明は、概して、インテリジェント電力管理システムに関する。

[0003]従来の電子的な駆動装置および制御システムは、特定用途のニーズによる要求に応じて電力を送達するために、多数の機能（例えば、ＤＣ−ＡＣ電力逆変換（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）、ＡＣ−ＤＣ整流、ＤＣ−ＤＣ変換、およびパワーバランシングなど）を提供することが可能である。

[0004]一態様によれば、フレームモジュールに連結されている電力変換ユニットを含むシステムが提供される。電力変換ユニットは、複数の高電力用コネクタ、冷却コネクタ用、および制御用のオス型および／またはメス型コネクタを含み、それらは、フレームモジュールにおいて、対応するオス型および／またはメス型コネクタとインターフェース接続する。このように、電力変換ユニットは、フレームモジュールから取り外すか、または、フレームモジュールの中へ挿入することが可能であり、それによって、電力変換ユニットにおけるそれぞれのおよびすべてのコネクタが、フレームモジュールにおける対応するコネクタと嵌合し、接続性に関するヒューマンエラーのリスク（例えば、ミスアライメント状態のＡＣ電力コネクタ）を低減させる。

[0005]一態様によれば、電力管理システムが提供され、電力管理システムは、少なくとも１つの区画を含み、かつ、少なくとも１つの区画の後方部分に複数の第１のコネクタを含む、少なくとも１つのフレームモジュールと、少なくとも１つの区画の中に位置付けされている少なくとも１つの電力変換ユニットとを含む。少なくとも１つの電力変換ユニットは、複数の第２のコネクタを含む。それぞれの第２のコネクタは、複数の第１のコネクタのうちの１つの第１のコネクタに取り外し可能に連結されている。第１および第２のコネクタは、高電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの組み合わせを含む。

[0006]一態様によれば、複数の電力変換ユニットをフレームの中に配置するステップであって、フレームは、複数の第１のコネクタを含み、電力変換ユニットは、複数の第２のコネクタをそれぞれ含む、ステップと、複数の第２のコネクタを複数の第１のコネクタのうちの１つの第１のコネクタに同時に接続するステップであって、第１および第２のコネクタは、高電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの組み合わせを含むステップとを含む、電力を送達するための方法が提供される。

[0007]この発明の上記の利点およびさらなる利点は、添付の図面と併用して以下の説明を参照することによって、より良好に理解することが可能であり、図面において、同様の参照数字は、様々な図の中の同様の構造的エレメントおよび特徴を示している。図面は、本発明の範囲を限定することを意味していない。明確化のために、すべてのエレメントが、すべての図においてラベル付けされてはいない可能性がある。図面は、必ずしも正確な縮尺ではなく、その代わりに、本発明の原理を図示するときに強調がなされている。

[0008]一実施形態による電力管理システムの斜視図である。 [0009]一実施形態によるフレームモジュールの斜視図である。 [00010]一実施形態による電力変換ユニットの斜視図である。 [00011]一実施形態による、図３の電力変換ユニットの内部の斜視図である。 [00012]図１、図３、および図４Ａの電力変換ユニットの側面図である。 [00013]図１、図３、図４Ａ、および図４Ｂの電力変換ユニットの上面図である。 [00014]図１、図３、および図４Ａ〜図４Ｃの電力変換ユニットの背面図である。 [00015]図１、図３、および図４Ａ〜図４Ｄの電力変換ユニットのインダクタ領域の図である。 [00016]図３および図４の電力変換モジュールの斜視図である。 [00017]図３〜図５の電力変換モジュールの別の斜視図である。 [00018]図３〜図６の電力変換モジュールの後方領域の分解斜視図である。 [00019]一実施形態による、電力管理システムの電力変換モジュールおよびフレームモジュールの分解斜視図である。 [00020]図８の電力変換モジュールおよびフレームモジュールの別の分解斜視図である。 [00021]互いに連結されている図８および図９の電力変換モジュールおよびフレームモジュールの斜視図である。

[00022]本発明の概念は、モジュール式のラックイン電力変換ユニットを含み、電力変換ユニットは、単一のカム支援式の挿入運動によって電力システムフレームモジュールの中へ差し込むことが可能な複数の電力接続部、制御接続部、および冷却剤接続部を含む。電力変換ユニットは、ＡＣ−ＤＣ整流、ＤＣ−ＡＣ電力逆変換などのような逆変換、ＤＣ−ＤＣ変換、および／またはパワーバランシングなどのような、電力修正に関する特徴を提供することが可能である。

[00023]図１は、一実施形態による、フレーム１２の中に位置付けされている複数の電力変換ユニット３００を含む電力管理システム１０の斜視図である。電力管理システム１０は、特定用途のニーズによる要求に応じて電力を送達するために、１つまたは複数の機能（例えば、ＤＣ−ＡＣ電力逆変換、ＡＣ−ＤＣ整流、ＤＣ−ＤＣ変換、およびパワーバランシングなど）を提供することが可能である。例えば、電力管理システム１０は、バッテリーバンク、燃料電池、または他の電源からグリッドシンクロナイズされた（ｇｒｉｄ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ）ＡＣ電力へ、ＤＣ電力を変換するためのシステムの少なくとも一部分とすることが可能である。

[00024]システム１０は、電力変換ユニット３００のアレイを含むように構築および配置させることが可能であり、電力変換ユニット３００は、以下に説明されているように、開発および設置時間を低減させる様式で、フレーム１２において、１つまたは複数の区画の中に取り外し可能に位置付けすることが可能である。電力変換ユニット３００は、同一とすることが可能であるか、または、互いに異なるようにすることが可能である。電力変換ユニット３００は、システム（例えば、ＤＣ−ＡＣ電力逆変換など）の中の配備に応じて、１つまたは複数の機能を提供することが可能である。

[00025]フレーム１２は、ラック、アレイ、または関連のモジュール式構造体として構築および配置することが可能であり、モジュール方式および拡張可能なアーキテクチャを可能にし、例えば、ユーザ定義の電力要件にしたがって、システム１０が拡大縮小することを許容する。追加的な電力変換ユニット３００をフレーム１２における利用可能な区画の中へ挿入することによって、または、電力変換ユニット３００をシステム１０から取り外すことによって、電力要件は、特定用途のニーズによる要求に応じて満たすことが可能である。

[00026]フレーム１２は、複数のフレームモジュール１１０（例えば、図２に示されている）を含むことが可能であり、フレームモジュール１１０は、一緒に連結されると、分割された区画１１２のアレイを形成し、それぞれの区画１１２は、少なくとも１つの電力変換ユニット３００を受け入れるように構築および配置されている。フレームモジュール１１０は、それぞれパワーフレーム（図示せず）に連結することが可能であり、パワーフレームは、ＡＣおよび／またはＤＣ関連の電力を、フレームモジュール１１０へ、または、フレームモジュール１１０から伝送する。また、フレーム１２は、フィルタアッセンブリ、Ｉ／Ｏデバイス、冷却剤パイプ、制御ケーブル、ならびに／または、それらの区画１１２の中に位置付けされている電力変換ユニット３００および／もしくはシステム１０の外部にあるデバイスの間の電子的なもしくは他の物理的な交換を許容する他の通信エレメントなどのような、システムレベルコンポーネントを含むことが可能である。例えば、通信エレメントは、フレームモジュール１１０のそれぞれの電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタ、および／または、外部デバイス（例えば、冷却剤供給部、外部制御装置、電源、もしくはレシーバなど）の間の通信を確立することが可能である。

[00027]図２は、一実施形態によるフレームモジュール１１０の斜視図である。フレームモジュール１１０は、複数の区画１１２（例えば、図２に示されているような４つの区画１１２の段）を含むことが可能であり、区画１１２は、それぞれ、電力変換ユニット３００を受け入れるように構築および配置されている。

[00028]それぞれのフレームモジュール１１０は、１つまたは複数の引き出しスライドアッセンブリ１２６、冷却コンポーネント、配管弁、配線、バスワーク（ｂｕｓ ｗｏｒｋ）、および電気コネクタ、ならびに／または、モジュール１１０の動作の性能を許容する他のエレメントを含む。他の随意的なコンポーネントは、ドア、換気エレメントなどを含むことが可能であるが、それに限定されない。

[00029]フレームモジュール１１０は、電力変換ユニット３００に取り外し可能に連結されているときには、１組のコネクタ１４０を含むブラインドメイトインターフェースを含むことが可能であり、コネクタ１４０は、例えば、図８に示されている１つまたは複数のコネクタ２１０、２１２、２１４、２１６、および／または２１８を含む。ブラインドメイトインターフェースは、高電圧接続部および高電流接続部を手動で取り付ける必要性を排除することによって、１つまたは複数の電力変換ユニット３００が迅速かつ安全に設置および取り外されることを可能にする。システム１０は、冷却システム、安全用アース、または制御通信に接続されていないときに動作することが防止され得、それは、不適正な設置によって機器を損傷させる機会を低減させる。

[00030]フレームモジュール１１０は、ＡＣバスバ１３３および／またはＤＣバスバ１３４（例えば、図８に示されている）に電気的に接続されているキャパシタバンク１３４を含むことが可能であり、フレームモジュール１１０およびシステム１０の他のフレームモジュール１１０、ならびに／または、システム１０の外部にあるデバイスの間で交換される信号に対して、ノイズフィルタリング、電力調整などのような機能を実施することが可能である。

[00031]フレームモジュール１１０は、フレームモジュール１１０と外部デバイスとの間で電力（例えば、ＡＣ電力）を交換するための第１の電力入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュール１３２を含むことが可能である。Ｉ／Ｏモジュール１３２は、設置レベルのＡＣバスに連結することが可能である。入力がＡＣ関連の電力を含む場合には、それは、Ｉ／Ｏモジュール１３２の入力から、バスバ１３３を通って、コネクタ２１０へ、および、モジュールの中へ流れる。出力がＡＣ関連の電力を含む場合には、上述の流れは、入力の流れと反対になる。同様の流れが、ＤＣ関連の電力およびＩ／Ｏモジュール１１６に関して確立され得る。

[00032]フレームモジュール１１０は、フレームモジュール１１０と外部デバイスとの間で電力（例えば、ＤＣ電力）を交換するための第２の電力入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュール１１６を含むことが可能である。第１および第２の電力Ｉ／Ｏモジュール１３２、１１６は、ＡＣ／ＤＣ電力変換機能を提供することが可能である。

[00033]フレームモジュール１１０は、冷却剤入力インターフェース１１９ａおよび冷却剤出力インターフェース１１９ｂを有する冷却剤マニホールド１１８を含むことが可能である。動作の間に、冷却剤は、冷却剤供給源から入力インターフェース１１９ａに進入することが可能である。冷却剤は、例えば、本明細書で説明されている様式で、電力変換モジュール３００を通って循環することが可能であり、出力インターフェース１１９ｂからラジエータまたは関連のデバイスへ出力され、次いで、貯蔵部などへ出力され、貯蔵部において、冷却剤は、続いて、ポンプによって除去され、次いで濾過される。濾過された冷却剤は、フレームへ入力され、例えば、入力１１９ａへ再循環させられ得る。

[00034]図３は、一実施形態による電力変換ユニット３００の斜視図である。上記に説明されているように、電力変換ユニット３００は、フレーム１２（例えば、図１に示されている）の区画１１２の中に位置付けするために構築および配置されている。

[00035]電力変換ユニット３００は、ハウジング２５０、カムアッセンブリ２５４、ディスプレイ２６０、カム作動レバー２５２、および電力変換モジュール１２０を含むことが可能である。図３は、（例えば、図４Ａ〜図４Ｄを参照して示されて説明されている）ハウジング２５０の下に位置付けされている他のコンポーネント（例えば、キャパシタバンク、ＤＣおよびＡＣ接続部など）を含むことが可能である。ハウジング２５０は、これらのコンポーネントを露出させるために取り外すことが可能である。

[00036]カムアッセンブリ２５４は、ハンドル２５２によって制御することが可能であり、例えば、ハンドル２５２が上下に移動するときには、ハンドル２５２によって回転させられる。ここで、カムアッセンブリ２５４は、フレーム１１０から延在しているピン１１４の周りに位置付けすることが可能である。電力変換ユニット３００は、ハンドル２５２がある位置にあるときには、フレームモジュールの中の区画１１２の中の適切な場所にロックすることが可能であり、それによって、カムアッセンブリ２５４は、ピン１１４の周りにロックされる。電力変換ユニット３００は、ハンドル２５２が別の位置にあるときには、区画１１２から取り外すことが可能であり、それによって、カムアッセンブリ２５４は、ピン１１４の周りに力を加えない。

[00037]ディスプレイ２６０は、電力変換ユニット３００に対して局所的な電力読値（例えば、現在の電圧もしくは電流、または、他のステータス情報）などのような情報を表示することが可能である。ディスプレイ２６０は、診断、ヘルプ情報、または他の情報を表示し、読者が電力変換ユニットの状況を決定することを支援することが可能である。他の例は、当業者に容易に知られる内部温度読値、通信速度、および／または他の情報を含むことが可能である。

[00038]電力変換モジュール１２０は、電力変換、逆変換、整流、もしくは、それらの組み合わせ、および／または、関連の電力関連の機能を実施することが可能である。電力変換モジュール１２０は、フレームモジュール１１０の後方部分においてコネクタ１４０と嵌合する１組のコネクタを有するブラインドメイトインターフェースを含む。したがって、電力変換ユニット３００が差し込み式にフレームモジュール１１０へ挿入されると、フレームコネクタ１４０と電力変換モジュールコネクタ１２０との間のブラインドメイトインターフェースが、同時にまたはほぼ同時に、ＤＣおよびＡＣ電力接続、制御および通信、ならびに冷却フローを確立する。

[00039]図４Ａは、一実施形態による、図３の電力変換ユニット３００の内部の斜視図である。図４Ｂは、図１、図３、および図４Ａの電力変換ユニットの側面図である。図４Ｃは、図１、図３、図４Ａ、および図４Ｂの電力変換ユニット３００の上面図である。図４Ｄは、図１、図３、および図４Ａ〜図４Ｃの電力変換ユニット３００の背面図である。図３に示されているハウジング２５０は、電力変換ユニット３００の内部を露出させるように取り外されている。

[00040]図４Ａ〜図４Ｄに示されているように、電力変換ユニット３００は、スイッチングモジュール２７２、ならびに、その関連するドライバおよび制御回路を含む。スイッチングモジュール２７２は、１つまたは複数の電力変換ユニット３００、および／または、システム１０の他のシステムエレメントから受信される情報を処理することが可能な中央制御装置２８０との双方向通信に参加することが可能である。中央制御装置２８０は、制御情報、フィードバック情報、ステータス情報、または、それらの組み合わせを、電力変換ユニット３００、および／または、システム１０の他のシステムエレメントのうちの１つまたは複数に提示することが可能である。別の実施形態では、システム１０は、１つまたは複数の中央制御装置２８０と通信する。

[00041]スイッチング制御装置２７２は、通信ネットワーク（例えば、システム１０（より具体的には、システム１０の電力変換ユニット３００）および／または１つまたは複数の制御装置２８０の間で、信号の伝送を確立するために、独自のまたは標準ベースのプロトコルを含むネットワーク）にわたって、同期化されたスイッチングを提供することが可能である。

[00042]電力変換ユニット３００は、複数のＡＣコネクタ２２４、複数のＤＣコネクタ２２２、キャパシタバンク２７０、およびインダクタバンク２７６を含む。
[00043]キャパシタバンク２７０は、スイッチングモジュール２７４と電力変換モジュール１２０のＤＣ領域（例えば、図４Ｂに示されているように、１組のＤＣヒューズ１２２）との間に連結することが可能である。キャパシタバンク２７０は、電力変換ユニット３００とフレームモジュール１１０との間で交換されるＤＣ関連の信号をフィルタにかけることが可能である。

[00044]図４Ａおよび図４Ｅに示されているように、インダクタバンク２７６は、キャパシタバンク２７０および／またはスイッチングモジュール２７２とは、ヒートシンク２７４の反対側に位置付けすることが可能である。インダクタバンク２７６は、電力変換モジュール１２０のＡＣ領域に隣接する（例えば、図４Ａ、図４Ｃ、および図４Ｅに示されているような１組のＡＣヒューズ１２４に隣接する）ことが可能である。インダクタバンク２７６は、電力変換ユニット３００とフレームモジュール１１０との間の高周波電流を低減させることが可能である。ヒートシンク２７４は、液体冷却式のまたは空気冷却式のヒートシンク２７４とすることが可能であり、それは、電力変換ユニット３００において発生させられる熱を消散させる。

[00045]別の特徴は、必要とされるシステム静電容量およびインダクタンスが、モジュールレベルにおいて、例えば、電力変換ユニット３００（例えば、図４Ａ〜図４Ｅに示されている）において、提供されるということである。完了した設置に適合するようにキャパシタおよびインダクタを作る代わりに、電力コンバータユニット３００の間でそれを広げることによって、これらのパラメータは、システムサイズに拡大縮小することが可能である。例えば、それぞれの電力変換モジュール３００は、ＤＣバンクおよびＡＣバンクを含み、電力要件などに応じてシステムが拡大縮小されることを可能にする。これは、完全に拡大縮小可能なシステムを可能にし、そうでなければ、すべての設置は、カスタム開発および製作を必要とすることとなる。他方では、従来のシステムは、集中型のＤＣおよびＡＣバンクを有しており、ユニットがそれぞれの配備に関して独特の様式で構成されることを必要とする。例えば、インダクタは、モジュールが個別に電流を制御することを可能にするために、スイッチングモジュール２７２とＡＣ入力１１６との間にあることが可能である。したがって、スイッチングモジュール２７２は、モジュールにおいてスイッチングを同期させ、他の並列モジュール同士の間での電流の任意の望ましくない交換を防止または軽減することが可能である。

[00046]一実施形態では、電力変換ユニット３００は、電流センサ、および、個別の電流制御ループ（図示せず）を含み、それは、電流が電力変換ユニット３００同士の間でバランスさせられることを維持するために、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタまたは関連のスイッチングエレメントを切り替えることが可能である。この特徴は、個別の電力変換ユニット３００が、過熱している場合には、それらの電流を縮小させることを可能にすることができる。

[00047]図５は、図３および図４の電力変換モジュール１２０の斜視図である。図６は、図３〜図５の電力変換モジュール１２０の別の斜視図である。図７は、図３〜図６の電力変換モジュール１２０の後方領域の分解斜視図である。

[00048]電力変換モジュール１２０は、１組のＤＣヒューズ１２２および１組のＡＣヒューズ１２４を含む。ＡＣヒューズ１２４は、それぞれ、ＡＣ電力コネクタ２２４に連結することが可能である。ＤＣヒューズ１２２は、それぞれ、ＤＣ電力コネクタ２２２に連結することが可能である。図４Ｄに示されているように、ＡＣおよびＤＣ電力コネクタ２２２、２２４は、メス型コネクタとすることが可能であり、フローティングのまたは可撓性の電力コネクタとすることが可能である。フローティングＡＣおよびＤＣ電力コネクタ２２２、２２４は、フレームモジュール１１０の後方部分において、オス型コネクタ１４０と取り外し可能に導電連結するために、構築および配置することが可能である。

[00049]ＡＣヒューズ１２２およびＤＣヒューズ１２４は、絶縁体１１８の一方の側に連結することが可能であり、フローティング電力コネクタ２２２、２２４は、絶縁体１１８の別の側に連結することが可能である。電気的な経路が、ヒューズ１２２、１２４とそれらの相手方のコネクタ２２２、２２４との間に形成され得る。絶縁体１１８は、孔部を含むことが可能であり、その結果フローティング電力コネクタ２２２、２２４が、絶縁体１１８のヒューズ１２２、１２４とは反対側に連結されている１つまたは複数のコネクタシュラウド２４８を通して延在することが可能であるようになっている。シュラウド２４８は、コネクタ２２２、２２４の側壁部を取り囲むことが可能であり、コネクタ２２２、２２４を保護するために、コネクタ側壁部の幅よりも長い幅とすることが可能である。シュラウド２４８は、フレームモジュール１１０からそれぞれ延在しているオス型電力コネクタ２１０、２１２（例えば、図９に示されている）を受け入れるために、コネクタ２２２、２２４のインターフェースを露出させるための開口部を含む。

[00050]図６に示されているように、電力変換モジュール１２０は、冷却剤コネクタ２４２ａ、２４２ｂを含むことが可能であり、冷却剤コネクタ２４２ａ、２４２ｂは、冷却剤入力および出力をそれぞれ提供している。電力変換ユニット３００がフレームモジュール１１０の中に挿入されると、冷却剤流路が、フレームモジュール１１０の冷却剤マニホールド１１８の冷却剤入力インターフェース１１９ａ（図２を参照）から、電力変換モジュール１２０の冷却剤入力コネクタ２４２ａへ、次いで、電力変換モジュール１２０の発熱コンポーネントの周りを通り、冷却剤出力コネクタ２４２ｂへ、フレームモジュール１１０の冷却剤マニホールド１１８の冷却剤出力インターフェース１１９ｂへ形成される。一実施形態では、冷却剤コネクタ２４２ａ、２４２ｂは、オス型コネクタであり、フローティング冷却剤コネクタ２１４ａ、２１４ｂそれぞれとの、および、フレームモジュール１１０の冷却剤ホース１１３（例えば、図８に示されている）とのブラインドインターフェースの一部分を形成している。

[00051]図６に示されているように、電力変換モジュール１２０は、制御装置コネクタ２４６を含むことが可能であり、制御装置コネクタ２４６は、フレームモジュール１１８の制御ケーブル１１５（図８〜図１０を参照）と電力変換ユニット３００のスイッチングモジュール２７２との間の信号経路を形成するために、フレームモジュール１１０の制御コネクタ１１８とインターフェース接続する。制御ケーブル１１５は、制御装置２８０に連結することが可能であり、制御装置２８０は、システムのエレメントを同期させ、電力コマンド、モジュールフィードバック、デバイスステータス、システム診断、および／または、他の制御関連の信号を、電力変換ユニット３００と交換することが可能である。

[00052]図８は、一実施形態による、電力管理システムの電力変換モジュール１２０およびフレームモジュール１１０の分解斜視図である。図９は、図８の電力変換モジュールおよびフレームモジュールの別の分解斜視図である。図１０は、互いに連結されている図８および図９の電力変換モジュールおよびフレームモジュールの斜視図である。電力変換モジュール１２０およびフレームモジュール１１０は、図１〜図７を参照して説明されている電力管理システム１０のエレメントとすることが可能である。電力変換モジュール１２０およびフレームモジュール１１０のエレメントは、先に本明細書で説明されており、簡潔さに関連する理由のために繰り返されない。

[00053]フレームモジュール１１０は、ＡＣバスバ１３４および／またはＤＣバスバ１３３を含む。１つまたは複数のオス型ＡＣ電力コネクタ２１２は、ＡＣバスバ１３４に連結することが可能であり、ＡＣバスバ１３４と導電通信することが可能である。例えば、ＡＣ電力コネクタ２１２は、ＡＣバスバ１３４にボルト締めすることが可能である。１つまたは複数のオス型ＤＣ電力コネクタ２１０は、ＤＣバスバ１３３に連結することが可能であり、ＤＣバスバ１３３と導電通信することが可能である。例えば、ＤＣ電力コネクタ２１０は、ＤＣバスバ１３３にボルト締めすることが可能である。１つまたは複数のモジュール１２０は、ＤＣ電力コネクタ２１０およびＡＣ電力コネクタ２１２をそれぞれ介して、ＡＣバスバ１３４および／またはＤＣバスバ１３３と電力を交換することが可能である。

[00054]接続アライメントフレーム１３６は、フレームモジュール１１０のバスバ１３３、１３４と電力変換モジュール１２０との間に位置付けすることが可能である。また、フレームモジュール１１０は、アライメントピン２１６を含むことが可能であり、アライメントピン２１６は、オス型およびメス型の電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタをそれぞれ整合させるのを支援し、様々なコネクタ同士の間のミスアライメントを防止することが可能である。アライメントフレーム１３６は、アライメントピン２１６と他のコネクタとの間に間隔を画定している。アライメントフレーム１３６の場所は、アライメントピン２１６によって決定されている。例えば、電力変換ユニット３００がフレームモジュール１１０の区画１１２の中に挿入されると、接続アライメントフレーム１３６およびアライメントピン２１６は、フレームモジュール１１０のオス型ＡＣ電力コネクタ２１２、および、電力変換ユニット３００のメス型ＡＣ電力コネクタ２２４のアライメントを提供し、フレームモジュール１１０のオス型ＤＣ電力コネクタ２１０、および、電力変換ユニット３００のメス型ＡＣ電力コネクタ２２２を整合させる。フレームモジュール１１０は、アライメントピン２１６の周りに位置付けされている取り出しスプリング２３２を含むことが可能であり、それは、電力変換ユニット３００がフレームモジュール１１０から取り外されるときに、電力変換モジュール１２０の表面に対して力を加え、電力変換モジュール１２０とフレームモジュール１１０との間の様々な接続の解除を支援する。

[00055]上記に説明されているように、フレームモジュール１１０は、冷却剤コネクタ２１４ａ、２１４ｂを含むことが可能であり、冷却剤コネクタ２１４ａ、２１４ｂは、冷却剤流体（例えば、液体および／またはガスなど）を、電力変換ユニット３００を通して循環させるために、電力変換モジュール１２０のオス型冷却剤コネクタ２４２ａ、２４２ｂのそれぞれとインターフェース接続する。フレームモジュール１１０は、本明細書で説明されている冷却剤マニホールド１１８と連通する１つまたは複数の冷却剤チューブ１１３を含むことが可能であり、それは、システム１０へ冷却剤流体を提供し、および／または、システム１０から冷却剤流体を除去することが可能である。

[00056]フレームモジュール１１０は、１つまたは複数の制御コネクタ２１８を含み、制御コネクタ２１８は、電力変換モジュール１２０の制御装置コネクタ２４６と嵌合することが可能である。図４Ｃに示されている中央制御装置１８０などのような外部電子的なデバイスと制御信号を交換するために、制御コネクタ２１８は、フレームモジュール１１８の制御ケーブル１１５と電子的に接続する。

[00057]図８に示されているように、フローティング電力コネクタ２２４は、ＡＣヒューズ１２２に連結され、固定式ＡＣ電力コネクタ２１２とインターフェース接続するブラインドメイトのために、それぞれ、構築および配置されている。また、フローティング電力コネクタ２２４は、ＤＣヒューズ１２４に連結され、固定式ＤＣ電力ブラインドメイトコネクタ２１０とインターフェース接続するブラインドメイトのために、それぞれ、構築および配置されている。フローティング冷却剤コネクタ２１４は、電力変換モジュール１２０において、オス型冷却剤コネクタ２４２とインターフェース接続するブラインドメイトのために、それぞれ、構築および配置されている（例えば、図６および図７に示されている）。アライメントピン２１６は、電力変換ユニット３００の後方において、ブッシングまたは関連のコネクタとインターフェース接続するブラインドメイトのために構築および配置されており（例えば、図４Ｄに示されている）、それは、アライメントピン２１６と整合させることが可能であり、アライメントピン２１６を受け入れることが可能である。制御コネクタ２１８は、電力変換モジュール１２０において、メス型制御コネクタ２４６とインターフェース接続するブラインドメイトのために構築および配置されている（例えば、図６および図７に示されている）。

[00058]したがって、嵌合コネクタセットは、１つまたは複数の電力変換ユニット３００とインターフェース接続するブラインドメイトを提供することが可能である。この特徴は、すべて、高電圧および高電流接続部を手動で取り付ける必要性を排除することによって、電力変換ユニット３００が、迅速かつ安全に設置および取り外されることを可能にする。また、この特徴は、システム１０が、冷却システム、安全用アース端子、または制御通信に接続されていないときに動作することを防止し、それは、不適正な設置によって、機器を損傷させる機会を低減させる。また、すべての必要とされる接続が、電力変換モジュール３００の単一の挿入によって確立されるので、冷却剤接続などのような特定の接続を確立し損なうということに関して、ヒューマンエラーのリスクが低減される。

[00059]上記に説明されているように、本発明の概念は、電力、制御、および冷却に関してブラインドメイト接続を許容する。これらの接続は、固定式フロート接続配置を使用して行い、必要とされる機械的なコンプライアンスを生成させることが可能である。例えば、複数のフローティングメス型ＤＣ電力コネクタ２２２は、同種の複数の固定式オス型ＤＣ電力コネクタ２１０を受け入れることが可能である。メス型ＤＣ電力コネクタ２２２は、対応するオス型ＤＣ電力コネクタ２１０の誘導を十分に可能にするように、移動または「小刻みに動く（ｗｉｇｇｌｅ）」ことが可能である。したがって、電力変換モジュール１２０の挿入の間に、互いに対するＤＣ電力コネクタ２１０、２２２のミスアライメントは、たとえオス型ＤＣ電力コネクタ２１０がミスアライメント状態にある場合でも、メス型ＤＣ電力コネクタ２２２がオス型ＤＣ電力コネクタ２１０を受け入れることを許容することによって修正することが可能である。同様に、複数のフローティングメス型ＡＣ電力コネクタ２２４は、同種の複数の固定式オス型ＡＣ電力コネクタ２１２を受け入れることが可能である。同様に、１つまたは複数のフローティングメス型冷却剤コネクタ２１４は、それぞれ、オス型冷却剤コネクタ２４２を受け入れることが可能である。同様に、１つまたは複数のメス型制御コネクタ２４６は、それぞれ、オス型制御コネクタ２１８を受け入れることが可能である。

[00060]別の特徴は、電力変換ユニット３００の挿入が高電力範囲において実施することが可能であるということである。本明細書において、実施形態によるシステムは、１接続当たり最大５００アンペアの電流、および、最大１１００ＶＤＣまたは６９０ＶＡＣの動作電圧を備える、２００ｋＷの領域の電力範囲に対応することが可能である。

[00061]本発明概念の別の特徴は、モジュール位置でのポジティブロック（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｌｏｃｋ）と同様に、接続を行うために必要とされる力が、カム作動レバー２５２によって提供されるということである。オス型／メス型接続の分離は、モジュール取り出しスプリング２３２によって支援することが可能である。モジュール式の構成は、電力変換ユニット３００が、スクリュードライバ、レンチ、または他の工具を必要とせずに、挿入および取り外されることを可能にする。

[00062]上記に説明されているように、本発明概念の別の特徴は、物理的な取り付け、電気的接触、および冷却剤接続が、すべて、従来の製品において使用されているボルト締めされる接続、および／または、ラッチ式の接続から区別されるように、単一の運動によって行われ得るということである。

[00063]フローティング電力接続は、例えば、フローティングメス型ＤＣ電力コネクタ２２２において、対応するオス型コネクタ２１０を、絶縁体１１８の中のクリアランス孔部を通して、直接的にＤＣヒューズ１２４へ通すことによって、行うことが可能である。オス型のねじ山は、メス型ソケットの端部にあることが可能であり、メス型ソケットは、ヒューズの中へねじ込まれる。これは、モジュールアッセンブリを簡単化し、システムの中の接触抵抗を低減させる。

[00064]一実施形態では、それぞれの電力変換モジュール１２０は、動作電圧まで（より具体的には、モジュールの事前充電まで）、ＤＣバス１３３を充電または事前充電することが可能であり、主電源のスイッチが入れられるときに突入電流を排除する。これは、キャパシタおよび導体の損傷の可能性を低減させ、ならびに、設置レベルにおいて、飛んだヒューズ、トリップしたブレーカ、または他の損傷した電力管理システムの可能性を排除する。スイッチングモジュール２７２の中の回路は、ＤＣバス１３３などのようなパワーバスを充電または事前充電することが可能である。

[00065]連結されている制御コネクタに提供される外部制御装置（図示せず）によって受信される信号にしたがって、電力変換モジュールは、異なるモードのために再構成することが可能であり、例えば、その電力変換モード（すなわち、ＤＣ−ＡＣインバータ、ＡＣ−ＤＣ整流器（アクティブまたはパッシブのいずれか）、および／またはＤＣ−ＤＣコンバータ）を変化させることが可能である。これは、１つのタイプのモジュールだけが、システムの中のすべての役割を満たすように使用されることを可能にする。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの区画を含み、かつ、前記少なくとも１つの区画の後方部分に複数の第１のコネクタを含む、少なくとも１つのフレームモジュールと、
   前記少なくとも１つの区画の中に位置付けされている少なくとも１つの電力変換ユニットであって、前記少なくとも１つの電力変換ユニットは、複数の第２のコネクタを含み、それぞれの第２のコネクタは、前記複数の第１のコネクタの第１のコネクタに取り外し可能に連結されており、前記第１のコネクタおよび第２のコネクタは、高電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの組み合わせを含む、電力変換ユニットと
   を含む、電力管理システム。
2. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記少なくとも１つのフレームモジュールが、アレイの状態に構築および配置されている複数のフレームモジュールを含み、前記電力管理システムが、前記フレームモジュールのそれぞれの前記電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの間の通信を確立するために、１つまたは複数の通信エレメントをさらに含む、電力管理システム。
3. 請求項１に記載の電力管理システムであって、複数の前記少なくとも１つの電力変換ユニットのそれぞれが、同じ構成を有している、電力管理システム。
4. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記第１のコネクタのうちの少なくとも１つと、前記第２のコネクタのうちの少なくとも１つとの間のインターフェースを含むブラインドメイトコネクタセットをさらに含む、電力管理システム。
5. 請求項４に記載の電力管理システムであって、前記ブラインドメイトコネクタセットの前記インターフェースが、前記少なくとも１つのフレームモジュールの後方部分にある、電力管理システム。
6. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記少なくとも１つの電力変換ユニットが、電力変換、逆変換、整流、または、それらの組み合わせを実施する、電力管理システム。
7. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記少なくとも１つの電力変換ユニットが、電力変換モジュール、キャパシタバンク、インダクタバンク、およびスイッチングモジュールを含む、電力管理システム。
8. 請求項７に記載の電力管理システムであって、前記電力変換モジュールが、前記複数の第１のコネクタを含み、前記第１のコネクタが、少なくとも１つの直流電流（ＤＣ）電力コネクタ、少なくとも１つの交流電流（ＡＣ）電力コネクタ、制御コネクタ、冷却剤コネクタ、アライメントピン、または、それらの組み合わせを含む、電力管理システム。
9. 請求項７に記載の電力管理システムであって、前記スイッチングモジュールが、複数の前記少なくとも１つの電力変換ユニットから受信される情報を処理することが可能な中央制御装置と通信する、電力管理システム。
10. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記少なくとも１つの電力変換ユニットが、ハウジング、カムアッセンブリ、ディスプレイ、およびカム作動レバーを含む、電力管理システム。
11. 請求項１に記載の電力管理システムであって、前記高電力が、最大２００ｋＷまたはそれ以上の電力範囲を含み、１接続当たり最大５００アンペアまたはそれ以上の電流範囲を含み、最大１１００ＶＤＣまたは最大６９０ＶＡＣの動作電圧範囲を含む、電力管理システム。
12. 複数の電力変換ユニットをフレームの中に配置するステップであって、前記フレームは、複数の第１のコネクタを含み、前記電力変換ユニットは、複数の第２のコネクタをそれぞれ含む、ステップと、
    前記複数の第２のコネクタを前記複数の第１のコネクタのうちの１つの第１のコネクタに同時に接続するステップであって、前記第１のコネクタおよび第２のコネクタは、高電力コネクタ、冷却コネクタ、および制御コネクタの組み合わせを含むステップと
    を含む、電力を送達するための方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、前記第１のコネクタのうちの少なくとも１つと、前記第２のコネクタのうちの少なくとも１つとの間に、ブラインドメイトコネクタインターフェースを形成するステップをさらに含む、方法。
14. 請求項１２に記載の方法であって、前記複数の第２のコネクタを前記複数の第１のコネクタのうちの１つの第１のコネクタに同時に接続するステップが、
    前記第１のコネクタの方向に前記電力変換ユニットを移動させるために、前記複数の電力変換ユニットの電力変換ユニットに対して力を加えるステップを含む、方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、前記第１のコネクタが、少なくとも１つの直流電流（ＤＣ）電力コネクタ、少なくとも１つの交流電流（ＡＣ）電力コネクタ、制御コネクタ、冷却剤コネクタ、アライメントピン、または、それらの組み合わせを含む、方法。
16. 請求項１２に記載の方法であって、前記電力変換ユニットが、複数の前記少なくとも１つの電力変換ユニットから受信される情報を処理することが可能な中央制御装置と通信するスイッチングモジュールを含む、方法。
17. 請求項１２に記載の方法であって、前記高電力が、最大２００ｋＷまたはそれ以上の電力範囲を含み、１接続当たり最大５００アンペアまたはそれ以上の電流範囲を含み、最大１１００ＶＤＣまたは最大６９０ＶＡＣの動作電圧範囲を含む、方法。

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