DE202016107082U1

DE202016107082U1 - Redundante Stromquellen im Haushalt

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Publication number: DE202016107082U1
Application number: DE202016107082.1U
Authority: DE
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-02-03
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: CN107980194A; EP3326254A1; WO2017019359A1; US9716408B2; US20170025891A1; US20170288454A1

Abstract

System, umfassend:
ein erster MOSFET mit einem ersten Gate, einer ersten Source und einem ersten Drain;
ein zweiter MOSFET mit einem zweiten Gate, einer zweiten Source und einem zweiten Drain, worin die erste Source an die zweite Source angeschlossen ist und der zweite Drain mit einer Masse gekoppelt ist;
eine erste Stromquelle mit einer ersten Stromklemme und einer zweiten Stromklemme, worin die erste Stromklemme an den ersten Drain angeschlossen ist und die zweite Stromklemme an eine Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist;
eine zweite Stromquelle mit einer dritten Stromklemme und einer vierten Stromklemme, worin die dritte Stromklemme an die Masse angeschlossen ist und die vierte Stromklemme an die Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist; und
ein Steuerkreis, der an das erste Gate und an das zweite Gate angeschlossen ist und Steuersignale an das erste Gate und das zweite Gate liefert, die bewirken, dass:
der erste und zweite MOSFET während eines ersten Betriebszustands in Sättigungsbereichen tätig sind, um das Entladen der ersten Stromquelle zu bewirken; und
der erste MOSFET während eines zweiten Betriebszustands in einem linearen Bereich tätig ist, um einen Ladestrom zu begrenzen, der die erste Stromquelle lädt.

Description

HINTERGRUND
Diese Spezifikation bezieht sich auf bidirektionale Schalter und Trennschalter für redundante Stromquellen.
Viele redundante Stromsysteme für Gewerbe- und Wohnzwecke beinhalten eine Stromquelle (z. B. Wechselstromnetz, Solarenergie, Windenergie usw.) und eine Backup-Stromquelle (z. B. Batterie, Batterie-Bank, Generator usw.). Die Stromquelle kann eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle sein, die Strom an eine Last liefert. Die Backup-Stromquelle kann zum Konvertieren von Gleichstrom in Wechselstrom einen Wechselrichter beinhalten, um Wechselstrom an die Last zu liefern. Die Stromsysteme versorgen kritische und unkritische Lasten mit Strom und das System stellt für den Fall, dass die Stromquelle ihre Funktionalität verliert, sicher, dass die Backup-Stromquelle Strom bereitstellt, um die Tätigkeit und die Funktionalität der Last fortzuführen.
KURZDARSTELLUNG
Im Allgemeinen kann einer der innovativen Aspekte des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands in Systemen und Verfahren ausgeführt werden, die einen ersten MOSFET mit einem ersten Gate, einer ersten Source und einen ersten Drain beinhalten. Ein zweiter MOSFET mit einem zweiten Gate, einer zweiten Source und einem zweiten Drain. Die erste Source ist an die zweite Source angeschlossen und der zweite Drain ist mit einer Masse gekoppelt. Eine erste Stromquelle mit einer ersten Stromklemme und einer zweiten Stromklemme, wobei die erste Stromklemme an den ersten Drain und die zweite Stromklemme an eine Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist. Eine zweite Stromquelle mit einer dritten Stromklemme und einer vierten Stromklemme, wobei die dritte Stromklemme geerdet und die vierte Stromklemme an die Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist. Ein an das erste Gate und das zweite Gate angeschlossener Steuerkreis, der Steuersignale an das erste Gate und an das zweite Gate abgibt, durch die der erste und der zweite MOSFET in Sättigungsbereichen während eines ersten Betriebszustands tätig sind, um ein Entladen der ersten Stromquelle zu bewirken und der erste MOSFET ist in einem linearen Bereich während eines zweiten Betriebszustands tätig, um einen Ladestrom zu begrenzen, der die erste Stromquelle lädt. Weitere Ausführungsformen dieses Aspektes beinhalten entsprechende Systeme, Apparate und Computerprogramme, die so konfiguriert sind, dass sie die Handlungen des Verfahrens ausführen.
In einem Aspekt gibt es vorgesehene Verfahren, Systeme und Apparate, einschliesslich auf einem Computer-Speichermedium kodierte Computerprogramme, für die Steuerung einer Stromquelle, z. B. einer Batterie-Stromquelle. Bestimmte Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können so implementiert werden, dass sie einen oder mehrere der folgenden Vorteile verwirklichen. Die hierin offengelegten Systeme und Verfahren erleichtern den Übergang von der Bereitstellung von Strom aus einer primären Stromquelle zu einer sekundären Stromquelle mithilfe von günstigen MOSFET-Schaltern anstelle eines aktiven Batteriewandlers. Gemäss besonderen Ausführungsformen ist ein MOSFET-Schalter ein bidirektionaler Schalter, der zwei in Reihe geschaltete MOSFET-Transistoren aufweist. Durch Nutzung der bidirektionalen Schalter können die Systeme und Verfahren eine zweite Stromquelle entladen (z. B. Strom bereitstellen) und die zweite Stromquelle laden. Dabei werden die Übergänge vom Laden zum Entladen und Entladen zum Laden automatisch durch Spannungs- und Stromregler erreicht. Ausserdem kann im Falle einer Störung an der Stromschiene der bidirektionale Schalter die sekundäre Last von einer Stromschiene trennen. Der Übergang vom Laden zum Entladen zum Trennen wird durch Spannungs- und Stromregler erreicht, die unabhängig voneinander Strom und Spannung während des Ladevorgangs regulieren.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungen eines Themengebietes, die in dieser Spezifikation beschrieben werden, sind in den begleiteten Abbildungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile des Gegenstands werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften redundanten Stromsystems.
2 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften redundanten Stromsystems mit einem Schalter und einem Regler.
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Reglers.
4 ist ein Schaubild, das die beispielhaften Kurvenverläufe von Strom und Spannung veranschaulicht, die typisch für verschiedene Tätigkeiten des redundanten Stromsystems sind.
5 ist das Flussdiagramm einer Tätigkeit eines redundanten Stromsystems.
Entsprechende Referenznummern und Kennzeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen entsprechende Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Übersicht
Ein redundantes Stromsystem ermöglicht der Last eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, wenn eine primäre Stromquelle nicht in der Lage ist, der Last selbstständig Strom bereitzustellen. Das redundante Stromsystem beinhaltet üblicherweise eine Stromquelle und/oder Backup-Stromquelle, um der Last Strom bereitzustellen, indem die Versorgung mit Strom von der primären Stromquelle auf die Stromquelle und/oder Backup-Stromquelle übergeht. Ein bidirektionaler Schalter, der von einem Regler aktiviert wird, kann während eines Verlusts der Funktionsfähigkeit durch die primäre Stromquelle und/oder die Stromquelle die Ausführung der Backup-Stromquelle bewirken. Darüber hinaus ermöglicht der bidirektionale Schalter auch einen umgekehrten Stromfluss, um die Backup-Stromquelle zu laden oder erneut zu laden.
Der bidirektionale Schalter funktioniert auch als Trennschalter, der die Backup-Stromquelle von der Last isolieren kann. Im Falle einer Störung innerhalb des Systems steuert zum Beispiel der Regler den bidirektionalen Schalter, um die Backup-Stromversorgung von der Last zu trennen und eine Überstromsituation zu verhindern, durch die die Backup-Stromquelle Schaden nehmen könnte.
Das redundante Stromsystem kann eine Stromumwandlung für ein Wohnhaus beinhalten, die auf einer oder mehreren Energiequellen basiert, die mit einem Batteriesystem gekoppelt sind. Die Last kann beispielsweise eine Wechselstromlast- oder eine Gleichstromlast sein, die primäre Stromquelle ein Wechselstromnetz und die Stromquelle eine Photovoltaik-Anlage, eine Windkraftanlage, ein Generator usw. Die Stromquelle beinhaltet eine mit einem Wandler gekoppelte Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle, die einen Energieumwandlungsmechanismus (z. B. Aufwärts-/Abwärtstransformator) beinhaltet. Die Backup-Stromquelle kann eine Batterie oder andere Gleichstrom liefernde Energiequellen (z. B. Photovoltaik-Anlage, Windkraftanlage usw.) beinhalten, die Strom für das redundante Stromsystem ergänzt. Diese Merkmale und weitere Merkmale sind nachstehend detaillierter beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild von einem beispielhaften redundanten Stromsystem 100. Das Stromsystem 100 bietet eine unterbrechungsfreie Stromversorgung an eine Last 114. Im folgenden Beispiel wird das System 100 in der Anwendung eines Stromsystems in einer Wohnumgebung beschrieben. Das System kann allerdings auch in anderen Umgebungen angewendet werden, wie z. B. in kommerziellen oder industriellen Anwendungen.
Die Art der Stromumwandlung für ein Wohnhaus basiert auf mindestens einer Energiequelle, die mit einem Batteriesystem gekoppelt ist. Das redundante Stromsystem 100 kann beispielsweise einen Regler 102, einen Schalter 104, eine Batterie 106, eine Gleichstromsammelschiene 108, eine sekundäre Stromquelle 110, einen Wechselrichter/Gleichrichter 112 und eine primäre Stromquelle 116 beinhalten. Die primäre Stromquelle 116 ist üblicherweise die Hauptstromquelle (z. B. Wechselstromnetz).
Die sekundäre Stromquelle 110 kann einen Energiewandler beinhalten, der Wechselstrom in Gleichstrom wandelt oder eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandeln kann. Die sekundäre Stromquelle kann eine Solaranlage, eine Windkraftanlage, ein Generator oder irgendein anderes, ähnliches Stromversorgungssystem sein. Die sekundäre Stromquelle 110 liefert Gleichstrom an die Gleichstromsammelschiene 108.
Der Wechselrichter/Gleichrichter 112 erhält Strom von der Gleichstromsammelschiene 108, wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom, um damit eine Last 114 zu versorgen. Die Last 114 stellt übliche elektronische Haushaltsgeräte dar, die in Wohnhäusern, Geschäftshäusern oder der Versorgungsinfrastruktur verwendet werden. Der Wechselrichter/Gleichrichter 112 kann ein Gleichrichter, ein Solar-Wechselrichter/-Gleichrichter oder irgendein anderer Mechanismus sein, der Wechselstrom in Gleichstrom wandelt.
In einigen Implementierungen kann der Wechselrichter/Gleichrichter 112 ein Gleichrichter sein, der Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom wandelt. Der Wechselrichter/Gleichrichter 112 kann Strom von dem Wechselstromnetz erhalten, den Strom in Gleichstrom wandeln, um die Gleichstromsammelschiene 118 mit Gleichstrom zu versorgen. Ein Stromsystem kann oftmals eine Wellenspannung mit einer zweiten Harmonischen (z. B. 120 Hz) haben, die auf der Gleichstromsammelschiene vorliegt, die proportional zum Strom der Abgabeleistung des Wechselrichters/Gleichrichters ist. Die Wellenspannung mit zweiten Harmonischen ist auch umgekehrt proportional zu der Kapazität der Gleichstromsammelschiene. Die Wellenspannung kann durch Erhöhen der Kapazität der Gleichstromsammelschiene oder Senken der Abgabeleistung des Wechselrichters/Gleichrichters minimiert werden.
Die Batterie 106 ist eine Backup-Stromquelle, die Gleichstrom an die Gleichstromsammelschiene 108 liefert, falls die primäre und sekundäre Stromquelle 110 nicht selbständig die Last 114 mit Strom versorgen. Die Batterie 106 kann eine einzelne Batterie oder eine Gruppe miteinander gekoppelter Batterien sein, je nachdem, welche Konfiguration ausreichend ist, um die Last 114 mit genug Strom zu versorgen. Die Batterie 106 ist in der Regel eine wiederaufladbare Batterie, die gespeicherte Energie bei der Bereitstellung von Gleichstrom entladen kann und die laden kann, indem sie Gleichstrom aufnimmt, um gespeicherte Energie innerhalb der Batterie aufzufüllen. Die Batterie 106 kann beispielsweise durch das Wechselstromnetz bereitgestellten Gleichstrom erhalten und diesen mit dem Wechselrichter/Gleichrichter 112 gleichrichten.
Die Batterie 106 kann auch in Erwiderung auf einen zusätzlichen Strombedarf funktionieren. In einigen Fällen erfordert die Last möglicherweise mehr Strom als der, der durch die primäre und/oder sekundäre Stromquelle bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann die Batterie 106 die Last 114 mit zusätzlichem Strom versorgen. Darüber hinaus kann die Batterie 106 zum Laden und Entladen für einen effizienten Energiefluss eingesetzt werden, der eine konstante Spannung und/oder einen konstanten Strom aufrechterhält, womit die Last 114 versorgt wird. Die Batterie 106 funktioniert in Verbindung mit einem Schalter 104 beim Laden und Entladen der Batterie 106. Der Schalter 104 ermöglicht einen bidirektionalen Stromfluss zu und von der Gleichstromsammelschiene 108. Wenn zum Beispiel die Batterie entlädt, fliesst Strom aus der Batterie. Und wenn umgekehrt die Batterie geladen wird, fliesst Strom in die Batterie. Der Schalter kann ausserdem die Batterie 106 von der Schiene trennen, falls ein Ereignis eintritt, das sich nachteilig auf die Batterie auswirkt, wie z. B. eine Störung auf der Sammelschiene.
Für die Bedienung der verschiedenen Funktionen des Schalters 104 wird dieser vom Regler 102 gesteuert. Der Regler 102 steuert den Schalter, damit der Strom in die vom redundanten Stromsystem 100 bestimmte Richtung fliesst. Der Regler 102 kann zum Beispiel ein Steuersignal an den Schalter liefern, der einen Betriebszustand des Schalters anweist (z. B. Durchlassstromfluss, Rückstromfluss, kein Stromfluss usw.). In einigen Implementierungen kann der Regler 102 ein analoger oder digitaler Regler (z. B. Prozessor, Steuerelektronik usw.) sein. Weitere Informationen über den Schalter 104, den Regler 102 und verschiedene Implementierungen des Schalters 106 und Reglers 102 sind in Zusammenhang mit 2, 3 und 4 unten beschrieben.
2 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften redundanten Stromsystems 100 mit einem Schalter 104 und einem Regler 102. In einer Implementierung ist der Schalter 104 ein bidirektionaler Schaltkreis 104, der zwei in Reihe geschaltete Transistoren beinhaltet. Diese beiden Transistoren können zum Beispiel MOSFETs 202 und 204 sein. Durch Ausführen der MOSFETs 202, 204 in ihren verschiedenen Betriebszuständen (z. B. linearer Bereich, Sättigungsbereich, Cutoff-Bereich usw.) leiten die MOSFETs den Stromfluss wie durch den Regler 102 des redundanten Stromsystems festgelegt.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der bidirektionale Schaltkreis 104 einen ersten MOSFET 202, der ein erstes Gate 206, einen ersten Drain 208 und eine erste Source 210 hat. Der bidirektionale Schaltkreis 104 beinhaltet auch einen zweiten MOSFET 204 mit einem zweiten Gate 212, einer zweiten Source 214 und einem zweiten Drain 216. In einer Implementierung ist die erste Source 210 des ersten MOSFET 202 an die zweite Source 214 des zweiten MOSFET 204 angeschlossen, und der zweite Drain 216 des zweiten MOSFET 204 ist mit der Masse 218 gekoppelt. In anderen Implementierungen kann der erste Drain 208 des ersten MOSFET 202 an den zweiten Drain 216 des zweiten MOSFET 206 angeschlossen sein.
Das redundante Stromsystem 100 beinhaltet eine erste Stromquelle (z. B. die Batterie 106) mit einer ersten Stromklemme 220 und einer zweiten Stromklemme 222. In einem Beispiel wird die erste Stromklemme 220 an den ersten Drain 208 und die zweite Stromklemme 222 an die Gleichstromsammelschiene 108 angeschlossen. Wie zuvor beschrieben, versorgt die erste Stromquelle die Gleichstromsammelschiene 106 mit Strom, wenn sich die erste Stromquelle entlädt. Im Allgemeinen entlädt die Batterie 106, wenn die zweite Stromquelle (z. B. die primäre Stromquelle und/oder die sekundäre Stromquelle) 110 nicht in der Lage ist, die Last 114 selbstständig mit Strom zu versorgen.
Das redundante Stromsystem beinhaltet auch eine zweite Stromquelle (z. B. die sekundäre Stromquelle) 110 mit einer dritten Stromklemme 224 und einer vierten Stromklemme 226. In einer Implementierung wird die dritte Stromklemme 224 an die Masse 218 und die vierte Stromklemme 226 an die Gleichstromsammelschiene 108 angeschlossen. Im Allgemeinen ist die zweite Stromquelle 110 die sekundäre Stromquelle, die die Last 114 für das redundante Stromsystem 100 mit Strom versorgt.
Der Betriebszustand der MOSFETs 202, 204 wird in der Regel durch einen Steuerkreis (z. B. den Regler 102) gesteuert, der an das erste Gate 206 und das zweite Gate 212 angeschlossen wird. Der Regler 102 liefert Steuersignale an das erste Gate 206 und das zweite Gate 212. Im gezeigten Beispiel werden die Gates 206 und 212 mit demselben Steuersignal gekoppelt; je nach Reglerdesign können die Gates getrennt bedient werden und die MOSFETs 202 und 204 können so lange in verschiedenen Zuständen bedient werden, wie die unten beschriebenen Lade- und Entladekennlinien durchgeführt werden.
In einigen Implementierungen bewirkt das Steuersignal, dass der erste und der zweite MOSFET 202, 204 in Sättigungsbereichen während eines ersten Betriebszustands tätig sind um Strom (z. B. 0~100A) von der ersten Stromquelle (z. B. der Batterie 106) zum Fliessen zu bringen. Der Regler kann Steuersignale auch an den ersten und zweiten MOSFET 202, 204 liefern, damit der erste MOSFET 202 in einem linearen Bereich während eines zweiten Betriebszustands (z. B. dem linearen Bereich) tätig ist. Ein Betrieb im linearen Bereich begrenzt die Menge des Ladestroms, der der ersten Stromquelle während des Ladevorgangs bereitgestellt wird. Das Begrenzen des Ladestroms, der von der ersten Stromquelle empfangen wird, ermöglicht ein kontrolliertes Laden der ersten Stromquelle und stellt sicher, dass die Stromaufnahme nicht die Stromfähigkeit der primären Quelle übersteigt.
Betriebszustände des Schaltkreises 104 sind zu Teilen von der Spannung der Gleichstromsammelschiene abhängig. Bei Ausfall der zweiten Stromquelle 110 für die unabhängige Stromversorgung der Last verringert sich die Spannung auf der Gleichstromsammelschiene 108. Der Steuerkreis (z. B. der Regler 102) bestimmt, dass der erste Betriebszustand eintritt, wenn die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 weniger ist als die Spannung der ersten Stromquelle (z. B. der Batterie 106), gemessen zwischen der ersten Stromklemme 220 und der zweiten Stromklemme 222. Der Steuerkreis sendet ein Steuersignal an die MOSFETs, was bewirkt, dass die MOSFETSs im ersten Betriebszustand (z. B. Sättigungsbereich) tätig sind. Der Betrieb im Sättigungsbereich ermöglicht der ersten Stromquelle, mit der Stromversorgung der Last zu beginnen und die in der ersten Stromquelle gespeicherte Energie aufzubrauchen.
Der Steuerkreis (z. B. der Regler 102) bestimmt auch, dass der zweite Betriebszustand eintritt, wenn die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 grösser ist als die Spannung der ersten Stromquelle, gemessen zwischen der ersten Stromklemme 220 und der zweiten Stromklemme 222. Wenn die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 höher als die Spannung der ersten Stromquelle ist, ist das normalerweise ein Hinweis darauf, dass die zweite Stromquelle (z. B. die sekundäre Stromquelle 110) und/oder die primäre Stromquelle 116 wieder ihren Betrieb aufnehmen. Nachdem sich die Batterie entladen hat und die zweite Stromquelle 110 wieder ihren Betrieb aufgenommen hat, ermöglicht der zweite Betriebszustand (z. B. linearer Modus), dass Strom an die erste Stromquelle geliefert wird, um die erste Stromquelle zu laden. Der Betrieb der MOSFETs im linearen Modus bietet einen Stromkontrollmechanismus, der die Menge des an die erste Stromquelle gelieferten Stroms begrenzt.
Der Steuerkreis (z. B. der Regler 102) kann auch einen Fehlerzustand auf der Gleichstromsammelschiene 108 erkennen. Um die erste Stromquelle vor einem durch eine potentielle Überstromsituation verursachten Schaden zu bewahren, sendet der Steuerkreis ein Steuersignal, damit der erste MOSFET und der zweite MOSFET in einem Cutoff-Modus tätig sind. Der Cutoff-Modus öffnet den Teil des Stromkreises, der an die erste Stromquelle angeschlossen ist, wodurch das Fliessen von Strom zur ersten Stromquelle inaktiviert wird.
In einigen Implementierungen (nicht abgebildet) kann das redundante Stromsystem angepasst werden, um mehrere Reihen von MOSFETs einzubeziehen. Das redundante Stromsystem 100 kann beispielsweise zwei oder mehr Reihen von MOSFETs, die zwischen der Batterie 106 und der Masse 218 parallel geschaltet sind, beinhalten. In einigen Implementierungen kann jedes Paar von MOSFETs einen zugeordneten Regler haben, um die Betriebszustände für jedes Paar von MOSFETs anzuweisen. In anderen Implementierungen kann jeder einzelne MOSFET seinen eigenen zugeordneten Regler haben, um den Betriebszustand für einen einzelnen MOSFET anzuweisen. Die Regler können kommunikativ miteinander verbunden sein und gemeinsam den Betriebszustand für jeden der MOSFETs bestimmen oder jeder Regler kann selbstständig den Betriebszustand für seinen MOSFET bestimmen.
In einigen Implementierungen kann der Regler 102 einen analogen Stromkreis oder einen digitalen Stromkreis beinhalten. Der Steuerkreis (z. B. der Regler 102) kann beispielsweise ein Verarbeitungsgerät beinhalten, das an das erste und das zweite Gate 206, 212 gekoppelt ist und Steuersignale für den ersten und zweiten MOSFET 202, 204 bereitstellt, um die MOSFETs in verschiedenen Betriebszuständen zu betreiben.
Eine beispielhafte Implementierung unter Verwendung von analogen Komponenten ist in 3 dargestellt, das ein Schaltbild eines Beispiel-Reglers 102 abbildet. Der Steuerkreis des Reglers 102 beinhaltet eine Ladespannungsschaltung 302 und eine Ladestromschaltung 306. Die Ladespannungsschaltung 302 beinhaltet einen ersten Verstärker 304 und ein Ausgang des ersten Verstärkers ist an das erste Gate 206 und an das zweite Gate 212 durch eine Diode D1 gekoppelt. Die Ladespannungsschaltung 302 kann die Spannung der Batterie 106 abtasten und sie mit einer Referenzspannung, z. B. einer Spannung, die niedriger ist als die Spannung der Gleichstromsammelschiene, vergleichen. Wenn die Batteriespannung bedeutend geringer ist als die Referenzspannung, wird der Ausgabewert Vu2 hoch sein. Wenn die Batteriespannung bedeutend höher als die Referenzspannung ist, wird der Ausgabewert Vu2 niedrig sein; andernfalls wird Vu2 für die Regulierung der Batteriespannung angepasst. Weitere Einzelheiten über die Referenzspannung werden in Verbindung mit 4 beschrieben.
Die Ladestromschaltung 306 beinhaltet einen zweiten Verstärker 308 mit einem Ausgang, der an das erste Gate 206 und an das zweite Gate 212 gekoppelt ist. Die Ladestromschaltung 306 tastet den Batteriestrom mittels Strommesswiderstand R1 ab. Ähnlich der Batteriespannung, wenn der Batteriestrom bedeutend geringer ist als der Referenzstrom, wird der Ausgabewert Vu1 hoch sein. Wenn der Batteriestrom bedeutend höher als der Referenzstrom ist, wird der Ausgabewert VU1 niedrig sein; andernfalls wird VU1 für die Begrenzung oder Regulierung des Batteriestroms angepasst.
Die Ausgabewerte Vu1 und Vu2 steuern gemeinsam das Laden und Entladen der Batterie. Genauer gesagt reguliert oder begrenzt die Ausgabe von u1 den Ladestrom durch Anpassen der Gate-Source-Spannung der MOSFETs 206 und 212, um während des Ladevorgangs im linearen Betriebsbereich zu arbeiten. Die Ausgabe von u2 ist durch eine Diode (D1) gekoppelt, sodass die Batteriespannung auf einer bestimmten Ebene reguliert ist.
In einigen Implementierungen können die Arbeitsvorgänge des Reglers 102 auch einem Batteriemanagementsystem 310 unterliegen, das, nach einer oder mehreren Optimierungsbedingungen, steuern würde, wann die Batterie entladen oder laden kann. Das Batteriemanagementsystem 310 kann den Regler 102 überschreiben, um je nach Optimierungsbedingungen das Laden und Entladen der Batterie entweder zu aktivieren oder zu deaktivieren. Während Stromspitzenzeiten, wenn der Stromverbrauch teurer ist, kann das Batteriemanagementsystem 310 beispielsweise den Batterieladevorgang aussetzen oder beschränken.
Das Batteriemanagementsystem 310 kann andere Aspekte des redundanten Stromsystems 100 steuern. In einigen Implementierungen kann das Batteriemanagementsystem 310 Arbeitsvorgänge des Systems überschreiben, um Spannungspegel, Stromaufnahme, Betriebszustand des Schalters (z. B. MOSFETs 202, 204) und andere ähnliche Tätigkeiten anzuweisen. Das Batteriemanagementsystem 310 kann beispielsweise aufgrund der Lastbeschränkungen oder anderen Systemattributen bestimmen, die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 anzupassen (z. B. zu verringern oder zu erhöhen), indem es Tätigkeitsanweisungen an den Wechselrichter 112 sendet.
Die Tätigkeit des Schaltkreises in 3 wird mit Verweis auf 4, einem Diagramm zur Veranschaulichung von beispielhaften Kurvenverläufen von Strom und Spannung, die ein typisches Beispiel für verschiedene Tätigkeiten des redundanten Stromsystems sind, beschrieben. Die Kurvenverläufe von Strom und Spannung beschreiben detailliert ein Beispiel der Tätigkeiten des redundanten Stromsystems für die unterbrechungsfreie Stromversorgung einer Last 114.
Bezugnehmend auf 4, zum Zeitpunkt t0, arbeitet das redundante Stromsystem mit der sekundäre Stromquelle 110, die selbstständig den Wechselrichter/Gleichrichter 112 mit Strom versorgt. Die Spannung der Gleichstromsammelschiene wird während des Ladevorgangs oder wenn die sekundäre Stromquelle 110 unabhängig von der Stromversorgung an den Wechselrichter/Gleichrichter 112 ist, auf einem höheren Spannungspegel als die Batteriespannung, Vbat, gehalten. Die Batterie ist vollständig geladen und somit ist der Strom, Ibat, bei beinahe Null (oder etwas nominaler Streuung oder inaktivem Wert), da die Batterie den Wechselrichter/Gleichrichter 112 nicht mit Strom versorgt. Die Ausgangsspannung des Ladestromreglers 306, VU1, ist hoch (z. B. erheblich höher als ein „Null"-Ausgang, wie z. B. auf oder nahe an der positiven Schiene).
Der Ausgang des Ladespannungsreglers 302, Vu2, ist niedrig. Da die Batteriespannung bei oder über dem Wert der Referenzspannung liegt, reguliert der Ladespannungsregler die Batteriespannung. In einigen Implementierungen ist der Wert der Referenzspannung ein Richtwert, der geringer als die angegebene Spannung der Gleichstromsammelschiene ist, da die Gleichstromsammelschiene die 120 Hz (2. Harmonische) Wellenspannung 418 hat. Wie nachstehend erläutert wird, ermöglicht der im Gegensatz zu den angegebenen Werten der Gleichstromsammelschiene niedrigere Referenzwert die Regulierung der Batteriespannung während des letzten Abschnitts der Batterieaufladephase, der auch der dritte Betriebszustand genannt wird.
Die Zeit t1 zeigt die sekundäre Stromquelle 110, die nicht eigenständig den Wechselrichter/Gleichrichter 112 mit Strom versorgen kann. Während dieser Zeit entlädt die Batterie. In einigen Implementierungen kann die Batterie Strom an den Wechselrichter/Gleichrichter 112 ohne Ausfall der primären und/oder sekundären Stromquellen mit Strom liefern. Der Regler 102 überwacht die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 indirekt durch die Überwachung der Spannung der Batterie 106. Fällt die Batteriespannung unterhalb einer Referenzspannung deutet das darauf hin, dass die Gleichstromsammelschiene bei oder unter der Batteriespannung liegt. Die Spannung für die Gleichstromsammelschiene wird in der Regel durch die sekundäre Stromquelle 110 bereitgestellt, aber wie bei t1 gezeigt, hat die Spannung der Gleichstromsammelschiene die Batteriespannung erreicht. Danach bestimmt der Regler, dass aufgrund der unter die Referenzspannung gefallenen Batteriespannung die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 unter einer Batteriespannung (402) liegt. In Erwiderung auf die Festlegung, dass die Batteriespannung unterhalb des Referenzwertes liegt und der Batterieladestrom geringer als der Referenzstrom ist, liefert der Regler 102 ein Steuersignal zum Betrieb des ersten und zweiten MOSFETs 202, 204 in Sättigungsbereichen, damit die Batterie auf die Gleichstromsammelschiene 108 entlädt.
Wie zum Zeitpunkt t1 im Schaltkreis von 3 gezeigt, bleibt die Ausgabe des Ladestromreglers, Vu1, hoch und der Ladespannungsregler, Vu2, schaltet seine Ausgabe auf hoch. Das führt zu einer hohen Gatespannung an Vgate (404). Die hohe Vgate-Spannung treibt die MOSFETs 202, 204 in einen Sättigungsbereich, der den Stromfluss von der Batterie 106 zur Gleichstromsammelschiene 108 ermöglicht. Zwischen den Zeiten t1 und t2 entlädt die Batterie 106 wie durch die Verringerung der Batteriespannung Vbat (406) angezeigt. Dementsprechend ist der Batteriestrom, Ibat, negativ (408) und zeigt an, dass der Wechselrichter/Gleichrichter 112 von der Batterie 106 mit Strom versorgt wird. Der negative Wert von Ibat hält auch den Ausgang VU1 hoch, da der negative Wert zu einem Stromsensorsignal führt, das geringer ist als das Referenz-Strom-/Spannungssignal. Demnach ist die Zeit von t1 bis t2 ein erster Betriebszustand, in dem der erste und zweite MOSFET in Sättigungsbereichen tätig sein müssen und der erste Betriebszustand tritt ein, wenn die Spannung der Gleichstromsammelschiene geringer ist als die Spannung der Batterie, gemessen zwischen der ersten Stromklemme und der zweiten Stromklemme der Batterie.
In diesem Zeitraum ist der durch den On-Widerstand R_M2 des MOSFET 204 beim Entladen bestimmte Energieverlust: P_Loss = I 2 / Bat,dischg·R_M2
Die Zeit t2 stellt einen zweiten Betriebszustand dar, während dem der erste MOSFET in einem linearen Bereich tätig ist, um einen Ladestrom zu begrenzen, der die Batterie lädt. Dieser Zustand wird durch die Kombination von der höheren Spannung der Gleichstromsammelschiene im Gegensatz zu der Spannung der Batterie und der niedrigeren Spannung der Batterie im Gegensatz zu der Referenzspannung des Eingangsverstärkers 304 verursacht, was zu einem Batteriestrom führt, der an einer Referenzstromstärke reguliert wird. Insbesondere in dem Beispiel-Schaltkreis der 3 verursacht der Zustand der höheren Spannung der Gleichstromsammelschiene im Gegensatz zur Batteriespannung, dass die Batterie lädt
Bezugnehmend auf 4 veranschaulicht die Zeit t2, dass die sekundäre Stromquelle 110, die wieder als Spannung der Gleichstromsammelschiene, Vbus, ihren Betrieb aufnimmt, höher ist als die Batteriespannung, Vbat (410). In Erwiderung darauf, dass die Spannung der Gleichstsromsammelschiene höher ist als die Batteriespannung, jedoch unter der Referenzspannung liegt, steuert der Regler 102 gemeinsam den ersten und zweiten MOSFET 202, 204, damit die Batterie von der Gleichstromsammelschiene durch gesteuerten Strom und unabhängig von der Steuerung der Batteriespannung geladen wird. Der Regler 102 liefert zum Beispiel ein Steuersignal an die MOSFETs 202, 204 durch Ändern der Ausgangsspannung des Ladestromreglers 306, VU1. Die Spannung Vgate ist bestimmt durch einen Spannungsabfall am Widerstand R1, der den ersten und zweiten MOSFETs 202, 204 in einen linearen Modus versetzt, was die Menge des für die Batterie bereitgestellten Stroms begrenzt.
Der Betrieb von wenigstens dem ersten MOSFET 202 im linearen Modus bewirkt ein Laden der Batterie 106 mit begrenztem Strom. Wie in 4 gezeigt, ist Ibat positiv (412) und zeigt an, dass die Batterie 106 Strom während des Ladevorgangs empfängt.
Zeit t3 veranschaulicht eine Zeit, wenn die Batteriespannung eine Referenzspannung erreicht hat und die Batterie 106 mit einer gesteuerten Spannung geladen wird. Dies bezeichnet man als dritten Betriebszustand. In diesem Zustand ist die nominale Spannung der Gleichstromsammelschiene (414) höher als die Batteriespannung (416), und die Batteriespannung ist mindestens gleich oder nahe der Referenzspannung. Da die Referenzspannung geringer ist als die angegebene Spannung der Gleichstromsammelschiene, wird die Batteriespannung so gesteuert, dass die Batteriespannung unterhalb der Spannung der Gleichstromsammelschiene bleibt, um Schäden und Cycling-Effekte der Batterie aufgrund der Wellenspannung 418 mit zweiter Harmonischen (z. B. 120 Hz), die auf der Gleichstromsammelschiene 108 anliegt, zu vermeiden.
Während des Betriebs misst der Regler 102, dass die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 der Referenzspannung entspricht. In Erwiderung steuert der Regler 102 gemeinsam den ersten und zweiten MOSFET 202, 204, damit die Batterie von der Gleichstromsammelschiene 108 durch gesteuerte Spannung und unabhängig von der Steuerung des Stroms geladen wird. Der Ladespannungsregler 302 ändert beispielsweise seine Ausgangsspannung, VU2. Die entstandenen Senkungen in Ibat bewirken, dass die Ausgabe VU1 steigt. Die sich daraus ergebende, durch die Sperrdiode D1 bestimmte Gatespannung Vgate steuert den MOSFET 202 im linearen Bereich, aber die Batteriespannung wird von der positiven Differenz zwischen Batteriespannung und Referenz spannung reguliert.
Während des zweiten und dritten Betriebszustands (beim Laden) ist MOSFET 202 im linearen Betriebsbereich tätig. Energieverlust des MOSFET beim Laden wird hauptsächlich durch Vbus als, P_Loss = (V_Bus – V_Bat) × I_bat,chg
In einigen Implementierungen bleibt zum Senken von Ploss beim Laden die Spannung Vbus der Gleichstromsammelschiene nahe der Batteriespannung Vbat. Folglich wird Vbus durch einen Energiewandler und/oder einen Wechselrichter/Gleichrichter bei einer geringfügig höheren Spannung als die Batteriespannung Vbat angepasst/reguliert.
5 ist das Flussdiagramm einer redundanten Stromsystem-Tätigkeit. Das Flussdiagramm beschreibt eine Implementierung der Bereitstellung von Backup-Strom für eine Last 114 durch eine primäre und/oder sekundäre Stromquelle 110, eine Batterie 106, eine Regler 102 und einen bi-direktionalen Schaltwandler 104. In einigen Implementierungen kann das redundante Stromsystem 100 als eine unterbrechungsfreie Stromversorgung verwendet werden. In anderen Implementierungen kann das redundante Stromsystem 100 als eine Backup-Stromversorgung verwendet werden, um den Wechselrichter/Gleichrichter 112 mit ergänzendem Strom, zusätzlichem Strom usw. zu versorgen. Der Prozess beinhaltet ein Verarbeitungsgerät (z. B. analogen Regler, digitalen Regler usw.), das für die Überwachung der Spannung einer Gleichstromsammelschiene 108 (502) konfiguriert ist. Wie zuvor beschrieben, wenn die primäre und/oder sekundäre Stromquelle 110 selbstständig die Last 113 mit Strom versorgt, wird die Spannung für die Gleichstromsammelschiene (108) von einer primären und/oder sekundären Stromquelle bereitgestellt.
Der Prozess legt fest, dass Batteriespannung und Referenzstrom unterhalb einer Referenzspannung und eines Referenzstroms liegen und als Reaktion darauf den ersten und zweiten MOSFET 202, 204 in Sättigungsbereichen (504) betreiben. Das Betreiben des ersten und zweiten MOSFET 202, 204 in Sättigungsbereichen sperrt den Teil des Kreislaufs, der an die Batterie 106 angeschlossen ist und der Batterie ermöglicht, Strom auf der Gleichstromsammelschiene unter Bereitstellung von Backup-Strom für die Last 114 zu entladen.
Nachdem die primäre und/oder sekundäre Stromquelle 110 wieder den Betrieb aufgenommen hat, bestimmt der Prozess, dass die Spannung der Gleichstromsammelschiene 108 über der Batteriespannung und die Batteriespannung unter einer Referenzspannung liegt, und als Reaktion darauf steuern sie den ersten und zweiten MOSFET 202, 204 gemeinsam, damit die Batterie durch einen begrenzten Ladestrom (506) lädt. Die Batterie empfängt Strom von der Gleichstromsammelschiene 108 durch gesteuerten Strom und unabhängig von der Steuerung der Batteriespannung. Der erste und zweite MOSFET 202, 204 arbeiten in einem linearen Modus, um einen Strombegrenzungsmechanismus bereitzustellen, der die Menge an von der Batterie empfangenen Strom steuert. In einigen Implementierungen steuert während dieses Teils des Ladevorgangs der Ladespannungsregler nicht die Spannung der Batterie (z. B. Vbat). Es ist beispielsweise die Spannung der Batterie 106 aktiviert, damit sie gemäss der Menge an Strom, die an die Batterie geliefert wird, ungesteuert wiederkehrt und nur vom Ladestrom begrenzt wird.
Die Batteriespannung kehrt wieder bis festgelegt wird, dass die Spannung der Batterie der Referenzspannung entspricht, der Batteriestrom unter einem Referenzstrom liegt und als Reaktion darauf, der Prozess 500 den ersten und zweiten MOSFET 202, 204 gemeinsam steuert, damit die Batterie von der Gleichstromsammelschiene 108 durch kontrollierte Spannung und unabhängig von der Steuerung des Stroms (508) geladen wird. Wie zuvor beschrieben, passt der Ladespannungsregler 302 die Spannung der Batterie 106 durch Einstellen der Gatespannung des ersten MOSFET 202 an. Vbat wird bei einer niedrigeren Spannung als Vbus gehalten, um sicherzustellen, dass die Wellenspannung mit zweiter Harmonischen, die an der Gleichstromsammelschiene anliegt, nicht die Batterie 106 beeinträchtigt.
Die oben genannten Beispiel-Implementierungen sind im Kontext eines analogen Schaltkreises beschrieben, der Gatespannungen der MOSFETS basierend auf einer Batteriespannung und Ladegerätstrom gemeinsam steuert. Es können andere geeignete analoge oder digitale Steuerkreise verwendet werden, um die oben beschriebenen funktionsgerechten Betriebszustände auszuführen. In anderen Implementierungen kann der Schaltkreis zum Beispiel die MOSFETs 202 und 204 getrennt betreiben. Darüber hinaus kann der Regler 102 als Verarbeitungsgerät (nicht dargestellt) implementiert werden, um die Anweisungen für den bidirektionalen Schaltkreis 104 zu steuern.
Ausführungsformen des Gegenstands und die in dieser Spezifikation beschriebenen Tätigkeiten können in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computer-Software, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschliesslich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Entsprechungen oder in Kombinationen von einer oder mehrerer von ihnen.
Die in dieser Spezifikation beschriebenen Tätigkeiten können als Tätigkeiten implementiert werden, die von einem Daten verarbeitenden Apparat mit Daten durchgeführt werden, die auf einem oder mehreren maschinell lesbaren Speichergeräten gespeichert werden oder von anderen Quellen entgegengenommen werden.
Der Begriff „Daten verarbeitender Apparat“ umfasst alle Arten von Apparaten, Geräten und Maschinen für die Verarbeitung von Daten, einschliesslich exemplarisch einem programmierbaren Prozessor, einem Computer, einem System-on-a-Chip oder mehrere oder Kombinationen der vorgenannten. Das Gerät kann logische Sonderzweckschaltungen für spezielle Zwecke beinhalten, z. B. ein FPGA (feldprogrammierbares Gate-Array) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung). Der Apparat kann neben der Hardware auch einen Code beinhalten, der eine Durchführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm erstellt, z. B. einen Code, der Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbank-Managementsystem, ein Betriebssystem, eine plattformunabhängige Laufzeitumgebung, eine virtuelle Maschine oder eine Kombination einer oder mehrerer der genannten darstellt. Der Apparat und die Ausführungsumgebung können verschiedene unterschiedliche Rechnermodell-Infrastrukturen umsetzen, wie Webdienstleistungen, verteilte Rechen- und Grid-Computing-Infrastrukturen.
Die Verfahren und Logikflüsse, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, können durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren durchgeführt werden, um Handlungen durch das Arbeiten an Eingabedaten und dem Erzeugen von Ausgaben durchzuführen. Die Prozesse und die logischen Abläufe können auch durch logische Sonderzweckschaltungen durchgeführt werden, und der Apparat kann als Sonderzweckschaltungen implementiert werden, z. B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung).
Zwar enthält diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails, jedoch sollten diese nicht als Beschränkungen des Umfangs oder des Anspruchs ausgelegt werden, sondern vielmehr als Beschreibungen spezifischer Merkmale bestimmter Ausführungsformen. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Kontext der unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Andererseits können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, in mehreren Ausführungsformen oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Außerdem können ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden, auch wenn die Merkmale vorstehend als in gewissen Kombinationen funktionierend beschrieben oder gar als eine Kombination beansprucht werden, und die beanspruchte Kombination kann an eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination verwiesen werden.
Ebenso werden Tätigkeiten in den Zeichnungen zwar in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, aber dies sollte nicht als Anforderung verstanden werden, dass diese Tätigkeiten in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Tätigkeiten ausgeführt werden müssen, um erwünschte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und eine Parallelbearbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht in allen Ausführungsformen erforderlich aufgefasst werden, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder zu mehreren Softwareprodukten verkapselt werden können.
Folglich wurden bestimmte Ausführungsformen des Gegenstands beschrieben. Weitere Ausführungsformen gehören zum Umfang der folgenden Ansprüche. In einigen Fällen können die in den Ansprüchen beschriebenen Handlungen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und dennoch erwünschte Ergebnisse erzielen. Darüber hinaus können innovative Methoden und Systeme in allen möglichen und technisch bedeutenden Kombinationen von Ansprüchen ausgeführt werden, auch wenn sich diese Kombinationen nicht explizit durch die Rückverweise in den abhängigen Ansprüchen zeigen. Zusätzlich erfordern die in den beigefügten Figuren dargestellten Prozesse nicht notwendigerweise die bestimmte gezeigte Reihenfolge oder aufeinanderfolgende Reihenfolge, um erwünschte Ergebnisse zu erzielen. Bei bestimmten Implementierungen können Multitasking und eine Parallelbearbeitung vorteilhaft sein.
Gemäss einer exemplarischen Ausführungsform ist ein System bereitgestellt, dass einen ersten MOSFET mit einem ersten Gate, einer ersten Source und einem ersten Drain beinhaltet. Ein zweiter MOSFET mit einem zweiten Gate, einer zweiten Source und einem zweiten Drain. Die erste Source ist an die zweite Source angeschlossen und der zweite Drain ist mit einer Masse gekoppelt. Ein an das erste Gate und das zweite Gate angeschlossener Steuerkreis, der Steuersignale an das erste Gate und an das zweite Gate abgibt, durch die der erste und der zweite MOSFET in Sättigungsbereichen während eines ersten Betriebszustands tätig sind, um ein Entladen der ersten Stromquelle zu bewirken und der erste MOSFET ist in einem linearen Bereich während eines zweiten Betriebszustands tätig, um einen Ladestrom zu begrenzen, der die erste Stromquelle lädt.

Claims

System, umfassend: ein erster MOSFET mit einem ersten Gate, einer ersten Source und einem ersten Drain; ein zweiter MOSFET mit einem zweiten Gate, einer zweiten Source und einem zweiten Drain, worin die erste Source an die zweite Source angeschlossen ist und der zweite Drain mit einer Masse gekoppelt ist; eine erste Stromquelle mit einer ersten Stromklemme und einer zweiten Stromklemme, worin die erste Stromklemme an den ersten Drain angeschlossen ist und die zweite Stromklemme an eine Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist; eine zweite Stromquelle mit einer dritten Stromklemme und einer vierten Stromklemme, worin die dritte Stromklemme an die Masse angeschlossen ist und die vierte Stromklemme an die Gleichstromsammelschiene angeschlossen ist; und ein Steuerkreis, der an das erste Gate und an das zweite Gate angeschlossen ist und Steuersignale an das erste Gate und das zweite Gate liefert, die bewirken, dass: der erste und zweite MOSFET während eines ersten Betriebszustands in Sättigungsbereichen tätig sind, um das Entladen der ersten Stromquelle zu bewirken; und der erste MOSFET während eines zweiten Betriebszustands in einem linearen Bereich tätig ist, um einen Ladestrom zu begrenzen, der die erste Stromquelle lädt.
System nach Anspruch 1, worin: der erste Betriebszustand eintritt, wenn eine Referenzspannung höher ist als die Spannung der ersten Stromquelle, gemessen zwischen der ersten Stromklemme und der zweiten Stromklemme; und der zweite Betriebszustand eintritt, wenn: die Spannung der Gleichstromsammelschiene höher ist als die Spannung der ersten Stromquelle, gemessen zwischen der ersten Stromklemme und der zweiten Stromklemme; und die Spannung der ersten Stromquelle niedriger ist als eine Referenzspannung.
System nach Anspruch 1, worin der Steuerkreis weitere Steuersignale an das erste Gate und an das zweite Gate liefert, wodurch der erste MOSFET während eines dritten Betriebszustands in dem linearen Bereich tätig wird, um die Spannung der ersten Stromquelle zu regulieren.
System nach Anspruch 1, worin der Steuerkreis des dritten Betriebszustands eintritt, wenn: die Spannung der Gleichstromsammelschiene höher ist als die Spannung der ersten Stromquelle, gemessen zwischen der ersten Stromklemme und der zweiten Stromklemme; und die Spannung der ersten Stromquelle niedriger ist als die Referenzspannung.
System nach Anspruch 1, worin der Steuerkreis besteht aus: einer Ladespannungsschaltung, die Ladespannungsschaltung einschliesslich einem ersten Verstärker, worin ein Ausgang des ersten Verstärkers an das erste Gate und an das zweite Gate gekoppelt ist; und einer Ladestromschaltung, die Ladestromschaltung einschliesslich einem zweiten Verstärker, worin ein Ausgang des zweiten Verstärkers an das erste Gate und an das zweite Gate gekoppelt ist; und
System nach Anspruch 1, worin der Steuerkreis besteht aus: einer Ladespannungsschaltung mit einem Ausgang der Ladespannungsschaltung, der an das erste Gate gekoppelt ist; einer Ladestromschaltung mit einem Ausgang der Ladestromschaltung, der an das zweite Gate gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, worin der Steuerkreis ein Verarbeitungsgerät umfasst, das an das erste und das zweite Gate gekoppelt ist und Steuersignale für den ersten und zweiten MOSFET bereitstellt, um die MOSFETs in verschiedenen Betriebszuständen zu betreiben.
System nach Anspruch 1, worin der erste MOSFET einer von einer Vielzahl von ersten MOSFETs ist und der erste MOSFET ein zugeordnetes Steuerungssystem beinhaltet.
System nach Anspruch 1, worin der zweite MOSFET einer von einer Vielzahl von zweiten MOSFETs ist und der zweite MOSFET ein zugeordnetes Steuerungssystem beinhaltet.
System nach Anspruch 1, das ferner ein an den Steuerkreis gekoppeltes Strommanagementsystem umfasst, das Betriebssignale an den Steuerkreis bereitstellt, die Betriebssignale mit Betriebsanweisungen für den ersten und zweiten MOSFET basierend auf Optimierungsbedingungen.
System, umfassend: einem Verarbeitungsgerät, konfiguriert für die: Überwachung der Spannung einer Gleichstromsammelschiene, die Spannung für die Gleichstromsammelschiene wird von einer primären Stromquelle bereitgestellt; Festlegung, dass eine Batteriespannung unter einer Referenzspannung liegt und als Reaktion den ersten und zweiten MOSFET in Sättigungsbereichen betreiben, damit die Batterie auf der Gleichstromsammelschiene entlädt; Festlegung, dass die Spannung der Gleichstromsammelschiene über der Batteriespannung liegt und die Batteriespannung geringer als eine Referenzspannung ist, die geringer als eine angegebene Spannung der Gleichstromsammelschiene ist und als Reaktion gemeinsam den ersten und zweiten MOSFET betreiben, damit die Batterie von der Gleichstromsammelschiene durch gesteuerten Strom und unabhängig von der Steuerung der Batteriespannung lädt; und Festlegung, dass die Spannung der Gleichstromsammelschiene der Referenzspannung entspricht und als Reaktion gemeinsam den ersten und zweiten MOSFET betreiben, damit die Batterie von der Gleichstromsammelschiene durch gesteuerte Spannung und unabhängig von der Steuerung des Stroms lädt.