1.本发明涉及一种用于电力系统的重叠电路和包括该重叠电路的电力系统。
背景技术：2.电力系统可以是由电气部件和通过电气基础设施互连的设备组成的电网。部件和设备可以配置为供应、传输和消耗电力。电力系统还可以包括一个或多个通过电力基础设施互连的电力子系统。
3.当两个独立电源连接到一个公共负载时，或当一个公共电源连接到两个独立负载时，可能需要一个中间装置或电路将电源的电力传输到负载。中间装置或电路可以用作传输功率的开关，随后包括以不同配置联接的晶体管/开关，以便根据预期功能操作。然而，这种电能传输会导致不同类型的无用损耗，如传导损耗、开关损耗、空载损耗、门损耗和ic损耗。
技术实现要素：4.本发明实施例的目的是提供一种缓解或解决传统方案的缺点和问题的解决方案。
5.本发明实施例的另一个目标是提供一种与传统方案相比减少功率损耗的解决方案。
6.独立权利要求的主题解决了上述和其他的目标。在从属权利要求中可以找到本发明的进一步有利实施例。
7.根据本发明的第一方面，通过用于电力系统的重叠电路实现上述和其他目的，所述重叠电路包括：
8.第一可控开关，其被配置为联接在第一电源和负载之间；
9.第二可控开关，其被配置为联接在第二电源和所述负载之间；其中
10.i)在第一时间段t1期间，当所述第二可控开关被配置为阻断从所述第二电源到所述负载的第二电流i2时，所述第一可控开关被配置成将第一电流i1从所述第一电源馈送到所述负载；
11.ii)在所述第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当所述第二可控开关被配置为从所述第二电源向所述负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关被配置为将第一电流i1从所述第一电源馈送到所述负载；和
12.iii)在所述第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当所述第二可控开关被配置为从所述第二电源向所述负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为阻断从所述第一电源到所述负载的第一电流i1。
13.时间段t1-t3按顺序排列。第二时间段t2可以表示为重叠功率传输时间段，因为第一和第二电源同时向公共负载馈送电流。因此，重叠电路也可以称为电力传输电路。
14.根据第一个方面，重叠电路的一个优点是，与传统解决方案相比，由于不使用空载时间，开关和空载时间损失减少或消除。此外，可以向负载提供连续电流，这意味着不需要
像传统解决方案中那样用于补偿空载时间的元件，例如电感器和电容器。
15.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，第二时间段t2的持续时间取决于第一可控开关的开关时间和/或第二可控开关的开关时间。
16.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，第二时间段t2的持续时间小于第一时间段t1持续时间和/或第三时间段t3持续时间的10％。
17.这些实施例的优点是开关损耗可以尽可能低。
18.根据第一方面的重叠电路的实施例，iv)在所述第三时间段t3之后的第四时间段t4期间，当所述第二可控开关被配置为从所述第二电源向所述负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关被配置为将第一电流i1从所述第一电源馈送到所述负载。
19.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，重叠电路被配置为重复步骤i)至iv)任意次数。
20.本实施例的优点是，重叠时间段可以在任意数量的周期中反复重复。
21.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，重叠电路还包括控制装置/布置，其被配置为向第一可控开关提供第一控制信号，并向第二可控开关提供第二控制信号，以便第一可控开关和第二可控开关在第二时间段t2期间都导通，从而同时向负载馈送电流。
22.本实施例的优点是，可以通过具有适当计时的控制信号来控制重叠时间段。
23.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，第一控制信号和第二控制信号是同时或非同时计时。
24.因此，同时或非同时计时控制信号均可用于实现重叠功率传输。
25.在根据第一方面的重叠电路的一个实施例中，第一控制信号和第二控制信号是不同时计时，时间偏移取决于以下至少一个：提供给负载的电流、第一电源和第二电源之间的电压差，以及当第一可控开关的电阻等于第二可控开关的电阻时的电阻值。
26.通过使用非同步计时的控制信号，在两者之间存在时间偏移，可以进一步控制和调谐输送到负载的电流。此外，在可控开关使用低电阻值的情况下，可以维持系统中的电压。
27.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，
28.所述第一可控开关包括与所述第一电源和所述负载之间的至少一个第一可变电阻器并联联接的至少一个第一二极管；和
29.所述第二可控开关包括与所述第二电源和所述负载之间的至少一个第二可变电阻器并联联接的至少一个第二二极管。
30.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，
31.在所述第一时间段t1期间，所述第一可变电阻器被配置为向所述负载提供第一电流i1，随后，所述第一二极管被配置为向所述负载提供第一电流i1；
32.在所述第二时间段t2期间，所述第一二极管被配置为向所述负载提供第一电流i1，且所述第二二极管被配置为向所述负载提供第二电流i2；和
33.在所述第三时间段t3期间，所述第二二极管被配置为向所述负载提供第二电流i2，随后，所述第二可变电阻器被配置成向所述负载提供第二电流i2。
34.本实施例的优点是，通过执行上述顺序，可以在第一和第二电源之间以合适的方式阻断电流。
35.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，所述重叠电路被配置来：
36.当所述第一电源的输出电压小于第一阈值电压v
th1
时，从i)切换到ii)；和/或
37.当所述第二电源的输出电压大于第二阈值电压v
th2
时，从i)切换到ii)。
38.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，
39.所述第一阈值电压v
th1
取决于所述负载的标称电压vn，和/或
40.所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第一阈值电压v
th1
和所述负载的所述标称电压vn中的至少一个。
41.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，
42.所述第一阈值电压v
th1
大于所述负载的所述标称电压vn的90％；和/或
43.所述第二阈值电压v
th2
高于或等于所述负载的所述标称电压vn；和/或
44.所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第一阈值电压v
th1
和所述负载的所述标称电压vn之间的差电压。
45.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，
46.所述第一可控开关包括在所述第一电源和所述负载之间以相反方向彼此串联联接的两个第一二极管，以及
47.所述第二可控开关包括在所述第二电源和所述负载之间以相反方向彼此串联联接的两个第二二极管。
48.本实施例的优点是，通过使用两个二极管，无论可控开关上的电压是否升高或降低，都可以阻断来自其他电源的电流。
49.在根据第一方面的重叠电路的实施例中，所述第一电源配置为充当第一负载，所述第二电源配置为充当第二负载，所述负载配置为充当公共电源；其中
50.当所述第二可控开关配置为从所述公共电源向所述第二负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关配置成将第一电流i1从所述公共电源馈送到所述第一负载。
51.在本实施例中，电流方向相反。例如，所述负载可以是电机，所述第一电源和第二电源可以是单独的电池或电池组，用于向电机输送电力。在这种配置中，电机可以在两种模式下运行，即第一种模式作为负载，第二种模式作为电源。
52.根据本发明的第二方面，通过用于电力系统的重叠电路实现上述和其他目的，所述重叠电路包括：
53.第一可控开关，其被配置为联接在电源和第一负载之间；
54.第二可控开关，其被配置为联接在所述电源和第二负载之间；其中
55.i)在第一时间段t1期间，当所述第二可控开关被配置为阻断从所述电源到所述第二负载的第二电流i2时，所述第一可控开关被配置成将第一电流i1从所述电源馈送到所述第一负载；
56.ii)在所述第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当所述第二可控开关被配置为从所述电源向所述第二负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关被配置为将第一电流i1从所述电源馈送到所述第一负载；和
57.iii)在所述第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当所述第二可控开关被配置为从所述电源向所述第二负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关被配置为阻断从所述电源到所述第一负载的第一电流i1。
58.根据第二个方面，重叠电路的一个优点是，与传统解决方案相比，由于不使用空载时间，开关和空载时间损失减少或消除。此外，可以向负载提供连续电流，这意味着不需要像传统解决方案中那样用于补偿空载时间的元件，例如电感器和电容器。
59.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，
60.iv)在所述第三时间段t3之后的第四时间段t4期间，当所述第二可控开关被配置为从所述电源向所述第二负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关被配置成将第一电流i1馈送到所述第一负载。
61.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，重叠电路被配置为重复步骤i)至iv)任意次数。
62.本实施例的优点是，重叠时间段可以在任意数量的周期中反复重复。
63.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，所述重叠电路还包括一个控制装置/布置，其被配置为向第一可控开关提供第一控制信号，并向第二可控开关提供第二控制信号，从而使第一可控开关和第二可控开关两者在第二时间段t2期间导通，从而同时分别向第一负载和第二负载馈送电流。
64.本实施例的优点是，可以通过具有适当计时的控制信号来控制重叠时间段。
65.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，第一控制信号和第二控制信号是同时或非同时计时。
66.因此，同时或非同时计时的控制信号均可用于实现重叠功率传输。
67.在根据第二方面的重叠电路的一个实施例中，第一控制信号和第二控制信号是非同时计时信号，时间偏移取决于以下至少一个：提供给第一负载的电流和提供给第二负载的电流，第一负载和第二负载之间的电压差，以及当第一可控开关的电阻等于第二可控开关的电阻时的电阻值。
68.通过使用非同步计时的控制信号，在两者之间存在时间偏移，可以进一步控制和调谐输送到负载的电流。此外，在可控开关使用低电阻值的情况下，可以维持系统中的电压。
69.在根据第二方面的重叠电路的一个实施例中，
70.所述第一可控开关包括与所述电源和所述第一负载之间的至少一个第一可变电阻器并联联接的至少一个第一二极管；和
71.所述第二可控开关包括与所述电源和所述第二负载之间的至少一个第二可变电阻器并联联接的至少一个第二二极管。
72.在根据第二方面的重叠电路的一个实施例中，
73.在所述第一时间段t1期间，所述第一可变电阻器被配置为向所述第一负载提供第一电流i1，随后，所述第一二极管被配置为向所述第一负载提供第一电流i1；
74.在所述第二时间段t2期间，所述第一二极管被配置为向所述第一负载提供第一电流i1，且所述第二二极管被配置为向所述第二负载提供第二电流i2；和
75.在所述第三时间段t3期间，所述第二二极管被配置为向所述第二负载提供第二电流i2，随后，所述第二可变电阻器被配置成向所述第二负载提供第二电流i2。
76.本实施例的优点是，通过执行上述顺序，可以在第一和第二电源之间以合适的方式阻断电流。
77.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，所述重叠电路被配置来：
78.当所述第一负载上的电压高于第一阈值电压v
th1
时，从i)切换到ii)；和/或
79.当所述第二负载上的电压小于第二阈值电压v
th2
时，从i)切换到ii)。
80.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，
81.所述第一阈值电压v
th1
取决于所述第一负载的标称电压vn，和/或
82.所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第二负载的所述标称电压vn。
83.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，
84.所述第一阈值电压v
th1
大于所述负载的所述标称电压vn的90％；和/或
85.所述第二阈值电压v
th2
高于或等于所述负载的所述标称电压vn；和/或
86.所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第一阈值电压v
th1
和所述负载的所述标称电压vn之间的差电压。
87.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，
88.所述第一可控开关包括在所述电源和所述第一负载之间以相反方向彼此串联联接的两个第一二极管，以及
89.所述第二可控开关包括在所述电源和所述第二负载之间以相反方向彼此串联联接的两个第二二极管。
90.本实施例的优点是，通过使用两个二极管，无论可控开关上的电压是否升高或降低，都可以阻断来自其他电源的电流。
91.在根据第二方面的重叠电路的实施例中，所述第一负载配置为充当第一电源，所述第二负载配置为充当第二电源，所述电源配置为充当公共负载；其中
92.当所述第二可控开关配置为从所述第二电源向所述公共负载馈送第二电流i2时，所述第一可控开关配置成将第一电流i1从所述第一电源馈送到所述公共负载。
93.在本实施例中，电流方向相反。
94.本发明实施例还涉及一种电力系统，根据本发明的实施例，该电力系统包括至少一个电源、至少一个负载和至少一个重叠电路，配置为在至少一个电源和至少一种负载之间传输电流/功率。
95.从以下详细描述中可以清楚地看到本发明实施例的进一步应用和优点。
96.附图简要说明
97.附图旨在阐明和解释本发明的不同实施例，其中：
98.图1和图2示出了根据本发明各个方面的重叠电路；
99.图3-图5示出了根据本发明实施例的重叠电路；
100.图6示出了包括控制装置的本发明实施例；
101.图7-图9示出了控制可控开关的不同方面；
102.图10-图14示出了根据本发明实施例的重叠电路；
103.图15
–
图19示出了根据本发明实施例的重叠电路；
104.图20a和图20b示出了根据本发明实施例的单开关实现的状态图；
105.图21示出了根据本发明实施例的两开关实现的状态图；
106.图22和图23示出了本发明的其他实施例；和
107.图24和图25说明了本发明的其他方面。
具体实施方式
108.图1和图2分别显示了根据本发明的第一方面和第二方面的重叠电路。在图1中，两个独立的电源用重叠电路馈送一个公共负载，作为功率传输的中间电路，而在图2中，一个公共电源用重叠回路馈送两个独立负载，作为功率传输的中间回路。需要注意的是，重叠电路也可以在本发明的第一和第二方面之间切换，如图24和25所示。
109.参考图1和图3-5，本发明的实施例涉及根据第一方面的电力系统400的重叠电路100。本文所公开的重叠电路100包括第一可控开关110，该第一可控开关110包括配置为联接到第一电源210的第一输入112和配置为联接至负载310的第一输出114。重叠电路100还包括第二可控开关120，该第二可控开关120包括配置为联接到第二电源220的第二输入122和配置为联接至负载310的第二输出124。根据本发明：i)在第一时间段t1期间，第一可控开关110被配置为当第二可控开关120被配置为阻断从第二电源220到负载310的第二电流i2时，将第一电流i1从第一电源210馈送到负载310；ii)在第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当第二可控开关120被配置为从第二电源220向负载310馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将第一电流i1从第一电源210馈送到负载310；以及iii)在第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当第二可控开关120被配置为从第二电源220向负载310馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为阻断从第一电源210到负载310的第一电流i1。
110.因此，第二时间段t2定义了第一电源和第二电源同时向负载输送电流的时间段。因此，该时间段可表示为重叠功率转移时间段。众所周知，在传统的解决方案中，功率传输不是重叠的，而是使用所谓的空载时间进行分离。有关这方面的更多信息将在以下公开内容中解释。
111.电力系统400可以是任何电力系统，包括任意数量的电源、电力负荷、电力子系统和合适的电力基础设施，用于联接电力系统的组件、设备和子系统。电源可以是配置为提供电力的电气设备或电气子系统。负载可以表示为用电设备，即配置为使用电力进行功能的电气设备。电功率或简单功率可以用瓦特表示，通常定义为电压乘以给定电路和力矩中的电流。
112.在本发明实施例中，iv)在第三个时间段t3之后的第四个时间段t4期间，当第二可控开关120被配置为从第二个电源220向负载310馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将第一电流i1从第一电源210馈送到负载310。图中未显示这种情况。但可以理解，当第一电源和第二电源同时向负载310馈电/供电时，时间段t4也是重叠时间段。此外，根据本发明的实施例，可以重复前面描述的步骤i)至iv)任意次数。
113.本文还公开了根据第一方面在本发明的不同步骤i)至iv)之间切换的不同方法。通常，可以设置或使用不同的条件从状态i)切换到状态ii)。这些条件可能与第一电源的输出电压及其相关阈值参数和/或第二电源的输出电源电压及其相关的阈值参数有关。
114.因此，在本发明的实施例中，重叠电路被配置为当第一电源210的输出电压小于第一阈值电压v
th1
时从i)切换到ii)；和/或当第二电源220的输出电压大于第二阈值电压v
th2
时从i)切换到ii)。第一阈值电压v
th1
可以依赖于负载310的标称电压vn，和/或第二阈值电压v
th2
取决于第一阈值电压v
th1
和负载310的标称电压vn中的至少一个。负载310的标称电压可以理解为负载的预期电压、负载的工作电压、负载的工作电压等。可以考虑不同类型的标称电压。一种类型是静态或或多或少恒定的，即恒定的标称电压值，例如，对于需要恒定功
率的负载。另一种类型是当标称电压值采用离散值时，例如可以预定义的离散值，例如微波炉的不同功率水平。再一种类型是标称电压值可以取连续值，例如汽车或卡车等车辆的电机。
115.如上所述，第一阈值电压v
th1
可能低于负载310的标称电压vn，这意味着负载310在一定程度上耗尽了第一电源210的功率。然而，为了负载310的正常运行，输出电压不应下降到太多，因此在本发明的进一步实施例中，第一阈值电压v
th1
大于负载310的标称电压vn的90％。然而，需要注意的是，标称电压的百分比取决于负载的应用或类型，因此，在本发明实施例中，第一阈值电压v
th1
大于负载的标称电压vn的x％，其中x％取决于或基于负载的实际功能。换句话说，负载正常工作或运行的下限。
116.另一类条件主要与第二个电源220的输出电压有关，但可以设想，这些条件也可能反过来取决于与前面描述的第一个电源的输出电压相关的条件。第二阈值电压v
th2
可能高于或等于负载的标称电压vn。进一步认识到，第二阈值电压v
th2
可能取决于第一阈值电压v
th1
和负载310的标称电压vn中的至少一个。例如，第二阈电压v
th2
可能高于第一阈值电压v
th1
和额定电压vn。
117.在本发明的实施例中，进一步确定第一阈值电压v
th1
和负载310的标称电压vn之间的电压差，然后基于该电压差确定第二阈值电压v
th2
。例如，第二阈值电压v
th2
可以设置为标称电压加上电压差。一个非限制性示例是：标称电压vn＝200v，第一阈值电压v
th1
＝190v，这意味着200
–
190＝10v是电压差，因此第二阈值电压v
th2
设置为10+200＝210v。技术人员理解，当系统从状态iii)返回到状态i)时，可以比照应用上述条件。
118.此外，在本发明的进一步实施例中，第一电源210配置为充当第一负载，第二电源220配置为充当第二负载，负载310配置为充当公共电源；此外，当第二可控开关被配置为从公共电源向第二负载馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将第一电流i1从公共电源馈送到第一负载。这意味着在这些实施例中电流的方向是相反的。更多信息将结合图20和21进行解释。然而，可以注意到，所述的第一输入和第一输出可以配置为作为第一输出和第一输入。因此，第一输入和第一输出可以简单地表示为第一电气连接、第一连接点、第一联接节点等。
119.然而，如前所述，根据本发明的第二方面，一个公共电源为两个单独的负载供电。参考图2，这种情况下的重叠电路100包括第一可控开关110，该第一可控开关110包括配置为联接到电源310的第一输入112和配置为联接至第一负载210的第一输出114。重叠电路100还包括第二可控开关120，该第二可控开关120包括配置为联接到电源310的第二输入122和配置为联接至第二负载220的第二输出124。根据本发明：i)在第一时间段t1期间，当第二可控开关120被配置为阻断来自电源310的第二电流i2流向第二负载330时，第一可控开关110被配置为从电源310向第一负载210馈送第一电流i1；ii)在第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当第二可控开关120被配置为从电源310向第二负载220馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将来自电源310的第一电流i1馈送到第一负载210；以及iii)在第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当第二可控开关120被配置为将第二电流i2从电源310馈送到第二负载220时，第一可控开关110被配置为阻止从电源310-到第一负载210的第一电流i1。
120.需要注意的是，对于本发明的第一个方面，先前参考图1和图3-5公开和解释的本
发明的一般原理(经必要修改)也适用于本发明的第二个方面。因此，在本发明的实施例中，iv)在第三时间段t3之后的第四时间段t4期间，当第二可控开关120被配置为从电源310向第二负载220馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将第一电流i1馈送到第一负载210。此外，根据本发明的实施例，可以重复前面描述的步骤i)到iv)任意次数。因此，对于本发明的第二方面，也定义了重叠时间段。
121.第一负载320和第二负载330应以非常一般的方式进行解释。这意味着上述第一和第二负载可能是任何用电设备，但也可能是电能存储设备，如电池和电池系统。
122.本文还公开了根据第二方面在本发明的不同步骤i)至iv)之间切换的不同方法。通常，可以设置或使用不同的条件从状态i)切换到状态ii)。这些条件可能与第一负载的电压及其相关阈值参数和/或第二负载的电压及相关阈值参数有关。
123.因此，在本发明的实施例中，重叠电路100被配置为当第一负载210上的电压高于第一阈值电压v
th1
时，从步骤i)切换到步骤ii)；和/或当第二负载220上的电压小于第二阈值电压v
th2
时，从i)切换到ii)。第一阈值电压v
th1
可以取决于第一负载210的标称电压vn，和/或第二阈值压力v
th2
取决于第二负载210的额定电压vn。
124.此外，在本发明的进一步实施例中，第一负载210配置为充当第一电源，第二负载220配置为充当第二电源，电源310配置为充当公共负载；此外，当第二可控开关被配置为从第二电源向公共负载馈送第二电流i2时，第一可控开关110被配置为将第一电流i1从第一电源馈送到公共负载。这意味着在这些实施例中电流的方向是相反的。更多信息将参照图20和21进行解释。然而，可以注意到，所述的第二输入和第二输出可以配置为第二输出和第二输入。因此，第二输入和第二输出可以简单地表示为第二电气连接、第二连接点、第二联接节点等。
125.在本发明的实施例中，重叠电路100可以包括一个控制装置/布置150，该装置/布置与第一可控开关110和第二可控开关120电联接，如图6所示。当控制系统的不同组件时，控制装置150可以使用开关或计时频率操作。控制装置150可以对不同的组件和应用使用相同或不同的计时频率。控制装置150被配置为向第一可控开关110提供第一控制信号ctrl1，以控制第一可控开关110。控制装置150还被配置为向第二可控开关120提供第二控制信号ctrl2，以控制第二可控开关120。为了获得本文所公开的重叠机制，第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2被配置为使得第一可控开关110和第二可控开关120在第二时间段t2期间都导通，从而向负载310馈送电流。
126.需要注意的是，即使没有显示第二方面的情况，也可以意识到，根据第二方面，重叠电路也可以包括控制装置150，并根据本文描述的控制信号计时原理进行操作。因此，第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2根据配置的第二方面，使得第一可控开关110和第二可控开关120在第二时间段t2期间都导通，从而分别向第一负载210和第二负载220馈送电流，参见图2。
127.更具体地说，第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2可以包括on信号和off信号，例如1和0(1/0)。on信号将诸如第一可控开关110和第二可控开关120之类的可控开关设置为导通模式，而off信号将可控开关设置成非导通模式。因此，在导通模式下，电流可以通过可控开关，而在非导通模式下电流被阻断，无法通过可控开关。根据这一推理，第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2可以是相互相关的同时的或非同时计时的，这可能意味着
第一和第二个控制信号是在同一时间或不同的时间发送或接收的。同时或非同时计时的控制信号都工作良好。在后一种情况下，当第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2非同时计时控制时，ctrl1与ctrl2之间可能存在时间偏移。
128.图7显示了根据现有技术的控制信号，而图8显示了根据本发明实施例的控制信号的示例。在图7和图8中，x轴显示了时间，y轴显示了相应可控开关的off状态和on状态。需要注意的是，当可控开关接收到控制信号时，从非导通性模式到完全导通性模式或状态总是存在延迟，反之亦然，这可以表示为组件处于完全导通模式(on)或阻断模式(off)之前的上升时间和下降时间。此外，开关也可以表示为具有随所述上升和下降时间变化的电阻率的可变电阻。
129.在图7中，根据现有技术，显示了示例性空载时间dts，即dt1
–
dt4。在这种空载时间内，不会向负载提供电流，因为两个电阻器都处于非导通或阻断模式，即off。在空载时间之间，每个开关都会向公共负载传递或馈送电流，但决不会同时进行。因此，在on1时间段内，只有第一开关处于on状态，将电流传递给负载。在空载时间dt2之后，在on2时间段内，只有第二开关处于on状态，将电流传递给负载，如图7所示。
130.另一方面，图8显示了根据具有重叠功率传递导电性的本发明实施例对第一和第二可控开关进行控制时的情况。首先要注意的是，图8中不存在空载时间。这可以表述为，根据本发明，当第一和第二可控开关都处于非导通模式时(即处于off状态时)没有时间段。此外，图8显示了重叠或重叠时间段，在这种重叠功率转移时间段内，第一(on状态)和第二(on态)可控开关都是导通的，因此在同一时间段内将电流传递给负载。例如，在第一时间段t1，当第二可控开关不导通时，第一可控开关导通，而在第二时间段t2，第一和第二受控开关都导通。然而，需要注意的是，在第二个时间段t2期间，第一可控开关的电阻r1从完全导通上升到完全不导通，而第二可控开关电阻r2从完全不导通下降到完全导通。这也意味着，在第二个时间段t2期间，通过第一可控开关的电流将相应减小，通过第二可控开关电流将相应增大。在第三个时间段t3期间，当第一可控开关阻断时，第二个受控开关导通。
131.还需要注意的是，当第一和第二可控开关的电阻值在图8中标记为ti时，会有一个特定的时间实例，图9更详细地显示了这两个不同示例ti1和ti2的时间实例。图9中的垂直线说明了控制信号ctrl1、ctrl2实例或计时实例。在第一个示例中，第一和第二可控开关的控制信号同时计时，在图9中表示为“sim”，而在第二个示例中控制信号不同时计时，则在图9中将其表示为“non-sim”。
132.在图9中的第一个示例中，在第一个时间段t1期间，只有第一可控开关是导通的。在第二个时间段t2期间，当sim 1计时时，r1开始增加，同时r2开始减少，因此第一和第二可控开关在t2期间都是导通的。在时间实例ti1中，r1的电阻率等于r2，r1＝r2。在第三个时间段t3中，只有第二可控开关是导通的，因此第一可控开关是阻断的。因此，这是控制信号ctrl1和ctrl2的计时没有时间偏移的示例。
133.在图9的第二个示例中，第一个时间周期t1的情况与第一个示例中的情况相同。然而，在时间段t2
′
期间，ctrl1和ctrl2信号之间引入了计时时间偏移，这可能意味着与时间段t2相比，时间段t2'在时间上有所延长。在时间段t1
′
内，r1
′
的值在增加，而r2的值在减少。计时偏移意味着当r1
′
的电阻率等于r2，r1
′
＝r2时，时间实例ti2在时间上偏移，导致电阻率较低，因此与第一个示例相比电流较高。因此，可以通过控制时间偏移来控制输送到负
载的电流。
134.因此，已经认识到，根据本发明的第一方面，时间偏移可能取决于以下至少一个因素：提供给负载310的电流、第一电源210和第二电源220之间的电压差、，以及当第一可控开关110的电阻r1等于第二可控开关120的电阻r2时的电阻值。
135.相应地，根据本发明的第二方面，时间偏移可以取决于以下中的至少一个：提供给第一负载210的电流和提供给第二负载220的电流，第一负载210和第二负载240之间的电压差，以及当第一可控开关110的电阻r1等于第二可控开关120的电阻r2时的电阻值。
136.图10至14说明了根据本发明的第一方面的实施例的控制方法的进一步细节，其中第一可控开关110包括第一二极管116，该第一二极管116与第一可变电阻器118并联联接在第一输入112和第一输出114之间，第二可控开关120包括第二二极管126，126
′
与第二可变电阻器128并联联接在第二输入122和第二输出124之间。图10
–
14解释了顺序时间顺序t11、t12、t2、t31和t32。
137.在图10中，在t11时间段内，第一可变电阻器118被配置为向负载310提供第一电流i1以获得最小电阻，而不是通过第一二极管116。这意味着最小损耗。
138.在图11中，在第一时间段t12期间，第一二极管116被配置为向负载310而不是第一可变电阻器118提供第一电流i1，以便准备好在下一时间段阻断来自第二电源的可能电流。
139.在图12中，在时间段t2期间，第一二极管116配置为向负载310提供第一电流i1，同时第二二极管126配置为为负载310供应第二电流i2，因此电流不能从第一电源传递到第二电源，反之亦然。
140.在图13中，在时间段t31期间，第二二极管126被配置为向负载310提供第二电流i2，从而阻断来自第一电源的可能电流。
141.在图14中，在t32期间，第二可变电阻器128被配置为向负载310提供第二电流i2，以获得最小电阻。
142.尽管如此，图10-图14没有显示本发明的第二方面的情况，应该认识到，可以对其应用顺序控制顺序。在本发明第二方面的这些实施例中，第一可控开关110包括至少一个第一二极管116、116
′
，其与电源310和第一负载210之间的至少一个第一可变电阻器118、118
′
并联联接。第二可控开关120包括至少一第二二极管126、126
′
，其与电源310和第二负载220之间的至少一个第二可变电阻器128、128
′
并联联接。在第一时间段t1期间，第一可变电阻器118配置为向第一负载210提供第一电流i1，随后第一二极管116配置为向第一负载210提供第一电流i1。在第二时间段t2期间，第一二极管116配置为向第一负载210提供第一电流i1，第二二极管126配置为向第二负载220提供第二电流i2。在第三时间段t3期间，第二二极管126被配置为向第二负载220提供第二电流i2，随后，第二可变电阻器128被配置为向第二负载220提供第一电流i2。
143.图15-图19说明了当第一可控开关110包括在第一输入112和第一输出114之间以相反方向彼此串联联接的两个第一二极管116、116
′
时，以及当第二可控开关120包括两个第二二极管126、126
′
以相反方向串联联接在第二输入122和第二输出124之间时，本发明的第一方面的实施例。
144.在图15中，在t11时间段内，来自第一电源的第一电流通过电阻器118和118
′
，电阻最小，因此损耗最小。
145.在图16中，在t12时间段内，当第一电源的电压开始下降时，来自第一电源的第一电流通过第一电阻器118和第一二极管116
′
馈电，以便准备好在下一时间段内阻断来自第二电源的可能电流。
146.在图17中，在时间段t2期间，当来自第二电源的第二电流通过第二电阻器128和第二二极管126
′
时，第一电流通过第一电阻器118和第一二极管116
′
。因此，在t2期间，电流不能从第一个电源传递到第二个电源，反之亦然。
147.在图18中，在t31期间，第二电流通过第二电阻器128和第二二极管126
′
馈电。同时，没有第一电流馈送到负载310。
148.在图19中，在t32期间，来自第二个电源的第二个电流通过第二电阻器118和118
′
，电阻最小，因此损耗最小。
149.根据本发明的第二方面，本发明的第一方面的控制顺序如图15-图19所示也可应用于本发明的实施例中。因此，第一可控开关110可以包括在电源310和第一负载210之间以相反方向相互串联的两个第一二极管116、116
′
，并且第二可控开关120包括在电源310和第二负载220之间以相反的方向相互串联联接的两个第二二极管126、126
′
。
150.参考图20和21，现在将介绍本发明的更多方面和实施例。图20a和20b显示了一个开关箱的转换图。图20a显示了第一电源210和第二电源220及其开关110、120。此外，负载310和电流流动方式(粗体线和箭头)如图20a所示。
151.在图20b中的i处，第一电源210处于激活状态(第一个输出电压＝200v)，并且由于其开关110处于on模式，正在为负载310馈电。第二个电源220处于非激活状态(第二个输出电压＝0v)，其开关120处于off模式。
152.在图20b中的ii处，第一电源210仍在为负载310馈电，但由于之前对负载310的供电，第一输出电压已降至198v。
153.在图20b中的iii处，第一电源210仍在为负载馈电，但其开关110已设置为off模式，这意味着开关不完全导通，但仍通过其主体二极管导通。当电流流过晶体管的主体二极管时，主体二极管上会有损耗。
154.在图20b中的iv处，第一电源210仍在为负载310供电，但第二个电源220也已激活，并向负载310馈电200v，但其开关120处于off模式，这意味着电流流过主体二极管。这是馈电重叠时间段或状态。
155.在图20b中的v处，第二电源220通过处于on模式的开关120为负载310馈电。然而，第一电源210不再为负载310馈电，但仍处于激活状态(第一输出电压＝198v)。
156.在图20b中的vi处，第一电源210处于非激活状态(第一个输出电压＝0v)，只有第二个电源220向负载310馈送第二输出电压200v。
157.图21所示为两个开关盒在电流方向相反联接时的转换图。相反的联接用于防止系统的电源之间在激活和相互联接的时间段内的电流激增。为简单起见，on模式的开关示出为导体，而off模式的开关示出为其主体二极管，当达到阈值电压时，主体二极管始终导通。
158.在图21中的i处，第一电源210处于激活状态(第一输出电压＝199v)，当其开关110处于on模式时，向负载310馈电，这也意味着第一电源210既可以馈电也可以接收电流。第二电源220处于非激活状态(第二输出电压＝0v)，其开关120处于off模式。
159.在图21中的ii处，第一电源210仍处于激活状态(第一个输出电压＝199v)，并为负
载310馈电，第二个电源220已处于激活状态(第二个输出电压＝200v)，但由于两个开关都处于off模式，因此不向负载310馈电。
160.在图21中的iii处，第一电源210仍处于激活状态(第一输出电压＝199v)，但开关110已设置为off模式，因此第一电源210只能馈送电流，但不能接收任何电流，以防止第二电源220的电流冲击。第二个电源220处于激活状态，但不会为负载200馈电，因为其两个开关120仍处于off模式。
161.在图21中的iv处，第一电源210和第二电源220同时为负载310馈电。这是馈电重叠时间段。由于第二输出电压(第二输出电压＝200v)高于第一输出电压，第二电源220将从第一电源210接过负载310的馈电。此外，如前所述，由于第一电源210和第二电源220各自的开关配置，它们都只能馈送电流，而不能接收电流，因此不会有电流从第二电源220到第一电源210涌入。
162.在图21中的v处，第一个电源210仍处于激活状态(第一个输出电压＝199v)，但与负载310断开连接，因为其两个开关110都设置为off模式。第二个电源220处于激活状态，通过其开关120的主体二极管单独为负载310馈电，处于off模式，因此主体二极管上的功率损耗较小。
163.在图21中的vi处，第二电源220处于激活状态，正在为负载310馈电，但其两个开关120均设置为on模式，因此不会出现任何主体二极管损耗。第一电源210仍处于激活状态(第一输出电压＝199v)，但与负载310断开连接。
164.在图21中的vii处，第一电源210处于非激活模式，因此第一输出电压为0v。然而，第二个电源220处于激活状态，并继续为负载310馈电。
165.当第二电源220失去部分功率时，第一电源210可接管并向负载200馈电，如本文所述，以便重复状态i至vii。
166.图22a和22b示出了本发明的又一个实施例，当这样的电动机的负载在第一方向d1(例如正向)和与第一方向d1相反的第二方向d2(例如反向)运行时。因此，系统可以包括连接到电机的第三电源/负载230和第四电源/负载240。在图22a中，第一电源处于激活状态(第一个输出电压＝200v)，其开关处于on模式，并沿第一个方向d1驱动电机。另一方面，第二个电源处于非激活状态(0v)，且其开关处于off模式。电流从电机流向非激活但开关处于on模式的第三和第四电源。然而，在图22b中，电机以第二方向d2运行。因此，第三和/或第四电源中的任何一个都可以以第二方向d2驱动电机。图22b显示了第三电源是如何激活的(第三输出电压＝200v)，并以第二方向d1驱动电机。因此，电流经由电动机从第三电源流向第一电源和第二电源。
167.此外，图23显示了根据本发明实施例，当系统由电动机充电时的状态图。例如，当包含电机的车辆沿下坡路段行驶时，即具有负坡度时，就会发生这种情况。另一个示例性的例子是当车辆为了降低速度而制动时。在这些例子中，能量是从电动机传递的。
168.在图23中的i处，第一电源210处于激活状态(第一个输出电压＝200v)，其开关处于on模式，因此驱动电机。第二电源220处于非激活状态(第二输出电压＝0v)，其开关处于off模式。
169.在图23中的ii处，电机的电压高于第一输出电压，这意味着电流将从电机流向第一电源210，第一输出电压升至205v。
170.在图23中的iii处，第二个电源220被激活(第二输出电压＝195v)，但其开关仍处于off模式，因此电流仍仅从电机流向第一个电源210。
171.在图23中的iv处，第二个电源220的第二个开关设置为on模式，这意味着电机的电流也流向第二电源，第二输出电压升高到200v。由于第一个输出电压已经升高，并且高于第二个输出电压，所以是时候加载第二电源了。
172.在图23中的v处，第一电源210仍处于激活状态(第一个输出电压＝210v)，但其开关处于off模式，电流仅将电机流至第二个电源220，该电源的两个开关均处于on模式。
173.在图23中的vi处，第一个电源210被停用(第一个输出电压＝0v)，因此可以联接到其他非激活电源以共享功率/电压(图中未显示)。第二电源220处于激活状态，并继续由电机加载。
174.图24和25说明了本发明的更多方面。首先，需要注意的是，本发明中公开和解释的重叠电路100可以联接到两组不同的电压模块，即第一组电压模块(或第一电源)和第二组电压模块(或第二电源)。电压模块可以是任何保持或存储电源的模块，如电池。此外，由于电压模块组是模块化服务，因此可以简化电压模块组。此外，由于服务期间要处理的电压水平仅为每个模块的电压水平，而不是传统解决方案中多个连接电池的危险高电压水平，因此安全方面得到了很大改善。其次，可以进一步注意，重叠电路进一步联接到充当负载或电源的电气设备，例如电机。众所周知，电机可能会消耗电力或输送电力，这取决于其运行模式。例如，在正常运行期间，电动汽车的电机消耗能量，但在断开时，断开功率可能会转换为电力。
175.此处的开关可以是本领域已知的任何合适的开关。例如，固态晶体管，例如mosfet或任何其他晶体管类型。所选开关可能取决于应用，例如高压或低压开关。高压开关可以是本领域已知的任何合适的高压开关。它们应该能够处理比电压模块中的开关更高的电压。例如，如果每个电压模块提供25v的电压，则它们可以处理25v到600v的电压。
176.最后，应当理解的是，本发明不仅限于上述实施例，还涉及并合并了所附独立权利要求范围内的所有实施例。
技术特征：1.一种用于电力系统(400)的重叠电路(100)，所述重叠电路(00)包括：第一可控开关(110)，其被配置为联接在第一电源(210)和负载(310)之间；第二可控开关(120)，其被配置为联接在第二电源(220)和所述负载(310)之间；其中i)在第一时间段t1期间，当所述第二可控开关(120)被配置为阻断从所述第二电源(220)到所述负载(310)的第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置成将第一电流i1从所述第一电源(210)馈送到所述负载(310)；ii)在所述第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述第二电源(220)向所述负载(310)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为将第一电流i1从所述第一电源(210)馈送到所述负载(310)；和iii)在所述第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述第二电源(220)向所述负载(310)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为阻断从所述第一电源(210)到所述负载(310)的第一电流i1。2.根据权利要求1所述的重叠电路(100)，其中iv)在所述第三时间段t3之后的第四时间段t4期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述第二电源(220)向所述负载(310)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为将第一电流i1从所述第一电源(210)馈送到所述负载(310)。3.根据权利要求1或2所述的重叠电路(100)，还包括控制装置(150)，其被配置为向所述第一可控开关(110)提供第一控制信号(ctrl1)并向所述第二可控开关(120)提供第二控制信号(ctrl2)，使得所述第一可控开关(110)和所述第二可控开关(120)两者在所述第二时间段t2期间都导通，从而同时馈送电流给所述负载(310)，其中，所述第一控制信号(ctrl1)和所述第二控制信号(ctrl2)是同时或非同时计时。4.根据权利要求3所述的重叠电路(100)，其中，所述第一控制信号(ctrl1)和所述第二控制信号(ctrl2)是非同时计时，其时间偏移取决于以下至少一个：提供给所述负载(310)的电流、所述第一电源(210)与所述第二电源(220)之间的电压差，以及当所述第一可控开关(110)的电阻(r1)等于所述第二可控开关(120)的电阻(r2)时的电阻值。5.根据前述任一项权利要求所述的重叠电路(100)，其中所述第一可控开关(110)包括与所述第一电源(210)和所述负载(310)之间的至少一个第一可变电阻器(118，118
′
)并联联接的至少一个第一二极管(116，116
′
)；所述第二可控开关(120)包括与所述第二电源(220)和所述负载(310)之间的至少一个第二可变电阻器(128，128
′
)并联联接的至少一个第二二极管(126，126
′
)；其中在所述第一时间段t1期间，所述第一可变电阻器(118)被配置为向所述负载(310)提供第一电流i1，随后，所述第一二极管(116)被配置为向所述负载(310)提供第一电流i1；在所述第二时间段t2期间，所述第一二极管(116)被配置为向所述负载(310)提供第一电流i1，且所述第二二极管(126)被配置为向所述负载(310)提供第二电流i2；和在所述第三时间段t3期间，所述第二二极管(126)被配置为向所述负载(310)提供第二电流i2，随后，所述第二可变电阻器(128)被配置成向所述负载(310)提供第二电流i2。6.根据前述任一项权利要求所述的重叠电路(100)，其被配置为当所述第一电源(210)的输出电压小于第一阈值电压v
th1
时，从i)切换到ii)；和/或当所述第二电源(220)的输出电压大于第二阈值电压v
th2
时，从i)切换到ii)。
7.根据权利要求6所述的重叠电路(100)，其中所述第一阈值电压v
th1
取决于所述负载(310)的标称电压v
n
，和/或所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第一阈值电压v
th1
和所述负载(310)的所述标称电压v
n
中的至少一个。8.一种用于电力系统(400)的重叠电路(100)，所述重叠电路(00)包括：第一可控开关(110)，其被配置为联接在电源(310)和第一负载(210)之间；第二可控开关(120)，其被配置为联接在所述电源(310)和第二负载(220)之间；其中i)在第一时间段t1期间，当所述第二可控开关(120)被配置为阻断从所述电源(310)到所述第二负载(220)的第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置成将第一电流i1从所述电源(310)馈送到所述第一负载(210)；ii)在所述第一时间段t1之后的第二时间段t2期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述电源(310)向所述第二负载(220)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为将第一电流i1从所述电源(310)馈送到所述第一负载(210)；和iii)在所述第二时间段t2之后的第三时间段t3期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述电源(310)向所述第二负载(220)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置为阻断从所述电源(310)到所述第一负载(210)的第一电流i1。9.根据权利要求8所述的重叠电路(100)，其中iv)在所述第三时间段t3之后的第四时间段t4期间，当所述第二可控开关(120)被配置为从所述电源(310)向所述第二负载(220)馈送第二电流i2时，所述第一可控开关(110)被配置成将第一电流i1馈送到所述第一负载(210)。10.根据权利要求8或9所述的重叠电路(100)，还包括控制装置(150)，其被配置为向所述第一可控开关(110)提供第一控制信号(ctrl1)并向所述第二可控开关(120)提供第二控制信号(ctrl2)，使得所述第一可控开关(110)和所述第二可控开关(120)两者在所述第二时间段t2期间都导通，从而同时分别馈送电流给所述第一负载(210)和所述第二负载(220)，其中，所述第一控制信号(ctrl1)和所述第二控制信号(ctrl2)是同时或非同时计时。11.根据权利要求10所述的重叠电路(100)，其中，所述第一控制信号(ctrl1)和所述第二控制信号(ctrl2)是非同时计时，其时间偏移取决于以下至少一个：提供给所述第一负载(210)的电流和提供给所述第二负载(220)的电流、所述第一负载(210)与所述第二负载(220)之间的电压差，以及当所述第一可控开关(110)的电阻(r1)等于所述第二可控开关(120)的电阻(r2)时的电阻值。12.根据权利要求8至11中任一项权利要求所述的重叠电路(100)，其中所述第一可控开关(110)包括与所述电源(310)和所述第一负载(210)之间的至少一个第一可变电阻器(118，118
′
)并联联接的至少一个第一二极管(116，116
′
)；所述第二可控开关(120)包括与所述电源(310)和所述第二负载(220)之间的至少一个第二可变电阻器(128，128
′
)并联联接的至少一个第二二极管(126，126
′
)；其中在所述第一时间段t1期间，所述第一可变电阻器(118)被配置为向所述第一负载(210)提供第一电流i1，随后，所述第一二极管(116)被配置为向所述第一负载(210)提供第一电流i1；
在所述第二时间段t2期间，所述第一二极管(116)被配置为向所述第一负载(210)提供第一电流i1，且所述第二二极管(126)被配置为向所述第二负载(220)提供第二电流i2；和在所述第三时间段t3期间，所述第二二极管(126)被配置为向所述第二负载(220)提供第二电流i2，随后，所述第二可变电阻器(128)被配置成向所述第二负载(220)提供第二电流i2。13.根据权利要求8至12中任一项权利要求所述的重叠电路(100)，其配置为当所述第一负载(210)上的电压高于第一阈值电压v
th1
时，从i)切换到ii)；和/或当所述第二负载(220)上的电压小于第二阈值电压v
th2
时，从i)切换到ii)。14.根据权利要求13所述的重叠电路(100)，其中所述第一阈值电压v
th1
取决于所述第一负载(210)的标称电压v
n
，和/或所述第二阈值电压v
th2
取决于所述第二负载(220)的所述标称电压v
n
。
技术总结本发明涉及一种重叠电路，其被配置为在电源和负载之间联接以进行功率传输。本文公开的重叠电路(100)被配置为在重叠功率传输时间段内同时将电力传输到两个负载或两个电源。此外，本发明还涉及包含这种重叠电路的系统。本发明还涉及包含这种重叠电路的系统。本发明还涉及包含这种重叠电路的系统。
技术研发人员：简
受保护的技术使用者：布里克斯特技术公司
技术研发日：2021.04.19
技术公布日：2022/12/1
