CN118201817A - 用于储能存储器的充电方法和充电组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于储能存储器(CER)的充电方法以及一种用于执行这种充电方法的用于储能存储器(CER)的充电组件(1)。该充电方法多级式地实施有至少两个充电阶段，其中，对于第一充电阶段为充电电路(20)的输入电压(VAB)预设第一电压设定值并且将该第一电压设定值施加到充电电路(20)的输入端，第一电压设定值小于储能电压(VER)的目标电压值，充电电路(20)应该将储能存储器(CER)充电到目标电压值，其中，在第一充电阶段中预设具有第一电流值的充电电流(I_ch)并且在充电电路(20)中设定该充电电流，该充电电流在第一充电阶段中将储能存储器(CER)充电到第一电压设定值，其中，对于至少一个另外的充电阶段为充电电路(20)的输入电压(VAB)预设至少一个另外的电压设定值并且将其施加到充电电路(20)的输入端，该至少一个另外的电压设定值大于第一电压设定值，其中，充电电流(I_ch)的至少一个另外的电流值在至少一个另外的充电阶段中被预设并且在充电电路(20)中被设定，该至少一个另外的电流值在至少一个另外的充电阶段中将储能存储器(CER)充电到至少一个另外的电压设定值。

Description

用于储能存储器的充电方法和充电组件
技术领域
本发明涉及一种用于储能存储器的充电方法，该储能存储器尤其使用在车辆的人员安全系统中。本发明的主题也是用于执行这种充电方法的储能存储器的充电组件。
背景技术
由现有技术已知了用于车辆的实施为安全气囊系统的人员保护系统，其包括控制器和储能存储器。储能存储器在车辆的能量供应失灵的情况下给安全气囊系统提供能量，从而在事故中做出触发决定并且能够激活相应的人员保护装置，例如安全气囊、安全带拉紧器等。为了给储能存储器充电，在已知的安全气囊系统中使用用于储能存储器的充电组件，所述充电组件例如通过相应的编程限定充电电流。
这种充电组件通常包括升压电压转换器和充电电路，该升压电压转换器将在车辆中可用的例如在输入端处大约12伏特的电池电压提高到用于为安全气囊系统供电的在23伏特至40伏特的范围内的输出电压，该充电电路将储能存储器充电到在23伏特至40伏特的范围内的电压。由此能够在充电电路的执行元件上、尤其在完全放电的储能存储器的情况下(如其通常在车辆的重新起动时存在的那样)得到高的损耗，所述损耗能够导致对应的用作充电电路的半导体芯片的表面的相应的大的尺寸设计。这些高的损耗由充电电流和在充电电路的输出端与电连接到充电电路的输入端上的升压电压转换器的输出端之间的电压差引起。
发明内容
具有独立权利要求1的特征的用于储能存储器的充电方法和具有独立权利要求10的特征的用于储能存储器的充电组件分别具有的优点是，用于实现集成的实施为充电电路的半导体芯片的必要的表面可以通过降低其损耗功率来最小化，而不降低其关于充电电流大小和充电速度的性能。
本发明的基本构思在于，将用于能量存储器的充电方法划分为多个充电阶段，并且在用于储能存储器的对应的充电组件中通过升压电压转换器产生的输出电压对于整个充电过程不是固定地而是可变地被预设，连接在下游的充电电路使用所述输出电压作为调节电压。由此可以减小或最小化充电电路上或充电电路的调节环节上的电压降或者对应的损耗功率。
本发明的实施方式提供了用于储能存储器的充电方法。在此，充电方法多级式地实施有至少两个充电阶段，其中，对于第一充电阶段为充电电路的输入电压预设第一电压设定值并且将该第一电压设定值施加到充电电路的输入端上，第一电压设定值小于储能电压的目标电压值，该充电电路应该将储能存储器充电到目标电压值。在第一充电阶段中预设具有第一电流值的充电电流并且在充电电路中设定充电电流，该充电电流在第一充电阶段中将储能存储器充电到第一电压设定值。对于至少一个另外的充电阶段，为充电电路的输入电压预设至少一个另外的电压设定值并且将其施加到充电电路的输入端，所述至少一个另外的电压设定值大于第一电压设定值。在此，在至少一个另外的充电阶段中，用于充电电流的至少一个另外的电流值被预设并且在充电电路中被设定，所述至少一个另外的电流值在至少一个另外的充电阶段中将储能存储器充电到至少一个另外的电压设定值。
此外，提出一种用于储能存储器的充电组件，具有中央评估和控制单元、升压电压转换器和充电电路，所述中央评估和控制单元被实施用于确定用于储能存储器的充电策略并且预设充电电流的系统兼容的电流值和电压设定值，所述升压电压转换器包括具有第一执行元件的第一调节和驱动电路和第一评估和控制单元，所述充电电路包括具有第二执行元件的第二调节和驱动电路和第二评估和控制单元。在此，中央评估和控制单元和升压电压转换器和充电电路设计用于实施根据本发明的充电方法，其中，升压电压转换器基于预设的电压设定值将施加在升压电压转换器的输入端处的电池电压分别变换成对应的输出电压，其中，充电电路的输入电压跟随升压电压转换器的输出电压。
在此，评估和控制单元可以理解为可以处理或评估所检测的测量信号的电路。评估和控制单元可以分别具有至少一个接口，所述接口可以以硬件和/或软件来构造。在硬件构造的情况下，接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，其包含评估和控制单元的各种功能。然而也可能的是，接口是自身的集成电路或者至少部分由分立的结构元件组成。在软件构造中，接口可以是软件模块，其例如和其他软件模块一起存在于微控制器上。具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码存储在机器可读的载体、如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且用于当由评估和控制单元实施程序时执行评估。
通过在从属权利要求中列举的措施和改进方案能够有利地改进在独立权利要求1中给出的用于储能存储器的充电方法和在独立权利要求10中给出的用于储能存储器的充电组件。
特别有利的是，可以固定地预设具有对应的用于充电电路的输入电压的逐级的电压设定值的特定数量的另外的充电阶段。在此，能够在特定数量的另外的充电阶段的最后一个充电阶段中固定地预设储能电压的目标电压值作为充电电路的输入电压的电压设定值。这使得能够尤其成本低廉且简单地实现根据本发明的充电方法。因此，充电方法例如可以两级地实施有两个充电阶段，其中，预设能量储备的一半的目标电压值作为第一电压设定值并且预设能量储备的目标电压值作为第二电压设定值。此外，对于两个充电阶段可以预设充电电流的相同的电流值。由此，可以实现损耗功率峰值的减半并且明显降低在整个充电过程期间的损耗功率。利用三级的充电过程和三个电压设定值可以进一步降低在第二和第三充电阶段中的损耗功率。当然，储能存储器的充电过程能够具有任意数量的具有对于对应的充电电流的相同的或不同的电流值的充电阶段。
在充电方法的备选的设计方案中，能够在第二充电阶段中预设具有第二电流值的充电电流并且在充电电路中设定该充电电流，该充电电流在第二充电阶段中从第一电压设定值出发将储能存储器充电到储能电压的目标电压值。在此，能够在第二充电阶段期间连续检测储能电压的当前电压值，其中，充电电路的输入电压的至少一个另外的电压设定值能够从第一电压设定值出发基于储能电压的所检测的当前电压值可变地被预设并且被施加到充电电路的输入端上。由此，充电电路的作为调节电压预设的输入电压能够以适合的方式跟踪储能存储器的充电进展，以便降低或最小化在充电电路上或在充电电路的调节环节上的电压降。这能够实现进一步降低在整个充电过程上的损耗功率，因为可以将在充电电路上的电压降降低到大约1至2伏特。
在充电方法的有利的设计方案中，可以基于升压电压转换器的输出电压的最小值确定充电电路的输入电压的第一电压设定值，所述最小值基于电池电压。由于在提供电池电压的车辆电池与升压电压转换器的输出端之间的电流路径中通常接入有至少一个二极管，因此升压电压转换器的输出电压的最小值以在至少一个接入的二极管的正向电压低于所提供的电池电压。备选地，可以基于用于所连接的电子单元的供电电压的预设的最小值确定充电电路的输入电压的第一电压设定值。由此，能够在储能存储器的充电过程期间确保连接的电子单元、例如安全气囊系统的供电。尤其是当当前存在的电池电压低于用于所连接的电子单元的供电电压的最小值时，可以将充电电路的输入电压的第一电压设定值设置为该最小值，以便尽可能快地为所连接的电子单元提供供电电压。
在充电方法的另外的有利的设计方案中，可以根据所期望的充电速度设定在第一充电阶段中的充电电流的第一电流值和/或在至少一个另外的充电阶段中的充电电流的至少一个另外的电流值。因此，通过将充电电流的第一电流值设置为所计算的充电电流的75％，可以利用升压电压转换器的输出电压减小第一充电阶段中的充电电路的损耗功率，该输出电压具有用于所连接的电子单元的供电电压的预设的最小值。由此，能量储备的充电速度在第一充电阶段中降低了25％。这又能够通过第二充电阶段中的充电电流的高1.5倍的第二电流值来补偿，以便实现能量储备的相同的总充电时间。此外，可以根据升压电压转换器的最大可能的输出电流预设第一充电阶段中的充电电流的第一电流值和/或至少一个另外的充电阶段中的充电电流的至少一个另外的电流值。该输出电流与升压电压转换器的当前的变压比相关。此外，可以根据在充电电路中产生的损耗功率和/或充电装置的对应的调节和驱动电路和/或执行元件的当前温度来限制第一充电阶段中的充电电流的第一电流值和/或至少一个另外的充电阶段中的充电电流的至少一个另外的电流值，所述损耗功率例如通过升压电压转换器的预设的输出电压或充电电路的输入电压与储能电压的当前值的差值来确定。例如可以通过合适的温度传感器来测量温度。由此可以防止对应的系统电路的过载。为了能够在不同的充电阶段中在最小的半导体结构的情况下实现尽可能高的充电速度，利用充电电流的恒定的或也逐级或根据函数预设的电流值来预设在充电电路的输入端或升压电压转换器的输出端与充电电路的输出端或储能电压之间的优化的差分电压。此外，在预设充电电流时可以考虑充电电路或者第二执行元件的最大可能的损耗功率。在此，充电电流的控制或调节可以用于在考虑连接的电子单元的最小供电电压的情况下、在充电电路的预设的性能中实现最大充电速度，从而在储能存储器的充电过程期间也确保连接的电子单元的运行直至达到最小电池电压，可选地可以叠加另外的调节或控制条件。例如，在系统起动时、在考虑储能存储器的不同的充电阶段的情况下保持来自车辆电池的最大供电电流。
在充电组件的有利的设计方案中，可以在升压电压转换器的输出端和充电电路的输入端之间接入保护二极管。该保护二极管避免第二执行元件充电组件在升压电压转换器的输出电压由于来自能量储备的反向电流经由第二执行元件的反向二极管而对地发生内部或外部短路的情况下的损坏。
在充电组件的另外的有利的设计方案中，中央评估和控制单元和升压电压转换器的第一调节和驱动电路和第一评估和控制单元可以被实施成，为了操控升压电压转换器的第一执行元件检测和评估电池电压和/或升压电压转换器的输入电压和/或升压电压转换器的输出电压和/或充电电路的输入电压和/或储能电压的当前电压值和/或通过第一执行元件的转换器电流。
在充电组件的另外的有利的设计方案中，中央评估和控制单元和充电装置的第二调节和驱动电路和第二评估和控制单元可以被实施成，为了操控充电装置的第二执行元件而根据固定的或可变的设定值预设来调节充电电流。为此，中央评估和控制单元和充电装置的第二调节和驱动电路和第二评估和控制单元可以被实施成，为了操控充电装置的第二执行元件测量并且评估沿充电方向和/或放电方向的充电电流和/或测量并且评估储能存储器的当前电压和/或测量并且评估第二执行元件和/或第二调节和驱动电路的温度和/或计算第二执行元件的损耗功率。由此，在不同的充电阶段中的充电电流可以保持在允许的公差带内，该公差带由车辆的电池电压或供电电压的大小和充电电路的允许的温度极限或负载极限预设，其中，充电电流可以连续或逐步适配地设定为允许的公差带内的最大可能的值，以便实现最大充电速度。
在充电组件的另外的有利的设计方案中，通信连接可以配置用于在升压电压转换器的第一评估和控制单元与充电电路的第二评估和控制单元之间的数据交换。由此，在自动充电过程期间能够实现在升压电压转换器的第一评估和控制单元与充电电路的第二评估和控制单元之间的附加的协调。
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。在附图中，相同的附图标记表示实施相同或类似功能的部件或元件。
附图说明
图1示出了用于储能存储器的根据本发明的充电组件的实施例的示意性的电路图，
图2示出了用于储能存储器的根据本发明的充电方法的实施例的示意性的流程图，该充电方法可以由图1的根据本发明的充电组件实施，
图3示出了在通过传统的充电组件执行的储能存储器的充电过程期间的特性曲线图，
图4示出了在储能存储器的第一充电过程期间的第一特性曲线图，该储能存储器通过图1的根据本发明的充电组件执行，
图5示出了在储能存储器的第二充电过程期间的第二特性曲线图，该储能存储器通过图1的根据本发明的充电组件执行。
具体实施方式
如从图1中可见，根据本发明的用于储能存储器CER的充电组件1的所示的实施例包括中央评估和控制单元5、升压电压转换器10和充电电路20，所述中央评估和控制单元被实施用于确定用于储能存储器CER的充电策略并且预设充电电流I_ch的系统兼容的电流值I_ch1、I_ch2和电压设定值VAB1、VAB2，所述升压电压转换器包括具有第一执行元件T1的第一调节和驱动电路12和第一评估和控制单元14，所述充电电路包括具有第二执行元件T2的第二调节和驱动电路22和第二评估和控制单元24。在此，中央评估和控制单元5和升压电压转换器10以及充电电路20实施下面参考图2描述的根据本发明的用于储能存储器CER的充电方法100。升压电压转换器10基于预设的电压设定值VAB1、VAB2将在升压电压转换器10的输入端处存在的电池电压UB分别变换成对应的输出电压VUP，其中，充电电路20的输入电压VAB跟随升压电压转换器10的输出电压VUP。
如还可从图1中看出的那样，在所示的实施例中，在升压电压转换器10的输出端和充电电路20的输入端之间接入保护二极管D3。根据在升压电压转换器10的输入端处存在的电池电压UB或者车辆供电电压，经由第一反极性保护二极管D1产生被保护免受反极性的第一电池电压VZP1，该第一电池电压用于给在所示的实施例中实施为安全气囊系统的车辆系统供电并且用作用于升压电压转换器10的输入电压。此外，根据电池电压UB、经由第二反极性保护二极管D2产生被保护免受反极性的第二电池电压VZP2，该第二电池电压用作安全气囊系统的点火系统的备用电源。两个串联连接的电容器Cl_l、Cl_2形成在具有电池电压UB的电势的电池线路和具有接地电势GND的接地线路之间的滤波器。出于安全原因，串联地使用两个电容器Cl_l、Cl_2，以便在部件的短路情况下避免高的电路板电流。两个另外的电容器C2_l、C2_2在升压电压转换器10的输出端处形成在具有输出电压VUP的电势的输出线路和具有接地电势GND的接地线路之间的滤波器。出于安全原因，在此也串联地使用两个电容器C2_l、C2_2，以便在部件的短路情况下避免高的电路板电流。可选地，如果所使用的一个或多个电容器满足高的弯曲强度和足够高的质量要求，则可以省去串联电路。此外，升压电压转换器10包括通常被实施为肖特基二极管的续流二极管D2和转换器电感L1。在所示的实施例中，第一执行元件T1实施为具有反向二极管D6的N沟道MOSFET。当然也可以使用其他的半导体开关作为第一执行元件T1。为了检测通过第一执行元件T1的转换器电流IUP，经由第一测量电阻Rsh_Up检测第一测量电压IUP_s。当然也可以使用电流检测的其他的合适的方法。
为了调节升压电压转换器10的输出电压VUP，第一调节和驱动电路12操控第一执行元件T1。为此，评估所施加的第一参考电压VREF、代表当前转换器电流IUP的第一测量电压IUP_s以及升压电压转换器10的所检测的输出电压VUP。在本发明的所示的实施例中，附加地评估储能电压VER的检测的当前电压值。由此，例如能够识别储能电压的过电压。此外，根据充电组件1的半导体工艺，将一个或多个供电电压Vint_x和具有例如2MHz频率的转换器时钟信号C_CLK施加到第一调节和驱动电路12上。根据充电组件1的半导体工艺，将一个或多个供电电压Vint_x、用于对逻辑电路进行时钟控制的数字时钟信号D_CLK、第二参考电压VREF_M施加到第一评估和控制单元14上，该第二参考电压与第一参考电压VREF无关并且用于监控输出电压VUP。在所示的实施例中，为了确定升压电压转换器10的最小输出电压VUP，将电池电压UB施加到第一评估和控制单元14上。备选地，被保护免受反极性的电池电压VZP1可被施加到第一评估和控制单元14上。通过监控电池电压UB，在充电过程期间，尤其是当当前存在的电池电压UB低于用于连接的电子单元的供电电压的最小值时，应该确保连接的电子单元的能量供应。此外，电池电压UB用于确定升压电压转换器10的最大可能的输出电流，该输出电流直接被转发给第二评估和控制单元24以用于根据电池电压设定充电电流IC，和/或被转发给中央控制和评估单元5。第一评估和控制单元14为第一调节和驱动电路12提供至少一个激活信号、输出电压VUP的电压设定值(充电电路20的输入电压VAB的电压设定值VAB1、VAB2基于这些电压设定值)，和用于转换器电流IUP的极限值，以及在需要时提供数字时钟信号D_CLK。
第一评估和控制单元14从中央评估和控制单元5接收用于本地处理的不同的控制信号和信息并且为中央评估和控制单元5例如提供关于电池电压UB、被保护免受反极性的电池电压VZP1、升压电压转换器10的输出电压VUP、转换器电流IUP、储能存储器CER的当前充电状态等的信息，以用于提供监控目的。
如从图1中进一步可见，充电电路20包括第二测量电阻Rsh_ch，在第二测量电阻的朝向充电电路的输入端的端部上检测第二测量电压I_chsh并且在第二测量电阻的朝向第二执行元件T2的端部上检测第三测量电压I_chsl。在此，两个测量电压I_chsh、I_chsl由第二执行元件T2评估，用以获取或调节充电电流I_ch。也可以使用充电电流I_ch(包括符号(方向))的其他的测量方法。所测量的充电电流I_ch为了监控目的被转发给第二评估和控制单元24并且因此也在上级供中央评估和控制单元5使用。在所示的实施例中，第二执行元件T2被实施为具有反向二极管D5的N沟道MOSFET。当然也可以使用其他的半导体开关作为第二执行元件T2。
为了调节充电电路20的充电电流I_ch，第二调节和驱动电路22操控第二执行元件T2。为此，所施加的第一参考电流IREF以及两个测量电压I_chsh、I_chsl被评估，这些测量电压代表当前的充电电流I_ch。在所示的实施例中，为了通过第二调节和驱动电路22减小或切断充电电流I_ch，检测、评估第二执行元件T2的温度并且将改温度转发给第二评估和控制单元24，并且该温度因此也在上级供中央评估和控制单元5使用。此外，根据充电组件1的半导体工艺将一个或多个供电电压Vint_x施加到第二调节和驱动电路22上。根据充电组件1的半导体工艺，将一个或多个供电电压Vint_x、用于对逻辑电路进行时钟控制的数字时钟信号D_CLK以及第二参考电流IREF_M施加到第二评估和控制单元24上，第二参考电流与第一参考电流IREF无关并且用于监控充电电流I_ch。第二评估和控制单元24为第二调节和驱动电路22提供至少一个激活信号和充电电流I_ch的电流设定值以及在需要时提供数字时钟信号D_CLK。同样，第二评估和控制单元24在达到通过中央评估和控制单元5预设的电压设定值VAB1、VAB2或储能电压VER的目标电压值时自动停止储能存储器CER在不同的充电阶段TP1、TP2中的充电过程。可选地，中央评估和控制单元5评估第二调节和驱动电路22的温度和/或由此连续计算第二执行元件T2在各个充电阶段TP1、TP2中的允许的最大损耗功率。由此，能够以预设的电压设定值VAB1、VAB2在对应的充电阶段TP1、TP2中、在知道储能电压VER的当前值的情况下最优地适配充电电流的电流值I_ch1、Ich2以实现最大充电速度。
第二评估和控制单元24从中央评估和控制单元5接收用于本地处理的不同的控制信号和信息，例如启动或停止储能存储器CER的充电过程；预设用于各个充电阶段TP1、TP2的充电电流I_ch的电流值I_ch1、I_ch2。第二评估和控制单元24例如为中央评估和控制单元5提供关于用于监控目的充电电流I_ch、关于用于间接转发到第一评估和控制单元14以及用于监控和用于评估目的的储能电压VER的当前值、关于用于监控以及用于各个充电阶段TP1、TP2中的充电电流的与温度相关的设定值预设的第二执行元件T2的温度的信息，从而除了特殊情况以外避免第二评估和控制单元24由于超过第二执行元件T2的最大温度极限而对充电过程的干预。
下面参考图2至5描述不同的充电过程和用于储能存储器CER的根据本发明的充电方法100的实施例，这些充电过程利用根据本发明的充电组件1的在图1中示出的实施例来执行。
用于储能存储器CER的根据本发明的充电方法100的在图2中示出的实施例多级式地实施有至少两个充电阶段TP1、TP2。为此，在用于第一充电阶段TP1的步骤S100中为充电电路20的输入电压VAB预设第一电压设定值VAB1并且将该第一电压设定值施加到充电电路20的输入端上，该第一电压设定值小于储能电压VER的目标电压值，充电电路20应该将储能存储器CER充电到目标电压值。在步骤S110中，在第一充电阶段TP1中预设具有第一电流值I_ch1的充电电流I_ch并且在充电电路20中设定该充电电流，该充电电流在第一充电阶段TP1中将储能存储器CER充电到第一电压设定值VAB1。在步骤S120中，对于至少一个另外的充电阶段TP2，为充电电路20的输入电压VAB预设至少一个另外的电压设定值VAB2并且将其施加到充电电路20的输入端，所述至少一个另外的电压设定值大于第一电压设定值VAB1。在步骤S130中，充电电流I_ch的至少一个另外的电流值I_ch2在至少一个另外的充电阶段TP2中被预设并且在充电电路20中被设定，所述至少一个另外的电流值在至少一个另外的充电阶段TP2中将储能存储器CER充电到至少一个另外的电压设定值VAB2。
在所示的实施例中，为了实施充电方法100，只要中央评估和控制单元5不存在其他的信息、例如太高的芯片温度、安全气囊系统中的相关的过电压故障、编程等，则当电池电压UB超过最小阈值时，第一评估和控制单元14在安全气囊系统的非睡眠运行中激活升压电压转换器10。
根据系统边界条件，中央评估和控制单元5决定用于系统的通过可编程充电电路20连接的储能存储器CER的充电策略。在此，预设充电电流I_ch的系统兼容的电流值I_ch1、I_ch2，以便在特定的时间段中将储能存储器CER充电到预设的目标电压值。
图3示出了用于具有10mF的电容的储能存储器CER的由现有技术已知的、传统的、单级的、具有仅一个充电阶段TP的充电过程的相关参量的特性曲线图。
如从图3中可见，充电电路20的输入电压VAB在激活升压电压转换器10之前已经具有大约12伏特的电压值，该电压值相应于电池电压UB的值减去二极管Dl、D2和D3的电压降。升压电压转换器10在开始时间点TStartC之后将充电电路20的输入电压VAB的该电压值相对快速地提高到例如33伏特的预设的电压设定值。随着达到例如31伏的预设的电压阈值，从该电压开始安全气囊系统的供电，由此产生所有需要的系统电压并且也给中央评估和控制单元5供电。根据系统边界条件，中央评估和控制单元5决定充电策略并且预设充电电流I_ch的相应的电流值，以便在例如1.83秒的特定的时间段中将储能存储器CER充电到所期望的33伏特的目标电压。充电电流I_ch的电流值在充电开始时间点TStart由第二调节和驱动电路22结合第二评估和控制单元24通过第二执行元件T2来设定。在此，在充电电路20处根据储能存储器CER的充电进展和充电电流I_ch的所选择的电流值出现高的损耗功率P_ch，(P_ch(t)＝I_ch*(VAB(t)-VER(t))。在所示的充电过程开始时，储能存储器CER未充电，从而储能存储器CER的当前电压值VER相应于0伏(VER(t＝0)＝0V)。在充电开始时间点TStart，出现最高损耗P_ch，(P_ch_peak(t＝0)＝I_ch*VAB)。因此，在充电电流I_ch的预设的电流值为180mA和充电电路20上的电压降为33伏特的情况下(该电压降由输入电压VAB的33伏特的电压设定值和储能电压VER的0伏特的当前电压值的差值产生)，产生损耗功率P_ch的5.94瓦的峰值。在停止时间点TStop结束充电过程并且充电电流I_ch又被切断。在第二执行元件T2中通过充电阶段TP产生的热能E_ch(E_ch＝l/2*P_ch_peak*TP)为5.44Ws。
根据本发明的充电组件1的图1所示的实施例的不同之处在于，充电电路20通过附加的保护二极管D3耦联到升压电压转换器10，该保护二极管布置在升压电压转换器10的输出端和充电电路20的输入端之间。该保护二极管D3避免在升压电压转换器10的输出电压VUP由于来自储能存储器CER的反向电流经由第二执行元件T2的反向二极管D5而对地GND发生的内部或外部短路的情况下的损坏。除了升压电压转换器10的输出电压VUP以外，还检测充电电路20的输入电压VAB以用于监控目的，该输入电压也用于安全气囊系统的供电，由此附加地可以检查所添加的保护二极管D3的功能。
为了第二执行元件T2的表面优化，在本发明的实施方式中使对升压电压转换器10的输出电压VUP的调节和由此对充电电路20的输入电压VAB的调节与储能存储器CER的充电进展相关。为此附加地，将储能电压VER的当前电压值输送给升压电压转换器10的第一调节和驱动电路12。从第一充电阶段TP1到第二充电阶段TP2的过渡可以通过对第一评估和控制单元14和第二评估和控制单元24的相应的编程直接受控地经由中央评估和控制单元5进行。备选地，中央评估和控制单元5可以预设自动充电模式。为了在升压电压转换器10的第一评估和控制单元14与充电电路20的第二评估和控制单元24之间进行协调，可以在自动充电模式中通过在图1中以虚线示出的通信连接KV执行两个评估和控制单元14、24之间的数据交换，尤其是用于根据当前的供电电压UB或当前的被保护免受反极性的电池电压VZP1和升压电压转换器10的所选择的输出电压VUP来传输升压电压转换器10的最大可能的输出电流值。备选地，通过相应设计中央评估和控制单元5，可以放弃直接的通信连接KV，其中，中央评估和控制单元5承担该任务。此外，来自充电电路20的输入电压VAB的安全气囊系统的供电已经以较低的例如15.5伏的阈值开始。
图4示出了具有用于具有10mF的电容的储能存储器CER的两个充电阶段TP1、TP2的根据本发明的第一充电过程的相关参量的特性曲线图。
如从图4中可见的那样，在所示的第一实施例中，两个电压设定值VAB1、VAB2用于升压电压转换器10。在此，用于第一充电阶段TP1的第一电压设定值VAB1具有16.5伏特的值并且用于第二充电阶段TP2的第二电压设定值VAB2具有33伏特的值，该值相应于储能存储器CER应该被充电到的目标电压值。
如从图4中进一步可见的那样，充电电路20的输入电压VAB在激活升压电压转换器10之前已经具有大约12伏特的电压值，该电压值相应于电池电压UB的值减去二极管Dl、D2和D3的电压降。升压电压转换器10在第一开始时间点TStartCL1之后将充电电路20的输入电压VAB的该电压值相对快速地升高到16.5伏的预设的第一电压设定值VAB1。随着达到例如15.5伏的减小的预设的电压阈值，从该电压开始安全气囊系统的供电，由此产生所有需要的系统电压并且也给中央评估和控制单元5供电。根据系统边界条件，中央评估和控制单元5决定充电策略并且为充电电流I_ch预设相应的具有180mA的第一电流值I_ch1，以便在第一充电阶段TP1中在例如0.92秒的特定的时间段中将储能存储器CER充电到预设的16.5伏特的第一电压设定值VAB1。用于充电电流I_ch的第一电流值I_ch1在第一充电开始时间点TStart1由第二调节和驱动电路22结合第二评估和控制单元24通过第二执行元件T2来设定。在此，在第一充电阶段TP1中，与传统的单级充电过程相比，根据储能存储器CER的充电进展和充电电流I_ch的所选择的第一电流值I_ch1，在充电电路20处出现减小的损耗功率P_ch(P_ch(t)＝I_ch1*(VABl(t)-VER(t))。在第一充电阶段TP1开始时，储能存储器CER未充电，从而储能存储器CER的当前电压值VER相应于0伏(VER(t＝0)＝0V)。在第一充电开始时间点TStart1出现最高损耗P_ch1，(P_ch1_peak(t＝0)＝I_ch1*VAB1)。因此，在第一充电电流I_ch的180mA的预设的第一电流值I_ch1和在充电电路20上的16.5伏特的电压降的情况下(该电压降由输入电压VAB的16.5伏特的第一电压设定值VAB1和储能电压VER的0伏特的当前电压值的差值产生)，产生损耗功率P_ch1的仅2.97瓦的峰值。损耗功率P_ch的该峰值与传统的单级充电过程相比降低了50％。在第一停止时间点TStop1处，第一充电阶段结束并且充电电流I_ch再次被切断。在第二执行元件T2中通过第一充电阶段TP1引起的热能E_ch1(E_ch1＝l/2*P_ch1_peak*TP1)为1.36Ws。
如从图4中进一步可见的那样，升压电压转换器10在第二开始时间点TStartCL2处被重新激活，第二开始时间点相应于第一充电阶段TP1的第一停止时间点TStop1。备选地，可以在第一充电阶段TP1的停止时间点TStop1之后在启动升压电压转换器10之前设置等待时间段。在第二开始时间点TStartCL2之后，升压电压转换器10相对快速地将充电电路20的输入电压VAB从16.5伏的第一电压设定值VAB1升高到33伏的预设的第二电压设定值VAB2。根据系统边界条件，中央评估和控制单元5预设充电电流I_ch的具有180mA的第二电流值I_ch2，以便在第二充电阶段TP2中在例如0.92秒的特定的时间段中将储能存储器CER充电到预设的33伏特的第二电压设定值VAB2。充电电流I_ch的第二电流值I_ch2在第二充电开始时间点TStart2由第二调节和驱动电路22结合第二评估和控制单元24通过第二执行元件T2来设定。在此，在第二充电阶段TP2中，与传统的单级充电过程相比，根据储能存储器CER的充电进展和充电电流I_ch的所选择的第二电流值I_ch2，在充电电路20处出现减小的损耗功率P_ch2(P_ch2(t)＝I_ch2*(VAB2(t)-VER(t))，其相应于第一充电阶段TP1中的损耗功率P_ch1。在第二充电阶段TP2开始时，将储能存储器CER充电到第一电压设定值VAB1，从而在充电电路上的电压降相应于第二电压设定值VAB2和第一电压设定值VAB1的差值。因此，在第二充电开始时间点TStart2处，出现损耗P_ch2的与在第一充电开始时间点TStart1处相同的2.97瓦的峰值。在第二停止时间点TStop2处，第二充电阶段TP2和根据本发明的第一充电过程结束并且充电电流I_ch再次被切断。在第二执行元件T2中通过第二充电阶段TP2引起的热能E_ch2(E_ch＝l/2*P_ch2_peak*TP2)为1.36Ws。因此，第二执行元件T2在整个根据本发明的第一充电过程中引起2.72Ws的热能E_ch(E_ch＝E_ch1+E_ch2)。
因为升压电压转换器10的输出电压VUP在所示的实施例中由于与车辆电池和电池电压UB的直接耦联而总是呈现电池电压减去二极管Dl、D2的正向电压的电平，所以第一电压设定值UAB1不可自由选择。因此，充电电路20的第二执行元件T2至少应针对损耗功率P_ch来设计，该损耗功率在第一充电阶段TP1中由最大电池电压UBmax和二极管Dl、D2和D3的正向电压以及充电电流的针对第一充电阶段TP1预设的第一电流值I_ch1得到(P_ch1_peak＝((UBmax-2Udmin)-Udmin)*I_ch1＝VAB1*I_ch1)，其中，Udmin代表二极管的正向电压。
在本发明的实施方式中，在第一充电阶段TP1中，损耗功率P_ch的峰值和在储能存储器CER的电压、电流和电容极限中的产生的热能E_ch定义了第二执行元件T2的设计，该第二执行元件在相同的性能的情况下可以具有更小的表面。此外，可以引入具有相应的另外的固定的电压设定值和电流设定值的另外的充电阶段。
图5示出了具有用于具有10mF的电容的储能存储器CER的两个充电阶段TP1、TP2的根据本发明的第二充电过程的相关参量的特性曲线图。
如从图5中可见的那样，在所示的第二实施例中使用升压电压转换器10的用于第一充电阶段TP1的固定的第一电压设定值VAB1和可变的第二电压设定值VAB2。在此，用于第一充电阶段TP1的第一电压设定值VAB1具有16.5伏特的值，并且用于第二充电阶段TP2的第二电压设定值VAB2连续跟踪储能电压VER的当前电压值。通过在第二充电阶段中即使在充电电流I_ch的第二电流值I_ch2较高时也强烈降低的损耗功率P_ch2，第二执行元件T2的设计根据第一充电阶段TP1中的负荷不显著附加地通过第二充电阶段TP2受负载，因为在此仅出现明显降低的加热。
如从图5中进一步可见的那样，第一充电阶段TP1与图4所示的第一实施例相比保持不变，因为由于系统不能改变第一充电阶段TP1。在第二充电阶段TP2(在其中，将储能电压VER升到电池电压UB的最大电势之上)中，可改变的第二电压设定值VAB2从16.5伏的第一电压设定值VAB1出发以持续的方式跟随储能电压VER的增加，直到达到期望的33伏的目标电压值，储能存储器CER应该充电到该目标电压值。由此，能够在第二充电阶段TP2中实现储能存储器CER的几乎无损耗功率的充电。由此，可以进一步减少在第二执行元件T2中产生的总热能E_ch，并且附加地通过提高充电电流I_ch的第二电流值I_ch2固定地或可变地在第二充电阶段TP2中缩短充电时间。
如从图5中进一步可见的那样，升压电压转换器10在第二开始时间点TStartCL2处被重新激活，该第二开始时间点相应于第一充电阶段TP1的第一停止时间点TStop1。备选地，可以在第一充电阶段TP1的停止时间点TStop1之后在启动升压电压转换器10之前设置等待时间段。在第二开始时间点TStartCL2之后，升压电压转换器10将充电电路20的输入电压VAB连续从16.5伏特的第一电压设定值VAB1提高到储能电压VER的期望的目标电压值。也就是说，预设的第二电压设定值VAB2从16.5伏可变地提高到33伏。根据系统边界条件，中央评估和控制单元5预设充电电流I_ch的具有180mA的第二电流值I_ch2，以便在第二充电阶段TP2中在例如0.92秒的特定的时间段中将储能存储器CER充电到储能电压VER的33伏特的预设的目标电压值。充电电流I_ch的第二电流值I_ch2在第二充电开始时间点TStart2由第二调节和驱动电路22结合第二评估和控制单元24通过第二执行元件T2来设定。在此，在第二充电阶段TP2中，与第一充电阶段TP1相比，在第二执行元件T2上几乎不出现损耗功率P_ch2(P_ch2(t)＝I_ch2*(VAB2(t)-VER(t)＝I_ch2*[VER(t)+Udrop-VER(t)]＝I_ch2*Udrop)，因为第二电压设定值VAB2是可变的并且除了所需的下降电压Udrop以外跟踪当前的储能电压VER。为此，通过中央评估和控制单元5评估当前的储能电压VER并且将其转发给第一评估和控制单元14以跟踪升压电压转换器10的输出电压VUP，使得对于可变的第二电压设定值VAB2适用的是：VAB2(t)＝Udrop+VER(t)，其中，下降电压Udrop小于或等于1至3伏特。因为充电电路20的第二电压设定值VAB2或输入电压VAB连续跟随储能电压VER，所以在第二充电阶段TP2中仅产生在充电电路20上的最小的电压降并且由此也仅产生非常小的损耗P_ch2。在假设2V的恒定的下降电压Udrop和180mA的第二电流值Ich2的情况下，产生大约0.36瓦的损耗P_ch2。在第二执行元件T2中、在具有TP2＝0.92s的第二充电阶段TP2中产生的热能E_ch2(E_ch2＝l/2*P_ch2_peak*TP2)为大约0.33Ws。因此，第二执行元件T2在整个根据本发明的第二充电过程中引起1.69Ws的热能E_ch(E_ch＝E_ch1+E_ch2)。

Claims (15)

1.一种用于储能存储器(CER)的充电方法(100)，其中，所述充电方法(100)多级式地实施有至少两个充电阶段(TP1、TP2)，其中，对于第一充电阶段(TP1)为充电电路(20)的输入电压(VAB)预设第一电压设定值(VAB1)并且将所述第一电压设定值施加到所述充电电路(20)的输入端，所述第一电压设定值小于储能电压(VER)的目标电压值，所述充电电路(20)应该将所述储能存储器(CER)充电到所述目标电压值，其中，在所述第一充电阶段(TP1)中预设具有第一电流值(I_ch1)的充电电流(I_ch)并且在所述充电电路(20)中设定所述充电电流，所述充电电流在所述第一充电阶段(TP1)中将所述储能存储器(CER)充电到所述第一电压设定值(VAB1)，其中，对于至少一个另外的充电阶段(TP2)为所述充电电路(20)的输入电压(VAB)预设至少一个另外的电压设定值(VAB2)并且将所述至少一个另外的电压设定值施加到所述充电电路(20)的输入端，所述至少一个另外的电压设定值大于所述第一电压设定值(VAB1)，其中，所述充电电流(I_ch)的至少一个另外的电流值(I_ch2)在所述至少一个另外的充电阶段(TP2)中被预设并且在所述充电电路(20)中被设定，所述至少一个另外的电流值在所述至少一个另外的充电阶段(TP2)中将所述储能存储器(CER)充电到所述至少一个另外的电压设定值(VAB2)。
2.根据权利要求1所述的充电方法(100)，其特征在于，固定地预设特定数量的另外的充电阶段(TP2)，所述另外的充电阶段具有用于所述充电电路(20)的输入电压(VAB)的对应的逐级的电压设定值(VAB2)。
3.根据权利要求2所述的充电方法(100)，其特征在于，在所述特定数量的另外的充电阶段(TP2)的最后一个充电阶段(TP2)中，固定地预设所述储能电压(VER)的所述目标电压值作为所述充电电路(20)的输入电压(VAB)的电压设定值(VAB2)。
4.根据权利要求1所述的充电方法(100)，其特征在于，在第二充电阶段(TP2)中预设具有第二电流值(I_ch2)的充电电流(I_ch)并且在所述充电电路(20)中设定所述充电电流，所述充电电流在所述第二充电阶段(TP2)中从所述第一电压设定值(VAB1)出发将所述储能存储器(CER)充电到所述储能电压(VER)的所述目标电压值，其中，在所述第二充电阶段(TP2)期间连续检测所述储能电压(VER)的当前电压值，其中，所述充电电路(20)的输入电压(VAB)的所述至少一个另外的电压设定值(VAB2)从所述第一电压设定值(VAB1)出发基于所述储能电压(VER)的所检测的当前电压值可变地被预设并且被施加到所述充电电路(20)的输入端上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电方法(100)，其特征在于，基于升压电压转换器(10)的输出电压(VUP)的最小值确定所述充电电路(20)的输入电压(VAB)的所述第一电压设定值(VAB1)，所述最小值基于电池电压(UB)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的充电方法(100)，其特征在于，基于用于所连接的电子单元的供电电压的预设的最小值确定所述充电电路(20)的输入电压(VAB)的所述第一电压设定值(VAB1)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的充电方法(100)，其特征在于，根据所期望的充电速度设定在所述第一充电阶段(TP1)中的充电电流(I_ch)的所述第一电流值(I_ch1)和/或在所述至少一个另外的充电阶段(TP2)中的充电电流(I_ch)的所述至少一个另外的电流值(I_ch2)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的充电方法(100)，其特征在于，根据所述升压电压转换器(10)的最大可能的输出电流预设所述第一充电阶段(TP1)中的充电电流(I_ch)的所述第一电流值(I_ch1)和/或所述至少一个另外的充电阶段(TP2)中的充电电流(I_ch)的所述至少一个另外的电流值(I_ch2)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的充电方法(100)，其特征在于，根据在所述充电电路(20)中产生的损耗功率和/或充电装置(20)的对应的调节和驱动电路(22)和/或执行元件(T2)的当前温度来限制所述第一充电阶段(TP1)中的充电电流(I_ch)的所述第一电流值(I_ch1)和/或所述至少一个另外的充电阶段(TP2)中的充电电流(I_ch)的所述至少一个另外的电流值(I_ch2)。
10.一种用于储能存储器(CER)的充电组件(1)，具有中央评估和控制单元(5)，所述中央评估和控制单元被实施用于确定用于所述储能存储器(CER)的充电策略并且预设充电电流(I_ch)的系统兼容的电流值(I_ch1、I_ch2)和电压设定值(VAB1、VAB2)，所述充电组件具有升压电压转换器(10)，所述升压电压转换器包括具有第一执行元件(T1)的第一调节和驱动电路(12)和第一评估和控制单元(14)，并且所述充电组件具有充电电路(20)，所述充电电路包括具有第二执行元件(T2)的第二调节和驱动电路(22)和第二评估和控制单元(24)，其中，所述中央评估和控制单元(5)和所述升压电压转换器(10)以及所述充电电路(20)被设计用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的充电方法(100)，其中，所述升压电压转换器(10)基于预设的电压设定值(VAB1、VAB2)将在所述升压电压转换器(10)的输入端处存在的电池电压(UB)分别变换成对应的输出电压(VUP)，其中，所述充电电路(20)的输入电压(VAB)跟随所述升压电压转换器(10)的输出电压(VUP)。
11.根据权利要求10所述的充电组件(1)，其特征在于，在所述升压电压转换器(10)的输出端和所述充电电路(20)的输入端之间接入保护二极管(D3)。
12.根据权利要求10或11所述的充电组件(1)，其特征在于，所述中央评估和控制单元(5)和所述升压电压转换器(10)的第一调节和驱动电路(12)和第一评估和控制单元(14)被实施成，为了操控所述升压电压转换器(10)的第一执行元件(T1)，检测和评估电池电压(UB)和/或所述升压电压转换器(10)的输入电压和/或所述升压电压转换器(10)的输出电压(VUP)和/或所述充电电路(20)的输入电压(VAB)和/或所述储能电压(VER)的当前电压值和/或通过所述第一执行元件(T1)的转换器电流(IUP)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的充电组件(1)，其特征在于，所述中央评估和控制单元(5)和所述充电装置(20)的第二调节和驱动电路(22)和第二评估和控制单元(24)被实施成，为了操控所述充电装置(20)的第二执行元件(T2)而根据固定的或可变的设定值预设来调节所述充电电流(I_ch)第二执行元件。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的充电组件(1)，其特征在于，所述中央评估和控制单元(5)和所述充电装置(20)的第二调节和驱动电路(22)和第二评估和控制单元(24)被实施成，为了操控所述充电装置(20)的第二执行元件(T2)测量并且评估沿充电方向和/或放电方向的充电电流(I_ch)和/或测量并且评估所述储能存储器(CER)的当前电压(VER)和/或测量并且评估所述第二执行元件(T2)的温度和/或所述第二调节和驱动电路(22)的温度和/或计算所述第二执行元件(T2)的损耗功率。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的充电组件(1)，其特征在于，通信连接(KV)被配置用于在所述升压电压转换器(10)的第一评估和控制单元(14)与所述充电电路(20)的第二评估和控制单元(24)之间的数据交换。
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