具有MEMS继电器的开关设备的制作方法

具有mems继电器的开关设备
技术领域
1.电池运行的系统——尤其是所属的控制单元(例如电池管理系统)——关于其静态电流(ruhestrom)有很高的要求，以避免在闲置状态(ruhezustand)期间所属的电池的放电。在此，在大多数这些系统中大多使用晶体管作为开关元件。这样的晶体管在此被用在系统中的不同位置处。然而，这往往导致，尤其是当系统处于闲置状态时，有损耗的电流继续流过这些晶体管或需要切换晶体管。


背景技术：

2.尤其是保险装置(sicherungen)和晶体管经常导致不必要的损耗，通过所述保险装置和晶体管在闲置状态下停用系统的部分。
3.关于用于防止过电流的保险装置，通常还使用熔断保险装置，其时间和温度相关的特性如此选择，使得其在必要时中断电流的传导。在此，尤其是熔断保险装置如此设计，使其在标称电流和温度范围内稳健且导电。熔断保险装置所需的电流明显高于正常范围内允许的电流。通常，对于正常范围2到10倍的电流，估计触发时间最多为10秒。这种性能足以应对例如在短路情况下出现的高的过电流。然而，在防止仅导致电流小幅增加的故障方面，这是相对不精确的性能。这种熔断保险装置还有其他缺点。例如，它们对湿气、灰尘、盐分或可能导致漏电流的类似外部影响很敏感。在触发之前熔断保险装置的加热也会导致不期望的热效应。
4.关于在闲置状态期间关闭系统，通常使用晶体管，以便在闲置状态期间停用未使用的硬件功能。然而，这种晶体管作为半导体也有缺点，因为其例如导致额外的电压降、电压损耗并且需要额外的控制电子部件。场效应晶体管恰好意味着需要开销高的控制电子部件。这导致在所基于的电路板上需要更多部件以及通过晶体管的附加用电器。
5.在电池管理系统中，关闭一些功能以省电是很常见的。这也适用于通常需要低运行电流的系统，例如用于电压识别的分压器。这导致对进行关断的电流回路的高要求，因为在闲置状态期间应关断的标称电流与所使用的开关元件的漏电流处于相同范围内。这导致，针对此类功能通常使用mosfet(金属氧化物场效应晶体管)，然而这会导致相对较高的制造成本。即使在电流尤其大的情况下，也必须安装相应昂贵的fet，这也会导致不必要的成本增加。


技术实现要素：

6.根据本发明的开关设备包括第一mems继电器和开关逻辑(schaltlogik)，第一mems继电器具有两个开关接通部和至少一个控制接通部，其中，开关接通部之间的电连接通过向控制接通部施加控制信号进行切换，其中，第一mems继电器的开关接通部布置在电流路径中，所述开关逻辑与第一mems继电器的控制接通部耦合，以便通过控制信号切换mems继电器。
7.mems继电器是一种“微型机电继电器”。mems继电器具有至少两个开关接通部。然
而，mems继电器也可以具有多个共同切换的开关接通部。通过开关接通部切换电连接。尤其mems继电器的mems开关布置在两个开关接通部之间，以便以可切换的方式连接所述两个开关接通部。mems继电器还有一个控制接通部。可以通过向控制接通部施加控制电压来切换开关接通部之间的电连接。控制电压在此尤其通过控制信号给定。因此，控制信号尤其具有接通状态(ein-zustand)，在该接通状态中两个开关接通部彼此导电耦合；以及关断状态(aus-zustand)，在该关断状态中在开关接通部之间的连接彼此断开。第一mems继电器的开关接通部布置在电流路径中以便对其进行切换。这意味着，电流路径引导通过开关接通部，并且可以通过mems继电器进行切换。
8.开关逻辑是控制电路，通过该控制电路提供控制信号以切换第一mems继电器。为此，开关逻辑与第一mems继电器的控制接通部耦合。
9.通过将第一mems继电器与开关逻辑相结合，可以实现尤其高度集成的且成本有利的保险装置，其可用于不同的产品和应用，尤其是在电池管理系统领域。开关逻辑尤其是asic(专用集成电路)。
10.可选实施例示出本发明的优选扩展方案。
11.开关设备优选包括与开关逻辑耦合的温度传感器、电流传感器和/或电压传感器，其中，开关设备尤其构造为保险装置，优选构造为过载保险装置或过电流保险装置。温度传感器尤其设置用于检测mems继电器的温度。电流传感器尤其适用于检测流过电流路径的电流。电压传感器尤其被设置用于检测开关接通部之一与电路接地之间的电压降、或者两个开关接通部之间的电压降。上述传感器中的每一个都适用于检测mems继电器的状态，这尤其是通过流过电流路径的电流得出。例如，流过电流路径的大电流可以要么通过加热mems继电器间接检测，要么通过电流传感器直接检测。也可以通过电压传感器检测到过电压。如果通过传感器之一检测到尤其高的电流、尤其高的电压或尤其高的温度，则这可用于切换过程的触发。在此，尤其当当前的温度、流动的电流或当前的电压超过阈值时，mems继电器的两个开关接通部之间的电连接断开。借助开关逻辑进行切换。因此可以在电流路径中提供相应于保险装置起作用的电路。这种保险装置优选构造为过载保险装置或过电流保险装置。在此，整个开关设备优选地布置在符合工业标准的保险装置壳体中。
12.开关设备优选地包括温度传感器，该温度传感器与开关逻辑耦合并且如此布置，使得检测第一mems继电器的温度。开关设备还包括电流传感器，该电流传感器与开关逻辑耦合且布置用于检测流过电流路径的电流。开关逻辑设置用于基于检测的温度和检测的电流来求取mems继电器的老化状态和/或过载。尤其当所属的电流流过电流路径时求取mems继电器的温度。根据mems继电器的内阻，第一mems继电器将根据其老化状态不同地升温，并且在当前的特定电流的情况下随着老化增加而测量到更高的温度。流动的电流和所属的检测的温度之间的这种分配由开关逻辑分析处理并且由此推断出mems继电器的老化状态。替代地或附加地，可以求取mems继电器的过载，其中，尤其是高电流导致高温度。
13.同样有利的是，开关设备包括电压传感器，该电压传感器布置用于检测开关接通部之间的电压降。在这种情况下，开关逻辑优选地设置用于基于检测的电压降和控制信号求取，第一mems继电器是否处于与控制信号对应的开关状态。当通过输出的控制信号操控第一mems继电器时，通过开关逻辑尤其分析处理第一mems继电器是否处于连通(durchgeschaltet)状态。当mems继电器连通时，第一mems继电器的两个开关接通部之间的
电压降特别低。相应地，当mems继电器根据控制信号关断时，mems继电器的开关接通部之间的电压降相对较高。然而，如果第一mems继电器具有故障，则例如mems继电器内部的机械开关可能有故障。在这种情况下，在根据控制信号的连通的状态下，第一mems继电器在其开关接通部上具有高的电压降。在其他情况下，在根据控制信号关断的状态下，mems继电器在其开关接通部之间具有低的电压降。这可以通过开关逻辑来识别。
14.同样有利的是，开关设备包括电压传感器，其中，电压传感器设置用于检测第一mems继电器的开关接通部之间的电压降以及检测第二mems继电器的开关接通部之间的第二电压降，其中，开关逻辑设置用于基于检测的第一电压降、检测的第二电压降和控制信号来求取，mems继电器中的哪个mems继电器处于对应于控制信号的开关状态。在此，开关设备尤其包括两个串联连接的mems继电器，其由第一mems继电器和第二mems继电器形成。在此，两个mems继电器优选地通过两个控制信号以相应的方式被切换。替代地，第二mems继电器与第一mems继电器并联连接。在此，通过串联连接的mems继电器可以提高关闭过程中的安全性，因为在一个mems继电器的功能性故障的情况下，电流路径也会断开。在此，通过并联连接的mems继电器尤其可以确保接通过程，因为即使在mems继电器之一的功能性故障的情况下电流路径也能够接通。通过探测mems继电器中的哪个mems继电器具有故障(这可以由mems继电器之一不处于与控制信号对应的开关状态来识别)，可以分析处理开关设备是否可以继续运行。例如，如果两个mems继电器并联连接并且mems继电器之一不能切换到关断状态，则开关设备可以继续运行，因为切换过程也可以通过剩余的mems继电器实施。优选地，由开关逻辑输出错误信号，例如以便在识别出第一mems继电器不处于对应于控制信号的状态时请求对开关设备的服务。
15.优选地，开关设备包括与开关逻辑耦合的电流传感器，其中，电流传感器设置用于检测流过电流路径的电流，其中，开关逻辑设置用于，响应于检测的电流超过预给定阈值，断开第一mems继电器的开关接通部之间的电连接。因此实现电流切换的保险装置。
16.开关设备还优选地包括与开关逻辑耦合的温度传感器，其中，温度传感器设置用于检测第一mems继电器的温度，其中，开关逻辑设置用于，响应于检测的温度超过预给定的阈值，断开第一mems继电器的开关接通部之间的电连接。因此可以实现受温度控制的保险装置。根据温度传感器的布置，温度升高在此可能由流过的过大的电流或由第一mems继电器的环境温度产生。
17.同样有利的是，开关逻辑包括通信接口，通信接口使得能够调用关于开关设备的状态的信息和/或操控开关逻辑以将第一mems继电器切换到期望的开关状态。因此实现一种能够向上级电路(
ü
berlegende schaltung)提供反馈信号的灵活的开关设备。通过开关设备因此可以提供可靠的开关过程。关于开关设备的状态的信息优选地包括开关设备的传感器的测量值、基于传感器之一求取的开关设备的状态、或者关于mems继电器的开关状态的指示。开关逻辑尤其可以操控用于，在第一mems继电器由于过载或过电压而切换到非导通状态之后将其切换到连通的开关状态。
18.此外有利的是，开关设备包括第二mems继电器，该第二mems继电器的开关接通部与第一mems继电器的开关接通部串联地布置在电流路径中，并且第二mems继电器的控制接通部也与开关逻辑耦合，其中，第二mems继电器通过对应于第一mems继电器的开关逻辑切换。可选地，第一mems继电器与第二mems继电器分开地切换。因此，优选地在控制接通部处
对于第一mems继电器和第二mems继电器提供分开生成的控制信号以增加冗余度。通过串联布置的mems继电器可以提供受冗余保护的关断过程。
19.包括根据本发明的开关设备的电池管理系统同样是有利的。基于第一mems继电器的开关设备在此尤其是有利的，因为这导致低漏电流和在操控开关过程时所需的低电流。因此确保了电池管理系统的特别低的功耗。
20.电池管理系统优选地包括：第一控制电子部件，通过所述第一控制电子部件在节能模式中控制电池管理系统的运行，所述第一控制电子部件通过至少一个电池单元被供给运行电压，其中，第一控制电子部件包括开关逻辑；第二控制电子部件，所述第二控制电子部件通过借助第一mems继电器可切换的电流路径由至少一个电池单元被供给运行电压，其中，第一控制电子部件设置用于在节能模式中通过切换第一mems继电器来断开第二控制电子部件与运行电压。因此，电池管理系统的部件——在此为第二控制电子部件——在闲置状态下通过开关设备的第一mems继电器关断。当控制信号处于低模式时，即具有与在第一mems继电器通过控制信号连通时相比更低的电压时，第一mems继电器优选处于关断状态。因此，无需在闲置状态期间提供维持所需开关状态的电压。因此，可以实现特别有效的第一控制电子部件，并阻断通过第一mems继电器的漏电流。因此，这实现特别有效的电池管理系统，其具有闲置状态下特别低的消耗。
21.同样有利的是，第二控制电子部件通过多个电流路径与不同的电池单元耦合，其中，电流路径中的每个电流路径包括一个能够由第一控制电子部件控制的mems继电器，以便断开第二控制电子部件与电池单元中的一个或多个电池单元。尤其是通过第二控制电子部件检测各个电池单元的状态，其中，这通过多个电流路径进行。这在闲置状态下不是绝对必要的。如果多个电流路径分别通过所属的mems继电器与第二控制电子部件断开，则这防止了由电池单元提供的电流例如流过测量电阻并因此导致损耗。
22.包括根据本发明的电池管理系统的用于电动自行车的蓄电池组同样是有利的，其中，蓄电池组具有壳体，其中，在壳体中布置有多个蓄电池单元，尤其是圆柱形的圆电池单元。蓄电池单元在此优选地是电池单元或包括多个电池单元。
附图说明
23.下面参照附图详细描述本发明的示例性实施例。附图示出：
24.图1示出具有所属的等效电路的mems继电器的示意图；
25.图2示出根据本发明的第一实施方式的开关设备的示意图；
26.图3示出根据本发明的第二实施方式的开关设备的示意图；
27.图4示出根据本发明的第三实施方式的开关设备的示意图；
28.图5示出根据本发明的第四实施方式的开关设备的示意图；
29.图6示出根据本发明的第五实施方式的开关设备的示意图；
30.图7示出根据本发明的第六实施方式的开关设备的示意图；
31.图8示出根据本发明的第七实施方式的开关设备的示意图；
32.图9示出根据本发明的第八实施方式的电池管理系统的示意图；
33.图10示出根据本发明的第九实施方式的电池管理系统的示意图；
34.图11示出根据本发明的第十实施方式的电池管理系统的示意图。
具体实施方式
35.图1示出了mems继电器2的示意图，其通常布置在根据本发明的开关设备1中。还示出mems继电器2的所属的等效电路图。mems继电器2具有第一开关接通部3和第二开关接通部4。此外，mems继电器2具有控制接通部5。两个开关接通部3、4和控制接通部5布置在衬底15上。微机械导体16布置在第二开关接通部4上并且延伸越过控制接通部5到达第一开关接通部3。在闲置状态下，微机械导体16在此不与第一开关接通部3接触。然而，如果控制信号被施加到控制接通部5上，则产生电磁场并且电导体16被拉向第一开关接通部3，使得产生第一开关接通部3和第二开关接通部4之间的导电连接。
36.在此，如果将具有控制信号的切换电压施加到控制接通部5，则mems继电器2可以被引入到接通状态或连通状态。此外，当在控制接通部5处不存在控制信号或控制信号具有低电压电平时，mems继电器可以切换到关断状态或非导通状态。
37.从等效电路图可以看出，因此实现可控制的开关。开关设备1具有至少一个具有相应结构的第一mems继电器2。
38.图2示出了根据本发明的第一实施方式的开关设备。第一mems继电器2布置在电流路径12中。电流路径12在此延伸通过第一mems继电器2的开关接通部3、4并且因此可切换地实施。开关设备1还包括开关逻辑6，该开关逻辑6与第一mems继电器2的控制接通部5耦合，以便通过控制信号切换第一mems继电器2。在此，通过开关逻辑6借助控制信号将高电压电平施加到控制接通部5处，以将mems继电器2切换到导通状态，以及将低电压电平施加到控制接通部5，以将mems继电器2切换到非导通状态。两者都是借助控制信号实现的，控制信号可以采用要么高电压电平、要么低电压电平。需要指出的是，在mems继电器的替代实施方式中，也可以通过高电压电平切换到关断状态并且通过低电压电平切换到接通状态。
39.开关设备1还包括与开关逻辑6耦合的电流传感器8。电流传感器8设置用于检测流过电流路径12的电流。为此，电流传感器8尤其包括围绕电流路径12布置的感应测量回路或集成到电流路径12中的测量电阻。流过电流路径12的电流通过电流传感器8测量并作为测量值传送到开关逻辑6。开关逻辑设置用于，响应于检测的电流超过预给定的阈值，断开第一mems继电器2的开关接通部3、4之间的电连接。阈值在此是为开关逻辑6预给定的，其中，该阈值设计为固定值或能够通过通信接口配置。
40.如果流过电流路径12的电流上升到高于阈值，则通过控制信号将第一mems继电器2切换到非导通状态，并且因此中断流过电流路径12的电流。开关逻辑6优选地如此设计，使得在复位之后，例如通过断开所有电压，将第一mems继电器2又置于导通状态。替代于此，第一mems继电器2始终置于打开状态，这例如通过以下方式实现：开关逻辑6包括非易失性存储器。借此能够实现，不能通过简单地断开开关设备1与所有电压来将第一mems继电器2切换回导通状态。开关逻辑6可选地具有通信接口并且可以通过该接口复位，以便将第一mems继电器2切换回导通状态。
41.图3示出了根据本发明的第二实施方式的开关设备1的示意图。本发明的第二实施方式基本上对应于本发明的第一实施方式。在此，除了电流传感器8之外，开关设备1还包括温度传感器7。温度传感器7布置在第一mems继电器2处并且与开关逻辑6耦合。mems继电器2的温度通过温度传感器7检测并且作为测量值被提供给开关逻辑6。开关逻辑6设置用于基于检测的温度和检测的通过电流路径12的电流来求取mems继电器2的老化状态和/或过载。
如此，尤其是当温度或与属于特定电流的温度超过预给定的阈值时求取过载。在此，阈值可以针对特定的测量电流确定，或者阈值可以是独立于测量电流地适用的通用阈值。尤其当存在mems继电器2的过载时，输出控制信号以便将第一mems继电器2切换到非导通状态。由检测的温度和检测的电流的组合还求取mems继电器2的老化状态。mems继电器2的内阻通常随着mems继电器2的老化而增加。增加的内阻导致mems继电器2在电流流过电流路径12时更强烈地发热。在此尤其可以确定，mems继电器2在确定的电流流动时发热到何种程度。发热的程度在此可以分配给老化条件。因此例如可以定义如下：如果电流路径不具有老化，在1ma的电流流过电流路径12时第一mems继电器2升温1℃。如果通过开关逻辑6识别到，在1ma的电流流动时检测到第一mems继电器2升温2℃，则由此推断出第一mems继电器2进入老化。前面提到的值是出于说明目的而选择的。可以看出，通过适当地选择针对温度和所属的电流的不同阈值，可以识别不同的老化状态。mems继电器2的内电阻的与工作时间相关的变换因此被测量到，该变换尤其通过微机械部件之间的接触电阻定义。内阻的增加可能在通过mems继电器2的高负载电流的情况下导致更大的电流损耗，这会导致温度升高。如果识别到强烈的温度升高，尤其是预定义的温度升高，则通过开关逻辑6将mems继电器2切换到非导通状态。开关设备1优选地保持在该状态，这例如借助非易失性存储器中的状态存储来实现。
42.开关逻辑6因此也设置用于，响应于检测的温度超过预给定阈值，断开第一mems继电器2的开关接通部3、4之间的电连接。检测的温度在此可以固定地预定义或取决于流动的电流。在进一步的实施方式中，开关设备1仅包括温度传感器7而不包括电流传感器8。
43.图4示出了根据本发明的第三实施方式的开关设备1的示意图。本发明的第三实施方式基本上对应于本发明的第一和第二实施方式。开关设备1在此附加地包括电压传感器9。电压传感器9布置用于检测开关接通部3、4之间的电压降。电压传感器的第一接通部尤其与第一开关接通部3耦合，并且电压传感器9的第二测量接通部与第二开关接通部4耦合。
44.开关接通部3、4上的电压降通过电压传感器9检测并且作为测量值被提供给开关逻辑6。开关逻辑6设置用于，基于检测的电压降和当前存在的控制信号来求取第一mems继电器2是否处于对应于控制信号的开关状态。这意味着，当mems继电器2被控制信号操控为处于导通状态时，通过开关逻辑6求取mems继电器2是否实际上处于导通状态。相应地，当通过控制信号请求第一mems继电器2切换到非导通状态时，通过开关逻辑6求取第一mems继电器2是否处于非导通状态。因此，求取mems继电器2的期望开关状态与mems继电器2的通过开关逻辑6请求的开关状态之间的偏差。这基于通过电压传感器9求取的电压降实现。当mems继电器2切换到导通状态时，开关接通部3、4上的电压降通常非常低，优选地等于零。这是由于通过mems继电器2的内阻仅会导致非常小的电压降。如果mems继电器2处于非导通状态，则mems继电器2的内阻变得非常高，且第一mems继电器2的开关接通部3、4之间的电压降相应增大。因此，通过电压传感器9检测的电压降可以用作以下的直接指示：mems继电器2处于哪个开关状态。因此，通过开关逻辑6可以调准(abgeglichen)相应的控制信号是否也输出到第一mems继电器2。
45.结果是，选择性地可以考虑使用其他参数。例如，有利的是，在通过开关接通部3、4上的非常小的电压降推断出mems继电器2的闭合状态或导通状态之前，由开关逻辑6检查：电流是否流过开关接通部3、4并因此流过电流路径12。还存在选项，在开关接通部3、4之间
不存在电压降，尽管mems继电器2被切换到导通状态，因为没有电流流过电流路径12，例如因为其没有与电流源或电压源连接。
46.如果通过开关逻辑识别到第一mems继电器2不处于期望的开关状态，则可以采取不同的措施。如此尤其提供信号，通过该信号通知上级的电子部件、例如微控制器：开关设备1具有故障。也能够通过控制信号的彼此相继的变换来激励如下：使mems继电器2的微机械部件从可能的机械阻塞中松脱
47.通过添加电压测量使得能够提供关于第一mems继电器2的开关状态的不同诊断可能性。这对于那些其中必须识别潜在错误的应用情况尤其是有利的。开关逻辑6因此设置用于，在第一mems继电器2的开关过程之前和/或之后对施加在开关接通部3、4上的电压进行探测和可信度检验。
48.图5示出了根据本发明的第四实施方式的开关设备1。本发明的第四实施方式在此基本上对应于本发明的第三实施方式。在此，开关逻辑6具有通信接口10，该通信接口使得能够调用关于开关设备1的状态的信息和/或操控开关逻辑6以将第一mems继电器2切换到期望的开关状态。如此，通过通信接口10尤其传达关于mems继电器2的开关状态、老化状态、过载的信息、第一mems继电器2的温度、流过mems继电器2的电流和/或施加到第一mems继电器2的开关接通部3、4上的电压。也可以通过通信接口10传达识别到的功能性故障，在功能性故障的情况下第一mems继电器2的开关状态不对应于根据施加的控制信号的期望的开关状态。
49.开关逻辑6可以包括通信接口10，用以能够配置电流、电压或温度或所属的阈值。因此，尤其是通过通信接口可以设置：在针对电流、电压或温度的哪些阈值下，第一mems继电器2应该进行反应。也能够实现，第一mems继电器2借助开关逻辑6和通信接口10通过外部组件例如微控制器来操控。例如可以通过上级单元进行操控，以求取mems继电器2是否处于正确的开关状态。通过通信接口10可以提供诊断功能。例如，在关断电流路径12之后，可以有针对性地切换第一mems继电器2，以便检查第一mems继电器2是否仍然正确地有功能能力。
50.应指出，根据本发明的所有实施方式，切换设备1也可以具有这种通信接口10。
51.图6示出了根据本发明的第五实施方式的开关设备1的示意图。此外，图7示出了根据本发明的第六实施方式的开关设备1。本发明的第五和第六实施方式基本上对应于本发明的第二和第三实施方式，然而其中，开关设备1布置在保险装置壳体13中。保险装置壳体13在此优选对应于标准化的保险装置壳体。在此有利的是，开关逻辑6通过布置在保险装置壳体13上的供给接通部14被供给以所需的运行电压。开关逻辑6的这种供给是有利的，因为，否则如果通过电流路径12供给开关逻辑6，则在电流路径12中出现的过电压可能导致开关逻辑6的损坏。开关逻辑6的相应供给对于本发明的所有实施方式都是有利的。
52.进一步优选地，在保险装置壳体13上还提供用于通信接口10的接口。
53.可选地，根据本发明的任何实施方式，开关设备1布置在保险装置壳体13中，该保险装置壳体可选地具有供给接通部14和/或用于通信接口10的接通部。
54.图8示出了根据本发明的第七实施方式的开关设备1。根据本发明的第七实施方式的开关设备1在此基本上对应于本发明的第六实施方式。然而，开关设备1在此具有第二mems继电器11，该第二mems继电器11在电压路径12中与第一mems继电器2串联连接。第二
mems继电器11的控制接通部17也与开关逻辑6耦合。相应于第一mems继电器2地切换第二mems继电器11。这意味着，当第一mems继电器2也切换到非导通状态时，然后将第二mems继电器11切换到非导通状态。以相应的方式，当第一mems继电器2切换到导通状态时，然后也将第二mems继电器11切换到导通状态。
55.在此有利的是，电压传感器9还设置用于检测第一mems继电器2的开关接通部3、4之间的第一电压降并且此外检测第二mems继电器11的开关接通部之间的第二电压降。第一电压降和第二电压降在此作为测量值被提供给开关逻辑6。开关逻辑6设置用于，基于第一电压降和检测的第二电压降以及对于mems继电器2、11存在的控制信号来求取mems继电器2、11的分别对应的开关状态。
56.两个串联的mems继电器11的布置对于本发明的所有实施方式都是有利的。通过多个mems继电器2、11的串联连接提高关断过程中的冗余度。在这种情况下，单个有故障的mems继电器不会导致如下：当通过开关逻辑6请求时，电流路径12不被中断。
57.通过检测第一电压降和第二电压降，可以彼此独立地检查mems继电器2、11并且可以测试mems继电器2、11的切换过程。为此，尤其有利的是，开关逻辑6分开地与第一mems继电器2和第二mems继电器11耦合，使得可以彼此分开地操控第一mems继电器2和第二mems继电器11。如此，例如在测试过程中，为了测试第二mems继电器11，可以将第一mems继电器2置于接通状态，并且将第二mems继电器11交替地置于接通状态或关断状态。相应地，可以以相反的方式测试第一mems继电器2。在两个mems继电器2、11的预定义的相同开关状态的情况下，通过第一电压降和第二电压降之间的差还可以推断出各个mems继电器2、11的状态。
58.图9示出根据本发明的第八实施方式的电池管理系统20。通过电池管理系统20控制具有多个电池单元31至38的电池系统。电池单元31至38在此彼此串联连接。电池管理系统20包括控制电子部件23，通过该控制电子部件检测各个电池单元31至38的电压，并且可选地提供其他功能，例如电池单元31至38的平衡。为此，电池单元31至31中的每个电池单元的各一个正极和各一个负极通过电流路径与控制电子部件23连接。如此，例如电池单元31至38的每个正极通过各一个电流路径40至48与控制电子部件23耦合。在此，电流路径40至48中的每个电流路径通过各一个根据先前描述的实施方式的开关设备1被保护。这意味着，在电流路径40至48中的每个电流路径中布置各一个开关设备1、51至58。如果在电池单元31至38中的一个电池单元中出现过电压，则相应的所属的电流路径断开并且避免了控制电子部件23的损坏。各个开关设备1、51至58的开关逻辑在此可以合并。
59.图10示出根据本发明的第九实施方式的电池管理系统20。电池管理系统20在此包括第一控制电子部件21和第二控制电子部件22。第一控制电子部件21在此是如下的电子单元：即使当电池管理系统20处于闲置状态时，该电子单元也被供给运行电压。第二控制电子部件22在闲置状态下与电压供给断开。第二控制电子部件22与电压供给的断开在此通过根据本发明的开关设备1进行。为此，第一控制电子部件21优选地包括开关逻辑6，且第一mems继电器2布置在多个电池单元31至38与第二控制电子部件22之间，使得电池单元31至38与第二控制电子部件22之间的电流流动能够通过第一mems继电器2断开。由于在闲置状态下也被供给电压的第一控制电子部件21包括开关逻辑6，因此能够实现：在通过切换第一mems继电器2结束闲置状态的情况下，第二控制电子部件又由开关逻辑6供给运行电压。这意味着有利的是，根据本发明的开关设备1用于将电池管理系统20的部分——在此是第二控制
电子部件22——切换到闲置状态。然而在此特别有利的是，开关逻辑6被布置在电池管理系统20的继续被供给运行电压的区域中。在此，运行电压尤其是由电池管理系统20管理的一个或多个电池单元31至38提供的电压。
60.图11示出根据本发明的第十实施方式的电池管理系统20。本发明的第十实施方式在此基本上对应于本发明的第八或第九实施方式。在此，在本发明的第十实施方式中，第二控制电子部件2通过多个电流路径40至48与电池单元31至38耦合。电流路径40至48中的每个电流路径在此都具有mems继电器，该mems继电器能够由第一控制电子部件21切换，用以分别将第二控制电子部件22与最后的所属的电池单元31至38的极断开。这意味着，开关设备1不一定必须作为保险装置工作，而是替代地或附加地通过开关逻辑6被切换，以便在闲置状态下将电池单元31至38与第二控制电子部件22断开。开关设备1可选地包括温度传感器7、电流传感器8和/或电压传感器9或者不包括传感器。因此能够实现：在电池管理系统20的闲置状态中，电池单元31至38完全地、或除了接地接通部以外完全地与第二控制电子部件22断开。因此可以实现，在闲置状态期间完全阻断从电池单元31至38到第二控制电子部件22中的漏电流。
61.此外有利的是，根据本发明的任何实施方式的电池管理系统20布置在用于电动自行车的蓄电池组中，其中，蓄电池组具有壳体，其中，在壳体中布置有多个蓄电池单元，尤其圆柱形的圆电池单元。蓄电池单元在此尤其对应于上述的电池单元31至38。
62.因此，能够通过相应的所属的mems继电器2、51至58切换各个硬件功能。与半导体开关相比，由此能够在没有漏电流的情况下实现电隔离。在接通状态下，功率损耗被最小化并且可以可选地独立于开关逻辑6的运行来维持开关状态。
63.除了上面的书面公开之外，还明确参考图1至9的公开内容。

技术特征：
1.一种开关设备(1)，所述开关设备(1)包括：第一mems继电器(2)，所述第一mems继电器(2)具有两个开关接通部(3，4)和至少一个控制接通部(5)，其中，所述开关接通部(3，4)之间的电连接能够通过向所述控制接通部施加控制信号进行切换，其中，所述第一mems继电器(2)的开关接通部布置在电流路径(12)中；开关逻辑(6)，所述开关逻辑(6)与所述第一mems继电器(2)的控制接通部(5)耦合，用以通过所述控制信号切换所述第一mems继电器(2)。2.根据权利要求1所述的开关设备(1)，所述开关设备(1)包括与所述开关逻辑(6)耦合的温度传感器(7)、电流传感器(8)和/或电压传感器(9)，其中，所述开关设备(1)尤其构造为保险装置，优选构造为过载保险装置或过电流保险装置。3.根据权利要求2所述的开关设备(1)，所述开关设备(1)包括：温度传感器(7)，所述温度传感器(7)与所述开关逻辑(6)耦合，并且所述温度传感器(7)布置用于检测所述第一mems继电器(2)的温度；电流传感器(8)，所述电流传感器(8)与所述开关逻辑(6)耦合，并且所述电流传感器(8)布置用于检测流过所述电流路径(12)的电流；其中，所述开关逻辑(6)设置用于，基于所检测的温度和所检测的电流求取所述mems继电器(2)的老化状况和/或所述mems继电器(2)的过载。4.根据权利要求2或3所述的开关设备(1)，所述开关设备(1)包括：电压传感器(9)，所述电压传感器(9)布置用于检测所述开关接通部(3，4)之间的电压降；其中，所述开关逻辑(6)设置用于，基于所检测到电压降和所述控制信号求取：所述第一mems继电器(2)是否处于与所述控制信号相对应的开关状态中。5.根据权利要求2至4中任一项所述的开关设备(1)，其特征在于，所述开关设备(1)包括电压传感器(9)，其中，所述电压传感器(9)设置用于，检测所述第一mems继电器(2)的开关接通部(3，4)之间的第一电压降，并且检测第二mems继电器(11)的开关接通部之间的第二电压降；其中，所述开关逻辑(6)设置用于，基于所检测的第一电压降、所检测的第二电压降和所述控制信号求取：所述mems继电器(2，11)中的哪个mems继电器处于与所述控制信号相对应的开关状态中。6.根据权利要求2至5中任一项所述的开关设备(1)，其特征在于：所述开关设备(1)包括电流传感器(8)，所述电流传感器(8)与所述开关逻辑(6)耦合，其中，所述电流传感器(8)设置用于检测流过所述电流路径(12)的电流，其中，所述开关逻辑(6)设置用于：响应于所检测的电流超过预给定的阈值，断开所述第一mems继电器(2)的开关接通部(3，4)之间的电连接；和/或所述开关设备(1)包括温度传感器(7)，所述温度传感器(7)与所述开关逻辑(6)耦合，其中，所述温度传感器(7)设置用于检测所述第一mems继电器(2)的温度，其中，所述开关逻辑(6)设置用于：响应于所检测的温度超过预给定的阈值，断开所述第一mems继电器(2)的开关接通部(3，4)之间的电连接。7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关设备(1)，其特征在于，所述开关逻辑(6)包
括通信接口(10)，所述通信接口能够实现：调用关于所述开关设备(1)的状态的信息，和/或操控所述开关逻辑(6)，用以将所述第一mems继电器(2)切换到期望的开关状态。8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关设备(1)，其特征在于，所述开关设备(1)还包括第二mems继电器(11)，所述第二mems继电器(11)的开关接通部与所述第一mems继电器(2)的开关接通部(3，4)串联地布置在所述电流路径(12)中，且所述第二mems继电器(11)的控制接通部同样与所述开关逻辑(6)耦合，其中，通过所述开关逻辑(6)相应于所述第一mems继电器(2)地切换所述第二mems继电器(11)。9.一种电池管理系统(20)，所述电池管理系统(20)包括根据权利要求1至8中任一项所述的开关设备(1)。10.根据权利要求9所述的电池管理系统(20)，所述电池管理系统(20)包括：第一控制电子部件(21)，通过所述第一控制电子部件(21)在节能模式中控制所述电池管理系统(20)的运行，并且所述第一控制电子部件(21)通过至少一个电池单元(31)被供给运行电压，其中，所述第一控制电子部件(21)包括所述开关逻辑(6)；第二控制电子部件(22)，所述第二控制电子部件(22)通过电流路径(12)由至少一个电池单元(31)被供给运行电压，所述电流路径(12)能够借助所述第一mems继电器(2)切换；其中，所述第一控制电子部件(21)设置用于，在所述节能模式中通过切换所述第一mems继电器(2)来将所述第二控制电子部件(22)与所述运行电压断开。11.根据权利要求10所述的电池管理系统(20)，其中，所述第二控制电子装置(22)通过多个电流路径(41-48)与不同的电池单元(31-38)耦合，其中，所述电流路径(41-48)中的每个电流路径包括一个mems继电器(51-58)，用以将所述第二控制电子部件(22)与电池单元(31-38)中的一个或多个电池单元断开，其中，所述mems继电器(51-58)能够由所述第一控制电子部件(21)切换。12.一种蓄电池组，所述蓄电池组用于电动自行车，且所述蓄电池组具有根据权利要求9至11中任一项所述的电池管理系统，其中，所述蓄电池组具有壳体，其中，在所述壳体中布置有多个蓄电池单元，尤其是圆柱形的圆电池单元。

技术总结
本发明涉及一种开关设备(1)，包括：第一MEMS继电器(2)，所述第一MEMS继电器具有两个开关接通部(3，4)和至少一个控制接通部(5)，其中，所述开关接通部(3，4)之间的电连接能够通过向所述控制接通部施加控制信号来切换，其中，所述第一MEMS继电器(2)的开关接通部布置在电流路径(12)中；开关逻辑(6)，所述开关逻辑与所述第一MEMS继电器(2)的所述控制接通部(5)耦合，以便通过所述控制信号切换第一MEMS继电器(2)。继电器(2)。继电器(2)。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/9/26