DE102022202971A1 - Schaltvorrichtung mit MEMS-Relais - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1), umfassend ein erstes MEMS-Relais (2), welches zwei Schaltkontakte (3, 4) und zumindest einen Steuerkontakt (5) aufweist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten (3, 4) durch ein Anlegen eines Steuersignals an den Steuerkontakt geschaltet werden kann, wobei die Schaltkontakte des ersten MEMS-Relais (2) in einem Strompfad (12) angeordnet sind, eine Schaltlogik (6), welche mit dem Steuerkontakt (5) des ersten MEMS-Relais (2) gekoppelt ist, um das erste MEMS-Relais (2) durch das Steuersignal zu schalten.

Description

  • Stand der Technik
  • Batteriebetriebene Systeme, insbesondere zugehörige Steuereinheiten wie z.B. Batteriemanagement-Systeme, haben hohe Anforderungen in Bezug auf deren Ruheströme, um ein Entladen der zugehörigen Batterien während einem Ruhezustand zu vermeiden. Dabei werden in den meisten solcher Systeme zumeist Transistoren als schaltende Bauelemente eingesetzt. Solche Transistoren kommen dabei an unterschiedlichen Stellen in den Systemen zum Einsatz. Allerdings führen diese oftmals dazu, dass insbesondere dann, wenn das System sich in einem Ruhezustand befindet, weiterhin verlustbehaftete Ströme über diese Transistoren fließen oder zum Schalten der Transistoren benötigt werden.
  • Insbesondere Sicherungen und Transistoren, durch welche Anteile des Systems in dem Ruhezustand deaktiviert werden, führen oftmals zu ungewollten V erl usten.
  • Hinsichtlich der Sicherungen, welche zum Schutz vor Überströmen zum Einsatz kommen, werden oftmals auch Schmelzsicherungen eingesetzt, deren zeit- und temperaturbedingte Eigenschaften derart gewählt sind, dass diese ein Leiten von Strömen bei Bedarf unterbrechen. Dabei sind gerade Schmelzsicherungen so gestaltet, dass diese robust und leitfähig in einem nominalen Strom- und Temperaturbereich sind. Der notwendige Strom zum Schmelzen der Sicherung ist signifikant höher als der in dem Normalbereich erlaubte Strom. So wird typischerweise für einen 2- bis 10-fachen Strom über dem Normalbereich eine Auslösezeit von bis zu 10 Sekunden veranschlagt. Dieses Verhalten ist für hohe Überströme, wie diese beispielsweise bei Kurzschlüssen auftreten, hinreichen. Dies ist jedoch ein vergleichsweise unpräzises Verhalten, wenn es darum geht, Defekte abzusichern, welche lediglich zu geringen Erhöhungen des Stromes führen. Auch weisen solche Schmelzsicherungen weitere Nachteile auf. So sind diese beispielsweise empfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Staub, Salzen oder ähnlichen äußeren Einflüssen, welche zu Leckströmen führen können. Auch das Erhitzen der Schmelzsicherung vor einem Auslösen kann zu ungewollten thermischen Effekten führen.
  • Hinsichtlich des Abschaltens von Systemen während eines Ruhezustands werden typischerweise Transistoren genutzt, um ungenützte Hardware-Funktionen während des Ruhestands zu deaktivieren. Solche Transistoren haben als Halbleiter jedoch auch Nachteile, da diese beispielsweise zu zusätzlichen Spannungsabfällen, Spannungsverlusten und der Notwendigkeit zusätzlicher Steuerelektronik führen. Gerade Feldeffekt-Transistoren führen dazu, dass eine aufwendige Steuerelektronik benötigt wird. Dies führt zu einer Notwendigkeit für weitere Komponenten auf den zugrundeliegenden Platinen und zu zusätzlichen Verbrauchern durch die Transistoren.
  • Bei Batteriemanagement-Systemen ist es üblich, dass gewisse Funktionen abgeschaltet werden, um Strom zu sparen. Dies gilt auch für solche Systeme, die typischerweise einen niedrigen Betriebsstrom benötigen, wie z.B. Spannungsteiler für eine Spannungserkennung. Dies führt zu hohen Anforderungen an die abschaltenden Stromkreise, da der nominale Strom, welcher während dem Ruhezustand abgeschaltet werden soll, in demselben Bereich wie die Leckströme der verwendeten Schaltelemente liegt. Dies führt dazu, dass für solche Funktionen typischerweise MOSFETs (Metal Oxid Field Effect Transistor) verwendet werden, welche jedoch zu vergleichsweise hohen Herstellungskosten führen. Auch bei besonders hohen Strömen ist es notwendig, einen entsprechend teuren FET zu verbauen, was ebenfalls zu einer ungewollten Kostensteigerung führt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung umfasst ein erstes MEMS-Relais, welches zwei Schaltkontakte und zumindest einen Steuerkontakt aufweist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten durch ein Anlegen eines Steuersignals an den Steuerkontakt geschaltet wird, wobei die Schaltkontakte des ersten MEMS-Relais in einem Strompfad angeordnet sind, und eine Schaltlogik, welche mit dem Steuerkontakt des ersten MEMS-Relais gekoppelt ist, um das MEMS-Relais durch das Steuersignal zu schalten.
  • Ein MEMS-Relais ist ein „Micro-Elektro-Mechanisches Relais“. Das MEMS-Relais weist zumindest zwei Schaltkontakte auf. Das MEMS-Relais kann jedoch auch mehrere Schaltkontakte aufweisen, welche gemeinsam geschaltet werden. Über die Schaltkontakte wird eine elektrische Verbindung geschaltet. So ist insbesondere ein MEMS-Schalter des MEMS-Relais zwischen den beiden Schaltkontakten angeordneten, um diese schaltbar zu verbinden. Das MEMS-Relais weist ferner einen Steuerkontakt auf. Durch Anlegen einer Steuerspannung an den Steuerkontakt kann die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten geschaltet werden. Die Steuerspannung wird dabei insbesondere durch ein Steuersignal gegeben. Das Steuersignal hat somit insbesondere einen EIN-Zustand, in dem die beiden Schaltkontakte elektrisch leitend miteinander gekoppelt sind, und einen AUS-Zustand, in dem die Verbindung zwischen den Schaltkontakten voneinander getrennt ist. Die Schaltkontakte des ersten MEMS-Relais sind in einem Strompfad angeordnet, um diesen zu schalten. Das bedeutet, dass der Strompfad über die Schaltkontakte geführt ist und durch das MEMS-Relais geschaltet werden kann.
  • Die Schaltlogik ist eine Steuerschaltung, durch welche das Steuersignal bereitgestellt wird, um das erste MEMS-Relais zu schalten. Dazu ist die Schaltlogik mit dem Steuerkontakt des ersten MEMS-Relais gekoppelt.
  • Durch die Kombination des ersten MEMS-Relais mit der Schaltlogik kann insbesondere eine hochintegrierte und günstige Sicherung geschaffen werden, welche für unterschiedliche Produkte und Anwendungen, insbesondere im Bereich von Batteriemanagementsystemen, angewendet werden kann. Die Schaltlogik ist insbesondere ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bevorzugt umfasst die Schaltvorrichtung einen mit der Schaltlogik gekoppelten Temperatursensor, Stromsensor und/oder Spannungssensor, wobei die Schaltvorrichtung insbesondere als eine Sicherung ausgebildet ist, vorzugsweise als eine Überlastsicherung oder als eine Überstromsicherung ausgebildet ist. Der Temperatursensor ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Temperatur des MEMS-Relais zu erfassen. Der Stromsensor ist insbesondere dazu geeignet, einen über den Strompfad fließenden Strom zu erfassen. Der Spannungssensor ist insbesondere dazu eingerichtet, einen Spannungsabfall zwischen einem der Schaltkontakte und einer Schaltungsmasse oder einen Spannungsabfall zwischen den beiden Schaltkontakten zu erfassen. Jeder der zuvor genannten Sensoren ist dazu geeignet, einen Zustand des MEMS-Relais zu erfassen, der sich insbesondere aus einem über den Strompfad fließenden Strom ergibt. So kann beispielsweise ein hoher über den Strompfad fließender Strom entweder mittelbar durch ein Aufheizen des MEMS-Relais oder unmittelbar durch den Stromsensor erfasst werden. Auch kann eine Überspannung durch den Spannungssensor erfasst werden. Wird über einen der Sensoren ein besonders hoher Strom, eine besonders hohe Spannung oder eine besonders hohe Temperatur erfasst, so kann dies zu einem Auslösen eines Schaltvorgangs genutzt werden. Dabei wird insbesondere die elektrische Verbindung zwischen den beiden Schaltkontakten des MEMS-Relais getrennt, wenn die vorliegende Temperatur, der fließende Strom oder die vorliegende Spannung einen Schwellenwert überschreiten. Das Schalten erfolgt mittels der Schaltlogik. Es kann somit in dem Strompfad eine Schaltung bereitgestellt werden, welche entsprechend einer Sicherung agiert. Eine solche Sicherung ist vorzugsweise als eine Überlastsicherung oder als eine Überstromsicherung ausgebildet. Bevorzugt ist die gesamte Schaltvorrichtung dabei in einem Sicherungsgehäuse angeordnet, welches einem Industriestandard entspricht.
  • Bevorzugt umfasst die Schaltvorrichtung den Temperatursensor, welcher mit der Schaltlogik gekoppelt ist, und der so angeordnet ist, eine Temperatur des ersten MEMS-Relais zu erfassen. Die Schaltvorrichtung umfasst dabei ferner den Stromsensor, welcher mit der Schaltlogik gekoppelt ist und dazu angeordnet ist, einen Strom zu erfassen, welcher durch den Strompfad fließt. Die Schaltlogik ist dazu eingerichtet, basierend auf der erfassten Temperatur und dem erfassten Strom einen Alterungszustand und/oder eine Überlast des MEMS-Relais zu ermitteln. So wird insbesondere eine Temperatur des MEMS-Relais bei Fließen eines zugehörigen Stromes durch den Strompfad ermittelt. Abhängig von einem Innenwiderstand des MEMS-Relais wird das erste MEMS-Relais sich gemäß seinem Alterszustand unterschiedlich erwärmen und es wird bei einem bestimmten vorliegenden Strom mit steigender Alterung eine höhere Temperatur gemessen. Diese Zuordnung zwischen einem fließenden Strom und einer zugehörigen erfassten Temperatur wird durch die Schaltlogik ausgewertet und dadurch auf einen Alterungszustand des MEMS-Relais geschlossen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überlast des MEMS-Relais ermittelt werden, wobei insbesondere hohe Ströme zu hohen Temperaturen führen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung den Spannungssensor umfasst, der dazu angeordnet ist, einen Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten zu erfassen. Die Schaltlogik ist dabei bevorzugt dazu eingerichtet, basierend auf dem erfassten Spannungsabfall und dem Steuersignal zu ermitteln, ob das erste MEMS-Relais sich in einem dem Steuersignal entsprechenden Schaltzustand befindet. So wird durch die Schaltlogik insbesondere ausgewertet, ob sich das erste MEMS-Relais in einem durchgeschalteten Zustand befindet, wenn dieses durch das ausgegebene Steuersignal angesteuert wird. So ist ein Spannungsabfall zwischen den beiden Schaltkontakten des ersten MEMS-Relais besonders gering, wenn das MEMS-Relais durchgeschaltet ist. Entsprechend ist ein Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten des MEMS-Relais vergleichsweise hoch, wenn das MEMS-Relais gemäß dem Steuersignal abgeschaltet ist. Weist das erste MEMS-Relais jedoch einen Defekt auf, so könnte beispielsweise ein mechanischer Schalter im Inneren des MEMS-Relais defekt sein. In diesem Fall weist das erste MEMS-Relais bei gemäß dem Steuersignal durchgeschalteten Zustand einen hohen Spannungsabfall über seine Schaltkontakte auf. In anderen Fällen weist das MEMS-Relais im gemäß dem Steuersignal abgeschalteten Zustand einen niedrigen Spannungsabfall zwischen seinen Schaltkontakten auf. Dies kann durch die Schaltlogik erkannt werden.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung den Spannungssensor umfasst, wobei der Spannungssensor dazu eingerichtet ist, einen Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten des ersten MEMS-Relais zu erfassen und einen zweiten Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten eines zweiten MEMS-Relais zu erfassen, wobei die Schaltlogik dazu eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten ersten Spannungsabfall, dem erfassten zweiten Spannungsabfall und dem Steuersignal zu ermitteln, welches der MEMS-Relais sich in einem dem Steuersignal entsprechenden Schaltzustand befindet. Die Schaltvorrichtung umfasst dabei insbesondere zwei in Reihe geschaltete MEMS-Relais, welche durch das erste MEMS-Relais und das zweite MEMS-Relais gebildet werden. Bevorzugt werden beide MEMS-Relais dabei über zwei Steuersignale in entsprechender Weise geschaltet. Alternativ dazu ist das zweite MEMS-Relais parallel zu dem ersten MEMS-Relais geschaltet. Durch in Reihe geschaltete MEMS-Relais kann dabei eine Sicherheit bei einem Abschaltvorgang erhöht werden, da auch bei der Fehlfunktion eines MEMS-Relais der Strompfad getrennt wird. Durch parallel geschaltete MEMS-Relais kann dabei besonders ein Einschaltvorgang sichergestellt werden, da der Strompfad sich auch bei Fehlfunktionen eines der MEMS-Relais einschalten lässt. Durch das Detektieren, welches der MEMS-Relais einen Defekt aufweist, was daraus erkannt werden kann, dass sich eines der MEMS-Relais nicht in einem dem Steuersignal entsprechenden Schaltzustand befindet, kann ausgewertet werden, ob die Schaltvorrichtung weiterhin betrieben werden kann. So kann beispielsweise dann, wenn die beiden MEMS-Relais parallelgeschaltet sind und eines der MEMS-Relais nicht in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet werden kann, die Schaltvorrichtung weiterhin betrieben werden, da der Schaltvorgang auch durch das verbleibende MEMS-Relais ausgeführt werden kann. Bevorzugt wird von der Schaltlogik ein Fehlersignal ausgegeben, beispielsweise um einen Service für die Schaltvorrichtung anzufordern, wenn erkannt wurde, dass das erste MEMS-Relais sich nicht einem dem Steuersignal entsprechenden Zustand befindet.
  • Bevorzugt umfasst die Schaltvorrichtung den mit der Schaltlogik gekoppelten Stromsensor, wobei der Stromsensor dazu eingerichtet ist, einen Strom zu erfassen, welcher durch den Strompfad fließt, wobei die Schaltlogik dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten des ersten MEMS-Relais in Reaktion darauf zu trennen, dass der erfasste Strom einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Es wird somit eine stromgeschaltete Sicherung geschaffen.
  • Ebenfalls bevorzugt umfasst die Schaltvorrichtung den mit der Schaltlogik gekoppelten Temperatursensor, wobei der Temperatursensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des ersten MEMS-Relais zu erfassen, wobei die Schaltlogik dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten des ersten MEMS-Relais in Reaktion darauf zu trennen, dass die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Es kann somit eine temperaturgesteuerte Sicherung geschaffen werden. Die Temperaturerhöhung kann sich je nach Anordnung des Temperatursensors dabei aus einem zu hohen fließenden Strom oder einer Umgebungstemperatur des ersten MEMS-Relais ergeben.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schaltlogik eine Kommunikationsschnittstelle umfasst, welche es ermöglicht, Informationen über einen Zustand der Schaltvorrichtung abzurufen und/oder die Schaltlogik dazu anzusteuern, das erste MEMS-Relais in einen gewünschten Schaltzustand zu schalten. Es wird somit eine flexible Schaltvorrichtung geschaffen, die ein Rückkopplungssignal an eine überlegende Schaltung bereitstellen kann. Es können somit durch die Schaltvorrichtung zuverlässige Schaltvorgänge bereitgestellt werden. Die Informationen über den Zustand der Schaltvorrichtung umfassen bevorzugt einen Messwert eines Sensors der Schaltvorrichtung, ein basierend auf einem der Sensors ermittelten Zustand der Schaltvorrichtung oder ein Indikator bezüglich eines Schaltzustands des MEMS-Relais. Insbesondere ist die Schaltlogik dazu ansteuerbar, das erste MEMS-Relais in einen durchgeschalteten Schaltzustand zu schalten, nachdem dieses aufgrund einer Überlast oder einer Überspannung in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wurde.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung ein zweites MEMS-Relais umfasst, dessen Schaltkontakte in dem Strompfad seriell mit den Schaltkontakten des ersten MEMS-Relais angeordnet sind und dessen Steuerkontakt ebenfalls mit der Schaltlogik gekoppelt ist, wobei das zweite MEMS-Relais durch die Schaltlogik entsprechend dem ersten MEMS-Relais geschaltet wird. Optional wird das erste MEMS-Relais separat zu dem zweiten MEMS-Relais geschaltet. So werden dem ersten MEMS-Relais und dem zweiten MEMS-Relais bevorzugt separat generierte Steuersignale an den Steuerkontakten bereitgestellt, um eine Redundanz zu erhöhen. Durch die in Reihe angeordneten MEMS-Relais kann ein redundant abgesicherter Abschaltvorgang bereitgestellt werden.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist ein Batteriemanagementsystem, welches eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung umfasst. Die auf dem ersten MEMS-Relais basierende Schaltvorrichtung ist dabei besonders vorteilhaft, da dies zu geringen Leckströmen und zu geringen notwendigen Strömen bei einem Ansteuern des Schaltvorgangs führt. Es wird somit ein besonders geringer Stromverbrauch des Batteriemanagementsystems gewährleistet.
  • Das Batteriemanagementsystem umfasst bevorzugt eine erste Steuerelektronik, durch welche ein Betrieb des Batteriemanagementsystems in einem Energiesparmodus gesteuert wird, und über zumindest eine Batteriezelle mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wobei die erste Steuerelektronik die Schaltlogik umfasst, eine zweite Steuerelektronik, welche über den mittels des ersten MEMS-Relais schaltbaren Strompfad von zumindest einer Batteriezelle mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wobei die erste Steuerelektronik dazu eingerichtet ist, die zweite Steuerelektronik in dem Energiesparmodus durch ein Schalten des ersten MEMS-Relais von der Betriebsspannung zu trennen. Es werden somit Komponenten des Batteriemanagementsystems, hier die zweite Steuerelektronik, durch das erste MEMS-Relais der Schaltvorrichtung in einem Ruhezustand abgeschaltet. Das erste MEMS-Relais befindet sich bevorzugt dann in dem abgeschalteten Zustand, wenn das Steuersignal in einem Low-Modus ist, also eine niedrigere Spannung aufweist, als dann, wenn das ersten MEMS-Relais durch das Steuersignal durchgeschaltet wird. So ist es nicht notwendig, eine Spannung für ein Beibehalten des notwendigen Schaltzustands während des Ruhezustands bereitzustellen. Es kann damit eine besonders effiziente erste Steuerelektronik geschaffen werden und es werden Leckströme über das erste MEMS-Relais unterbunden. Somit wird ein besonders effizientes Batteriemanagementsystem mit besonders geringem Verbrauch in einem Ruhezustand geschaffen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweite Steuerelektronik über eine Vielzahl von Strompfaden mit unterschiedlichen Batteriezellen gekoppelt ist, wobei jeder der Strompfade ein von der ersten Steuerelektronik steuerbares MEMS-Relais umfasst, um die zweite Steuerelektronik von einer oder mehrerer der Batteriezellen zu trennen. So wird durch die zweite Steuerelektronik insbesondere ein Zustand einzelner Batteriezellen erfasst, wobei dies über die Vielzahl von Strompfaden erfolgt. Dies ist in einem Ruhezustand nicht zwingend notwendig. Wird die Vielzahl von Strompfaden über jeweils ein zugehöriges MEMS-Relais von der zweiten Steuerelektronik getrennt, so wird vermieden, dass von den Batteriezellen bereitgestellte Ströme beispielsweise über Messwiderstände fließen und somit zu Verlusten führen.
  • Auch vorteilhaft ist ein Akku-Pack für ein Elektrofahrrad, welches ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem umfasst, wobei der Akku-Pack ein Gehäuse aufweist, wobei in dem Gehäuse eine Vielzahl von Akku-Zellen, insbesondere zylindrischer Rundzellen angeordnet sind. Die Akku-Zellen sind dabei bevorzugt Batteriezellen oder umfassen mehrere Batteriezellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 eine schematische Darstellung eines MEMS-Relais mit zugehörigem Ersatzschaltbild,
    • 2 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
    • 3 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
    • 4 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
    • 5 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
    • 6 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
    • 7 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
    • 8 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,
    • 9 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung,
    • 10 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung, und
    • 11 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines MEMS-Relais 2, wie es typischerweise in einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 angeordnet ist. Ferner ist ein zugehöriges Ersatzschaltbild für das MEMS-Relais 2 abgebildet. Das MEMS-Relais 2 weist einen ersten Schaltkontakt 3 und einen zweiten Schaltkontakt 4 auf. Ferner weist das MEMS-Relais 2 einen Steuerkontakt 5 auf. Die beiden Schaltkontakte 3, 4 und der Steuerkontakt 5 sind auf einem Substrat 15 angeordnet. An dem zweiten Schaltkontakt 4 ist ein mikromechanischer Leiter 16 angeordnet, welcher sich über den Steuerkontakt 5 hinweg zu dem ersten Schaltkontakt 3 erstreckt. In einem Ruhezustand steht der mikromechanische Leiter 16 dabei nicht in einem Kontakt zu dem ersten Schaltkontakt 3. Wird jedoch ein Steuersignal an den Steuerkontakt 5 angelegt, so wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt und der elektrische Leiter 16 wird an den ersten Schaltkontakt herangezogen, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Schaltkontakt 3 und dem zweiten Schaltkontakt 4 entsteht.
  • Das MEMS-Relais 2 kann dabei in einen eingeschalteten oder durchgeschalteten Zustand gebracht werden, wenn eine Schaltspannung mit dem Steuersignal an dem Steuerkontakt 5 angelegt wird. Das MEMS-Relais kann ferner in einen abgeschalteten oder nicht-leitenden Zustand geschaltet werden, wenn kein Steuersignal an dem Steuerkontakt 5 anliegt oder das Steuersignal einen niedrigen Spannungslevel aufweist.
  • Wie aus dem Ersatzschaltbild zu sehen ist, wird somit ein steuerbarer Schalter geschaffen. Die Schaltvorrichtung 1 weist zumindest ein erstes MEMS-Relais 2 auf, welches einen entsprechenden Aufbau aufweist.
  • 2 zeigt eine Schaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das erste MEMS-Relais 2 ist in einem Strompfad 12 angeordnet. Der Strompfad 12 verläuft dabei über die Schaltkontakte 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 und ist damit schaltbar ausgeführt. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst ferner eine Schaltlogik 6, welche mit dem Steuerkontakt 5 des ersten MEMS-Relais 2 gekoppelt ist, um das erste MEMS-Relais 2 durch das Steuersignal zu schalten. Dabei wird durch die Schaltlogik 6 mit dem Steuersignal ein hohes Spannungsniveau an den Steuerkontakt 5 angelegt, um das MEMS-Relais 2 in den leitenden Zustand zu schalten und es wird ein niedriges Spannungsniveau an den Steuerkontakt 5 angelegt, um das MEMS-Relais 2 in den nicht-leitenden Zustand zu schalten. Beides erfolgt mittels des Steuersignals, welches entweder das hohe Spannungsniveau oder das niedrige Spannungsniveau annehmen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungen des MEMS-Relais dieses auch durch ein hohes Spannungsniveau in den abgeschalteten Zustand geschaltet werden kann und durch das niedrige Spannungsniveau in den eingeschalteten Zustand geschaltet werden kann.
  • Die Schaltvorrichtung 1 umfasst ferner einen mit der Schaltlogik 6 gekoppelten Stromsensor 8. Der Stromsensor 8 ist dazu eingerichtet, einen Strom zu erfassen, welcher durch den Strompfad 12 fließt. Dazu umfasst der Stromsensor 8 insbesondere eine induktive Messschleife, welche um den Strompfad 12 gelegt ist, oder einen Messwiderstand, welcher in den Strompfad 12 integriert ist. Der durch den Strompfad 12 fließende Strom wird durch den Stromsensor 8 gemessen und als Messwert an die Schaltlogik 6 übertragen. Die Schaltlogik ist dazu eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 in Reaktion darauf zu trennen, dass der erfasste Strom einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der Schwellenwert ist dabei der Schaltlogik 6 vorgegeben, wobei dieser als ein fester Wert gestaltet ist oder über eine Kommunikationsschnittstelle konfigurierbar ist.
  • Steigt der über den Strompfad 12 fließende Strom über den Schwellenwert an, so wird durch das Steuersignal das erste MEMS-Relais 2 in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet und der Stromfluss durch den Strompfad 12 somit unterbrochen. Bevorzugt ist die Schaltlogik 6 derart gestaltet, dass diese nach einem Zurücksetzen, beispielsweise durch ein Trennen von allen Spannungen, das erste MEMS-Relais 2 wieder in den leitenden Zustand versetzt. Alternativ dazu wird das erste MEMS-Relais 2 konstant in den offenen Zustand versetzt, was beispielsweise dadurch realisiert ist, dass die Schaltlogik 6 einen nicht-flüchtigen Speicher umfasst. Damit wird ermöglicht, dass das erste MEMS-Relais 2 nicht durch ein einfaches Trennen der Schaltvorrichtung 1 von allen Spannungen zurück in den leitenden Zustand versetzt werden kann. Optional weist die Schaltlogik 6 eine Kommunikationsschnittstelle auf und kann über diese zurückgesetzt werden, um das erste MEMS-Relais 2 wieder in den leitenden Zustand zu schalten.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei umfasst die Schaltvorrichtung 1 neben dem Stromsensor 8 auch einen Temperatursensor 7. Der Temperatursensor 7 ist an dem ersten MEMS-Relais 2 angeordnet und mit der Schaltlogik 6 gekoppelt. Durch den Temperatursensor 7 wird eine Temperatur des MEMS-Relais 2 erfasst und der Schaltlogik 6 als Messwert bereitgestellt. Die Schaltlogik 6 ist dazu eingerichtet, basierend auf der erfassten Temperatur und dem erfassten Strom durch den Strompfad 12 einen Alterungszustand und/oder eine Überlast des MEMS-Relais 2 zu ermitteln. So wird eine Überlast insbesondere dann ermittelt, wenn die Temperatur oder die einem bestimmten Strom zugehörige Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann dabei für einen bestimmten gemessenen Strom festgelegt werden oder ein allgemeiner Schwellenwert sein, der unabhängig von dem gemessenen Strom gilt. Insbesondere wenn eine Überlast des MEMS-Relais 2 vorliegt, wird das Steuersignal ausgegeben, um das erste MEMS-Relais 2 in einen nicht-leitenden Zustand zu schalten. Aus der Kombination der erfassten Temperatur und dem erfassten Strom wird ferner der Alterungszustand des MEMS-Relais 2 ermittelt. So steigt typischerweise ein Innenwiderstand des MEMS-Relais 2 mit einer Alterung des MEMS-Relais 2. Der erhöhte Innenwiderstand führt zu einer stärkeren Aufwärmung des MEMS-Relais 2, wenn ein Strom über den Strompfad 12 fließt. Dabei kann insbesondere festgelegt sein, wie sehr sich das MEMS-Relais 2 bei dem Fließen eines bestimmten Stromes erwärmt. Der Grad der Erwärmung kann dabei einem Alterungszustand zugeordnet sein. So kann beispielsweise definiert sein, dass das erste MEMS-Relais 2 sich bei einem über den Strompfad 12 fließenden Strom von 1 mA um 1°C erwärmt, wenn dies noch keine Alterung aufweist. Wird durch die Schaltlogik 6 erkannt, dass das erste MEMS-Relais 2 sich um 2°C erwärmt, wenn der Strom von 1 mA fließt, so wird darauf geschlossen, dass eine Alterung des ersten MEMS-Relais 2 eingetreten ist. Die zuvor gennannten Werte sind illustrativ gewählt. Es ist ersichtlich, dass durch entsprechende Auswahl unterschiedlicher Schwellenwerte für die Temperaturen und zugehörige Ströme unterschiedliche Alterungszustände erkannt werden können. Es wird somit ein lebenszeit-abhängiger Wechsel eines Innenwiderstands des MEMS-Relais 2, welcher insbesondere durch einen Kontaktwiderstand zwischen den mikromechanischen Komponenten definiert ist, gemessen. Eine Erhöhung des Innenwiderstandes kann zu größeren Stromverlusten bei hohen Lastströmen durch das MEMS-Relais 2 führen, was zu einer Temperaturerhöhung führt. Wird eine starke Temperaturerhöhung, insbesondere eine vordefinierte Temperaturerhöhung, erkannt, so wird das MEMS-Relais 2 durch die Schaltlogik 6 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet. Bevorzugt verbleibt die Schaltvorrichtung 1 in diesem Zustand, was beispielsweise mittels einer Zustandsspeicherung in einem nicht-flüchtigen Speicher ermöglicht wird.
  • Die Schaltlogik 6 ist somit auch dazu eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 in Reaktion darauf zu trennen, dass die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Die erfasste Temperatur kann dabei fest vordefiniert sein oder abhängig von dem fließenden Strom sein. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Schaltvorrichtung 1 nur den Temperatursensor 7 und nicht den Stromsensor 8.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst dabei zusätzlich einen Spannungssensor 9. Der Spannungssensor 9 ist dazu angeordnet, um einen Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten 3, 4 zu erfassen. So ist ein erster Kontakt des Spannungssensors insbesondere mit dem ersten Schaltkontakt 3 und ein zweiter Messkontakt des Spannungssensors 9 mit dem zweiten Schaltkontakt 4 gekoppelt.
  • Durch den Spannungssensor 9 wird der Spannungsabfall über die Schaltkontakte 3, 4 erfasst und als Messwert der Schaltlogik 6 bereitgestellt. Die Schaltlogik 6 ist dazu eingerichtet, basierend auf dem erfassten Spannungsabfall und dem aktuell vorliegenden Steuersignal zu ermitteln, ob das erste MEMS-Relais 2 sich in einem dem Steuersignal entsprechenden Schaltzustand befindet. Das bedeutet, dass durch die Schaltlogik 6 ermittelt wird, ob sich das MEMS-Relais 2 tatsächlich in einem leitenden Zustand befindet, wenn dieses durch das Steuersignal dazu angesteuert wird, in dem leitenden Zustand zu sein. In entsprechender Weise wird durch die Schaltlogik 6 ermittelt, ob das erste MEMS-Relais 2 in dem nicht-leitenden Zustand ist, wenn durch das Steuersignal angefordert wird, dass das erste MEMS-Relais 2 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird. Es wird somit eine Abweichung zwischen einem gewünschten Schaltzustand des MEMS-Relais 2 und einem durch die Schaltlogik 6 angeforderten Schaltzustand des MEMS-Relais 2 ermittelt. Dies erfolgt basierend auf dem durch den Spannungssensor 9 ermittelten Spannungsabfall. So ist der Spannungsabfall über die Schaltkontakte 3, 4 typischerweise sehr gering, bevorzugt gleich Null, wenn das MEMS-Relais 2 in den leitenden Zustand geschaltet ist. Dies ist dadurch begründet, dass lediglich ein sehr geringer Spannungsabfall durch den Innenwiderstand des MEMS-Relais 2 verursacht wird. Befindet sich das MEMS-Relais 2 in dem nicht-leitenden Zustand, so wird der Innenwiderstand des MEMS-Relais 2 sehr hoch und entsprechend steigt ein Spannungsabfall zwischen den Schalkontakten 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 an. Der durch den Spannungssensor 9 erfasste Spannungsabfall kann somit als direkter Indikator dafür dienen, in welchem Schaltzustand sich das MEMS-Relais 2 befindet. Somit kann durch die Schaltlogik 6 abgeglichen werden, ob auch das entsprechende Steuersignal an das erste MEMS-Relais 2 ausgegeben wird.
  • Es ergibt sich, dass optional weitere Parameter herangezogen werden können. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn von der Schaltlogik 6 geprüft wird, ob ein Strom über die Schaltkontakte 3, 4 und somit über den Strompfad 12 fließt, bevor über einen sehr geringen Spannungsabfall über Schaltkontakte 3, 4 auf einen geschlossenen oder leitenden Zustand des MEMS-Relais 2 geschlossen wird. So besteht auch die Option, dass kein Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten 3, 4 vorliegt, obwohl das MEMS-Relais 2 in den leitenden Zustand geschaltet ist, da kein Strom durch den Strompfad 12 fließt, beispielsweise, weil dieser nicht mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbunden ist.
  • Wird durch die Schaltlogik erkannt, dass sich das erste MEMS-Relais 2 nicht in einem gewünschten Schaltzustand befindet, so können unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden. So wird insbesondere ein Signal bereitgestellt, durch welches einer überliegenden Elektronik, beispielsweise einem MicroController, mitgeteilt wird, dass die Schaltvorrichtung 1 einen Defekt aufweist. Auch ist es möglich, durch einen aufeinanderfolgenden Wechsel des Steuersignals anzuregen, dass die mikromechanischen Komponenten des MEMS-Relais 2 von einer evtl. mechanischen Blockierung gelöst werden.
  • Durch das Hinzufügen der Spannungsmessung wird es ermöglicht, dass unterschiedliche Diagnosemöglichkeiten hinsichtlich des Schaltzustandes des ersten MEMS-Relais 2 bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere für solche Anwendungsfälle vorteilhaft, in denen latente Fehler erkannt werden müssen. Die Schaltlogik 6 ist somit dazu eingerichtet, die über die Schaltkontakte 3, 4 anliegende Spannung vor und/oder nach einem Schaltvorgang des ersten MEMS-Relais 2 zu detektieren und zu plausibilisieren.
  • 5 zeigt die Schaltvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die vierte Ausführungsform der Erfindung entspricht hier im Wesentlichen der dritten Ausführungsform der Erfindung. Dabei weist die Schaltlogik 6 eine Kommunikationsschnittstelle 10 auf, welche es ermöglicht, Informationen über einen Zustand der Schaltvorrichtung 1 abzurufen und/oder die Schaltlogik 6 dazu anzusteuern, dass erste MEMS-Relais 2 in einen gewünschten Schaltzustand zu schalten. So wird über die Kommunikationsschnittstelle 10 insbesondere eine Information hinsichtlich eines Schaltzustandes, eines Alterungszustands, einer Überlast des MEMS-Relais 2, eine Temperatur des ersten MEMS-Relais 2, ein durch das MEMS-Relais 2 fließender Strom und/oder eine über die Schaltkontakte 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 anliegende Spannung kommuniziert. Auch eine erkannte Fehlfunktion, bei der ein Schaltzustand des ersten MEMS-Relais 2 nicht einem gewünschten Schaltzustand gemäß dem anliegenden Steuersignal entspricht, kann über die Kommunikationsschnittstelle 10 kommuniziert werden.
  • Die Schaltlogik 6 kann die Kommunikationsschnittstelle 10 umfassen, um eine Konfiguration von Strömen, Spannungen oder Temperaturen bzw. zugehöriger Schwellenwerte zu ermöglichen. Es kann somit insbesondere über die Kommunikationsschnittstelle eingestellt werden, bei welchen Schwellenwerten für den Strom, die Spannung oder die Temperatur eine Reaktion des ersten MEMS-Relais 2 erfolgen soll. Auch wird es ermöglicht, dass das erste MEMS-Relais 2 mittels der Schaltlogik 6 und die Kommunikationsschnittstelle 10 durch eine externe Komponente, beispielsweise einen Microcontroller, angesteuert wird. So kann beispielsweise durch eine überliegende Einheit angesteuert werden, dass ermittelt wird, ob das MEMS-Relais 2 sich in einem korrekten Schaltzustand befindet. Es können über die Kommunikationsschnittstelle 10 Diagnosefunktionen bereitgestellt werden. So kann beispielsweise ein gezieltes Schalten des ersten MEMS-Relais 2 nach einem Abschalten des Strompfades 12 erfolgen, um zu prüfen, ob das erste MEMS-Relais 2 noch korrekt funktionsfähig ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass auch die Schaltvorrichtung 1 gemäß aller Ausführungen der Erfindung eine solche Kommunikationsschnittstelle 10 aufweisen kann.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Ferner zeigt 7 eine Schaltvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die fünfte und sechste Ausführungsform der Erfindung entspricht dabei im Wesentlichen der zweiten und dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schaltvorrichtung 1 jedoch in einem Sicherungsgehäuse 13 angeordnet ist. Das Sicherungsgehäuse 13 entspricht dabei bevorzugt einem normierten Sicherungsgehäuse. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schaltlogik 6 über einen an dem Sicherungsgehäuse 13 angeordneten Versorgungskontakt 14 mit einer notwendigen Betriebsspannung versorgt wird. Eine solche Versorgung der Schaltlogik 6 ist vorteilhaft, da eine in dem Strompfad 12 auftretende Überspannung sonst möglicherweise zu einer Beschädigung der Schaltlogik 6 führen könnte, wenn diese über den Strompfad 12 versorgt würde. Eine entsprechende Versorgung der Schaltlogik 6 ist für alle Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft.
  • Weiter bevorzugt ist an dem Sicherungsgehäuse 13 auch eine Schnittstelle für die Kommunikationsschnittstelle 10 bereitgestellt.
  • Optional ist die Schaltvorrichtung 1 gemäß einer beliebigen Ausführungsform der Erfindung in einem Sicherungsgehäuse 13 angeordnet ist, welches optional den Versorgungskontakt 14 und/oder den Kontakt für die Kommunikationsschnittstelle 10 aufweist.
  • 8 zeigt eine Schaltvorrichtung 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltvorrichtung 1 gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung entspricht dabei im Wesentlichen der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Dabei weist die Schaltvorrichtung 1 jedoch ein zweites MEMS-Relais 11 auf, welches in dem Spannungspfad 12 zu dem ersten MEMS-Relais 2 in Serie geschaltet ist. Ein Steuerkontakt 17 des zweiten MEMS-Relais 11 ist dabei ebenfalls mit der Schaltlogik 6 gekoppelt. Das zweite MEMS-Relais 11 wird entsprechend dem ersten MEMS-Relais 2 geschaltet. Das bedeutet, dass das zweite MEMS-Relais 11 dann in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, wenn auch das erste MEMS-Relais 2 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird. In entsprechender Weise wird das zweite MEMS-Relais 11 dann in den leitenden Zustand geschaltet, wenn auch das erste MEMS-Relais 2 in den leitenden Zustand geschaltet wird.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Spannungssensor 9 ferner dazu eingerichtet ist, einen ersten Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten 3, 4 des ersten MEMS-Relais 2 zu erfassen und zudem einen zweiten Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten des zweiten MEMS-Relais 11 zu erfassen. Der erste Spannungsabfall und der zweite Spannungsabfall werden dabei als Messwerte der Schaltlogik 6 bereitgestellt. Die Schaltlogik 6 ist dazu eingerichtet, basierend auf dem ersten Spannungsabfall und dem erfassten zweiten Spannungsabfall und den für die MEMS-Relais 2, 11 vorliegenden Steuersignale den jeweils entsprechenden Schaltzustand der MEMS-Relais 2, 11 zu ermitteln.
  • Eine Anordnung zweier serieller MEMS-Relais 11 ist für alle Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft. Durch das In-Reihe Schalten mehrerer MEMS-Relais 2, 11 wird eine Redundanz bei einem Abschaltvorgang erhöht. Ein einzelnes fehlerhaftes MEMS-Relais kann in diesem Fall nicht dazu führen, dass der Strompfad 12 nicht unterbrochen wird, wenn dies durch die Schaltlogik 6 angefordert wird.
  • Durch das Erfassen des ersten Spannungsabfalls und des zweiten Spannungsabfalls können die MEMS-Relais 2, 11 unabhängig voneinander überprüft werden und deren Schaltvorgänge getestet werden. Dazu ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Schaltlogik 6 separat mit dem ersten MEMS-Relais 2 und dem zweiten MEMS-Relais 11 gekoppelt ist, damit diese separat voneinander angesteuert werden können. So kann beispielsweise in einem Prüfvorgang das erste MEMS-Relais 2 in einem eingeschalteten Zustand und das zweite MEMS-Relais 11 wechselweise in den eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand versetzt werden, um das zweite MEMS-Relais 11 zu prüfen. Entsprechend umgekehrt kann ein Prüfen des ersten MEMS-Relais 2 erfolgen. Auch über eine Differenz zwischen dem ersten Spannungsabfall und dem zweiten Spannungsabfall bei einem vordefinierten gleichen Schaltzustand beider MEMS-Relais 2, 11 kann auf einen Zustand der einzelnen MEMS-Relais 2, 11 geschlossen werden.
  • 9 zeigt ein Batteriemanagementsystem 20 gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung. Durch das Batteriemanagementsystem 20 wird ein Batteriesystem gesteuert, welches eine Vielzahl von Batteriezellen 31 bis 38 aufweist. Die Batteriezellen 31 bis 38 sind dabei zueinander in Serie geschaltet. Das Batteriemanagementsystem 20 umfasst eine Steuerelektronik 23, durch welche die Spannungen der einzelnen Batteriezellen 31 bis 38 erfasst werden und optional weitere Funktionen bereitgestellt werden, beispielsweise ein Balancing der Batteriezellen 31 bis 38. Dazu ist jeweils ein Pluspol und jeweils ein Minuspol jeder der Batteriezellen 31 bis 38 über einen Strompfad mit der Steuerelektronik 23 verbunden. So ist beispielsweise jeder Pluspol der Batteriezellen 31 bis 38 über jeweils einen Strompfad 40 bis 48 mit der Steuerelektronik 23 gekoppelt. Dabei ist jeder der Strompfade 40 bis 48 durch jeweils eine Schaltvorrichtung 1 gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsformen abgesichert. Das bedeutet, dass in jedem der Strompfade 40 bis 48 jeweils eine Schaltvorrichtung 1, 51 bis 58 angeordnet ist. Tritt an einer der Batteriezellen 31 bis 38 eine Überspannung auf, so wird der jeweils zugehörige Strompfad getrennt und eine Beschädigung der Steuerelektronik 23 vermieden. Die Schaltlogiken der einzelnen Schaltvorrichtungen 1, 51 bis 58 können dabei zusammengefasst sein.
  • 10 zeigt ein Batteriemanagementsystem 20 gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriemanagementsystem 20 umfasst dabei eine erste Steuerelektronik 21 und eine zweite Steuerelektronik 22. Die erste Steuerelektronik 21 ist dabei eine elektronische Einheit, welche auch dann mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wenn das Batteriemanagementsystem 20 sich in einem Ruhezustand befindet. Die zweite Steuerelektronik 22 wird in dem Ruhezustand von einer Spannungsversorgung getrennt. Das Trennen der zweiten Steuerelektronik 22 von der Spannungsversorgung erfolgt dabei durch eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1. Dazu umfasst die erste Steuerelektronik 21 bevorzugt die Schaltlogik 6 und das erste MEMS-Relais 2 ist zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen 31 bis 38 und der zweiten Steuerelektronik 22 angeordnet, so dass in Stromfluss zwischen den Batteriezellen 31 bis 38 und der zweiten Steuerelektronik 22 durch das erste MEMS-Relais 2 getrennt werden kann. Da die Schaltlogik 6 von der ersten Steuerelektronik 21 umfasst ist, welche auch in dem Ruhezustand mit einer Spannung versorgt wird, ist es möglich, dass die zweite Steuerelektronik bei einem Beenden des Ruhezustands durch ein Schalten des ersten MEMS-Relais 2 durch die Schaltlogik 6 wieder mit einer Betriebsspannung versorgt wird. Das bedeutet, dass es vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 dazu verwendet wird, um Anteile eines Batteriemanagementsystems 20, hier die zweite Steuerelektronik 22, in einen Ruhezustand zu schalten. Dabei ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Schaltlogik 6 in einem Bereich des Batteriemanagementsystems 20 angeordnet ist, welcher weiterhin mit der Betriebsspannung versorgt wird. Die Betriebsspannung ist dabei insbesondere eine Spannung, welche von einer oder mehreren Batteriezellen 31 bis 38 bereitgestellt wird, welche von dem Batteriemanagementsystem 20 verwaltet werden.
  • 11 zeigt ein Batteriemanagementsystem 20 gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Die zehnte Ausführungsform der Erfindung entspricht dabei im Wesentlichen der achten oder neunten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist in der zehnten Ausführungsform der Erfindung die zweite Steuerelektronik 2 über die Vielzahl von Strompfaden 40 bis 48 mit den Batteriezellen 31 bis 38 gekoppelt. Jeder der Strompfade 40 bis 48 weist dabei ein von der ersten Steuerelektronik 21 schaltbares MEMS-Relais auf, um die zweite Steuerelektronik 22 von einem Pol der jeweils letzten zugehörigen Batteriezelle 31 bis 38 zu trennen. Das bedeutet, dass die Schaltvorrichtung 1 nicht zwingend als Sicherung arbeitet, sondern alternativ oder zusätzlich über die Schaltlogik 6 geschaltet wird, um die Batteriezellen 31 bis 38 in einem Ruhezustand von der zweiten Steuerelektronik 22 zu trennen. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst optional den Temperatursensor 7, den Stromsensor 8 und/oder den Spannungssensor 9 oder umfasst keinen Sensor. Es wird somit ermöglicht, dass die Batteriezellen 31 bis 38 in einem Ruhezustand des Batteriemanagementsystems 20 gänzlich oder gänzlich mit Ausnahme eines Massekontaktes, von der zweiten Steuerelektronik 22 getrennt sind. Es kann somit erreicht werden, dass während dem Ruhezustand Leckströme von den Batteriezellen 31 bis 38 in die zweite Steuerelektronik 22 gänzlich unterbunden werden.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Batteriemanagementsystem 20 gemäß einer beliebigen Ausführungsform der Erfindung in einem Akku-Pack für ein Elektrofahrrad angeordnet ist, wobei der Akku-Pack ein Gehäuse aufweist, wobei in dem Gehäuse eine Vielzahl von Akku-Zellen, insbesondere zylindrischer Rundzellen, angeordnet sind. Die Akku-Zellen entsprechen dabei insbesondere den zuvor beschriebenen Batteriezellen 31 bis 38.
  • Es wird somit ermöglicht, einzelne Hardware-Funktionen durch ein jeweils zugehöriges MEMS-Relais 2, 51 bis 58 zu schalten. Gegenüber Halbleiterschaltern wird damit eine galvanische Trennung ohne Leckströme ermöglicht. In einem eingeschalteten Zustand werden Leitungsverluste minimiert und der Schaltzustand kann optional unabhängig von einem Betrieb der Schaltlogik 6 beibehalten werden.
  • Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 9 verwiesen.

Claims (12)

  1. Schaltvorrichtung (1), umfassend: - ein erstes MEMS-Relais (2), welches zwei Schaltkontakte (3, 4) und zumindest einen Steuerkontakt (5) aufweist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten (3, 4) durch ein Anlegen eines Steuersignals an den Steuerkontakt geschaltet werden kann, wobei die Schaltkontakte des ersten MEMS-Relais (2) in einem Strompfad (12) angeordnet sind, - eine Schaltlogik (6), welche mit dem Steuerkontakt (5) des ersten MEMS-Relais (2) gekoppelt ist, um das erste MEMS-Relais (2) durch das Steuersignal zu schalten.
  2. Schaltvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, umfassend einen mit der Schaltlogik (6) gekoppelten Temperatursensor (7), Stromsensor (8) und/oder Spannungssensor (9), wobei die Schaltvorrichtung (1) insbesondere als eine Sicherung ausgebildet ist, vorzugsweise als eine Überlastsicherung oder als eine Überstromsicherung ausgebildet ist.
  3. Schaltvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, umfassend: den Temperatursensor (7), welcher mit der Schaltlogik (6) gekoppelten ist, und der dazu angeordnet ist, eine Temperatur des ersten MEMS-Relais (2) zu erfassen, und den Stromsensor (8), welcher mit der Schaltlogik (6) gekoppelt ist und dazu angeordnet ist, einen Strom zu erfassen, welcher durch den Strompfad (12) fliest, wobei die Schaltlogik (6) dazu eingerichtete ist, basierend auf der erfassten Temperatur und dem erfassten Strom einen Alterungszustand und/oder eine Überlast des MEMS-Relais (2) zu ermitteln.
  4. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, umfassend: den Spannungssensor (9), der dazu angeordnet ist, einen Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten (3, 4) zu erfassen, wobei die Schaltlogik (6) dazu eingerichtete ist, basierend auf dem erfassten Spannungsabfall und dem Steuersignal zu ermitteln, ob das erste MEMS-Relais (2) sich in einem dem Steuersignal entsprechendem Schaltzustand befindet.
  5. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) den Spannungssensor (9) umfasst, wobei der Spannungssensor (9) dazu eingerichtet ist, einen ersten Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten (3, 4) des ersten MEMS-Relais (2) zu erfassen und einen zweiten Spannungsabfall zwischen den Schaltkontakten eines zweiten MEMS-Relais (11) zu erfassen, wobei die Schaltlogik (6) dazu eingerichtete ist, basierend auf dem erfassten ersten Spannungsabfall, dem erfassten zweiten Spannungsabfall und dem Steuersignal zu ermitteln, welches der MEMS-Relais (2, 11) sich in einem dem Steuersignal entsprechendem Schaltzustand befindet.
  6. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: die Schaltvorrichtung (1) den mit der Schaltlogik (6) gekoppelten Stromsensor (8) umfasst, wobei der Stromsensor (8) dazu eingerichtet ist, einen Strom zu erfassen, welcher durch den Strompfad (12) fliest, wobei die Schaltlogik (6) dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten (3, 4) des ersten MEMS-Relais (2) in Reaktion darauf zu trennen, dass der erfasste Strom einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und/oder die Schaltvorrichtung (1) den mit der Schaltlogik (6) gekoppelten Temperatursensor (7) umfasst, wobei der Temperatursensor (7) dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des ersten MEMS-Relais (2) zu erfassen, wobei die Schaltlogik (6) dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen den Schaltkontakten (3, 4) des ersten MEMS-Relais (2) in Reaktion darauf zu trennen, dass die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  7. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltlogik (6) eine Kommunikationsschnittstelle (10) umfasst, welches es ermöglicht, Informationen über einen Zustand der Schaltvorrichtung (1) abzurufen und/oder die Schaltlogik (6) dazu anzusteuern, dass erste MEMS-Relais (2) in einen gewünschten Schaltzustand zu schalten.
  8. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) ferner ein zweites MEMS-Relais (11) umfasst, dessen Schaltkontakte in dem Strompfad (12) seriell mit den Schaltkontakten (3, 4) des ersten MEMS-Relais (2) angeordnet sind und dessen Steuerkontakt ebenfalls mit der Schaltlogik (6) gekoppelt ist, wobei das zweite MEMS-Relais (11) durch die Schaltlogik (6) entsprechend dem ersten MEMS-Relais (2) geschaltet wird.
  9. Batteriemanagementsystem (20), umfassend eine Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Batteriemanagementsystem (20), gemäß Anspruch 9, umfassend: eine erste Steuerelektronik (21), durch welche ein Betrieb des Batteriemanagementsystems (20) in einem Energiesparmodus gesteuert wird, und über zumindest eine Batteriezelle (31) mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wobei die erste Steuerelektronik (21) die Schaltlogik (6) umfasst, eine zweite Steuerelektronik (22), welche über den mittels des ersten MEMS-Relais (2) schaltbaren Strompfad (12) von zumindest einer Batteriezelle (31) mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wobei die erste Steuerelektronik (21) dazu eingerichtet ist, die zweite Steuerelektronik (22) in dem Energiesparmodus durch ein Schalten des ersten MEMS-Relais (2) von der Betriebsspannung zu trennen.
  11. Batteriemanagementsystem (20), gemäß Anspruch 10, wobei die zweite Steuerelektronik (22) über eine Vielzahl von Strompfaden (41-48) mit unterschiedlichen Batteriezellen (31-38) gekoppelt ist, wobei jeder der Strompfade (41-48) ein von der ersten Steuerelektronik (21) schaltbares MEMS-Relais (51-58) umfasst, um die zweite Steuerelektronik (22) von einer oder mehreren der Batteriezellen (31-38) zu trennen.
  12. Akkupack für ein Elektrofahrrad, aufweisend ein Batteriemanagementsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Akkupack ein Gehäuse aufweist, wobei in dem Gehäuse eine Vielzahl von Akkuzellen, insbesondere zylindrische Rundzellen, angeordnet sind.
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