电池管理单元、电池和电动自行车的制作方法

描述了用于电动自行车的电池管理单元。此外，描述了用于电动自行车的电池和电动自行车。

背景技术：

1、自行车提供了具有成本效益、易于使用且低排放的交通工具。它们还作为运动和健身装备而变得流行，并且已经出现了特别适合各种运动应用的型号。

2、近年来，对电动自行车（特别是所谓的“电动助力自行车（pedelecs）”）的热情一直在增长，尽管与常规自行车相比，它们的重量和价格相对高。对于电动自行车来说，确保安全运行是优先考量。

技术实现思路

1、要解决的一个问题是，提供用于电动自行车的电池管理单元，该电池管理单元有助于电动自行车的安全操作并且具有紧凑的设计。另外要解决的问题包括：提供具有这样的电池管理单元的电池以及具有这样的电池管理单元的电动自行车。

2、这些问题尤其通过本发明的各方面的主题来解决。有利的实施方式和进一步的发展是从属方案的主题，并且从以下描述和附图中进一步变得明显。

3、首先，描述电池管理单元。电池管理单元通常也被称为电池管理系统，或简称为bms。

4、在至少一个实施方式中，电池管理单元包括用于使电池管理单元与电池单元接触的接触点以及用于连接外部设备的连接点。然后，可以经由连接点从电池单元向外部设备供应电能。此外，电池管理单元包括用于针对过电流和/或过电压进行保护的保护电路。保护电路被配置成在操作期间过电流和/或过电压的情况下，使得接触点与连接点之间的电连接断开。保护电路集成在芯片中。

5、本公开内容尤其基于这样的认识，即，使用多个单独的部件来实现保护电路是昂贵的并且需要印刷电路板上的大量空间。对其中集成了保护电路的芯片的使用降低了成本，节省了空间，并且使保护电路易于配置。

6、在一个实施方式中，电池管理单元包括印刷电路板，特别是pcb。接触点、连接点和保护电路例如布置在印刷电路板上并且经由印刷电路板彼此电耦接。例如，接触点和连接点布置在印刷电路板的不同侧上。接触点和连接点特别地连接至一个或更多个电子开关，以通过断开或闭合开关来断开或建立接触点与连接点之间的电连接。

7、接触点被配置用于电连接至一个或更多个电池单元。接触点特别地由金属形成。例如，接触点是连接器，例如fpc连接器或者具有弹簧机构的连接器。接触点例如被焊接或者印刷到印刷电路板上。特别地，电池管理单元具有用于接触电池单元的两极的两个接触点。

8、连接点例如是连接器，例如母连接器。连接器可以包括例如由塑料制成的连接器壳体。连接器壳体例如从印刷电路板突出。外部设备可以电连接至连接点并且从电池单元被供应电力。外部设备例如包括电动自行车的电动机。替选地或者附加地，其他电负载，例如小型电负载，可以连接至连接点。例如，可以经由连接点同时向电动自行车的多个电气部件供应电能。

9、连接点包括例如用于电连接和机械连接至对应连接点（例如公连接器）的对应触点或引脚的若干触点。例如，连接点包括用于向外部设备供应电池的主电压的两个触点。主电压例如为48 v。此外，连接点可以包括两个辅助触点，用于向附加的电气部件供应低于主电压的电压，例如12 v。替选地或者附加地，连接点可以包括用于can总线的触点。

10、保护电路被设计成在操作期间针对过电流和/或过电压进行保护。在操作期间，电池单元例如经由电池管理单元放电。替选地或者附加地，电池单元可以在操作期间经由电池管理单元充电。这意味着保护电路专门设计成在电池单元的放电和/或充电期间针对过电流和/或过电压进行保护。

11、保护电路被配置成在过电流和/或过电压的情况下使电池管理单元断开接触点与连接点之间的电连接。特别地，保护电路被配置成检测这样的过电流或过电压，然后为电池管理单元生成对应的控制信号。

12、保护电路包括例如用于表示操作期间的电流和/或电压的电输入信号的一个或更多个输入端，以及用于电控制信号的一个或更多个输出端。保护电路具体地被配置成基于输入信号确定是否存在过电流和/或过电压，并且在这种情况下，生成用于电池管理单元的一个或更多个电气部件、特别是用于一个或更多个电子开关的控制信号。然后，控制信号在操作期间经由输出端之一输出，并且使得接触点与连接点之间的电连接断开，特别是断开充电或放电过程。

13、整个保护电路集成在单个芯片中。芯片具有例如至多10x10mm²或者至多7x7mm²的尺寸。

14、根据至少一个实施方式，芯片是fpga。

15、根据至少一个实施方式，保护电路是可配置的混合信号矩阵。换句话说，该芯片是混合信号ic。这包括模拟部件和数字部件。混合信号矩阵是在可配置的网格布置中将模拟信号路径和数字信号路径两者进行组合的集成电路结构。混合信号矩阵实现了半导体器件内模拟信号和数字信号的灵活互连和处理。矩阵包括可编程节点，所述可编程节点可以执行各种信号处理功能——例如放大、转换（ad/da）、开关或逻辑操作。由于其可重新配置的架构，混合信号矩阵可以适应不同的应用，并且能够在单个平台上实现复杂的信号处理系统。

16、根据至少一个实施方式，保护电路提供针对短路的保护。特别地，保护电路被配置成基于输入信号确定在电池单元的充电或放电期间是否发生短路，并且如果检测到短路，则生成对应的控制信号。

17、根据至少一个实施方式，保护电路在电池单元的放电期间提供针对过电流的保护。特别地，保护电路被配置成基于输入信号确定在电池单元的放电期间是否超过预定最大放电电流，并且如果超过预定最大放电电流，则生成对应的控制信号。

18、根据至少一个实施方式，保护电路在电池单元的充电期间提供针对过电流的保护。特别地，保护电路被配置成基于输入信号确定在电池单元的充电期间是否超过预定最大充电电流，并且如果超过预定最大充电电流，则生成对应的控制信号。

19、根据至少一个实施方式，保护电路在电池单元的充电期间提供针对过电压的保护。特别地，保护电路被配置成基于输入信号确定在电池单元的充电期间是否超过预定最大充电电压，并且如果超过预定最大充电电压，则生成对应的控制信号。

20、根据至少一个实施方式，电池管理单元包括用于断开连接点与接触点之间的电连接的电子开关。特别地，连接点因此可以经由该电子开关电连接至接触点，使得开关的断开或闭合断开或允许电流在接触点与连接点之间流动。电池管理单元可以包括多个电子开关。例如，连接点和接触点可以经由这些电子开关中的每一个彼此电连接。

21、根据至少一个实施方式，该电池管理单元包括多个电子开关，例如，用于断开电池单元的放电的至少一个电子开关以及用于断开电池单元的充电的至少一个电子开关。本文和下文中针对电子开关公开的所有特征也针对每个附加的电子开关公开。

22、根据至少一个实施方式，保护电路包括用于表示电池单元的放电期间的放电电流的输入信号的输入端。

23、根据至少一个实施方式，保护电路包括用于向电子开关输出控制信号的输出端。然后，控制信号被具体地配置成断开或闭合电子开关。

24、根据至少一个实施方式，输出端电连接至电子开关，使得开关可以接收控制信号。例如，输出端经由印刷电路板上的迹线连接至电子开关。

25、根据至少一个实施方式，保护电路被配置成将输入信号与阈值进行比较，并且基于该比较生成控制信号。阈值特别地表示最大允许放电电流。阈值是预定值或预设值。

26、根据至少一个实施方式，保护电路被配置成使得在比较之后延迟地生成控制信号，例如延迟几毫秒，例如在2 ms与10 ms之间，包括2 ms与10 ms。这允许保护电路被赋予更大的稳定性，因为例如，短异常值被抑制。例如，如果输入信号或放电电流在延迟时间内再次低于阈值，则不生成用于断开电连接的控制信号。

27、根据至少一个实施方式，电子开关是mosfet。

28、根据至少一个实施方式，保护电路具有用于另外的输入信号的另外的输入。另外的输入信号表示电池单元的放电期间的短路电流。替选地，附加输入信号表示电池单元的充电期间的充电电流。替选地，附加输入信号表示电池单元的电压。

29、根据至少一个实施方式，保护电路被配置成将附加输入信号与附加阈值进行比较，并且基于该比较生成控制信号。然后，该控制信号经由与上述与放电电流相关的相同的输出端或者经由不同的输出端输出。

30、即使对于附加输入信号，特别是如果该附加输入信号表示充电电流或电压，同样可以延迟地生成对应的控制信号。

31、根据至少一个实施方式，保护电路具有四个输入端，其中，设置第一输入端以用于第一输入信号，并且第一输入信号表示电池单元的放电期间的放电电流。设置第二输入端以用于第二输入信号，第二输入信号表示电池单元的放电期间的短路电流。设置第三输入端以用于第三输入信号，并且第三输入信号表示电池单元的充电期间的充电电流。设置第四输入端以用于第四输入信号，并且第四输入信号表示电池单元的电压。

32、根据至少一个实施方式，保护电路被配置成将四个输入信号中的每一个与对应的阈值进行比较，并且基于该比较生成控制信号。

33、接下来，描述电池。该电池是用于电动自行车的电池。具体地，电池是电动自行车的主电池，即用于为电动自行车的电动机供电的电池，该电池旨在用于推进电动自行车。

34、在至少一个实施方式中，电池包括根据本文中描述的实施方式之一的电池单元、壳体和电池管理单元。电池管理单元电连接至电池单元。电池单元容纳在壳体内。电池管理单元的至少一部分或者整个电池管理单元也可以容纳在壳体内。连接点可以从壳体的外部访问。

35、由于电池包括本文中描述的电池管理单元，因此针对电池管理单元公开的所有特征也针对电池公开，反之，针对电池公开的所有特征也针对电池管理单元公开。

36、电池可以包括多个电池单元，所有这些电池单元都布置在壳体内。电池单元例如彼此并联和/或串联连接。特别地，所有电池单元电连接至电池管理单元。电池管理单元与一个或更多个电池单元之间的电连接经由接触点建立。

37、壳体可以包括塑料和/或金属。电池单元例如被壳体完全封闭，例如以水密方式密封在壳体内。电池管理单元也布置在壳体内；然而，连接点可以从壳体的外部访问，例如，以将连接器插入到连接点中。

38、壳体的形状可以是细长的。电池管理单元例如布置在壳体的一个纵向端部的区域中。然后在壳体的该纵向端部处可以访问连接点。

39、接下来，描述电动自行车。电动自行车特别地是电动助力自行车。

40、在至少一个实施方式中，电动自行车包括根据本文中描述的实施方式之一的电池。此外，电动自行车包括具有用于推进电动自行车的电动机的驱动设备。驱动设备耦接至连接点，以从电池向驱动设备供应电能。

41、由于电动自行车包括本文中描述的电池，因此结合电池公开的所有特征也针对电动自行车公开，反之，结合电动自行车公开的所有特征也针对电池公开。

42、电动自行车特别地是中驱式电动自行车。这意味着驱动设备位于电动自行车的中心区域中，例如位于底部支架的区域中。电池例如位于电动自行车的框架内，具体地位于电动自行车的下管中。类似地，驱动设备可以位于框架内，例如位于电动自行车的下管中。

43、驱动设备例如经由插入到连接点中的插头耦接至电池。插头例如经由线缆电连接至驱动设备。一个或更多个附加电缆可以从插头延伸到一个或更多个附加电气部件，以从电池向这些部件供应电力。