電壓檢測電路的製作方法

2024-02-23 12:01:15

專利名稱：電壓檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測電池的電壓的電壓檢測電路。
背景技術：
鋰離子二次電池等在反覆進行充放電中，會產生相對充放電時間 的充放電的電壓的偏差。在二次電池的充放電中，從電池的耐久性或 者確保安全性的觀點出發，有必要禁止超過充電的上限電壓和低於放 電的下限電壓，並且，檢測電池的電壓的電路是必需的。作為檢測電
壓的電路的例子，有專利文獻l (日本特開2006-78323號公報)所記 載的電池組電壓檢測裝置1。電池組電壓檢測裝置1為所謂的電容式， 具備輸入側取樣開關S1 S9、快速電容器Cl、 C2、以及輸出側取樣 開關S10 S12。

發明內容
但是，在這樣的電池組電壓檢測裝置1中，將輸入側取樣開關S1 S9和輸出側取樣開關S10 S12交互地開和關並通過電容器Cl、 C2 檢測電壓，因而，不能夠實時地檢測電池的電壓。而且，由於必須具 備輸入側取樣開關S1 S9和輸出側取樣開關S10 S12，因而，構成 電池組電壓檢測裝置1的電壓檢測電路變得複雜。
本發明是鑑於這些問題而完成的，其目的在於提供以簡單的結構 能夠實時地檢測各電池的電壓的電壓檢測裝置。
為了解決上述問題，本發明所涉及的電壓檢測電路具備在電池的 正負兩端子之間連接的線圈、和與線圈磁結合的磁阻效應元件(MR元 件)。
在本發明所涉及的電壓檢測電路中，如果從電池向線圈流入電流， 則在線圈中產生對應於電池的電壓的磁場。而且，由於磁阻效應元件 (MR元件)和該線圈磁結合，因而，對應於在線圈中產生的磁場的強度，MR元件的自由層的磁化方向改變且磁阻改變。因此，可以基於
MR元件中的磁阻的變化來檢測電池的電壓。在本發明所涉及的電壓檢 測電路中，通過採用包括線圈和MR元件的磁耦合方式，不需要像現 有技術那樣設置輸入側和輸出側的開關並進行將它的兩側的開關相互 地開和關的作業，就能夠實時地檢測電池的電壓。
而且，優選還具備將來自MR元件的信號放大的放大單元。通過 使用放大單元將來自MR元件的信號放大，因此，即使MR元件的電 阻的變化微弱，也能夠高精度地檢測出電池的電壓的變化。
根據本發明所涉及的電壓檢測電路，能夠以簡單的結構來實時地 檢測電池的電壓。


圖1為模式地表示本發明的實施方式所涉及的電壓檢測電路1A的圖。
圖2為用於說明圖1的電壓檢測電路1A的動作的概略圖。
圖3為模式地表示使用電壓檢測電路1A的電壓檢測裝置50的圖。
圖4為用於說明電壓檢測裝置50的動作的流程圖。
圖5為用於說明電壓檢測裝置50的動作的流程圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對實施本發明的最佳方式進行詳細說明。在此， 在

中，對同一或者同等要素使用同樣的符號，省略重複的說 明。圖1為模式地表示本發明的實施方式所涉及的電壓檢測電路1A的 圖。圖2為用於說明具有磁耦合器Mc的電壓檢測電路1A的動作的概 略圖。而且，圖3為模式地表示使用電壓檢測電路1A的電壓檢測裝置 50的圖。而且，圖4和圖5為用於說明電壓檢測裝置50的動作的圖。
如圖1所示，電壓檢測電路1A具備在電池(二次電池)3的正 負兩端子之間通過輸入端子T1、 T2與電池3連接的線圈5;為了限制 在線圈5中流動的電流I而與線圈5串聯連接的電阻Ro;包括與線圈5 磁結合的磁阻效應元件(MR元件)RM的橋電路7;將從橋電路7的 兩個輸出端子DOl、 D02輸出的電壓V1、 V2之差放大的差動放大電路9。差動放大電路9作為將來自MR元件Rm的信號放大的放大単元 起作用。
在線圈5中，產生與線圈5中流動的電流I的大小成比例的磁場。 因此，通過線圈5能夠得到對應於電池3的電壓V ("I)的磁場。
橋電路7與線圈5電絕緣，在電源電位Vcc和接地電位GRD之間， 以MR元件RM和電阻R,的順序串聯連接的第1組電阻列、與以電阻 R2和電阻R3的順序串聯連接的第2組電阻列，以並聯連接的方式構成。 在MR元件RM和電阻R,的連接點上，設置有輸出電壓V1的第l輸出 端子D01;在電阻R2和電阻R3的連接點上，設置有輸出電壓V2的第 2輸出端子D02。
MR元件Rw為例如GMR (Giant Magneto resistance)元件，以與 線圈5相對的方式配置。MR元件RM由通過外部磁場而使磁化的方向 改變的自由層Lp、磁化的方向固定的固定層Ls、介於自由層Lp和固定 層Ls之間的非磁性中間層LM構成(參照圖2)。在MR元件Rm中， 通過對應於電池3的電壓而在線圈5中產生的磁場的影響，自由層LF 的磁化方向發生改變。而且，如果自由層LF的磁化方向發生改變，則 MR元件RM的電阻發生改變，且來自第1輸出端子DOl的電壓V1發 生改變。另一方面，來自第2輸出端子D02的電壓V2不發生改變。
差動放大電路9是為了得到從輸出端子DOl輸出的電壓V1與從 輸出端子D02輸出的電壓V2的差值而使用的放大電路。就差動放大 電路9而言，它的反轉輸入端子通過電阻R4與輸出端子D01連接，它 的非反轉輸入端子通過電阻R5與輸出端子D02連接。於是，從第1 輸出端子DOl輸出的電壓VI向差動放大電路9的反轉輸入端子輸入， 從第2輸出端子D02輸出的電壓V2向差動放大電路9的非反轉輸入
端子輸入。而且，反轉輸入端子通過反饋電阻R7與輸出端子連接，非
反轉輸入端子通過電阻R6與接地電位GRD連接。
而且，在本例中，R4=R5， R6=R7，如果為了說明的方便用相同記 號表示各電阻的電阻值的符號，則從差動放大電路9的輸出端子輸出 的電壓V崖p為(R7/R4) X (V2-V1)。該電壓VAMP通過電壓檢測電 路1A的輸出端子T3從後述的控制部61輸出。
以下，使用圖2，對包括由線圈5和MR元件RM構成的磁耦合器Mc的電壓檢測電路1A的具體的動作進行說明。如圖2所示，就本實 施方式所涉及的MR元件Rm而言，它的固定層Ls的磁化方向沿Y軸 方向固定，自由層Lp的容易磁化軸(即，磁化方向)朝向Z軸方向。 非磁性中間層LM介於固定層Ls和自由層LF之間。在本例中，非磁性 中間層LM由Cu等導電體形成，但是，它也可以由Al2Cb或者MgO等 絕緣體形成。
如圖2所示，如果電流I沿箭頭方向流動，則在線圈5中產生磁場 (B)(在自由層Lp附近為-Y軸方向)，受到該磁場的影響，MR元件 Rm的磁阻改変。具體而言，在電流I流動時，受到在線圈5中產生的 磁場的影響，自由層LF的磁化的朝向方向開始逐漸地改變為-Y軸方向 (與固定層Ls的磁化方向相反的方向)。因此，MR元件RM的電阻值 與電池3的電壓成比例地增加。
如果MR元件Rm的磁阻(阻抗)增加，則從橋電路7的輸出端子 DOl輸出的電壓Vl降低。而且，如果來自輸出端子DOl的電壓V1 降低，則來自差動放大電路9的電壓VAMP[= (RVR4) X (V2-V1)] 變大。如上所述，如果各電池3的電壓增加，則伴隨於此，來自差動 放大電路9的電壓vamp增加，因而，通過將各電池3的電壓和來自差 動放大電路9的電壓vamp適當地聯繫在一起，能夠檢測電池3的電壓。
圖3為模式地表示使用電壓檢測電路1A的用於電池組的電壓檢測 裝置50的圖。在該系統中，電壓檢測裝置50具備分別在構成電池 組33的各電池3的正負兩端子之間通過輸入端子Tl和T2連接的電壓 檢測電路1A;使各電池3充電的充電部71;使各電池3放電的電動機 (負載)81;以及控制開關SW1、 SW2的開和關的控制部61。
在本實施方式中，在例如將發動機(圖中沒有表示)和電動機81 作為驅動源一起使用的HEV (Hybrid Electric Vehicle)中，電池組33
作為電動機81的電源使用。
充電部71通過開關SW1與構成電池組33的一端的電池3的正極 端子連接。而且，構成電池組33的另一端的電池3的負極端子與接地 電位GRD連接。
電動機81的一端與接地電位GRD連接，其另一端通過開關SW2 與電池3和開關SW1之間連接。而且，在開關SW2和電動機81之間，
7設置有由HEV的使用者可以進行開關操作的開關SW3。
控制部61接受來自各電池3的電壓檢測電路1A的差動放大電路 9的電壓Vamp瑜出，以各電池3中的任一個都不超過上限電壓VMAX 且都不低於下限電壓Vm^的方式，控制開關SW1和SW2的開和關。 具體來說，在充電時，控制部61將來自各電壓檢測電路1A的各
差動放大電路9的電壓vamp進行數字轉換，將該進行了數字轉換的電
壓V腦和預先決定並輸入的上限電壓V磁x進行比較。比較的結果，
在電壓VDK3為上限電壓Vmax以上的情況下，斷開開關SW1，結束充 電。另一方面，在電壓VDK5不到上限電壓vmax，進而為通常使用電壓
的情況下，依舊維持閉合開關SW1的狀態。
而且，在放電時，控制部61將來自各差動放大電路9的電壓VAMP
進行數字轉換，將該進行了數字轉換的電壓VDK)和預先決定並輸入的
下限電壓v應進行比較。比較的結果，在電壓v腦為下限電壓v國
以下的情況下，斷開開關SW2，結束可放電狀態。另一方面，在電壓 V腦比下限電壓V應大，進而為通常使用電壓的情況下，依舊維持閉 合開關SW2的狀態。
而且，本實施方式的控制部61具有，在HEV中以電壓VDKj進入 通常使用的電壓範圍的上端和下端以內的方式控制開關SW1、 2的功 能。
接著，參照圖4和圖5對電壓檢測裝置50的動作進行說明。首先， 在圖4中，對充電時的電壓檢測裝置50的動作進行說明。如果通過從 控制部61輸出的觸發信號使向電池組33的充電開始，則斷開開關SW1 和SW2，進行初始化(S201)。然後，通過各電壓檢測電路1A分別 輸出各電池3的電壓vamp (S202)。輸出的各個電壓vamp通過控制 部61被數字轉換為電壓VDI(3，並和上限電壓Vmax迸行比狡(S203)。 在一個以上的電壓VDK3為上限電壓VMAX以上的情況下，通過控制部 61使充電停止(S206)。另一方面，在全部的電壓VrMG不到上限電壓 Vmax的情況下，控制部61依舊維持閉合開關SW1的狀態。而且，在 依舊維持閉合開關SW1的狀態時，將"是通常使用的電壓範圍的上限 以下"作為條件(1)，通過控制部61進一步判斷是否滿足該條件(1) (S205)。其結果，在滿足條件(1)時回到S202，在不滿足條件(1)時結束充電。
接著，使用圖5對放電時的電壓檢測裝置50的動作進行說明。如 果通過從控制部61輸出的觸發信號使電池組33的放電開始，則斷開 開關SW1和SW2，迸行初始化(S301)。然後，通過各電壓檢測電路 1A分別檢測各電池3的電壓V細p (S302)。檢測到的各個電壓VAMP 由控制部61數字轉換為電壓VDKJ，並和下限電壓Vm!n迸行比狡 (S303)。在一個以上的電壓VDK5為下限電壓V畫以下的情況下，通 過控制部61使放電停止(S306)。另一方面，在全部的電壓VDw比下 限電壓Vmcv大的情況下，控制部61依舊維持閉合開關SW2的狀態。 而且，在依舊維持閉合開關SW2的狀態時，將"是通常使用的電壓範 圍的下限以上"作為條件(2)，通過控制部61進一步判斷是否滿足 該條件(2) (S305)。其結果，在滿足條件(2)時回到S302,在不 滿足條件(2)時結束放電。
在本實施方式所涉及的電壓檢測電路1A中，在電池3的正負兩端 子之間連接有線圈5。因此，在線圈5中，產生對應於電池3的電壓的 磁場。而且，由於MR元件RM和該線圈5磁結合，因而，對應於在線 圈5中產生的磁場的強度，MR元件RM的自由層LF的磁化方向發生改 變，且磁阻發生改變。因此，基於MR元件Rm的磁阻的変化，可以檢 測到電池3的電壓。這樣，通過具備由線圈5和與線圈5磁結合的MR 元件RM構成的磁耦合器Mc，不需要設置輸入側和輸出側的開關並且 也不需要進行將該開關相互地開和關的作業，就能夠以簡單的結構實 時地檢測電池3的電壓。
而且，將從構成橋電路7的第1組電阻(Rm、 R。之間的輸出端 子DOl和第2組電阻(R2、 R3)之間的輸出端子D02輸出的電壓V1 和V2輸入到差動放大電路9中，通過放大電壓VI與電壓V2之差， 即使MR元件RM的電阻的變化微弱，也能夠高精度地檢測電池3的電 壓的變化。
而且，本實施方式的電壓檢測裝置50具備，將從各電壓檢測電路 1A輸出的各個電壓VAMP數字轉換為電壓VDrc，並以各電壓VDIG不為 上限電壓VMAX以上或者下限電壓VMIN以下的方式控制開關SWl、 2 的控制部61。於是，能夠確保構成電池組33的各電池3的耐久性或者安全性。進而，控制部61具有，在HEV中以電壓VDK)進入通常使用 的電壓範圍的上限和下限以內的方式控制開關SW1、 2的功能，因而， 能夠進一步有效地確保各電池3的耐久性或者安全性。
本發明不局限於上述實施方式，可以進行各種變形。例如，控制
部61將從電壓檢測電路1A輸出的電壓VAMp數字轉換為電壓VoK3，並
基於數字數據電壓VDKi控制開關SW1、 2，但是，也可以不對電壓VAMP
進行數字轉換，而通過將模擬數據電壓VAMP輸入到模擬比較電路中等
來控制開關SW1、 2。
而且，在本實施方式中，作為MR元件RM使用了 GMR元件，但 是不局限於此，也可以為例如隧道磁阻(TMR ( Tunneling Magnetoresistance))兀件等。
而且，圖3所示的系統具備通過第1開關SW1連接多個電池3的 充電部71、通過第2開關SW2連接多個電池3的負載81、以及基於 各電壓檢測電路1A的檢測結果控制第1開關SW1及第2開關SW2的 控制部61，其能夠利用於電動車或者混合動力汽車中。
權利要求
1.一種電壓檢測電路，其特徵在於，具備在電池的正負兩端子之間連接的線圈；與所述線圈磁結合的磁阻效應元件。
2. 根據權利要求l所述的電壓檢測電路，其特徵在於， 還具備將來自所述磁阻效應元件的信號放大的放大單元。
3. 根據權利要求l所述的電壓檢測電路，其特徵在於， 還具備包括所述磁阻效應元件的橋電路。
4. 根據權利要求3所述的電壓檢測電路，其特徵在於， 還具備在所述橋電路的兩個輸出端子之間連接的差動放大電路。
5. 根據權利要求l所述的電壓檢測電路，其特徵在於， 所述磁阻效應元件具有 由於外部磁場磁化方向發生改變的自由層； 磁化方向固定的固定層；介於所述自由層和所述固定層之間的非磁性中間層。
6. —種系統，具備分別和多個電池連接的多個電壓檢測電路，其 特徵在於，各電壓檢測電路具備在電池的正負兩端子之間連接的線圈；與所述線圈磁結合的磁阻效應元件。
7. 根據權利要求6所述的系統，其特徵在於， 具備-通過第1開關連接所述多個電池的充電部； 通過第2開關連接所述多個電池的負載；基於各所述電壓檢測電路的檢測結果控制所述第1開關和所述第 2開關的控制部。
全文摘要
本發明涉及一種電壓檢測電路(1A)，其具備在電池(3)的正負兩端子之間通過輸入端子(T1)和(T2)連接的線圈(5)；與線圈(5)磁結合的MR元件(RM)。通過採用這樣的結構，基於MR元件(RM)中的磁阻的變化可以實時地檢測電池(3)的電壓。
文檔編號G01R31/36GK101539594SQ20091012844
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月17日 優先權日2008年3月19日
發明者須藤大輔 申請人:Tdk株式會社