專利名稱：電壓檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測電池的電壓的電壓檢測電路。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池等在反復(fù)進(jìn)行充放電中，會產(chǎn)生相對充放電時(shí)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(diǎn)出發(fā)，有必要禁止超過充電的上限電壓和低于放 電的下限電壓，并且，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(xiàn)l (日本特開2006-78323號公報(bào))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(cè)取樣開關(guān)S1 S9、快速電容器Cl、 C2、以及輸出側(cè)取樣 開關(guān)S10 S12。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在這樣的電池組電壓檢測裝置1中，將輸入側(cè)取樣開關(guān)S1 S9和輸出側(cè)取樣開關(guān)S10 S12交互地開和關(guān)并通過電容器Cl、 C2 檢測電壓，因而，不能夠?qū)崟r(shí)地檢測電池的電壓。而且，由于必須具 備輸入側(cè)取樣開關(guān)S1 S9和輸出側(cè)取樣開關(guān)S10 S12，因而，構(gòu)成 電池組電壓檢測裝置1的電壓檢測電路變得復(fù)雜。
本發(fā)明是鑒于這些問題而完成的，其目的在于提供以簡單的結(jié)構(gòu) 能夠?qū)崟r(shí)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(fā)明所涉及的電壓檢測電路具備在電池的 正負(fù)兩端子之間連接的線圈、和與線圈磁結(jié)合的磁阻效應(yīng)元件(MR元 件)。
在本發(fā)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(chǎn)生對應(yīng)于電池的電壓的磁場。而且，由于磁阻效應(yīng)元件 (MR元件)和該線圈磁結(jié)合，因而，對應(yīng)于在線圈中產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，MR元件的自由層的磁化方向改變且磁阻改變。因此，可以基于
MR元件中的磁阻的變化來檢測電池的電壓。在本發(fā)明所涉及的電壓檢 測電路中，通過采用包括線圈和MR元件的磁耦合方式，不需要像現(xiàn) 有技術(shù)那樣設(shè)置輸入側(cè)和輸出側(cè)的開關(guān)并進(jìn)行將它的兩側(cè)的開關(guān)相互 地開和關(guān)的作業(yè)，就能夠?qū)崟r(shí)地檢測電池的電壓。
而且，優(yōu)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(jù)本發(fā)明所涉及的電壓檢測電路，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)來實(shí)時(shí)地 檢測電池的電壓。


圖1為模式地表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電壓檢測電路1A的圖。
圖2為用于說明圖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為用于說明電壓檢測裝置50的動作的流程圖。
圖5為用于說明電壓檢測裝置50的動作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在此， 在

中，對同一或者同等要素使用同樣的符號，省略重復(fù)的說 明。圖1為模式地表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電壓檢測電路1A的 圖。圖2為用于說明具有磁耦合器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為用于說明電壓檢測裝置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(fù)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(lián)連接的電阻Ro;包括與線圈5 磁結(jié)合的磁阻效應(yīng)元件(MR元件)RM的橋電路7;將從橋電路7的 兩個(gè)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(chǎn)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(yīng)于電池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(lián)連接的第1組電阻列、與以電阻 R2和電阻R3的順序串聯(lián)連接的第2組電阻列，以并聯(lián)連接的方式構(gòu)成。 在MR元件RM和電阻R,的連接點(diǎn)上，設(shè)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(diǎn)上，設(shè)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、介于自由層Lp和固定 層Ls之間的非磁性中間層LM構(gòu)成(參照圖2)。在MR元件Rm中， 通過對應(yīng)于電池3的電壓而在線圈5中產(chǎn)生的磁場的影響，自由層LF 的磁化方向發(fā)生改變。而且，如果自由層LF的磁化方向發(fā)生改變，則 MR元件RM的電阻發(fā)生改變，且來自第1輸出端子DOl的電壓V1發(fā) 生改變。另一方面，來自第2輸出端子D02的電壓V2不發(fā)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(zhuǎn)輸入端子通過電阻R4與輸出端子D01連接，它 的非反轉(zhuǎn)輸入端子通過電阻R5與輸出端子D02連接。于是，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(zhuǎn)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(zhuǎn)輸入
端子輸入。而且，反轉(zhuǎn)輸入端子通過反饋電阻R7與輸出端子連接，非
反轉(zhuǎn)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從后述的控制部61輸出。
以下，使用圖2，對包括由線圈5和MR元件RM構(gòu)成的磁耦合器Mc的電壓檢測電路1A的具體的動作進(jìn)行說明。如圖2所示，就本實(shí) 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介于固定層Ls和自由層LF之間。在本例中，非磁性 中間層LM由Cu等導(dǎo)電體形成，但是，它也可以由Al2Cb或者M(jìn)gO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(chǎn)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(shí)，受到在線圈5中產(chǎn)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?yōu)?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，則伴隨于此，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(dāng)?shù)芈?lián)系在一起，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的用于電池組的電壓檢測 裝置50的圖。在該系統(tǒng)中，電壓檢測裝置50具備分別在構(gòu)成電池 組33的各電池3的正負(fù)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(jī) (負(fù)載)81;以及控制開關(guān)SW1、 SW2的開和關(guān)的控制部61。
在本實(shí)施方式中，在例如將發(fā)動機(jī)(圖中沒有表示)和電動機(jī)81 作為驅(qū)動源一起使用的HEV (Hybrid Electric Vehicle)中，電池組33
作為電動機(jī)81的電源使用。
充電部71通過開關(guān)SW1與構(gòu)成電池組33的一端的電池3的正極 端子連接。而且，構(gòu)成電池組33的另一端的電池3的負(fù)極端子與接地 電位GRD連接。
電動機(jī)81的一端與接地電位GRD連接，其另一端通過開關(guān)SW2 與電池3和開關(guān)SW1之間連接。而且，在開關(guān)SW2和電動機(jī)81之間，
7設(shè)置有由HEV的使用者可以進(jìn)行開關(guān)操作的開關(guān)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(gè)都不超過上限電壓VMAX 且都不低于下限電壓Vm^的方式，控制開關(guān)SW1和SW2的開和關(guān)。 具體來說，在充電時(shí)，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(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，將該進(jìn)行了數(shù)字轉(zhuǎn)換的電
壓V腦和預(yù)先決定并輸入的上限電壓V磁x進(jìn)行比較。比較的結(jié)果，
在電壓VDK3為上限電壓Vmax以上的情況下，斷開開關(guān)SW1，結(jié)束充 電。另一方面，在電壓VDK5不到上限電壓vmax，進(jìn)而為通常使用電壓
的情況下，依舊維持閉合開關(guān)SW1的狀態(tài)。
而且，在放電時(shí)，控制部61將來自各差動放大電路9的電壓VAMP
進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，將該進(jìn)行了數(shù)字轉(zhuǎn)換的電壓VDK)和預(yù)先決定并輸入的
下限電壓v應(yīng)進(jìn)行比較。比較的結(jié)果，在電壓v腦為下限電壓v國
以下的情況下，斷開開關(guān)SW2，結(jié)束可放電狀態(tài)。另一方面，在電壓 V腦比下限電壓V應(yīng)大，進(jìn)而為通常使用電壓的情況下，依舊維持閉 合開關(guān)SW2的狀態(tài)。
而且，本實(shí)施方式的控制部61具有，在HEV中以電壓VDKj進(jìn)入 通常使用的電壓范圍的上端和下端以內(nèi)的方式控制開關(guān)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(jìn)行說明。首先， 在圖4中，對充電時(shí)的電壓檢測裝置50的動作進(jìn)行說明。如果通過從 控制部61輸出的觸發(fā)信號使向電池組33的充電開始，則斷開開關(guān)SW1 和SW2，進(jìn)行初始化(S201)。然后，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(gè)電壓vamp通過控制 部61被數(shù)字轉(zhuǎn)換為電壓VDI(3，并和上限電壓Vmax迸行比狡(S203)。 在一個(gè)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(guān)SW1的狀態(tài)。而且，在 依舊維持閉合開關(guān)SW1的狀態(tài)時(shí)，將"是通常使用的電壓范圍的上限 以下"作為條件(1)，通過控制部61進(jìn)一步判斷是否滿足該條件(1) (S205)。其結(jié)果，在滿足條件(1)時(shí)回到S202，在不滿足條件(1)時(shí)結(jié)束充電。
接著，使用圖5對放電時(shí)的電壓檢測裝置50的動作進(jìn)行說明。如 果通過從控制部61輸出的觸發(fā)信號使電池組33的放電開始，則斷開 開關(guān)SW1和SW2，迸行初始化(S301)。然后，通過各電壓檢測電路 1A分別檢測各電池3的電壓V細(xì)p (S302)。檢測到的各個(gè)電壓VAMP 由控制部61數(shù)字轉(zhuǎn)換為電壓VDKJ，并和下限電壓Vm!n迸行比狡 (S303)。在一個(gè)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(guān)SW2的狀態(tài)。 而且，在依舊維持閉合開關(guān)SW2的狀態(tài)時(shí)，將"是通常使用的電壓范 圍的下限以上"作為條件(2)，通過控制部61進(jìn)一步判斷是否滿足 該條件(2) (S305)。其結(jié)果，在滿足條件(2)時(shí)回到S302,在不 滿足條件(2)時(shí)結(jié)束放電。
在本實(shí)施方式所涉及的電壓檢測電路1A中，在電池3的正負(fù)兩端 子之間連接有線圈5。因此，在線圈5中，產(chǎn)生對應(yīng)于電池3的電壓的 磁場。而且，由于MR元件RM和該線圈5磁結(jié)合，因而，對應(yīng)于在線 圈5中產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，MR元件RM的自由層LF的磁化方向發(fā)生改 變，且磁阻發(fā)生改變。因此，基于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(jié)合的MR 元件RM構(gòu)成的磁耦合器Mc，不需要設(shè)置輸入側(cè)和輸出側(cè)的開關(guān)并且 也不需要進(jìn)行將該開關(guān)相互地開和關(guān)的作業(yè)，就能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí) 時(shí)地檢測電池3的電壓。
而且，將從構(gòu)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(shí)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(gè)電壓VAMP數(shù)字轉(zhuǎn)換為電壓VDrc，并以各電壓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(guān)SWl、 2 的控制部61。于是，能夠確保構(gòu)成電池組33的各電池3的耐久性或者安全性。進(jìn)而，控制部61具有，在HEV中以電壓VDK)進(jìn)入通常使用 的電壓范圍的上限和下限以內(nèi)的方式控制開關(guān)SW1、 2的功能，因而， 能夠進(jìn)一步有效地確保各電池3的耐久性或者安全性。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，可以進(jìn)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(shù)字轉(zhuǎn)換為電壓VoK3，并
基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)電壓VDKi控制開關(guān)SW1、 2，但是，也可以不對電壓VAMP
進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，而通過將模擬數(shù)據(jù)電壓VAMP輸入到模擬比較電路中等
來控制開關(guān)SW1、 2。
而且，在本實(shí)施方式中，作為MR元件RM使用了 GMR元件，但 是不局限于此，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(tǒng)具備通過第1開關(guān)SW1連接多個(gè)電池3的 充電部71、通過第2開關(guān)SW2連接多個(gè)電池3的負(fù)載81、以及基于 各電壓檢測電路1A的檢測結(jié)果控制第1開關(guān)SW1及第2開關(guān)SW2的 控制部61，其能夠利用于電動車或者混合動力汽車中。
權(quán)利要求
1.一種電壓檢測電路，其特征在于，具備在電池的正負(fù)兩端子之間連接的線圈；與所述線圈磁結(jié)合的磁阻效應(yīng)元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓檢測電路，其特征在于， 還具備將來自所述磁阻效應(yīng)元件的信號放大的放大單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓檢測電路，其特征在于， 還具備包括所述磁阻效應(yīng)元件的橋電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓檢測電路，其特征在于， 還具備在所述橋電路的兩個(gè)輸出端子之間連接的差動放大電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓檢測電路，其特征在于， 所述磁阻效應(yīng)元件具有 由于外部磁場磁化方向發(fā)生改變的自由層； 磁化方向固定的固定層；介于所述自由層和所述固定層之間的非磁性中間層。
6. —種系統(tǒng)，具備分別和多個(gè)電池連接的多個(gè)電壓檢測電路，其 特征在于，各電壓檢測電路具備在電池的正負(fù)兩端子之間連接的線圈；與所述線圈磁結(jié)合的磁阻效應(yīng)元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 具備-通過第1開關(guān)連接所述多個(gè)電池的充電部； 通過第2開關(guān)連接所述多個(gè)電池的負(fù)載；基于各所述電壓檢測電路的檢測結(jié)果控制所述第1開關(guān)和所述第 2開關(guān)的控制部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電壓檢測電路(1A)，其具備在電池(3)的正負(fù)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(jié)合的MR元件(R_M)。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，基于MR元件(R_M)中的磁阻的變化可以實(shí)時(shí)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(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者須藤大輔 申請人:Tdk株式會社