(57)【要約】【課題】小型化可能で電力ロスのない組電池を構成でき、組電池を構成する複数の電池セルの電流検出に適した、同時に複数の被測定電流検出が可能である磁気センサを提供すること。【解決手段】磁気センサ９は、複数の磁気検出部１１ａ〜１１ｃと、この磁気検出部１１ａ〜１１ｃの出力信号のサンプリング処理を行うサンプリング処理部１２ａ〜１２ｃと、外部トリガ信号に同期してサンプリング処理部１２ａ〜１２ｃを駆動するトリガ検出部１３と、サンプリング処理部１２ａ〜１２ｃの出力信号を取り込み、次のトリガまで保持するホールド処理部１４とから構成され、外部トリガ信号によって同時に複数の磁気検出部の出力信号をサンプリングする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検出部と、
磁気検出部の出力信号をサンプリング処理するサンプリング処理部と、
外部トリガ信号を検出するトリガ検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を保持するホールド処理部とを有し、
前記外部トリガ信号に同期して、前記磁気検出部と前記サンプリング処理部を駆動し、前記サンプリング処理部でサンプリングした前記磁気検出部の出力信号をホールド処理部で保持することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気検出部が検出する磁束密度に比例した出力を外部に出すことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気検出部を複数個有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記複数個の磁気検出部の出力差が第１の閾値をこえた場合、出力を外部に出すことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気検出部が、ホール効果を利用した磁気検出部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記ホール効果を利用した磁気検出部が、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体を有していることを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気検出部が、磁気抵抗効果を利用した磁気検出部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項８】
磁性体を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁性体の保磁力が、３０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記磁気検出部が、磁気センサの筐体側面より２００μｍ以下の場所にあることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関するものであり、より詳細には、磁気検出部を備え、被測定電流により発生される磁束密度を検出する、小型で高精度な磁気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の組電池においては、複数の電池セルを直列または並列に接続して構築し、組電池に装着した各種センサからの出力信号にて組電池の温度や電圧や電流を検出し、その検出結果に応じて各種制御や異常検出を行うように構成されている。
【０００３】
図１は、従来の組電池の概略構成を示す回路構成図である。ノートパソコン等で使用される電池は、図１に示すように、電池セル３個（１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃ）を並列に接続したものを２ブロック直列接続したものや、電池セル２個を並列に接続したものを３ブロック直列接続したものが利用されており、このような組電池においては、通常全電流が流れる箇所に電流センサとしてシャント抵抗５が配設されている。なお、符号３ａ，３ｂは放電回路、４ａ，４ｂはスイッチ、６は充放電切替スイッチを示している。
【０００４】
なお、組電池システムの異常検出方法及びその異常検出装置については、例えば、特許文献１がある。この特許文献１に記載のものは、組電池システムを構成している組電池ブロックの何れかに異常が発生したときに電流検出にてそれを的確に検出できるようにしたもので、複数の単電池（電池セル）を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブロックにその電流値を検出する電流センサを配設し、検出結果が入力される制御部で、組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムにて検出された各組電池ブロックの電流値を処理することで組電池ブロックの異常を検出するようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、図１に示したような組電池では、いずれかの電池セルの内部インピーダンスが異常に上昇するなどの異常が発生した場合でも、電流センサ５にはその影響が部分的にしか現れないため異常を的確に検出する事が困難であり、検出できた場合でも、どの電池セルに不良が発生しているかが直ちには判明せず、容易に適切な対処を行う事ができないという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、各電池セルの電流系路上に電流センサ（７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ）を置くことによって、各電池セルに流れる電流を検出し、並列関係にある電池セルの電流値を比較して内部インピーダンスが異常である電池セルを判別する方法が考えられる。
【０００７】
例えば、特許文献２のように、電流センサとしてシャント抵抗を使用する方法がある。しかし、電流センサとしてシャント抵抗を用いた場合は、電池に蓄えられた電力の一部がシャント抵抗においてジュール熱として消費されるため、電力ロスの問題があるうえ、電池容量が低下するので電池の連続使用時間が短くなるという問題が発生する。特に、各電池セルの電流経路上にシャント抵抗を配置した場合、シャント抵抗の数だけ電力ロスも倍加する。このため、シャント抵抗を採用するのは現実的ではない。
【０００８】
また、電流センサとして磁気センサを用いることも考えられる。磁気センサを使う場合、通常、電流路の周辺を磁性体コアで囲み、その磁性体中に磁気センサを配設することで磁束密度を増幅し、電流検出精度を向上させる。磁性体コアを使用した電流センサとしては、例えば、特許文献３が挙げられる。この特許文献３に記載の電流センサは、部品点数を減らして形状を小型化でき、生産・組立性を向上可能にし、安価で大量生産に適したもので、Ｕ字形状の導体と、磁気センサと、磁性体コアと、保持材のみを使用してコンパクトな構成とした電流センサである。しかし、特許文献３の実施例においても電流センサのサイズは２０ｍｍ×８ｍｍ×ｔ１９ｍｍ程度あり、これを電池セルの電流検出に用いようとすると、組電池が大型化するという問題が生じる。
【０００９】
さらに、近年の電子機器の処理速度向上に伴い、組電池に接続される負荷は高周波で変化する場合がある。このような場合は各電池セルに流れる電流も高速で時間変化しており、例えば各電池セルの電流を電流センサで順次サンプリングすると、各電流センサのサンプリング開始時間によって異なる電流を検出してしまい、各電池セルの内部インピーダンスが揃っている正常な状態であっても異常と判断してしまう問題が発生する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４２１６５号公報
【特許文献２】特開２００３−５１３５９６号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００３／０４６５８４パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型化可能で電力ロスのない組電池を構成でき、組電池を構成する複数の電池セルの電流検出に適した、同時に複数の被測定電流検出が可能である磁気センサを提供することにある。
【００１２】
また、この磁気センサの最良の実施形態においては、複数の電池セルを並列接続したものを複数直列接続した組電池において、それぞれの並列関係にある電池セルに流れる電流を検出し、これを適切な方法で比較する事で、組電池の電池セルのいずれかに異常があったことを検出することができる。また、より精密な制御が可能となる組電池の充放電管理に用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、磁気検出部と、磁気検出部の出力信号をサンプリング処理するサンプリング処理部と、外部トリガ信号を検出するトリガ検出部と、前記磁気検出部の出力信号を保持するホールド処理部と、を有し、前記外部トリガ信号に同期して、前記磁気検出部と前記サンプリング処理部を駆動し、前記サンプリング処理部でサンプリングした前記磁気検出部の出力信号をホールド処理部で保持することを特徴とするものである。
【００１４】
電流センサとして磁気センサを採用する事で、シャント抵抗を用いる非測定電流路に抵抗を挿入する方式で問題となる電力ロスの問題が解決できる。
【００１５】
さらに、外部トリガによって磁気センサを駆動する事によって、本発明の磁気センサを複数個使用した場合においても、全ての磁気検出部について出力信号のサンプリング処理を同期させ、同じ時間における各電流路の電流値の比較が可能となる。また、電流検出を行わない間は磁気センサを駆動しないため、消費電流を低減し、電力ロスを抑えることができる。
【００１６】
同時に磁気検出部の出力信号のサンプリング処理を行った場合、この出力信号を処理するためには、出力信号の取り込みも同時に行う必要がある。このため、通常であれば出力と同数のＡ／Ｄ変換器が必要となり、処理回路が大型化してしまう。
【００１７】
そこで、出力信号を保持し続けるホールド処理部を導入する事により、同時に出力信号を取り込む必要を無くした。この場合、出力信号を一つのＡ／Ｄ変換器で順次取り込むことができるため、処理回路が小型で済むことになる。
【００１８】
また、出力信号はアナログ値ではなく、デジタル値にし、順次出力を読みにいくことも当然可能である。
【００１９】
本発明の磁気センサは、複数の電池セルを並列接続したものを複数直列接続した組電池において、それぞれの並列関係にある電池セルに流れる電流を検出し、組電池の異常検出を行う異常検出方法において、特に好適である。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気検出部が検出する磁束密度に比例した出力を外部に出すことを特徴とするものである。
【００２１】
本構成をとることで、本発明の磁気センサが各電池セルを流れる電流値に比例した出力を出力でき、電圧値モニターの出力を併用すれば、各電池セルの内部インピーダンスの値も検出可能になる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気検出部を複数個有することを特徴とするものである。
【００２３】
複数個の磁気検出部を備え、これらの出力信号のサンプリング処理を同期させることによって、同じ時間における各電流路の電流値の比較が可能となる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記複数個の磁気検出部の出力差が第１の閾値をこえた場合、出力を外部に出すことを特徴とするものである。
【００２５】
複数の電池セルを並列接続したものを複数直列接続した組電池において、それぞれの並列関係にある電池セルに流れる電流を検出する場合、それぞれの電池セルに流れる電流値を出力するのではなく、それぞれの電流値（または、セルの内部インピーダンス）のアンバランスを検出して、ある閾値をこえた場合にアラームを出力するような構成にできる。
【００２６】
たとえば、各電池セルの内部インピーダンスの値が１５％ずれたらアラームを出力し、電池の使用中止を促すなどの応用が考えられる。この値は１５％に限られるものではなく、たとえば１０％から４０％程度の値まで適宜選択可能であり、それぞれの状態で出すアラームを変更することも可能である。
【００２７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記磁気検出部が、ホール効果を利用した磁気検出部であることを特徴とするものである。
【００２８】
ホール効果を利用した磁気検出部を用いることにより、磁気検出部の出力が、検知した磁束密度に比例することになるので、電流量や内部インピーダンスを検知する用途において、特に好適である。
【００２９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ホール効果を利用した磁気検出部が、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体を有していることを特徴とするものである。
【００３０】
III−Ｖ族化合物半導体を用いることで、ホールセンサのＳ／Ｎが向上するので、高分解能の磁気センサが必要な場合に好適となる。それほど分解能が必要でない用途においては、III−Ｖ族化合物半導体を用いることは必須ではなく、ＳｉなどＩＶ族半導体を用いることも可能である。
【００３１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかにに記載の発明において、前記磁気検出部が、磁気抵抗効果を利用した磁気検出部であることを特徴とするものである。
【００３２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、磁性体を有することを特徴とするものである。
【００３３】
例えば、磁気センサ内部に一片の磁性体を有することで、磁気センサの検出磁界方向を９０度回転させる事ができる。このような構成を採用することで、小型で配置自由度の高い磁気センサを提供可能となる。また、磁性体のもつ磁気増幅効果で、検出磁束密度を３〜４倍程度に増幅する事も可能であり、磁性体コアを使用しない小型電流センサの提供が可能となる。
【００３４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記磁性体の保磁力が、３０Ａ／ｍ以下であることを特徴とするものである。
【００３５】
磁気センサ内部に磁性体を有する場合、この材料がもつ残留磁束密度が電流検出精度に悪影響を及ぼす可能性がある。この影響が低減できるよう、磁性体材料として保磁力が小さいものを選定することが好ましい。例えば、硼素を添加することで保磁力を３０Ａ／ｍに抑えたＮｉＦｅ（パーマロイ）材料を使用した場合、後で説明する実施例において、磁性体のヒステリシス分に起因する検出電流エラーは１Ａの電流を流した場合で約４０ｍＡに抑えることができる。他の実施例では、磁気検出部の感度などを変更した場合、保磁力の値は１５０Ａ／ｍ程度まで適宜変更できる。
【００３６】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記磁気検出部が、磁気センサの筐体側面より２００μｍ以下の場所にあることを特徴とするものである。
【００３７】
磁性体コアを用いない場合、電流路を取り囲むように発生する磁束密度は、電流路からの距離に反比例して小さくなる。このため、電流検出精度を向上させるためには、磁気検出部を電流路に近接して配置できる構造が好ましい。磁気センサ筐体における磁気検出部上の樹脂層厚みが薄い構造とすることで、樹脂層表面を電流路直上に配置する構成において、磁気検出部をより電流路に近接させることが可能となる。
【００３８】
また、被測定電流路に磁気検出部を近づけるため、磁気センサ筐体の実装面側に磁気検出部を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の磁気センサによれば、磁気検出部と、磁気検出部の出力信号をサンプリング処理するサンプリング処理部と、外部トリガ信号を検出するトリガ検出部と、前記磁気検出部の出力信号を保持するホールド処理部と、を有し、前記外部トリガ信号に同期して、前記磁気検出部と前記サンプリング処理部を駆動し、前記サンプリング処理部でサンプリングした前記磁気検出部の出力信号をホールド処理部で保持するので、小型化可能で電力ロスのない組電池を構成でき、組電池を構成する複数の電池セルの電流検出に適した、同時に複数の被測定電流検出が可能である磁気センサを提供する事ができる。
【００４０】
なお、この磁気センサの最良の実施形態においては、複数の電池セルを並列接続したものを複数直列接続した組電池において、それぞれの並列関係にある電池セルに流れる電流を検出し、これを適切な方法で比較する事で、組電池の電池セルのいずれかに異常があったことを検出することができる。また、より精密な制御が可能となる組電池の充放電管理に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００４２】
図２は、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するためのブロック構成図で、本発明の磁気センサ９は、複数の磁気検出部１１ａ〜１１ｃと、サンプリング処理部１２ａ〜１２ｃと、トリガ検出部１３と、ホールド処理部１４ａ〜１４ｃとを備えている。本実施例での磁気検出部の数は３個であるが、用途に応じて適宜変更可能である。また、磁気センサ３個を一体の筐体に包含する必要もなく、磁気センサの配置場所の制約で、それぞれ３個を別筐体で設置することも当然可能である。
【００４３】
複数の磁気検出部１１ａ〜１１ｃによる検出信号は、それぞれサンプリング処理部１２ａ〜１２ｃによってサンプリング処理されるように構成されている。
【００４４】
また、サンプリング処理部１２ａ〜１２ｃでサンプリング処理された信号は、それぞれホールド処理部１４ａ〜１４ｃに入力され、次の信号が入力されるまで信号を保持し、適切に外部に出力するように構成されている。
【００４５】
また、サンプリング処理部１２ａ〜１２ｃは、トリガ検出部１３に入力される外部トリガ信号に同期して駆動され、一回のみサンプリングを行うように構成されている。また、磁気センサ１１ａ〜１１ｂの駆動回路も、トリガ検出部１３に入力される外部トリガ信号に同期して駆動させることができる。
【００４６】
図３は、図２に示した磁気センサを複数使用する場合の一実施例を説明するためのブロック構成図で、本発明に係る磁気センサ９ａ，９ｂと、制御部１５から構成されている。電流検出を行う際には制御部１５が共通のトリガ信号を磁気センサ９ａ，９ｂに入力し、それぞれの磁気センサ９ａ，９ｂの検出信号を適宜取り込むように構成されている。
【００４７】
なお、この実施例では、３つの磁気検出部を持つ磁気センサを、２つ使用したブロック構成で説明しているが、本発明の適用範囲は、このような構成に限定されるものではない。
【００４８】
図１０は、本発明に係る磁気センサの一実施例の、より詳細なブロック構成図である。磁気センサ９は、磁気検出部１１と、オフセットキャンセル回路２４と、信号増幅回路２５と、Ａ／Ｄ変換回路及びレジスタ回路２６と、スイッチ２７とを備えている。
【００４９】
磁気検出部１１による検出信号は、オフセットキャンセル回路２４によってサンプリングされ、同時に検出信号に含まれるオフセット成分が除去されるように構成されている。サンプリングされた信号は信号増幅回路２５によって所定のＡ／Ｄ変換分解能が得られるように増幅され、Ａ／Ｄ変換回路及びレジスタ回路２６によってデジタル値に変換された後、レジスタに値を保管される。
【００５０】
これら一連の信号処理回路は、電源端子２８ａとグラウンド端子２８ｂ間に入力される電源電圧Ｖｄｄによって駆動する。ただし、この電源電圧Ｖｄｄはスイッチ２７がＯＮとなることで初めて信号処理回路に印加される。スイッチ２７は、トリガ端子２８ｃから入力されるトリガ信号ＭＥＧ＿ＴＲＧによってＯＮされる。
【００５１】
また、レジスタに保管された値は、シリアルクロック端子２８ｄとシリアルデータ端子２８ｅを使用して、Ｉ２Ｃシリアル通信方式によって出力することができる。
【００５２】
なお、図１０においては磁気検出部を１つのみ設けているが、磁気検出部を複数設けていても、同様の構成が可能であることは言うまでもない。
【００５３】
図１１は、図１０に示した磁気センサブロックの動作を示す簡易的なタイミングチャートである。なお、本図上のＭＥＧ＿ＴＲＧは、図１０に示した信号ＭＥＧ＿ＴＲＧの電圧波形を示している。外部トリガ信号ＭＥＧ＿ＴＲＧが入力されていない間は、回路はスリープ状態となり、消費電力を抑える構成になっている。ＭＥＧ＿ＴＲＧが入力された場合、ＭＥＧ＿ＴＲＧの立ち上がりに同期してサンプリングが開始される。オフセットキャンセル、及びサンプリングが終わった後は、出力がラッチされ、自動的に回路はスリープ状態に戻る。
【００５４】
図４は、図３に示した磁気センサブロックを、組電池の異常検出装置へ適用する場合の回路構成図である。この組電池は、互いに直列に接続された２つの電池ブロック１０ａ，１０ｂと、この電池ブロックに接続された充放電切替スイッチ６と、この充放電切替スイッチ６に接続された電流センサとしてのシャント抵抗５とから構成されている。シャント抵抗５は、当然省略することも可能である。
【００５５】
電池ブロック１０ａは、互いに並列に接続されている複数の電池セル１ａ〜１ｃと、この電池セル１ａ〜１ｃに流れる電流を検出するために設けられている、図２に示したブロック構成から成る磁気センサ９ａと、これら電池セル１ａ〜１ｃ及び磁気センサ９ａのグループに並列に接続されている放電回路３ａとスイッチ４ａとから構成されている。また、磁気センサ９ａは、磁気検出部７ａ〜７ｃを有しており、磁気検出部７ａ〜７ｃは、それぞれ電池セル１ａ〜１ｃの電流を検出するように配置されている。
【００５６】
また、電池ブロック１０ｂは、互いに並列に接続されている複数の電池セル２ａ〜２ｃと、この電池セル２ａ〜２ｃに流れる電流を検出するために設けられている、図２に示したブロック構成から成る磁気センサ９ｂと、これら電池セル２ａ〜２ｃ及び磁気センサ９ｂのグループに並列に接続されている放電回路３ｂとスイッチ４ｂとから構成されている。また、磁気センサ９ｂは、磁気検出部８ａ〜８ｃを有しており、磁気検出部８ａ〜８ｃは、それぞれ電池セル２ａ〜２ｃの電流を検出するように配置されている。
【００５７】
磁気センサ９ａ，９ｂのトリガ信号は、制御部１５から出力され、磁気センサ９ａ，９ｂによる出力信号は、制御部１５に入力されるように構成されている。この出力信号はアナログ値でもデジタル値でもかまわない。
【００５８】
また、上述したように、各電池ブロック１０ａ，１０ｂには、放電回路３ａ，３ｂが配置されており、必要時にスイッチ４ａ，４ｂを用いて使用される。さらに、全電流が流れる箇所に単一の電流センサ（シャント抵抗）５が配設されている。これは、磁気センサ９ａもしくは９ｂでも代用可能である。また、充放電時の切り替えを行う充放電スイッチ６を用いて、電流の進行方向を適宜安全に切り替えている。
【００５９】
その他にも、組電池の温度や電池セルの電圧を検出する電圧検出部（Ｖｍｉｄ）なども設けられ、その出力信号は、制御部１５に入力されるように構成されている。また、制御部１５は、温度や電圧検出部ならびに磁気センサの検出結果に応じて、各電池セルの異常検出を行うように構成されている。また、組電池の精密な充放電管理に用いることができる。
【００６０】
図５は、本発明に係る磁気センサの、電流センサとしての実装例を示した図である。プリント基板もしくはフレキシブル基板などに設けられた複数の電流路に電流が流れると、それぞれの電流を取り囲むように磁束密度が発生する。これを磁気センサ内の各磁気検出部が個別に検知可能となる位置に磁気センサを配置する。本実施例では、電流路を跨ぐように磁気センサを配置した。磁気センサは内部に磁性体を有しており、後で説明するように基板表面と平行かつ電流の進行方向に垂直な磁束密度を検出可能なものである。
【００６１】
磁気センサを用いた電流センサでは、電流路を磁性体で囲む閉磁路を形成するタイプが一般的であるが、閉磁路を設けない図５に示す例は小型であり、組電池に内蔵しやすい。また、図５に示す例は磁気センサ内部の磁性体により磁場の進行方向を変換しているが、同時に電流から発生する磁場を増幅することも可能であり、微弱な電流検出に好適に使用可能である。
【００６２】
図６は、図５の実装例において最適となる磁気センサの構造を概略的に示した断面図である。なお、説明を簡略化するため、処理ＩＣなど一部省略し、磁気検出部のみを記載してある。
【００６３】
図６において、リードフレーム１７上に配置された半導体基板２０ａ〜２０ｃ上には、それぞれ磁気検出部１１ａ〜１１ｃが配置されており、磁気検出部１１ａ〜１１ｃの上には厚さが高々１５μｍ以内の磁性体２１ａ〜２１ｃが配置されている。ここで、磁性体２１ａ〜２１ｃは、磁気検出部１１ａ〜１１ｃに平行な磁束が発生した場合、磁束の進行方向を磁気検出部１１ａ〜１１ｃに垂直な方向に変化させるように配置されてある。
【００６４】
半導体基板２０ａ〜２０ｃ上には、磁気検出部と電気的に接続された図示しない電極が形成されており、リードフレーム１７と、ボンディングワイヤ１９により電気的に接続されている。そして、これらの磁気センサの構成部材は、磁気検出部１１ａ〜１１ｃの表面上の樹脂層厚みがｄとなるようにモールド樹脂１８により封止されて、湿度や腐食性ガスとの化学反応による腐食や、機械的な衝撃によるセンサの破壊から保護されるようになっている。
【００６５】
リードフレーム１７は、磁気検出部１１ａ〜１１ｃが実装基板２３と対抗するように整形されている。最適な実施例においては、実装基板２３上に設けられた複数の電流路２２ａ〜２２ｃの中心軸が、それぞれ磁気検出部１１ａ〜１１ｃの真下に配設されるようになっている。
【００６６】
図９は、図６の実装例における磁性体周りの配置と磁力線の詳細を示した図である。磁気センサに基板表面と平行かつ電流の進行方向に垂直な磁束が印加された場合、磁束の進行方向は図９に示すように磁性体２１のエッジ付近で基板表面に垂直方向に変化する。このため、磁気検出部１１を磁性体２１のエッジ上に配置する事で、磁気検出部１１上に磁束の垂直成分が発生することになる。この配置は、感磁面を垂直に貫く磁束を検出するホール素子において、特に好適である。
【００６７】
図７は、図５及び図６の実装例において、磁気検出部上の樹脂層の厚さｄと、電流路１１ａ〜１１ｃから、それぞれ磁気検出部２２ａ〜２２ｃに発生する磁束密度との関係を説明するための図で、断面形状が２ｍｍ×ｔ３５μｍである一般的な配線基板上の電流路（最大電流２Ａ）について、樹脂層の厚さｄを変化させながら磁気検出部に発生する磁束密度を計算したものである。なお、磁気検出部と電流路の組み合わせ（１１ａと２２ａ、１１ｂと２２ｂ、及び１１ｃと２２ｃ）は複数存在し、配線層の厚さにより、磁気センサの出力が変化することがわかる。
【００６８】
この図７に示した計算結果から、磁気検出部上の樹脂層の厚さｄを薄くすると、電流路から磁気検出部に発生する磁束密度が大きくなる事がわかる。
【００６９】
ノートパソコンなどで使用されるリチウムイオン電池セルを複数用いた組電池において、電流検出により各電池セルの異常検出を行うためには５０ｍＡ以上の精度が必要と言われている。磁気検出部としてＳ／Ｎ比に優れるＩｎＳｂを使用したホール素子を適用し、また磁性体の配置が最適化されている場合、ＩｎＳｂを使用したホール素子のＳ／Ｎ比を考慮すると、５０ｍＡ以上の精度を確保するためには少なくとも１Ａあたり０．２７ｍＴの発生磁束密度が必要である。従って、磁気検出部上の樹脂層の厚さｄは２００μｍ以下である必要があることがわかる。
【００７０】
なお、上述の実施例では、複数の電流路を一方向に並べた基板を仮定し、最適な磁気センサの構成を示したが、本発明の適用範囲は、このような構成に限定されるものではない。例えば、被測定電流以外の電流路から発生する磁束密度の影響を低減するために、それぞれの電流路が直交するような電流路に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
図８は、本発明の最良の実施形態において、電池セルの電流検出を行う際の検出精度を示す図であり、充放電テスタを使用して電池セルを０．７５Ｃの負荷で充放電した際の電流履歴を、シャント抵抗と、本発明における磁気センサとを使用して測定したものである。なお、この測定結果は組電池を構成するある一つの電池セルの電流に関するものである。
【００７２】
この図８に示した測定結果から、磁気センサによって検出される電流値は、シャント抵抗によって検出される電流値と比較しても遜色ないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の組電池の概略構成を示す回路構成図である。
【図２】本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するためのブロック構成図である。
【図３】図２に示した磁気センサを複数使用する場合の一実施例を説明するためのブロック構成図である。
【図４】図３に示した磁気センサブロックを、組電池の異常検出装置へ適用する場合の回路構成図である。
【図５】本発明に係る磁気センサの、電流センサとしての実装例を示した図である。
【図６】図５の実装例において最適となる磁気センサの構造を概略的に示した断面図である。
【図７】図５及び図６の実装例において、磁気検出部上の樹脂層の厚さと、電流路からそれぞれ磁気検出部に発生する磁束密度との関係を説明するための図である。
【図８】本発明の最良の実施形態において、電池セルの電流検出を行う際の検出精度を示す図である。
【図９】図６の実装例における磁性体周りの配置と磁力線の詳細を示した図である。
【図１０】本発明に係る磁気センサの一実施例の、より詳細なブロック構成図である。
【図１１】図１０に示した磁気センサブロックのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃ  電池セル
３ａ，３ｂ  放電回路
４ａ，４ｂ  スイッチ
５  シャント抵抗
６  充放電スイッチ
７ａ〜７ｃ，８ａ〜８ｃ  磁気検出部
９，９ａ，９ｂ  磁気センサ
１０ａ，１０ｂ  電池ブロック
１１，１１ａ〜１１ｃ  磁気検出部
１２ａ〜１２ｃ  サンプリング処理部
１３  トリガ検出部
１４  ホールド処理部
１５  制御部
１７  リードフレーム
１８  モールド樹脂
１９  ボンディングワイヤ
２０  半導体基板
２１，２１ａ〜２１ｃ  磁性体
２２，２２ａ〜２２ｃ  電流路
２３  実装基板
２４  オフセットキャンセル回路
２５  信号増幅回路
２６  Ａ／Ｄ変換回路及びレジスタ回路
２７  スイッチ
２８ａ〜ｅ  外部端子（２８ａ  電源端子、２８ｂ  接地端子、２８ｃ  トリガ端子、２８ｄ  シリアルクロック端子、２８ｅ  シリアルデータ端子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図９】
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