(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式の電流センサを提供し、組電池を構成している電池セルの何れかに異常が発生したときに、それを的確に検出できる異常検出制御部を備えた組電池、又は電子機器を提供すること。【解決手段】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に流れる電流の周りに発生する磁束密度を検出するようにそれぞれに設けられている磁気検出部７ａ〜７ｃと、これら電池セル１ａ〜１ｃ及び磁気検出部７ａ〜７ｃ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、電池ブロック１０ｂも同様に、複数の電池セル２ａ〜２ｃと、磁気検出部８ａ〜８ｃと、放電回路３ｂとスイッチ４ｂとから構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルを複数個用い、該電池セルを直列と並列に組み合わせて接続した組電池において、
前記各電池セルに流れる電流を検出するための第１の電流センサを備え、
前記第１の電流センサが、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組電池。
【請求項２】
ｍ個の電池セルを並列に接続した電池ブロックを、ｎ個直列に接続した組電池において（ｍとｎは正の整数）、
前記組電池の全体の電流値を検出する第２の電流センサと、
各電池ブロック内の任意の（ｍ−１）個の前記電池セルに流れる電流を検出するための第１の電流センサを備え、
前記第１の電流センサが、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組電池。
【請求項３】
前記各第１の電流センサが、各電池セルの電流路付近に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記各第１の電流センサの出力値を用いて、組電池の充放電管理を行う充放電管理制御部を備えたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の組電池。
【請求項５】
前記各第１の電流センサの出力値から前記組電池の接続形態に応じた所定の処理によって、前記組電池の前記電池セルのいずれかに異常があったことを検出する異常検出制御部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の組電池。
【請求項６】
前記異常検出制御部が、第１閾値判定部と第２閾値判定部を備えていることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
【請求項７】
前記異常検出制御部が、前記第１閾値判定部と第２閾値判定部の判定結果に基づいて前記各電池セル又は前記各電流センサの異常を検出する異常検出部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
【請求項８】
前記磁気検出部が、前記各電池セルの電流路を囲むように発生する磁束密度を検出可能であ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組電池。
【請求項９】
前記電流センサが、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乃至８のいずれかに記載の組電池。
【請求項１０】
前記電流センサが、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乃至９のいずれかに記載の組電池。
【請求項１１】
前記電流センサが、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乃至１０のいずれかに記載の組電池。
【請求項１２】
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１１のいずれかに記載の組電池。
【請求項１３】
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１２に記載の組電池。
【請求項１４】
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１１のいずれかに記載の組電池。
【請求項１５】
前記電流センサが、磁性体を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の組電池。
【請求項１６】
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１５に記載の組電池。
【請求項１７】
前記電流センサが磁気シールドを設けていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の組電池。
【請求項１８】
前記磁気検出部が前記電流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１７のいずれかに記載の組電池。
【請求項１９】
電池セルを複数個用い、該電池セルを直列と並列に組み合わせて接続した組電池によって駆動される電子機器において、
前記組電池が、請求項１乃至１８のいずれかに記載の組電池であることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電管理制御部や電池セルの異常検出制御部を備えた組電池、又は電子機器に関し、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、小型で高精度な電流センサによる、充放電管理制御部や電池セルの異常検出制御部を備えた組電池、又は電子機器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充放電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、符号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、組電池システムの充放電管理については、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、組電池の状態、例えば電池温度や充電の進行状態等に応じて適切に充電を制御することができるようにしたもので、複数のモジュール電池の直列集合体からなる組電池において、前記組電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流を時間により積分処理して前記組電池の電池容量の初期値に加減算することにより電池容量の残容量を求める電池容量計測手段と、前記組電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記残容量が、電池温度に対応する容量基準値に達したとき所定の出力を生じる判断手段と、前記組電池の両端に接続されて充電を行い、前記出力を受けて充電電流を軽減しつつ補充電を行う充電装置とを備えたものである。
【０００５】
しかしながら、図１に示したような組電池では、並列関係にある各電池セルの内部インピーダンスが異なった場合、組電池全体の充電制御を正確に行っても、内部インピーダンスの相対的に低い電池セルに意図したより大きな電流が流れる。このために、該電池セルは過充電状態になり、性能が劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
また、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２がある。この特許文献２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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
例えば、特許文献３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。
【００１０】
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４が挙げられる。この特許文献４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。
【００１１】
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。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−１６３７８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２１６５号公報
【特許文献３】特開２００３−５１３５９６号公報
【特許文献４】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】
【００１３】
本発明は、こ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式の電流センサを提供し、ひいては正確な充放電管理ができ、組電池を構成している電池セルの何れかに異常が発生したときに、それを的確に検出できる異常検出制御部を備えた組電池、又は電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、電池セルを複数個用い、該電池セルを直列と並列に組み合わせて接続した組電池において、前記各電池セルに流れる電流を検出するための第１の電流センサを備え、前記第１の電流センサが、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。
【００１５】
電流値を、電流が流れる事によって発生する磁束密度を磁気検出部で検出する方法を採用する事で、シャント抵抗を用いる非測定電流路に抵抗を挿入して検出する方式で問題となる電力ロスの問題が解決できる。
【００１６】
さらに、外部トリガによって電流センサを駆動する事によって、前記電流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電流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。
【００１７】
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が、本発明で採用される電流センサでは、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、本発明で採用される電流センサについて、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】
また、請求項２に記載の発明は、ｍ個の電池セルを並列に接続した電池ブロックを、ｎ個直列に接続した組電池において（ｍとｎは正の整数）、前記組電池の全体の電流値を検出する第２の電流センサと、各電池ブロック内の任意の（ｍ−１）個の前記電池セルに流れる電流を検出するための第１の電流センサを備え、前記第１の電流センサが、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。
【００２０】
従来の組電池においても、組電池全体の電流値を検出するシャント抵抗を有しているものが一般的である（第２の電流センサ）。本発明は、そのシャント抵抗を利用することで、各電池セルに電流センサを設けなくても、（ｍ−１）個の電池セルの電流値を検出することで、すべての電池セルの電流値を演算により求めることが可能になる。電流検知手段の数を減少できるので、組電池の小型化などに好適である。
【００２１】
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、前記各第１の電流センサが、各電池セルの電流路付近に配置されていることを特徴とするものである。
電流路の周りに発生する磁束密度は、一般に電流路に近づくにつれ増大する。磁気検出部の出力を上げるために、例えば電流路から０．２ｍｍ以内などのように、電流センサは電流路付近に配置する事が好ましい。
【００２２】
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、前記各第１の電流センサの出力値を用いて、組電池の充放電管理を行う充放電管理制御部を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
組電池の充電方法としては、電池セル電圧が低い時は一定電流で充電し、電池セル電圧が所定の閾値に達した後は一定電圧にて充電を行い、充電電流が所定の閾値に達した時点で満充電とする定電流定電圧方式が知られている。各電池セルに対して電流検出を行う事で、各電池セルに流れる電流にばらつきがある場合でも、各電池セルにおいて充電電流が所定の閾値を超えないような充電電流管理が可能となる。
【００２４】
本発明の組電池は、充放電時に特に厳密な電圧、電流管理が求められるリチウムイオン二次電池の充放電管理に、特に好適である。
【００２５】
また、組電池の放電時には、各電池セルに流れる電流を検出し、それぞれを放電時間で積分する事により、各電池セルの放電容量を個別に計算することができる。このため、各電池セルの内部インピーダンスにばらつきがある場合でも、組電池の正確な残量予測が可能となる。
【００２６】
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、前記各第１の電流センサの出力値から前記組電池の接続形態に応じた所定の処理によって、前記組電池の前記電池セルのいずれかに異常があったことを検出する異常検出制御部を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
各電池セル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して対処することができる。さらに、異常が発生した電池セルを特定することも可能となる。
【００２８】
すなわち、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は、並列関係にある電池セル間の電流値の差が所定の閾値（第１の閾値）を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、直列接続した電池セル間の電流値の差が所定の閾値（第２の閾値）を越えたときに電流検出手段の異常とし、これらの異常判定から電流検出手段の異常と区別して組電池の異常の判定を行うことができる。
【００２９】
本発明の組電池は、リチウムイオンなどに代表される充放電を繰り返す２次電池の異常検知に、特に好適である。
【００３０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記制御部が、第１閾値判定部と第２閾値判定部を備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記制御部が、前記第１閾値判定部と第２閾値判定部の判定結果に基づいて前記各電池セル又は前記各電流センサの異常を検出する異常検出部を備えてい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、前記磁気検出部が、前記各電池セルの電流路を囲むように発生する磁束密度を検出可能であることを特徴とするものである。
【００３３】
磁気検出部を用いた電流センサは、通常電流路の周辺を磁性体コアで囲み、その磁性体コア中に磁気検出部を配設している。しかし、上述した電流センサを用いると、磁性体コアを含んでいるので、組電池がどうしても大型化してしまう。携帯機器などでは小型化が要求されており、組電池にも当然小型化が要求されているので、磁性体コアを用いないでも電流検知可能な小型電流センサが好ましい。
【００３４】
上述の例は、磁性体コアをフェライトで形成する一般的な電流センサについての場合である。磁性体コアをパーマロイなどの薄板で形成することでも、小型化を達成することは可能であるので、上記のような小型電流センサでも好適に利用可能である。
【００３５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記電流センサが、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。
【００３６】
本構成をとることで、電流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。
【００３７】
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、前記電流センサが、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。
【００３８】
電流センサが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。
【００３９】
また、複数個の磁気検出部を製造工程上同じ履歴を経たものとすることで、各電流センサを特性の似かよったものにすることができる。ｍ個の電池セルが並列に並んだ組電池における各電池セルの電流を測定するのに、上述したようなｍ個の磁気検出部を含んだ電流センサを用いることで、高精度に各電流値が検出可能になる。
【００４０】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記電流センサが、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。
【００４１】
本発明の組電池において、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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１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。
【００４４】
ホール効果を利用した磁気検出部を用いることにより、電流センサの出力が、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。
【００４５】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２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。
【００４６】
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、高分解能の電流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ＩＶ族半導体を用いることも可能である。
【００４７】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至１１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。
【００４８】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記電流センサが、磁性体を有することを特徴とするものである。
【００４９】
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電流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。
【００５０】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５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。
【００５１】
電流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。
【００５２】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記電流センサが磁気シールドを設けていることを特徴とする。
【００５３】
電池セルの電極やカバーなどは、一般的に磁性体を用いた材料で構成されることが多い。この材料が持つ残留磁束密度は、電池セルの電流検知に悪影響を及ぼす可能性があるのでその影響を排除するよう、磁気検出部周辺に磁気シールドを設けることができる。
【００５４】
加えて、パーソナルコンピュータなどでは、電池からの放電は短い時間間隔で変化することから、定常的な磁束密度（構成体の残留磁束密度）は無視して、時間的に変化する磁束密度（電池セルの電流に比例する成分）のみを検出する方法が有効である。ハイパスフィルターのような磁気シールドが好ましい。
【００５５】
また、前記の定常的な残留磁束密度の影響を無視できるような演算処理（アルゴリズム）が有効であることは言うまでもない。
【００５６】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載の発明において、前記電流センサが、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。
【００５７】
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。電流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。
【００５８】
また、被測定電流路に磁気検出部を近づけるため、電流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。
【００５９】
また、請求項１９に記載の発明は、電池セルを複数個用い、該電池セルを直列と並列に組み合わせて接続した組電池によって駆動される電子機器において、前記組電池が、請求項１乃至１８のいずれかに記載の組電池であることを特徴とする。
【００６０】
上述した組電池を用いて電子機器を駆動する事で、正確な充放電管理や、電池セルの異常を検出することが可能となり、安全性に優れる電子機器を提供する事ができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の組電池及びこれを用いた電子機器によれば、前記各電池セルに流れる電流を検出するための第１の電流センサを備え、前記第１の電流センサが、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ようにしたので、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式の電流センサを提供し、ひいては正確な充放電管理ができ、組電池を構成している電池セルの何れかに異常が発生したときに、それを的確に検出できる異常検出制御部を備えた組電池、又は電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００６３】
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、電流センサ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、電流センサ３個を一体の筐体に包含する必要もなく、電流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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、磁気検出部１１ａ〜１１ｃ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。
【００６７】
図３は、図２に示した電流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、電流センサ９ａ，９ｂと、制御部１５から構成されている。このブロック図は、電池セルの異常検出に適した構成である。電流検出を行う際には制御部１５が共通のトリガ信号を電流センサ９ａ，９ｂに入力し、それぞれの電流センサ９ａ，９ｂの検出信号を適切に取り込むように構成されている。また、制御部１５は、第１閾値判定部１５ａと第２閾値判定部１５ｂと電池セル異常検出部１５ｃと電流センサ異常検出部１５ｄとを備えている。
【００６８】
なお、この実施例では、３つの磁気検出部を持つ電流センサを、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。
【００６９】
図１２は、本発明に係る電流センサの一実施例の、より詳細なブロック構成図である。電流センサ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
なお、図１２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。
【００７４】
図１３は、図１２に示した電流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１２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。
【００７５】
図４は、本発明に係る組電池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。
【００７６】
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１に示したブロック構成から成る電流センサ９ａと、これら電池セル１ａ〜１ｃ及び電流センサ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。
【００７７】
また、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１に示したブロック構成から成る電流センサ９ｂと、これら電池セル２ａ〜２ｃ及び電流センサ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、電流センサ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。
【００７８】
電流センサ９ａ，９ｂのトリガ信号は、制御部１５から出力され、電流センサ９ａ，９ｂによる検出信号は、制御部１５（図示せず）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。
【００７９】
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、電流センサ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。
【００８０】
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電流センサの検出結果に応じて、組電池の充放電管理や各電池セルの異常検出を行うように構成されている。
【００８１】
図５は、本発明に係る組電池の動作を説明するための概念図である。図３および図４に示した構成における制御部１５による組電池の異常検出動作について以下に説明する。なお、説明を簡単にするために、周辺回路部分は省略し、電池セル部分のみの記載としてある。
【００８２】
図５において、電池セル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃと、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃの組み合わせを例に取り上げて説明する。磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃによって検出された電流値が、それぞれＩ１〜Ｉ６であったとする。
【００８３】
第１閾値判定部１５ａは、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃにより検出された電流値Ｉ１〜Ｉ６を所定の閾値ＴＨ１と比較し、例えば、│Ｉ１−Ｉ２│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ３−Ｉ１│＞ＴＨ１の場合に、両式に共通して存在する電池セル１ａの電池異常であるか、磁気検出部７ａの異常であることを判定するものである。
【００８４】
加えて、第２閾値判定部１５ｂは、例えば、│（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）│＞ＴＨ２の場合は、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃのいずれかが異常であり、│（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）│＞ＴＨ２でない場合は、電池セル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃのいずれかが異常であることを判定するものである。
【００８５】
これら第１閾値判定部１５ａと第２閾値判定部１５ｂの判定結果は、例えば上記のような所定の処理に基づき、それぞれ電池セル異常検出部１５ｃと電流センサ異常検出部１５ｄにより異常が検出される。
【００８６】
図６は、本発明に係る組電池の異常を検出する所定の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃの検出電流Ｉ１〜Ｉ６を読み取る（ステップＳ１）。次に、（Ｉ１−Ｉ２），（Ｉ２−Ｉ３），（Ｉ３−Ｉ１），（Ｉ４−Ｉ５），（Ｉ５−Ｉ６），（Ｉ６−Ｉ４）の絶対値が、所定の閾値ＴＨ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ２〜Ｓ７）。正常な場合は、Ｉ１とＩ２とＩ３、Ｉ４とＩ５とＩ６は余り変わらない値であり、いずれの絶対値もＴＨ１より小さな値となる。│Ｉ１−Ｉ２│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ３−Ｉ１│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル１ａの電池異常であるか、磁気検出部７ａの異常であることがわかる（ステップＳ２１）。
【００８７】
同様に、│Ｉ１−Ｉ２│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ２−Ｉ３│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル１ｂの電池異常であるか、磁気検出部７ｂの異常であることがわかる（ステップＳ３１）。
【００８８】
同様に、│Ｉ２−Ｉ３│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ３−Ｉ１│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル１ｃの電池異常であるか、磁気検出部７ｃの異常であることがわかる（ステップＳ４１）。
【００８９】
同様に、│Ｉ４−Ｉ５│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ６−Ｉ４│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル２ａの電池異常であるか、磁気検出部８ａの異常であることがわかる（ステップＳ５１）。
【００９０】
同様に、│Ｉ４−Ｉ５│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ５−Ｉ６│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル２ｂの電池異常であるか、磁気検出部８ｂの異常であることがわかる（ステップＳ６１）。
【００９１】
同様に、│Ｉ５−Ｉ６│＞ＴＨ１、かつ、│Ｉ６−Ｉ４│＞ＴＨ１の場合は、両式に共通して存在する電池セル２ｃの電池異常であるか、磁気検出部８ｃの異常であることがわかる（ステップＳ７１）。
【００９２】
次に、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）と（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）の差の絶対値が所定の閾値ＴＨ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。磁気センサ出力のキャリブレーションなどを行っていれば、ＴＨ２は０になる。（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）と（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）は同じ値となる筈であり、│（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）│＞ＴＨ２の場合は、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃのいずれかが異常である（ステップＳ１０）。この場合には、部品交換勧告などが行なわれる（ステップＳ１１）。
【００９３】
また、│（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）│＞ＴＨ２でない場合は、電池セル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃのいずれかが異常である（ステップＳ１２）。この場合には、使用停止などの対策を勧告する（ステップＳ１３）。
【００９４】
このような所定の処理を行うことにより、上述した場合のように、電池セル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃのいずれかが異常であるか、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃのいずれかが異常であるかの判断をすることができる。
【００９５】
以上の所定の処理より、│Ｉ１−Ｉ２│≦ＴＨ１、│Ｉ２−Ｉ３│≦ＴＨ１、│Ｉ３−Ｉ１│≦ＴＨ１、│Ｉ４−Ｉ５│≦ＴＨ１、│Ｉ５−Ｉ６│≦ＴＨ１、│Ｉ６−Ｉ４│≦ＴＨ１で、かつ、│（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）│≦ＴＨ２の場合は、組電池は正常であると判定することができる。
【００９６】
なお、これらすべての組み合わせについて判定を行わなくても判定可能な場合があり、また、電流値Ｉ１〜Ｉ６の値そのものを検討することによって異常判定することも可能である。例えば、電池セルの仕様から、ある値以上の電流が流れると発火などの異常が発生する確率が増加すると分かっていれば、その値以下であるかどうかを判定すればよい。
【００９７】
以上の所定の処理は、組電池を電子機器に組込み、その電子機器の使用中に、あるタイミング毎に行うことができる。また、放電時のみならず組電池の充電時にも、同様の検証を行うことができる。
【００９８】
また、充放電開始時などの電流値が急激に増減する過渡的なタイミングの電流変化波形を利用することも可能である。例えば、電流の立ち上がり時間などを測定することで、電池セルの内部インピーダンスなどを算出でき、それを利用して異常検出を行うことも可能である。
【００９９】
また、組電池には一般的にシャント抵抗５のように、組電池全体に流れる電流を検知する電流センサが設けられているので、例えば、本実施例では、並列接続されている電池セルの１つについては電流センサを設けなくても計算で電流値を求めることができる。よって、例えば、磁気検出部７ｃ及び８ｃは省略することも可能である。
【０１００】
図１４は、図２に示した電流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、本発明に係る電流センサ９ａ，９ｂと、制御部１５から構成されている。このブロック図は、電池セルの充放電管理に適した構成である。電流検出を行う際には制御部１５が共通のトリガ信号を電流センサ９ａ，９ｂに入力し、それぞれの電流センサ９ａ，９ｂの検出信号を適切に取り込むように構成されている。また、制御部１５は、計算部１５ｅと、電池残量記憶部１５ｆと、時間計測部１５ｇとを備えている。
【０１０１】
なお、この実施例では、３つの磁気検出部を持つ電流センサを、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。
【０１０２】
図１５は、本発明に係る充放電管理の方法を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、磁気検出部７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｃの検出電流Ｉ１〜Ｉ６を読み取る（ステップＳ１０１）。検出電流Ｉ１〜Ｉ６の方向によって、充電状態か放電状態かを判断する（ステップＳ１０２）。
【０１０３】
放電状態である時は、検出電流Ｉ１〜Ｉ６および時間計測部１５ｇで計測した放電時間とを用いて、それぞれの電池セルが放電した電荷Ｑ１´〜Ｑ６´を計算する。この値を前回記録した電池残量から引く事で、現在の電池残量Ｑ１〜Ｑ６とする（ステップ１０３）。この電池残量のいずれかが所定の閾値Ｑｍｉｎより小さい場合、電池残量がゼロであると判定し、アラートを出す（ステップ１０５）。
【０１０４】
充電状態である時は、各電池セルの電圧｜（Ｖ＋）−（Ｖｍｉｄ）｜、あるいは｜（Ｖｍｉｄ）−（Ｖ−）｜と所定の閾値Ｖｍａｘとを比較して、定電圧で充電するか、定電流で充電するかを判定する（ステップＳ１０７）。
【０１０５】
｜（Ｖ＋）−（Ｖｍｉｄ）｜＜Ｖｍａｘ、かつ｜（Ｖｍｉｄ）−（Ｖ−）｜＜Ｖｍａｘの場合、定電流にて充電を行う。この場合、Ｉ１〜Ｉ６の値を用いて所定の電流で充電を行うよう、フィードバック制御を行う（ステップＳ１０８）。
【０１０６】
｜（Ｖ＋）−（Ｖｍｉｄ）｜＞Ｖｍａｘ、または｜（Ｖｍｉｄ）−（Ｖ−）｜＞Ｖｍａｘの場合、定電圧にて充電を行う。この場合、検出電流Ｉ１〜Ｉ６の値のいずれかが所定の閾値Ｉｍｉｎ以下であるか判定を行い（ステップＳ１０９）、これがＩｍｉｎ以下であった場合は電池セルが満充電になったとして、充電を終了する（ステップＳ１１０）。
【０１０７】
充電が終了しない場合は、検出電流Ｉ１〜Ｉ６および時間計測部１５ｇで計測した放電時間とを用いて、それぞれの電池セルに充電された電荷Ｑ１´〜Ｑ６´を計算する。この値を前回記録した電池残量に加える事で、現在の電池残量Ｑ１〜Ｑ６とする（ステップ１１１）。
【０１０８】
これは、組電池の充放電管理の１サイクルの流れを示す一例であり、このサイクルを複数回繰り返すことで、例えば充電完了などの目的を達成することができる。
【０１０９】
以上のような判定を行う事で、各電池セルの内部インピーダンスが異なり、各電池セルに流れる電流値が異なる場合においても、いずれの電池セルも過充電状態、過放電状態とすることがなく、正確な充放電管理を行うことができる。
【０１１０】
なお、充放電管理の方法は上記の手法に限ったものではなく、電池温度などの他のパラメータを使用することでさらに正確な充放電管理も可能であることは言うまでもない。
【０１１１】
また、組電池には一般的にシャント抵抗５のように、組電池全体に流れる電流を検知する電流センサが設けられているので、例えば、本実施例では、並列接続されている電池セルの１つについては電流センサを設けなくても計算で電流値を求めることができる。よって、例えば、磁気検出部７ｃ及び８ｃは省略することも可能である。
【０１１２】
図７は、本発明に係る磁気センサの実装部分を示した図である。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。これを電流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電流センサを配置する。本実施例では、電流路を跨ぐように電流センサを配置した。電流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。
【０１１３】
磁気検出部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７に示す例は小型であり、組電池に内蔵しやすい。また、図７に示す例は電流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。
【０１１４】
さらに、大きな外乱磁場中でも一定の電流検出精度を確保するために、磁気シールドを設けても良い。磁気シールドを設ける場合は、例えば電流路と電流センサから成る測定系全体を磁性体で囲むことで、外乱磁場を低減する事ができる。
【０１１５】
図８は、本発明に係る電流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。
【０１１６】
図８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。
【０１１７】
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、これらの電流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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図１１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。磁気検出部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。
【０１２０】
図９は、図７及び図８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。
【０１２１】
この図９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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
図１０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。
【０１２５】
この図１０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に良く追従していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【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】本発明に係る電流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に示した電流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】本発明に係る組電池の回路構成図である。
【図５】本発明に係る組電池の動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明に係る組電池の異常を検出する所定の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図７】本発明に係る電流センサの実装部分を示した図である。
【図８】本発明に係る電流センサの構造を概略的に示した断面図である。
【図９】図５及び図６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１０】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１１】図８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１２】本発明に係る電流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１３】図１２に示した電流センサブロックのタイミングチャートである。
【図１４】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１５】本発明に係る組電池の異常を検出する所定の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【０１２７】
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  電流センサ
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
１５ａ  第１閾値判定部
１５ｂ  第２閾値判定部
１５ｃ  電池セル異常検出部
１５ｄ  電流センサ異常検出部
１７  リードフレーム
１８  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５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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【図１１】
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