电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池.pdf

《电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池.pdf（15页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102162820 A (43)申请公布日 2011.08.24 CN 102162820 A *CN102162820A* (21)申请号 201110038222.9 (22)申请日 2011.02.11 2010-029287 2010.02.12 JP G01R 15/20(2006.01) H01M 10/48(2006.01) (71)申请人 阿尔卑斯绿色器件株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 田村学 小石胜 野村雅俊 蛇口广行 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 刘建 (54) 发明名称 电流传感器及具备该电流。

2、传感器的蓄电池 (57) 摘要 本发明提供一种电流传感器及具备该电流传 感器的蓄电池， 其目的之一在于扩大电流检测范 围、 且提高响应速度。其中， 采用如下构成 ： 具备 因被测电流引发的感应磁场的施加导致电阻值改 变的磁检测元件、 被配置在磁检测元件的附近的 磁芯、 和产生削弱感应磁场的线圈， 在线圈中流动 着磁检测元件的输出电压在规定范围内的一定电 平的电流， 基于磁检测元件的输出电压进行被测 电流的检测。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 CN 102162821 A1。

3、/1 页 2 1. 一种电流传感器， 其特征在于， 具备 ： 磁检测元件， 因被测电流引发的感应磁场的施加导致电阻值改变 ； 磁芯， 被配置在所述磁检测元件的附近 ； 和 线圈， 产生削弱所述感应磁场的磁场， 在所述线圈中流动着所述磁检测元件的输出电压在规定范围内的一定电平的电流， 基 于所述磁检测元件的输出电压进行所述被测电流的检测。 2. 根据权利要求 1 所述的电流传感器， 其特征在于， 在所述磁检测元件的输出电压超过了规定范围时， 所述一定电平的电流阶梯改变， 所 述输出电压被保持在所述规定范围内。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的电流传感器， 其特征在于， 还具有 ： 信号处理。

4、部， 监视所述磁检测元件的输出电压 ； 和 电流控制部， 在所述磁检测元件的输出电压超过了规定范围时， 基于来自所述信号处 理部的信号来阶梯改变在所述线圈中的电流值， 并将所述输出电压保持在所述规定范围 内。 4. 根据权利要求 1 至 3 任一项所述的电流传感器， 其特征在于， 所述磁检测元件是磁阻效应元件。 5. 根据权利要求 1 至 4 任一项所述的电流传感器， 其特征在于， 根据所述磁检测元件的输出电压的改变程度， 来确定所述线圈中的电流值。 6. 一种蓄电池， 其特征在于， 设置了权利要求 1 至 5 任一项所述的电流传感器。 权 利 要 求 书 CN 102162820 A CN 。

5、102162821 A1/5 页 3 电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池 技术领域 0001 本发明涉及具有磁芯的磁比例式的电流传感器及具备该电流传感器的蓄电池。 背景技术 0002 在电动汽车中， 利用二次电池所蓄积的电力来驱动电动机， 并且该电动机驱动用 的电流大小， 例如是通过电流传感器检测的。作为该电流传感器例如有磁平衡式电流传感 器 ( 例如， 参照专利文献 1、 专利文献 2)。 0003 在该磁平衡式电流传感器中， 当在一次导体中流动被测电流时， 由于与被测电流 相应的一次磁场而在磁检测元件中产生输出电压， 并将从该磁检测元件输出的电压信号转 换成电流， 而流到由线圈组成的二次。

6、导体(进行负反馈)。 以由在该二次导体中流动的电流 发生的磁场(抵消磁场)和由被测电流产生的磁场相互抵消、 磁场总为零的方式进行动作。 此时， 将在二次导体中流动的电流转换成电压， 并作为输出来获取。 0004 【专利文献 1】 日本特开昭 55-101057 号公报 0005 【专利文献 2】 日本特开 2009-168644 号公报 0006 可是， 在磁平衡式电流传感器中， 因为需要以将从磁检测元件输出的电压信号转 换成电流之后进行负反馈， 以使抵消由被测电流产生的磁场， 并且将成为二次导体的线圈 电流 ( L/R) 转换成电压作为输出来获取， 因此存在着电流检测的响应速度低下的问 题。。

7、 发明内容 0007 本发明是鉴于上述问题进行的， 其目的之一在于提供一种电流检测的相应速度快 的电流传感器。 0008 本发明的电流传感器的一个形态， 其特征在于， 具备 ： 磁检测元件， 因被测电流引 发的感应磁场的施加导致电阻值改变 ； 磁芯， 被配置在磁检测元件的附近 ； 和线圈， 产生削 弱感应磁场的磁场， 在线圈中流动着磁检测元件的输出电压在规定范围内的一定电平的电 流， 基于磁检测元件的输出电压进行被测电流的检测。 0009 在本发明的电流传感器中， 优选在磁检测元件的输出电压超过了规定范围时， 一 定电平的电流阶梯改变， 输出电压被保持在所述规定范围内。 0010 在本发明的电。

8、流传感器中， 优选还具有 ： 信号处理部， 监视磁检测元件的输出电 压 ； 和电流控制部， 在磁检测元件的输出电压超过了规定范围时， 基于来自信号处理部的信 号来阶梯改变在线圈中流动的电流值， 并将输出电压保持在规定范围内。 0011 在本发明的电流传感器中， 优选磁检测元件是磁阻效应元件。 0012 在本发明的电流传感器中， 优选根据磁检测元件的输出电压的改变程度来确定在 线圈中流动的电流值。 0013 本发明的一种蓄电池， 其特征在于， 具备上述的电流传感器。 0014 ( 发明效果 ) 说 明 书 CN 102162820 A CN 102162821 A2/5 页 4 0015 根据本。

9、发明的一个方式， 在具备因被测电流引发的感应磁场的施加导致电阻值改 变的磁检测元件、 被配置在磁检测元件的附近的磁芯、 和产生削弱感应磁场的磁场的线圈 的电流传感器中， 由于在线圈中流动着在磁检测元件的输出电压的规定范围内且与被测电 流的大小相应的某一定电平的电流， 基于磁检测元件的输出电压进行被测电流的检测， 因 此与磁平衡式电流传感器相比， 可进行响应速度快的电流检测。 另外， 由于能够将从磁检测 元件输出的输出电压设在规定范围内， 因此能高精度地检测被测电流。 附图说明 0016 图 1 是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的一例的图。 0017 图 2 是说明本发明的实施方式所涉及。

10、的磁检测元件的输出电压和线圈电流之间 关系的图。 0018 图 3 是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的一例的图。 0019 图 4 是表示本发明的实施方式所涉及的电流传感器的动作一例的图。 0020 图 5 是说明本发明的实施方式所涉及的磁检测元件的输出电压和线圈电流之间 关系的图。 0021 图 6 是表示将本发明的实施方式所涉及的电流传感器应用于蓄电池的使用方式 的一例的图。 0022 图 7 是说明将本发明的实施方式所涉及的电流传感器应用于蓄电池情况下的磁 检测元件的输出电压和线圈电流之间关系的图。 0023 图 8 是说明将本发明的实施方式所涉及的电流传感器应用于蓄电池情况下的。

11、蓄 电池的使用范围的图。 0024 图 9 是表示电流控制部的电路结构的一例的图。 0025 符号说明 ： 0026 101- 磁检测元件， 102- 磁芯， 103- 线圈， 104- 电流控制部， 105- 信号处理部。 具体实施方式 0027 以下， 参照附图， 对本发明的实施方式进行详细说明。 0028 图 1 所示的电流传感器具有 ： 因被测电流 I 引发的感应磁场的施加导致电阻值改 变的磁检测元件 101、 被配置在磁检测元件 101 附近的磁芯 102、 及产生用于削弱因被测电 流 I 引发的感应磁场的磁场的线圈 103。 0029 作为磁检测元件 101， 能够使用 TMR( 。

12、隧道型磁阻效应元件 )、 GMR 元件 ( 特大型磁 阻效应元件 ) 等的磁阻效应元件、 霍尔元件或霍尔 IC 等的磁传感器。尤其是， 通过使用磁 阻效应元件， 从而能够加速电流检测的响应速度。 0030 可采用磁芯 102 被设置在流动被测电流 I 的导体周围、 且在该磁芯 102 周围设置 了线圈 103 的构成。磁检测元件 101 能够设置在磁芯 102 的缺口 (gap) 部。 0031 另外， 在图 1 所示的电流传感器中， 虽然与磁平衡式电流传感器同样具有线圈 103， 但是为磁比例式的结构 ： 在线圈 103 中流动着磁检测元件 101 的输出电压在规定范围 ( 阈值 ) 内的一。

13、定电平的电流， 基于磁检测元件 101 的输出电压进行被测电流检测。即、 在 本实施方式的电流传感器中， 不是总向线圈 103 流东抵消因被测电流 I 引发的磁场以使磁 说 明 书 CN 102162820 A CN 102162821 A3/5 页 5 场为零这样的电流， 来基于线圈电流进行被测电流I测定， 而是基于从磁检测元件101输出 的输出电压来进行被测电流的测定。另外， 为使磁检测元件 101 的输出电压被保持在规定 范围内， 而对线圈 103 设定与被测电流 I( 磁场 B1) 大小相应的一定电平的电流值。 0032 这样， 由于通过基于从磁检测元件 101 输出的输出电压来进行被。

14、测电流的测定， 从而磁检测元件 101 的响应速度为对电流的响应速度， 故与磁平衡式电流传感器相比， 可 进行响应速度快的电流检测。另外， 由于通过根据被测电流 I( 磁场 B1) 的大小对线圈 103 设定一定电平的电流值， 从而能将磁检测元件 101 的输出电压设在规定范围内， 故与未设 置线圈 103 的比例式电流传感器相比， 能提高检测灵敏度。 0033 接着， 参照图 2， 对本实施方式所示的电流传感器中的磁检测元件 101 的输出电压 和在线圈 103 中流动的一定电平的电流之间关系进行说明。 0034 在图 2 中， 示出由磁检测元件 101 检测出的输出电压的容许范围被设定在 。

15、V1 V2 的范围内， 输出电压的下限及上限的阈值电压分别被设定为 V3、 V4的情况。另外， 示出作为 在线圈 103 中流动的电流值， 设定了一定电平的电流值 (A1、 A2、 A3) 的情况。此外， 假设满足 V1 V2、 V3 V4、 V1 V3、 V4 V2、 且 A1 A2 A3。V1 V4、 A1 A3的值能够根据使用方 式适当设定， 作为一例， 能够假设 V1 0.5V、 V2 4.5V、 V3 1V、 V4 4V、 A1 0mA、 A2 5mA、 A3 10mA。当然， 并不限定于这些数值。 0035 在稳态下， 在线圈 103 中， 根据被测电流 I( 磁场 B1) 的大小。

16、范围设定了一定电平 的电流值 (A1、 A2、 A3中的任意一个 )， 磁检测元件 101 的输出电压被保持在阈值范围 V1 V4 内。 0036 在因被测电流I引发的磁场导致磁检测元件101的输出电压变得比阈值电压V4大 的情况下， 在线圈 103 中流动的一定电平的电流值阶梯 ( 例如， 从 A1至 A2) 改变。由于通过 线圈 103 的电流值的增加而产生削弱因被测电流 I 引发的磁场 (B1) 的磁场 (B2)( 变强 )， 因此能够将磁检测元件 101 的输出电压再次保持在规定范围内 (V3和 V4之间 )。并且， 在 线圈103中， 在磁检测元件101的输出电压的阈值内保持了一定电。

17、平的电流值(A2)， 基于磁 检测元件 101 的输出电压进行了被测电流的检测。 0037 同样地， 在因被测电流 I 引发的磁场导致磁检测元件 101 的输出电压变得比阈值 电压V3小的情况下， 为使磁检测元件101的输出电压处于规定范围内， 而使在线圈103中流 动的一定电平的电流值从 A2变为 A1， 磁检测元件 101 的输出电压被保持在 V3和 V4之间。 0038 即、 在本实施方式所示的电流传感器中， 只要磁检测元件 101 的输出电压处于规 定范围 (V3和 V4范围 ) 内， 在线圈 103 中流动的电流就为一定值， 但是在磁检测元件的输出 电压超过了规定范围时， 为使输出电。

18、压处于规定范围内， 而使在线圈中流动的电流值阶梯 改变。电流传感器检测的在导体中流动的电流值， 能根据磁检测元件 101 的输出电压和对 线圈 103 设定的一定电平的电流值来确定。 0039 这样， 通过将在线圈 103 中流动的电流值设定为一定电平、 并在规定范围内检测 来自磁检测元件 101 的输出电压， 从而能够高精度地检测导体的电流值， 并且能够扩大可 测定的电流范围。 0040 另外， 由于通过基于磁检测元件 101 的输出电压来检测导体的电流值， 从而磁检 测元件 101 的响应速度变为对电流的响应速度， 故与直接反馈磁检测元件 101 的输出电压 的磁平衡式电流传感器相比， 可。

19、进行响应速度快的电流检测。 例如， 在以往的磁平衡式电流 说 明 书 CN 102162820 A CN 102162821 A4/5 页 6 传感器中， 在假定磁芯的导磁率为 50、 线圈半径为 1mm、 线圈长度为 15cm、 线圈匝数为 4000 匝的情况下， 电感 L 约为 20mH， 当假定电流电压转换的电阻为 1000 时， 时间常数 20sec， 在负反馈电路中产生了 20sec 的延迟。另一方面， 在不进行负反馈的本发明的 电流传感器中， 由于不具有负反馈电路， 因此时间常数为 0。 0041 在上述的电流传感器中， 磁检测元件 101 的输出电压的检测以及对线圈 103 设定。

20、 的一定电平的电流值的控制， 能够通过电流控制部104进行。 电流控制部104既可以采用设 置在电流传感器内的构成， 也可以采用设置在与电流传感器连接的外部装置侧的构成。在 图 3 中示出设置了电流控制部 104 及控制该电流控制部 104 的信号处理部 105 的电流传感 器的一例。 0042 信号处理部 105， 输出磁检测元件 101 的电流检测结果， 并监视输出电压。监视输 出电压的结果， 在判断出需要变更线圈电流的情况下， 将该信号发送至电流控制部 104， 来 控制线圈 103 的电流值。具体而言， 具有如下功能 ： 判断磁检测元件 101 的输出电压是否在 规定范围内， 在输出电。

21、压超过了规定值的情况下， 改变线圈 103 的电流电平 ( 参照图 3(A)、 (B)。 0043 在图 9 中示出电流控制部 104 的电路结构的一例。通过来自信号处理部 105 的电 压信号 Vin 来控制 Iout。电路能够采用组合了运算放大器和晶体管的构成。以下， 参照图 4， 对本实施方式所示的电流传感器的动作进行说明。 0044 首先， 当信号处理部 105 检测来自磁检测元件 101 的输出电压 ( 步骤 1) 之后， 进 行该输出电压是否在规定范围内的判定 ( 阈值判定 )( 步骤 2)。 0045 在步骤 2 中， 在磁检测元件 101 的输出电压在规定范围内的情况下， 流经。

22、线圈 103 的电流值 ( 例如， A1) 不改变， 而继续保持 ( 步骤 3)。 0046 在步骤 2 中， 在磁检测元件 101 的输出电压不在规定范围内的情况下 ( 超过了阈 值的情况下 )， 通过电流控制部 104 阶梯改变 ( 例如， A1 A2) 线圈 103 中的电流值 ( 步骤 4)。接着， 检测将流经线圈 103 中的电流值变为 A2的状态下的磁检测元件 101 的输出电压 ( 步骤 5)， 然后进行该输出电压是否在规定范围内的判定 ( 阈值判定 )( 步骤 6)。 0047 在步骤 6 中， 在磁检测元件 101 的输出电压在规定范围内的情况下， 保持线圈 103 中的电流。

23、值 A2( 步骤 7)。 0048 在步骤 6 中， 在磁检测元件 101 的输出电压不在规定范围内的情况下 ( 超过了阈 值的情况下 )， 返回到步骤 4， 并进一步改变线圈 103 中的电流值 ( 例如， A2 A3)。然后， 通 过反复执行步骤 4 步骤 6 直至磁检测元件 101 的输出电压收敛在规定范围内为止， 来确 定流经线圈 103 的电流值。 0049 通过以上的动作， 能够根据磁检测元件 101 的输出电压来确定线圈 103 中的电流 电平。 0050 另外， 也可在磁检测元件 101 的输出电压没有收敛在规定范围内的情况下， 大致 测定该输出电压是什么程度的大小， 并基于该。

24、测定结果来确定将线圈 103 中的电流值设定 成哪个电流电平的构成。即、 在磁检测元件 101 的输出电压的改变程度在一定值以上的情 况下， 不是一个阶梯、 一个阶梯 ( 一个电平、 一个电平 ) 地改变线圈 103 中的电流值， 而是改 变2阶梯以上(参照图5)。 这样， 由于即使在流经导体的电流急剧增加的情况下， 也能省略 反复执行上述步骤 4 步骤 6 的动作， 故可缩短流经线圈 103 的电流值的确定时间， 可尽早 说 明 书 CN 102162820 A CN 102162821 A5/5 页 7 移向常态 ( 磁检测元件 101 的输出电压收敛在规定范围内的状态 )。 0051 (。

25、 电流传感器的使用方式 ) 0052 接着， 说明将上述的电流传感器使用于蓄电池的充放电控制来进行蓄电池的管理 的情况 ( 蓄电池管理系统 )。 0053 本实施方式所示的电流传感器通过对蓄电池的负极或正极进行设置， 从而能够进 行蓄电池的管理。具体而言， 如图 6 所示， 在对 Li 离子电池、 NiMH 电池、 铅蓄电池等进行充 放电的蓄电池端子， 设置电流传感器。 通过除了设置电流传感器之外， 还设置用于检测电压 和温度的传感器， 从而成为更高精度的蓄电池管理系统。根据电流传感器的电流值及电压 的测定值， 来计算蓄电池使用及充电所消耗的电能。 另外， 也可进行因温度改变导致蓄电池 的状态。

26、改变及电能的修正。 通过利用该电流传感器来计测、 累积蓄电池充放电的电流， 从而 能够进行蓄电池的余量管理。 0054 虽然在蓄电池使用时的情况和未使用时的情况下流动的电流值大不相同 ( 参照 图 7)， 但是通过使用本实施方式所示的电流传感器， 能够用一个电流传感器高精度地检测 使用时和未使用时的电流量。由于通过高精度地测定蓄电池的电流值， 从而可让累积误差 下降， 能够减小为了防止过充电、 过放电而对蓄电池设定的容限 ( 参照图 8)。结果， 可有效 地使用蓄电池， 例如通过将本实施方式所示的电流传感器应用到电动汽车等蓄电池中， 从 而能够延长行驶距离。 0055 本发明并不限定于上述实施。

27、方式， 可进行各种变更并实施。 另外， 上述实施方式中 的材料、 电流传感器的配置位置、 厚度、 大小、 制法等可适当变更并实施。除此之外， 本发明 在不脱离本发明宗旨的范围内可适当变更并实施。 0056 ( 工业上的可利用性 ) 0057 本发明能够应用于对为了管理电动汽车的二次电池的充放电所需的电流大小进 行检测的电流传感器。 说 明 书 CN 102162820 A CN 102162821 A1/8 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A2/8 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 1021628。

28、21 A3/8 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A4/8 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A5/8 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A6/8 页 13 图 6 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A7/8 页 14 图 7 说 明 书 附 图 CN 102162820 A CN 102162821 A8/8 页 15 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 102162820 A 。