CN104169732B - 电池系统及充电放电测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透过正确测定二次电池充电放电时的容量变化，而得以进行适当的充电放电管理的充电放电测定装置；该充电放电测定装置以可将来自二次电池的电流互相切换于第一连接电路和第二连接电路的方式构成。该第一连接电路构成为将二次电池、负载电阻、及导体膜串联连接，而该第二连接电路构成为将二次电池、充电器、及该导体膜串联连接。而且，该充电放电测定装置具有电压检测单元，该电压检测单元为：具有磁性膜，该磁性膜平行配置于所述导体膜且对于从所述二次电池到所述负载电阻和所述充电器的连接以并联连接，而用以检测该磁性膜的电压变化。

Description

电池系统及充电放电测定装置

技术领域

本发明涉及二次电池充电及放电时的电力量管理系统及使用该管理系统的电池系统。

背景技术

近年来，以锂离子电池为首的蓄电池(二次电池)，随着高密度化与用途扩大，已日渐使用于笔记本计算机或移动电话等行动通讯装置、混合动力汽车、电动汽车，甚至还使用在住宅用蓄电池。在最近的环保问题等背景下，对减低能源消耗、减低电力消耗的要求正日益升高，蓄电池的利用上也期待能因应这种要求。但是，为了使蓄电池有助于电力消耗的减低，蓄电池的电力量管理(电池容量管理)是一大课题。

传统上，蓄电池的电力量管理是以蓄电池的端电压为基本，使用包含时间或温度讯息的经验式等来推知充电放电量，并进行管理控制。

然而，传统方法中，以电池的端电压为基本，考虑时间–温度讯息，针对蓄电池的蓄电情形(电池容量的变化)作间接式推知，故其推知精确度有极限，会因运转情形或使用环境条件而发生过度充电或充电不足的情形。而且，传统方法中，放电时(电池使用时)也会发生过度放电等问题。

此外，蓄电池中使用可燃性材料的情形很多，因过充电而引起着火的危险性等安全问题方面也受到责难。而且，使用者未能确实认识蓄电池充电不足的情形时，会有因充电时期较预期快而感到不便的缺失。另一方面，过放电也会在电池特性上缩短电池的性能寿命。又，蓄电池有显示残余量的情形中，残余量变少时，在电池特性上，由于会造成端电压突然下降，结果，在感觉上会有「电池用完」的时机较预期快，而和实际使用感不一致的不便情况。

上述问题的原因在于因为二次电池的运转情形或使用环境条件，使充电放电时的电池容量变化无法正确加以检测的缘故。

先前技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009－232659号公报

专利文献2:日本特开2001－332310号公报

发明内容

发明所欲解决的课题

本发明有鉴于上述问题而研创，其目的在于提供一种可透过正确测定二次电池充电放电时的容量变化，而得以适当地进行充电放电管理的电池系统及充电放电测定装置。

解决课题所使用的单元

具体而言，本发明的电池系统具有：二次电池，可进行充电放电；检查电阻，藉由检查开关连接于所述二次电池的端子间；一对外部端子，自所述二次电池的两电极延伸设置，且和所述检查电阻并联设置；电压计，测量所述二次电池的两电极间电压；放电电力测量单元，测量所述二次电池所放出的电力；定时器，测量充电时间及放电时间；及控制部，而所述控制部在藉由所述一对外部端子对所述二次电池进行充电时测量对从充电开始电压至充电结束电压为止的充电时间，充电结束后，藉所述检查开关使电流流到所述检查电阻；根据藉所述放电电力测量单元求得的所述检查电阻所消耗的电力和所述充电时间计算出残余电力量。

再者，本发明提供一种充电放电测定装置，其可将来自二次电池的电流互相切换于第一连接电路以及第二连接电路，该第一连接电路构成为将二次电池、负载电阻、及导体膜串联连接，而该第二连接电路则构成为将该二次电池、充电器、及该导体膜串联连接。该充电放电测定装置中，具有电压检测单元，该电压检测单元为：具有磁性膜，该磁性膜平行配置于所述导体膜且对从所述二次电池到所述负载电阻和所述充电器的连接以并联连接，而用以检测该磁性膜的电压变化。

如后所述，本发明人针对二次电池的容量变化，获得了使用磁性膜电力传感器测定的方式比测定电池端子间电压的传统方式有用的认知，并根据这种认知提供了本发明的充电放电测定装置。具体而言，本发明提供了可按每个充电放电使第一连接电路与第二连接电路交替切换的电路构成，而该第一连接电路为使和自二次电池往负载的电流并联的电流流通到磁性膜电力传感器的磁性膜的放电第一连接电路，而该第二连接电路则为和自蓄电池往二次电池的电流并联的电流流到相同磁性膜的充电第二连接电路。

再者，本发明权利要求1所述的充电放电测定装置，串联连接2个所述磁性膜，将直流电流所生磁场朝逆方向施加，所述电压检测单元则将2个所述磁性膜的电流方向的端部间输出电压施以差动放大并检测电压变化。

该充电放电测定装置的情况中，活用磁阻效应型的磁性膜电力传感器。磁阻效应型的磁性膜电力传感器测定电流方向的电压变化，故适于狭窄形状的电流路径，适于应用在智能电网等。其一方面如后所述，会在磁性膜电力传感器的输出电压产生巨大的偏电压。为了要将其消除(减低)，该充电放电测定装置中，串联连接2个磁性膜组件，使电流所生磁场朝相反方向施加。藉此方式，由于各磁性膜会产生相反的偏电压，只要使输出电压抵销，就可消除偏电压。

而且，该充电放电测定装置可将虚拟电阻串联连接于所述磁性膜，而所述电压检测单元则将所述磁性膜与虚拟电阻的电流方向端部间的输出电压施以差动放大并检测电压变化。

该充电放电测定装置活用了磁阻效应型的磁性膜电力传感器，但此处透过将虚拟电阻串联连接于磁性膜组件以消除偏电压。

此外，上述磁性膜也有将对电流方向具有预定倾斜角度θ1的短型狭窄状各磁性膜朝电流方向保留空间配置多个的情形。

该磁阻效应型的磁性膜电力传感器的磁性膜的情形中，组件磁性膜朝负载电流的方向保留间隔成膜为缟状。而且，该各缟状磁性膜分别对负载电流朝向形成倾斜。例如，负载电流的朝向为由左向右时，组件磁性膜为向右倾斜。在本说明书中，将这种构成的磁性膜称为「螺旋条状纹磁性膜」。在此情况中，藉所述直流电流所生的磁场(偏磁场)就不用施加。这是因为各组件磁性膜的磁场─电阻特性具有宛如受到偏磁场施而偏转的特性。

再者，该充电放电测定装置中，串联连接2个所述磁性膜；该磁性膜的一个朝电流方向空开空间配置多个对电流方向具有预定倾斜角度θ1的短型狭窄状各磁性膜，另一个则朝电流方向空开空间配置多个对电流方向具有和所述一个磁性膜相反的预定倾斜角度θ2的短型狭窄状各磁性膜；所述电压检测单元可以检测2个所述磁性膜整体电流方向的端部间的输出电压变化。

换言之，在采用上述螺旋条状纹型磁性膜，并以磁性膜对负载电流的朝向为彼此逆向倾斜的方式串联连接的情形中，例如，负载电流的朝向为由左向右时，一个组件的磁性膜为右倾斜，另一个组件的磁性膜为左倾斜的情形。在此构成的情况中，各自组件(磁性膜)呈差动式串联配置，可以零磁场点作为动作点而仅取出输出电压的变化。

此外，所述电压检测单元也可对所述磁性膜的电流方向检测宽度方向端部间的输出电压变化。

上述磁性膜电力传感器的磁性膜中，虽采用磁阻效应型的磁性膜电力传感器来测定电流方向的端部电压变化，但由于活用了用以测定磁性膜宽度方向的输出电压位移的所谓平面霍尔效应(PHE)型磁性膜电力传感器，所以也可实施二次电池的充电放电管理。在此情况下，虽然磁性膜有确保某种程度宽度的必要，但相反地，却可根本上避免输出偏电压，所以很有利。

另外，所述磁性膜优选为以金属磁性体、巨磁阻(GMR)组件、隧道磁阻(TMR)组件、高分子磁性体、具有磁阻效应的半导体为主成分。

发明的功效

若依本发明的充电放电测定装置，可通过正确测定二次电池在充电放电时的容量变化，以施行适当的充电放电管理。

附图说明

图1为显示本发明中磁性膜电力传感器的构造的示意透视图。

图2为说明图1所示磁性膜电力传感器的电力测定原理的示意图。

图3为直流电力测量用测量系统的示意电路图。

图4为显示图3所示连接电路的变化例，其为使磁阻效应型电力传感器1、1’串联连接，并设置成外部磁场H的施加方向相反的方式。

图5为电池放电特性的曲线图。

图6为不同放电电流下的电池端电压的一个变化例。

图7为显示不同温度环境下的电池的放电特性。

图8为藉电池对负载供应电力时、和从外部电源对电池充电时用以监看电力移动量(放电量、充电量)的电路。

图9为图8的电路中使用磁性膜电力传感器组件作为电力计的一个连接电路例。

图10为磁性膜电力传感器中使用平面霍尔效应(PHE型)型的磁性膜电力传感器1”的铅电池的充电放电测定装置的连接电路。

图11为图10的连接电路中充电时的磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1)：Vm)与从充电电流I1和电池的端电压所得的对电池的充电电力(黑方框记号(2))的时间变化曲线图。

图12为显示图10的连接电路中磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1))的合计量与充电电力的合计量的变化情形。

图13为显示图10的连接电路中放电时的磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1)：Vm)与从放电电流I1和负载电阻R1的端电压所得的负载消耗电力(放电电力为黑方框记号(2))的时间变化。

图14为显示图10的连接电路中磁性膜电力传感器1”的输出(Vm)合计量(黑圆记号(1)：ΣVmt)与负载电阻R1中消耗电力(放电电力)的合计量(黑方框记号(2))的变化情形。

图15为显示图10的连接电路中所用的磁性膜电力传感器1”的输出特性。

图16为显示图10的连接电路中充电时的磁性膜电力传感器1”的输出合计量(黑圆记号(2)：ΣVmt)与充电电力(黑方框记号(1))合计量的时间变化。

图17为显示图10的连接电路中放电时的磁性膜电力传感器1”的合计量(黑圆记号(2)：ΣVmt)、充电电力(黑方框记号(1))的合计量、磁性膜电力传感器1”的输出合计量的85％(黑三角记号(3))。

图18为显示放电时的磁性膜电力传感器1”输出(黑圆记号(1)Vm)、电池电力量的减少(2)、电池端电压(黑方框记号(3))的时间变化。

图19为显示图18的放电结束时电压11[V]改写为0，放电开始时电压(充满电时)改写为1[V]的情况。

图20为显示反复进行充电放电时的电池端电压(黑三角记号(3))、磁性膜电力传感器的输出(黑圆记号(1))、电力量的时间变化(黑方框记号(2))的图标。

图21为显示放电结束时电压11[V]改写为0、放电开始时电压(充满电时)改写为1时的反复充电放电时的电池端电压(黑三角记号(3))、磁性膜电力传感器的输出(黑圆记号(1))、电力量的时间变化(黑方框记号(2))。

图22为显示可使用电力量的概念图。

图23为本发明所涉及的电池系统的构成图。

图24为以本发明所涉及的电池系统确认充电电力量的动作图。

图25为以本发明所涉及的电池系统放电的动作图。

图26为显示螺旋条状纹型的磁阻效应型磁性膜电力传感器的磁性膜。

图27为显示设于磁性膜上部的倾斜导体膜与电极。

图28为显示长边方向的电压V1与磁场H的关系。

图29为显示差动型的螺旋条状纹型的磁阻效应型磁性膜电力传感器，其中，(a)为从上方观看时的照片，(b)为显示该磁性膜电力传感器使用于微带线路的测定的示意图。

图30为显示通常磁阻效应所产生的磁性膜电阻变化情形。

图31为显示因为不同倾斜度的螺旋条状纹样式而使螺旋条状纹型磁性膜的磁阻效应似在磁性膜的左右施加正负不同的偏磁场的特性。

图32为显示差动型的螺旋条状纹磁阻效应型磁性膜电力传感器的放大电路的连接情形。

图33为显示图32的具体测定系统。

图34的(a)显示图33的A－B端子间的输出特性，(b)为图33的C－B端子间的输出特性。

图35为显示图33的运算放大器的输出电压。

图36为显示与长轴平行地施加偏磁场时的测定系统示意图。

图37为显示图36的测定系统的输出特性。

图38为显示对导体膜流通负载电流(I1)时的电力计特性的测定系统。

图39为显示在不施加偏磁场的状态下使负载电流(I1)流通于导体膜时的输出特性。

图40为显示朝组件长边方向(磁性膜的长边方向)施加磁场所产生的输出变化。

图41为显示施加偏磁场时的测定系统。

图42为显示施加偏磁场时的本磁阻效应型磁性膜电力传感器的输出特性。

图43为使用于直流电力测量的传感器的磁阻响应曲线图。

图44为传感器B的磁阻效应特性图。

图45为组件的样式(pattern)图。

图46为直流电力测量的实验系统电路图。

图47为消耗电力与传感器输出的关系曲线图。

图48为传感器B的直流电力测量结果图。

图49为充电放电时的电路图。

图50为放电时的结果图。

图51为充电时的结果图。

图52为交流时的电力测定结果图。

图53为传感器小型化时的磁阻响应曲线图。

图54为传感器小型化时的电力测定结果图。

具体实施方式

发明的实施形态

以下针对本发明充电放电测定装置的具体实施形态及周边装置加以说明。首先，就本充电放电测定装置中用作电力测定单元的磁性膜电力传感器加以说明。

该磁性膜电力传感器1如图1所示，从上层依序形成有导体膜1a、绝缘膜1b、磁性膜1c的三层构造。导体膜1a、绝缘膜1b、磁性膜1c分别由例如铜Cu、聚酰亚胺基板、坡莫合金所构成。电流I1流经导体膜1a时，会产生磁场。此时，由于磁场H和电流I1成正比，故可写成H＝αI1。

因施加有磁场H，在磁性膜1c会发生磁阻效应，使电阻值改变。由于电阻值的变化量(ΔR)系和磁场H成正比，故可写成△R＝βH。然后，最终成为△R＝αβI1，故可知电阻的变化量(ΔR)和流经导体膜1c的电流成正比。

图2就图1所示磁性膜电力传感器1的电力测定原理加以说明。输入电流分别分流到并联配置的磁性膜电力传感器1的导体膜1a和磁性膜1b而成为电流I1、I2。导体膜1a串联配置有作为电力测定对象的负载R1(Load R1)，磁性膜1b则串联配置有用以确保电流I2的电阻R2。导体膜1a的电阻Rcu与磁性膜的电阻Rmr假设充分小于负载R1与电阻R2。从而，施加在电阻R2的电压V2可和输入电压Vin近似。同样的，施加在负载R1的电压V1也可和Vin近似。

此时，若磁性膜1b的电阻的变化量设为ΔRmr，则磁性膜1b的电压Vmr的变化量△Vmr可表示成△Vmr＝I2·△Rmr。由于和I2≒Vin/R2近似，所以形成了△Rmr＝αβ·I1。结果，就成为△Vmr＝(Vin/R2)αβ·I1。

由此，负载的消耗电力可表示为V1·I1≒(R2/αβ)△Vmr。此式中，因前半部分的(R2/αβ)为常数，故可知作用在磁性膜1b的电压的变化量△Vmr和消耗电力成正比。从而藉由测量该△Vmr的值即可知作用于负载的消耗电力。

本发明的电池系统及充电放电测定装置中，将这种磁性膜电力传感器1使用作电力测定单元。磁性膜电力传感器1因具有本身消耗电力低、输出即为电量的优点，故和传统的机械式合计电力量计相比较，有小型、轻量、制作容易的特点。即，磁性膜电力传感器1可以作为组装于各种电子设备、电池、电机设备的传感器来使用，适用于电池的充电放电管理与控制。

接着，参照图3揭示直流电力测量用的测量系统。以磁性膜电力传感器1而言，有PHE型(平面霍尔效应型)电力传感器、磁阻效应型电力传感器。平面霍尔效应型电力传感器在电流流经磁性膜时输出和电流成直角方向的电压变化。磁阻效应型电力传感器则在电流流经磁性膜时输出和电流相同方向的电压变化。

磁阻型电力传感器由于可输出和流经磁性膜的电流相同方向的端电压，故可将组件形成为细长型。但，在本质上会有发生巨大偏电压的问题。这是由于直流电压所生电力有难以测定的课题。后述的螺旋条状纹型的情况中，理想上，可抑制偏电压。但，实际上，由于构造的不一致、磁特性的不均衡，所以稍微会产生一些偏电压。

另一方面，平面霍尔效应型电力传感器中，不会有输出中发生偏电压的情形。但，对流经磁性膜的电流成直角的方向上需要有宽度，而有难以配置在电路连接线的问题。

从而，磁阻效应型电力传感器无法单独进行直流电力测定。磁阻效应型电力传感器必须除去该偏电压，以获得只有变化成分的电压信号。图3中，为了要消除偏电压，而将具有和磁性膜电力传感器1的磁性膜的偏移电阻相同电阻值的电阻R3串联连接，再透过将磁性膜与电阻R3的连接点接地(中心抽头)，只检测电压变化成分。

另外，朝和流经磁性膜电力传感器1的电流方向成直角的方向施加有偏磁场。或者，朝对电流流动方向成倾斜的方向预感应出磁性膜的易磁化轴。

图4为图3的连接电路的变化例，其设置成将磁阻效应型电力传感器1、1’串联连接，使外部磁场H的施加方向变成相反。而且，各个磁阻效应型电力传感器1、1’间的连接点为接地。若采用此电路构成，则偏移电压会互相抵消，磁场H所生的变化成分会朝正负相反方向变化。磁阻效应型电力传感器1、1’连接后的两端输出电压会进行差动式加总，成为图3所示情况的2倍。

因而，若依图3～图4所示组件连接方法，则磁阻效应型电力传感器的电力测量的缺点，因直流偏压的影响导致不能直流电力测量的问题就能解决。

接着，就电池的放电特性加以说明。图5为显示铅蓄电池放电特性的曲线图。其中，纵轴为端电压(Volt)，横轴为电力量(Wh)。新线为尚未劣化的电池，Old(旧)线为已劣化电池的放电特性。由该曲线图可知，电池的端电压会和放电一起逐渐降低，且可见在最后阶段端电压会急遽下降。而且，依据电池的劣化程度，端电压降低的电力量也不相同。

又，本发明中，作为对象的二次电池(可充电)可包含载设于许多车辆的铅蓄电池、锂离子电池、镍氢电池、一般广泛贩卖的镍镉电池等。其中任一种电池基本上都存在着如图5所示的随劣化差异而形成的放电特性差异。

图6显示了不同放电流下的端电压变化例。纵轴表示电池的端电压，横轴则表示电池的残余放电容量(％)。线A表示100Ah的电池以5A(20小时率)实施定电流放电时的电池电压变化。线B表示100Ah的电池以10A(10小时率)实施放电时的电池电压变化。线C表示100Ah的电池以20A(5小时率)实施放电时的电池电压变化。线D表示100Ah的电池以100A(1小时率)实施放电时的电池电压变化。

由此图可知，放电电流不同时，端电压的变化形态就不同。同时，也可知，即使在端电压相同的情况中，也会由于以前的放电履历而使电池的残余放电容量(残余电力)不同。

再者，图7显示不同温度环境下的电池放电特性。其中，纵轴表示电池电压(2.4V～4.4V)，横轴表示容量(0～2500mAh)。其显示圆筒型18650尺寸规格，公称容量为2000mAh，放电电流为0.2C(400mA)时的放电特性。而且，曲线图中的各线显示了放电中温度环境。由该图可知，温度环境不同时，端电压的变化不同。

由以上可知，以往一般施行的透过读取电池的端电压来预测电池残余电力量的方法中，由于会因电池的使用环境或者使用状态而使电池端电压的下降曲线有差异，故无法测得正确的电池残余电力量。因此，将能正确测定电池残余电力量的本充电放电测定装置例示如下。

图8显示对藉电池对负载供给电力时及从外部电源对电池充电时的电力移动量(放电量、充电量)进行监看的电路。充电放电时，电流的流动方向成正负变化。然而，电池端电压的极性不变，故电力计的输出在充电时若为正，放电时就获得负的输出。若以积分电路将充电放电时的输出信号进行积分，就可获得电池的残余电力量。由于该电力计具有双方向性，所以用非常简单的电回路就可获得电池的残余量。

图9为图4的运用例，其中，显示了在图8的电路中作为电力计的部分使用图4所示的磁性膜电力传感器组件1、1’的连接电路例。此处的磁性膜电力传感器1、1’使用测定磁性膜的电流方向电压位移的磁阻效应型电力传感器。该连接电路中，为了进行充电放电的电力管理，而附加设有整流电路3、充电器4、切换开关5。

整流电路3为将交流电流变换成直流电流的装置，桥接电路为其简易构成例。而且，充电器4为产生交流电流的装置，未予图标的部分为充电器4还连接有外部电源或驱动装置。此外，充电器4产生直流电压时，就不需要整流电路3。

在磁阻效应型电力传感器的情形下，单独的磁性膜电力传感器组件的连接构成中，若处理直流电压，就会输出巨大的直流偏电压。因此，为了要消除这种情形，在图9的连接电路中，将2个磁阻效应型电力传感器组件1、1’串联连接，并使其接点接地。透过采用此构成，利用将电流所生磁场朝相反方向施加，并将直流偏电压施以差动式加总，就可消除偏输出电压。结果，即使使用磁阻效应型磁性膜电力传感器，也可测量直流电力。

首先，将切换开关5连接于负载R1侧时，可以在图8说明的方式检测直流电源的电池消耗电力。另一方面，将切换开关5连接于充电器4侧时，就可藉由充电器4检测充电于电池的电力。

因而，图9的连接方法的情况中，可以监看在藉电池对负载R1供给电力时及藉外部电源对电池进行充电时的电力的移动量(放电量、充电量)。

再者，关于偏输出电压的消除，也可运用图3的连接电路，透过藉虚拟电阻体R2产生和磁性膜电力传感器1所产生的直流偏电压相等的电压而将其抵销。

而且，以磁阻效应型电力传感器而言，也可使用所谓螺旋条状纹型的磁性膜电力传感器。有关该螺旋条状纹型的磁性膜电力传感器及使用该传感器的连接电路，将参照图26以后的图示在本说明书末尾另行说明。

接着，图10显示磁性膜电力传感器中平面霍尔效应(PHE)型电力传感器1”的铅电池式充电放电测定装置连接电路。平面霍尔效应型电力传感器1”测定磁性膜1”c的宽度方向(和电流成直角的方向)的电压位移的装置。平面霍尔效应型磁性膜电力传感器1”本质上不会产生偏电压。

所以，图10的连接电路中，不必像图9的连接电路那样设置用以消除偏电压的构成。该连接电路中，放电电流(负载电流)或充电电流的I1，放电时或充电时流向彼此相反的方向。此外，为了经常监看电池的电压，I2会流通于磁性膜1”c与电阻R2。以下所示的实验中，充电电流I1固定设为2A，放电流则为流经负载R1(＝5Ω)的电流I1＝2.4A～2.2A。

图11为显示在图10的连接电路中进行充电时的磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1)：Vm)及从充电电流I1与电池端电压所得的对电池的充电电力(白方框记号(2)：W)的时间变化曲线图。左边纵轴为磁性膜1c”的输出Vm(mV)，右边纵轴为充电电力(W)，横轴为时间(min)。又，Vm为磁性膜电力传感器输出。图11清楚显示磁性膜电力传感器输出(1)与充电电力(2)一致性非常优异。

图12显示了图10的连接电路中的磁性膜1c”的输出(磁性膜电力传感器输出Vm)合计量(黑圆记号(1)：ΣVmt)与充电电力合计量的变化情形。左边纵轴为ΣVmt(mV·h),右边纵轴为充电电力量(W·h)，横轴为时间(min)。和图11同样的，可知磁性膜电力传感器1”的输出合计量(1)与充电电力合计量(白方框(2))的一致性非常优异。

图13为图10的连接电路在放电时的磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1)：Vm)及从放电电流I1与负载电阻R1的端电压所得的负载消耗电力(放电电力白方框记号(2))的时间变化。左边纵轴为Vm(mV)，右边纵轴为消耗电力(W)，横轴为时间(min)。相较于图11的充电时，在磁性膜1”c的输出(1)方面，放电开始时起数分钟的变化情形有一些差异(Vm下降)。

再一方面，也可看出和负载电阻R1的消耗电力(2)的变化情形有良好的一致性。另外，磁性膜电力传感器1”的输出为充电时(图11)的大约1/2。这是因磁性膜1”c的容易轴朝向和流动电流的方向有若干偏移，随着充电时和放电时电流方向的改变，会产生增益(gain)上的差异。

图14显示了图10的连接电路中的磁性膜电力传感器1”的输出(Vm)合计量(黑圆记号(1)：ΣVmt)及负载电阻R1的消耗电力(放电电力)合计量(白方框记号(2))的变化情形。左边纵轴为合计量ΣVmt(mV·h)，右边纵轴为消耗电力量(W·h)，横轴为时间(min)。和图12同样的，可以看出磁性膜电力传感器1”的输出合计量(1)与消耗电力合计量(2)一致性非常良好。

其次，图15(a)、(b)、(c)显示使用在图10的连接电路的磁性膜电力传感器1”的输出特性。图15(a)为放电时的特性，其纵轴为ΣVmt(V·min)，横轴为消耗电力量(W·h)。图15(b)为充电时的特性，纵轴为ΣVmt(V·min)，横轴为充电电力量(W·h)。和充电放电时的近似直线偏移的程度，放电时为6％、充电时为2％，而纵轴的指数为10－6。

图15(c)为将图15(a)及(b)重新描绘在同一纵轴上的图示。由于充电电流与放电电流的方向并不相同，故磁性膜电力传感器1”的输出电压Vm在充电时与放电时的极性会改变。此处，将充电时设为正，放电时设为负。在放电时与充电时，作为合计值的ΣVmt的倾斜度改变的理由，是因充电时与放电时的电流方向使增益改变的缘故。

图16显示了图10的连接电路在充电时的磁性膜电力传感器1”的输出合计量(黑圆记号(1)：ΣVmt)及充电电力(白方框记号(2))合计量的时间变化。该图与图12为相同。又，图17显示了放电时的磁性膜电力传感器1”的合计量(黑圆记号(2)：ΣVmt)、放电电力(白方框记号(1))合计量、磁性膜电力传感器1”的输出合计量的85％(黑三角记号(3))。该图与图14相同。

电池的充电放电，将充电结束电压设为14[V]，放电结束电压设为11[V]，并反复进行充电放电。充电电力量由充电电流和电池的端电压计算出来，为24.519[Wh]。此外，放电电力量由放电电流和负载端电压计算出来，为21.0[Wh]。由此可得充电效率约85％。这表示可考虑充电效率，并正确求得充电放电时的电池电力増减。

图18显示了放电时的磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(1)Vm)、电池电力量的减少(2)、电池端电压(白方框记号(3))的时间变化。左边纵轴表示电池的电力量(W·h)与磁性膜电力传感器1”的输出Vm(mV)、右边纵轴表示电池的端电压(V)、横轴表示时间(min)。由该图可看出电池电力量的时间变化(2)与电池端电压的时间变化(3)显然不同的情况。

图19将图18的放电结束时电压11[V]设为0，放电开始时电压(充满电时)设为1[V]，并加以改写重新显示的图标，其中显示磁性膜电力传感器1”的输出(黑圆记号(3)：Vm)、电池电力量的减少(白三角记号(2))、电池端电压(白方框记号(1))的时间变化。纵轴为规格化的Vm、电池的电力量、电池的端电压(均为％)，横轴为时间(min)。在电池的端电压减少至放电开始时(充满电时)电压(白方框记号(1))的50％时，业已消耗充电电力量(白三角记号(2))的93％，只剩下7％的电力量。

图20显示了反复充电放电时的电池端电压(叉号(3))、磁性膜电力传感器输出的合计值ΣVmt(黑圆记号(1))、电力量(白方框记号(2))与经过时间的关系。此外，该电池为使用经历时间较长的所谓已劣化电池。左边纵轴表示电池的电力量(W·h)与磁性膜电力传感器1”的输出合计値ΣVmt(mV·h)，右边纵轴表示电池的端电压Vbat(V)，横轴表示时间(min)。该曲线图显示4次反复充电与放电的情况。

将充电结束电压设为14[V]，放电结束电压设为11[V]，并反复进行充电放电。由该图可看出每反复一次充电放电，达到充电结束电压14[V]的时间就缩短，且充电量减少的情形(2)。因此，放电电力量也减少。而且，端电压(3)减少的情形毎次不同，显然并未反映充电电力量减少的情况。

图21显示以放电结束时电压11[V]设为0、放电开始时电压(充满电时)设为1时，将反复进行充电放电时的电池端电压(叉号(3))、磁性膜电力传感器输出的积分値(黑圆记号(1))、电力量的时间变化(白方框记号(2))重新描绘的图示。纵轴为规格化Vm、电池电力量、电池端电压(均为％)，横轴为时间(min)。充电时，从充电开始电压到充电结束电压(14V)的电压变化规格化为0～100％；放电时，从放电开始电压到放电结束电压(11V)的电压变化表示作100～0％。该图是图20重新描绘的图示。

由该图可知，即使反复进行充电放电，Vm的积分值ΣVmt(1)毎次的变化都是和来自电池的充电放电时的电力量(2)变化相同。然而，可知端电压(3)的变化与电力量(2)没有关连。

此处，应注意的点是，从开始充电后到电池端电压达14(V)的时间、及从开始放电后到电池端电压达11(V)的时间，在各充电放电特性上是大致相等的情形。再者，如图11及图13所示，若以一定电流进行充电放电，不论电池的残留电力量或端电压如何，对时间而言，总是显示大致一定值。

这些情况显示：可从放电开始时预定电流的消耗电力来估算到放电为止的时间。即，意味着可看见电池的残余电力量。即，从充电开始电压至充电结束电压为止，将以一定电流充电时的充电时间视为以该电流放电时的放电时间。

参照图22。图22(a)显示图11(充电时)的示意图。其纵轴为磁性膜电力传感器的输出，横轴为时间。此时，充电结束时间为T10。图22(b)显示图13(放电时)的示意图。其纵轴为磁性膜电力传感器的输出，横轴为时间。

此时，所消耗的电力，不管时间如何，可视为固定值。此外，放电时间视为和充电时间Tc相同。所以，作为放电时的初期消耗电力Vm0与充电时间Tc的乘积(面积S)的部分就可视为电池的可使用电力量。该使用可能电力量S会自图20及图21逐渐劣化而减少。

但，即使不知电池的劣化程度(即不知电池的使用履历)，也可估算可使用电力量。具有这种功能的电池系统非常有用。

以可管理充电放电电力的具体构成而言，已揭示在图8及图9所示的充电放电测定装置。但，透过具备充电放电测定装置及图9的控制切换开关5的控制部，能够显示残余电力量的电池系统就可实现。

图23显示使用该原理的电池系统构成。电池系统30包含：二次电池32、磁性膜电力传感器34、电池电压计36、检查电阻40、检查开关42、连接开关44、及控制部46。而且，也可包含电流计38、显示部48。

二次电池32只要是可进行充电放电，并无特别限定。此外，多个二次电池也可以串联或并联连接。磁性膜电力传感器34包含：磁性膜29、导体膜28、传感器电压计27、传感器电阻26。磁性膜29可为磁阻效应型磁性膜、或平面霍尔效应型磁性膜。如前已说明者，若为磁阻效应型，以使用组件形状或中心抽头式构造，且可消除偏电压的构成为优选。另外，图23中显示使用平面霍尔效应型磁性膜的情形。

磁性膜29重迭于导体膜28来使用，因为要使和流经导体膜28的电流的位置关系获得固定。此时，以流经导体膜28的电流朝向和磁性膜29的易磁化轴方向合而为一为优选。因为若两者偏离，就会如图20所示，在充电时及放电时，磁性膜电力传感器34的增益产生差异。而且，使磁性膜29和导体膜28的一端彼此连结。此外，磁性膜29和导体膜28的关系，磁性膜29可说是邻接配置于二次电池32与外部电极30t1、30t2间的连接线。

此外，磁性膜29也可为非单一膜。如图4或图27所示，也可为多磁性膜构成者。

传感器电压计27连接于磁性膜29。图23中，由于是平面霍尔效应型，故对和流经磁性膜29的电流成直角方向的电压加以测定。使用磁阻效应型磁性膜29时，则测量流经磁性膜29的电流方向两端的电压。磁性膜29连结于传感器电阻26的一端。传感器电阻26为具有充分大电阻値的电阻。不管来自电池的电流值如何，实质上都是流通一定电流。

又，传感器电压计27依磁性膜29的形状及构成而改变其连接方式。因此，所谓测定传感器电压计27的电压，指对磁性膜29的电阻进行测定，以获得磁性膜电力传感器的输出电压，而磁性膜29的电阻随着要测定的电路电流所产生的磁场而改变。

电池电压计36测量二次电池32的端电压。而电流计38则测量流经电池系统30的电流。在任一种装置中，只要能测得或换算得电压值、电流值，则其内部构成就不予限定。

检查电阻40为用以在二次电池32充电后检查其蓄存了大概多少电力量的电阻。而且，检查开关42为在检查蓄存电力量时用以使检查电阻40和二次电池32连接的开关。此外，连接开关44为用以将与外部的连接进行连结/断开的开关。检查开关42、连接开关44都是用后述的控制部46来控制。

控制部46为以微处理器单元MPU(Micro Processor Unit)与内存构成的计算机。定时器46t及显示部48则连接于控制部46。此外，控制部46也连接于传感器电压计27、电池电压计36、电流计38、检查开关42、连接开关44。

控制部46会从定时器46t接收信号St，因为要测量经过时间。因而，信号St为时刻讯息。此外，又从控制部46对定时器46t传送测量开始信号Cts(未图标)，并传送测定结束信号Ctt(未图标)，结果，也可从定时器输出的信号St知悉经过时间。此时的信号St为定时器46t制作的时间讯息。

不论如何，透过设有定时器46t，控制部46就可取得预定时刻期间的时间。换言之，定时器46t可说是在测量与充电时间及放电时间相关的时间。

又，由于控制部46可依后述方式计算出残余电力量，所以会将计算的残余电力量作为信号Sd传送给显示部48。显示部48也可为8段(segment)构成的显示器，也可为使用液晶或有机EL的显示器。此外，也可只是单纯点亮预定发光体的型态。

而且，控制部46和传感器电压计27连接，并从传感器电压计27接收磁性膜29的电压作为信号Svm。此外，控制部46也和电池电压计36、电流计38连接，分别接收电池端子间的电压作为信号Svb，接收电流値作为信号Si。

又，控制部46也和连接开关44及检查开关42连接，并可依指示信号Ccn、指示信号Cck而指示各自的开闭或连接点的变更。

接着说明整体的连接关系。外部端子30t1、30t2为使电池系统30与外部设备连接的端子。二次电池32的一极(图23中为正极)和外部端子30t1连接，另一极(图23中为负极)则和外部端子30t2连接。从正极至外部端子30t1间串联连接有导电膜28、电流计38、检查开关42、连接开关44。

导电膜28与电流计38较检查开关42配置于靠正极侧，连接开关44则较检查开关42配置于靠外部端子30t1侧。检查开关42从正极侧进行其与连接开关44或检查电阻40一端间的连接切换。检查电阻40的另一端连接于外部端子30t2与负极间。

电池电压计36连接于二次电池32的两极间。又，二次电池32的两极间则串联连接磁性膜29与传感器电阻26。另外，如前所述，使磁性膜29与导电膜28重迭构成。为了测量磁性膜29的电压，而连接传感器电压计27。如前已说明，传感器电压计27对磁性膜29的连接点会因磁阻效应型或平面霍尔效应型而有不同。此外，上述的连接关系，只要连接的旨趣没有改变，连接次序也可变更。

此外，上述构成中，磁性膜电力传感器34同时是放电电力测量单元，也是充电电力测量单元。

继就包含以上构成的电池系统30说明其动作。参照图23，充电时，充电器50连接于和外部连接的端子30t1、30t2。图23中，连接定电流电源。检查开关42则与外部端子30t1侧连接。控制部46在充电开始时，以指示信号Ccn使连接开关44和外部的充电器50连结，使电流从外部流到电池系统30。

此外，充电开始也可依来自外部的指示来进行，如图8所示，在可藉开关随时连接于充电器50的构成的情形中，可监看电池电压计36，若达预定地电压，就开始充电。开始充电的电池电压称为充电开始电压(例如，11V)。

图23的情况中，充电时，朝箭号方向流通充电电流Icg。电流Icg会流经导体膜28。此时产生的磁场对磁性膜29而言为外部磁场，会使磁性膜29因平面霍尔效应而产生电压。流经导体膜28的电流Icg流经二次电池32内，再从外部端子30t2返回充电器50。

而且，流经导电膜28的电流的一部分也会流到磁性膜29。但，由于传感器电阻26是大电阻值，故通过磁性膜29的电流Imc可看成固定电流。

一旦开始充电，控制部46首先会从定时器46t取得时刻，将其作为充电开始时刻。接着，电池电压计36达预定电压(例如，14V)时，就结束充电。该电压称为充电结束电压。充电的结束也可从控制部46对连接开关44传送指示信号Ccn，以切断连接开关44来实现。充电结束时，从定时器46t取得时刻当作充电结束时刻。然后，控制部46从充电开始时刻及充电结束时刻计算出充电时间Tc。

充电期间，控制部46按每个微短时间ΔT测量传感器电压计27的值Vm，并计算微短时间ΔT的电力量ΔWh加以合计(持续相加)。传感器电力计27的电压Vm为表示充电电力的值。即，电压Vm与微短时间ΔT的乘积表示电力量ΔWh。因而，电力量ΔWh也可为传感器电压Vm与时间乘积的合计値ΣVmt。当然，也可将传感器电压Vm换算成电力，并将和时间的乘积加以合计。

控制部46会继续计算合计值ΣVmt，直到电池电压计36达充电结束电压为止。此时，也可在显示部48显示现正充电中的表示或显示现在的合计值ΣVmt。

电池电压计36达充电结束电压时，控制部46会将指示信号Ccn传送到连接开关44，并切断和充电器50的连接。同时，将自充电开始到充电结束的时间计算作为充电时间Tc。此时，也可在显示部48显示充电结束的表示及显示充电时间Tc。

其次，参照图24。充电一旦结束，控制部46会对检查开关42传送指示信号Cck，将电流Ick流到检查电阻40。此时，电流Ick从二次电池32的正极朝向负极并流经以检查电阻40作为负载的电路。在此，读取流通电流Ick所生的传感器电压计27的值作为初期消耗电力Vm0(参照图22(b))。而且，将充电时间Tc和初期消耗电力Vm0的合计值作为充电电力量Wcg。该值相当于图22(b)的面积S。

此外，初期消耗电力Vm0读取后，检查开关42可立即切换到外部端子30t1侧。因为电流继续流到检查电阻40会造成电力损失。

如图21所示，该充电电力量Wcg会依二次电池的劣化情况而改变其値。即，即使不知二次电池的使用履历，也可获知经充电的二次电池32所蓄存的电力量。控制部46会在显示部48显示该充电电力量Wcg作为残余电力量。此时，这种显示至少可以进行「和充电电力量Wcg的绝对值相关的表示」。

二次电池32的劣化程度会因使用履历而改变。即，即使是相同规格的二次电池，充满电时的容量也会改变。即，以汽车为例，意指油箱容量本身的减少。在此情形中，即使以百分比(percent)表示充电量，既然充满电时的的电力量不清楚，这种表示就无意义。

另一方面，若进行和充电电力Wcg的绝对值相关的表示，则使用者也可知悉充电电力Wcg本身的变化。所谓和充电电力Wcg的绝对值相关的表示，在例如使用电力行走的汽车中，也可为按一定速度行走的行走距离、行走时间。此外，也可为在通常的使用情形中相对于应保持的推荐电力量的比例。若为机器人，也可为换算成预定作业时的活动时间。

此外，充电电力Wcg也可为换算成实际电力的値，也可为充电期间的传感器电压Vm和时间乘积的合计所得ΣVmt(电压与时间的乘积)。再者，控制部46只要将充电电力量Wcg计算出来就已足够，也可不在显示部48上实际显示。例如，也可仅以充电电力量Wcg作为信号进行输出。

如以上所述，控制部46藉由一对外部端子(30t1、30t2)对二次电池32进行充电时，测量其自充电开始电压至充电结束电压为止的充电时间Tc，充电结束后，藉检查开关42将电流Ick流到检查电阻40，并根据在检查电阻40消耗的初期消耗电力Vm0与所述充电时间来计算充电电力量(即，残余电力量)。此外，电流Ick以预先决定检查电阻40的值，使其与充电时的电流Icg大致相同为优选。

接着参照图25，控制部46会将连接开关44连接于外部端子30t1侧。然后，使负载52连接于电池系统30时，电流Id就从二次电池32的正极流到外部端子30t1、负载52、外部端子30t2、及负极。电流Id流经该负载52的期间，控制部46会按照每个微短时间ΔT测定传感器电压计27的值Vm，求得放电电力量作为ΔT·Vm。然后，从充电电力量Wcg减去放电电力量ΔT·Vm，获得新的充电电力量Wcg。

控制部46会使减少的充电电力量Wcg显示在显示部48。在作此显示时，也是只要进行和充电电力量Wcg的绝对值相关的显示即可。此即为残余电力量。使用者可按照使用的时间或工作量的程度来掌握残余充电电力量Wcg。当然，在此种显示的同时，也可进行相对于刚充电结束后的充电电力量Wcg的百分比显示。

上述的电力管理中，磁性膜电力传感器34的部分即使不是使用磁性膜29的构成，也可进行充电与放电的电力测量；只要可测定放电电力，就可实现电力管理。但，假设以一体方式设置于电池系统30时，使用磁性膜29的电力传感器34只测定传感器电压计27的电压，即可测定电力，故可小型化，甚为合适。

如上所述，从充电时间Tc与初期消耗电力Vm0求得充电电力量Wcg的理由，是因为在充电时与放电时的磁性膜电力传感器34的增益不同的缘故。因而，放电时也可以和充电时相同电流方向使用磁性膜电力传感器34时，或者，磁性膜电力传感器34的磁性膜29与导体膜28的设定得以精密施行，使充电时与放电时的磁性膜电力传感器34的增益可视作相等时，即使不测定充电时间Tc，也可将充电时电力合计量的ΣVmt当作充电电力量Wcg。

磁性膜电力传感器34在充电时及放电时可以产生相同增益的情况中，检查电阻40与检查开关42就不需要。此外，为了使放电时也能以和充电时相同的电流方向使用磁性膜电力传感器34，必须另外设置用以在充电时与放电时变更电流流路的开关。

控制部46从充电开始电压合计每个微短时间的充电电力以求得ΣVmt。达充电结束电压时，即切断连接开关44，将ΣVmt当作充电电力量Wcg。电池系统30连接于负载后，与上述同样的，将负载的消耗电力从充电电力量Wcg减去，将其值当作新的充电电力量Wcg。该充电电力量Wcg即为残余电力量。

透过控制部46进行「和充电电力量Wcg的绝对值相关的表示」，使用者就可知悉二次电池32实质上可使用的电力量。连接有负载的情况中，如同图25的说明，只要将消耗电力量从充电电力量Wcg减去即可。

再者，以此方式使充电时与放电时的磁性膜电力传感器34的增益视为相等的情况中，由于不需要测定充电时间Tc，所以没有以一定电流的条件进行充电的必要。例如，进行急速充电时，以周期性流通过电流等方式，即可缩短充电时间。

即使在此等情况下，以磁性膜电力传感器34与定时器46t测量充电时的电力量，求得ΣVmt，并透过将其作为充电电力量Wcg，就可估算残余电力量。另外，上述说明中，虽电池系统30的构成包含二次电池32及磁性膜电力传感器34与控制部46，但也可将二次电池以外的部分作为充电放电测定装置。

藉由以上说明可以理解，相较于以电池的端电压实施管理，本发明以磁性膜电力传感器(薄膜电力计)管理二次电池的充电放电的方式较为有用。而且，也可理解，可充电的电力量(即可使用电力量)会随着每次反复充电放电(使用中)而减少的二次电池管理中，磁性膜电力传感器最优异。

从以上结果可以得到以下的结论：使用磁性膜电力传感器的本发明充电放电测定装置最适于应用在智能电网、智能蓄电池等。对回避电力上的问题非常有用。

再就本文中的所述螺旋条状纹型磁性膜电力传感器及使用该磁性膜电力传感器的本充电放电测定装置的连接电路例加以说明。

图26显示螺旋条状纹型的磁阻效应型磁性膜电力传感器的磁性膜。图27显示设于磁性膜上部的斜式导体膜与电极(以下称为螺旋条状纹电极)。此外，下文中，将磁性膜及形成于其上部的斜式导体(螺旋条状纹电极)的一体型磁性膜称为「螺旋条状纹型磁性膜」。

图26显示从上方观看螺旋条状纹型磁性膜(磁场传感器)1时的电流方向与磁化方向的影像图。再者，图27显示设在磁性膜1上部的斜式导体与电极焊盘，其中，(a)为整体视图，(b)为(a)的圆圈部分的放大视图。图26～图27所示的导体膜1c、磁性膜1a分别相当于图1的磁性传感器部1的导体膜1c、磁性膜1a。

作为磁性膜，使用长30mm、宽1mm、膜厚约0.1μm的坡莫合金(NiFe)膜。螺旋条状纹型磁性膜中，如图26～图27所示，设有对磁性膜的宽度方向(纸面上下方向)呈倾斜型态的导体膜1c(相当于图4最上侧的导体膜1c)，且使用了Cu。该导体膜1c为宽0.5mm、长3mm、膜厚0.1μm、导体膜－导体膜的间隔为1mm(参照图27)。

使用图26～图27所示的磁场传感器1作为磁性膜电力传感器时，必须在磁性膜1a流通电流。此时，藉由设置导体膜1c，电流会具有流向电阻较小方向的性质(参照图26)。首先，相较于磁性膜(坡莫合金膜)1a的电阻，导体膜(Cu膜)1a的电阻约小10倍左右。

因此，对于电流而言，相较于朝着磁性膜1a的长边方向直线前进，流向导体膜－导体膜间的距离较短方向及流经导体膜1c的方向时，电阻较小。由于形状各向异性、感应各向异性，磁性膜上会预先朝长边方向感应出磁化方向(磁化容易方向)，且在电流流动方向与磁化方向上产生角度。

因此，如图28(b)所示，螺旋条状纹型磁性膜1a的磁阻特性会如图所示地显示出通常的磁阻效应所产生的磁场－电阻特性有如因偏磁场而受到偏压的特性。此外，图28显示了长边方向的电压V1与磁场H的关系，其中，(a)相当于图2，显示了通常的磁阻效应，由于相对于磁场H的输出电压V1会形成偶函数，所以，为了获得线形特性，必须赋予偏磁场，相对地，而(b)中则显示了螺旋条状纹型磁性膜的磁阻效应，其不需偏磁场应可理解。

图29显示了差动型的螺旋条状纹型的磁阻效应型磁性膜电力传感器，且显示了该磁性膜电力传感器使用于微带线路测定的示意图。

图30显示了通常的磁阻效应所产生的磁性膜的电阻变化情形。其中显示出因为斜度不同的螺旋条状纹样式，使螺旋条状纹型磁性膜的磁阻效应在磁性膜的左右侧有如施加正负不同的偏磁场的特性(图31)。如图31所示，左侧的螺旋条状纹型磁性膜1显示对施加磁场呈负偏向的特性B，右侧的螺旋条状纹型磁性膜1则显示呈正偏向的特性A。

将这种螺旋条状纹型磁性膜1、1串联连接，朝相同方向，例如由左向右施加磁场时，各螺旋条状纹型磁性膜的电阻均以一个减少，且另一个増加的方式变化。若能使其差动输出，就能如图31的下图那样，以零磁场点作为动作点仅取出变化部分。

再者，使用通常的磁阻效应型磁性膜1的情况中，必须施加图30所示的那种大偏磁场，并将动作点设定在直线性良好的部位。但，如图31所示，藉由使用差动型螺旋条状纹型磁性膜，可以将动作点移动到零磁场，且磁场所生的电阻变化也可扩大到2倍。在用无偏磁场可以使磁性膜电力传感器动作这一点是很有利。

图32显示差动型的螺旋条状纹磁阻效应型磁性膜电力传感器1的放大电路连接情形。藉由使图32的B端子接地，以运算放大器将来自A端子、C端子的电信号进行加算，即可获得无偏电压且仅输出磁场变化的电信号。

图33显示测定系统。放大器的全部电阻值设为2kΩ，放大增益为1。

接着，就螺旋条状纹型磁性膜的磁性膜电力传感器1对于一样的外部磁场的输出特性加以测定。图34(a)显示图33的A－B端子间的输出特性，(b)显示图33的C－B端子间的输出特性，图35(c)显示图33的运算放大器的输出电压。这些图中，纵轴为输出(V)，横轴为自外部施加的磁场(图33的亥姆霍兹线圈所生磁场)。此外，关于图34(a)所示A－B端子间的输出特性方面，AB间的输出偏移为742[mV]，AB间的输出变化为4[mV]，AB的输出变化率为0.42[％]，电阻变化率为0.0031/0.742*100＝0.42[％]。

而且，关于图34(b)所示C－B端子间的输出特性方面，CB间的输出偏移为743[mV]，CB间的输出变化为2.6[mV]，CB间的输出变化率为0.35[％]，电阻变化率为0.0026/0.7430*100＝0.35[％]。再者，关于图35(c)所示的图33运算放大器的输出特性方面，AC间的输出偏移为1.46[mV]，AC间的输出变化为0.11[mV]，AC间的输出变化率为7.5[％]，电阻变化率为0.00011/0.00146*100＝7.5[％])。

图34(a)、(b)中，电阻对磁场呈大幅变化。图35(c)中，相较于图34(a)、(b)，可得知偏电压大幅减少的情形。同时，由磁场所生的输出电压变化甚小。因而，磁性膜1c中的磁化方向或扇区构造系呈多扇区状态，可视作未形成具一轴各向异性的单扇区。

[表1]

表1显示螺旋条状纹型磁性膜所产生的输出改善结果。输出变化率(输出电压)的大幅减少的情形，可推知是膜中的磁化未充分一致朝向组件长边方向为其原因。然而，由于偏移电压的急遽减少，使电阻变化率急遽获得改善，可知藉由螺旋条状纹型磁性膜1的差动连接，使作为装置(device)的性能特别获得提升。偏移电压的减少对于和组件有关的放大电路可带来大幅产生放大率的优点，可认为是非常有益的结果。

其次，图36为和长轴平行地施加偏磁场时的测定系统示意图。针对先前所述藉由使磁化方向强制地一致朝向一个方向而产生的组件(device)的特性变化加以研讨。

图36的测定系统输出特性显示于图37。图37(a)显示不设置螺旋条状纹所制作的组件(差动连接)中朝磁性膜长边方向施加偏磁场时的输出特性。其中，纵轴为输出电压(V)，横轴为来自外部的磁场(Oe)。由此图清楚显示，无螺旋条状纹，但有偏磁场时的电阻变化非常小。其电阻变化率为0.00022％，非常小。

图37(b)中显示了有螺旋条状纹，但朝磁性膜长边方向无偏磁场的组件时的输出特性，即，螺旋条状纹型磁性膜1的长边方向未施加直流偏磁场时的输出特性。其中，纵轴为输出电压(V)，横轴为来自外部的磁场(Oe)。

图37(c)中，显示了有螺旋条状纹，且朝磁性膜长边方向有偏磁场的组件输出特性，即，朝螺旋条状纹型磁性膜1的长边方向施加有直流偏磁场时的输出特性。其中，纵轴为输出电压(V)，横轴为来自外部的磁场(Oe)。由此可知，根据是否朝组件长边方向施加偏磁场，输出特性会有大幅变化的情况。此可推知其原因在于磁性膜的各向异性强度不充分所致。

因为用以补足各向异性的强度而朝组件长边方向施加的偏磁场，磁化作用会强力一致朝向磁场方向，此可推知是磁化与电流有明确的角度所致。电阻变化率在无偏磁场时为0.6％，有偏磁场时为3.3％以上，偏磁场可说是非常有效。

图38中显示了对导体膜流通负载电流(I1)时作为电力计的特性测定系统。原来的电力测量中，使流通于负载的负载电流(I1)流到导体膜，和负载电压的大小成比例的电流(I2)则流到磁性膜以进行测定。但，图38中，以可各别设定I1与I2的方式评估特性。

图39显示了不施加偏磁场的状态下使负载电流(I1)流通到导体膜时的输出特性。其中，左边纵轴为输出(V)，右边纵轴为流通到导体膜的电流(A)，横轴为时间(sec)。该测定中，流通到磁性膜的直流电流(I2)设为2mA。此外，负载电流(I1)使用连接于负载电阻的直流电源来设定。负载电流以0.2[A]的级幅逐次増加到0[A]～1[A]，其后则以0.2[A]的级幅逐次减少，分别测定50秒钟[s]。

输出会随着负载电流(I1)的増加而増加的情形可以知晓。然而，相对于负载电流的变化，电力传感器输出变化却不能说是明确反映了电流的变化。磁性膜的磁化方向不和施加的磁场成比例地动作可认为是其原因之一。

图40显示了朝组件长边方向(磁性膜的长边方向)施加磁场所生的输出变化。其中，纵轴为电力传感器输出(V)，横轴为来自外部的磁场(Oe)。曲线图中，圆形部分是长轴方向偏磁场为零的情形，框形为10Oe时，三角形为40Oe时，黒方框为100Oe的情况。无磁场状态(圆形)中，由于磁性膜的各向异性强度与磁化方向的关系，在该状态中，电力计的输出并不能确定为唯一决定因素，故不能期待作为电力计。

但，施加磁场的大小为100e、400e时，可在广范围中获得直线性及良好灵敏度。再者，施加1000e时，明显可见灵敏度的降低，但相较于100e、400e的情况，可看出其直线领域扩大的情形。偏磁场在某种程度的大小范围内，虽可调整膜的扇区构造，获得高灵敏度及良好直线性，但巨大的偏磁场显然会使灵敏度降低。

稍微超过磁性膜的保持力的程度的偏磁场施加具有大幅改善作为电力计的灵敏度的效果。而且，超过各向异性磁场的施加磁场虽会减小灵敏度，但可说具有使电力计的动作范围扩大的效果。可说藉由改变施加磁场的大小，可设定可测定电流(电力)。但灵敏度会减少。

图41显示了施加偏磁场时的测定系统。此处使用永久磁铁施加偏磁场。磁场的大小藉由调整磁铁的距离来设定。

其次，图42显示施加偏磁场时的本磁阻效应型磁性膜电力传感器的输出特性。其中，左边纵轴为传感器输出(V)，右边纵轴为流通于导体膜的电流値(A)，横轴为时间(sec)。偏磁场的大小为400e。其它测定条件和图39的情况相同。由该图42清楚显示藉由施加偏磁场会使输出电压对电流变化的追随性提升。此外，虽稍有一些误差，但藉由膜特性的提升或交流偏压的施加应可以大幅改善。而且，交流电力测量时，可以动作，完全没有问题。

由以上结果可作出下列结论：螺旋条状纹型磁性膜电力传感器及差动型螺旋条状纹型磁性膜电力传感器最适于应用在智能电网、智能蓄电池等，在避免电力不足等方面很有利。

以上虽已就本发明的各种磁性膜电力传感器的实施形态及其概念加以说明，但本发明并不限定于这些叙述内容，本行业者应可理解，在不逸离权利要求书及说明书等所述的精神或所揭示的范围内，仍可作出其它变化例、改良例。

接着，就测量蓄电池电力时使用传感器进行直流电力测量的情况下，针对传感器输出的线形性或精确度方面加以检讨。图43显示使用于直流电力测量的传感器的磁阻响应曲线。其中，纵轴为差动电阻值(Ω)，横轴为施加磁场(Oe)。从外部施加0.02Hz交流磁场作为外部磁场以进行测定。

作为电力传感器的动作范围为磁场H＝0附近的磁场与电阻值成比例关系的部分。此外，作为传感器A(图43)、传感器B(图44)是因为后述的蓄电池的充电放电电力测量使用2个蓄电池，并分别使用2个传感器测量各个蓄电池的电力，而将该2个传感器分别设为传感器A、传感器B。

其次，传感器B的磁阻效应特性显示于图44。传感器A与传感器B分别在玻璃基板上真空蒸镀坡莫合金，并利用蚀刻形成图案(pattern)。使用的组件图案揭示于图45(a)。其形成左右对称配置有倾斜式磁性膜的构造。

图43、44所示的磁阻响应曲线显示了图45的AB间与BC间的电阻値差(差动电阻)。而且，在测量磁阻响应曲线时，对传感器A、传感器B的任一者都是施加偏磁场10Oe。此外，偏磁场的方向为图45的Hbias方向。另外，图45(b)显示图45(a)的图案(pattern)放大图。磁性膜的磁化方向藉偏磁场Hbais自A及B朝C方向附予。

此外，就图45的传感器加以说明。图45(a)的组件将磁性膜形成箭羽形状者。从端子A到端子C，将面向纸面朝右下降的倾斜部分以串联方式连结，从端子C到端子B则面向纸面将朝右上升的倾斜部分以串联方式连结。

该传感器在将端子A－B间的电阻值设为电阻值AB，端子C－B间的电阻值设为电阻值CB时，藉(电阻值AB)－(电阻值CB)获得差动电阻。即，本传感器可减轻直流偏压。而且，该传感器朝Hbias方向施加直流偏磁场(图45(a)参照)来使用。

参照图45(b)，箭羽形状的左侧形成使倾斜的磁性膜片串联连结的形状。此处，朝箭号方向施加偏磁场时，磁性膜中的磁化一致朝向偏压方向。另一方面，将电流从端子A流到端子C时，在倾斜部分，流通对磁化方向朝左侧倾斜角度θ的电流。

另一方面，在箭羽形状的右侧，由于磁性膜片的倾斜和左侧相反，故相对于磁化方向的电流朝右侧倾斜角度θ流动。因为电流从端子C流向端子B。

在此状态下，如虚线所示，导体膜60覆盖于传感器，电流则自端子V1流向端子V2。因此，会从纸面右方朝左产生磁场H。参照图45(b)，由于该磁场，使磁性膜的磁化会形成倾斜。此时，在箭羽形状的左侧，磁化会以接近电流的方式动作；在箭羽形状的右侧，磁化会朝远离电流的方向倾斜。

若将箭羽形状的右侧与左侧事先制作成相同方式，则A－C间与C－B间的磁阻特性可以形成大致相同。而且，由于磁性膜片的倾斜方向左右相异，故A－C间和C－B间的极性相反。因而，若能取得A－C间电阻和C－B间电阻的差分，则即使是直流偏压，也能使其消除。

兹针对偏磁场加以说明。磁性膜由多数扇区组成，且依据各扇区使磁化方向略微偏离。磁性膜电力传感器为了使其磁化方向一致，而从外部施加磁场，并以呈单扇区的状态使用。该外部磁场即称为偏磁场。

使用图43、44所示的磁阻响应型传感器以进行直流电力测量。实验系统如图46所示.。以DC电源将传感器电压设为固定的20V，使负载电流在1A～4A间逐次各以1A的级幅进行变化。Rmr1与Rmr2为传感器部分，R1、R2为固定电阻，R为可变电阻，藉由调节可变电阻，使电桥取得平衡，并测量图46的V1和V2的差动输出作为传感器输出。

表2及表3的传感器输出平均值表示各消耗电力的传感器输出的平均値，传感器输出换算值使消耗电力和传感器输出平均值呈直线近似，并由其直线将各传感器输出换算成消耗电力。再者，该换算值和理论值的误差显示于表的右侧栏。最大误差为1.3％，故可以优异精确度测量电力。图47(b)的曲线图中，横轴为消耗电力(W)，纵轴为传感器输出(V)，由该图可知传感器正以优异线形性进行输出。

[表2]

[表3]

接着，将传感器B的直流电力测量结果揭示于图48。以传感器B也同样以优异线形性输出的误差主要原因而言，可认为是因测量时桥接电路未完全取得平衡所产生的偏移电压影响、传感器动作范围中磁阻响应曲线未完全形成线形等因素所致。

其次，串联连接2个车用蓄电池，施行充电放电，并使用磁性膜电力传感器测量其电力。

近年来，在环保问题的背景下，行走中不会排放温室效应气体CO2，使用马达而不用引擎，且振动少且安静舒适的电动汽车(以下称EV)正开始普及。这种电动汽车中，载设有多列由串联连接的多数锂离子电池以并联方式排列的电池串。

锂离子电池在过充电时，最坏的情况是起火或产生破裂。而且，锂离子电池以外的其它电池也会因过充电或过放电而加速电池的劣化。利用磁性膜电力传感器小型轻量的优点，在每1个电池组装传感器，透过预行监看残余电力量，就可解决这个问题。图49显示充电放电时的电路。

蓄电池A、B使用同样的制品，蓄电池A为新制品，蓄电池B则使用因经年劣化而致电池容量已减少相当程度的制品。透过使用这种电池，在充电时、放电时都会在蓄电池间产生电力的不平衡。包含具有每个这种电池的不平衡在内，为了可正确测定电力的目的，而使用了新蓄电池和已劣化蓄电池2种。

本次的放电进行2A定电流放电，充电则进行1.5A定电流充电，以传感器A测量蓄电池A的电力，以传感器B测量蓄电池B的电力。在进行这种测量时，由于先前进行的直流电力测量中，以相同的消耗电力而言，传感器输出A较大，所以透过对施加于各个传感器的纵偏磁场加以调节，以相同消耗电力获得大致相同传感器输出的方式进行调整。图50表示放电时的结果，图51表示充电时的结果。

图50(a)显示蓄电池A放电时，图50(b)显示蓄电池B放电时，图50(c)显示蓄电池A及B串联时的消耗电力与时间的关系。任一曲线图均以左边纵轴为消耗电力(W)，右边纵轴为传感器输出(V)，横轴为时间(min)。

此外，虽未图示但蓄电池A及蓄电池B的电极端子配置有电压计，使流通于测量电路整体的电流也可测定，且蓄电池A及蓄电池B的充电电力及消耗电力(放电电力)可分别各自测定。

参照图50，由于蓄电池A为新蓄电池，故测定期间可放出一定的电力。此外，消耗电力与传感器输出重迭时，会显示相同状态以致无法辨别。蓄电池B为已劣化的蓄电池，故测定的后半段会产生电力降低。这时，可知消耗电力与传感器输出会显现完全相同的状态。

将蓄电池A及B串联，整体上看来，蓄电池A及B的特性会直接相加，蓄电池B的放电电力降低的部分，整体的特性也降低。图51为和图50同样的曲线图，但只在指定充电方面不相同。

放电时进行70分钟的放电，充电时则进行110分钟的充电。可知充电时及放电时均可以优异精确度测量电力。依这次测量进行方式，在各个蓄电池载设传感器，透过监看其输出，在蓄电池发生异常时，可以发现是哪一个蓄电池发生异常，充分显示出其可发挥作为安全传感器的功能。

依以上方式使用磁阻效应型薄膜电力计，对车用蓄电池进行了充电放电电力测量。在此之前，首先测定使用的传感器的磁阻效应特性，再进行使用该传感器的直流电力测量，并进行其作为电力传感器的功能确认，传感器输出的线形性、精确度的确认。蓄电池的充电放电电力测量使用新品蓄电池及已经年劣化的蓄电池2个，进行充电放电电力的测量。已确认传感器输出精确度优异可以测量充电放电电力。

又，上文中，虽只处理蓄电池的充电放电电力测量，但薄膜电力传感器对于交流电力(包含高频)或N次高谐波均可测量。这种多功能的电力感测装置以往并不存在。此外，传感器也可制作成5mm×5mm程度的尺寸大小，故可组装到所有家电制品中。

此外，图46的电路中，虽是测定直流的消耗电力(图47、图48)，但交流方面，也确认同样可测量。图52显示频率60Hz、电压20V、电流1～4A时的测定结果。同时，此时的测定值揭示于表4。

[表4]

实效电力[W]	传感器输出平均[mV]	传感器输出换算值[W]	误差[％]
				0.001025	-0.0000305	-0.595
20.583	0.001239214	20.74108958	0.768058999
				41.282125	0.002502578	41.97242356	1.672148802
63.15925	0.003801747	63.80547034	1.023160257
				83.0765	0.004894998	82.17796789	-1.08157194

而且，将图45的传感器制作成更小型的(3mm×3mm)大小，可获得同样的特性。该传感器的磁阻响应曲线显示于图53，其电力测定结果则显示于图54。由此即可知其与直流的情况同样，可精确测定线形性。

〔产业上的可利用性〕

本发明的电池系统可广泛利用在例如汽车、飞机、船舶等使用电驱动的设备、不论是产业用或民生用，均可广泛作为自律驱动式机器人的电源使用。再者，本发明的充电放电测定装置，不只是在使用电池的系统，也不论是产业用或民生用，均可在使用电的场所利用于消耗电力的测量。

附图标记说明

1 磁性膜电力传感器

1a 导体膜

1b 絶缘膜

1c 磁性膜

3 整流电路(桥接电路)

4 充电器

5 切换开关

26 传感器电阻

27 传感器电压计

28 导体膜

29 磁性膜

30 电池系统

30t1、30t2 外部端子

32 二次电池

34 磁性膜电力传感器

36 电池电压计

40 检查电阻

42 检查开关

44 连接开关

46 控制部

46t 定时器

48 显示部

50 充电器

52 负载

R1 负载

R2 电阻

R3 虚拟电阻体

Rcu 1次导体

Rmr 磁性膜

Claims (5)

1.一种电池系统，具有：

二次电池，可进行充电放电；

检查电阻，藉由检查开关连接于所述二次电池的端子间；

一对外部端子，自所述二次电池的两电极延伸设置，且和所述检查电阻并联设置；

电压计，测量所述二次电池的两电极间电压；

放电电力测量单元，测量所述二次电池所放出的电力；

定时器，测量和充电时间及放电时间相关的时间；及

控制部，

其特征在于，所述控制部在藉由所述一对外部端子对所述二次电池进行充电时对从充电开始电压至充电结束电压为止的充电时间进行测量，

充电结束后，藉所述检查开关使电流流到所述检查电阻；

根据藉由所述放电电力测量单元求得的所述检查电阻所消耗的电力和所述充电时间来计算残余电力量，

其中，所述放电电力测量单元包含串联连接于所述二次电池的端子间的磁性膜及传感器电阻以及测定所述磁性膜的电压的传感器电压计，

所述磁性膜邻接配置于所述二次电池和所述一对外部端子间的连接线。

2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，还具备对充电到所述二次电池的电力进行测量的充电电力测量单元，并藉所述充电电力测量单元及所述定时器测量将自所述充电开始电压至所述充电结束电压为止的期间所充电的电力量作为充电电力量。

3.一种电池系统，具有：

二次电池，可进行充电放电；

一对外部端子，自所述二次电池的两电极延伸设置；

电压计，测量所述二次电池的两电极间电压；

放电电力测量单元，测量所述二次电池所放出的电力；

充电电力测量单元，测量充电到所述二次电池的电力；

定时器，测量和充电时间及放电时间相关的时间；及

控制部，

其特征在于，所述控制部在藉由所述一对外部端子对所述二次电池进行充电时，藉所述充电电力测量单元及所述定时器计算在自充电开始电压至充电结束电压为止的期间所充电的充电电力量，从而作为残余电力量，

其中，所述放电电力测量单元包含串联连接于所述二次电池的端子间的磁性膜及传感器电阻以及测定所述磁性膜的电压的传感器电压计，

所述磁性膜邻接配置于所述二次电池和所述一对外部端子间的连接线。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电池系统，其特征在于，

在所述一对外部端子连接负载，

并从所述残余电力量减去藉所述放电电力测量单元所求得的放电电力量。

5.一种充电放电测定装置，为可将来自二次电池的电流在第一连接电路与第二连接电路相互切换的充电放电测定装置；该第一连接电路构成为将二次电池、负载电阻、及导体膜串联连接；而该第二连接电路构成为将二次电池、充电器、及该导体膜串联连接，

其特征在于，具有电压检测单元，该电压检测单元具有磁性膜，该磁性膜平行配置于所述导体膜且对从所述二次电池到所述负载电阻和所述充电器的连接以并联连接，而用以检测该磁性膜的电压变化。