JP4456584B2 - Method and system for measuring DC internal resistance value of electric double layer capacitor - Google Patents
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Description
この発明は、電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定方法及びそのシステムに関する。 The present invention relates to a method and a system for measuring a DC internal resistance value of an electric double layer capacitor.
蓄電装置として蓄電池や電気二重層コンデンサが実用化されている。これら蓄電池や電気二重層コンデンサでは、内部抵抗値の高低が性能の一指針とされている。したがって、蓄電装置の内部抵抗値を精度よく測定できることが好ましいが、蓄電装置は電荷を蓄積・放出するので、固定抵抗器のように抵抗値を容易に測定することができない。 Storage batteries and electric double layer capacitors have been put to practical use as power storage devices. In these storage batteries and electric double layer capacitors, high and low internal resistance values are considered as one guideline for performance. Therefore, it is preferable that the internal resistance value of the power storage device can be measured with high accuracy, but since the power storage device stores and discharges charges, the resistance value cannot be easily measured like a fixed resistor.
従来から、直流の起電圧を有する蓄電池の交流内部抵抗値を測定する手法として、1[kHz]の周波数を用いる交流4端子法が知られている。この交流4端子法に関連して前記蓄電池の端子間電圧の直流分を除去する高域通過用フィルタ(コンデンサと抵抗器によるフィルタ)のコンデンサの短時間充電法が、特開平11−118891号公報に開示されている。 Conventionally, an AC four-terminal method using a frequency of 1 [kHz] is known as a method for measuring an AC internal resistance value of a storage battery having a DC electromotive voltage. In connection with this AC four-terminal method, a method for short-time charging of a capacitor of a high-pass filter (filter with a capacitor and a resistor) that removes the DC component of the inter-terminal voltage of the storage battery is disclosed in JP-A-11-118891. Is disclosed.
一方、電気二重層コンデンサの試験方法に関し、交流内部抵抗値と直流内部抵抗値の測定方法が、日本電子機械工業会規格の規格「EIAJ RC−2377」で、それぞれ「3.4.1交流抵抗法」及び「3.4.2直流抵抗法」として規定されている。 On the other hand, regarding the test method of the electric double layer capacitor, the measurement method of the AC internal resistance value and the DC internal resistance value is the standard “EIAJ RC-2377” of the Japan Electronic Machinery Manufacturers Association standard. Method "and" 3.4.2 DC resistance method ".
図5は、EIAJ規格に規定される交流抵抗法測定回路2を示している。この交流抵抗法測定回路2は、供試コンデンサとしての電気二重層コンデンサCxに対して、周波数が1[kHz]、交流電流出力が1[mA]〜10[mA]の発振器4が交流電流計6を通じて接続されるとともに、電気二重層コンデンサCxの端子間に交流電圧計8が接続される構成になっている。
FIG. 5 shows an AC
この場合、交流電圧計8で測定される交流電圧をU[Vrms]、交流電流計6で測定される交流電流をI[Arms]とすると、電気二重層コンデンサCxの交流内部抵抗値Ra[Ω]は、次の(1)式によって算出される。
Ra=U÷I …(1)
In this case, when the AC voltage measured by the
Ra = U ÷ I (1)
図6は、EIAJ規格に規定される直流抵抗法測定回路12を示している。この直流抵抗法測定回路12は、電気二重層コンデンサCxの一端側に切替スイッチ15の共通接点15aが接続され、一方の固定接点15bと電気二重層コンデンサCxの他端側との間に定電流定電圧電源16が接続され、他方の固定接点15cと電気二重層コンデンサCxの他端側との間に直流電流計18と定電流放電器20の直列回路が接続され、さらに電気二重層コンデンサCxの端子間に直流電圧計22が接続される構成になっている。
FIG. 6 shows a DC
このような構成において、切替スイッチ15を定電流定電圧電源16側にし、電気二重層コンデンサCxを所定電圧(定格電圧)Eまで充電した後、所定電圧Eを30分間印加し充電を継続する。
In such a configuration, the
30分間の充電が終了した後、切替スイッチ15を定電流放電器20側にし、定電流放電器20により電気二重層コンデンサCxを一定電流で放電し、このときの電気二重層コンデンサCxの端子電圧の変化を直流電圧計22により測定して記録する。
After charging for 30 minutes, the
図7は、直流電圧計22により測定される電気二重層コンデンサCxの端子間電圧特性24の所定電圧E近傍の拡大図を示している。実際には、直流電圧計22により図示していない電圧0[V]から所定電圧E[V]まで測定されている。
FIG. 7 shows an enlarged view of the vicinity of the predetermined voltage E of the
この場合、端子間電圧特性24の時間変化の直線部を延長して補助線27を引き、この補助線27と放電開始時の時間軸28との交点Aから求めた電圧降下分ΔV2[V]を読み取る。ここで、直流電流計18で読み取られる放電電流がI[A]であるとき、電気二重層コンデンサCxの直流内部抵抗値Rd[Ω]は、次の(2)式によって算出される。なお、電圧降下分ΔV1は、放電開始時に瞬間的に降下する電圧である。
Rd=ΔV2÷I …(2)
In this case, an
Rd = ΔV2 ÷ I (2)
上述したように、EIAJ RC−2377においては、電気二重層コンデンサの内部抵抗値測定方法として、交流抵抗法と直流抵抗法とが規定されている。一般的に、交流抵抗法は、測定に要する時間が短く、比較的容易に精度よく内部抵抗値を測定できる特徴があるとされている。 As described above, in EIAJ RC-2377, an AC resistance method and a DC resistance method are defined as methods for measuring the internal resistance value of an electric double layer capacitor. In general, the AC resistance method is characterized in that the time required for measurement is short and the internal resistance value can be measured relatively easily and accurately.
ところで、交流抵抗法により電気二重層コンデンサに流される交流電流値は1〜10[mA]であるが、高出力用途の電気二重層コンデンサでは、実際上、数アンペア〜数十アンペアというという条件下で使用されることが多いことから測定条件と使用条件とが大幅にかけ離れている。 By the way, although the alternating current value passed through the electric double layer capacitor by the AC resistance method is 1 to 10 [mA], in the case of the electric double layer capacitor for high output use, it is actually a condition of several amperes to several tens of amperes. In many cases, measurement conditions and use conditions are greatly different.
さらに、交流抵抗法では測定周波数が1[kHz]、時間換算では1ミリ秒程度の短時間における電圧電流の変化量から内部抵抗値を測定しているが、高出力用途の電気二重層コンデンサでは、実際上、数秒に至る長時間の充放電サイクルで使用されることが多いことから測定条件と使用条件とが大幅にかけ離れている。 Furthermore, the internal resistance value is measured from the amount of change in voltage and current in a short time of 1 [kHz] in the AC resistance method and about 1 millisecond in time conversion. Actually, the measurement conditions and the use conditions are greatly different from each other because they are often used in a long charge / discharge cycle of several seconds.
実際に、高出力用途の電気二重層コンデンサを、上述した交流抵抗法と直流抵抗法で測定し測定結果を比較しても一致しない。 Actually, even if an electric double layer capacitor for high power use is measured by the above-described AC resistance method and DC resistance method and the measurement results are compared, they do not agree.
高出力用途の電気二重層コンデンサの実力を反映しているのは、実使用条件に近い直流抵抗法で測定された直流内部抵抗値であり、高出力用途の電気二重層コンデンサの内部抵抗値測定方法として、交流抵抗法は適切ではないことを見いだした。すなわち、電気二重層コンデンサの内部抵抗値の測定法としては直流抵抗法が適切である。 Reflecting the ability of electric double layer capacitors for high output applications is the DC internal resistance value measured by the DC resistance method close to actual use conditions, and measuring the internal resistance value of electric double layer capacitors for high output applications We found that the AC resistance method was not appropriate. That is, the DC resistance method is appropriate as a method for measuring the internal resistance value of the electric double layer capacitor.
しかしながら、EIAJ−2377に規定された直流抵抗法では、図6、図7を参照して説明したように、電気二重層コンデンサCxの端子間電圧を測定しているが、電気二重層コンデンサCxは、内部抵抗値が非常に小さいために、所定電圧(定格電圧)Eに対して、電圧降下分ΔV2が極めて小さい。結果、直流電圧計22のフルスケール中、狭いレンジでの測定となり精度よく測定することができないという問題がある。例えば、100[V]フルスケールで、1ボルトの変化を測定する場合に比較して、2[V]フルスケールで、1ボルトの変化を測定する方が精度よく測定することができる。
However, in the DC resistance method defined in EIAJ-2377, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the voltage between the terminals of the electric double layer capacitor Cx is measured, but the electric double layer capacitor Cx is Since the internal resistance value is very small, the voltage drop ΔV2 is extremely small with respect to the predetermined voltage (rated voltage) E. As a result, there is a problem that the measurement is performed in a narrow range during the full scale of the
また、特開平11−118891号公報に開示されている、交流4端子法に関連して蓄電池の端子間電圧の直流分を阻止する高域通過フィルタは、コンデンサ・抵抗器フィルタ(コンデンサが蓄電池と交流電圧計との間に接続され、交流電圧計の入力側と接地との間に抵抗器が接続される構成のフィルタ)であり遮断周波数が1[kHz]に近い値であるので、電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定に必要な放電開始時から10秒程度の長時間に渡る電圧変動を精度よく測定することができないという問題が解決されない。 Further, a high-pass filter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-118891 that blocks the DC component of the voltage between the terminals of the storage battery in connection with the AC four-terminal method is a capacitor / resistor filter (a capacitor is connected to the storage battery). The filter is connected between the AC voltmeter and a resistor is connected between the input side of the AC voltmeter and the ground, and the cutoff frequency is close to 1 [kHz]. The problem that voltage fluctuation over a long time of about 10 seconds from the start of discharge necessary for measurement of the DC internal resistance value of the multilayer capacitor cannot be measured with high accuracy is not solved.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、電気二重層コンデンサの直流抵抗値を高精度に測定することを可能とする電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定方法及びそのシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and a method for measuring the DC internal resistance value of an electric double layer capacitor, which can measure the DC resistance value of the electric double layer capacitor with high accuracy, and its The purpose is to provide a system.
この発明に係る電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定方法は、以下の特徴(1)〜(3)を備える。 The method for measuring a direct current internal resistance value of an electric double layer capacitor according to the present invention includes the following features (1) to (3).
(1)それぞれの一端が電気的に接続される電気二重層コンデンサと直流阻止用コンデンサを所定電圧まで充電した後、前記直流阻止用コンデンサの他端を開放するステップと、前記電気二重層コンデンサの前記一端に定電流放電器を接続し、前記電気二重層コンデンサを定電流放電させたときに前記直流阻止用コンデンサの開放端に現れる前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定するステップと、前記直流電圧計により測定した前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化の直線部を延長して補助線を引き、前記補助線と前記電気二重層コンデンサの放電開始時の時間軸との交点から求めた電圧降下分を読み取り、前記電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値を、「直流内部抵抗値=降下電圧÷定電流放電値」として求めるステップとを有することを特徴とする。 (1) After charging the electric double layer capacitor and the DC blocking capacitor, each of which is electrically connected to one end, to a predetermined voltage, opening the other end of the DC blocking capacitor; A constant current discharger is connected to the one end, and when the electric double layer capacitor is discharged at a constant current, the time change of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor appearing at the open end of the DC blocking capacitor is measured by a DC voltmeter. A step of measuring, and extending a linear portion of a time change in voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor measured by the DC voltmeter, drawing an auxiliary line, and a time at the start of discharging the auxiliary line and the electric double layer capacitor Read the voltage drop calculated from the intersection with the shaft, and calculate the DC internal resistance value of the electric double layer capacitor as follows: “DC internal resistance value = drop Characterized by a step of determining a pressure ÷ constant current discharge value. "
この特徴(1)を有する発明によれば、所定電圧まで充電した電気二重層コンデンサと直流阻止用コンデンサのうち、直流阻止用コンデンサの他端を開放し、電気二重層コンデンサを定電流で放電させたときに直流阻止用コンデンサの開放端に現れる電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定するようにしているので、直流阻止用コンデンサと直流電圧計の入力抵抗で決定される高域遮断周波数は、きわめて低い値となり、長時間の電圧変化を、直流電圧計のフルスケールに近いレンジで精度よく測定することができる。 According to the invention having the feature (1), of the electric double layer capacitor and the DC blocking capacitor charged to a predetermined voltage, the other end of the DC blocking capacitor is opened, and the electric double layer capacitor is discharged at a constant current. The time variation of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor that appears at the open end of the DC blocking capacitor is measured with a DC voltmeter, so the high voltage determined by the input resistance of the DC blocking capacitor and the DC voltmeter The cut-off frequency is extremely low, and long-time voltage changes can be accurately measured in a range close to the full scale of the DC voltmeter.
(2)この場合、直流阻止用コンデンサとしては、漏れ電流の少ないフィルムコンデンサが好ましい。 (2) In this case, a film capacitor with a small leakage current is preferable as the DC blocking capacitor.
この特徴(2)を有する発明によれば、より精度よく直流抵抗値を測定することができる。 According to the invention having the feature (2), the DC resistance value can be measured with higher accuracy.
(3)上記の特徴(1)又は(2)において、前記直流阻止用コンデンサの開放端に現れる前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定するステップでは、前記直流阻止用コンデンサと前記直流電圧計との間にボルテージフォロワを挿入し、このボルテージフォロワの出力端に現れる電圧を前記直流電圧計により測定することを特徴とする。 (3) In the above feature (1) or (2), in the step of measuring the time change of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor appearing at the open end of the DC blocking capacitor with the DC voltmeter, A voltage follower is inserted between a capacitor and the DC voltmeter, and a voltage appearing at an output terminal of the voltage follower is measured by the DC voltmeter.
この特徴(3)を有する発明によれば、直流電圧計の入力抵抗値をさらに大きくすることができるので、より精度よく直流抵抗値を測定することができる。また、直流阻止用コンデンサの値を小さくすることができる。 According to the invention having the feature (3), since the input resistance value of the DC voltmeter can be further increased, the DC resistance value can be measured with higher accuracy. In addition, the value of the DC blocking capacitor can be reduced.
この発明に係る電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システムは、以下の特徴(4)〜(7)を有する。 The measurement system for the DC internal resistance value of the electric double layer capacitor according to the present invention has the following features (4) to (7).
(4)電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システムであって、前記電気二重層コンデンサを所定電圧まで充電する定電流定電圧電源と、所定電圧まで充電された前記電気二重層コンデンサを定電流で放電する定電流放電器と、第1の固定接点が前記定電流定電圧電源に接続され、第2の固定接点が前記定電流放電器に接続され、共通接点が前記電気二重層コンデンサに接続される第1スイッチと、一端が前記電気二重層コンデンサと前記第1スイッチの接続点に電気的に接続される直流阻止用コンデンサと、前記直流阻止用コンデンサの他端に一端が接続され、他端が基準電圧に接続される第2スイッチと抵抗器との直列回路と、
前記直流阻止用コンデンサの他端に接続される直流電圧計と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第2スイッチを閉状態とし、前記第1スイッチを前記定電流定電圧電源側にして前記電気二重層コンデンサを前記所定電圧まで充電させるとともに、前記直流阻止用コンデンサを前記基準電圧から前記所定電圧まで充電させた後、前記第2スイッチを開状態として前記直流阻止用コンデンサの他端を開放し、前記第1スイッチを前記定電流放電器側に切り替えて前記電気二重層コンデンサを定電流放電させたとき、前記直流阻止用コンデンサの開放端に現れる前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定し、前記直流電圧計により測定した前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化の直線部を延長して補助線を引き、前記補助線と前記電気二重層コンデンサの放電開始時の時間軸との交点から求めた電圧降下分を読み取り、前記電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値を、「直流内部抵抗値=降下電圧÷定電流放電値」として求めることを特徴とする。
(4) A system for measuring the DC internal resistance value of an electric double layer capacitor, the constant current constant voltage power source for charging the electric double layer capacitor to a predetermined voltage, and the electric double layer capacitor charged to a predetermined voltage. A constant current discharger that discharges by current, a first fixed contact is connected to the constant current constant voltage power source, a second fixed contact is connected to the constant current discharger, and a common contact is connected to the electric double layer capacitor A first switch to be connected; a DC blocking capacitor having one end electrically connected to a connection point of the electric double layer capacitor and the first switch; and one end connected to the other end of the DC blocking capacitor; A series circuit of a second switch and a resistor, the other end of which is connected to a reference voltage;
A DC voltmeter connected to the other end of the DC blocking capacitor; and a control means, wherein the control means closes the second switch, and sets the first switch to the constant current constant voltage power source side. The electric double layer capacitor is charged to the predetermined voltage, and after the DC blocking capacitor is charged from the reference voltage to the predetermined voltage, the second switch is opened to connect the other end of the DC blocking capacitor. When the electric double layer capacitor is discharged at a constant current by switching the first switch to the constant current discharger side, the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor appearing at the open end of the DC blocking capacitor is opened. The time change was measured with a DC voltmeter, and the voltage change with time due to the discharge of the electric double layer capacitor was measured with the DC voltmeter. The auxiliary line is extended, the voltage drop obtained from the intersection of the auxiliary line and the time axis at the start of discharge of the electric double layer capacitor is read, and the DC internal resistance value of the electric double layer capacitor is expressed as `` DC internal resistance value = voltage drop / constant current discharge value ”.
この特徴(4)を有する発明によれば、所定電圧まで充電した電気二重層コンデンサと直流阻止用コンデンサのうち、直流阻止用コンデンサの他端を開放し、電気二重層コンデンサを定電流で放電させたときに直流阻止用コンデンサの開放端に現れる電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定するようにしているので、直流阻止用コンデンサと直流電圧計の入力抵抗による高域遮断周波数は、きわめて低い値となり、長時間の電圧変化を、直流電圧計のフルスケールに近いレンジで精度よく測定することができる。 According to the invention having the feature (4), of the electric double layer capacitor and the DC blocking capacitor charged to a predetermined voltage, the other end of the DC blocking capacitor is opened, and the electric double layer capacitor is discharged at a constant current. The time variation of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor that appears at the open end of the DC blocking capacitor is measured with a DC voltmeter, so the high frequency cutoff frequency due to the input resistance of the DC blocking capacitor and DC voltmeter Is extremely low, and long-term voltage changes can be accurately measured in a range close to the full scale of a DC voltmeter.
(5)上記の特徴(4)において、さらに、前記直流阻止用コンデンサと前記直流電流計との間に挿入されて、前記直流阻止用コンデンサの他端に入力端が接続され、出力端が前記直流電圧計に接続されるボルテージフォロワを備えることで、直流電圧計の入力抵抗値をさらに大きくすることができるので、より精度よく直流抵抗値を測定することができる。また、直流阻止用コンデンサの値を小さくすることができる。 (5) In the above feature (4), the DC blocking capacitor and the DC ammeter are further inserted, an input terminal is connected to the other end of the DC blocking capacitor, and an output terminal is connected to the DC blocking capacitor. By providing the voltage follower connected to the DC voltmeter, the input resistance value of the DC voltmeter can be further increased, so that the DC resistance value can be measured with higher accuracy. In addition, the value of the DC blocking capacitor can be reduced.
(6)上記の特徴(4)又は(5)において、さらに、前記電気二重層コンデンサと前記直流阻止用コンデンサの一端との間に挿入されて、前記電気二重層コンデンサの端子間にそれぞれ入力端が接続され、出力端が前記直流阻止用コンデンサの一端に接続される差動増幅器を備えることで、電気二重層コンデンサの端子間に現れる同相分を除去できるのでより精度よく直流抵抗値を測定することができる。 (6) In the above feature (4) or (5), the electric double layer capacitor is further inserted between the electric double layer capacitor and one end of the DC blocking capacitor, and input terminals are respectively connected between the terminals of the electric double layer capacitor. Is connected, and the output terminal is provided with a differential amplifier connected to one end of the DC blocking capacitor, so that the in-phase component appearing between the terminals of the electric double layer capacitor can be removed, so that the DC resistance value can be measured more accurately. be able to.
(7)上記の特徴(5)又は(6)において、前記直流阻止用コンデンサをフィルムコンデンサとし、前記第2スイッチを接合型FETとし、前記ボルテージフォロワを接合型FET入力とすることで、電気二重層コンデンサの直流抵抗値をより精度よく測定することができる。 (7) In the above feature (5) or (6), the DC blocking capacitor is a film capacitor, the second switch is a junction FET, and the voltage follower is a junction FET input. The DC resistance value of the multilayer capacitor can be measured with higher accuracy.
この発明によれば、電気二重層コンデンサの直流抵抗値を高精度に測定することができる。 According to the present invention, the DC resistance value of the electric double layer capacitor can be measured with high accuracy.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図6に示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、繁雑さを避けるために、必要に応じて上記図6、図7をも参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings to be referred to below, components corresponding to those shown in FIG. 6 are given the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. Moreover, in order to avoid complexity, it demonstrates with reference to the said FIG. 6, FIG. 7 as needed.
図1は、この実施の形態に係る電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システム32の構成を示している。
FIG. 1 shows the configuration of a DC internal
この測定システム32は、図6、図7を参照して説明した直流抵抗法を、電気二重層コンデンサCxの直流抵抗値を、より精度よく、かつ容易に測定できるように改良したシステムである。
This
この測定システム32は、基本的に、図6に示した直流抵抗法測定回路12から直流電圧計22を概ね分離した構成の直流抵抗法測定回路12aと、直流電圧計22と、直流抵抗法測定回路12aと直流電圧計22との間に配置されるインタフェース回路25と、これら直流抵抗法測定回路12a、直流電圧計22、及びインタフェース回路25の動作を制御する制御装置26とから構成される。制御装置26は、マイクロコンピュータを含み、マイクロコンピュータは、プログラム等が記憶されるROM(read only memory)と、前記ROMに記憶されているプログラムを実行することで制御・演算・判断機能を備えるCPU(central processing unit)と、RAM(random access memory)と、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェースと、時計、カウンタ、タイマ等を含む。
This
直流抵抗法測定回路12aは、電気二重層コンデンサCxを所定電圧(例えば、定格電圧)Eまで充電する定電流定電圧電源16と、所定電圧Eまで充電された電気二重層コンデンサCxを定電流値Iで放電する定電流放電器20と、定電流値Iを測定する直流電流計18と、第1の固定接点14bが定電流定電圧電源16に接続され第2の固定接点14cが直流電流計18と定電流放電器20の直列回路に接続され第3の固定接点14dが放電抵抗器48を通じて接地され、共通接点14aが電気二重層コンデンサCxに接続される第1スイッチ14とから構成されている。なお、第1スイッチ14は、その切替制御端子14eに信号が供給されていないとき、共通接点14aと第3の固定接点14dとが接続されたデフォルト状態になっている。第1スイッチ14は、機械式のスイッチあるいはパワートランジスタ(MOSFET)を使った電子式のスイッチによるマルチプレクサにより構成される。
The DC resistance
インタフェース回路25は、電気二重層コンデンサCxの端子間電圧を増幅する利得が1倍の差動増幅器29と、直流電圧計22の入力側に接続されるボルテージフォロワ30と、差動増幅器29の出力側とボルテージフォロワ30の入力側との間に挿入配置される直流阻止用コンデンサ34と、ボルテージフォロワ30の入力側と接地との間に接続される直流阻止用コンデンサ充電経路スイッチ回路42とから構成される。
The
直流阻止用コンデンサ充電経路スイッチ回路42は、第2スイッチ36と、充電電流を制限する抵抗器38と、基準電圧Erを発生する基準電圧発生器40とから構成される。第2スイッチ36は、接合型FETを用いたスイッチであり、ドレイン端子が結合点50に接続され、ソース端子が抵抗器38に接続され、ゲート端子が制御装置26に接続される。
The DC blocking capacitor charging
この実施の形態において、定電流定電圧電源16と、直流電流計18と、定電流放電器20と、差動増幅器29と、ボルテージフォロワ30と、直流電圧計22と、基準電圧発生器40と、制御装置26とは、それぞれ能動回路であるので、所定の直流電圧が印加されるが、繁雑になるので描いていない。
In this embodiment, a constant current constant
制御装置26は、定電流定電圧電源16の定電流値と定電圧値Eと、定電流放電器20の放電定電流値Iと、基準電圧発生器40の基準電圧Erとを、それぞれ調整可能である。また、制御装置26は、直流電流計18の電流値Iと、直流電圧計22の出力の電圧特性で表される電気二重層コンデンサCxの端子間電圧の時間変化特性を測定可能である。さらに、制御装置26は、第1スイッチ14と第2スイッチ36をそれぞれ切り替えることができる。
The
上記のボルテージフォロワ30用の演算増幅器としては、新日本無線株式会社製の接合型FET入力型の低消費電力演算増幅器、型式「NJM062」を使用した。
As the operational amplifier for the
第2スイッチ36用のFETとしては、株式会社東芝製の接合型FET、型式「2SK209」を使用した。
As the FET for the
差動増幅器29としては、リニアテクノロジーコーポーレーション製の差動増幅器、型式「LT1990A」を使用した。なお、LT1990Aは、0[V]出力には対応していないため、実際には、図示していないREF端子へ所定の電圧を印加する必要がある。例えば、差動増幅器29のREF端子に基準電圧発生器40の正端子を接続すると、出力(結合点52)に基準電圧Erを得ることができるが、差動増幅器としては0[V]出力に対応しているものも使用できることと、回路の簡明さを考慮し、図1例では、0[V]出力としている。
As the
直流阻止用コンデンサ34としては、松下電器産業株式会社製のポリプロピレンフィルムを用いた無誘導コンデンサ、型式「ECQ−P1H104JZ」を3並列で0.3[μF]として使用した。
As the
次に、上述の実施形態の動作について、図2に示すアプリケーションプログラムに係るフローチャートに基づいて詳しく説明する。なお、特に断らない限り、制御主体は制御装置26であるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。
Next, the operation of the above-described embodiment will be described in detail based on the flowchart relating to the application program shown in FIG. Unless otherwise specified, the control subject is the
まず、ステップS1において、第1スイッチ14が放電抵抗器48に接続されていて、第2スイッチ36がオン状態(閉状態)となっている状態で、初期設定を行う。なお、この状態において、電気二重層コンデンサCxの電荷は、放電抵抗器48を通じて全て放電され端子間電圧が0[V]とされる。直流阻止用コンデンサ34は、結合点50側の端が基準電圧Erとされ結合点52側が0[V]にされている。
First, in step S1, initialization is performed in a state where the
この初期設定では、定電流定電圧電源16を電気二重層コンデンサCxの定格電圧である所定電圧Eに設定する。定電流放電器20による放電電流Iは、EIAJ規格に依ってもよいが、この実施形態では、実際の使用条件での放電電流値(例えば、上限値と下限値と中央値)Iに設定する。直流電流計18のフルスケールは、設定した放電電流値Iより大きく、放電電流値Iに最も近いレンジ(フルスケール)に設定する。ただし、この実施の形態において、直流電流計18は、監視・確認用であるので設けなくともよい。
In this initial setting, the constant current constant
また、基準電圧発生器40の基準電圧Erは、直流電圧計22の所定のフルスケール内の全範囲に近い範囲を利用して精度を上げるために調整する。例えば、図3に示すように、電圧E1〜所定電圧Eの範囲の電圧変化を直流電圧計22で測定しようとする場合、基準電圧Erは、(E−E1)=+ΔE[V]に設定すればよい。すなわち、後に電気二重層コンデンサCxを放電させたとき直流阻止用コンデンサ34とボルテージフォロワ30との結合点50の電圧は、測定に必要な時間内に電圧Eから電圧E1まで負方向に−(E−E1)=−ΔE[V]減少するので、結合点50の電圧を+ΔE[V]に設定しおくことにより、直流電圧計22では+ΔE[V]から0[V]までの変化電圧を測定すればよいこととなる。この場合、直流電圧計22の所定のフルスケールは、+ΔE[V]より大きく、+ΔE[V]に最も近いレンジに設定する。
Further, the reference voltage Er of the
次いで、ステップS2において、時点t1で第1スイッチ14を定電流定電圧電源16に接続する。そうすると、図3の時点t1から時点t2に示すように電気二重層コンデンサCxの端子電圧は、0[V]から所定電圧E[V]まで直線的に充電される。このとき、直流阻止用コンデンサ34の結合点52側の端子も所定電圧E[V]まで充電される(なお、上述したように、差動増幅器29の出力をEr[V]とした場合には、E+Er[V]まで充電される)。
Next, in step S2, the
次に、ステップS3において、時点t2から時点t10までの間の30分間、電気二重層コンデンサCxに所定電圧Eが印加された充電継続状態が保持される。 Next, in step S3, the charge continuation state in which the predetermined voltage E is applied to the electric double layer capacitor Cx is maintained for 30 minutes from time t2 to time t10.
次いで、ステップS4において、時点t10の直前に第2スイッチ36を開放状態とし、時点t10で第1スイッチ14を定電流放電器20側に接続する。これにより時点t10から電気二重層コンデンサCxは一定電流Iで放電を開始する。
Next, in step S4, the
ステップS5において、時点t10から直流電圧計22で、電圧Er=+ΔEから電圧0[V]になるまで、時点t10から5秒ごとの時点t11(時点t10から5秒後)、t12(時点t10から10秒後)、t13(時点t10から15秒後)にて電圧を測定する(実際には、10[ms]毎に直流電圧計22の電圧が取り込まれる)。
In step S5, from the time point t10, until the voltage Er = + ΔE becomes the voltage 0 [V], the time point t11 every 5 seconds from the time point t10 (5 seconds after the time point t10), t12 (time point t10 to 10 After a second), the voltage is measured at t13 (15 seconds after time t10) (actually, the voltage of the
このようにして、直流電圧計22の測定電圧が0[V]になったとき(時点t14)、ステップS6で測定終了設定を行う。
In this way, when the measured voltage of the
すなわち、第2スイッチ36をオン状態(閉状態)にした後、第1スイッチ14を放電抵抗器48側に接続して次の測定に備える。第1スイッチ14は、定電流放電器20側に接続したままでもよい。
That is, after the
次いで、ステップS7において、測定した図3に示す端子間電圧特性24の時間変化の直線部を延長して、例えば時点t10から5秒後の時点t11と10秒後の時点t12の電圧値を接続して、補助線27を引き、この補助線27と放電開始時の時間軸28との交点Aから求めた電圧降下分ΔV2[V]を読み取り、直流電流計18で読み取られた放電電流がI[A]であるとき、電気二重層コンデンサCxの直流内部抵抗値Rd[Ω]は、上述した(2)式によって算出される。なお、電圧降下分ΔV1は、放電開始時に瞬間的に降下する電圧である。
Next, in step S7, the linear portion of the measured time-varying voltage characteristic 24 shown in FIG. 3 is extended to connect, for example, a voltage value at
以上説明したように上述した実施形態によれば、所定電圧E[V]まで充電した電気二重層コンデンサCxと直流阻止用コンデンサ34のうち、直流阻止用コンデンサ34の他端を開放し、電気二重層コンデンサCxを定電流値Iで放電させたときに直流阻止用コンデンサ34の開放端に現れる電気二重層コンデンサCxの放電による電圧の時間変化を直流電圧計22を通じて制御装置26により測定するようにしているので、直流阻止用コンデンサ34と直流電圧計22の入力抵抗による高域遮断周波数が、接合型FET入力のボルテージフォロワ30を挿入していることからきわめて低い値となり、長時間、例えば1秒〜数秒以上の電圧変化を、直流電圧計22のフルスケールに近いレンジで精度よく測定することができる。
As described above, according to the embodiment described above, of the electric double layer capacitor Cx and the
また、電気二重層コンデンサCxと直流阻止用コンデンサ34の一端との間に差動増幅器29を挿入した構成としているので、電気二重層コンデンサCxの端子間に現れる同相分を除去できるのでより精度よく直流抵抗値を測定することができる。
Further, since the
このように、この実施形態によれば、電気二重層コンデンサCxの直流抵抗値を高精度に測定することができる。 Thus, according to this embodiment, the DC resistance value of the electric double layer capacitor Cx can be measured with high accuracy.
なお、図1の電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システム32は、精度を満足する範囲で、図4に示す測定システム32Aに変更することもできる。すなわち、図1例の測定システム32に対して、差動増幅器29、ボルテージフォロワ30、基準電圧発生器40のいずれか1つを、仕様精度に応じて取り外すことが可能である。なお図4例の測定システム32Aの場合、直流電圧計22の測定レンジは、0[V]〜−ΔV[V]までの範囲となる。
Note that the DC internal resistance
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
14…第1スイッチ 16…定電流定電圧電源
22…直流電圧計 26…制御装置
29…差動増幅器 30…ボルテージフォロワ
34…直流阻止用コンデンサ 36…第2スイッチ
Cx…電気二重層コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電気二重層コンデンサを所定電圧まで充電する定電流定電圧電源と、
所定電圧まで充電された前記電気二重層コンデンサを定電流で放電する定電流放電器と、
第1の固定接点が前記定電流定電圧電源に接続され、第2の固定接点が前記定電流放電器に接続され、共通接点が前記電気二重層コンデンサに接続される第1スイッチと、
前記電気二重層コンデンサの端子間にそれぞれ入力端が接続される差動増幅器と、
一端が前記差動増幅器の出力端に接続される直流阻止用コンデンサと、
前記直流阻止用コンデンサの他端に一端が接続され、他端が基準電圧を発生する基準電圧発生器に接続される第2スイッチと抵抗器との直列回路と、
前記直流阻止用コンデンサの他端に入力端が接続されるボルテージフォロワと、
前記ボルテージフォロワの出力端に接続される直流電圧計と、
制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第2スイッチを閉状態とし、前記第1スイッチを前記定電流定電圧電源側にして前記電気二重層コンデンサを前記所定電圧まで充電させるとともに、前記直流阻止用コンデンサを前記基準電圧から前記所定電圧まで充電させた後、前記第2スイッチを開状態として前記直流阻止用コンデンサの他端を開放し、前記第1スイッチを前記定電流放電器側に切り替えて前記電気二重層コンデンサを定電流放電させたとき、前記直流阻止用コンデンサの開放端に現れる前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化を直流電圧計により測定し、前記直流電圧計により測定した前記電気二重層コンデンサの放電による電圧の時間変化の直線部を延長して補助線を引き、前記補助線と前記電気二重層コンデンサの放電開始時の時間軸との交点から求めた電圧降下分を読み取り、前記電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値を、「直流内部抵抗値=降下電圧÷定電流放電値」として求める
ことを特徴とする電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システム。 A measurement system for a DC internal resistance value of an electric double layer capacitor,
A constant current constant voltage power source for charging the electric double layer capacitor to a predetermined voltage;
A constant current discharger for discharging the electric double layer capacitor charged to a predetermined voltage with a constant current;
A first switch having a first fixed contact connected to the constant current constant voltage power source, a second fixed contact connected to the constant current discharger, and a common contact connected to the electric double layer capacitor;
Differential amplifiers each having an input terminal connected between terminals of the electric double layer capacitor;
A DC blocking capacitor having one end connected to the output end of the differential amplifier ;
A series circuit of a second switch and a resistor, one end of which is connected to the other end of the DC blocking capacitor and the other end of which is connected to a reference voltage generator for generating a reference voltage ;
A voltage follower having an input end connected to the other end of the DC blocking capacitor ;
A DC voltmeter connected to the output end of the voltage follower ;
Control means,
The control means includes
The second switch is closed, the first switch is set to the constant current constant voltage power source side, the electric double layer capacitor is charged to the predetermined voltage, and the DC blocking capacitor is changed from the reference voltage to the predetermined voltage. The second switch is opened, the other end of the DC blocking capacitor is opened, the first switch is switched to the constant current discharger side, and the electric double layer capacitor is discharged with constant current. The time change of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor appearing at the open end of the DC blocking capacitor is measured with a DC voltmeter, and the time change of the voltage due to the discharge of the electric double layer capacitor measured with the DC voltmeter An auxiliary line is drawn by extending the straight line, and the intersection of the auxiliary line and the time axis at the start of discharge of the electric double layer capacitor And the DC internal resistance value of the electric double layer capacitor is calculated as “DC internal resistance value = drop voltage ÷ constant current discharge value”. Value measuring system.
前記直流阻止用コンデンサがフィルムコンデンサであり、前記第2スイッチが接合型FETであり、前記ボルテージフォロワが接合型FET入力である
ことを特徴とする電気二重層コンデンサの直流内部抵抗値の測定システム。 In the measurement system of the direct current internal resistance value of the electric double layer capacitor according to claim 1 ,
The system for measuring a DC internal resistance value of an electric double layer capacitor, wherein the DC blocking capacitor is a film capacitor, the second switch is a junction FET, and the voltage follower is a junction FET input.
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