JP6004859B2 - Electrochemical measuring device and charge / discharge control method for electrochemical measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば蓄電池やキャパシタなどを測定対象とした電気化学測定装置およびその充放電制御方法に係り、特に制御対象装置に対する定電流/定電力/定抵抗の充放電制御から定電圧の充放電制御への遷移制御に関する。 The present invention relates to an electrochemical measurement device for measuring, for example, a storage battery or a capacitor, and a charge / discharge control method thereof, and in particular, charge / discharge of constant voltage from charge / discharge control of constant current / constant power / constant resistance to the device to be controlled It relates to transition control to control.
電気化学測定装置における充放電機能では、定電流/定電力/定抵抗制御を行って電池やキャパシタを充放電し、その電圧が設定電圧に達すると電流値を絞り、定電流制御から定電圧制御へ遷移させる制御を行っている。 The charge / discharge function in the electrochemical measurement device performs constant current / constant power / constant resistance control to charge / discharge batteries and capacitors, and when the voltage reaches the set voltage, the current value is narrowed down to control the constant voltage from constant current control. Control to transition to.
図1は電気化学測定装置の制御部ブロック図の一例を示しており、101は測定対象装置としての蓄電池であり、その正極端には電流検出抵抗102の一端が接続されている。
FIG. 1 shows an example of a block diagram of a control unit of an electrochemical measurement device.
蓄電池101の正、負極端にはオペアンプからなる電圧検出回路103の入力端が接続され、電流検出抵抗102の両端にはオペアンプからなる電流検出回路104の入力端が接続されている。
An input terminal of a
105は、電圧検出回路103から出力される検出電圧をアナログ−デジタル変換してCPU(コンピュータ)120に出力する電圧検出用のADコンバータである。
106は、電流検出回路104から出力される検出電流をアナログ−デジタル変換してCPU120に出力する電流検出用のADコンバータである。
CPU120は、ADコンバータ105,106の出力信号を取り込んで、蓄電池101に対する充放電電流/電力/抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号(制御信号)を出力する。
The
107は、CPU120から出力される指令信号をデジタル−アナログ変換するDAコンバータである。DAコンバータ107の出力信号(制御指令)は抵抗108を介して、オペアンプを有した電圧/電流制御回路109の一方の入力端に入力される。
前記電流検出回路104の出力端と電圧/電流制御回路109の一方の入力端との間には、抵抗111および電流制御用のスイッチSW1が直列に接続されている。
Between the output terminal of the
前記電圧検出回路103の出力端と電圧/電流制御回路109の一方の入力端との間には、抵抗112および電圧制御用のスイッチSW2が直列に接続されている。
A
電圧/電流制御回路109の他方の入力端は接地され、出力端は前記電流検出抵抗102の他端に接続されている。
The other input end of the voltage /
尚、蓄電装置の充放電試験システムおよびその方法は、例えば下記特許文献1のものが提案されている。
For example, the following
図1の装置において、ポテンショスタットと呼ばれる電位制御を行う場合にはスイッチSW1を開いて、スイッチSW2を閉じる。このときCPU120から与えられた制御値がDAコンバータ107から出力され、蓄電池101の電圧をこれに保つように回路が動作する。
In the apparatus of FIG. 1, when potential control called potentiostat is performed, the switch SW1 is opened and the switch SW2 is closed. At this time, the control value given from the
また、ガルバノスタットと呼ばれる電流制御を行う場合にはスイッチSW1を閉じて、スイッチSW2を開く。このときDAコンバータ107から出力された値に従って蓄電池101に流れる電流が制御される。この電気化学装置において充放電測定を行う場合があり、特に定電流で制御して蓄電池101の電圧が目標値に到達した時点で定電圧制御に切り替える動作が要求される。
When current control called galvanostat is performed, the switch SW1 is closed and the switch SW2 is opened. At this time, the current flowing through the
通常電気化学測定装置において定電流−定電圧切り替え制御は、制御回路のスイッチSW1とSW2の切り替えによって実現することができる。この場合、DAコンバータ107の出力変更(定電流制御と定電圧制御では制御値が異なるため必要)のタイミングとスイッチSW1、SW2の切り替えのタイミングを完全に一致させることが難しく、またスイッチの切り替え自体によって回路的に不安定な状態が発生することから、電池やキャパシタ等の試験対象物(図1では蓄電池101)に大きな電気的ショックを与え、試験の安全性や正確性に大きな影響が出ることとなる。
In a normal electrochemical measurement apparatus, constant current-constant voltage switching control can be realized by switching the switches SW1 and SW2 of the control circuit. In this case, it is difficult to completely match the timing of the output change of the DA converter 107 (necessary because the control value differs between constant current control and constant voltage control) and the switching timing of the switches SW1 and SW2, and the switch switching itself. Causes an unstable circuit condition, so that a large electrical shock is applied to a test object such as a battery or a capacitor (
また二次電池等蓄電素子の充放電用試験機では、特許文献1に開示されているようなデジタル制御が行われた例があるが、ADサンプリングの周期で制御を行うため計測電圧のノイズ成分による不安定性や制御遅延が課題となっていた。またこの制御では接続された試料の性質と制御アルゴリズムの組み合わせで制御挙動が異なるため、測定結果だけではどのような制御が実際に行われたのかを把握することが困難であった。
In addition, there is an example in which digital control as disclosed in
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延が発生することのない電気化学測定装置およびその充放電制御方法を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electrochemical measurement apparatus that does not cause a control delay at the time of transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control, and its charge / discharge control. It aims to provide a method.
上記課題を解決するための請求項1に記載の電気化学測定装置は、電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してADコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流/電力/抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、前記コンピュータから出力された指令信号をDAコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧/電流制御回路とを備えた電気化学測定装置であって、前記コンピュータは、電流指令信号を出力して定電流/定電力/定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させ、該遷移後の定電圧制御時には、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を、前記逆極性に設定する前の電流極性の最小値に設定する手段を備えていることを特徴としている。
The electrochemical measurement apparatus according to
In the control means, the detected voltage of the measurement target device exceeds a target voltage for constant voltage control, and a current setting value for performing constant voltage control is determined by a current range and resolution of the DA converter and AD converter. When the current set value is less than the minimum value, the current set value is set to a value opposite to the current current polarity and larger than the minimum value. Thereafter, the detected voltage of the measurement target device does not reach the target voltage and is constant. When the current setting value for voltage control is less than the minimum value determined by the resolution of the current range and the DA converter and AD converter, the current setting value is set to the current polarity before the reverse polarity is set. It is characterized by having means for setting to the minimum value .
また、請求項4に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してADコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流/電力/抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、前記コンピュータから出力された指令信号をDAコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧/電流制御回路とを備えた電気化学測定装置の充放電制御方法であって、前記コンピュータの制御手段が、電流指令信号を出力して定電流/定電力/定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させるステップと、前記遷移後に、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する定電圧制御ステップとを実行し、
前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を、前記逆極性に設定する前の電流極性の最小値に設定するステップを備えていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling charge / discharge of an electrochemical measurement device, wherein the charge / discharge voltage and charge / discharge current of the measurement target device in the electrochemical measurement device are detected and an analog-digital converted signal is input by an AD converter And a computer that outputs a charge / discharge current / power / resistance command signal and a charge / discharge voltage command signal for the measurement target device, and a signal obtained by digital-analog conversion of the command signal output from the computer by a DA converter. A charge / discharge control method for an electrochemical measurement device comprising a charge / discharge voltage of a measurement target device and a voltage / current control circuit for controlling a charge / discharge current, wherein the control means of the computer outputs a current command signal. When the constant current / constant power / constant resistance control is started and the voltage of the measurement target device reaches the target voltage, the current command signal Switching to a value corresponding to the target voltage and transitioning to constant voltage control, and after the transition, based on data obtained by averaging the detected voltages of the measurement target devices sampled at a cycle shorter than the execution cycle of the constant voltage control And a constant voltage control step for controlling current in a constant voltage control execution cycle according to a constant voltage control processing procedure ,
In the constant voltage control step, the detected voltage of the measurement target device exceeds a target voltage for constant voltage control, and the current setting value for performing constant voltage control is a current range and resolution of the DA converter and AD converter. When the current set value is less than the minimum value determined by the above, the current set value is set to a value opposite to the current current polarity and larger than the minimum value, and then the detection voltage of the measurement target device does not satisfy the target voltage. In addition, when the current set value for performing the constant voltage control becomes less than the minimum value determined by the resolution of the current range and the DA converter and AD converter, the current set value is set to the current before the reverse polarity is set. The step of setting to the minimum value of the polarity is provided .
上記構成によれば、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延は発生しない。すなわち、定電圧制御の実行周期よりも短い周期で電圧値をサンプリングし、それを平均化したデータをもとに定電圧制御を行うので、高周波ノイズなどの外乱要素の影響が少なくなり、ノイズによる変動を減少させて制御電流の収束を早めることができる。 According to the above configuration, no control delay occurs at the time of transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control. In other words, the voltage value is sampled at a cycle shorter than the execution cycle of the constant voltage control, and the constant voltage control is performed based on the averaged data. The convergence of the control current can be accelerated by reducing the fluctuation.
また、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移時にハードウェア的な切り替えがないため、電圧のオーバーシュートなどの電気的ショックが抑制され、かつ素早い遷移が実行される。
また、制御電流値を絞る際に、DAコンバータ、ADコンバータに反映できる最小値を判断しているので、実効性のないコンピュータの計算上の電流値設定を行わないように制限することができ、これによって制御遅延が生じることを防止できる。
In addition, since there is no hardware switching at the time of transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control, electrical shock such as voltage overshoot is suppressed, and quick transition is executed.
In addition, since the minimum value that can be reflected in the DA converter and AD converter is determined when the control current value is narrowed down, it is possible to limit the setting of the current value in the calculation of an ineffective computer, This can prevent a control delay from occurring.
また、請求項2に記載の電気化学測定装置は、請求項1において、前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減手段と、前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更手段とを備えていることを特徴としている。
The electrochemical measurement device according to
また、請求項5に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、請求項4において、前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減ステップと、前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更ステップとを備えていることを特徴としている。
Moreover, the charge / discharge control method for an electrochemical measurement device according to
上記構成によれば、定電圧制御を行うための制御電流の過度な変化を抑えることができる。 According to the said structure, the excessive change of the control current for performing constant voltage control can be suppressed.
また、請求項3に記載の電気化学測定装置は、請求項1又は2において、前記コンピュータは、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する手段を備えていることを特徴としている。
Further, the electrochemical measuring apparatus according to
また、請求項6に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、請求項4又は5において、前記コンピュータの制御ログ作成・記録手段が、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する制御ログ作成・記録ステップを実行することを特徴としている。
A charge / discharge control method for an electrochemical measurement apparatus according to
上記構成によれば、定電圧制御の動作過程をフローチャート上の制御経路の記録として残すことができ、どのような制御経路で実際に定電圧制御が行われたかを把握することが可能となる。 According to the above configuration, the operation process of the constant voltage control can be left as a record of the control path on the flowchart, and it is possible to grasp what control path the constant voltage control is actually performed on.
(1)請求項1〜6に記載の発明によれば、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延発生を防ぐことができる。
また、制御電流値を絞る際に、DAコンバータ、ADコンバータに反映できる最小値を判断しているので、実効性のないコンピュータの計算上の電流値設定を行わないように制限することができ、これによって制御遅延が生じることを防止できる。
(2)請求項2、5に記載の発明によれば、定電圧制御を行うための電流設定値を適正に増減することができ、制御電流の過度な変化を抑えることができる。
(3)請求項3、6に記載の発明によれば、定電圧制御の動作過程をフローチャート上の制御経路の記録として残すことができ、どのような制御経路で実際に定電圧制御が行われたかを把握することが可能となる。
(1) According to the first to sixth aspects of the invention, it is possible to prevent the occurrence of a control delay at the time of transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control.
In addition, since the minimum value that can be reflected in the DA converter and AD converter is determined when the control current value is narrowed down, it is possible to limit the setting of the current value in the calculation of an ineffective computer, This can prevent a control delay from occurring.
(2) According to the second and fifth aspects of the invention, the current set value for performing the constant voltage control can be appropriately increased and decreased, and an excessive change in the control current can be suppressed.
(3) According to the invention described in
これによって、定電圧制御の処理手順のどの部分にどのような問題があるかの検証・修正が容易になり,アルゴリズムや装置の開発効率が向上する。また、電気化学測定装置の充放電機能の利用者に対し、問題の発生原因や機序の具体的な提示など、従来とは異なる形態の新しい利用者サポートが可能となる。 This makes it easy to verify and correct which part of the constant voltage control processing procedure has a problem and improve the efficiency of algorithm and device development. In addition, it is possible to provide new user support in a form different from conventional ones, such as specific presentation of the cause of the problem and the mechanism to the user of the charge / discharge function of the electrochemical measuring device.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下では、本発明を図1の電気化学測定装置に適用した実施形態例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to the electrochemical measurement apparatus of FIG. 1 will be described.
本実施形態例では、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移をデジタル制御で行うことを可能とし、定電圧制御時は、電圧制御回路(スイッチSW2と電圧/電流制御回路109)ではなく電流制御回路(スイッチSW1と電圧/電流制御回路109)を使用し(スイッチSW1を閉じてスイッチSW2を開き)、CPU120が検出電圧(ADコンバータ105の出力)をもとに電流を制御することで電圧を一定に保つように構成した。これを定電圧デジタル制御と呼ぶ。このため充放電機能において制御回路のスイッチ切り替えは発生しない。またCPU120は自身が実施した定電圧デジタル制御の動作過程を装置内に記録するように構成した。
In this embodiment, the transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control can be performed by digital control. During constant voltage control, a voltage control circuit (switch SW2 and voltage / current control circuit) can be used. 109) instead of the current control circuit (switch SW1 and voltage / current control circuit 109) (switch SW1 is closed and switch SW2 is opened), and
図2はCPU120が実行する制御手順(ステップS1〜S35)を示すフローチャート、図3は図2のステップS1〜S8を拡大して図示したフローチャート、図4は図2のステップS9〜S27を拡大して図示したフローチャート、図5は図2のステップS28〜S35を拡大して図示したフローチャートである。ここで、図2〜図5で用いられる変数、用語の意味を述べる。
2 is a flowchart showing a control procedure (steps S1 to S35) executed by the
・Vset: 定電圧制御の目標電圧
・Vdet: 電圧検出用のADコンバータ105から10μsec周期で読み込んだ検出電圧値の、1msec間の100個分の平均処理結果
・Iset: 定電流/定電力/定抵抗制御時の最後の電流制御設定値
・I: 電流設定値であり、初期値はIset
・K: 電流増加減少係数であり、初期値は0.025
・M: 電流増減率縮小係数であり、設定値は0.5
・X: 電流の増減を行う閾値であり、初期値は2mV
・Imax: 電流設定の最大値記憶変数であり、初期値は0
・Imin: 電流設定の最小値記憶変数であり、初期値は0
・flagx: Imaxの更新フラグであり、初期値は0
・flagy: Iminの更新フラグであり、初期値は0
・CNTa: 電流設定値Iを増やす制御経路(ステップS19〜S27)を通った回数を計数するカウンタ
・CNTb: 電流設定値Iを減じる制御経路(ステップS10〜S16)を通った回数を計数するカウンタ
・CNTc: ステップS18およびS28の経路を通った回数を計数するカウンタ
・CNTn: 検出電圧値Vdetと目標電圧Vsetの差が閾値Xの範囲内となった(ステップS4の判定結果がNoとなった)回数を計数するカウンタ
・CNTup: 電流値を早く収束させるためにImaxを取得して電流設定値Iを増加させる処理(ステップS27)を実行した回数を計数するカウンタ
・CNTdn: 電流値を早く収束させるためにIminを取得して電流設定値Iを減少させる処理(ステップS16)を実行した回数を計数するカウンタ
・1lsb: DAコンバータ107、ADコンバータ105、106の最小ビット(least significant bit)であり、電流レンジとDAコンバータ107、ADコンバータ105、106の分解能で決まる最小値
・2lsb: 制御上十分小さい、前記最小値1lsbよりも大きく設定した値(尚、2lsbは本実施例で設定した値であり、これに限らず3lsbなどでもよい)
また、図2〜図5中のJ1〜J8、J10、J12〜J16で表す各判定ステップは、制御経路の条件分岐の番号を示すものである。
Vset: target voltage for constant voltage control Vdet: average processing result of 100 detection voltages for 1 msec read from
K: Current increase / decrease coefficient, initial value is 0.025
M: Current increase / decrease rate reduction coefficient, set value is 0.5
・ X: Threshold for increasing / decreasing current, initial value is 2mV
・ Imax: Current setting maximum value storage variable, initial value is 0
・ Imin: Current setting minimum value storage variable, initial value is 0
Flagx: Imax update flag, initial value is 0
Flag: Update flag for Imin, initial value is 0
CNTa: a counter that counts the number of passes through the control path (steps S19 to S27) for increasing the current set value I. CNTb: a counter that counts the number of passes through the control path (steps S10 to S16) for decreasing the current set value I. CNTc: a counter that counts the number of times that steps S18 and S28 are passed. CNTn: the difference between the detected voltage value Vdet and the target voltage Vset is within the threshold value X (the determination result in step S4 is No). ) Counter that counts the number ・ CNTup: Counter that counts the number of times that Imax is acquired and the current setting value I is increased (Step S27) in order to quickly converge the current value. • CNTdn: Current value converges quickly. In order to reduce the current setting value I, Imin was acquired (step S16). Counter for counting
Each of the determination steps represented by J1 to J8, J10, and J12 to J16 in FIGS. 2 to 5 indicates the number of the conditional branch of the control path.
まず、図1、図2においてスイッチSW1が閉じられスイッチSW2が開かれており、定電流/定電力/定抵抗制御がなされているものとする。 First, in FIG. 1 and FIG. 2, it is assumed that the switch SW1 is closed and the switch SW2 is opened, and constant current / constant power / constant resistance control is performed.
この状態でステップS1の判定処理によりJ1の条件が満たされたら定電圧デジタル制御に移行する。すなわち、充電のときはVdet≧Vsetとなった瞬間、放電のときはVdet≦Vsetとなった瞬間からCPU120は定電圧デジタル制御を開始する。
In this state, when the condition of J1 is satisfied by the determination process of step S1, the process proceeds to constant voltage digital control. That is, the
ステップS2では、定電流/定電力/定抵抗制御時の最後の電流制御設定値Isetを制御値にセットし、ステップS3では電流設定値Iを、電流制御設定値Isetから電流増加減少係数K(初期値は0.025)分だけ減じた値Iset*(1−K)にセットし、それ以降のステップS4〜S35の処理を1msec周期で実行する。 In step S2, the last current control set value Iset at the time of constant current / constant power / constant resistance control is set to the control value. In step S3, the current set value I is changed from the current control set value Iset to the current increase / decrease coefficient K ( The initial value is set to a value Iset * (1-K) reduced by 0.025), and the subsequent steps S4 to S35 are executed at a cycle of 1 msec.
したがってステップS3では、定電圧デジタル制御の初回時の電流設定値IがDAコンバータ107から出力される。
Therefore, in
CPU120はステップS4〜S35の実行周期(1msec)とは別に、電圧検出用のADコンバータ105から10μsec周期で検出電圧値を得、10μsec周期で1msecかけて採った100個分の電圧値を平均化し、定電圧制御の目標電圧Vsetに用いる。また、検出電流についても前記同様にADコンバータ106から10μsec周期で得た検出電流値がCPU120に取り込まれる。尚、前記検出電圧、検出電流のサンプリング周期は本実施例に限らず他の周期としてもよい。
The
次にステップS4(条件分岐J2)では、検出電圧(Vdet)と設定電圧(目標電圧Vset)の差が、電流の増減を行う閾値(許容範囲)Xを超えているか否かを判定する。 Next, in step S4 (conditional branch J2), it is determined whether or not the difference between the detected voltage (Vdet) and the set voltage (target voltage Vset) exceeds a threshold (allowable range) X for increasing or decreasing the current.
ステップS4の判定結果がNoの場合は、ステップS5〜S7において、前記検出電圧と設定電圧の差が8回続けて許容範囲(X)以内であるときに、前記Xを縮める処理を行う。 If the determination result in step S4 is No, in steps S5 to S7, when the difference between the detected voltage and the set voltage is within the allowable range (X) for 8 consecutive times, the process of reducing the X is performed.
すなわちステップS5においてカウンタCNTnをインクリメントし、ステップS6においてカウンタCNTnは8(回)となったか否かを判定(条件分岐J3)し、8回となったときにステップS7において閾値Xに係数N(N=1/2)を乗じてXを縮め(半減させ)、カウンタCNTnをリセットする。 That increments the counter CNTn in step S5, the counter CNTn is 8 determines whether a (times) (conditional branch J3) in step S6, the coefficient threshold X in step S7 when it becomes 8 times N ( N = 1/2) to reduce (halve) X and reset counter CNTn.
ステップS6の判定結果がNoの場合と、ステップS7の処理後はステップS4に戻る。 When the determination result of step S6 is No, and after the process of step S7, the process returns to step S4.
このように、制御したい基準電圧値Vset(目標電圧)と検出電圧Vdetとの差が閾値Xを超えない状態が8回続けて繰り返した場合に、閾値Xを半減させる処理を行っているので、制御電流の収束度が、例えば特許文献1の図2に示す制御方式よりも改善される。 As described above, when the state in which the difference between the reference voltage value Vset (target voltage) to be controlled and the detection voltage Vdet does not exceed the threshold value X is repeated eight times, the process of reducing the threshold value X by half is performed. The convergence degree of the control current is improved as compared with, for example, the control method shown in FIG.
ステップS4の判定結果がYesとなった(VdetとVsetの差の絶対値が閾値Xを超えた)場合は、ステップS8においてカウンタCNTnをリセットした後、図2、図4のステップS9(条件分岐J4)に進む。 If the determination result in step S4 is Yes (the absolute value of the difference between Vdet and Vset exceeds the threshold value X), the counter CNTn is reset in step S8, and then step S9 in FIG. 2 and FIG. Go to J4).
ステップS9(条件分岐J4)では、充電モード時はVdetがVsetより小さいか否かを判定する。このステップS9は、その判定結果がNoの場合(検出電圧Vdetが目標電圧Vsetを超えている場合)は電流設定値Iを減少させ(ステップS10〜S16)、Yesの場合(検出電圧Vdetが目標電圧Vsetに満たない場合)は電流設定値Iを増加させる(ステップS18〜S27)分岐点となる。尚、放電モード時は、ステップS9においてVdet>Vset、すなわちVdetがVsetより大きいか否かが判定される。 In step S9 (conditional branch J4), it is determined whether or not Vdet is smaller than Vset in the charging mode. In step S9, if the determination result is No (when the detection voltage Vdet exceeds the target voltage Vset), the current set value I is decreased (steps S10 to S16). If Yes (the detection voltage Vdet is the target voltage). When the voltage Vset is not reached, the current set value I is increased (steps S18 to S27), which becomes a branch point. In the discharge mode, it is determined in step S9 whether Vdet> Vset, that is, whether Vdet is greater than Vset.
ステップS10(条件分岐J13)では、電流設定値IがDAコンバータ107の最小値+1lsb以上か否かを判定する(充電モード時;尚放電モード時はIが−1lsb以下か否かを判定する)。 In step S10 (conditional branch J13), it is determined whether or not the current setting value I is equal to or greater than the minimum value +1 lsb of the DA converter 107 (in charge mode; whether or not I is equal to or less than −1 lsb in the discharge mode). .
ステップ10の判定結果がYesの場合、ステップS11(条件分岐J16)において、カウンタCNTbが3(回)を超えているか(電流設定値Iを3回連続減少させたか)否かを判定する。
If the determination result in
カウンタCNTbが3を超えている場合は、ステップS12において、電流増加減少係数Kを電流増減率縮小係数M(設定値0.5)で割って大きい値とする(係数変更手段)。但しK>0.025となったときはK=0.025とし初期値0.025を超えないようにする。またカウンタCNTbをリセットする。 When the counter CNTb exceeds 3, in step S12, the current increase / decrease coefficient K is divided by the current increase / decrease rate reduction coefficient M (set value 0.5) to obtain a large value (coefficient changing means). However, when K> 0.025, K = 0.025 so that the initial value 0.025 is not exceeded. Also, the counter CNTb is reset.
このステップS12は、後述するステップS34において電流増加減少係数Kに電流増減率縮小係数Mを掛けることでKが小さくなって制御電流の変化が小さくなりすぎ、電圧の制御が不十分になることを防ぐために、Kを大きくしているものである。 In step S12, by multiplying the current increase / decrease coefficient K by the current increase / decrease rate reduction coefficient M in step S34, which will be described later, K is decreased, the change in the control current becomes too small, and the voltage control becomes insufficient. In order to prevent this, K is increased.
前記ステップS11の判定結果がNoの場合と、ステップS12の処理後はステップS13において、前回の電流設定値Iに係数(1−K)を掛けて出力電流を絞る。 When the determination result of step S11 is No and after the processing of step S12, the output current is reduced by multiplying the previous current setting value I by a coefficient (1-K) in step S13.
ステップS14ではカウンタCNTbをインクリメントし、カウンタCNTaおよびカウンタCNTcをリセットする。 In step S14, the counter CNTb is incremented, and the counter CNTa and the counter CNTc are reset.
ステップS15(条件分岐J10)では、Imaxの更新フラグflagxが1である(更新可能である)か否かを判定し、Yesの場合はステップS16において電流設定の最小値記憶変数Iminを電流設定値Iにセットし、Iminの更新フラグflagyを1にセットし、カウンタCNTdnをインクリメントする。このステップS16でIminを取得することで電流値を早く収束させることができる。 In step S15 (conditional branch J10), it is determined whether or not the update flag flagx of Imax is 1 (updatable), and if yes, the current setting minimum value storage variable Imin is set to the current set value in step S16. I is set, the update flag flag of Imin is set to 1, and the counter CNTdn is incremented. By acquiring Imin in step S16, the current value can be converged quickly.
前記ステップS10の判定結果がNoの場合(すなわち電流設定値Iが充電モード時に+1lsb未満となるか、又は放電モード時に−1lsbよりも大となった場合)は、ステップS17において、充電モード時はIを−2lsbにセットし、放電モード時はIを+2lsbにセットする。 If the determination result in step S10 is No (that is, if the current setting value I is less than +1 lsb in the charge mode or greater than −1 lsb in the discharge mode), in step S17, the charge mode is I is set to -2 lsb, and I is set to +2 lsb in the discharge mode.
このステップS17では、DAコンバータ107の分解能の最小値1lsbを変化させても実動作上はっきりした違いがないので、最小値1lsbよりも大きくて実動作上違いが出る小さな値として2lsbを設定している。またこの2lsbは、元の電流設定値Iに対して極性が逆であるため、実際には3lsb(=1lsb−(−2lsb))変化させたことと等価である。
In this step S17, even if the minimum value 1lsb of the resolution of the
ステップS17において逆極性の2lsbを設定するのは、回路の持つオフセットに対応するためであり、理想的には+1lsbは充電電流となり、−1lsbは放電電流となるはずである。ところが回路の物理的誤差により、仮に0lsbを設定しても流れる電流は0ではなく少しプラスの電流(充電電流)が流れる場合がある。ステップS17はこの状態を検出して確実に充電電流を0にするために実行するステップである。しかし、場合によってはこのステップS17の処理によりわずかな放電電流が流れてしまう可能性があるため、それに対処するため後述するステップS20において電流方向を元に戻す処理を行っている。 The reason why the reverse polarity 2lsb is set in step S17 is to cope with the offset of the circuit. Ideally, + 1lsb should be the charging current and -1lsb should be the discharging current. However, due to a physical error in the circuit, even if 0 lsb is set, the flowing current is not 0 but a slightly positive current (charging current) may flow. Step S17 is a step executed in order to detect this state and to reliably set the charging current to zero. However, in some cases, a slight discharge current may flow due to the process of step S17. Therefore, in order to cope with this, a process of restoring the current direction is performed in step S20 described later.
尚、前記2lsbは、これに限らず回路構成に応じてその他の値に設定するものである。 The 2lsb is not limited to this and is set to other values according to the circuit configuration.
前記ステップS15の判定結果がNoの場合と、ステップS16の実行後と、ステップS17の実行後はステップS4に戻る。 When the determination result of step S15 is No, after execution of step S16, and after execution of step S17, the process returns to step S4.
次に前記ステップS9の判定結果がYesの場合(検出電圧Vdetが目標電圧Vsetに満たない場合)はステップS18(条件分岐J5)においてImaxの更新フラグflagxが更新可能(flagx=1)で且つIminの更新フラグflagyが更新可能(flagy=1)か否かを判定する。 Next, when the determination result of step S9 is Yes (when the detection voltage Vdet is less than the target voltage Vset), the update flag flagx of Imax can be updated (flagx = 1) and Imin in step S18 (conditional branch J5). It is determined whether or not the update flag flag is updated (flag = 1).
ステップS18の判定結果がNoの場合(更新不可である場合)はステップS19(条件分岐J12)において、電流設定値IがDAコンバータ107の最小値(+1lsb)より小さいか否かを判定する(充電モード時;尚、放電モード時はIが−1lsbよりも大きいか否かを判定する)。 If the determination result in step S18 is No (when updating is not possible), in step S19 (conditional branch J12), it is determined whether or not the current setting value I is smaller than the minimum value (+1 lsb) of the DA converter 107 (charging). Mode: It is determined whether or not I is larger than −1 lsb in the discharge mode).
ステップS19の判定結果がYesの場合、前記ステップS17で逆極性電流を流すようにIを設定したことにより、充電モード時には放電電流が流れ、放電モード時には充電電流が各々流れている可能性があるため、ステップS20において電流方向を元に戻すべくI=+1lsb(充電時)、I=−1lsb(放電時)にセットする。 If the determination result in step S19 is Yes, there is a possibility that the discharge current flows in the charge mode and the charge current flows in the discharge mode by setting I so that the reverse polarity current flows in step S17. Therefore, in step S20, I = + 1 lsb (during charging) and I = −1 lsb (during discharging) are set to return the current direction to the original direction.
前記ステップS19の判定結果がNoの場合と、ステップS20の実行後はステップS21(条件分岐J15)において、カウンタCNTaが3(回)を超えている(電流設定値Iを3回連続増加させた)か否かを判定する。 When the determination result of step S19 is No, and after execution of step S20, the counter CNTa exceeds 3 (times) in step S21 (conditional branch J15) (the current set value I is continuously increased three times). ) Or not.
カウンタCNTaが3を超えている場合は、ステップS22において、電流増加減少係数Kを電流増減率縮小係数M(設定値0.5)で割って大きい値とする(係数変更手段)。但しK>0.025となったときはK=0.025とし初期値0.025を超えないようにする。またカウンタCNTaをリセットする。 When the counter CNTa exceeds 3, in step S22, the current increase / decrease coefficient K is divided by the current increase / decrease rate reduction coefficient M (set value 0.5) to obtain a large value (coefficient changing means). However, when K> 0.025, K = 0.025 so that the initial value 0.025 is not exceeded. Also, the counter CNTa is reset.
前記ステップS21の判定結果がNoの場合とステップS22の実行後は、ステップS23(条件分岐J14)においてI*(1+K)が電流制御設定値Iset以下であるか否かを判定する(充電モード時;尚、放電モード時はI*(1+K)が電流制御設定値Iset以上であるか否かを判定する)。 When the determination result of step S21 is No and after execution of step S22, it is determined in step S23 (conditional branch J14) whether I * (1 + K) is equal to or less than the current control set value Iset (in charge mode). In the discharge mode, it is determined whether or not I * (1 + K) is equal to or greater than the current control set value Iset).
ステップS23の判定結果がYesの場合は電流設定値IをI*(1+K)にセットする(前回のIに係数(1+K)を掛けて出力電流を増やす)。 If the determination result in step S23 is Yes, the current set value I is set to I * (1 + K) (the output current is increased by multiplying the previous I by a coefficient (1 + K)).
ステップS23の判定結果がNoの場合は、ステップS25において電流設定値Iを電流制御設定値Isetにセットする。 If the determination result of step S23 is No, the current set value I is set to the current control set value Iset in step S25.
次にステップS26ではカウンタCNTaをインクリメントし、カウンタCNTb、CNTcをリセットする。 In step S26, the counter CNTa is incremented and the counters CNTb and CNTc are reset.
ステップS27では、電流設定の最大値記憶変数Imaxを電流設定値Iにセットし、Imaxの更新フラグflagxを1にセットし、カウンタCNTupをインクリメントする。このステップS27でImaxを取得することで電流値を早く収束させることができる。ステップS27の実行後はステップS4に戻る。 In step S27, the current setting maximum value storage variable Imax is set to the current setting value I, the update flag flagx of Imax is set to 1, and the counter CNTup is incremented. By acquiring Imax in step S27, the current value can be converged quickly. After execution of step S27, the process returns to step S4.
前記ステップS18の判定結果がYesの場合(Imaxの更新フラグとIminの更新フラグがともに更新可能である場合)は、図2、図5のステップS28においてカウンタCNTcをインクリメントし、カウンタCNTa、CNTbをリセットする。 When the determination result in Step S18 is Yes (when both the Imax update flag and the Imin update flag can be updated), the counter CNTc is incremented in Step S28 of FIGS. 2 and 5, and the counters CNTa and CNTb are set. Reset.
次にステップS29(条件分岐J6)では、カウンタCNTcが2以上であるか否かを判定しその結果がNoの場合はステップS4に戻る。 Next, in step S29 (conditional branch J6), it is determined whether or not the counter CNTc is 2 or more. If the result is No, the process returns to step S4.
ステップS29の判定結果がYesの場合は、ステップS30(条件分岐J7)においてカウンタCNTupのカウント値がカウンタCNTdnのカウント値より大か否かを判定する。 If the determination result in step S29 is Yes, it is determined in step S30 (conditional branch J7) whether the count value of the counter CNTup is greater than the count value of the counter CNTdn.
ステップS30の判定結果がYesの場合は、ステップS31においてカウンタCNTupのカウンタCNTdnに対する比(DIV=CNTup/CNTdn)が演算される。 If the determination result in step S30 is Yes, the ratio of the counter CNTup to the counter CNTdn (DIV = CNTup / CNTdn) is calculated in step S31.
ステップS30の判定結果がNoの場合は、ステップS32においてカウンタCNTdnのカウンタCNTupに対する比(DIV=CNTdn/CNTup)が演算される。 If the determination result in step S30 is No, a ratio of the counter CNTdn to the counter CNTup (DIV = CNTdn / CNTup) is calculated in step S32.
次にステップS33(条件分岐J8)では、前記カウンタの比DIVが2以上であるか否か(電流設定値Iを増やす処理の回数と減らす処理の回数が2倍以下であるか否か)を判定する。 Next, in step S33 (conditional branch J8), it is determined whether or not the counter ratio DIV is 2 or more (whether or not the number of processes for increasing the current set value I and the number of processes for decreasing is twice or less). judge.
ステップS33の判定結果がYesの場合は、ステップS34において、電流設定値Iを(Imax+Imin)/2にセットし、Imaxの更新フラグflagxおよびIminの更新フラグflagyをリセットし、電流増加減少係数Kが0.00003より大であればKにM(M=0.5)を掛けて小さくし、ImaxおよびIminを初期値0にセットし、カウンタCNTup、CNTdnをリセットする。
If the determination result in step S33 is Yes, in step S34, the current set value I is set to (Imax + Imin) / 2, the Imax update flag flagx and the Imin update flag flagy are reset, and the current increase / decrease coefficient K is If it is greater than 0.00003, K is multiplied by M (M = 0.5) to make it smaller, Imax and Imin are set to
また、ステップS33の判定結果がNoの場合はステップS35において、flagxとflagyをリセットし、ImaxおよびIminを初期値0にセットし、カウンタCNTup、CNTdnをリセットする。ステップS34,S35の実行後はステップS4に戻る。
If the determination result in step S33 is No, in step S35, flagx and flag are reset, Imax and Imin are set to the
前記ステップS34において、電流設定値IをImaxとIminからその中間値に設定することで制御電流の収束を早めているが、電流増加の回数と減少の回数が大幅に異なる場合には、ImaxとIminの中間値を取ることでかえって制御電流値が外れてしまう場合があった。このため本実施形態例では、ステップS30〜S33、S35のように電流の増加回数と減少回数が2倍以上離れる場合には中間値を取らないようにしている。 In step S34, the convergence of the control current is accelerated by setting the current setting value I from Imax and Imin to an intermediate value. If the number of current increases and the number of decreases are significantly different, Imax and By taking an intermediate value of Imin, the control current value sometimes deviates. For this reason, in the present embodiment, an intermediate value is not taken when the number of times the current increases and decreases is more than twice as in steps S30 to S33 and S35.
CPU120は周期的に図2の定電圧制御を行うとともに、定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する手段を備えている。この記録されたデータを制御ログと呼ぶ。
The
制御ログは、装置と外部との通信手段(LANやシリアル通信等)によって外部に取り出し,閲覧することができる。制御ログは定電圧制御の周期ごとに1組作成される。1組の制御ログは、タイムスタンプ(定電圧制御開始からの経過時間t(ms))、制御経路(アルゴリズム中のどのルートをどう通過したか)、その時点での各種パラメータを含む。各種パラメータとは、図2におけるI,Vdet,K,Imax,Iminなどである。 The control log can be taken out and viewed externally by communication means (LAN, serial communication, etc.) between the apparatus and the outside. One set of control log is created for each constant voltage control period. A set of control logs includes a time stamp (elapsed time t (ms) from the start of constant voltage control), a control path (which route in the algorithm has been passed), and various parameters at that time. The various parameters are I, Vdet, K, Imax, Imin, etc. in FIG.
図2のようにアルゴリズムをフローチャート化して、各条件分岐に番号(図2ではJ1〜J8,J10,J12〜J16)を付与したうえで、制御ログの制御経路には「通過した条件分岐の番号と、分岐先の別(Yes/No)」を記録する。 The algorithm is made into a flowchart as shown in FIG. 2, and numbers (J1 to J8, J10, J12 to J16 in FIG. 2) are assigned to the conditional branches. And “Division of branch destination (Yes / No)”.
制御経路は,各条件分岐を通過するときに、その条件分岐における情報を追加する。それ以外の情報は、定電圧デジタル制御の周期処理開始時(図2ではJ2(ステップS4)を通過する前)に記録する。 When the control path passes through each conditional branch, information on the conditional branch is added. The other information is recorded at the start of the constant voltage digital control cycle process (before passing through J2 (step S4) in FIG. 2).
図6に、充電式ニッケル水素電池を1.2Vで定電圧デジタル制御したときの制御ログを示す。電流出力(電流設定値I)の初期値は22.5mAである。最も重要な情報はJ−Logすなわち制御経路の記録である。J−Logの欄におけるJ02(Y)とは、条件分岐J2をYes側に通過したということを示す。同様にJ02(N)は条件分岐J2をNo側に通過したということを示す。この情報の並びを見ることで、アルゴリズム上のどの経路をどのような順番で辿ったかを詳細に知ることができる。 FIG. 6 shows a control log when the rechargeable nickel metal hydride battery is digitally controlled at a constant voltage of 1.2V. The initial value of the current output (current set value I) is 22.5 mA. The most important information is the J-Log or control path record. J02 (Y) in the J-Log column indicates that the conditional branch J2 has been passed to the Yes side. Similarly, J02 (N) indicates that the conditional branch J2 has been passed to the No side. By looking at this sequence of information, it is possible to know in detail in what order the route on the algorithm has been traced.
図6において、例えば時刻58tでは、J2→J4→J5→J6→J7→J8を辿り、J8をYes側に通過したためステップS34の処理が行われたことがわかる。 In FIG. 6, for example, at time 58t, J2 → J4 → J5 → J6 → J7 → J8 is traced, and it is understood that the process of step S34 is performed because J8 is passed to the Yes side.
このため、次の時刻59tでは電流増加減少係数Kが1/2の0.0125に下げられ(K=K*M(M=0.5))、Imax,Iminが初期値0となっている。
For this reason, at the next time 59t, the current increase / decrease coefficient K is lowered to 0.0125, which is 1/2 (K = K * M (M = 0.5)), and Imax and Imin have
また時刻60tでは、J2→J4→J5→J12→J15→J14を辿り、J14をYes側に通過したためステップS24,S26,S27の処理が行われたことがわかる。 At time 60t, J2 → J4 → J5 → J12 → J15 → J14 is traced, and J14 is passed to the Yes side, so that it is understood that the processes of steps S24, S26, and S27 are performed.
このため、次の時刻61tでは、Iが時刻60tのときよりも1.0125倍(ステップS24においてI=I*(1+K)(K=0.0125)の処理がなされるため)の0.023454に設定されている。 For this reason, at the next time 61t, 0.0123454, which is 1.0125 times as long as I is at time 60t (because processing of I = I * (1 + K) (K = 0.0125) is performed in step S24). Is set to
また時刻61tでは、J14をYes側に通過後のステップS27の処理によりImaxが前回の0から電流設定値Iと等しい0.23454にセットされていることがわかる。 Further, at time 61t, it can be seen that Imax is set to 0.23454 equal to the current set value I from the previous 0 by the process of step S27 after passing J14 to the Yes side.
また時刻61tでは、時刻60tと同一の制御経路を辿ったため、時刻62tにおいてIが時刻61tのときよりも1.0125倍の0.23747に設定されている。 At time 61t, since the same control route as at time 60t was traced, I was set to 0.23747, which is 1.0125 times that at time 61t, compared to that at time 61t.
また時刻62tでは、J2→J4→J13→J16→J10を辿り、J10をYes側に通過したためステップS13〜S16の処理が行われたことがわかる。 At time 62t, J2 → J4 → J13 → J16 → J10 is traced, and J10 is passed to the Yes side, so that it is understood that the processing of steps S13 to S16 has been performed.
このため、次の時刻63tにおいて、Iが時刻62tのときよりも0.9875倍(ステップS13においてI=I*(1−K)(K=0.0125)の処理がなされるため)の0.02345に設定されている。 Therefore, at the next time 63t, I is 0.9875 times that at time 62t (because the process of I = I * (1-K) (K = 0.0125) is performed in step S13). .02345.
また時刻63tでは、J10をYes側に通過後のステップS16の処理によりIminが前回の0から電流設定値Iと等しい0.2345にセットされていることがわかる。 Further, at time 63t, it can be seen that Imin is set to 0.2345 equal to the current set value I from the previous 0 by the processing of step S16 after passing J10 to the Yes side.
以上のように図6の例では、時刻50t〜79tにおいて、ほぼ1.2Vの定電圧に制御されていることがわかり、各時刻における制御経路と各種パラメータI,Vdet,K,Imax,Iminを知ることができる。 As described above, in the example of FIG. 6, it is understood that the constant voltage is controlled to approximately 1.2 V from time 50t to 79t, and the control path and various parameters I, Vdet, K, Imax, and Imin at each time are determined. I can know.
上記のように本実施形態例によれば、定電圧デジタル制御の実行周期よりも短いサンプリング周期で取得した100個分の検出電圧値から平均をとって検出電圧値Vdetとしているので、従来の例えば特許文献1の制御方式よりもノイズによる変動を減少させ制御電流の収束を早めることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the average of the detection voltage values for 100 obtained in the sampling cycle shorter than the execution cycle of the constant voltage digital control is used as the detection voltage value Vdet, Compared with the control method of
特許文献1の制御方式ではADコンバータのサンプル周期と制御の周期が一致しているため、ADコンバータを含む回路系のノイズ成分がVdetに現れ、電流の増減が変化して収束を妨げていた。
In the control method of
このように制御電流の収束を早めることができたので、電流増加減少係数Kの初期値は0.025と従来より大幅に小さく設定することができた。これにより定電圧制御開始時の電流減少率を従来よりも少なくすることができ、内部抵抗の大きい試料(測定対象装置)に対しても過度な電圧変化を減少させることができる。 Since the convergence of the control current can be accelerated as described above, the initial value of the current increase / decrease coefficient K can be set to 0.025, which is significantly smaller than the conventional value. As a result, the current reduction rate at the start of constant voltage control can be reduced as compared with the conventional case, and an excessive voltage change can be reduced even for a sample (measurement target device) having a large internal resistance.
また、試料によっては電流減少を多数回繰り返す性質の物があるが、この場合CPU120での計算上の制御電流値が無暗に小さくなる。これはデジタル演算処理を単精度浮動小数点で行っている場合に起きることで、そのように制御電流値が小さくなった後、逆に電流値を増加したくても制御電流値が有効な値になるのに時間がかかってしまう。
Some samples have a property of repeating the current decrease many times, but in this case, the control current value calculated by the
これを避けるために本実施形態例では、算出した制御電流値が電流レンジとDAコンバータの分解能で決まる最小値1lsb未満になった時は強制的に、逆極性であり前記最小値よりも大きく、制御上十分小さい値(実施例では2lsb)に設定するようにしている(ステップS17)。またその後に電流増加の判断がされた場合には、その時点で元の極性の最小値1lsbを設定するようにしている(ステップS20)。
In order to avoid this, in the present embodiment example, when the calculated control current value becomes less than the
このステップS17とS20の処理により増減が繰り返されて電流値が安定するものであり、これによって最小分解能以下の計算による制御遅延を無くすことができる。 Increase / decrease is repeated by the processing of steps S17 and S20, and the current value is stabilized, thereby eliminating the control delay caused by the calculation below the minimum resolution.
本実施形態例の定電圧デジタル制御によれば、定電流/定電力/定抵抗制御から定電圧制御への遷移時にハードウェア的な切り替えがないため、電圧のオーバーシュートなどの電気的ショックを小さく抑え、かつ素早く遷移を行うことができる。 According to the constant voltage digital control of the present embodiment example, since there is no hardware switching at the time of transition from constant current / constant power / constant resistance control to constant voltage control, electrical shock such as voltage overshoot is reduced. Suppress and make quick transitions.
また、定電圧デジタル制御の実行周期よりも短い周期で電圧値をオーバーサンプリングし、デジタル制御ならではの平均化処理を行うことで、高周波のノイズなど外乱要素の影響を小さくすることができる。ADコンバータ,DAコンバータ、CPUの処理の速度を上げることで、より高い効果が得られる。 In addition, by oversampling the voltage value at a cycle shorter than the execution cycle of constant voltage digital control and performing an averaging process unique to digital control, the influence of disturbance elements such as high-frequency noise can be reduced. By increasing the processing speed of the AD converter, DA converter, and CPU, a higher effect can be obtained.
また、デジタル制御で電圧値の検出と電流の増減を行うと、一定電圧にするための必要電流がおおよそ分かるため収束が早い。 Further, when the voltage value is detected and the current is increased / decreased by digital control, the necessary current for obtaining a constant voltage is roughly known, so that convergence is quick.
本実施形態例における定電圧デジタル制御の記録機能によれば、定電圧デジタル制御のリアルタイムかつ複雑な動作過程を,フローチャート上における経路の記録として残すことができ、アルゴリズムのどの部分にどのような問題があるかの検証・修正が容易になり、アルゴリズムや装置の開発効率が向上する。 According to the recording function of constant voltage digital control in the present embodiment, real-time and complicated operation process of constant voltage digital control can be left as a record of a route on the flowchart, and any problem in any part of the algorithm. This makes it easier to verify and correct whether there is any problem and improve the efficiency of algorithm and device development.
また、電気化学測定装置の充放電機能の利用者に対し、問題の発生原因や機序の具体的な提示など、従来とは異なる形態の新しい利用者サポートが可能となる。 In addition, it is possible to provide new user support in a form different from conventional ones, such as a specific presentation of the cause of the problem and the mechanism to the user of the charge / discharge function of the electrochemical measuring device.
尚、本発明は図1の回路に適用するに限らず他の電気化学測定装置にも適用できるものである。 In addition, this invention is applicable not only to the circuit of FIG. 1 but other electrochemical measuring apparatuses.
101…蓄電池
102…電流検出抵抗
103…電圧検出回路
104…電流検出回路
105,106…ADコンバータ
107…DAコンバータ
108,111,112…抵抗
109…電圧/電流制御回路
120…CPU
SW1,SW2…スイッチ
DESCRIPTION OF
SW1, SW2 ... switch
Claims (6)
前記コンピュータから出力された指令信号をDAコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧/電流制御回路とを備えた電気化学測定装置であって、
前記コンピュータは、
電流指令信号を出力して定電流/定電力/定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させ、
該遷移後の定電圧制御時には、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を、前記逆極性に設定する前の電流極性の最小値に設定する手段を備えていることを特徴とする電気化学測定装置。 The charge / discharge voltage and charge / discharge current of the measurement target device in the electrochemical measurement device are detected and analog-to-digital converted by an AD converter. A computer that outputs a discharge voltage command signal;
An electrochemical measurement apparatus comprising: a voltage / current control circuit that controls a charge / discharge voltage and a charge / discharge current of the measurement target device by a signal obtained by digital-analog conversion of a command signal output from the computer by a DA converter. ,
The computer
Constant current / constant power / constant resistance control is started by outputting a current command signal, and when the voltage of the device to be measured reaches the target voltage, the current command signal is switched to a value corresponding to the target voltage Transition to control,
During the constant voltage control after the transition, the constant voltage control is performed according to the constant voltage control processing procedure based on the data obtained by averaging the detected voltages of the measurement target devices sampled at a cycle shorter than the execution cycle of the constant voltage control. Control means for controlling the current in the execution cycle of
In the control means, the detected voltage of the measurement target device exceeds a target voltage for constant voltage control, and a current setting value for performing constant voltage control is determined by a current range and resolution of the DA converter and AD converter. When the current set value is less than the minimum value, the current set value is set to a value opposite to the current current polarity and larger than the minimum value. Thereafter, the detected voltage of the measurement target device does not reach the target voltage and is constant. When the current setting value for voltage control is less than the minimum value determined by the resolution of the current range and the DA converter and AD converter, the current setting value is set to the current polarity before the reverse polarity is set . An electrochemical measurement apparatus comprising means for setting to a minimum value.
前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減手段と、
前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気化学測定装置。 The control means includes
When the detected voltage of the measurement target device exceeds the target voltage for constant voltage control, the current is decreased by the current increase / decrease coefficient, and when the detected voltage is less than the target voltage, the process for increasing the current by the current increase / decrease coefficient is defined. Current increasing / decreasing means for each execution period of voltage control;
2. The electrochemical measurement according to claim 1, further comprising: coefficient changing means for increasing the current increase / decrease coefficient when the process of increasing / decreasing the current is continuously executed a predetermined number of times or more. apparatus.
前記コンピュータから出力された指令信号をDAコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧/電流制御回路とを備えた電気化学測定装置の充放電制御方法であって、
前記コンピュータの制御手段が、
電流指令信号を出力して定電流/定電力/定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させるステップと、
前記遷移後に、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する定電圧制御ステップとを実行し、
前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記DAコンバータ、ADコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を、前記逆極性に設定する前の電流極性の最小値に設定するステップを備えていることを特徴とする電気化学測定装置の充放電制御方法。 The charge / discharge voltage and charge / discharge current of the measurement target device in the electrochemical measurement device are detected and analog-to-digital converted by an AD converter as input, and the charge / discharge current / power / resistance command signal and charge / discharge signal to the measurement target device are input. A computer that outputs a discharge voltage command signal;
Charging / discharging of an electrochemical measuring device comprising a voltage / current control circuit for controlling the charging / discharging voltage and charging / discharging current of the measurement target device by a signal obtained by digital-analog conversion of a command signal output from the computer by a DA converter A control method,
The computer control means comprises:
Constant current / constant power / constant resistance control is started by outputting a current command signal, and when the voltage of the device to be measured reaches the target voltage, the current command signal is switched to a value corresponding to the target voltage A transition to control;
After the transition, based on the data obtained by averaging the detected voltages of the measurement target devices sampled at a cycle shorter than the constant voltage control execution cycle, the current is output at the constant voltage control execution cycle according to the constant voltage control processing procedure. A constant voltage control step for controlling the
In the constant voltage control step, the detected voltage of the measurement target device exceeds a target voltage for constant voltage control, and the current setting value for performing constant voltage control is a current range and resolution of the DA converter and AD converter. When the current set value is less than the minimum value determined by the above, the current set value is set to a value opposite to the current current polarity and larger than the minimum value, and then the detection voltage of the measurement target device does not satisfy the target voltage. In addition, when the current set value for performing the constant voltage control becomes less than the minimum value determined by the resolution of the current range and the DA converter and AD converter, the current set value is set to the current before the reverse polarity is set. A charge / discharge control method for an electrochemical measurement apparatus, comprising a step of setting the polarity to a minimum value.
前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減ステップと、
前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更ステップとを備えていることを特徴とする請求項4に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法。 The constant voltage control step includes:
When the detected voltage of the measurement target device exceeds the target voltage for constant voltage control, the current is decreased by the current increase / decrease coefficient, and when the detected voltage is less than the target voltage, the process for increasing the current by the current increase / decrease coefficient is defined. Current increase / decrease step for each execution period of voltage control;
5. The electrochemical measurement according to claim 4 , further comprising a coefficient changing step for increasing the current increase / decrease coefficient when the process of increasing / decreasing the current is continuously performed a predetermined number of times or more. Device charge / discharge control method.
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