JP6132718B2 - Impedance measuring apparatus and impedance measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、電池の内部インピーダンスを測定するのに適したインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関するものである。 The present invention relates to an impedance measuring device and an impedance measuring method suitable for measuring the internal impedance of a battery.
この種の電池の内部インピーダンスを測定するための測定装置に関連する装置として、出願人は、特開平11−178197号公報に交流測定器を開示している。この交流測定器は、直流阻止用の第1コンデンサを介して測定信号印加端子に接続されている交流測定信号供給源と、測定信号印加端子と第1コンデンサとの間に接続されている第1開閉スイッチと、直流阻止用の一対の第2コンデンサを介して一対の入力端子に接続されている測定回路と、一対の入力端子と第2コンデンサとの間に接続されている第2開閉スイッチとを備えている。この交流測定器では、例えば無停電電源装置などのように、内部に直流の起電力を持つ測定対象に交流信号を供給した状態で測定対象の両端に生じた両端電圧を測定する。この際に、測定対象と測定回路との間に第2コンデンサが接続されているため、直流成分の通過が遮断される結果、測定対象の両端に生じた両端電圧に含まれている交流成分のみが測定回路に入力されて、その測定した両端電圧に基づいて測定対象の内部インピーダンスが測定される。また、交流測定信号供給源と測定対象との間に第1コンデンサが接続されているため、測定対象が有する直流成分の交流測定信号供給源内への流れ込みが阻止されている。 As an apparatus related to a measuring apparatus for measuring the internal impedance of this type of battery, the applicant discloses an AC measuring instrument in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-178197. This AC measuring instrument has an AC measurement signal supply source connected to a measurement signal application terminal via a first capacitor for blocking DC, and a first connected between the measurement signal application terminal and the first capacitor. An open / close switch, a measurement circuit connected to a pair of input terminals via a pair of second capacitors for blocking direct current, and a second open / close switch connected between the pair of input terminals and the second capacitor; It has. In this AC measuring instrument, for example, an uninterruptible power supply apparatus is used to measure the voltage across both ends of the measurement target in a state where an AC signal is supplied to the measurement target having a DC electromotive force therein. At this time, since the second capacitor is connected between the measurement object and the measurement circuit, the passage of the direct current component is blocked, so that only the alternating current component included in the voltage across the measurement object is generated. Is input to the measurement circuit, and the internal impedance of the object to be measured is measured based on the measured both-ends voltage. In addition, since the first capacitor is connected between the AC measurement signal supply source and the measurement target, the DC component of the measurement target is prevented from flowing into the AC measurement signal supply source.
また、この交流測定器では、例えば、車載用バッテリーなど非常に大きな起電力を有する測定対象のインピーダンス測定を行う際には、予め規定された基準電圧以上の過大な直流電圧が入力端子に加わったときには、第1、第2開閉スイッチをオフ状態に制御して、測定回路や交流測定信号供給源を測定対象と切り離すことにより、測定機器内の内部回路などが有効に保護されている。 Further, in this AC measuring instrument, for example, when performing impedance measurement of a measurement target having a very large electromotive force such as an in-vehicle battery, an excessive DC voltage higher than a predetermined reference voltage is applied to the input terminal. In some cases, the internal circuits and the like in the measuring device are effectively protected by controlling the first and second open / close switches to the off state and disconnecting the measurement circuit and the AC measurement signal supply source from the measurement target.
ところが、出願人が開示している交流測定器には、以下の改善すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している交流測定器では、測定対象の有する直流起電力が非常に大きいときには、測定回路や交流測定信号供給源を測定対象と切り離すことによって過大な直流電流の測定機器内への流れ込みを阻止して内部回路を効果的に保護することはできるものの、測定対象の内部インピーダンスを測定することができないという改善すべき課題が存在する。 However, the AC measuring instrument disclosed by the applicant has the following problems to be improved. In other words, in the AC measuring instrument disclosed by the applicant, when the DC electromotive force of the measurement target is very large, the measurement circuit and the AC measurement signal supply source are separated from the measurement target, thereby measuring the excessive DC current in the measuring instrument. Although it is possible to effectively protect the internal circuit by preventing the flow into the circuit, there is a problem to be improved that the internal impedance of the measurement target cannot be measured.
また、1mHzなどの超低周波数の交流測定信号を使用して電池の内部インピーダンスを測定したいという要請もあり、このようなときには、直流阻止用の第1コンデンサや第2コンデンサの容量が大きなインピーダンスとなって測定誤差の原因となる結果、電池の内部インピーダンスを正確に測定するのが困難となるという改善すべき課題が存在する。この場合、容量の大きなコンデンサを第1コンデンサや第2コンデンサとして使用することも考えられるが、その場合には、その容量を充電するために長時間を要するため、測定時間の長時間化を招くことになり、新たな改善すべき課題が発生する。 There is also a demand to measure the internal impedance of a battery using an AC measurement signal of an extremely low frequency such as 1 mHz, and in such a case, the capacitance of the first capacitor or the second capacitor for blocking DC is a large impedance. As a result, it causes a measurement error, and there is a problem to be improved that it is difficult to accurately measure the internal impedance of the battery. In this case, it is conceivable to use a capacitor having a large capacity as the first capacitor or the second capacitor. In this case, however, it takes a long time to charge the capacitor, leading to a long measurement time. As a result, new issues to be improved arise.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、大きな直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを正確かつ短時間で測定し得るインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this subject, and it aims at providing the impedance measuring apparatus and impedance measuring method which can measure the internal impedance of the battery which has a big direct current electromotive force correctly and in a short time.
上記目的を達成すべく請求項1記載のインピーダンス測定装置は、N(Nは、3以上の自然数)個の同種の電池のうちのM(Mは、Nより小さい偶数)個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給する交流電流供給部と、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定する電圧測定部と、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記M個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出する処理部とを備え、前記処理部は、前記M個の電池の組み合わせが互いに異なるN組各々についての前記合計値を算出すると共に当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記M個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示すN個の関係式に基づいて前記N個の電池の前記各内部インピーダンスを算出する。
In order to achieve the above object, the impedance measuring apparatus according to
また、請求項2記載のインピーダンス測定装置は、請求項1記載のインピーダンス測定装置において、入力した制御指示に従って前記N個の電池のうちの前記M個を直列接続させるスキャナ部と、前記順極性および前記逆極性が同数の前記M個の電池の組であって当該M個の電池の組み合わせが互いに異なるように前記スキャナ部に対して前記制御指示をN回行うと共に、前記交流電流供給部、前記電圧測定部および前記処理部を制御して、前記N回の制御指示によって直列接続された前記電池の組の各々についての前記各合計値を算出させると共に前記処理部を制御して前記N個の関係式に基づく前記N個の電池の前記各内部インピーダンスの算出を実行させる制御部とを備えている。
The impedance measuring device according to
また、請求項3記載のインピーダンス測定方法は、N(Nは、3以上の自然数)個の同種の電池のうちのM(Mは、Nより小さい偶数)個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給し、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定し、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記M個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出するインピーダンス測定方法であって、前記M個の電池の組み合わせが互いに異なるN組各々についての前記合計値を算出すると共に当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記M個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示すN個の関係式に基づいて前記N個の電池の前記各内部インピーダンスを算出する。 Further, according to the impedance measuring method of claim 3, M (M is an even number smaller than N) of N (N is a natural number of 3 or more) of the same type of batteries has the same number of forward and reverse polarities. An alternating current is supplied to both ends of the battery set connected in series in a state, a voltage across the battery set in the state where the alternating current is supplied is measured, and the battery set flows while the alternating current is supplied. An impedance measurement method for calculating a total value of internal impedances of the M batteries based on at least a current value and a voltage value of the measured both-end voltages, wherein N sets of combinations of the M batteries are different from each other. The total value for each is calculated and N relational expressions respectively indicating the relationship between the calculated total value and the internal impedances of the M batteries in the corresponding battery set. Zui by calculating the respective internal impedance of the N batteries.
請求項1記載のインピーダンス測定装置および請求項3記載のインピーダンス測定方法では、N個の電池のうちのM個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続させることで、電池が非常に大きな直流起電力を有していたとしても、M個の電池の組の両端電圧が極めて小さな電圧となる。したがって、測定回路(例えば、交流電流供給部、電圧測定部および電流測定部)に加わる電圧が小さな直流電圧となるため、これらの破損が回避されつつ、直流起電力の電圧が小さな電池と同様にして電池の内部インピーダンスを確実に測定することができる。また、測定回路に加わる電圧が小さな直流電圧となるため、測定誤差の発生や測定時間の長時間化を招く原因となる直流阻止用のコンデンサを使う必要がなくなる結果、電池の内部インピーダンスを短時間で測定することができると共に、超低周波数の交流測定信号を使用して電池の内部インピーダンスを測定する際にも、電池の内部インピーダンスを正確に測定することができる。
In the impedance measuring device according to
また、請求項2記載インピーダンス測定装置によれば、処理部による制御指示に従って、スキャナ部が、N個のうちのM個の電池の組み合わせが互いに異なるようなN回の接続を自動的に行うことで、測定者にとって煩雑な繋ぎ込み作業が不要となる結果、測定者は電池の内部インピーダンスを極めて確実かつ容易に測定することができる。
According to the impedance measuring apparatus of
以下、インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of an impedance measuring apparatus and an impedance measuring method will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、インピーダンス測定装置の一例として、インピーダンス測定装置1の構成について説明する。図1に示すインピーダンス測定装置1は、収納部2、スキャナ部3、交流電流供給部4、電圧測定部5、電流測定部6および処理部7を備えている。このインピーダンス測定装置1は、直流起電力を有する同種の複数(一例として、N=3)の電池Ba,Bb,Bc(以下、区別しないときには、「電池B」ともいう)を測定対象として、一例として各電池Bの各内部抵抗Ra,Rb,Rc(以下、区別しないときには、「内部抵抗R」ともいう)を測定可能に構成されている。
First, the configuration of the
収納部2は、電池Bを収納する容器であって、複数(一例として3つ)の電池Bを収納可能に構成されている。具体的には、収納部2は、収納部2の外部から配線を接続可能な接続端子21a〜21c,22a〜22c(以下、接続端子21a〜21cを区別しないときには、「接続端子21」ともいい、接続端子22a〜22cを区別しないときには、「接続端子22」ともいう)と、各電池Bのプラス電極に接続される接触子23a〜23c(以下、区別しないときには、「接触子23」ともいう)と、各電池Bのマイナス電極に接続される接触子24a〜24c(以下、区別しないときには、「接触子24」ともいう)と、接続端子21および接触子23を接続する内部配線25a〜25c(以下、区別しないときには、「内部配線25」ともいう)と、接続端子22および接触子24を接続する内部配線26a〜26c(以下、区別しないときには、「内部配線26」ともいう)とを備えて構成されている。この収納部2では、電池Bを収納したときに、各電池Bのプラス電極に接触子23が接触すると共に各電池Bのマイナス電極に接触子24が接触し、その結果、各電池Bのプラス電極が内部配線25を介して接続端子21に接続される共にマイナス電極が内部配線26を介して接続端子22に接続される。
The
スキャナ部3は、図示しない複数の切替スイッチを有して構成されており、収納部2の接続端子21a〜21cに外部配線を介してそれぞれ接続される接続端子31a〜31c(以下、区別しないときには、「接続端子31」ともいう)、収納部2の接続端子22a〜22cに外部配線を介してそれぞれ接続される接続端子32a〜32c(以下、区別しないときには、「接続端子32」ともいう)、並びに、交流電流供給部4、電流測定部6および電圧測定部5に外部配線を介して接続される接続端子33a〜33dを備えている。このスキャナ部3では、処理部7から出力される制御信号Scに従い、複数の切替スイッチがオン・オフ制御されて、3つの電池Bのうちの2つが順極性および逆極性が同数(この例では、1つずつ)の状態で直列接続されると共に、その直列接続された2つの電池Bの組の両端のうちの一端(例えば図2における電池Baのプラス電極)に接続端子21a,31a,33aを介して交流電流供給部4が接続されると共に接続端子21a,31a,33cを介して電圧測定部5の後述する差動増幅回路51における反転入力端子が接続され、かつ、2つの電池Bの組の両端のうちの他端(例えば同図における電池Bbのプラス電極)に接続端子21b,31b,33bを介して電流測定部6の後述する電流検出回路61が接続されると共に接続端子21b,31b,33dを介して差動増幅回路51における非反転入力端子が接続される。したがって、このように2つの電池Bが直列接続された状態では、2つの電池Bの組の両端間電圧は、両電池Bの直流起電力の電圧が等しいときには、各電池Bの互いの直流起電力の電圧が相殺される(打ち消し合う)ため、ほぼ0Vとなり、両電池Bの直流起電力の電圧が異なるときには、両電圧の差分電圧となる。
The scanner unit 3 includes a plurality of changeover switches (not shown), and
交流電流供給部4は、交流定電流源または交流電流源(本例では一例として、交流電流源)で構成されると共に、スキャナ部3によって直列接続された2つの電池Bの両端のうちの一端(図2に示す例では電池Baのプラス電極)と基準電位との間に接続されて、検査用交流信号としての交流電流Iを直列接続された電池Bの組に供給する。
The AC
電圧測定部5は、差動増幅回路51およびA/D変換器52を備えて構成されており、電圧測定対象である直列接続された一対の電池Bの両端における両端電圧を測定する。この場合、差動増幅回路51は、上記したように両入力端子がスキャナ部3に接続されており、2個の電池Bの組の両端における各電圧Va,Vbを入力し、入力した各電圧Va,Vbの差電圧を所定の増幅率で増幅して2個の電池Bの組の両端電圧を検出電圧Vdとして出力する。また、A/D変換器51は、差動増幅回路51から出力された検出電圧Vdを予め決められたサンプリングレートでサンプリングして検出電圧Vdの電圧波形を示すデジタルデータ(波形データ)Dvに変換して処理部7に出力する。
The
電流測定部6は、例えば、シャント抵抗を用いた電流検出回路61、およびA/D変換器62を備えて構成されている。電流検出回路61は、直列接続された2個の電池Bの組に交流電流Iが流れる際にシャント抵抗の両端に生じる電圧を検出して、その検出電圧ViをA/D変換器62に出力する。また、A/D変換器62は、電流検出回路61から出力される検出電圧ViをA/D変換器52のサンプリングレートと同じレートでサンプリングすることにより、2個の電池Bの組に流れる交流電流Iの電流波形(その電流値を「電流値I」とする)を示すデジタルデータ(波形データ)Diに変換して出力する。
The
処理部7は、「処理部」および「制御部」の一例であって、CPUを備えたデジタル回路で構成されて、N個(この例では3個)の電池BのうちからM個(この例では2個)を選択する組み合わせが互いに異なるようにスキャナ部3に対して制御信号Scを出力すると共に、交流電流供給部4、電圧測定部5および電流測定部6に対する制御を実行して、直列接続された2個の電池Bの組の各々についての各内部抵抗Rの合計値RtをA/D変換器52およびA/D変換器62からそれぞれ出力された両デジタルデータDv,Di(つまり、検出電圧Vdの電圧値および交流電流Iの電流値)に基づいて算出する。
The
また、処理部7は、上記制御信号ScをN回(この例では3回)出力することにより、各内部抵抗Rの合計値Rtを3回算出し、算出した合計値Rt(後述するRt1〜Rt3)に基づいて、電池Bの各内部抵抗Rを算出するために必要なN個(この例では3個)の関係式を算出し、この3個の関係式に基づいて各電池Ba,Bb,Bcの各内部抵抗Ra,Rb,Rcを算出する。具体的には、測定された電池Ba,Bbの内部抵抗Rの合計値RtをRt1、電池Bb,Bcの内部抵抗Rの合計値RtをRt2、および電池Bc,Baの内部抵抗Rの合計値RtをRt3とすると、下記の(1)式から(3)式の連立方程式(関係式)が求められる。
Rt1=Ra+Rb・・・(1)式
Rt2=Rb+Rc・・・(2)式
Rt3=Rc+Ra・・・(3)式
したがって、処理部7は、以上の3式に基づいて、電池Ba,Bb,Bcの各内部抵抗Ra,Rb,Rcを以下の(4)式から(6)式に基づいて演算する。つまり、処理部7は、算出した合計値Rt1〜Rt3を(4)式から(6)式に代入することにより、各内部抵抗Ra,Rb,Rcを演算する。
Ra=(Rt1−Rt2+Rt3)/2・・・(4)式
Rb=(Rt1+Rt2−Rt3)/2・・・(5)式
Rc=(−Rt1+Rt2+Rt3)/2・・(6)式
Further, the
Rt1 = Ra + Rb (1) formula Rt2 = Rb + Rc (2) formula Rt3 = Rc + Ra (3) formula Therefore, the
Ra = (Rt1-Rt2 + Rt3) / 2 (4) Formula Rb = (Rt1 + Rt2-Rt3) / 2 (5) Formula Rc = (-Rt1 + Rt2 + Rt3) / 2 (6)
次に、電池Bの各内部抵抗Rを測定するインピーダンス測定方法、およびその際のインピーダンス測定装置1の動作について、図面を参照して説明する。なお、スキャナ部3の接続端子31,32と収納部2の接続端子21,22とが配線を介してそれぞれ予め接続されているものとする。
Next, an impedance measurement method for measuring each internal resistance R of the battery B and the operation of the
最初に、電池Bを収納部2内に収納する。この際には、自動的に、各電池Bのプラス電極に接触子23が接触すると共に各電池Bのマイナス電極に接触子24が接触し、その結果、各電池Bのプラス電極が内部配線25を介して接続端子21に接続される共にマイナス電極が内部配線26を介して接続端子22に接続される。
First, the battery B is stored in the
次いで、処理部7が、スキャナ部3に対して1回目の制御信号Scを出力することにより、スキャナ部3内部の切替スイッチをオン・オフ制御して、電池Bのうちの2個を順極性および逆極性が同数になるように直列接続すると共に、2つの電池Bの組の両端のうちの一端に交流電流供給部4を接続させ、他端に電流測定部6を接続させ、かつ両端に電圧測定部6を接続させる。
Next, the
具体的に、図2を参照して、電池Ba,Bb,Bcのうちから電池Baと電池Bbとを接続して内部抵抗Rの合計値Rt1を測定する例について説明する。以下、電池Baおよび電池Bbの組を「電池Ba−Bb」、電池Bbおよび電池Bcの組を「電池Bb−Bc」、電池Bcおよび電池Baの組を「電池Bc−Ba」ともいう。 Specifically, an example in which the battery Ba and the battery Bb are connected from the batteries Ba, Bb, and Bc and the total value Rt1 of the internal resistance R is measured will be described with reference to FIG. Hereinafter, the combination of the battery Ba and the battery Bb is also referred to as “battery Ba-Bb”, the combination of the battery Bb and the battery Bc is also referred to as “battery Bb-Bc”, and the combination of the battery Bc and the battery Ba is also referred to as “battery Bc-Ba”.
最初に、処理部7は、スキャナ部3に制御信号Scを出力し、上記したように、電池Baと電池Bbが直列で、かつ順極性および逆極性が同数(この例では1個)になるように接続する。つまり、処理部7は、スキャナ部3の内部において、切替スイッチをオン・オフ制御して、接続端子32aと接続端子32bとを、接続端子31aと接続端子33aとを、接続端子31bと接続端子33bとを、接続端子31aと接続端子33cとを、接続端子31bと接続端子33dとをそれぞれ接続する。これにより、電池Ba−Bbの内部抵抗Rの合計値Rt1を測定可能な状態となる。
First, the
次いで、処理部7は、交流電流供給部4、電圧測定部5および電流測定部6に対する制御を実行して、電池Ba−Bbの内部抵抗Rの合計値Rt1を算出する。具体的には、まず、交流電流供給部4が電池Ba−Bbに交流電流Iを供給する。この際に、電圧測定部5が、電池Ba−Bbの両端に生じている各電圧を検出電圧Va,Vbとしてそれぞれ検出して、差動増幅回路51に出力する。次いで、差動増幅回路51が検出電圧Va,Vbの差電圧を所定の増幅率で増幅して電池Ba−Bbの両端における各電圧の差電圧Vdとして出力する。続いて、A/D変換器52が、差動増幅回路51から出力された差電圧VdをデジタルデータDvに変換して出力する。また、電流測定部6では、電流検出回路61が、電池Ba−Bbに交流電流Iが流れる際にシャント抵抗の両端に生じる電圧を検出して検出電圧ViをA/D変換器62に出力する。また、A/D変換器62が、電流検出回路61から出力された検出電圧Viを電池Ba−Bbに流れる交流電流Iの電流波形を示すデジタルデータDiに変換して出力する。
Next, the
次いで、処理部7が、A/D変換器51,62からそれぞれ出力されたDi,Dvに基づいて、電池Ba−Bbの内部抵抗Rの合計値Rt1を算出する。
Next, the
次に、処理部7は、スキャナ部3に対して、電池Bのうちから上記選択した組み合わせ(電池Ba−Bb)と互いに異なる組み合わせ(電池Bb−Bcおよび電池Bc−Ba)となるように制御信号Scを出力する。この際に、電池Bb−Bcを接続して内部抵抗Rの合計値Rt2を測定するときには、処理部7は、制御信号Scを出力して、図3に示すように、電池Bbと電池Bcが直列で、かつ順極性および逆極性が同数(この例では1個)になるように接続する。つまり、処理部7は、スキャナ部3の内部において、切替スイッチをオン・オフ制御して、接続端子32bと接続端子32cとを、接続端子31bと接続端子33aとを、接続端子31cと接続端子33bとを、接続端子31bと接続端子33cとを、接続端子31cと接続端子33dとをそれぞれ接続する。これにより、電池Bb−Bcの内部抵抗Rの合計値Rt2を測定可能な状態となる。次いで、処理部7は、上記した測定処理を実行して、内部抵抗Rの合計値Rt2を算出する。
Next, the
また、電池Bc−Baを接続して内部抵抗Rの合計値Rt3を測定するときには、処理部7は、制御信号Scを出力して、図4に示すように、電池Bcと電池Baが直列で、かつ順極性および逆極性が同数(この例では1個)になるように接続する。つまり、処理部7は、スキャナ部3の内部において、切替スイッチをオン・オフ制御して、接続端子32cと接続端子32aとを、接続端子31cと接続端子33aとを、接続端子31aと接続端子33bとを、接続端子31cと接続端子33cとを、接続端子31aと接続端子33dとをそれぞれ接続する。これにより、電池Bc−Baの内部抵抗Rの合計値Rt3を測定可能な状態となる。次いで、処理部7は、上記した測定処理を実行して、内部抵抗Rの合計値Rt3を算出する。
When the battery Bc-Ba is connected and the total value Rt3 of the internal resistance R is measured, the
次に、処理部7は、算出した内部抵抗Rの合計値Rt1〜Rt3を(4)式〜(6)式に代入することにより、各電池Bの各内部抵抗Ra,Rb,Rcを演算する。
Next, the
続いて、各電池Ba,Bb,Bcの内部インピーダンスZa,Zb,Zc(以下、区別しないときには、「内部インピーダンスZ」ともいう)を測定する例について説明する。 Next, an example of measuring the internal impedances Za, Zb, Zc (hereinafter, also referred to as “internal impedance Z” when not distinguished) of the batteries Ba, Bb, Bc will be described.
この場合、処理部7は、直列接続された2個の電池Bの組の各々についての各内部インピーダンスZの合計値Ztを両デジタルデータDv,Di(検出電圧Vdの電圧値および交流電流Iの電流値)に少なくとも基づいて算出する。具体的には、処理部7は、デジタルデータDvで示される検出電圧Viの電圧値と、デジタルデータDiで示される交流電流Iの電流値と、検出電圧Viの電圧波形および交流電流Iの電流波形の間の位相差とに基づいて各内部インピーダンスZの合計値Ztを算出する。
In this case, the
また、処理部7は、上記制御信号ScをN回(この例では3回)出力することにより、各内部インピーダンスZの合計値Ztを3回算出し、算出した合計値Zt(後述するZt1〜Zt3)に基づいて、電池Bの各内部インピーダンスZを算出するために必要なN個(この例では3個)の関係式を算出し、この3個の関係式に基づいて各電池Ba,Bb,Bcの各内部インピーダンスZa,Zb,Zcを算出する。具体的には、測定された電池Ba,Bbの内部インピーダンスZの合計値ZtをZt1、電池Bb,Bcの内部インピーダンスZの合計値ZtをZt2、および電池Bc,Baの内部インピーダンスZの合計値ZtをZt3とし、測定された電池Ba,Bbの内部抵抗Rの合計値RtをRt1、電池Bb,Bcの内部抵抗Rの合計値RtをRt2、および電池Bc,Baの内部抵抗Rの合計値RtをRt3とし、測定された電池Ba,Bbの内部リアクタンスXの合計値XtをXt1、電池Bb,Bcの内部リアクタンスXの合計値XtをXt2、および電池Bc,Baの内部リアクタンスXの合計値XtをXt3とすると、下記の(7)式から(9)式の連立方程式(関係式)が求められる。
Zt1=Rt1+jXt1・・・(7)式
Zt2=Rt2+jXt2・・・(8)式
Zt3=Rt3+jXt3・・・(9)式
Further, the
Zt1 = Rt1 + jXt1 (7) equation Zt2 = Rt2 + jXt2 (8) equation Zt3 = Rt3 + jXt3 (9) equation
また、上記の(7)式、(8)式および(9)式の各実数部と各虚数部について次のような連立方程式(関係式)が求められる。
Rt1=Ra+Rb・・・(10)式
Rt2=Rb+Rc・・・(11)式
Rt3=Rc+Ra・・・(12)式
Xt1=Xa+Xb・・・(13)式
Xt2=Xb+Xc・・・(14)式
Xt3=Xc+Xa・・・(15)式
In addition, the following simultaneous equations (relational expressions) are obtained for each real part and each imaginary part of the above expressions (7), (8), and (9).
Rt1 = Ra + Rb (10) Rt2 = Rb + Rc (11) Rt3 = Rc + Ra (12) Xt1 = Xa + Xb (13) Xt2 = Xb + Xc (14) Xt3 = Xc + Xa (15) Formula
また、処理部7は、上記の(10)式〜(15)式に基づいて、電池Ba,Bb,Bcの各内部インピーダンスZにおける実数部Ra,Rb,Rcについては、以下の(16)式から(18)式に基づいて演算し、各内部インピーダンスZにおける虚数部Xa,Xb,Xcについては、以下の(19)式から(21)式に基づいて演算する。つまり、処理部7は、算出した合計値Zt1〜Zt3における実数部Rt1,Rt2,Rt3を(16)式から(18)式に代入することにより、実数部Ra,Rb,Rcを演算し、合計値Zt1〜Zt3における虚数部Xt1,Xt2,Xt3を(19)式から(21)式に代入することにより、虚数部Xa,Xb,Xcを演算する。
Ra=(Rt1−Rt2+Rt3)/2・・・(16)式
Rb=(Rt1+Rt2−Rt3)/2・・・(17)式
Rc=(−Rt1+Rt2+Rt3)/2・・(18)式
Xa=(Xt1−Xt2+Xt3)/2・・・(19)式
Xb=(Xt1+Xt2−Xt3)/2・・・(20)式
Xc=(−Xt1+Xt2+Xt3)/2・・(21)式
The
Ra = (Rt1-Rt2 + Rt3) / 2 (16) Formula Rb = (Rt1 + Rt2-Rt3) / 2 (17) Formula Rc = (-Rt1 + Rt2 + Rt3) / 2 (18) Formula Xa = (Xt1 -Xt2 + Xt3) / 2 (19) Formula Xb = (Xt1 + Xt2-Xt3) / 2 (20) Formula Xc = (-Xt1 + Xt2 + Xt3) / 2 (21)
最後に、処理部7は、上記のようにして演算した実数部Ra,Rb,Rcと虚数部Xa,Xb,Xcとから、電池Ba,Bb,Bcの各内部インピーダンスZa,Zb,Zcを演算する。なお、内部インピーダンスZは、その絶対値|Z|と位相差θとで表されるため、処理部7は、以下の(22)式〜(27)式に基づいて、絶対値|Za|と位相差θa、絶対値|Zb|と位相差θb、絶対値|Zc|と位相差θcを演算する。
|Za|=√(Ra2+Xa2) ・・・(22)式
θa=arctan(Xa/Ra) ・・・・(23)式
|Zb|=√(Rb2+Xb2) ・・・(24)式
θb=arctan(Xb/Rb) ・・・・(25)式
|Zc|=√(Rc2+Xc2) ・・・(26)式
θc=arctan(Xc/Rc) ・・・・(27)式
Finally, the
| Za | = √ (Ra 2 + Xa 2 ) (22) Equation θa = arctan (Xa / Ra) (23)
| Zb | = √ (Rb 2 + Xb 2 ) (24) Equation θb = arctan (Xb / Rb) (25)
| Zc | = √ (Rc 2 + Xc 2 ) (26) Equation θc = arctan (Xc / Rc) (27)
このように、このインピーダンス測定装置1およびインピーダンス測定方法では、N個(この例では3個)の電池BのうちのM個(この例では2個)を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続させた状態で、各電池Bの内部抵抗Rを測定するときには、M個の電池Bの各内部抵抗Rの合計値Rtを算出すると共に算出した合計値Rtと対応する電池Bの組におけるM個(この例では2個)の電池Bの各内部抵抗Rとの関係をそれぞれ示すN個(この例では3個)の連立方程式(関係式)に基づいてN個(この例では3個)の電池Bの各内部抵抗Rを算出する。また、各電池Bの内部インピーダンスZを測定するときには、M個の電池Bの各内部インピーダンスZの合計値Ztを算出すると共に算出した合計値Ztと対応する電池Bの組におけるM個(この例では2個)の電池Bの各内部インピーダンスZとの関係をそれぞれ示すN個(この例では3個)の連立方程式(関係式)に基づいてN個(この例では3個)の電池Bの各内部インピーダンスZを算出する。
As described above, in the
したがって、このインピーダンス測定装置1およびインピーダンス測定方法によれば、各電池Bが非常に大きな直流起電力を有していたとしても、M個(この例では2個)の電池Bの組の両端電圧が充分に小さな直流電圧となる結果、測定回路(この例では、交流電流供給部4、電圧測定部5および電流測定部6)に加わる電圧が充分に小さな電圧となるため、これらの各部4〜6の破損を回避しつつ、直流起電力の電圧が小さな電池Bを測定対象とする測定と同様にして各電池Bの内部抵抗Rおよび内部インピーダンスZを確実に測定することができる。
Therefore, according to the
また、測定回路に加わる電圧が小さな直流電圧となるため、測定誤差の発生や測定時間の長時間化を招く原因となる直流阻止用のコンデンサを使う必要がなくなる結果、電池Bの内部抵抗Rおよび内部インピーダンスZを短時間で測定することができると共に、超低周波数の検査用交流信号(交流電流I)を使用して電池Bの内部抵抗Rおよび内部インピーダンスZを測定する際にも、電池Bの内部抵抗Rおよび内部インピーダンスZを正確に測定することができる。 In addition, since the voltage applied to the measurement circuit is a small DC voltage, it is not necessary to use a DC blocking capacitor which causes generation of measurement errors and long measurement time. The internal impedance Z can be measured in a short time, and also when the internal resistance R and the internal impedance Z of the battery B are measured using an ultra-low frequency test AC signal (AC current I), the battery B The internal resistance R and the internal impedance Z can be accurately measured.
また、このインピーダンス測定装置1によれば、処理部7が、スキャナ部3に対して制御信号Scを出力して、順極性および逆極性が同数のM個(この例では3個)の電池Bの組であってM個の電池Bの組み合わせが互いに異なるように制御することにより、M個(この例では2個)の電池Bが自動的に組み合わされるため、測定者にとって煩雑な繋ぎ込み作業が不要となる結果、測定者は電池Bの内部抵抗Rおよび内部インピーダンスZを極めて確実かつ容易に測定することができる。
Further, according to the
なお、測定対象である電池Bの数に関して、N=3でM=2とする例について説明したが、この例に限らず、Nは4以上の任意の自然数とし、MはNよりも小さい任意の偶数に規定することができる。例えば、N=5としたときには、M=2またはM=4とすることもでき、この際に電池Bの内部抵抗Rを測定する場合は、各電池Bの内部抵抗Rを算出し得る5個の連立方程式(関係式)、すなわち各電池Bの内部抵抗Rを算出し得る5個の組み合わせを適宜選択することによって各電池Bの各内部抵抗Rを確実に算出することができる。この場合、Mを任意の偶数に規定すると共にNを(M+1)に規定することが好ましい。このように規定することにより、すべての電池Bを単に組み合わせることでN個の関係式を容易に求めることができる。また、電池Bの内部インピーダンスZを測定する場合にも、同様にして各電池Bの各内部インピーダンスZを確実に算出することができる。 In addition, regarding the number of batteries B to be measured, an example in which N = 3 and M = 2 has been described, but not limited to this example, N is an arbitrary natural number of 4 or more, and M is an arbitrary smaller than N Can be defined as an even number. For example, when N = 5, M = 2 or M = 4 can be set. In this case, when measuring the internal resistance R of the battery B, five pieces of the internal resistance R of each battery B can be calculated. The internal resistance R of each battery B can be reliably calculated by appropriately selecting the simultaneous equations (relational expressions), that is, the five combinations that can calculate the internal resistance R of each battery B. In this case, it is preferable to define M as an arbitrary even number and N as (M + 1). By defining in this way, N relational expressions can be easily obtained by simply combining all the batteries B. Further, when the internal impedance Z of the battery B is measured, the internal impedance Z of each battery B can be reliably calculated in the same manner.
また、上記のインピーダンス測定装置1では、交流電流供給部4が交流電流Iを電池Bに供給して電流測定部6が交流電流Iの電流値Iを測定する例について説明したが、交流電流供給部4が予め規定された電流値の交流定電流を供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、電流測定部6の配設を省略することができる。また、電池Bとしては、一次電池や二次電池などの各種の電池が含まれる。さらに、2個の電池Bを直列接続する例においてマイナス電極同士を接続する例について説明したが、プラス電極同士を接続することもできる。
In the
1 インピーダンス測定装置
2 収納部
3 スキャナ部
4 交流電流供給部
5 電圧測定部
6 電流測定部
7 処理部
51 差動増幅回路
52 A/D変換器
61 電流検出回路
62 A/D変換器
B 電池
I 電流
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記処理部は、前記M個の電池の組み合わせが互いに異なるN組各々についての前記合計値を算出すると共に当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記M個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示すN個の関係式に基づいて前記N個の電池の前記各内部インピーダンスを算出するインピーダンス測定装置。 N (N is a natural number of 3 or more) of the same type of batteries, M (M is an even number smaller than N) batteries are connected to both ends of a battery set in series with the same number of forward and reverse polarities. An alternating current supply unit that supplies current; a voltage measurement unit that measures a voltage across the battery set in a state in which the alternating current is supplied; and a current value that flows through the battery set in a state in which the alternating current is supplied. A processing unit that calculates a total value of internal impedances of the M batteries based at least on the measured voltage value of the both-end voltages;
The processing unit calculates the total value for each of the N sets having different combinations of the M batteries, and the internal impedance of the M batteries in the set of batteries corresponding to the calculated total value, An impedance measuring device that calculates the internal impedances of the N batteries based on N relational expressions respectively indicating the relations of
前記M個の電池の組み合わせが互いに異なるN組各々についての前記合計値を算出すると共に当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記M個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示すN個の関係式に基づいて前記N個の電池の前記各内部インピーダンスを算出するインピーダンス測定方法。 N (N is a natural number of 3 or more) of the same type of batteries, M (M is an even number smaller than N) batteries are connected to both ends of a battery set in series with the same number of forward and reverse polarities. Supplying current, measuring both-end voltage of the battery set in a state where the alternating current is supplied, a current value flowing through the battery set in the state where the alternating current is supplied, and a voltage value of the measured both-end voltage An impedance measurement method for calculating a total value of internal impedances of the M batteries based on at least
The total value is calculated for each of N sets with different combinations of the M batteries, and the relationship between the calculated total value and the internal impedances of the M batteries in the corresponding battery set is shown. An impedance measuring method for calculating the internal impedances of the N batteries based on N relational expressions.
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