JP6907066B2 - Impedance measuring device - 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インピーダンス測定装置に関するものである。 The present invention relates to an impedance measuring device for measuring the internal impedance of a battery.
この種のインピーダンス測定装置に設けられて、測定対象の電池に対して測定電流を供給する電流供給装置として、下記の特許文献1に開示された測定電流通電装置が知られている。この測定電流通電装置は、交流基準電源発生器、誤差増幅器、電流制御用のNPNトランジスタおよびPNPトランジスタを有するSEPP(Single Ended Push-Pull)回路、電流検出抵抗、電荷蓄積素子としてのコンデンサ、および駆動用電源によって構成されている。
As a current supply device provided in this type of impedance measuring device and supplying a measuring current to a battery to be measured, the measuring current energizing device disclosed in
具体的には、交流基準電源発生器は、所望の周波数の交流信号を発生するものであり、誤差増幅器の+入力端子(非反転入力端子)に接続されている。誤差増幅器の出力端子は、NPNトランジスタおよびPNPトランジスタのベース端子に接続されている。NPNトランジスタのコレクタ端子とPNPトランジスタのコレクタ端子とは、駆動用電源を介して接続されている。つまり、NPNトランジスタのコレクタ端子は、駆動用電源の高電位側出力端子に接続され、PNPトランジスタのコレクタ端子は、駆動用電源の低電位側出力端子に接続されている。また。互いに直接接続されたNPNトランジスタのエミッタ端子とPNPトランジスタのエミッタ端子は、電流検出抵抗を介して電池(被測定蓄電池)の陽極端子に接続されている。また、NPNトランジスタのエミッタ端子およびPNPトランジスタのエミッタ端子(エミッタ端子同士の接続点)は、誤差増幅器の−入力端子(反転入力端子)に接続されている。また、PNPトランジスタのコレクタ端子は、コンデンサを介して電池の陰極端子に接続されている。 Specifically, the AC reference power supply generator generates an AC signal having a desired frequency, and is connected to the + input terminal (non-inverting input terminal) of the error amplifier. The output terminal of the error amplifier is connected to the base terminal of the NPN transistor and the PNP transistor. The collector terminal of the NPN transistor and the collector terminal of the PNP transistor are connected via a drive power supply. That is, the collector terminal of the NPN transistor is connected to the high potential side output terminal of the drive power supply, and the collector terminal of the PNP transistor is connected to the low potential side output terminal of the drive power supply. also. The emitter terminal of the NPN transistor and the emitter terminal of the PNP transistor, which are directly connected to each other, are connected to the anode terminal of the battery (storage battery to be measured) via a current detection resistor. Further, the emitter terminal of the NPN transistor and the emitter terminal (connection point between the emitter terminals) of the PNP transistor are connected to the − input terminal (inverting input terminal) of the error amplifier. Further, the collector terminal of the PNP transistor is connected to the cathode terminal of the battery via a capacitor.
この測定電流通電装置は、電流検出抵抗に発生する電圧と交流基準電源発生器の電圧とが等しくなるように動作する。ここで、電流検出抵抗の抵抗値は一定なので、交流基準電圧発生器の電圧に比例した定電流交流成分の測定電流が電池に対して通電される。 This measured current energizing device operates so that the voltage generated in the current detection resistor and the voltage of the AC reference power supply generator become equal to each other. Here, since the resistance value of the current detection resistance is constant, the measured current of the constant current AC component proportional to the voltage of the AC reference voltage generator is energized to the battery.
この場合、この測定電流通電装置においては、電池に対して直列にコンデンサが接続されている。このため、交流基準電源発生器から発生される交流信号により電池の陽極と陰極との間に通電される定電流交流成分の測定電流が一方の極性成分(負極性成分)を有して電池から放電電流が流れるときには、電池とコンデンサとが閉ループ回路を形成して、放電時の電荷がコンデンサに蓄えられる。一方、電池の陽極と陰極との間に通電される定電流交流成分の測定電流が他方の極性成分(正極性成分)を有して電池に充電電流が流れるときには、電池とコンデンサと駆動用電源とが閉ループ回路を形成して、コンデンサに蓄えられた電荷が電池に放出される。したがって、この測定電流通電装置では、駆動用電源の出力電圧を電池の電圧よりも充分低く設定したとしても、起動後、一定時間を経過するとコンデンサの電位が上昇して駆動用電源の出力電圧とコンデンサの電位との和が電池の電圧より高くなり、電池に対して充電電流が流れるようになるので、電池の陽極と陰極との間に定電流交流成分の測定電流を通電することが可能となる。このことから、この測定電流通電装置および電圧計を用いてインピーダンス測定装置を構成することにより、電池の1つのセル端子間に発生する起電力を電圧計で測定することによって、測定された起電力と測定電流とに基づいて電池の内部インピーダンスを測定することが可能となる。 In this case, in this measurement current energizing device, a capacitor is connected in series with the battery. Therefore, the measured current of the constant current AC component energized between the anode and the cathode of the battery by the AC signal generated from the AC reference power source generator has one polar component (negative electrode component) from the battery. When the discharge current flows, the battery and the capacitor form a closed loop circuit, and the electric charge at the time of discharge is stored in the capacitor. On the other hand, when the measured current of the constant current AC component energized between the anode and the cathode of the battery has the other polar component (positive electrode component) and the charging current flows through the battery, the battery, the capacitor, and the driving power supply To form a closed loop circuit, and the charge stored in the capacitor is discharged to the battery. Therefore, in this measurement current energizer, even if the output voltage of the drive power supply is set sufficiently lower than the battery voltage, the potential of the capacitor rises after a certain period of time has passed after the start-up, and the output voltage of the drive power supply becomes the same. Since the sum with the potential of the capacitor becomes higher than the voltage of the battery and the charging current flows through the battery, it is possible to energize the measurement current of the constant current AC component between the anode and cathode of the battery. Become. From this, the electromotive force measured by measuring the electromotive force generated between one cell terminal of the battery with a voltmeter by configuring the impedance measuring device using the measured current energizing device and the voltmeter. It is possible to measure the internal impedance of the battery based on the measured current and the measured current.
ところが、上記した測定電流通電装置を有するインピーダンス測定装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、この測定電流通電装置を構成する駆動用電源を作動させるための電力がいずれから供給されるかについては、上記特許文献1には明示されていないが、当業者にとっては、インピーダンス測定装置がバッテリ駆動の構成のときには、内蔵されたバッテリから常時供給される電力に基づいて、またインピーダンス測定装置が商用電源駆動の構成のときには、商用電源から常時供給される電力に基づいて駆動用電源を作動させる構成とするのが一般的であると考えられる。
However, the impedance measuring device having the above-mentioned measuring current energizing device has the following problems to be solved. That is, although it is not specified in the above-mentioned
近年では、インピーダンス測定装置に対して、バッテリ駆動の構成のときには、バッテリから供給される電力を少しでも少なくしてバッテリ駆動時間を一層延ばすことが望まれており、また商用電源駆動の構成のときには、商用電源から供給される電力を少しでも少なくすることが望まれているが、上記したように、バッテリや商用電源から常時電力を供給する必要のある駆動用電源を有する測定電流通電装置を備えたインピーダンス測定装置では、この要請に応えるのが難しいという課題が存在している。 In recent years, it has been desired for an impedance measuring device to further extend the battery drive time by reducing the power supplied from the battery as much as possible in the battery-powered configuration, and in the commercial power-powered configuration. It is desired to reduce the electric power supplied from the commercial power source as much as possible, but as described above, it is provided with a measurement current energizing device having a drive power source that needs to constantly supply electric power from the battery or the commercial power source. There is a problem that it is difficult to meet this demand with the impedance measuring device.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、バッテリや商用電源から駆動用電源に供給される電力を低減し得るインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an impedance measuring device capable of reducing the electric power supplied from a battery or a commercial power source to a driving power source.
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、測定対象の電池の陽極が接続される第1接続端子、前記電池の陰極が接続される第2接続端子、前記第2接続端子に一端が接続されたコンデンサ、低電位側端子が前記コンデンサの他端に接続されると共に高電位側端子に供給される供給電圧で動作して入力端子に入力される交流信号に基づいて測定交流電流を生成して出力端子から前記第1接続端子に出力するSEPP回路、前記供給電圧を生成して前記高電位側端子に供給する駆動用電源、主電源、および制御回路を有する電流供給部を備え、前記第1接続端子を介して前記電池に出力される前記測定交流電流と、前記第1接続端子および前記第2接続端子間の電圧とに基づいて前記電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記電流供給部は、前記コンデンサの充電電圧および前記主電源から出力される直流電源電圧のうちの任意の一方を前記駆動用電源の作動用電圧として出力可能な切替回路を有し、前記制御回路は、前記充電電圧が前記駆動用電源の動作電圧範囲内の第1基準電圧以上のときには前記切替回路に対して当該充電電圧を前記作動用電圧として出力させ、当該充電電圧が前記第1基準電圧未満のときには前記切替回路に対して前記直流電源電圧を前記作動用電圧として出力させる電圧切替処理を実行する。
In order to achieve the above object, the impedance measuring device according to
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、前記SEPP回路は、前記高電位側端子にコレクタ端子が接続されると共にエミッタ端子が前記出力端子に接続されたNPN型トランジスタと、エミッタ端子が前記NPN型トランジスタのエミッタ端子に接続されると共にコレクタ端子が前記低電位側端子に接続されたPNP型トランジスタとを有し、前記制御回路は、前記NPN型トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧を検出しつつ当該コレクタ−エミッタ間電圧が予め規定された電圧に維持されるように前記駆動用電源の前記供給電圧を制御する電圧制御処理を実行する。
The impedance measuring device according to claim 2 is the impedance measuring device according to
請求項1記載のインピーダンス測定装置では、コンデンサの充電電圧が第1基準電圧以上のときには、電流供給部を構成するSEPP回路に供給電圧を供給する駆動用電源のための作動用電圧として、直流電源電圧だけでなく、測定対象としての電池によって充電されたコンデンサの充電電圧も使用される。
In the impedance measuring device according to
したがって、このインピーダンス測定装置によれば、主電源が直流電源電圧を出力するために必要とする電力を、充電電圧を使用する分だけ低減することができることから、主電源がバッテリを有する構成のときには、充電電圧を使用する分だけバッテリの消費電力を低減することができ、また主電源が商用電源を使用する構成のときには、充電電圧を使用する分だけ商用電源の消費電力を低減することができる。 Therefore, according to this impedance measuring device, the power required for the main power supply to output the DC power supply voltage can be reduced by the amount of using the charging voltage. Therefore, when the main power supply has a battery, it can be reduced. , The power consumption of the battery can be reduced by the amount of using the charging voltage, and when the main power supply is configured to use the commercial power supply, the power consumption of the commercial power supply can be reduced by the amount of using the charging voltage. ..
請求項2記載のインピーダンス測定装置では、SEPP回路がNPN型トランジスタおよびPNP型トランジスタを有して構成されると共に、制御回路が、NPN型トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧を検出しつつ、このコレクタ−エミッタ間電圧が予め規定された電圧に維持されるように駆動用電源の供給電圧を制御する電圧制御処理を実行する。 In the impedance measuring device according to claim 2, the SEPP circuit includes an NPN type transistor and a PNP type transistor, and the control circuit detects the collector-emitter voltage of the NPN type transistor while detecting the collector-emitter. A voltage control process for controlling the supply voltage of the driving power source is executed so that the emitter-to-emitter voltage is maintained at a predetermined voltage.
したがって、このインピーダンス測定装置によれば、SEPP回路から出力される出力電圧の電圧値の増減に応じて供給電圧の電圧値も増減されることから、供給電圧の電圧値が一定のままで駆動用電源からSEPP回路に供給される構成と比較して、NPN型トランジスタでの消費電力を大幅に低減することができる。また、これにより、NPN型トランジスタでの発熱を大幅に低減することができる。 Therefore, according to this impedance measuring device, the voltage value of the supply voltage is increased or decreased according to the increase or decrease of the voltage value of the output voltage output from the SEPP circuit. Compared with the configuration supplied from the power supply to the SEPP circuit, the power consumption of the NPN type transistor can be significantly reduced. Further, as a result, the heat generation in the NPN type transistor can be significantly reduced.
以下、インピーダンス測定装置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 the impedance measuring device will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、インピーダンス測定装置としてのインピーダンス測定装置1の構成について、図1を参照して説明する。
First, the configuration of the impedance measuring
インピーダンス測定装置1は、第1接続端子2、第2接続端子3、電流供給部4、電流検出部5、電圧検出部6、処理部7および出力部8を備え、第1接続端子2に陽極52が接続されると共に第2接続端子3に陰極53が接続された測定対象としての電池51のインピーダンス(内部インピーダンスZ)を測定可能に構成されている。
The
具体的には、電流供給部4は、一例として、コンデンサ11、SEPP回路12、駆動用電源13、信号源14、定電流回路15、切替回路16、主電源17、および処理部7の一部も構成する制御回路18を備え、第1接続端子2および第2接続端子3間に接続された電池51に測定交流電流Iを出力する。本例では、コンデンサ11は、一端が第2接続端子3(本例では、内部グランドGを介して第2接続端子3)に接続されている。
Specifically, the current supply unit 4 is, for example, a
SEPP回路12は、NPN型トランジスタ21(NPN型のバイポーラ型トランジスタやnチャネル型の電界効果型トランジスタ(FET)。以下、単にトランジスタ21ともいう)およびPNP型トランジスタ22(PNP型のバイポーラ型トランジスタやpチャネル型の電界効果型トランジスタ(FET)。以下、単にトランジスタ22ともいう)を備え、互いの制御端子(バイポーラ型トランジスタではベース端子、FETではゲート端子)同士が接続され、互いの第1出力端子(バイポーラ型トランジスタではエミッタ端子、FETではソース端子)同士が接続されて構成されている。また、SEPP回路12では、互いに接続された各制御端子がSEPP回路12における入力端子23として機能し、互いに接続された各第1出力端子がSEPP回路12における出力端子24として機能する。また、SEPP回路12では、高電位側に位置するトランジスタ21の第2出力端子(バイポーラ型トランジスタではコレクタ端子、FETではドレイン端子)がSEPP回路12における高電位側端子25として機能し、低電位側に位置するトランジスタ22の第2出力端子(バイポーラ型トランジスタではコレクタ端子、FETではドレイン端子)がSEPP回路12における低電位側端子26として機能する。この場合、低電位側端子26は、コンデンサ11の他端に接続されている。
The
本例のSEPP回路12では、一例として図1に示すように、トランジスタ21およびトランジスタ22は共にバイポーラ型トランジスタで構成されている。この構成により、SEPP回路12は、理解を容易にするため、トランジスタ21,22を構成するバイポーラ型トランジスタのベース・エミッタ間電圧を無視し得るとすれば、入力端子23に入力される電圧と同じ電圧値の電圧を出力端子24から出力電圧Voutとして出力する。つまり、本例のSEPP回路12は、入力端子23と出力端子24とが同電位の状態で動作する。
In the
駆動用電源13は、例えばDC−DCコンバータ(単にコンバータともいう)で構成されて、切替回路16から出力される作動用電圧Vopに基づいて供給電圧Vspを生成して、SEPP回路12の高電位側端子25に供給する。この駆動用電源13は、作動用電圧Vopが動作電圧範囲内の第1基準電圧Vr以上のときには、正常に動作して、供給電圧Vspを生成する。なお、本例では切替回路16に対する切替動作にヒステリシスを持たせるために、第1基準電圧Vrは、第1基準電圧Vrとしての下限第1基準電圧Vr1と、第1基準電圧Vrとしての上限第1基準電圧Vr2(>Vr1)とで規定されている(図2参照)。また、駆動用電源13は、供給電圧Vspの電圧値については、制御回路18によって制御可能に構成されている。信号源14は、交流信号(例えば、振幅が一定(既知)で、かつ周波数が一定(既知)の正弦波信号)S1を内部グランドGを基準として生成してその出力端子(図示せず)から出力する。
The
定電流回路15は、例えば、SEPP回路12の入力端子23に出力端子が接続された演算増幅器31、演算増幅器31の非反転入力端子と信号源14の出力端子との間に接続された抵抗32、SEPP回路の出力端子24と内部グランドGとの間に直列接続されて配設されると共に互いの接続点が演算増幅器31の反転入力端子に接続された2つの帰還抵抗33,34、SEPP回路の出力端子24と第1接続端子2との間に接続された検出抵抗35、ボルテージフォロワ回路として構成されて非反転入力端子が第1接続端子2に接続された演算増幅器36、および一端が演算増幅器36の出力端子に接続されると共に他端が演算増幅器31の非反転入力端子に接続された抵抗37を備えて構成されている。また、本例のSEPP回路12では、その入力端子23とその出力端子24が同電位となることから、演算増幅器31は、その出力端子がSEPP回路12を介して等価的に帰還抵抗33,34の直列回路における内部グランドG側とは逆側の端部に接続されている。この構成により、演算増幅器31は、非反転入力端子に入力される信号を、帰還抵抗33,34の各抵抗値で規定される一定の増幅率(既知)で増幅して出力する非反転増幅器として機能する。
The constant
この定電流回路15では、ボルテージフォロワ回路として構成された演算増幅器36が、電池電圧Vbatと同じ電圧値の電圧(以下、電池電圧Vbatともいう)をその出力端子から抵抗37に低インピーダンスで出力する。この場合、演算増幅器36の出力端子と信号源14の出力端子との間には抵抗37と抵抗32が直列接続された状態で配設されていることから、信号源14の出力端子から交流信号S1が出力されている状態において、抵抗37および抵抗32の接続点には、電池電圧Vbatを抵抗37および抵抗32の各抵抗値で分圧してなる直流電圧成分(正電圧)に、交流信号S1が抵抗37および抵抗32の各抵抗値で分圧されてなる交流電圧成分が重畳した電圧が発生する。非反転入力端子が抵抗37および抵抗32の接続点に接続された演算増幅器31は、このようにして発生する電圧を上記した一定の増幅率で非反転増幅して出力電圧Voutとして出力する。
In the constant
この構成により、定電流回路15は、電池電圧Vbatの上昇・低下に応じて、演算増幅器31から出力される電圧、つまり、SEPP回路12の出力端子24から出力される出力電圧Voutを上昇・低下させて、検出抵抗35の両端間電圧を一定に制御することにより、測定交流電流Iの電流値を一定に維持することが可能となっている。
With this configuration, the constant
切替回路16は、制御回路18によって切替状態が制御されることにより、コンデンサ11の充電電圧Vcおよび主電源17から出力される直流電源電圧Vdcのうちの任意の一方(制御回路18によって選択された一方)を駆動用電源13の作動用電圧Vopとして出力する。また、切替回路16は、リレーや、バイポーラ型トランジスタやFETなどの半導体スイッチで構成されている。
The switching
主電源17は、インピーダンス測定装置1を構成する各構成要素に対して、動作するための直流電源電圧Vdcを生成して出力する。この場合、主電源17は、直流電源電圧Vdcを直接出力するバッテリー単体で構成してもよいし、バッテリーとバッテリーから出力される電圧に基づいて上記の直流電源電圧Vdcを生成して出力する電源回路とで構成してもよいし、外部の商用電源から供給される電力に基づいて直流電源電圧Vdcを出力する電源回路で構成してもよい。
The
制御回路18は、本例では一例として、後述する測定回路9と共に処理部7を構成して、電圧切替処理および電圧制御処理を実行する。この場合、電圧切替処理では、制御回路18は、一例として、出力電圧Voutと充電電圧Vcとの差分電圧(Vout−Vc。つまり、トランジスタ22のコレクタ−エミッタ間電圧)を検出しつつ予め規定された基準電圧と比較することにより、コンデンサ11の充電電圧Vcが駆動用電源13の動作電圧範囲内の第1基準電圧Vr以上であるか否かを判別して(本例では、充電電圧Vcが上昇して上限第1基準電圧Vr2に達したか、または充電電圧Vcが低下して下限第1基準電圧Vr1に達したかを判別して)、第1基準電圧Vr以上のとき(本例では、上限第1基準電圧Vr2に達したときから、充電電圧Vcが低下して下限第1基準電圧Vr1に達するまでの間のとき)には、切替回路16の切替状態を制御することで切替回路16に対して充電電圧Vcを作動用電圧Vopとして出力させる。また、電圧切替処理では、制御回路18は、低下した充電電圧Vcがこの第1基準電圧Vr未満のとき(本例では、低下した充電電圧Vcが下限第1基準電圧Vr1に達したときから、充電電圧Vcが上昇して上限第1基準電圧Vr2に達するまでの間のとき)には、切替回路16の切替状態を制御することで切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる。また、電圧制御処理では、制御回路18は、供給電圧Vspと出力電圧Voutとの差分電圧(Vsp−Vout。つまり、トランジスタ21のコレクタ−エミッタ間電圧)を検出しつつ、この差分電圧が予め規定された電圧に維持されるように、駆動用電源13に対して供給電圧Vspを制御させる(供給電圧Vspの電圧値を変更させる)。
As an example in this example, the
電流検出部5は、例えば、差動アンプおよびA/D変換器(いずれも図示せず)を備えて構成されている。この電流検出部5は、差動アンプが出力電圧Voutと電池電圧Vbatとの差分電圧(Vout−Vbat。つまり、検出抵抗35の両端間電圧)を検出すると共に増幅して出力し、A/D変換器が差動アンプから出力される電圧をサンプリングすることにより、測定交流電流Iの波形についての瞬時値を示す電流波形データDiを出力する。
The
電圧検出部6は、例えば、アンプおよびA/D変換器(いずれも図示せず)を備えて構成されている。この電圧検出部6は、アンプが所定の増幅率で電池電圧Vbatを増幅して出力し、A/D変換器がアンプから出力される電圧をサンプリング(電流検出部5のA/D変換器と同じタイミングでサンプリング)することにより、電池電圧Vbatの波形についての瞬時値を示す電圧波形データDvを出力する。
The
処理部7(本例では一例として、上記した制御回路18と共にこの処理部7を構成する測定回路9)は、コンピュータやDSPなどで構成されて、電流波形データDiと電圧波形データDvとに基づいて(具体的には、電流波形データDiで表される電流波形における交流電流成分の波形データと電圧波形データDvで表される電圧波形における交流電圧成分の波形データとに基づいて)、電池51の内部インピーダンスZを算出して出力部8に出力する。
The processing unit 7 (as an example in this example, the
出力部8は、一例として、LCDなどのディスプレイ装置で構成されて、処理部7から出力された内部インピーダンスZを表示画面上に表示する。なお、出力部8は、ディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路で構成してもよく、例えば、メディアインターフェース回路としてリムーバブルメディアに内部インピーダンスZを記憶させたり、ネットワークインターフェース回路としてネットワーク経由で外部装置に内部インピーダンスZを伝送させたりする構成を採用することもできる。
As an example, the
次に、インピーダンス測定装置1の動作について説明する。なお、理解の容易のため、コンデンサ11の充電電圧Vcは当初ゼロボルトであり、電池51はほぼ満充電の状態であって、電池電圧Vbatの直流電圧成分は一定であるものとする。
Next, the operation of the
この状態において、電流供給部4では、制御回路18が、インピーダンス測定装置1の起動の直後から実行を開始している電圧切替処理において、充電電圧Vcが下限第1基準電圧Vr1未満であることを検出して、この検出結果に基づいて切替回路16の切替状態を制御することで、切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる。これにより、駆動用電源13は、作動用電圧Vopとして供給される直流電源電圧Vdcで動作して、供給電圧Vspを生成してSEPP回路12の高電位側端子25に供給する。制御回路18は、充電電圧Vcが第1基準電圧Vr2に達したことを検出するまでの期間Ta(図2参照)中、切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる動作を継続させる。
In this state, the current supply unit 4 determines that the charging voltage Vc is less than the lower limit first reference voltage Vr1 in the voltage switching process in which the
一方、電池51に対して測定交流電流Iを出力するための回路(コンデンサ11、SEPP回路12、信号源14および定電流回路15)では、定電流回路15が、信号源14から出力されている交流信号S1を増幅してSEPP回路12に出力し、SEPP回路12が定電流回路15から出力される信号を出力電圧Voutとして検出抵抗35を介して第1接続端子2から電池51に出力する。
On the other hand, in the circuit (
この出力電圧Voutは、図2に示すように、電池電圧Vbat(直流電圧成分)に、測定交流電流Iが検出抵抗35に流れることによって検出抵抗35に生じる電圧降下分(正弦波である交流信号S1に同期して変化する交流電圧成分)が重畳した電圧となっている。このため、この期間Taでは、図3に示すように、出力電圧Voutが電池電圧Vbatを下回る期間(時間t0から時間t1までの期間)において、SEPP回路12のトランジスタ21がオフ状態になり、かつトランジスタ22がオン状態になることから、測定交流電流Iは、電池51の陽極52から、第1接続端子2、検出抵抗35、SEPP回路12の出力端子24、トランジスタ22、SEPP回路12の低電位側端子26、コンデンサ11、内部グランドGおよび第2接続端子3を経由して電池51の陰極53に至る経路(閉ループ回路)に流れる。これにより、コンデンサ11は充電されるため、その充電電圧Vcは上昇する。
As shown in FIG. 2, this output voltage Vout is the voltage drop (AC signal which is a sinusoidal wave) generated in the
一方、この期間Taにおける次の期間(図3に示すように、出力電圧Voutが電池電圧Vbatを上回る期間(時間t1から時間t2までの期間))においては、SEPP回路12のトランジスタ21がオン状態になり、かつトランジスタ22がオフ状態になることから、測定交流電流Iは、駆動用電源13の出力端子、SEPP回路12の高電位側端子25、トランジスタ21、SEPP回路12の出力端子24、検出抵抗35、第1接続端子2、電池51の陽極52、電池51の陰極53、第2接続端子3および内部グランドGを経由して駆動用電源13に至る経路(閉ループ回路)に流れる。この経路にはコンデンサ11は含まれていない(コンデンサ11に対する充放電動作がない)ため、コンデンサ11の充電電圧Vcはほぼ一定に維持される。これにより、この期間Taでは、上記した時間t0から時間t1までの期間での動作、および時間t1から時間t2までの期間での動作が繰り替えられることにより、図2,3に示すように、充電電圧Vcが全体的に、出力電圧Voutの交流電圧成分についての1周期毎に徐々に(例えば、ΔVc1ずつ)上昇する。
On the other hand, in the next period in this period Ta (as shown in FIG. 3, a period in which the output voltage Vout exceeds the battery voltage Vbat (a period from time t1 to time t2)), the
また、この電流供給部4では、制御回路18が、インピーダンス測定装置1の起動の直後から実行を開始している電圧制御処理において、供給電圧Vspと出力電圧Voutとの差分電圧(Vsp−Vout。つまり、トランジスタ21のコレクタ−エミッタ間電圧)を検出しつつ、図2,3に示すように、この差分電圧が予め規定された電圧に維持されるように、駆動用電源13に対して供給電圧Vspを制御させる(供給電圧Vspの電圧値を変更させる)。この場合の「予め規定された電圧」とは、トランジスタ21がリニア領域で動作し得る最小の電圧値を超える電圧に規定されている。制御回路18が、この電圧制御処理を実行することにより、図2,3に示されるように、出力電圧Voutの電圧値の増減に応じて供給電圧Vspの電圧値も増減されることから、図3に破線で示すように、供給電圧Vspの電圧値が一定のまま駆動用電源13からSEPP回路12の高電位側端子25に供給される構成と比較して、トランジスタ21での消費電力を大幅に低減することが可能となっている。
Further, in the current supply unit 4, in the voltage control process in which the
このようにして徐々に上昇する充電電圧Vcが、図2に示すように、下限第1基準電圧Vr1を超えて第1基準電圧Vr2に達したときには、制御回路18は、これを検出して、期間Ta(切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる期間)を終了させて、切替回路16に対して充電電圧Vcを作動用電圧Vopとして出力させる動作を実行する期間Tbを開始させる。この期間Tbでは、駆動用電源13は、作動用電圧Vopとして供給される充電電圧Vcで動作して、供給電圧Vspを生成してSEPP回路12の高電位側端子25に供給する。
As shown in FIG. 2, when the charging voltage Vc gradually increasing in this way exceeds the lower limit first reference voltage Vr1 and reaches the first reference voltage Vr2, the
なお、電池51に対して測定交流電流Iを出力するための回路(コンデンサ11、SEPP回路12、信号源14および定電流回路15)では、各構成要素は、期間Tbにおいても期間Taのときと同じ上記した動作を実行する。このため、図2,4に示すように、期間Tbでの出力電圧Voutは、期間Taのときと同様にして、正弦波である交流信号S1に同期して変化する交流電圧成分が電池電圧Vbatに重畳した電圧となっており、また供給電圧Vspもその電圧値が出力電圧Voutの電圧値の増減に応じて増減する電圧となっている。
In the circuit (
このため、この期間Tbにおいても、図4に示すように、出力電圧Voutが電池電圧Vbatを下回る期間(時間t10から時間t11までの期間)において、SEPP回路12のトランジスタ21がオフ状態になり、かつトランジスタ22がオン状態になることから、測定交流電流Iは、電池51の陽極52から、第1接続端子2、検出抵抗35、SEPP回路12の出力端子24、トランジスタ22、SEPP回路12の低電位側端子26、コンデンサ11、内部グランドGおよび第2接続端子3を経由して電池51の陰極53に至る経路に流れる。これにより、コンデンサ11は充電されるため、その充電電圧Vcは上昇する。ただし、コンデンサ11から駆動用電源13に対してエネルギーが常時供給されているため、図3に示す期間Taのときと比較して、その分だけ、上昇の度合いが若干低くなっている。
Therefore, even in this period Tb, as shown in FIG. 4, the
一方、この期間Tbにおける次の期間(図4に示すように、出力電圧Voutが電池電圧Vbatを上回る期間(時間t1から時間t2までの期間))においては、SEPP回路12のトランジスタ21がオン状態になり、かつトランジスタ22がオフ状態になることから、測定交流電流Iは、駆動用電源13の出力端子、SEPP回路12の高電位側端子25、トランジスタ21、SEPP回路12の出力端子24、検出抵抗35、第1接続端子2、電池51の陽極52、電池51の陰極53、第2接続端子3および内部グランドGを経由して駆動用電源13に至る経路に流れる。この経路にはコンデンサ11は含まれていない(つまり、測定交流電流Iによるコンデンサ11に対する直接的な充放電動作はない)ものの、コンデンサ11から駆動用電源13に対してエネルギーが常時供給されているため、充電電圧Vcは徐々に低下する。これにより、この期間Tbでは、上記した時間t10から時間t11までの期間での動作、および時間t11から時間t12までの期間での動作が繰り替えられることにより、図2,4に示すように、充電電圧Vcが全体的に、出力電圧Voutの交流電圧成分についての1周期毎に徐々(例えば、ΔVc2ずつ)低下する。
On the other hand, in the next period in this period Tb (as shown in FIG. 4, the period when the output voltage Vout exceeds the battery voltage Vbat (the period from time t1 to time t2)), the
このようにして徐々に低下した充電電圧Vcが、図2に示すように、下限第1基準電圧Vr1に達したときには、制御回路18は、これを検出して、期間Tb(切替回路16に対して充電電圧Vcを作動用電圧Vopとして出力させる期間)を終了させて、切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる動作を実行する期間Tcを開始させる。この期間Tcでは、電流供給部4の各構成要素は、上記した期間Taのときと同じ動作を実行する。これにより、充電電圧Vcは、全体的に、図2に示すように、出力電圧Voutの交流電圧成分についての1周期毎に徐々に上昇する。
As shown in FIG. 2, when the charging voltage Vc gradually reduced in this way reaches the lower limit first reference voltage Vr1, the
また、このようにして徐々に上昇した充電電圧Vcが、図2に示すように、第1基準電圧Vr2に達したときには、制御回路18は、これを検出して、この期間Tc(切替回路16に対して直流電源電圧Vdcを作動用電圧Vopとして出力させる期間)を終了させて、切替回路16に対して充電電圧Vcを作動用電圧Vopとして出力させる動作を実行する期間Tdを開始させる。この期間Tdでは、電流供給部4の各構成要素は、上記した期間Tbのときと同じ動作を実行する。これにより、充電電圧Vcは、全体的に、図2に示すように、出力電圧Voutの交流電圧成分についての1周期毎に徐々に低下する。
Further, when the charging voltage Vc gradually increased in this way reaches the first reference voltage Vr2 as shown in FIG. 2, the
このようにして、電流供給部4は、コンデンサ11の充電電圧Vcが第1基準電圧Vrに維持される(具体的には、下限第1基準電圧Vr1と第1基準電圧Vr2との間に維持される)ようにしつつ、直流電源電圧Vdcと充電電圧Vcとを交互に駆動用電源13に対して作動用電圧Vopとして供給しながら、電池51への測定交流電流Iの供給を継続する。
In this way, the current supply unit 4 maintains the charging voltage Vc of the
また、インピーダンス測定装置1では、電流検出部5が測定交流電流Iの波形についての瞬時値を示す電流波形データDiを出力し、電圧検出部6が電池電圧Vbatの波形についての瞬時値を示す電圧波形データDvを出力している。この場合、電池電圧Vbatの波形には、測定交流電流Iに同期すると共に内部インピーダンスZの大きさに応じた振幅の交流電圧成分が現れる。処理部7(本例では測定回路9)は、例えば、コンデンサ11の充電電圧Vcが第1基準電圧Vrに維持されている(具体的には、下限第1基準電圧Vr1と第1基準電圧Vr2との間に維持されている)期間Tb,Tcなどにおいて、電圧波形データDvで表される電圧波形における交流電圧成分と、電流波形データDiで表される電流波形における交流電流成分とに基づいて、電池51の内部インピーダンスZを算出して出力部8に出力する。出力部8は、このようにして処理部7から出力された内部インピーダンスZを表示画面上に表示する。これにより、インピーダンス測定装置1による電池51の内部インピーダンスZの測定が完了する。
Further, in the
このように、このインピーダンス測定装置1では、コンデンサ11の充電電圧Vcが第1基準電圧Vr以上のとき(本例では、下限第1基準電圧Vr1以上のとき)には、電流供給部4を構成するSEPP回路12に供給電圧Vspを供給する駆動用電源13のための作動用電圧Vopとして、直流電源電圧Vdcだけでなく、測定対象としての電池51によって充電されたコンデンサ11の充電電圧Vcも使用される。したがって、このインピーダンス測定装置1によれば、主電源17が直流電源電圧Vdcを出力するために必要とする電力を、充電電圧Vcを使用する分だけ低減することができることから、主電源17がバッテリを有する構成のときには、充電電圧Vcを使用する分だけバッテリの消費電力を低減することができ、また主電源17が商用電源を使用する構成のときには、充電電圧Vcを使用する分だけ商用電源の消費電力を低減することができる。
As described above, in this
また、このインピーダンス測定装置1では、SEPP回路12がトランジスタ21,22を有して構成されると共に、制御回路18が、トランジスタ21のコレクタ−エミッタ間電圧(Vsp−Vout)を検出しつつ、このコレクタ−エミッタ間電圧が予め規定された電圧に維持されるように駆動用電源13の供給電圧Vspを制御する電圧制御処理を実行する。したがって、このインピーダンス測定装置1によれば、出力電圧Voutの電圧値の増減に応じて供給電圧Vspの電圧値も増減されることから、供給電圧Vspの電圧値が一定のままで駆動用電源13からSEPP回路12に供給される構成と比較して、トランジスタ21での消費電力を大幅に低減することができる。また、これにより、トランジスタ21での発熱を大幅に低減することができる。ただし、供給電圧Vspの電圧値を一定のままで駆動用電源13からSEPP回路12に供給する構成を採用することもできる。
Further, in the
なお、上記の電流供給部4では、コンデンサ11の充電電圧Vcをそのまま駆動用電源13の作動用電圧Vopとして使用する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、図示はしないが、コンデンサ11の充電電圧Vcが、駆動用電源13の作動用電圧Vopと比較して低いときには、例えば、スイッチング素子、インダクタ(または昇圧トランス)および整流平滑回路を有する公知の昇圧回路をコンデンサ11と切替回路16との間に配設して、この昇圧回路で充電電圧Vcを昇圧して切替回路16に出力する構成を採用することもできる。また、逆に、コンデンサ11の充電電圧Vcが、駆動用電源13の作動用電圧Vopと比較して高すぎるときには、例えば、スイッチング素子、インダクタ(または降圧トランス)および整流平滑回路を有する公知の降圧回路をコンデンサ11と切替回路16との間に配設して、この降圧回路で充電電圧Vcを降圧して切替回路16に出力する構成を採用することもできる。
The current supply unit 4 adopts a configuration in which the charging voltage Vc of the
1 インピーダンス測定装置
2 第1接続端子
3 第2接続端子
4 電流供給部
11 コンデンサ
12 SEPP回路
13 駆動用電源
16 切替回路
17 主電源
18 制御回路
21,22 トランジスタ
23 入力端子
24 出力端子
25 高電位側端子
26 低電位側端子
51 電池
52 陽極
53 陰極
I 測定交流電流
Vbat 電池電圧
Vsp 供給電圧
Z 内部インピーダンス
1 Impedance measuring device
2 1st connection terminal
3 2nd connection terminal
4
I Measured alternating current Vbat Battery voltage Vsp Supply voltage
Z internal impedance
Claims (2)
前記電流供給部は、前記コンデンサの充電電圧および前記主電源から出力される直流電源電圧のうちの任意の一方を前記駆動用電源の作動用電圧として出力可能な切替回路を有し、
前記制御回路は、前記充電電圧が前記駆動用電源の動作電圧範囲内の第1基準電圧以上のときには前記切替回路に対して当該充電電圧を前記作動用電圧として出力させ、当該充電電圧が前記第1基準電圧未満のときには前記切替回路に対して前記直流電源電圧を前記作動用電圧として出力させる電圧切替処理を実行するインピーダンス測定装置。 The first connection terminal to which the anode of the battery to be measured is connected, the second connection terminal to which the cathode of the battery is connected, the capacitor with one end connected to the second connection terminal, and the low potential side terminal are other than the capacitor. SEPP that is connected to the end and operates at the supply voltage supplied to the high potential side terminal to generate a measured AC current based on the AC signal input to the input terminal and output it from the output terminal to the first connection terminal. The circuit, a current supply unit having a drive power supply, a main power supply, and a control circuit that generates the supply voltage and supplies the supply voltage to the high potential side terminal, and is output to the battery via the first connection terminal. An impedance measuring device that measures the internal impedance of the battery based on the measured alternating current and the voltage between the first connection terminal and the second connection terminal.
The current supply unit has a switching circuit capable of outputting any one of the charging voltage of the capacitor and the DC power supply voltage output from the main power supply as the operating voltage of the driving power supply.
When the charging voltage is equal to or higher than the first reference voltage within the operating voltage range of the driving power supply, the control circuit causes the switching circuit to output the charging voltage as the operating voltage, and the charging voltage is the first. An impedance measuring device that executes a voltage switching process for outputting the DC power supply voltage as the operating voltage to the switching circuit when the voltage is less than one reference voltage.
前記制御回路は、前記NPN型トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧を検出しつつ当該コレクタ−エミッタ間電圧が予め規定された電圧に維持されるように前記駆動用電源の前記供給電圧を制御する電圧制御処理を実行する請求項1記載のインピーダンス測定装置。 In the SEPP circuit, an NPN transistor whose collector terminal is connected to the high potential side terminal and whose emitter terminal is connected to the output terminal, and an NPN transistor whose emitter terminal is connected to the emitter terminal of the NPN transistor and which is a collector terminal. Has a PNP type transistor connected to the low potential side terminal.
The control circuit is a voltage control that controls the supply voltage of the drive power supply so that the collector-emitter voltage is maintained at a predetermined voltage while detecting the collector-emitter voltage of the NPN transistor. The impedance measuring device according to claim 1, wherein the processing is performed.
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