CN109142872A - 蓄电元件的电阻的测定方法以及测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供蓄电元件的电阻的测定方法以及测定装置，提高了被测定蓄电元件的电压变化的检测精度，从而提高了DCIR(直流内部电阻)的计算结果的可靠性。使被测定蓄电元件(被测定电容器(4))充电或放电，当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电，检测所述被测定蓄电元件在充电或放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并且放大(差动放大器(10))该电压差，使用放大所述电压差而得的电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻(DCIR)。

Description

蓄电元件的电阻的测定方法以及测定装置

技术领域

本发明涉及电容器、充电池等蓄电元件的电阻测定技术。

背景技术

作为蓄电元件的一例，电容器中直流内部电阻(Direct-Current InternalResistance、以下称作“DCIR”)及其特性被用作表示电容器性能的参数。因此，DCIR在维持装配设备的性能方面极为重要。该DCIR并非固定值，其根据使用状态、使用时间而劣化。因此，对于电容器来说，在制造时测定DCIR并判定其是好是坏是必需的。为了维持装配设备的性能，要求监视电容器装配时至装配后的DCIR特性。

关于该DCIR的测定，公知有如下方法：利用恒定电流使电容器充电至规定电压，将停止该充电的时刻的端子间电压与维持开放状态达规定时间后的端子间电压之间的电压差除以一恒定电流(＝电压差/一恒定电流)，求出电阻(例如专利文献1、专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-211041号公报

专利文献2：日本特开2001-242204号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在这样的电容器的DCIR测定中，例如在使用恒定电流充电的情况下，需要测定其充电停止时刻的电压和放置规定时间后的电压。该电压变化(电压差)非常小，因此要正确测定该电压差，则必须使用分辨率高的高精度测定器。在不使用这样的测定器的情况下，必须增大流过电容器的电流而进行测定。无论哪种情况都存在测定装置昂贵的课题。

即使该微小的电压变化能在具备测定装置的实验室中检测出来，也存在电容器的生产线、电容器的装配设备中在使用中检测该电压变化很麻烦这样的课题。

并且，如果电压的测定误差变大，则根据该测定电压计算出的电阻值的误差也变大，存在要求的电阻值的可靠性降低的课题。

这样，当电压变化存在计算误差时，则存在根据该电压变化计算出的电容器的电阻值变化有损于装配设备的功能而在电容器的装配设备中得不到期待的特性的课题。

因此，本发明的目的在于，鉴于上述课题，希望提高被测定蓄电元件的电压变化的检测精度，并提高DCIR(直流内部电阻)的计算结果的可靠性。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，根据本发明的蓄电元件的电阻的测定方法的一个方面，可以包括以下步骤：使被测定蓄电元件充电或放电；当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；检测所述被测定蓄电元件在充电或放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并且放大该电压差；以及使用放大所述电压差而得的电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

为了达到上述目的，根据本发明的蓄电元件的电阻的测定装置的一个方面，可以包括以下单元：充放电控制单元，其使被测定蓄电元件充电或放电，当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；放大单元，其检测所述被测定蓄电元件在所述充电或所述放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的所述停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并将其放大；电压测定单元，其测定所述放大单元的输出电压；以及运算单元，其使用由所述电压测定单元测定出的所述放大单元的输出电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

在上述蓄电元件的电阻的测定装置中，所述放大单元可以是输入阻抗高的差动放大器，其在非反转输入端接收所述被测定蓄电元件在所述充电或所述放电的停止时刻的电压，且在反转输入端接收从所述充电或所述放电的所述停止时刻起规定时间后的电压，来进行所述电压差的检测和放大。

在上述蓄电元件的电阻的测定装置中，可以具有控制单元，所述控制单元进行

所述充放电控制单元的控制、

所述放大单元的输出电压的测定、

使用所述输出电压及所述被测定蓄电元件的充电电流执行的所述被测定蓄电元件的电阻的计算中的任意两者以上。

在上述蓄电元件的电阻的测定装置中，可以具有控制单元，所述控制单元进行

所述充放电控制单元的控制、

所述放大单元的输出电压的测定、

使用所述输出电压及所述被测定蓄电元件的放电电流执行的所述被测定蓄电元件的电阻的计算中的任意两者以上。

在上述蓄电元件的电阻的测定装置中还可以具有低通滤波器，所述低通滤波器具有：保持所述被测定蓄电元件的电压的电压保持元件；对该电压保持元件传送所述被测定蓄电元件的电压或进行该电压的解除的开关，或者包括所述电压保持元件以代替所述开关。

发明效果

根据本发明的蓄电元件的电阻的测定方法或测定装置，得到了以下的效果。

(1)检测充电或放电后的被测定蓄电元件的电压而保持在规定电压，并且进行该电压与被测定蓄电元件的电压的电压差的检测和放大，检测放大后的电压，因此能增大检测电压，与直接测定微小的电压的情况相比，能减小测定误差。

(2)使用放大输出来计算被测定蓄电元件的电阻，因此能提高计算出的电阻值的可靠性。

(3)与直接测定微小的电压相比较，测定所述电压差的放大输出的测定设备能够使用简易的测定设备，无需高精度的设备。能够容易且低成本地进行蓄电元件的电阻的测定。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施例的蓄电元件的电阻测定装置的图。

图2A是示出被测定蓄电元件的充放电电压的变化的图，图2B是示出电压差的放大输出的电压变化的图。

图3是示出本发明的第2实施例的蓄电元件的电阻测定装置的图。

图4的(A)是示出被测定蓄电元件的充放电电压的变化的图，图4的(B)是示出电压差的放大输出的电压变化的图。

图5是示出使本发明的第3实施例的被测定蓄电元件放电的电压检测部的电路图。

标号说明

2：电阻测定装置；

4：被测定电容器；

6：充放电控制部；

8：电压输出电路；

10：差动放大器；

12：电压测定器；

14：电阻值运算部；

16：直流电源；

18：开关；

20：电阻；

22：电解电容器；

24：低通滤波器；

26：控制装置；

28：开关；

30：放电元件。

具体实施方式

[第1实施方式]

作为本发明的第1实施方式，在蓄电元件的电阻的测定方法中，可以包括以下步骤：使被测定蓄电元件充电或放电；当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；检测所述被测定蓄电元件在充电或放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并且放大该电压差；以及使用放大了所述电压差后的电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

作为测定对象的被测定蓄电元件不限于双电荷层电容器、混合电容器等电容器，还可以是蓄电池。

被测定蓄电元件的电阻测定中使用的电压不限于通过充电得到的电压，还可以是通过对被测定蓄电元件充电后的放电而得到的电压。

要保持被测定蓄电元件的电压，与被测定蓄电元件为同种蓄电元件即可，但也可以使用其他蓄电元件或具备蓄电功能的电路装置。作为其他蓄电元件，优选例如电解电容器。电解电容器在充电停止后，电压的下降较小，作为电压保持单元是有效的。此外，蓄电元件还可以是保持(hold)检测到的电压信息的保持(hold)电路、存储电压信息的存储器。

[第2实施方式]

作为本发明的第2实施方式，在蓄电元件的电阻的测定装置中，可以包括以下单元：充放电控制单元，其使被测定蓄电元件充电或放电，当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；放大单元，其检测所述被测定蓄电元件在所述充电或所述放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的所述停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并将其放大；电压测定单元，其测定所述放大单元的输出电压；以及运算单元，其使用由所述电压测定单元测定出的所述放大单元的输出电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

在该测定装置中，测定对象、被测定蓄电元件的电阻测定中使用的电压和电压保持如上所述，因此省略其说明。

放大单元可以使用分别进行电压差的检测及放大的放大单元，但是也可以使用能同时进行电压差的检测及放大的输入阻抗高的差动放大器。使用这样的差动放大器，有益于提高电压差的检测精度、电压差的放大精度。

被测定蓄电元件的电阻的运算单元可以是计算机等数字化的信息处理单元，但是也可以是使用作为模拟值的电压值及电流值来计算被测定蓄电元件的电阻。

【实施例】

(第1实施例)

图1示出本发明的第1实施例的被测定蓄电元件的电阻测定装置。图1所示的结构为一个例子，本发明并不限于该结构。

该电阻测定装置2具有被测定电容器4的充放电控制部6、电压输出电路8、差动放大器10、电压测定器12以及电阻值运算部14。

被测定电容器4是作为DCIR(直流内部电阻)的测定对象的被测定蓄电元件的一个例子。被测定电容器4例如是双电荷层电容器，也可以是其他电容器，而且可以是蓄电池。

充放电控制部6是被测定蓄电元件的充放电控制单元的一个例子。该实施例的充放电控制部6使被测定电容器4充电或放电，当被测定电容器4的电压达到规定电压时，停止被测定电容器4的充电或放电。该充放电控制部6用于检测被测定电容器4的充电或放电的停止时刻的电压。该充放电控制部6中具有直流电源16、切换充电或其停止的开关18。

接通开关18时，从直流电源16对被测定电容器4施加一定电压V，进行被测定电容器4的恒定电流充电，被测定电容器4的电压(充电电压)上升。通过断开开关18，使被测定电容器4的充电停止。DCIR测定所需的电压是即将达到被测定电容器4的额定电压前的电压即可。因此，将达到该电压的时刻设为充电停止时刻即可。

电压输出电路8是取出充电停止时刻t1(图2的A)的被测定蓄电元件的充电电压的电压取出单元的一个例子，或者是取出放电的停止时刻的电压的电压取出单元的一个例子。在该电压输出电路8中，作为一个例子，具有由电阻20及电解电容器22构成的低通滤波器24。电解电容器22是保持被测定电容器4的电压的电压保持元件的一个例子。在该电压输出电路8中，被测定电容器4的充电或放电的停止时刻的电压被施加于电解电容器22，电解电容器22跟随被测定电容器4的电压而被充电。因此，当断开开关18时，在该实施例中，充电停止时刻的被测定电容器4的电压由电解电容器22保持。电阻20例如是高电阻，利用该电阻20保持电解电容器22的充电电荷。

如果设该电解电容器22保持的电压为Vd、设被测定电容器4的电压为Vc，则在充电停止时刻t1，被测定电容器4的电压Vc由电解电容器22保持，因此该电解电容器22的保持电压Vd是电压Vc，因而Vd＝Vc。

从被测定电容器4的充电的停止时刻t1起，被测定电容器4处于放电状态，随着时间经过，电压Vc下降，电压产生变化。因此，由于该电压变化，保持电压Vd与电压Vc之间产生电压差ΔV。该电压差ΔV为

ΔV＝Vd-Vc…(1)

在充电停止时刻t1，电压差ΔV为0。即，从ΔV＝0的充电停止时刻t1起经过时间后的时刻t2中，电压差ΔV变得大于0。即，ΔV>0，但如上所述，该电压差ΔV是极小的值。

在此，具有差动放大器10作为根据保持电压Vd及电压Vc检测电压差ΔV并同时将其放大的放大单元。对该差动放大器10的非反转输入端子(+)输入电解电容器22的保持电压Vd，对其反转输入端子(-)输入被测定电容器4的电压Vc。

当设该差动放大器10的输出电压为Vo、设放大率为A时，输出电压Vo由下式(2)表示。

Vo＝A×ΔV…(2)

由此，电压差ΔV通过差动放大器10被放大A倍，并从差动放大器10取出输出电压Vo。

该输出电压Vo由电压测定器12测定。该电压测定器12的测定值与直接测定电压差ΔV的情况下的值相比，值较大。该测定值被赋予电阻值运算部14。该电阻值运算部14例如由计算机构成即可。

在该电阻值运算部14中，使用测定出的输出电压Vo和被测定电容器4的充电电流i，计算被测定电容器4的内部电阻r。该内部电阻r使用式(2)及充电电流i，根据下式(3)来计算。

r＝ΔV/i＝(Vo/i)×(1/A)…(3)

图2A示出被测定电容器4的电压Vc、电解电容器22所保持的电压Vd。

如图2的(A)所示，时刻t为t＝t0时，被测定电容器4开始充电。设达到被测定电容器4的充电电压达到额定电压前的电压(比额定电压小的电压值)的时刻为充电停止时刻，进行被测定电容器4的恒定电流充电，直至到达充电停止时刻t1。

在进行该被测定电容器4的恒定电流充电时，电解电容器22中，从时刻t0略微延迟地开始充电，与被测定电容器4的恒定电流充电同样地，进行电解电容器22的恒定电流充电，直到充电停止时刻t1为止。

被测定电容器4在充电停止时刻t1转移至开放状态，与此相对，电解电容器22保持被测定电容器4在充电停止时刻t1的电压Vc。另外，在图2中，Vd和Vc的最大值存在差异，但该差异只有一点点。电压Vc、Vd能够看作Vc≈Vd。

被测定电容器4从充电停止时刻t1转移至开放状态，如图2A所示，被测定电容器4的电压Vc急剧下降到时刻t2为止。与此相对，电解电容器22的电压Vd略微下降，但基本上呈固定的电压值。

差动放大器10中，对非反转输入端子(+)施加电压Vd，对反转输入端子(-)施加电压Vc。因此，差动放大器10中，进行这些电压Vd-Vc间的电压差ΔV的检测，同时进行该电压差ΔV的放大。

图2B示出差动放大器10的输出电压Vo。该输出电压Vo在充电停止时刻t1之前为一定电压，与此相对，从充电停止时刻t1起经过规定时间后的时刻t2之间呈大幅増加的倾向，从时刻t2开始呈缓缓减少的倾向。

如果设差动放大器10的放大率为A，则输出电压Vo与式(2)同样地根据式(4)求出。

Vo＝A×ΔV>ΔV…(4)

即，输出电压Vo是电压差ΔV的A倍的值，成为相对于电压差ΔV极大的值。该输出电压Vo被输入至电压测定器12而被测定。

<第1实施例的效果>

(1)放大电压差ΔV而进行测定，因此能够减少测定误差，从而提高电压测定精度。

(2)放大电压差ΔV而计算DCIR，因此能够减少运算误差，提高运算精度，能够提高作为计算结果的DCIR的可靠性。

(3)在电压差ΔV的检测及放大中使用了差动放大器10，因此能够与电压差ΔV的检测同时进行其放大，与分别进行电压差ΔV的检测和放大的结构相比较，能够简化电路结构。

(4)如果使用差动放大器10，则输入阻抗高，因此即使直接输入被测定电容器4及电解电容器22的各电压，也能够防止各电压放电，不会使电压差ΔV的检测及放大的精度下降。其结果是，能够使测定精度提高。

(第2实施例)

图3示出本发明的第2实施例的被测定蓄电元件的电阻测定装置。图3所示的结构为一个例子，本发明并不限于该结构。在图3中，对与图1相同的部分标注相同标号。

在该第2实施例中，具有控制装置26。该控制装置26例如由计算机构成即可。因此，控制装置26具有作为存储单元的ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random-Access Memory)、以及作为控制单元的处理器(例如CPU(Central Processing Unit))。

该控制装置26是使用电压测定器12所测定的输出电压Vo来计算被测定电容器4的DCIR的运算单元的一个例子，在该实施例中，包括开关18、28的开闭、差动放大器10的增益控制、电压测定器12的电压测定值的读取、以及DCIR的运算等功能。

第1开关的一个例子即开关18可以使用例如能够通过控制装置26进行开闭的继电器、电子开关。

电压输出电路8中可以具有第2开关28来代替前述的低通滤波器24。在使用该开关28的情况下，被测定电容器4经由开关28连接有电解电容器22。

其他结构与第1实施例相同，因此省略其说明。

如图4的(A)所示，时刻t为t＝t0时，同时使开关18、28接通，从而开始被测定电容器4及电解电容器22的充电。此时，电解电容器22也从时刻t＝t0起同时开始充电，与被测定电容器4同样地，进行恒定电流充电直到充电停止时刻t1为止。

将被测定电容器4的电压Vc达到到达额定电压前的电压(比额定电压小的电压)的时刻设为充电停止时刻t1，在该充电停止时刻t1断开开关28。该充电停止时刻t1的被测定电容器4的电压Vc由电解电容器22保持。即，在时刻t1，电压Vd与电压Vc相等(Vd＝Vc)。

在该时刻t1，断开开关18，使被测定电容器4的充电停止。在该时刻t1，使被测定电容器4转移至开放状态。

在被测定电容器4中，从时刻t1转移至开放状态，如图4A所示，从时刻t1至预先设定的时刻t2，被测定电容器4的电压Vc急剧下降。与此相对，电解电容器22的电压Vd也略微下降，但该电压Vd几乎是固定的电压值。

在该实施例中，在差动放大器10中，对非反转输入端子(+)施加电压Vd，对反转输入端子(-)施加电压Vc。在该差动放大器10中，进行这些电压Vd-Vc间的电压差ΔV的检测，同时进行该电压差ΔV的放大。

图4的(B)示出差动放大器10的输出电压Vo。该输出电压Vo在从充电停止时刻t1起经过规定时间后的时刻t2之间呈电压急剧増加的倾向，而从时刻t2开始呈缓缓増加的倾向。

如果将差动放大器10的放大率设为A，则根据前述的式(2)求得输出电压Vo。输出电压Vo为电压差ΔV的A倍的值，成为相对于电压差ΔV极大的值。该输出电压Vo通过电压测定器12测定。该电压测定器12的测定结果被输入控制装置26，在控制装置26中执行DCIR的运算。

<第2实施例的效果>

(1)在该实施例中也得到与第1实施例同样的效果。

(2)根据该实施例，通过控制装置26能正确地控制开关18、28的开闭时刻，从而能进行迅速的测定处理。

(3)控制装置26具备运算功能，因此能使用电压测定器12的测定结果通过控制装置26计算DCIR，从而能得到可靠性高的运算结果。

(第3实施例)

图5示出本发明的第3实施例的被测定蓄电元件的电阻测定装置的充放电控制部6。图5所示的结构为一个例子，本发明并不限于该结构。在图5中，对与图1相同的部分标注相同标号。

在第1或第2实施例中，充放电控制部6由被测定电容器4的充电电路、被测定电容器4、开关18或开关28构成，但在第3实施例中，充放电控制部6由被测定电容器4的放电电路、被测定电容器4以及开关18构成。

在该电阻测定装置2中，对被测定电容器4进行充电后，关闭开关18，使用放电元件30进行被测定电容器4的恒定电流放电。

打开开关18的放电停止时刻t1的被测定电容器4的电压Vc作为电压Vd被保持在电解电容器22中。该电压Vd被输入差动放大器10的非反转输入端子(+)。

并且，将放电中的被测定电容器4的电压Vc输入差动放大器10的反转输入端子(-)即可。

由此，针对差动放大器10，如果向非反转输入端子(+)输入电压Vd、向反转输入端子(-)输入电压Vc，则被测定电容器4在放电模式下产生的电压差ΔV在差动放大器10中被检测，同时被放大，因此能使用差动放大器10的输出电压Vo来测定被测定电容器4的DCIR。

<第3实施例的效果>

与第1及第2实施例同样地，通过使充电后的被测定电容器4放电，能用该放电电压的变化来测定DCIR。在该DCIR的测定中还同时进行放电中的电压差的检测和放大，能够提高电压的测定精度，能提高DCIR的运算精度。由此，不仅在充电模式，在放电模式下也同样得到可靠性高的计算结果。

〔其他实施方式〕

上述实施例的开关18、28也可以使用通过控制装置26控制开闭的继电器及继电器触点。

如以上所说明那样，对本发明最优选的实施方式等进行了说明。本发明不限于上述记载。所属领域技术人员能够基于权利要求书所记载的、或说明书所公开的发明的主旨，进行各种变形或变更。该变形或变更当然也包括在本发明的范围内。

产业上的可利用性

本发明与直接测定被测定蓄电元件的电压变化的DCIR(直流内部电阻)的运算比较，通过电压变化的差动放大同时进行电压差的检测和放大，能提高电压差的检测精度，从而能提高DCIR的计算结果的可靠性，很实用。

Claims (6)

1.一种蓄电元件的电阻的测定方法，该蓄电元件的电阻的测定方法包括以下步骤：

使被测定蓄电元件充电或放电；

当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；

检测所述被测定蓄电元件在充电或放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并放大该电压差；以及

使用放大所述电压差而得的电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

2.一种蓄电元件的电阻的测定装置，该蓄电元件的电阻的测定装置包括：

充放电控制单元，其使被测定蓄电元件充电或放电，当所述被测定蓄电元件的电压达到规定电压时，停止被测定蓄电元件的充电或放电；

放大单元，其检测所述被测定蓄电元件在所述充电或所述放电的停止时刻的电压与所述被测定蓄电元件从所述充电或所述放电的停止时刻起规定时间后的电压之间的电压差，并放大该电压差；

电压测定单元，其检测所述放大单元的输出电压；以及

运算单元，其使用所述电压测定单元所测定出的所述放大单元的输出电压来计算所述被测定蓄电元件的电阻。

3.根据权利要求2所述的蓄电元件的电阻的测定装置，其中，

所述放大单元是输入阻抗高的差动放大器，其在非反转输入端接收所述被测定蓄电元件在所述充电或所述放电的停止时刻的电压，且在反转输入端接收从所述充电或所述放电的所述停止时刻起规定时间后的电压，来进行所述电压差的检测和放大。

4.根据权利要求2或3所述的蓄电元件的电阻的测定装置，其中，

所述测定装置还具有控制单元，该控制单元进行所述充放电控制单元的控制、所述放大单元的输出电压的测定、使用所述输出电压及所述被测定蓄电元件的充电电流执行的所述被测定蓄电元件的电阻的计算中的任意两者以上。

5.根据权利要求2或3所述的蓄电元件的电阻的测定装置，其中，

所述测定装置还具有控制单元，其进行所述充放电控制单元的控制、所述放大单元的输出电压的测定、使用所述输出电压及所述被测定蓄电元件的放电电流执行的所述被测定蓄电元件的电阻的计算中的任意两者以上。

6.根据权利要求2至5中任意一项所述的蓄电元件的电阻的测定装置，其中，

所述测定装置还具有低通滤波器，所述低通滤波器具有：保持所述被测定蓄电元件的电压的电压保持元件；对该电压保持元件传送所述被测定蓄电元件的电压或进行该电压的解除的开关，或者包括所述电压保持元件以代替所述开关。