JP2000502177A

JP2000502177A - バッテリの状態、配線と接続部の抵抗、電気システムの総合的な品質、及び電流等の電気システムの測定のための装置及び方法

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Publication number: JP2000502177A
Application number: JP9512748A
Authority: JP
Inventors: デントンエムブラムウエル
Original assignee: マデイルテクノロジイズインコーポレイテッド
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2000-02-22
Also published as: AU7015296A; WO1997011361A1; EP0873522A1; EP0873522A4

Abstract

(57)【要約】電気エネルギー供給システムの電気的特性を測定するための装置及び方法であって、電圧計等の電圧感応回路、制御可能な電流ソース又はシンク、及びマイクロコンピュータを使用している。マイクロコンピュータは、エネルギー供給システムの一部に対して少なくとも一つの所定の電流パターンを印加するか又は該一部から少なくとも一つの所定の電流パターンを引き出すために電流ソース又はシンクを制御する。電圧感応回路は電流パターンに応答して発生される電圧に応答し、マイクロコンピュータは、エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気的特性の値をその応答の結果として計算する。

Description

【発明の詳細な説明】バッテリの状態、配線と接続部の抵抗、電気システムの総合的な品質、及び電流等の電気システムの測定のための装置及び方法関連出願の相互参照本出願は、デントン・エム・ブラムウェル（Denton Ｍ．Bramwell）によって１９９５年９月８日に出願された仮特許出願第６０／００３，４５３及びデントン・エム・ブラムウェルによって１９９６年１月２３日に出願された仮特許出願第６０／０１０，４８７に基づく優先権を主張するもので、これらの出願の開示内容を本明細書の一部を成すものとしてここに援用する。発明の背景本発明は電気システムの電気的特性、特に電気エネルギー供給システムの特性を測定するための方法と装置に関する。本発明は、特に車両の電気システムの特性を評価するのに適合させたものであるが、多くの異なる形式の電気システムにも適用できる。多くのテスト装置では、抵抗、エネルギー源とケーブルの総合的な性能、及び回路中の流れる電流等の回路パラメータを測定できることが有用である。これは、乗用車、トラック、ボート等の車両における電気的な問題を検査するのに特に有用である。バッテリ、スタータモータ、オルタネータ等の部品は、保証期間中に製造メーカに戻され、そこで欠陥がないことが発見されることが頻繁にある。現在、バッテリの状態を評価する一般的な方法は、バッテリの端子に電圧計を接続し、大量の熱を放散できる抵抗値の低い抵抗をバッテリ端子に接続し、そしてバッテリが放電する間における端子電圧を時間の関数として観察することである。このテストはバッテリに恒久的な変化をもたらし、バッテリが完全に充電されていなければテストを行うことができず、そして正確にするためにはバッテリの温度で測定結果を補正しなければならない。バッテリをテストする他の方法は、バッテリの端子に小さなＡＣ信号を加え、ホイートストンブリッジ（又はその派生形）を使用してバッテリの内部抵抗を測定することである。バッテリの内部抵抗はバッテリの状態に関係し、このテストは、バッテリの状態に大きな影響を与えることのない比較的小型の装置を使用可能で、かつ完全に充電されていないバッテリにも適用できるという利点がある。多くの場合、従来の抵抗計は、配線及び接続部の抵抗を測定するのに役立たない。何故なら、その抵抗値が小さ過ぎるからである。乗用車の電気システムを例にとると、エンジンを始動するのに約２００Ａが必要である。この場合、１０ミリオーム程度の低抵抗でも重大な問題となるが、これは従来の抵抗計の測定範囲よりはるかに低い。この場合も、推奨される通常の手順は、電気システムに抵抗値の低い抵抗を接続し、ステトすべき配線及び／又は接続部を介して大電流を引き出し、システムの抵抗を推定するために電圧低下を素早く測定することである。通常、電流の測定は、回路中に設けた電流計、周囲の磁界から電流を推定するクランプオン型装置の何れかで行われる。回路内電流計を挿入するためには回路を切断して挿入し、測定すべき電流が電流計を介して流れるようにしなければならない。この方法は実施が面倒な欠点がある。また、電流計の実際上の制約及びコネクタの抵抗により、通常は５０Ａ未満の電流に限られる。電流を取り巻く磁界から電流を推定するクランプオン型の電流プローブはより便利である。しかし、安価なモデルでは限られた精度しか得られず、ほぼ１０Ａ以下の電流は許容できる精度で測定できない。精度の高いモデルは非常に高価になる傾向がある。電気エネルギー源と電気エネルギーを目的とするところまで供給するために使用される導体とから成るシステムを１ステップで評価する一般的に利用できる手段は存在しない。本明細書に記載した装置には、自動車用及び固定型バッテリのテスト、ミリオーム以下の低抵抗の測定、電気エネルギー源と接続ケーブルとから成るシステムの１ステップ評価、回路中を流れる電流の測定等の多くの用途があり、全て同じ基本回路が使用される。発明の概要本発明は、従来技術の欠点を避ける方法で車両の電気システムの種々のパラメータを迅速かつ正確に測定する方法と装置を提供するものである。本発明は主に車両の電気システムに適用できるが、材料取扱い装置等の、直流モータを採用するその他の電気システムにも適用できる。本発明は、車両のバッテリケーブルとバッテリとの間、車両のスタータモータをバッテリに接続する電磁スタータスイッチ内、及び車両用オルタネータとバッテリとの間で発生する電気的接続部、並びに同様のオーム接続部のコンダクタンス、即ちミリオームの抵抗値を測定するための方法及び装置を提供する。本発明はまた、車両のバッテリ回路等のエネルギー供給システムの評価指標（figure o f merit）、例えば、常温エンジン始動電流値を、再現性がありかつバッテリに必要以上のストレスを掛けることのない方法で決定するための方法及び装置を提供する。テスト器具を挿入するために回路を切断する必要がなく、また回路にテスト電流でない負荷電流が流れていても正確な測定が行えるという利点がある。本発明の一つの様相によれば、電気システム測定方法及び装置は、制御可能な電流源、電圧感応回路、及びマイクロコンピュータを備える。マイクロコンピュータは電流源を制御して、エネルギー供給システムの少なくとも一部に少なくとも一つの所定の電流パターンを印可する。更に、マイクロコンピュータは、電流源によってエネルギー供給システムの一部に印加された電流パターンに応答して発生される電圧にも応答する。マイクロコンピュータは、エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気特性の値を発生された電圧の関数として計算する。本発明の一つの様相によれば、直流回路ノイズに打ち勝つのに充分なレベルで瞬間的に電気エネルキーを印加することにより経路の抵抗又はコンダクタンスが測定される。電気パラメータの測定が行われ、そして線型重ね合わせの法則を用いて電気抵抗又はコンダクタンスに変換される。マイクロコンピュータによる制御下の電気源は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のような高速スイッチングデバイスを利用して電気経路に接続される。電気的パラメータの測定を２回行うことにより、負荷電流のようなテスト電流でない電流を相殺し、回路に負荷がかかった状態での測定が可能となる。経路の抵抗／コンダクタンスがこのようにして一旦測定されると、経路を流れる電流を得るために経路を横切って生じる電圧降下が測定される。これにより、経路を切断することなく経路を通して流れる電流を測定する簡便な手段を実現できる。本発明の他の様相によれば、一つまたはそれ以上の短い期間の間、バッテリの最大容量以下でバッテリに電流を供給又はバッテリから電流を引き出すことにより貯蔵バッテリ装置がテストされる。端子電圧と内部インピーダンスがバッテリ温度と共に測定され、評価指標を推定するために使用される。評価指標は、例えば、常温エンジン起動電流とすることができる。バッテリの内部インピーダンスは、本発明の他の様相による抵抗／コンダクタンス測定技術を使用して測定できる。バッテリへの電流の供給またはバッテリからの電流の引き出しは、電気的パラメータの付随する測定とともに、マイクロコンピュータの制御下で行われる。マイクロコンピュータは測定回路を制御し、結果を計算し、この結果は、測定された電気パラメータから簡単にユーザのために表示できる。本発明を車両の電気システムに適用した場合、完全に集積化され、車両の電気システムやその構成部品に必要以上のストレスをかけることなく正確なテストを行えるコンパクトな測定器具を提供できる。本発明を、直流モータの抵抗／コンダクタンスの測定等の他の電気システムに適用した場合、モータを回転させることなく測定ができる。この効果は、直流回路ノイズを避けるのに充分な大きさの電流を利用するという事実にも関わらず達成できる。何故なら、電流の印加はモータを回転させるのに充分なエネルキーを供給するのには不十分な短い時間だけ行われるためである。本発明の種々の様相による実施例を以下に記載する。その他の例は当業者には明らかであろう。上記の及びその他の本発明の目的、利点及び特徴は、図面き関連づけて以下の明細書を理解することにより明らかにあるであろう。図面の簡単な説明図１は本発明による電気システム測定装置のブロック図であり、図２は本発明において有用なバッテリ温度センサの分解斜視図であり、図３は本発明によるバッテリの評価指標を測定する方法のフローチャートであり、図４は本発明による抵抗値を測定する方法のフローチャートであり、図５は本発明による回路の評価指標を測定する方法のフローチャートであり、図６は本発明による回路中を流れる電流を測定する方法のフローチャートである。好適な実施例の説明電気システム測定装置２０のための回路を図１に示す。Ｄ_ctr1は、トランジスタ又は電界効果型トランジスタ等の電流制御デバイスで、このデバイスは検出抵抗Ｒ_sともう一つの抵抗Ｒ_xを通して流れる電流を制御する。その全体が制御システム２２として示されているメモリ、データプロセッサ、及び制御システムによって電圧が制御増幅器２５の電流制御ポイントＡに印加されると、この制御増幅器２５はポイントＡと、抵抗Ｒ_sの両端の電圧を検出する差動増幅器２７のポイントＢの出力との間の差を増幅する。この結果、ポイントＡとポイントＢにおける電圧が等しくなるようにＲ_sとＲ_xを通して電流が引き出される。このようにして、制御システム２２の制御下で任意の所望の大きさと波形を有する電流がＲ_s とＲ_xを通して引き出すことができる。スイッチＳ１とＳ２を設定し、Ｒ_sとＲ_x を通して引き出し、電圧計２６によって測定された電圧を同時に測定し、そして場合によっては、電圧と電流の値に算術演算を施すことにより有用な診断情報が発生される。更に、バッテリ温度を測定するためのオプションの温度センサ２８が示されている。バッテリの測定の場合、この装置によって発生された情報により温度補償が可能となり、以下に更に詳く述べるように、より精度の高い結果が得られる。図示の実施例では、メモリ、データプロセッサ及び制御システム２２は、内蔵のＤＡ変換器を有するか又は外部のＤＡ変換器を駆動するマイクロコンピュータである。電力消費を低減するために、電圧計２６は、サンプルホールド型であることが好ましく、これにより測定は短い期間の間に行われる。バッテリ状態のテストバッテリの状態は、充電状態、温度及び内部抵抗の３つの変数から推定できる。もしバッテリに（「表面チャージ（surface charge）」としても知られる）分極（polarization）が無い場合、充電状態は、無負荷状態でのバッテリの端子電圧によって推定できる。この変数をＶ_OCとする。温度をＴとする。バッテリの内部抵抗をＲ_Iとする。バッテリの評価指標をＦＯＭとする。図示の実施例では、ＦＯＭはバッテリの常温エンジン始動電流値（Cold Crank Ampere rating（ＣＣＡ））である。従って、ＦＯＭはＶ_OCと、Ｔ及びＲ_Iの関数である。ＦＯＭ＝ｆ（Ｖ_OC，Ｔ，Ｒ_I）図示の実施例では、バッテリＢＡＴに電力を印加及び／又は電力を除去し、その結果生じる端子電圧の変化を観察し、メモリ、データプロセッサ及び制御システム２２内で計算を行うことによってＲ_Iが決定される。若しくは、ＦＯＭはＶ_O _C 、Ｔ、Ｅ_MEASURED及びＩ_TESTにより直接表すことができる。なお、Ｉ_TEST既知のテスト電流であり、Ｅ_MEASUREDは、Ｉ_TESTが流れている間のバッテリ端子電圧である。当業者には明らかなように、テスト電流を上手に選ぶことにより計算の一部又は全てを省くか単純化できる。制御システム２２は、（１）バッテリが１２ボルトか２４ボルトか、テストができる程度に充分充電されているか、及びバッテリの「表面チャージ」が既に放出されているかを判断し、そして（２）温度、端子電圧（充電状態を判定するため）及び内部インピーダンスを測定し、（３）ＣＣＡ等の評価指標を計算して表示する。したがって、オペレータはテスト用配線を取り付けることと、ディスプレイ３０上の測定結果を読み取ること以外は何もしなくてもよい。温度センサＴＳは、器具の電圧プローブ内にあり、バッテリ（ＢＡＴ）と熱的に密接している。バッテリの温度はデータプーセッサによって「読み取られ」、計算の為に記憶される。バッテリの端子電圧は、テスト電流を引き出すことなく（又は非常に小さい電流を引き出して）測定される。バッテリＢＡＴの内部抵抗Ｒ_Iによる電圧降下Ｅ_O はテスト電流でない電流が流れていない場合零になる。制御シテスム２２が出力を発生しテスト電流が引き出されると、Ｒ_Iによる電圧降下が発生し、これによってバッテリの端子電圧は低下する。ループルールにより、無負荷時の電圧から負荷時の電圧を引いた値が内部抵抗での電圧降下である。したがって、Ｒ_Iは（Ｅ_O−Ｅ_TEST）／Ｉ_TESTとなる。他のアプローチは、異なった大きさの２個の電流パルスを引き出すことで、この場合も線型重ね合わせの法則を適用する。したがって、Ｒ_Iは（Ｅ₁−Ｅ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₂）となる。負荷状態ではバッテリ電圧は瞬間的にその平衡電圧にならないので、２パルスシステムは、整定時間（settling time）による誤差を減少できる利点を有する。更に他のアプローチは、１個のパルス又は大きさの異なる２個のパルスをバッテリに供給し、上記の場合と同様な測定と計算を行うことである。同じ式が、「ソース（source）」の場合と同様に「シンク（sink）」の場合も支配する。図示の実施例では、約０．０１アンペア〜１００アンペアの範囲の電流パルスが約０．１ミリ秒〜約１０ミリ秒の間印加される。バッテリの内部抵抗を測定する更に他の方法では、バッテリの端子に可変の電流シンク又はソースが取り付けられる。バッテリ端子電圧は、制御システム２２の内部の比較器に接続された電圧計２６によって監視される。制御システム２２の制御下において、電流シンク又はソースは、比較器の状態が変化するまで、漸増する電流を引き出すか又は供給する。この状態の変化がデータプロセッサに信号によって伝達される。この時点で、データプロセッサは、バッテリ端子電圧に所定の変化を生じさせるのに必要な電流の量を「知る」ことができ、そして式Ｒ＝Ｅ／Ｉにより内部抵抗を計算できる。バッテリＢＡＴの内部抵抗を測定する更に他の方法では、バッテリの定格常温エンジン始動電流容量の約半分に等しい一定の電流をバッテリから引き出す。端子電圧は１秒当たり０．２ボルト、即ち１ミリ秒当たり０．２ミリボルトのオーダの割合で減少する。もし数ミリ秒の間電流が引き出されると、バッテリ端子電圧は、０．１ミリボルトの数倍だけ変化するが、これは充分測定可能である。テスト電流とテスト期間中の放電曲線の傾きが分かれば、内部抵抗の変化速度を計算できる。これから、バッテリが許容できる最低端子電圧に達するまでに必要な時間を計算できる。制御システム２２はバッテリからＲ_sを介して流れるテスト電流を増幅器２５、２７を介して設定する。バッテリ端子電圧が落ちついた後、データプロセッサはＢＡＴ電圧をサンプリングするように電圧計２６に指令する。そして、読取値はその後の計算のためにメモリに記憶される。データプロセッサは所定時間だけ待機し、２回目のサンプリングを行うことを指令する。そして、２回目のサンプル値が記憶される。これらの２つの記憶された電圧値から、電圧低下曲線の傾きが決定され、バッテリの評価指標が計算されて表示される。バッテリの評価指標の計算に使用される変数の内の一つはバッテリ温度である。現在使用されている手順では、ユーザーがバッテリ温度の推定値を手動操作によって入力しなければならない。これにより測定が遅くなり、誤差を誘発する。より好ましい構成は、温度の実際の測定値を自動的に得るものである。図２において温度センサＴＳは、ポイント、即ちプローブチップ３４を備えた中空の金属部品３２内に埋め込まれており、プローブチップ３４は、バッテリ端子電圧を表示する電圧計２６に通じるライン４４上に電圧信号を供給するために、テストを行っている回路中の配線と接触する（電圧プローブチップ）。この配線は、測定装置２０をバッテリＢＡＴの陽極端子に接続するケルビンクリップの一方に通じるリード線４０でもよい。そして部品３２は、金属性のポイント３４を突出させた状態で絶縁スリーブ２６内に入れられている。この組立体全体は、一端にノッチ３９を形成した金属スリーブ３８の内側に保持されている。このノッチにより電圧プローブチップを配線４０上で確実にセンタリングできる。温度センサＴＳはライン４２を介して制御システム２２にバッテリ温度のデータを報告する。もし測定装置２０をバッテリＢＡＴに接続するためにケルビンクリップが使用される場合、温度センサＴＳは、クリップに簡単に取り付けられるがそれからは熱的に絶縁され、温度センサＴＳがバッテリポストに接触し、ケルビンクリップの温度特性によって比較的影響を受けていないバッテリ温度を「報告」する。図３のフローチャートは、簡単で短期間の電流パルスを用いてバッテリがどの様にテストされるかを示す。この方法が４６から開始されると、温度センサ２８が読まれ、温度の読取値が落ちついたか否かが５０において判定される。もし落ちついていない場合、制御は５４において所定時間待機し、４８において温度の読み取りをもう一度行う。温度の読取値が落ちついた場合、５２において温度の読取値がメモリに記憶される。その後、スイッチＳ１がＡ位置に、スイッチＳ２がＣ位置に設定される。そして、バッテリ電圧Ｖ_ccが電圧計２６により読み込まれ、メモリに記憶される。その後、制御システム２２は、バッテリ端子電圧Ｖ_cc の読み取り・記憶を行いながら既知のテスト電流をバッテリに供給するか、若しくはバッテリ端子電圧ｖ_ccの読み取り・記憶を行いながら既知のテスト電流をバッテリから引き出す。そして、制御システム２２は上記した原理を使用してＣＣＡを計算しその値をディスプレイ３０上に表示する。実際には、他のより複雑な形の電流を印加することにより、ノイズの影響から逃れるだけでなく二次誤差を相殺できる利点が得られる。例えば、２個のパルスの差は、電圧測定間隔の間におけるバッテリ端子電圧の低下に起因する誤差をキャンセルするために使用できる。或いは交流を同期検波と組み合わせて使用することにより近くの導体によって引き起こされるにせの信号（artifacts）を除去できる。配線及び接続部の抵抗非常に類似した手順を低抵抗値の測定に使用できる。この場合、バッテリＢＡＴはもはやテストの対象ではない。それに代え、テスト中の抵抗（resistance u nder test，ＲＵＴ）Ｒ_Xの抵抗値が測定される。この抵抗Ｒ_Xは長い導体、電気的ジョイント、又は導体とジョイントとの組み合わせであることができる。実際には、バッテリＢＡＴとＲＵＴとの間の任意の接続部が外され、測定装置２０内の小型のバッテリがＲＵＴに電流を供給する。この手順を図４に示す。この手順では、ＲＵＴの抵抗値を測定するために短い期間のパルスを使用している。テストはテスト電流でない電流がＲ_Xを通して流れている状態で行うこともでき、この電流は無視される。車両においては、時計のように絶えずオフにされることがない幾つかの装置に供給される電流である。抵抗テスト測定方法が６４から開始されると、６６においてスイッチＳ１が位置Ｂに設定され、スイッチＳ２が位置Ｄに設定される。６８においてＲ_Xの両端間の初期電圧Ｅ_Oが電圧計２６を使用して測定され、メモリに記憶される。その後、制御システム２２は、抵抗Ｒ_Xを通して既知の電流が引き出されるように増幅器２５、２７を動作させ、その間電圧計２６はＲ_Xの両端の電圧Ｅ₁をサンプリングし保持する。７０において電圧Ｅ,の値がメモリに記憶される。制御システム２２は７２において、線型重ね合わせの法則を使用してＲ_Xの抵抗値を計算する。これにより、下記の式を使用することで回路中を流れるテスト電流でない電流を効果的に無視できる。Ｒ_X＝（Ｅ₁−Ｅ_O）／Ｉ_TEST テスト電流でない電流が存在している状態で抵抗測定を行える能力は非常に便利である。何故なら、これによりテスト中の電気システムを抵抗測定を行うためにオフにする必要がなくなるからである。図示の実施例では、測定装置２０をテスト中の抵抗（ＲＵＴ）に接続するためにケルビンコネクタ又はクリップが使用されている。最も基本的なアプローチはテストすべき配線又は接続部（ＲＵＴ）を介してある大きさの電流、例えば１Ａの電流を流すことである。これにより、ＲＵＴを横切って発生する電圧低下を測定し、それを通って流れる電流の量を知ることができ、抵抗値を計算できる。１Ａを選択すると便利である。それはＲＵＴでの電圧低下がそれを通って流れる電流と数値的に等しくなるためである。これにより測定値が得られるが、もし、車両ではよくあるようにテスト電流でない電流がＲＵＴを通って流れていると、誤差を含む。テスト電流でない電流が存在している状態でＲＵＴの抵抗値を測定できるようにするために、測定が２回行われる。Ｅ₁ は任意のテスト電流でない電流（合計でＩ₁）が流れている場合のＲＵＴでの電圧降下であり、Ｅ₂はテスト電流とテスト電流でない電流の両方が流れている場合の電圧降下である。テスト電流とテスト電流でない電流の合計がＩ₂である。線型重ね合わせの法則により、Ｒ＝（Ｅ₁−Ｅ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₂）が得られる。Ｉ₁ −Ｉ₂はテスト電流に等しくこれは既知であるため、Ｒの値は簡単に計算できる。ＲＵＴの抵抗値を測定するもう一つの方法は、ＲＵＴを通して等しい電流パルスを最初は一方向にそして次は反対方向へ流すことである。二つの電流方向の各々について１回、合わせて２回の電圧サンプリングが行われる。この場合も、線型重ね合わせの法則により、Ｒ_X＝（Ｅ₁−Ｅ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₂）が得られる。なお、Ｒ_Xはテスト中の装置の抵抗、Ｅ₁はＩ₁が流れた時Ｒ_Xの両端の電圧、Ｅ₂はＩ₂が流れた時のＲ_Xの両端の電圧である。もしテスト電流でない電流も回路中を流れている場合、Ｉ₁はテスト電流でない電流Ｉ_Oと第１テストパルスＩ_T1とから成る。Ｉ₁とＩ₂の値は、Ｉ₁＝Ｉ_O ＋Ｉ_T1、、Ｉ₂＝Ｉ_O＋Ｉ_T2の式により計算できる。Ｒ_Xの式に代入することにより、Ｒ_X＝（Ｅ₁−Ｅ₂）／（（Ｉ_O＋Ｉ_T1）−（Ｉ_O＋Ｉ_T2））が得られる。分母の括弧を取ると、Ｉ_Oのテスト電流でない電流の項がなくなり、Ｒ_Xは、値が全て分かっているＥ₁、Ｅ₂、Ｉ_T1、及びＩ_T2だけによって表される。したがって、Ｒ_X の値を制御システム２２によって計算できる。この場合も、システムは、大きな未知の非テスト電流の存在下でＲ_Xを測定できる。ＲＵＴの抵抗値を測定する更に別の方法は、２つの異なる電流パルスをＲＵＴを通して同じ方向に流し、電圧の差を測定することである。この場合もＲ_X＝（Ｅ₁−Ｅ₂）／（（Ｉ_O、＋Ｉ_T1）−（Ｉ_O＋Ｉ_T2））が成り立ち、テスト電流でない電流の存在下でＲ_Xを計算できる。計算を単純化するために１Ａと２Ａの電流を使用するのか便利である。ＲＵＴの抵抗値を測定する更に別の方法は、ランプ状又は階段状（本議論では両者は実際上等価であるとする）に変化する電流を供給する電流源と、制御システム２２内の比較器を使用することである。抵抗値Ｒ_Xは「ランプ」（直線的に増加する電流）を使用することによって得られる。テストランプを印加していない状態においてＲＵＴを横切って発生する電圧が比較器の基準電圧に達するまでに必要な時間（Ｔ₁）を、テストランプを印加した状態においてＲＵＴを横切って発生する電圧が比較器の基準電圧に達するまでに必要な時間（Ｔ₂）と比較する。ＲＵＴの抵抗値はＴ２−Ｔ₁に直線的に比例する。同様に、Ｔ₁とＴ２はデュアルスロープ技術（増加積分時間をある既知のＶ_REFへの減少積分時間で割る）によって見出すことができる。この場合もＲ_XはＴ２−Ｔ₁に比例する。ランプ電流は電流値が既知の値になるまで増加できる。電流のランプが始まる前に電圧を測定し、そして差が既知の値（例えば１又は１０ｍＶ）になるまで電流を増加させ、その差を生じさせた電流を記録することにより抵抗値を簡単に計算できる。適切な電流になった時に「フラッグをたてる」ように適切なオフセット値にセットされた簡単な電圧比較器を用いることにより速度を向上できる。これは各電流増加ステップの後で、電圧計２６内のＡＤ変換器が電圧を測定するのを待っている場合に比べさらに速い。ＲＵＴの抵抗値を測定する更に別のアプローチは、ＲＵＴと、ＲＵＴに直列接続された既知のコンデンサとによるＲＣ時定数を使用してＲＵＴの抵抗値を見つけることである。最初、コンデンサを並列スイッチによって完全に放電した状態に保つ。並列スイッチが開かれ、デバイスＤ_ctrlが閉じられると、ＲＵＴの両端間に電圧Ｖ⁺が現れ、コンデンサが充電されるにしたがって指数関数的に低下し始める。ＲＣ曲線上の６３％の点に到るまでの時間はＲ_X×Ｃに等しいので、Ｒ_Xはデータプロセッサによって簡単に計算できる。この回路は、入力を電圧計２６に対してＡＣ結合することにより（ＲＵＴを通る他の電流によって生じる）直流成分に対して影響を受けないようにできる。このため、コンデンサとＲＵＴによって作られるＲＣ減少（ＲＣ decay）のみが測定される。わずかに異なる構成においては、コンデンサを最初シャント抵抗を介してグランドに接続することによって放電状態に保つ。スイッチＤ_ctrlがオンになると、コンデンサは充電を開始し、ＲＵＴの両端間に電圧Ｖ⁺が現れる。コンデンサが完全に充電されると、ＲＵＴを通して電流が流れなくなる。スイッチＤ_ctrlが閉じられてからＲＣ曲線上の６３％の点に到るまでの時間を知ることにより、ＲＣ時定数を見出すことができ、これからＲＵＴの抵抗値を簡単に計算できる。一実施例では、ＲＵＴは古典的なブリッジ回路の一つの辺に接続される。ブッリジに印加する電圧は直流でも交流でもよい。ブリッジが平衡状態になった時には、印加電圧が交流か直流かに関わらず出力は零となる。直流の場合、データプロセッサによる計算によってＲＵＴを通って流れる非テスト電流の影響が除去される。交流の場合、同期検波が使用され、これによりテスト電流でない直流電流、及び印加した交流と周波数が異なる交流電流は無視される。或いは、ブリッジの固定抵抗の任意のものをＦＥＴのような能動デバイスに置き換え、ブリッジの平衡の確立とＲ_Xの測定を行うためにデータプロセッサを反復的に使用してもよい。電圧計２６の出力を監視することによりデータプロセッサはブリッジが平衡状態にあるか否かを検知する。もし平衡状態にない場合には、増幅器２５へ印加される入力電圧が変更され、ブリッジが平衡状態にあるか否かが再びテストされる。受入れ可能な平衡状態となるまでこれが続けられる。印加電圧の関数である能動デバイスの抵抗は知ることができる。したがって、平衡状態を確立した印加電圧を知ることによりＲ_X の計算が可能になる。また、ＲＵＴの抵抗値は印加したＡＣテスト信号のみを使用して測定してもよい。これには、非常に大きな直流電流が存在していてもテストが実施できること、及びテスト信号でないＡＣ信号によってシステムが影響を受けないようにできる等の利点がある。一実施例では、制御システム２２は、１０〜２，０００Ｈｚの範囲の一以上の周波数で正弦波を発生するように増幅器２５、２７を制御する。Ｒ_Xの両端に発生する電圧を監視するために同期検波が使用される。テスト周波数以外の全ての周波数は、直流と同様に除去される。データプロセッサは幾つかのテスト周波数を発生させることができるため便利である。これにより回路中の任意のリアクタンスの値を推定できる。リアクタンスに対してベクトル減算を行うと抵抗成分のみ残り、Ｒ_Xの抵抗値が得られる。更に、リアクタンス成分の大きさと符号は回路のインダクタンス又はキャパシタンスを推定するのに使用できる。電気システムの総合的品質負荷へ電気エネルギーを供給する基本的なシステムは非常に馴染みの深い電気回路であり、この回路はエネルギー源（発電機、バッテリ等）と負荷（電球、ヒータ巻線、テレビ受像機）とから成る。単純な回路の場合、エネルギー源から引き出された電流は、バッテリの端子電圧と、バッテリの内部抵抗を含む回路中の全ての抵抗の合計とによって決定される。過去においては、電気エネルギー供給システムは、エネルギー源の端子電圧によってのみ特徴づけられていた。端子電圧は有益な情報を提供するが、システムを完全に特徴づけるためには充分な情報といえない。システムのエネルギー供給能力を特徴づけるためには、エネルギー源の内部抵抗を含む、供給システムの抵抗値も特定することが重要である。車両の電気システムの場合には、関係する抵抗はバッテリの内部抵抗と接続配線の抵抗、それに加え回路中の電気的接続部の抵抗である。バッテリの内部抵抗又はインピーダンスを見出すための上記した技術を使用することにより、エネルギー源の内部抵抗／インピーダンスを含む供給システム全体の抵抗値を測定できる。或いは、回路を切断し、負荷はそのままにして、回路に関する有用な情報を得るために、負荷の抵抗値を含む回路全体の抵抗値を測定する。一般的な例は、車両のエンジン始動システムの抵抗である。測定装置２０をスタータソレノイドのバッテリ端子と電気スタータのケース接地端子に取り付けることができる。ケーブルとコネクタの抵抗に加えバッテリの内部抵抗も測定でき、スタータへ電流を供給する電気システムの能力を正確に予測できる。測定装置２０はソレノイドのバッテリ端子とスタータ端子とに取り付けることができ、回路の総合的な直流抵抗値を測定できる。もしこれが供給システム単体での抵抗値よりもはるかに高い場合には、電気エネルギーはスタータに効率的に運ばれるであろう。僅かな変更により、これらと同じ技術を、直流励起だけでなく交流励起を使用して任意の負荷に使用できる。電気システムの負荷への電力供給能力は、電気エネルギー源の端子電圧、電気エネルキー源の内部抵抗、及びケーブルとコネクタ中の全ての抵抗の合計によって決まる。議論のために、一定の効率Ｆを有する電気モータが、内部抵抗がＲ_IN _T である電圧Ｖの電気エネルギー源に接続されているものとする。この電気システム中のケーブルとコネクタの総抵抗値はＲ_EXTである。電気モータのシャフトに供給できる最大パワーＰ_MAXは、となる。Ｐ_MAXせ非常に有用な評価指標、即ちＦＯＭである。場合によっては、負荷における電圧がある選択されたレベルまで低下することなく負荷の端子に供給できる最大電流によってシステムのＦＯＭを表すことがより望ましい。例えば、スタータの端子における電圧を１０ボルト未満に低下させない範囲で車両のスタータモータに供給できる電流が決定される。この計算はオームの法則の直接的な適用である。逆に、同じ技術を、二次バッテリがケーブルと接続部を介して電荷を受け入れる能力を評価するために使用できる。この場合、測定装置２０はオルタネータに取り付けられ、テストが行われる。いずれの場合も、２箇所の接続と１回のテストで実施できる。この手続きは使用が簡単で、かなりの時間を節約できる。これかどのようにして行われるか示すフローチャートを図５に示す。この場合、ＢＡＴが電気エネルギー源であり、Ｒ_XがＲ_EXTである。例えば、車両においては、ＢＡＴは車両用バッテリであり、バッテリとケーブルを組み合わせたものがスタータモータを動作させるのに充分な品質を有しているか否かを判定するためにテスト装置がスタータモータの入力端子に取り付けられる。評価指標測定方法が７４で開始されると、７６においてスイッチＳ１が位置Ａに設定され、スイッチＳ２が位置Ｂに設定される。回路中にテスト電流が流れていない状態で、７８においてバッテリ両端の電圧が電圧計２６にて測定される。そして、スイツチＳ２が位置Ｄ_Xに設定される。その後８０において、増幅器２５、２７を使用して既知の電流がバッテリ及びＲ_EXTを介して印加され、Ｒ_INT及びＲ_EXTの両端に発生する電圧が電圧計２６を使用して測定される。８２において、前述した原理を使用して回路の評価指標が制御回路２２によって計算され、表示装置３０上に表示される。電流の測定前述した技術は導線の任意の一部における抵抗値を見出しその値をメモリに記憶するのに使用できる。この回路は、エネルギーが与えられ、例えば車両上のスタータモータに係合される。電流が流れている間、Ｒ_Xを横切って発生する電圧が測定される。抵抗値と電圧から回路中を流れる電流を計算できる。このためのロジックを図６に示す。導体Ｒ_Xを通して流れる電流を測定する方法が８４で開始されると、８６においてスイッチＳ１が位置Ｂに設定され、スイッチＳ２が位置Ｄに設定される。８８において、Ｒ_Xを開回路にした状態でＲ_Xの両端の電圧が測定される。９０において、増幅器２５、２７により既知の電流がＲ_Xに印加され、Ｒ_Xの両端の電圧が電圧計２６を使用して測定される。前述した技術を使用して抵抗Ｒ_Xの値が計算され、意味のある電流測定ができる程度にＲ_Xの抵抗値が十分低いか否かを９２において判定する。もしＲ_Xの抵抗値が高過ぎるか無限である場合には、テスト電流の印加はテスト中の回路に危害を及ぼす恐れがある。もしＲ_Xの抵抗値が高過ぎると９２において判定された場合には、９４においてこれがオペレータに通知され、テスト中の回路を保護するためにプロセスは９６で終わる。もしＲ_Xの抵抗値が許容範囲内であると９２において判定された場合には、テスト中の回路が９８において活性化され、１００においてＲ_X両端の電圧がで電圧計２６を使用して測定される。その後１０３において、制御システム２２はＲ_Xを通って流れる電流を計算し、表示装置３０上に結果を表示する。交流励起方式の一つが使用されている場合には、大きな直流回路電流が流れている間に抵抗値の測定を行うことができ、手順を簡単にできる。本発明の原理から逸脱することなく以上詳細に記載した実施例の変更や変形を行うことは可能であり、本発明は、均等の法理を含む特許法の原則に従って解釈した添付のクレームの範囲によってのみ限定されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．電気エネルギー供給システムの電気的特性を測定する方法であって、電圧感応回路と制御可能な電流ソース又はシンクとを提供し、エネルギー供給システムの少なくとも一部に対して少なくとも一つの所定の電流パターンを印加するか又は該一部から少なくとも一つの所定の電流パターンを引き出すために前記制御可能な電流ソース又はシンクの何れかを制御し、印加又は引き出された電流パターンに応答して発生される電圧に前記電圧感応回路によって応答し、前記エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気的特性の値を前記応答の関数として計算することを含む方法。２．請求項１に記載の方法において、前記エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気的特性は電源の内部抵抗と外部抵抗であり、前記エネルギー供給システムの評価指標を前記内部抵抗と外部抵抗の関数として計算することを更に含む方法。３．請求項２に記載の方法において、前記評価指標は、（なお、Ｐ_MAXは電源から負荷に運ばれる最大電力であり、Ｖは源の測定端子電圧であり、Ｒ_INTは電源の内部抵抗であり、Ｒ_EXTは局所抵抗であり、Ｆは定数である）で決定される方法。４．請求項１に記載の方法において、前記エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気的特性は電源の端子電圧と内部インピーダンスであり、前記電源の評価指標を計算することを更に含む方法。５．請求項４に記載の方法において、前記電源はバッテリであり、前記評価指標の計算は前記バッテリのエンジン始動電流容量を計算することを含む方法。６．請求項５に記載の方法において、前記端子電圧、前記内部インピーダンス及び前記バッテリの温度の関数として前記エンジン始動電流容量を計算することを含む方法。７．請求項６に記載の方法において、前記バッテリの前記内部インピーダンスは、前記制御可能な電流ソース又はシンクを用いて前記バッテリに少なくとも１個の電流パルスを供給するか又は前記バッテリから少なくとも１個の電流パルスを引き出し、前記電圧感応回路を用いて端子電圧の変化を監視することよって計算される方法。８．請求項７に記載の方法において、前記バッテリに少なくとも１個の電流パルスを供給することと、前記バッテリから少なくとも１個の電流パルスを引出すことの両方を含む方法。９．請求項７に記載の方法において、前記供給には大きさの異なる少なくとも２個の電流パルスを供給することを含む方法。１０．請求項７に記載の方法において、前記バッテリの放電曲線の傾きを計算すること、及び前記エンジン始動電流容量を前記放電曲線の関数として計算することを含む方法。１１．請求項１に記載の方法において、前記電圧感応回路は電圧計であり、前記電流バターンは少なくとも１個の電流パルスであり、前記少なくとも一つの特性は前記部分の抵抗であり、この抵抗は前記少なくとも１個の電流パルスの結果として前記部分を横切って発生される電圧の関数として測定される方法。１２．請求項１１に記載の方法において、前記少なくとも１個の電流パルスは少なくとも２個の異なった電流パルスであり、前記部分の抵抗が前記部分を流れる非テスト電流の存在に関わらず測定される方法。１３．請求項１１に記載の方法において、前記電流パターンは交流電流パターンであり、前記電圧感応回路は前記交流電流パターンと同期の取られた同期検波器を含み、更に前記部分の前記抵抗が前記部分を流れる非テスト電流の存在に関わらず測定される方法。１４．請求項１１に記載の方法において、前記少なくとも一つの特性には前記部分を流れる電流が含まれ、この電流は前記電流の結果として前記部分を横切って発生される電圧と前記部分の抵抗値との関数として測定される方法。１５．請求項１４に記載の方法において、前記部分を通して前記電流を流す前に前記部分の抵抗が特定の値未満であることを判定することを含む方法。１６．電気システム測定装置であって、電圧感応回路と制御可能な電流ソース又はシンクと、エネルギー供給システムの少なくとも一部に対して少なくとも一つの所定の電流パターンを印加するか又は該一部から少なくとも一つの所定の電流パターンを引き出し、印加又は引き出された電流パターンに応答して発生される電圧に応答し、前記エネルギー供給システムの少なくとも一つの電気的特性の値を前記応答の関数として計算するために前記制御可能な電流ソース又はシンクを制御し前記電圧感応回路に応答するマイクロコンピュータとを含む装置。１７．請求項１６に記載の装置において、前記制御可能な電流ソース又はシンクは電流検出抵抗と、前記電流パターンを発生するために前記マイクロコンピュータからの信号と前記検出抵抗を横切って発生される電圧とに応答するデバイスとを含む装置。１８．請求項１７に記載の装置において、前記デバイスは、前記マイクロコンピュータからの前記信号と前記検出抵抗を横切って発生される電圧とに応答する少なくとも１個の差動増幅器と、前記電流パターンを発生するために前記差動増幅器からの出力に応答する電界効果トランジスタとを含む装置。１９．請求項１６に記載の装置において、貯蔵バッテリへの接続に適合され前記電流パターンを受入れ、前記貯蔵バッテリに前記電流パターンを供給するために接続されている電気コネクタを含む装置。２０．請求項１９に記載の装置において、バッテリ温度に関連する表示を前記マイクロコンピュータに提供するために前記マイクロコンピュータに供給される出力を有する温度センサを含む装置。２１．請求項２０に記載の装置において、前記温度センサは前記電気コネクタ内に組み込まれている装置。２２．請求項２０に記載の装置において、前記マイクロコンピュータは、バッテリのエンジン始動電流容量を、前記電圧感応回路によって測定された端子電圧、バッテリの内部インピーダンス及びバッテリの温度の関数として計算する装置。２３．請求項２２に記載の装置において、前記マイクロコンピュータは、前記制御可能な電流ソース又はシンクを用いて前記バッテリに少なくとも１個の電流パルスを供給するか又は前記バッテリから少なくとも１個の電流パルスを引き出し、前記電圧感応回路を用いて端子電圧の変化を監視することよって前記バッテリの内部インピーダンスを計算する装置。２４．請求項１６に記載の装置において、前記電圧感応回路は電圧計であり、前記電流バターンは少なくとも１個の電流パルスであり、前記少なくとも一つの特性は前記部分の抵抗であり、この抵抗は前記少なくとも１個の電流パルスの結果として前記部分を横切って発生される電圧の関数として前記マイクロコンピュータにより測定される装置。２５．請求項２４に記載の装置において、前記少なくとも１個の電流パルスは少なくとも２個の異なった電流パルスであり、前記マイクロコンピュータは前記部分の抵抗を前記部分を流れる非テスト電流の存在に関わらず測定する装置。２６．請求項２４に記載の装置において、前記電流パターンは交流電流パターンであり、前記電圧感応回路は前記交流電流パターンと同期の取られた同期検波器を含み、更に前記マイクロコンピュータは前記部分の前記部分の抵抗を前記部分を流れる非テスト電流の存在に関わらず測定する装置。２７．請求項２４に記載の装置において、前記少なくとも一つの特性には前記部分を流れる電流が含まれ、前記マイクロコンピュータは前記電流の結果として前記部分を横切って発生される電圧と前記部分の抵抗値との関数として前記電流を計算する装置。２８．請求項２７に記載の装置において、前記マイクロコンピュータは、前記部分を通して前記電流を流す前に前記部分の抵抗が特定の値未満であることを判定することを含む装置。