JP2011119637A - キャパシタの評価装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量のキャパシタの等価直列抵抗、キャパシタンス及び自己放電抵抗を自動的に測定することのできるキャパシタの評価装置に関する。
【解決手段】本発明のキャパシタの評価装置は、充電及び放電を制御する充放電制御部１００と、測定対象であるキャパシタＣＳＰと電源供給部５０との間の連結またはキャパシタＣＳＰと放電部３００との間の連結を選択する充放電スイッチ２００と、キャパシタＣＳＰの放電のための放電抵抗を提供する放電部３００と、キャパシタＣＳＰの電圧を測定する電圧測定部４００と、キャパシタＣＳＰの充電電流または放電電流を測定する電流測定部５００と、充電及び放電過程においてキャパシタＣＳＰの電圧と充電電流及び放電電流とに基づいて、等価直列抵抗Ｒｅｓ、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを求めるメイン制御部６００とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は車や風力発電等に適用できる大容量のキャパシタの評価装置及びその方法に関し、特にキャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）、キャパシタンス及び自己放電抵抗を自動測定することができ、また、測定作業を迅速に行うことができるキャパシタの評価装置及びその方法に関する。

最近、ハイブリッドカー、風力発電等では高い出力を求める大容量キャパシタの必要性が増大している。このような大容量のキャパシタは作製時や使用中にその特性を評価する必要がある。

図１は測定対象であるキャパシタの等価回路図であり、図１を参照すると、大容量のキャパシタＣＳＰは等価的に等価直列抵抗（Ｒｅｓ，ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄで表すことができる。

従来のキャパシタの測定は、既存の小容量のキャパシタンスと自己放電率を測定することを基本とするが、その理由は出力電流が小さく等価直列抵抗による影響が無視してよいほど小さい値であるためである。

しかし、大容量のキャパシタは数アンペアから数百アンペアまで電流を出力するため、等価直列抵抗による電圧降下が無視できず、従来の小容量のキャパシタの測定方法では大容量のキャパシタを評価することができないという問題点がある。

また、大容量のキャパシタは、一回の充電または充電された電圧を放電させるのに長時間（例えば、２−４時間）がかかるという特性があり、キャパシタの容量が増加するにつれ、小容量のキャパシタに比べて、良否を判定するための測定評価時間が必然的に増加するという問題点がある。

このように、キャパシタの測定に長時間がかかり、大容量のキャパシタを大量生産するのに妨げになるという問題点がある。

本発明は上記の従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、キャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを自動測定することができ、また、測定作業を迅速に行うことができるキャパシタの評価装置及びその方法を提供することにある。

上記の本発明の目的を達成するための本発明の第１技術的側面は、充電及び放電を制御する充放電制御部と、前記充放電制御部の充電及び放電制御により、測定対象であるキャパシタと電源供給部との間の連結または前記キャパシタと放電経路との間の連結を選択する充放電スイッチと、前記放電経路に連結され、前記キャパシタの放電のための放電抵抗を提供する放電部と、前記キャパシタの電圧を測定する電圧測定部と、前記キャパシタの充電電流または放電電流を測定する電流測定部と、前記充放電制御部によって充電及び放電を制御しながら、充電及び放電過程において前記キャパシタの電圧と前記充電電流及び前記放電電流とに基づいて、等価直列抵抗、キャパシタンス及び自己放電抵抗を求めるメイン制御部とを含むことを特徴とするキャパシタの評価装置を提案する。

前記メイン制御部は、前記キャパシタの満充電時の満充電圧と充電終了後の前記キャパシタの初期電圧との間の差電圧に該当する第１誤差電圧を、前記放電電流で割って前記等価直列抵抗を求めることを特徴とする。

前記メイン制御部は、前記初期電圧と既設定の設定電圧との間の差電圧に該当する第２誤差電圧を、前記放電電流で割って放電抵抗を求め、前記キャパシタの電圧が前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする。

前記メイン制御部は、前記放電時間を前記放電抵抗で割って前記キャパシタンスを求めることを特徴とする。

前記メイン制御部は、前記キャパシタの満充電時の満充電圧を、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流で割って前記自己放電抵抗を測定することを特徴とする。

前記メイン制御部は、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の放電電圧と前記キャパシタの満充電時の満充電圧との割合で自己放電率をさらに測定することを特徴とする。

前記自己放電基準時間は、正常態において前記キャパシタが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することを特徴とする。

前記メイン制御部は、放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ前記初期電圧から下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、前記電圧放電の線形近似式を利用して前記放電時間を求めることを特徴とする。

前記放電部の複数の並列抵抗を含む並列抵抗回路部と、前記並列抵抗回路部の複数の並列抵抗のそれぞれに設置されて選択する複数のスイッチを含むスイッチ回路部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の第２技術的側面は、測定対象であるキャパシタを充電する充電段階と、前記キャパシタの充電が完了すると満充電圧及び電流を測定する第１測定段階と、前記充電が完了した後に放電する放電段階と、前記放電開始時の初期電圧及び放電電流を測定する第２測定段階と、前記初期電圧及び前記放電電流を利用して等価直列抵抗を計算する第１計算段階と、前記初期電圧から既設定の設定電圧に変わるのにかかる放電時間を計算する第２計算段階と、前記初期電圧、前記既設定の設定電圧、前記放電電流及び前記放電時間を利用してキャパシタンス及び自己放電抵抗を計算する第３計算段階とを含むことを特徴とするキャパシタの評価方法を提案する。

前記第１計算段階は、前記キャパシタの満充電時の満充電圧と充電終了後の前記キャパシタの初期電圧との間の差電圧に該当する第１誤差電圧を、前記放電電流で割って前記等価直列抵抗を求めることを特徴とする。

前記第２計算段階は、前記初期電圧と既設定の設定電圧との間の差電圧に該当する第２誤差電圧を、前記放電電流で割って放電抵抗を求め、前記キャパシタの電圧が前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする。

前記第３計算段階は、前記放電時間を前記放電抵抗で割って前記キャパシタンスを求めることを特徴とする。

前記第３計算段階は、前記キャパシタの満充電時の満充電圧を、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流で割って前記自己放電抵抗を測定することを特徴とする。

前記第３計算段階は、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の放電電圧と前記キャパシタの満充電時の満充電圧との割合で自己放電率をさらに測定することを特徴とする。

前記自己放電基準時間は、正常態において前記キャパシタが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することを特徴とする。

前記第３計算段階は、放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ前記初期電圧から下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、前記電圧放電の線形近似式を利用して前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする。

このような本発明によれば、大容量のキャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを自動的に測定することができ、且つ放電電圧の線形近似式を利用することにより迅速に測定することができるという効果がある。

測定対象であるキャパシタの等価回路図である。 本発明に係るキャパシタの評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明における測定対象であるキャパシタの充放電特性を示す曲線図である。 本発明の測定対象であるキャパシタの放電電圧の線形特性グラフである。 本発明に係るキャパシタの評価装置の放電部の構成を示す回路図である。 本発明に係るキャパシタの評価方法のフローチャートである。

以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、説明する実施例に限定されず、本発明の実施例は本発明の技術的思想に対する理解を助けるために使用されるものである。本発明では、参照図面において実質的に同じ構成と機能を有する構成要素は同じ符号を使用する。

図２は、本発明に係るキャパシタの評価装置の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、本発明に係るキャパシタの評価装置は、充電及び放電を制御する充放電制御部１００と、充放電制御部１００の充電及び放電制御によって測定対象であるキャパシタＣＳＰと電源供給部５０との間の連結またはキャパシタＣＳＰと放電経路ＤＰとの間の連結を選択する充放電スイッチ２００と、放電経路ＤＰに連結されてキャパシタＣＳＰの放電のための放電抵抗を提供する放電部３００と、キャパシタＣＳＰの電圧を測定する電圧測定部４００と、キャパシタＣＳＰの充電電流または放電電流を測定する電流測定部５００と、充放電制御部１００によって充電及び放電を制御しながら充電及び放電過程におけるキャパシタＣＳＰの電圧を求め、充電電流及び放電電流に基づいて等価直列抵抗Ｒｅｓ、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを求めるメイン制御部６００とを含むことができる。

図３は、本発明における測定対象であるキャパシタの充放電特性を示す曲線図であり、図３におけるＶｅｄｉｓは放電完了電圧、Ｖｔｃは設定電圧、Ｉｃｈｇは充電電流、Ｖｃは初期電圧、Ｖｒａｔｅは満充電圧、Ｉｅｃｈｇは充電完了電流、Ｖｄは第１誤差電圧、Ｉｄｉｓは放電電流、Ｔｒは充電時間、Ｔｄは充電保持時間、Ｔｄｓは放電開始時点、Ｔｆは既設定の放電終了時間、Ｔｃは放電時間である。

メイン制御部６００は、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅと充電終了後のキャパシタＣＳＰの初期電圧Ｖｃとの間の差電圧に該当する第１誤差電圧Ｖｄを放電電流Ｉｄｉｓで割って等価直列抵抗Ｒｅｓを求めるように構成されている。

図２及び図３を参照すると、メイン制御部６００は、初期電圧Ｖｃと既設定の設定電圧Ｖｔｃとの間の差電圧に該当する第２誤差電圧Ｖｄ２を放電電流Ｉｄｉｓで割って放電抵抗Ｒｔｃを求め、キャパシタＣＳＰの電圧が初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃへ変化するのにかかる放電時間Ｔｃを求めるように構成されている。

メイン制御部６００は、放電時間Ｔｃを放電抵抗Ｒｔｃで割ってキャパシタンスＣを求めるように構成される。

メイン制御部６００は、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅを満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流Ｉｄｉｓで割って自己放電抵抗Ｒｓｄを求めるように構成されている。

メイン制御部６００は、既設定の自己放電基準時間後の放電電圧ＶｄｉｓとキャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅとの割合で自己放電率を求めるように構成してもよい。

このとき、自己放電基準時間は、正常態においてキャパシタＣが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することができる。

図４は本発明に係る放電電圧の線形特性グラフであり、図１から図４を参照すると、メイン制御部６００は放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ初期電圧Ｖｃから下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、電圧放電の線形近似式を利用して放電時間Ｔｃを求めるように構成してもよい。

図５は本発明に係るキャパシタの評価装置の放電部の構成を示す回路図であり、図５を参照すると、放電部３００は、複数の並列抵抗を含む並列抵抗回路部３１０と、並列抵抗回路部３１０の複数の並列抵抗Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれに設置されて選択する複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを含むスイッチ回路部３２０とを含むことができる。

図６は本発明に係るキャパシタの評価方法のフローチャートである。図６を参照すると、本発明に係るキャパシタの評価方法は、測定対象であるキャパシタＣＳＰを充電する充電段階Ｓ１００と、キャパシタＣＳＰの充電が完了すると満充電圧Ｖｒａｔｅ及び電流Ｉｅｃｈｇを測定する第１測定段階Ｓ２００と、充電が完了した後に放電をする放電段階Ｓ３００と、放電開始時の初期電圧Ｖｃ及び放電電流Ｉｄｉｓを測定する第２測定段階Ｓ４００と、初期電圧Ｖｃ及び放電電流Ｉｄｉｓを利用して等価直列抵抗Ｒｅｓを計算する第１計算段階Ｓ５００と、初期電圧Ｖｃから既設定の設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを計算する第２計算段階Ｓ６００と、初期電圧Ｖｃ、既設定の設定電圧Ｖｔｃ、放電電流Ｉｄｉｓ及び放電時間Ｔｃを利用してキャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを計算する第３計算段階Ｓ７００とを含むことができる。

第１計算段階Ｓ５００は、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅと充電終了後のキャパシタＣＳＰの初期電圧Ｖｃとの間の差電圧に該当する第１誤差電圧Ｖｄを放電電流Ｉｄｉｓで割って等価直列抵抗Ｒｅｓを求める。

第２計算段階Ｓ６００は、初期電圧Ｖｃと既設定の設定電圧Ｖｔｃとの間の差電圧に該当する第２誤差電圧Ｖｄ２を放電電流Ｉｄｉｓで割って放電抵抗Ｒｔｃを求め、キャパシタＣＳＰの電圧が初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを求める。

第３計算段階Ｓ７００は、放電時間Ｔｃを放電抵抗Ｒｔｃで割ってキャパシタンスＣを求める。

また、第３計算段階Ｓ７００は、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅを満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流Ｉｄｉｓで割って自己放電抵抗Ｒｓｄを求める。

第３計算段階Ｓ７００は、既設定の自己放電基準時間後の放電電圧ＶｄｉｓとキャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅとの割合で自己放電率を求めてもよい。

このとき、自己放電基準時間は、正常態においてキャパシタＣが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することができる。

また、第３計算段階Ｓ７００は、放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ初期電圧Ｖｃから下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、この線形近似式を利用して初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを求めてもよい。

以下、本発明の作用及び効果を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図２及び図５を参照して本発明に係るキャパシタの評価装置について説明すると、先ず図２における本発明のキャパシタの評価装置の充放電制御部１００は、本発明のメイン制御部６００の制御によって充電を制御する。

充放電スイッチ２００は、充放電制御部１００の充電制御により、測定対象であるキャパシタＣＳＰと電源供給部５０との間の連結を選択する。

これにより、電源供給部５０から供給される電源によってキャパシタＣＳＰは充電され、このような充電過程において、本発明の電圧測定部４００はキャパシタＣＳＰの電圧を測定してメイン制御部６００に提供する。また、本発明の電流測定部５００はキャパシタＣＳＰの電流を測定してメイン制御部６００に提供する。

メイン制御部６００は、電圧測定部４００からの電圧と電流測定部５００からの電流を監視しながらキャパシタＣＳＰが満充電されたか否かを判断する。キャパシタＣＳＰが満充電されたと判断すると、満充電圧Ｖｒａｔｅ及び電流Ｉｅｃｈｇを保存する。

図２及び図３を参照し、メイン制御部６００はキャパシタＣＳＰの充電電圧がそれ以上高くならず一定時間の間保持された場合に満充電と判断する。

その後、メイン制御部６００は充放電制御部１００によって放電を制御し、充放電制御部１００が充放電スイッチ２００に放電を命令する。これにより、充放電スイッチ２００が放電経路ＤＰを通じてキャパシタＣＳＰと放電部３００とを連結すると、放電部３００を通じてキャパシタＣＳＰに充電された電圧が放電される。

このような放電過程において、本発明の電圧測定部４００はキャパシタＣＳＰの電圧を測定してメイン制御部６００に提供し、また本発明の電流測定部５００はキャパシタＣＳＰの放電過程における電流を測定してメイン制御部６００に提供する。

これにより、放電開始時点において、瞬間的に満充電圧が初期電圧Ｖｃに落ちるが、メイン制御部６００は電圧測定部４００によって測定した初期電圧Ｖｃを保存し、電流測定部５００によって測定した放電電流Ｉｄｉｓを保存する。

メイン制御部６００は、電圧測定部４００からの放電電圧と電流測定部５００からの放電電流を監視しながらキャパシタＣＳＰの電圧が既設定の設定電圧Ｖｔｃに到達したか否かを判断する。メイン制御部６００がキャパシタＣＳＰの電圧が既設定の設定電圧Ｖｔｃに到達したと判断すると、放電開始時点Ｔｄｓから設定電圧Ｖｔｃに到達するのにかかる時間に該当する放電時間Ｔｃを保存する。

次いで、メイン制御部６００は、キャパシタＣＳＰの電圧と、充電電流及び放電電流に基づいて等価直列抵抗Ｒｅｓ、キャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを求める。

より具体的に説明すると、先ずメイン制御部６００はキャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅと充電終了後のキャパシタＣＳＰの初期電圧Ｖｃとの間の差電圧に該当する第１誤差電圧Ｖｄを、放電電流Ｉｄｉｓで割って等価直列抵抗Ｒｅｓを下記数式１のようにして求めることができる。
［数１］

Ｒｅｓ［等価直列抵抗＝ＥＳＲ］＝（Ｖｒａｔｅ−Ｖｃ）／Ｉｄｉｓ＝Ｖｄ／Ｉｄｉｓ

次に、メイン制御部６００は、初期電圧Ｖｃと既設定の設定電圧Ｖｔｃとの間の差電圧に該当する第２誤差電圧Ｖｄ２を、放電電流Ｉｄｉｓで割って放電抵抗Ｒｔｃを求め、キャパシタＣＳＰの電圧が初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを求める。

メイン制御部６００は、放電時間Ｔｃを放電抵抗Ｒｔｃで割ってキャパシタンスＣを下記数式２のようにして求めることができる。
［数２］

Ｃ［キャパシタンス］ ＝ Ｔｃ／［（Ｖｃ−Ｖｔｃ）／Ｉｄｉｓ］ ＝ Ｔｃ／（Ｖｄ２／Ｉｄｉｓ） ＝ Ｔｃ／Ｒｔｃ

次に、メイン制御部６００は、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅを満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流Ｉｄｉｓで割って自己放電抵抗Ｒｓｄを下記数式３のようにして求めることができる。
［数３］

Ｒｓｄ［自己放電抵抗］＝Ｖｒａｔｅ／Ｉｄｉｓ

また、メイン制御部６００は、既設定の自己放電基準時間後の放電電圧ＶｄｉｓとキャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅとの割合で自己放電率を下記数式４のようにして求めることができる。

このとき、自己放電基準時間は、正常態においてキャパシタＣが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することができる。
［数４］

ＲＴｓｄ（自己放電率）＝（Ｖｒａｔｅ／Ｖｄｉｓ）×１００（％）

図２、図３及び図４を参照すると、メイン制御部６００は、放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ初期電圧Ｖｃから下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を下記数式５のようにして求めることができ、電圧放電の線形近似式を利用して放電時間Ｔｃを求めることができる。
［数５］

Ｙ＝Ａ・Ｘ＋Ｂ

上記数式５におけるＹは電圧であり、Ｘは時間であり、Ａは傾きであり、ＢはＹ軸の切片である。上記数式５を参考にすると、放電電圧の線形近似式からＶｃからＶｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを類推することができる。

図５を参照すると、放電部３００のスイッチ回路部３２０の複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎにより並列抵抗回路部３１０の複数の並列抵抗Ｒ１〜Ｒｎから少なくとも１つを選択することができる。

これにより、本発明では放電部３００の放電に寄与する抵抗値を選択することができるため、検査対象であるキャパシタの特性により放電速度を適切に調節することができる。

以下、図２、図３、図４及び図６を参照して本発明に係るキャパシタの評価方法を説明する。

先ず、図６において、本発明に係るキャパシタの評価方法における充電段階Ｓ１００は、測定対象であるキャパシタＣＳＰを充電する。

即ち、本発明のメイン制御部６００の制御によって充放電制御部１００が充電を制御すると、充放電スイッチ２００が測定対象であるキャパシタＣＳＰと電源供給部５０との間の連結を選択する。これにより、電源供給部５０から供給される電源によってキャパシタＣＳＰは充電される。

次に、本発明の第１測定段階Ｓ２００では、キャパシタＣＳＰの充電が完了すると満充電圧Ｖｒａｔｅ及び電流Ｉｅｃｈｇを測定する。

即ち、メイン制御部６００は、電圧測定部４００からの電圧と電流測定部５００からの電流を監視しながらキャパシタＣＳＰが満充電されたか否かを判断する。キャパシタＣＳＰが満充電されたと判断すると、満充電圧Ｖｒａｔｅ及び電流Ｉｅｃｈｇを測定して保存する。

このとき、上述したように、メイン制御部６００は、キャパシタＣＳＰの充電電圧がそれ以上高くならず、一定時間の間保持された場合に満充電と判断する。

次に、本発明の放電段階Ｓ３００では充電が完了した後に放電を行い、第２測定段階Ｓ４００では放電開始時の初期電圧Ｖｃ及び放電電流Ｉｄｉｓを測定する。

即ち、メイン制御部６００の制御によって充放電制御部１００が充放電スイッチ２００に放電を命令すると、充放電スイッチ２００は放電経路ＤＰを通じてキャパシタＣＳＰと放電部３００とを連結し、放電部３００によってキャパシタＣＳＰの電圧を放電させる。

このとき、放電開始時点において、瞬間的に満充電圧から初期電圧Ｖｃに落ちるが、メイン制御部６００は電圧測定部４００によって測定された初期電圧Ｖｃを保存し、電流測定部５００によって測定された放電電流Ｉｄｉｓを保存する。

次に、本発明の第１計算段階Ｓ５００では、初期電圧Ｖｃ及び放電電流Ｉｄｉｓを利用して等価直列抵抗Ｒｅｓを計算する。

例えば、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅと充電終了後のキャパシタＣＳＰの初期電圧Ｖｃとの間の差電圧に該当する第１誤差電圧Ｖｄを、放電電流Ｉｄｉｓで割って数式１のようにして等価直列抵抗Ｒｅｓを求めることができる。

次に、本発明の第２計算段階Ｓ６００では、初期電圧Ｖｃから既設定の設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを計算する。

また、本発明の第３計算段階Ｓ７００では、初期電圧Ｖｃ、既設定の設定電圧Ｖｔｃ、放電電流Ｉｄｉｓ及び放電時間Ｔｃを利用してキャパシタンスＣ及び自己放電抵抗Ｒｓｄを計算する。

例えば、第３計算段階Ｓ７００は、初期電圧Ｖｃと既設定の設定電圧Ｖｔｃとの間の差電圧に該当する第２誤差電圧Ｖｄ２を放電電流Ｉｄｉｓで割って放電抵抗Ｒｔｃを求め、キャパシタＣＳＰの電圧が初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを求めることができる。

これにより、放電時間Ｔｃを放電抵抗Ｒｔｃで割ってキャパシタンスＣを数式２のようにして求めることができる。

次いで、第３計算段階Ｓ７００では、キャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅを満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流Ｉｄｉｓで割って自己放電抵抗Ｒｓｄを数式３のようにして求めることができる。

即ち、理想的には満充電時に充電電流が０に減少しなければならないが、自己放電抵抗Ｒｓｄにより自己放電が発生し、一定値以上が流れるようになるため、特定の時間が経過した後、充電電流と放電電流を測定し、オームの法則によって抵抗を求めると自己放電抵抗Ｒｓｄを計算することができる。

また、第３計算段階Ｓ７００では、既設定の自己放電基準時間後の放電電圧ＶｄｉｓとキャパシタＣＳＰの満充電時の満充電圧Ｖｒａｔｅとの割合で自己放電率ＲＴｓｄを数式４のようにして求めることができる。

ここで、自己放電基準時間は、正常態においてキャパシタＣが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することができる。

このとき、設定された時間の間にキャパシタンスの電圧が満充電圧Ｖｒａｔｅに到達しないか、または充電電流Ｉｃｈｇが設定値以下に減少しない場合は、自己放電率が大きいとみなし、キャパシタンス不良と判定することができる。

一方、図４を参照すると、第３計算段階Ｓ７００では、放電開始後に既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ初期電圧Ｖｃから下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を数式５のようにして求め、この線形近似式を利用して初期電圧Ｖｃから設定電圧Ｖｔｃに変わるのにかかる放電時間Ｔｃを求めることができる。

一方、等価直列抵抗ＥＳＲを測定する他の方式としては放電中に、放電部とキャパシタとの連結を切るとキャパシタの電圧が上昇する。これはキャパシタから電流が出力されず、等価直列抵抗ＥＳＲによる電圧降下が発生しないために発生する現象である。

これから電圧上昇分を電流変化量で割って抵抗値を類推することができ、この抵抗値が等価直列抵抗ＥＳＲとなる。

１００ 充放電制御部
２００ 充放電スイッチ
３００ 放電部
３１０ 並列抵抗回路部
３２０ スイッチ回路部
４００ 電圧測定部
５００ 電流測定部
６００ メイン制御部
ＣＳＰ キャパシタ
Ｒｅｓ 等価直列抵抗
Ｒｓｄ 自己放電抵抗
Ｖｃ 初期電圧
Ｖｔｃ 設定電圧
Ｉｄｉｓ 放電電流
Ｒｔｃ 放電抵抗
Ｖｒａｔｅ 満充電圧
Ｖｄｉｓ 放電電圧
Ｔｃ 放電時間
Ｔｄｓ 放電開始時点

Claims (17)

1. 充電及び放電を制御する充放電制御部と、
   前記充放電制御部の充電及び放電制御により、測定対象であるキャパシタと電源供給部との間の連結または前記キャパシタと放電経路との間の連結を選択する充放電スイッチと、
   前記放電経路に連結され、前記キャパシタの放電のための放電抵抗を提供する放電部と、
   前記キャパシタの電圧を測定する電圧測定部と、
   前記キャパシタの充電電流または放電電流を測定する電流測定部と、
   前記充放電制御部によって充電及び放電を制御しながら、充電及び放電過程において前記キャパシタの電圧と前記充電電流及び前記放電電流とに基づいて、等価直列抵抗、キャパシタンス及び自己放電抵抗を求めるメイン制御部と
   を含むことを特徴とするキャパシタの評価装置。
2. 前記メイン制御部は、
   前記キャパシタの満充電時の満充電圧と充電終了後の前記キャパシタの初期電圧との間の差電圧に該当する第１誤差電圧を、前記放電電流で割って前記等価直列抵抗を求めることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタの評価装置。
3. 前記メイン制御部は、
   前記初期電圧と既設定の設定電圧との間の差電圧に該当する第２誤差電圧を、前記放電電流で割って放電抵抗を求め、前記キャパシタの電圧が前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャパシタの評価装置。
4. 前記メイン制御部は、
   前記放電時間を前記放電抵抗で割って前記キャパシタンスを求めることを特徴とする請求項３に記載のキャパシタの評価装置。
5. 前記メイン制御部は、
   前記キャパシタの満充電時の満充電圧を、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流で割って前記自己放電抵抗を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタの評価装置。
6. 前記メイン制御部は、
   満充電後の既設定の自己放電基準時間後の放電電圧と前記キャパシタの満充電時の満充電圧との割合で自己放電率をさらに測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のキャパシタの評価装置。
7. 前記自己放電基準時間は、正常態において前記キャパシタが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のキャパシタの評価装置。
8. 前記メイン制御部は、
   放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ前記初期電圧から下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、前記電圧放電の線形近似式を利用して前記放電時間を求めることを特徴とする請求項３に記載のキャパシタの評価装置。
9. 前記放電部の複数の並列抵抗を含む並列抵抗回路部と、
   前記並列抵抗回路部の複数の並列抵抗のそれぞれに設置されて選択する複数のスイッチを含むスイッチ回路部と
   を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のキャパシタの評価装置。
10. 測定対象であるキャパシタを充電する充電段階と、
    前記キャパシタの充電が完了すると満充電圧及び電流を測定する第１測定段階と、
    前記充電が完了した後に放電する放電段階と、
    前記放電開始時の初期電圧及び放電電流を測定する第２測定段階と、
    前記初期電圧及び前記放電電流を利用して等価直列抵抗を計算する第１計算段階と、
    前記初期電圧から既設定の設定電圧に変わるのにかかる放電時間を計算する第２計算段階と、
    前記初期電圧、前記既設定の設定電圧、前記放電電流及び前記放電時間を利用してキャパシタンス及び自己放電抵抗を計算する第３計算段階と
    を含むことを特徴とするキャパシタの評価方法。
11. 前記第１計算段階は、
    前記キャパシタの満充電時の満充電圧と充電終了後の前記キャパシタの初期電圧との間の差電圧に該当する第１誤差電圧を、前記放電電流で割って前記等価直列抵抗を求めることを特徴とする請求項１０に記載のキャパシタの評価方法。
12. 前記第２計算段階は、
    前記初期電圧と既設定の設定電圧との間の差電圧に該当する第２誤差電圧を、前記放電電流で割って放電抵抗を求め、前記キャパシタの電圧が前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のキャパシタの評価方法。
13. 前記第３計算段階は、前記放電時間を前記放電抵抗で割って前記キャパシタンスを求めることを特徴とする請求項１２に記載のキャパシタの評価方法。
14. 前記第３計算段階は、
    前記キャパシタの満充電時の満充電圧を、満充電後の既設定の自己放電基準時間後の電流で割って前記自己放電抵抗を測定することを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載のキャパシタの評価方法。
15. 前記第３計算段階は、
    満充電後の既設定の自己放電基準時間後の放電電圧と前記キャパシタの満充電時の満充電圧との割合で自己放電率をさらに測定することを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項に記載のキャパシタの評価方法。
16. 前記自己放電基準時間は、正常態において前記キャパシタが完全に放電した後、電流が流れなくなる時間と設定することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のキャパシタの評価方法。
17. 前記第３計算段階は、
    放電開始後、既設定の一定の時間間隔で既設定の回数だけ前記初期電圧から下降する電圧を検出して電圧放電の線形近似式を求め、前記電圧放電の線形近似式を利用して前記初期電圧から前記設定電圧に変わるのにかかる放電時間を求めることを特徴とする請求項１２に記載のキャパシタの評価方法。

Images