JP2014098691A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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測定する。
【解決手段】Ｎ（Ｎは、３以上の自然数）個の同種の電池Ｂ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Ｂの組の両端に交流電流Ｉを供給する交流電流供給部４と、交流電流Ｉを供給した状態における電池Ｂの組の両端電圧を測定する電圧測定部５と、交流電流Ｉを供給した状態で電池Ｂの組を流れる電流値Ｉと測定した両端電圧の電圧値Ｖｄとに少なくとも基づいてＭ個の電池Ｂの各内部インピーダンスＺの合計値を算出する処理部７とを備え、処理部７は、Ｍ個の電池Ｂの組み合わせが互いに異なるＮ組各々についての合計値を算出すると共に算出した合計値と対応する電池Ｂの組におけるＭ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個の関係式に基づいてＮ個の電池Ｂの各内部インピーダンスＺを算出する。
【選択図】図１

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。

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。

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。

特開平１１−１７８１９７号公報（第２−５頁、第１図）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。 電池Ｂａ，Ｂｂを接続したときの等価回路を示す等価回路図である。 電池Ｂｂ，Ｂｃを接続したときの等価回路を示す等価回路図である。 電池Ｂｃ，Ｂａを接続したときの等価回路を示す等価回路図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

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

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|＝√（Ｒａ^２＋Ｘａ^２） ・・・（２２）式
θａ＝ａｒｃｔａｎ（Ｘａ／Ｒａ） ・・・・（２３）式
|Ｚｂ|＝√（Ｒｂ^２＋Ｘｂ^２） ・・・（２４）式
θｂ＝ａｒｃｔａｎ（Ｘｂ／Ｒｂ） ・・・・（２５）式
|Ｚｃ|＝√（Ｒｃ^２＋Ｘｃ^２） ・・・（２６）式
θｃ＝ａｒｃｔａｎ（Ｘｃ／Ｒｃ） ・・・・（２７）式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (3)

1. 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インピーダンス測定装置。
2. 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請求項１記載のインピーダンス測定装置。
3. 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インピーダンス測定方法。

Images