JP2017150838A - 蓄電装置の測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定蓄電池に対して他の蓄電池が並列に接続されている場合でも、その被測定蓄電池の内部抵抗を正確に測定できるようにする。【解決手段】直列蓄電池群Ｇ１，Ｇ２が並列に接続されている蓄電装置において、被測定蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂを測定する場合、その一方の電極端子に電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とを接触させ、他方の電極端子に電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２を接触させるとともに、ガード用プローブＰｉ３を被測定蓄電池ＢＴ１ｂの一方の電極端子側に接続されている隣接蓄電池ＢＴ１ａの反対側の電極端子に接触させ、電流供給プローブＰｉ１から供給される測定信号が隣接蓄電池ＢＴ１ａには流れないようにガードして、交流電圧計２００にて被測定蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂを測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の蓄電池を直並列に含む蓄電装置の測定方法および測定装置に関し、さらに詳しく言えば、個々の蓄電池の内部抵抗を測定する技術に関するものである。

一般的に言って、蓄電池（一次電池、二次電池を含む）の劣化状態は、その内部抵抗（等価直列抵抗）とその端子間直流電圧とにより判定することができる。すなわち、劣化が進むと内部抵抗が高くなる一方で、端子間直流電圧は小さくなる傾向を示す。

特許文献１には、蓄電池の内部抵抗と端子間直流電圧とを１回の操作で同時に測定できるようにした交流４端子法による電池測定装置が提案されており、その構成を図３により概略的に説明する。

この電池測定装置は、被測定素子である電池ＢＴにカップリングコンデンサ１１を介して測定用の交流信号を印加する交流電流源１０と、その交流電流（測定電流）の印加時における電池ＢＴの端子間に発生する交流電圧をカップリングコンデンサ２３，２４を介して検出する検波回路２６を含む内部抵抗検出部（交流電圧計）２０のほかに、電池ＢＴの端子間直流電圧を検出する電圧検出部（直流電圧計）３０を備えており、ＣＰＵ（制御部）５２は、検出された内部抵抗と端子間直流電圧とにより電池ＢＴの劣化状態を判定する。

なお、交流４端子法、直流４端子法のいずれの場合においても、通常、プローブには２本の導体を１対とするプローブが２対用いられ、各対のプローブのうちの一方の導体が電圧検出側として電圧計に接続され、他方の導体が電流供給側として測定信号源に接続される。一方の電圧検出側の導体は、交流電圧計と直流電圧計とに共用で、交流電圧計はカップリングコンデンサを介して電圧検出側の導体に接続され、直流電圧計は直接電圧検出側の導体に接続される（図３参照）。

このように、特許文献１に記載の電池測定装置によれば、電池ＢＴの内部抵抗と端子間直流電圧とを１回の操作で同時に測定でき、しかもこれらの測定値に基づいて劣化判定までも行うことができる。

しかしながら、実際の蓄電装置（蓄電池設備）では、複数の蓄電池が直並列に接続されているため、個々の蓄電池の内部抵抗を正確に測定することが困難な場合がある。その一例を図４により説明する。

図４は、３つの蓄電池ＢＴ１ａ〜ＢＴ１ｃを直列に接続してなる直列蓄電池群Ｇ１と、同じく３つの蓄電池ＢＴ２ａ〜ＢＴ２ｃを直列に接続してなる直列蓄電池群Ｇ２とが並列に接続された蓄電装置で、直列蓄電池群Ｇ１内の例えば蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗を交流４端子法で測定する状態を示している。

すなわち、蓄電池ＢＴ１ｂの一方の電極端子に電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とが接続され、蓄電池ＢＴｂの他方の電極端子に電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２とが接続され、交流電流源１０から測定用の交流信号（測定電流）が蓄電池ＢＴ１ｂに供給され、その測定電流の値をｉ、交流電圧計２０にて測定される蓄電池ＢＴ１ｂの両電極端子間電圧をｖとして、ｖ／ｉなる演算により蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒが求められる。

しかしながら、直列蓄電池群Ｇ１に対して直列蓄電池群Ｇ２が並列に接続されていることにより、交流電流源１０から供給される測定電流ｉは、蓄電池ＢＴ１ｂを流れる電流ｉａと、直列蓄電池群Ｇ２側に流れる電流ｉｂとに分流されるため、蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒを正確に測定することができない。

特開平９−２８１２０２号公報

したがって、本発明の課題は、複数の蓄電池を含む蓄電装置において、被測定蓄電池に対して他の蓄電池が並列に接続されている場合でも、その被測定蓄電池の内部抵抗を正確に測定できるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明の測定装置は、ともに複数の蓄電池が直列に接続されている少なくとも２つの直列蓄電池群が並列に接続されている蓄電装置を測定対象とする蓄電装置の測定装置において、
第１および第２の電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２を有する交流電流源と、第１および第２の電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２を有する交流電圧計と、上記第１の電流供給プローブＰｉ１に現れる測定信号とほぼ同相でかつ同振幅の交流信号を有するガード用プローブＰｉ３とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の測定方法は、ともに複数の蓄電池が直列に接続されている少なくとも２つの直列蓄電池群が並列に接続されている蓄電装置を測定対象とする蓄電装置の測定方法において、
第１および第２の電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２を有する交流電流源と、第１および第２の電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２を有する交流電圧計と、上記第１の電流供給プローブＰｉ１に現れる測定信号とほぼ同相でかつ同振幅の交流信号を有するガード用プローブＰｉ３とを備え、
上記直列蓄電池群内の個々の蓄電池の内部抵抗を測定するにあたって、被測定蓄電池の一方の電極端子にともに第１の上記電流供給プローブＰｉ１と上記電圧検出プローブＰｖ１とを接続し、上記被測定蓄電池の他方の電極端子にともに第２の上記電流供給プローブＰｉ２と上記電圧検出プローブＰｖ２を接続するとともに、
上記ガード用プローブＰｉ３を上記被測定蓄電池の一方の電極端子側に接続されている隣接蓄電池の反対側の電極端子に接続し、上記電流供給プローブＰｉ１から上記被測定蓄電池に供給される測定信号が上記隣接蓄電池には流れないようにガードして、上記交流電圧計にて上記被測定蓄電池の内部抵抗を測定することを特徴としている。

本発明の好ましい態様によると、上記交流電流源を第１交流電流源として、上記第１交流電流源と同期がとられる第２交流電流源をさらに有し、上記ガード用プローブＰｉ３は、カップリングコンデンサを介して上記第２交流電流源の一方の出力端子に接続される。

より好ましくは、上記第２交流電流源の一方の出力端子から上記ガード用プローブＰｉ３に至る電流供給経路内に、上記ガード用プローブＰｉ３に供給される交流信号の位相および／または振幅を調整する位相・振幅調整回路が含まれる。

また本発明には、上記ガード用プローブＰｉ３は、上記第１の電流供給プローブＰｉ１とともに上記交流電流源の一方の出力端子に接続される態様も含まれる。

本発明によれば、ガード用プローブＰｉ３により、電流供給プローブＰｉ１から被測定蓄電池に供給される測定信号が隣接蓄電池には流れないようにガードされるため、被測定蓄電池に対して他の蓄電池が並列に接続されていたとしても、被測定蓄電池の内部抵抗を正確に測定することができる。

本発明による蓄電装置の測定装置の構成を概略的に示す模式図。 （ａ）〜（ｃ）蓄電池の内部抵抗測定時のプロービング例を示す模式図。 従来技術としての電池測定装置を示すブロック線図。 ２つの直列蓄電池群を並列に接続してなる蓄電装置の一例を示す模式図。

次に、図１により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る蓄電装置の測定装置は、交流４端子法の基本的な構成としての交流電流源（測定用の第１交流電流源）１００および交流電圧計２００のほかに、ガード用の交流電流源（第２交流電流源で、以下の説明において単に「ガード用電流源」ということがある）３００と制御部４００とを備えている。

この実施形態において、測定用交流電流源１００とガード用電流源３００には、正弦波発生器が用いられる。また、測定用交流電流源１００とガード用電流源３００は、例えば制御部４００からのマスタークロックにより同期がとられている。

測定用交流電流源１００は、第１および第２の一対の電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２を有し、少なくともいずれか一方の電流供給経路内にはカップリングコンデンサ１０１が接続されている。

交流電圧計２００も同じく、第１および第２の一対の電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２を有し、これら各電圧検出経路内にはカップリングコンデンサ２０１，２０２が接続されている。交流電圧計２００には、先の図２で説明した電池測定装置と同じく、測定用交流電流源１００の位相と同期がとられている検波回路が含まれてよい。

測定用交流電流源１００と交流電圧計２００とにより交流４端子法による抵抗測定が行われるが、ともに第１の電流供給プローブＰｉ１および電圧検出プローブＰｖ１と、ともに第２の電流供給プローブＰｉ２および電圧検出プローブＰｖ２には、同軸プローブが用いられてよい。

ガード用電流源３００には、カップリングコンデンサ３１１を介してガード用プローブＰｉ３が接続される。すなわち、この実施形態に係る蓄電装置の測定装置は、電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２、電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２に加えてガード用プローブＰｉ３を備える。

ガード用電流源３００からガード用プローブＰｉ３にガード電流が供給される。このガード電流は、好ましくは測定用交流電流源１００から出力される測定電流と同相・同振幅の正弦波である。この実施形態によると、ガード用電流源３００からガード用プローブＰｉ３に至る電流供給経路内には、ガード電流の位相および／または振幅を調整する位相・振幅調整回路３１０が接続されている。

制御部４００には、マイクロコンピュータもしくはＣＰＵ（中央演算処理ユニット）が用いられ、好ましくは先の図２で説明した電池測定装置に設けられているデジタル処理部に相当する機能を備えているとよい。

制御部４００には、交流電圧計２００から測定電圧が与えられ、また、図示しない操作部等から交流電流源１００から出力される測定用交流信号の電流値や位相等の情報が与えられる。

制御部４００は、これらの情報に基づいて種々の演算を行うが、その一つとして、交流電圧計２００にて検出される電圧ｖと、測定信号の電流値ｉとから、ｖ／ｉなる演算を行って蓄電池の内部抵抗ｒを算出する。また、制御部４００は、算出された蓄電池の内部抵抗値等に基づいて蓄電池の劣化状態を判定し、その結果を表示部４１０に表示する機能も備えている。

次に、この蓄電装置による蓄電池の内部抵抗測定方法について説明する。なお、ここでの測定対象は、先の図４で説明した蓄電装置と同じく、３つの蓄電池ＢＴ１ａ〜ＢＴ１ｃを直列に接続してなる直列蓄電池群Ｇ１と、同じく３つの蓄電池ＢＴ２ａ〜ＢＴ２ｃを直列に接続してなる直列蓄電池群Ｇ２とが並列に接続された蓄電装置である。

この蓄電装置のうち、被測定素子として、例えば直列蓄電池群Ｇ１内の蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂを測定する場合には、交流４端子法の常法にしたがって、図１に示すように、ともに第１の電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とを蓄電池ＢＴ１ｂの一方の電極端子（この例では＋電極端子）に接触させるとともに、ともに第２の電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２とを他方の電極端子（この例では−電極端子）に接触させる。

そして、電流供給プローブＰｉ１から見て蓄電池ＢＴ１ｂに隣接する蓄電池ＢＴ１ａの反対側の電極端子（電流供給プローブＰｉ１とは接触していない側の電極端子、この例では＋電極端子）にガード用プローブＰｉ３を接触させて、ガード用電流源３００からガード電流を印加し、蓄電池ＢＴ１ａには電流供給プローブＰｉ１から供給される測定電流が流れないようにする。

すなわち、電流供給プローブＰｉ１から供給される測定電流をｉ，被測定素子である蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂに流れる電流をｉａ，隣接する蓄電池ＢＴ１ａの内部抵抗ｒ１ａに流れる電流をｉｂとして、ｉｂ＝０にしてｉａ＝ｉになるようにする。

ｉｂ＝０にするには、交流電圧計２００の指示値が最大となるように、位相・振幅調整回路３１０によりガード電流の位相および／または振幅を調整すればよい。これにより、蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂを正確に測定することができる。

なお、蓄電池ＢＴ１ｂの内部抵抗ｒ１ｂを測定する場合の別のプロービング例として、図１とは逆に、図２（ａ）に示すように、蓄電池ＢＴ１ｂの一方の電極端子（この例では＋電極端子）にともに第２の電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２とを接触させ、他方の電極端子（この例では−電極端子）にともに第１の電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とを接触させてもよく、この場合には、電流供給プローブＰｉ１から見て蓄電池ＢＴ１ｂに隣接する蓄電池ＢＴ１ｃの反対側の電極端子（電流供給プローブＰｉ１とは接触していない側の電極端子、この例では−電極端子）にガード用プローブＰｉ３を接触させる。

また、例えば直列蓄電池群Ｇ１内の蓄電池ＢＴ１ａの内部抵抗ｒ１ａを測定する場合には、図２（ｂ）に示すように、ともに第１の電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とを蓄電池ＢＴ１ａの一方の電極端子（この例では＋電極端子）に接触させるとともに、ともに第２の電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２とを他方の電極端子（この例では−電極端子）に接触させる。そして、電流供給プローブＰｉ１から見て蓄電池ＢＴ１ａに隣接する蓄電池ＢＴ２ａの反対側の電極端子（電流供給プローブＰｉ１とは接触していない側の電極端子、この例では−電極端子）にガード用プローブＰｉ３を接触させればよい。

蓄電池ＢＴ１ａの内部抵抗ｒ１ａを測定する別のプロービング例として、図２（ｃ）に示すように、蓄電池ＢＴ１ａの一方の電極端子（この例では＋電極端子）にともに第２の電流供給プローブＰｉ２と電圧検出プローブＰｖ２とを接触させ、他方の電極端子（この例では−電極端子）にともに第１の電流供給プローブＰｉ１と電圧検出プローブＰｖ１とを接触させてもよく、この場合には、電流供給プローブＰｉ１から見て蓄電池ＢＴ１ａに隣接する蓄電池ＢＴ１ｂの反対側の電極端子（電流供給プローブＰｉ１とは接触していない側の電極端子、この例では−電極端子）にガード用プローブＰｉ３を接触させる。

なお、上記実施形態では、ガード用プローブＰｉ３から注入するガード電流を正弦波としているが、周辺のノイズ源の周波数スペクトラムが特定できれば、そのノイズの影響が最小限になるような信号をガード用プローブＰｉ３から注入することにより、ノイズに強い内部抵抗測定が可能となる。

また、上記実施形態では、ガード用電流源３００を備えているが、ガード用電流源３００を省略して、ガード用プローブＰｉ３を電流供給プローブＰｉ１とともに測定用交流電流源１００の一方の出力端子に接続してもよい。

１００ 測定用交流電流源
２００ 交流電圧計
３００ ガード用交流電流源
３１０ 位相・振幅調整回路
４００ 制御部
Ｐｉ１，Ｐｉ２ 電流供給プローブ
Ｐｖ１，Ｐｖ２ 電圧検出プローブ
Ｐｉ３ ガード用プローブ
ＢＴ１ａ〜ＢＴ１ｃ：ＢＴ２ａ〜ＢＴ２ｃ 蓄電池
ｒ１ａ〜ｒ１ｃ：ｒ２ａ〜ｒ２ｃ 内部抵抗

Claims (8)

1. ともに複数の蓄電池が直列に接続されている少なくとも２つの直列蓄電池群が並列に接続されている蓄電装置を測定対象とする蓄電装置の測定装置において、
   第１および第２の電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２を有する交流電流源と、第１および第２の電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２を有する交流電圧計と、上記第１の電流供給プローブＰｉ１に現れる測定信号とほぼ同相でかつ同振幅の交流信号を有するガード用プローブＰｉ３とを備えていることを特徴とする蓄電装置の測定装置。
2. 上記交流電流源を第１交流電流源として、上記第１交流電流源と同期がとられる第２交流電流源をさらに有し、上記ガード用プローブＰｉ３は、カップリングコンデンサを介して上記第２交流電流源の一方の出力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の測定装置。
3. 上記第２交流電流源の一方の出力端子から上記ガード用プローブＰｉ３に至る電流供給経路内に、上記ガード用プローブＰｉ３に供給される交流信号の位相および／または振幅を調整する位相・振幅調整回路が含まれていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の測定装置。
4. 上記ガード用プローブＰｉ３は、上記第１の電流供給プローブＰｉ１とともに上記交流電流源の一方の出力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の測定装置。
5. ともに複数の蓄電池が直列に接続されている少なくとも２つの直列蓄電池群が並列に接続されている蓄電装置を測定対象とする蓄電装置の測定方法において、
   第１および第２の電流供給プローブＰｉ１，Ｐｉ２を有する交流電流源と、第１および第２の電圧検出プローブＰｖ１，Ｐｖ２を有する交流電圧計と、上記第１の電流供給プローブＰｉ１に現れる測定信号とほぼ同相でかつ同振幅の交流信号を有するガード用プローブＰｉ３とを備え、
   上記直列蓄電池群内の個々の蓄電池の内部抵抗を測定するにあたって、被測定蓄電池の一方の電極端子にともに第１の上記電流供給プローブＰｉ１と上記電圧検出プローブＰｖ１とを接続し、上記被測定蓄電池の他方の電極端子にともに第２の上記電流供給プローブＰｉ２と上記電圧検出プローブＰｖ２を接続するとともに、
   上記ガード用プローブＰｉ３を上記被測定蓄電池の一方の電極端子側に接続されている隣接蓄電池の反対側の電極端子に接続し、上記電流供給プローブＰｉ１から上記被測定蓄電池に供給される測定信号が上記隣接蓄電池には流れないようにガードして、上記交流電圧計にて上記被測定蓄電池の内部抵抗を測定することを特徴とする蓄電装置の測定方法。
6. 上記交流電流源を第１交流電流源として、上記第１交流電流源と同期がとられる第２交流電流源をさらに有し、上記ガード用プローブＰｉ３は、カップリングコンデンサを介して上記第２交流電流源の一方の出力端子に接続されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置の測定方法。
7. 上記第２交流電流源の一方の出力端子から上記ガード用プローブＰｉ３に至る電流供給経路内に、上記ガード用プローブＰｉ３に供給される交流信号の位相および／または振幅を調整する位相・振幅調整回路が含まれていることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置の測定方法。
8. 上記ガード用プローブＰｉ３は、上記第１の電流供給プローブＰｉ１とともに上記交流電流源の一方の出力端子に接続されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置の測定方法。

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