JP2977415B2 - バッテリのピーク電圧およびディップ電圧検出装置 - Google Patents

バッテリのピーク電圧およびディップ電圧検出装置

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JP2977415B2
JP2977415B2 JP5203278A JP20327893A JP2977415B2 JP 2977415 B2 JP2977415 B2 JP 2977415B2 JP 5203278 A JP5203278 A JP 5203278A JP 20327893 A JP20327893 A JP 20327893A JP 2977415 B2 JP2977415 B2 JP 2977415B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス状の負荷電流時
において変動するバッテリの端子間電圧のピーク電圧お
よびディップ電圧を検出するバッテリのピーク電圧およ
びディップ電圧検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば携帯電話器等のデジタル通
信機器に使用されるバッテリの負荷電流はパルス状にな
る。このような機器に使用されるバッテリの性能として
は、パルス状の負荷電流を供給する場合において、その
端子間電圧の変動が少ないことが要求される。そして、
現実にはバッテリが使用されるにつれて、バッテリの容
量の減少や劣化等の原因によってこの端子間電圧の変動
は次第に大きくなり最終的には通信に支障が出る値にま
でなってしまう。従ってこのような用途に使用するバッ
テリの能力を試験するためには、バッテリにパルス状の
負荷電流を供給させて、そのときのバッテリの変動する
端子間電圧を測定する必要がある。
【0003】図3は、このような試験を行う場合に使用
される負荷電流Ib の一例と、それに対応したバッテリ
の端子間電圧Eの変化を示した波形図である。図3にお
いて、負荷電流Ib がパルス状に変化することにより、
バッテリの端子間電圧Eは、極大値であるピーク電圧E
p と極小値であるディップ電圧Ed との間を変動する。
ここで、デジタル通信機器に使用される一般のバッテリ
の試験においては、負荷電流Ib の周期は通信機器の信
号周波数により異なるが数msのオーダであり、ピーク
電圧Ep の絶対値は数V,ピーク電圧Ep とディップ電
圧Ed とのピーク間電圧Es はバッテリの内部抵抗の値
に依存していて1mVないし数十mV程度であり、ピー
ク電圧Ep からディップ電圧Ed への移行時間(負荷電
流Ib のパルス幅)は数mSである。ここで、バッテリ
の容量の減少や劣化によってピーク電圧Ep やディップ
電圧Ed の絶対値も10秒間に数mV程度変動し、それ
に伴ってピーク間電圧Es も徐々に増大する。ここで、
ピーク電圧Ep やディップ電圧Ed の絶対値の変動もバ
ッテリの特性としてバッテリの性能の評価対象となる。
【0004】以上説明してきたようなバッテリのピーク
電圧Ep およびディップ電圧Ed を正確に測定すること
は、デジタル通信機器に使用されるバッテリの性能を評
価する上で必要不可欠な事項となっている。
【0005】従来、このようなバッテリのピーク電圧E
p およびディップ電圧Ed を測定する場合、バッテリの
端子間電圧Eをオシロスコープで観測して、その観測さ
れた電圧波形に基づいてピーク電圧およびディップ電圧
を測定していた。さらに、他の測定方法としては、高速
のA/Dコンバータを用いた専用の測定装置を使用して
このピーク電圧Ep およびディップ電圧Ed を測定して
いた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な測定機であるオシロスコープを用いて測定する場合に
は、試験装置が大型化するとともに、オシロスコープの
陰極線管(CRT)上に表われる波形を観測して測定す
るために、測定精度の誤差が数%になってしまうという
問題点がある。因みに、新しいバッテリの試験の初期段
階においては、端子間電圧Eの変動は極めて少なく、例
えば端子間電圧Eが数Vのバッテリで1mV程度のこと
もあり、このような微小変動はオシロスコープを用いた
測定では検出することが正確かつ容易にできない。
【0007】また、高速のA/Dコンバータを用いた専
用の測定装置を使用する場合には、このような測定装置
自体が特殊な測定装置であるためにコストが高くなると
ともに入手が困難であるという問題点がある。さらに、
このような測定装置は、A/Dコンバータのサンプリン
グ周波数を高くすることにより測定精度を高めることが
できるが、瞬間的な電圧であるピーク電圧Ep やディッ
プ電圧Ed を常に正確にサンプルすることはできないと
いう虞がある。
【0008】本発明の目的は、ピーク電圧やディップ電
圧のような瞬間的な電圧を安定した直流電圧として常に
高精度に検出できて、汎用の高精度直流電圧計を用いて
これらの電圧を測定することを可能にするバッテリのピ
ーク電圧およびディップ電圧検出装置を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明はパルス状の負荷電流時において変動するバ
ッテリ電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出手段
と、前記バッテリ電圧のピーク電圧とディップ電圧との
ピーク間電圧を検出するピーク間電圧検出手段と、前記
ピーク電圧検出手段の出力から前記ピーク間電圧検出手
段の出力を減算して前記バッテリ電圧のディップ電圧を
検出するディップ電圧検出手段とを具備したことを特徴
とする。
【0010】
【作用】本発明によれば、パルス状の負荷電流時におい
て変動しているバッテリ電圧の極大値をピーク電圧検出
手段で安定した直流電圧として検出することによって、
汎用の高精度直流電圧計によるこの電圧の測定を可能に
する。さらに、バッテリ電圧のピーク電圧とディップ電
圧とのピーク間電圧をピーク間電圧検出手段で検出し、
このピーク間電圧を先に検出したピーク電圧から減算し
てディップ電圧を安定した直流電圧として検出するディ
ップ電圧検出手段を設けることによって、汎用の高精度
直流電圧計によるディップ電圧の測定を可能にする。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0012】先ず、本発明の実施例の構成原理を説明す
る。
【0013】前述したようにこの種の試験に用いられる
一般的なパルス状の負荷電流Ib の周期は数msのオー
ダであるために、バッテリの端子間電圧Eの変動の周期
も数msのオーダとなる。さらにピーク電圧Ep やディ
ップ電圧Ed の絶対値も10秒間に数mV程度変動す
る。そこでピーク電圧Ep の検出方法としては、バッテ
リの端子間電圧Eを直線検波器に入力させ、その直線検
波器の出力を時定数が1秒程度のフィルタを介して出力
させるようにすることによって、瞬間的なピーク電圧E
p を正確で安定した直流電圧として検出するとともに、
ピーク電圧の絶対値の経時的な変動に対しても追従性を
持たせるようにする。
【0014】次にディップ電圧Ed は以下のようにして
検出する。バッテリ電圧Eをコンデンサを通して入力し
てその交流成分を取り出す。この交流電圧は、その最大
値がピーク電圧Ep に、その最小値がディップ電圧Ed
にそれぞれ対応した交流電圧になる。従って、この交流
電圧をピーク間電圧検出器に入力させて、ピーク電圧E
p とディップ電圧Ed とのピーク間電圧Es を直流電圧
として出力させる。そして、このピーク間電圧Es を先
に検出したピーク電圧Ep から減算することにより瞬間
的なディップ電圧Ed を安定した直流電圧として検出す
る。
【0015】以上のようにして汎用の高精度直流電圧計
で測定可能な安定した直流電圧の形態で瞬間的なピーク
電圧Ep およびディップ電圧Ed を検出することができ
る。
【0016】図1は、本発明の一実施例の構成を示す回
路図である。図1において、U1〜U8はOPアンプ、
C1〜C4はコンデンサ、CR1〜CR3はダイオー
ド、R0〜R11は抵抗である。また、1はプラス側の
ピーク検出器、2はピーク間電圧検出器であり、プラス
側のピーク検出器、マイナス側のピーク検出器および加
算器から構成されている。ここで、ピーク間電圧検出器
2内のピーク検出器やピーク検出器1を構成するフィル
タ回路においては、その放電時の時定数が1秒程度にな
るようにコンデンサおよび抵抗の値が定められている。
【0017】さらに、検出精度を高めるためには、加算
器を構成するOPアンプU7の増幅率G7と、減算器を
構成するOPアンプU8の増幅率G8とを正確に1にす
る必要がある。そのためには、増幅率G7はG7=R5
/R4=R7/R6であり、また増幅率G8はG8=R
9/R8=R11/R10であるので抵抗R4〜R11
は高精度の抵抗、例えば±1%以下の精度の抵抗にする
必要がある。
【0018】以下、本実施例の動作について説明する。
【0019】入力Aにバッテリ電圧Eが入力して、この
電圧EがOPアンプU1の+入力に入力する。この電圧
によりOPアンプU1の出力に接続されているダイオー
ドCR1を介してコンデンサC1がプラスの電圧に充電
される。このコンデンサC1の電圧はOPアンプU2の
出力Bから出力されるとともに、OPアンプU1の−入
力にフィードバックする。したがってコンデンサC1は
入力Aと同じ電圧になるまで充電されることになる。す
なわち、コンデンサC1の電圧をOPアンプU1の−入
力にフィードバックすることにより、ダイオードCR1
での電圧降下(シリコンダイオードの場合約0.6V)
や温度変化によるこの電圧降下の変化(約2.5mV/
℃)が補償されることになる。
【0020】その後入力Aの電圧がピーク電圧Ep から
低下すると、OPアンプU1の出力が低下してダイオー
ドCR1がカットオフする。この時点でコンデンサC1
の電圧は、入力Aの最高電圧すなわちピーク電圧Ep
充電されており、以後抵抗R1によって放電されて低下
する。ここで、コンデンサC1と抵抗R1との時定数
は、負荷電流Ib のパルス周期に比して充分に大きな値
となっているため、OPアンプU2の出力には瞬間的な
ピーク電圧Ep と同じ大きさの直流電圧が発生すること
になる。ここでOPアンプU2は増幅率1のボルテージ
フォロワとして動作する。従ってピーク電圧Ep を直流
電圧計により測定することができる。
【0021】次にディップ電圧Ed は、Ed =Ep −E
s であり、ピーク電圧Ep はすでに検出されているの
で、先ず、ピーク間電圧Es を検出する動作について説
明する。入力Aの電圧をコンデンサC4を通すことによ
り直流電圧成分を取り除き、ピーク電圧Ep とディップ
電圧Ed との間を変動する交流電圧成分をC点に取り出
す。このC点の交流電圧を、ピーク間電圧検出器2に入
力することによってピーク間電圧Es を検出する。この
ピーク間電圧検出器2は、OPアンプU3,U4を具え
たプラス側のピーク検出器、OPアンプU5,U6を具
えたマイナス側のピーク検出器および加算器として使用
されるOPアンプU7から構成されている。
【0022】この回路の動作は、OPアンプU3,U4
を具えたピーク検出器に関しては、ピーク検出器1の動
作と全く同じであり、C点の電圧のプラス側のピーク電
圧をプラスの直流電圧としてD点に取り出す。またOP
アンプU5,U6を具えたピーク検出器に関してはダイ
オードCR3の向きを逆向きにすることにより、C点の
電圧のマイナス側のピーク電圧をマイナスの直流電圧と
してE点に取り出す。このD点とE点の電圧の絶対値
を、OPアンプU7により加算することによってピーク
間電圧Es を直流電圧としてF点に取り出す。
【0023】B点から出力される直流電圧であるピーク
電圧Ep と、このF点の直流電圧との差をOPアンプU
8によりG点に取り出す。従ってこのG点の電圧は、ピ
ーク電圧Ep とF点の電圧(Es )との差であるから、
瞬間的なディップ電圧Ed と同じ大きさの直流電圧とい
うことになる。
【0024】以上のようにして瞬間的な電圧であるピー
ク電圧Ep およびディップ電圧Edを直流電圧として取
り出すことができ、従ってこれらの電圧を汎用の高精度
直流電圧計によって測定することができる。
【0025】以上述べたように本実施例によれば、リッ
プル状波形のピーク電圧とディップ電圧を直流電圧とし
て検出することができるために、これらの電圧を汎用の
高精度直流電圧計を用いて簡単に高精度に測定すること
ができるようになる。従ってパルス状負荷電流時におけ
るバッテリの劣化状態を正確に定量的に判定できるよう
になる。
【0026】図2は、本発明の他の実施例の構成を示す
回路図であり、図1と同一符号のものは同一のものを示
している。また3は、入力電圧をA/D変換するA/D
コンバータおよび演算や表示等の各種処理を行うCPU
を具えた例えば充放電試験器等である。本実施例におい
ては、ピーク電圧Ep からピーク間電圧Es を減算して
ディップ電圧Ed を検出する処理は、充放電試験器3内
のCPUによって行われる。本実施例の構成によれば、
入力インピーダンスが高いA/Dコンバータにピーク電
圧Ep およびこのピーク間電圧Es を出力することにな
る。このため、バッファアンプを省くことができて、4
個のOPアンプ、すなわちOPアンプ4個で構成される
ワンチップ1個を用いることによってピーク電圧Ep
よびディップ電圧Ed を正確に検出することができる。
【0027】本実施例においては、ディップ電圧Ed
CPUのデジタル処理によって検出すること以外の動作
は図1に示した実施例の動作と同様であるのでその説明
は省略する。
【0028】なお、以上述べた実施例においては、パル
ス状の負荷電流時において変動するバッテリ電圧のピー
ク電圧およびディップ電圧を検出しているが、これらの
実施例は、動的負荷時における直流電源装置の出力電圧
の変動率の測定や整流回路の出力電圧のリップル電圧の
測定等に用いても有効に機能する。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によればピー
ク電圧やディップ電圧のような瞬間的な電圧を安定した
直流電圧として常に高精度に検出できて、汎用の高精度
直流電圧計を用いてこれらの電圧を正確に測定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の他の実施例の構成を示す回路図であ
る。
【図3】パルス状の負荷電流Ib の状態と、それに対応
するバッテリの端子間電圧の変化とを示す波形図であ
る。
【符号の説明】
1 ピーク検出器 2 ピーク間電圧検出器 3 充放電試験器 C1〜C4 コンデンサ CR1〜CR3 ダイオード R0〜R11 抵抗 U1〜U8 OPアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−50992(JP,A) 特開 昭53−100869(JP,A) 特開 平5−45386(JP,A) 特開 平4−364489(JP,A) 特開 平5−115131(JP,A) 特開 平5−206921(JP,A) 特開 平3−23726(JP,A) 実開 昭53−87179(JP,U) 実開 昭64−17471(JP,U) 実開 昭63−190969(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 31/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス状の負荷電流時において変動する
    バッテリ電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出手
    段と、 前記バッテリ電圧のピーク電圧とディップ電圧とのピー
    ク間電圧を検出するピーク間電圧検出手段と、 前記ピーク電圧検出手段の出力から前記ピーク間電圧検
    出手段の出力を減算して前記バッテリ電圧のディップ電
    圧を検出するディップ電圧検出手段とを具備したことを
    特徴とするバッテリのピーク電圧およびディップ電圧検
    出装置。
JP5203278A 1993-08-17 1993-08-17 バッテリのピーク電圧およびディップ電圧検出装置 Expired - Lifetime JP2977415B2 (ja)

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KR101972228B1 (ko) * 2017-09-10 2019-04-24 조병학 전기울타리 피크전류 측정기

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