JP4659296B2 - 蓄電装置の等価並列抵抗測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量コンデンサやバッテリーなどの蓄電装置が備える等価並列抵抗の測定方法に関し、さらに詳しく言えば、その等価並列抵抗を短時間で、より精度よく測定できるようにした蓄電装置の等価並列抵抗測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量コンデンサやバッテリーは蓄電装置として、各種の電気機器に電力を供給する電力供給源として多くの分野で利用されている。その中でも、近年においては、特に大容量コンデンサとしての電気二重層キャパシタは、急速充電が可能なデバイスとして注目されている。
【０００３】
一般的に、蓄電素子はなんらかの固有的なインピーダンスを有しており、それが入出力特性や素子内損失などに関与するため、蓄電装置を使用する上で、そのインピーダンスをあらかじめ測定する必要がある。その一例として、図６に電気二重層キャパシタの等価回路図を示す。
【０００４】
電気二重層キャパシタには、そのキャパシタ（容量）Ｃに付随して等価直列抵抗Ｒｓと等価並列抵抗Ｒｐとが存在する。電気二重層キャパシタを充電する際、キャパシタＣには等価直列抵抗Ｒｓを介して充電電流Ｉａが流れるが、その一部分が漏れ電流Ｉｂとして等価並列抵抗Ｒｐを介してキャパシタＣをバイパスして流れる。
【０００５】
この内、等価直列抵抗Ｒｓは、電気二重層キャパシタを所定の設定電圧Ｅにまで例えば定電流Ｉｃにて充電した後、その端子間を開放して開放電圧ＶＯＰＮを測定し、その際の電圧ドロップ分ＶＤＲＯＰと定電流ＩｃとからＶＤＲＯＰ／Ｉｃなる式により求められる。
【０００６】
等価並列抵抗Ｒｐも電気二重層キャパシタを充電することにより測定される。この場合の充電方式は基本的には定電圧充電であるが、定電圧充電のみであると測定に長時間を要することになるため、先に定電流充電にて所定の設定電圧にまで充電し、その後に定電圧充電に切り替えることにより、測定時間を短縮することが行われている。
【０００７】
図７に、この定電流・定電圧併用充電方式における電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、キャパシタＣの電圧Ｖｃと、電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの波形を示し、これに沿って等価並列抵抗Ｒｐの測定例を説明する。
【０００８】
まず、定電流電源にて電気二重層キャパシタＤＵＴをｔ１時点から定電流Ｉｃにて所定の設定電圧（例えば、定格電圧）Ｅにまで充電する。これにより、電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、その初期電圧Ｖ０から１次直線的に増大していく。
【０００９】
ｔ２時点で端子電圧ＶＤＵＴが設定電圧Ｅに達すると、電気二重層キャパシタＤＵＴが定電流電源より切り離され、その端子間が開放される。このとき、電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、ＶＤＲＯＰ（＝等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉｃ）だけ低下する。
【００１０】
次に、ｔ３時点から定電圧電源より電気二重層キャパシタＤＵＴに設定電圧Ｅを印加して定電圧充電する。この定電圧充電により、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、上記ＶＤＲＯＰ分低下した電圧ＶＣＶＯを初期電圧として、下記数１の式（１）に示す指数関数ｅｘｐにしたがって経時的に変化する。なお、式（１）は、定電圧充電回路に関する微分方程式などにより導出されるが、この導出過程は周知の事柄であるため、その説明は省略する。
【００１１】
【数１】
【００１２】
式（１）においてｔ＝∞とすると、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、下記の式（２）に示すようなほぼ一定の電圧ＶＣＯＮへと収束していく。
ＶＣＯＮ＝ＲＰ／（ＲＳ＋ＲＰ）・Ｅ ・・・・・式（２）
【００１３】
これに伴って、電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴもほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束する。この電流ＩＣＯＮは、下記の式（３）に示すように、印加電圧Ｅと収束電圧ＶＣＯＮとの間の電位差を等価直列抵抗Ｒｓにより除算して得られる。
ＩＣＯＮ＝（Ｅ−ＶＣＯＮ）／ＲＳ ・・・・・式（３）
【００１４】
この式（３）に上記式（２）を代入して整理すると、下記の式（４）に示すように、等価直列抵抗Ｒｓおよび等価並列抵抗Ｒｐに関する関係式が得られる。
Ｒｓ＋Ｒｐ＝Ｅ／ＩＣＯＮ ・・・・・式（４）
【００１５】
多くの場合、等価直列抵抗Ｒｓは等価並列抵抗Ｒｐに比べて極めて小さいため（Ｒｓ≪Ｒｐ）、式（４）に示される関係式は、下記数５の式（５）により近似できる。
Ｒｐ≒Ｅ／ＩＣＯＮ ・・・・・式（５）
【００１６】
このようにして、電気二重層キャパシタＤＵＴを定電圧充電し、その時の収束電流ＩＣＯＮを測定することにより、上記式（５）に基づいて電気二重層キャパシタＤＵＴの等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００１７】
しかしながら、この定電流・定電圧併用充電方式を採用したとしても、依然として、定電圧充電時に電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流がほぼ一定値を示すまで待つ必要がある。そればかりでなく、電流が一定値になったかどうかの判定にも微妙なところがあり、その判定次第で測定値が左右される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、蓄電装置の等価並列抵抗を短時間かつ高精度に測定し得る測定方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はいくつかの特徴を備えている。まず、本願の第１発明は、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記開放端子電圧ＶＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２０】
このように、定電流充電後の定電圧充電時に、開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧を印加することにより、その充電当初から充電電流ＩＣＯＮが一定値となるため、従来のように収束時間を待つことなく、等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００２１】
次に、本願の第２発明においては、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、
再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２２】
この第２発明によれば、第１設定電圧Ｅ１を蓄電装置の例えば定格電圧（満充電電圧）とした場合、定電圧電源よりその定格電圧を印加した状態での等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。なお、第１設定電圧（定格電圧）の測定精度をより高めるには、上記充電電流Ｉ２＜上記充電電流Ｉ１とすることが好ましい。
【００２３】
また、本願の第３発明においては、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、上記開放端子電圧ＶＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、上記定電圧電源よりその初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２４】
この第３発明によれば、電圧印加時の電流方向により、真値にほぼ等しい実際の開放端子電圧が検出されるため、上記第１発明よりも精度よく、等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。なお、測定精度をより高めるには、スイープ電圧を直線的に低下または上昇させることが好ましいが、本発明には階段状に低下または上昇させる場合も含まれる。
【００２５】
また、本願の第４発明は、上記第１ないし第３発明を組み合わせてなるもので、多少測定時間がかかるものの、測定精度においては、もっとも高いものが得られる。
【００２６】
すなわち、本願の第４発明は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源より上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、その初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のいくつかの実施形態について説明する。図１に各実施形態に共通に用いられる測定系を示す。測定試料ＤＵＴは、先の図６の等価回路で示した電気二重層コンデンサである。
【００２８】
電気二重層コンデンサＤＵＴの等価並列抵抗Ｒｐを測定するため、定電流電源１０および定電圧電源２０の２つの充電電源が用いられる。定電流電源１０と定電圧電源２０は、スイッチＳＷにより、電気二重層コンデンサＤＵＴに対して交代的に切り替えられる。
【００２９】
また、制御手段としてのＣＰＵ３０を備えるとともに、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子間には電圧計（電圧モニタ）１１が接続され、定電圧充電系には電流計（電流モニタ）２１が接続される。
【００３０】
ＣＰＵ３０は、電圧計１１および電流計２１の各検出信号に基づいてスイッチＳＷの切り替え制御や各種の演算を行う。ＣＰＵ３０には、操作部３１より充電設定電圧（目標充電電圧）や測定モードなどが入力される。
【００３１】
次に、図２の波形図を参照して、第１実施形態としての測定モードについて説明する。なお、図２には電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、定電流充電時の定電流Ｉおよび定電圧充電時の充電電流（電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流）ＩＤＵＴの各波形が含まれている。
【００３２】
操作部３１より目標充電電圧Ｅが設定されると、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉにて充電する。なお、設定電圧Ｅは測定者により任意に選択されてよいが、電気二重層コンデンサＤＵＴの定格電圧（満充電電圧）付近に設定されることが好ましい。
【００３３】
この定電流充電により、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、その初期電圧Ｖ０からほぼ直線的に増大して行く。端子電圧ＶＤＵＴが設定電圧Ｅに到達すると、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷをニュートラル位置として、電気二重層コンデンサＤＵＴから定電流電源１０を切り離し、電圧計１１から電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧ＶＯＰＮを得る。
【００３４】
次に、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷを定電圧電源２０側に切り替えて、今度は電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧にて充電する。この場合、ＣＰＵ３０は電気二重層コンデンサＤＵＴに印加する定電圧を開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧とする。これにより、等価並列抵抗Ｒｐの測定に要する充電時間を大幅に短縮することができる。
【００３５】
すなわち、この電圧ＶＳＥＴ（＝ＶＯＰＮ）による定電圧充電時において、キャパシタＣの電圧をＶｃ，等価並列抵抗Ｒｐによる漏れ電流をＩｂとすると、ＶＳＥＴ＝Ｖｃ＋Ｒｓ・Ｉｂで表される（Ｒｓは等価直列抵抗）。
【００３６】
ここで、キャパシタＣの初期電圧をＶＣ０として、電圧ＶＳＥＴを印加すると、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、下記数２の式（６）に示す指数関数ｅｘｐにしたがって経時的に変化する。
【００３７】
【数２】
【００３８】
ＶＳＥＴ＝Ｖｃ＋Ｒｓ・Ｉｂ＝Ｖｃ＋（Ｒｓ／Ｒｐ）×ＶＣ０
であるから、上記式（６）は下記数３の式（７）に書き換えられる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
この式（７）によれば充電時間をｔとして、理論的にｔ＝０のときでも、また、ｔ＝∞のときでもＶｃ＝ＶＣ０である。したがって、定電圧ＶＳＥＴの印加後において、すぐさま充電電流ＩＤＵＴがほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束するため、ＶＳＥＴ／ＩＣＯＮなる除算により等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００４１】
上記第１実施形態によれば、等価並列抵抗Ｒｐを短時間で測定できるが、これにより得られる測定値は、測定者が設定した設定電圧Ｅよりも低い電圧時のものである。より設定電圧の精度を求めるならば、次に説明する第２実施形態の測定モードによることが好ましい。
【００４２】
図３に、この第２実施形態の測定モード時における電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、定電流充電時の定電流Ｉ１，Ｉ２および定電圧充電時の充電電流Ｉｃの各波形を示す。
【００４３】
まず、第１回目の定電流充電として、スイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉ１にて所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する。この第１設定電圧Ｅ１は上記第１実施形態と同じく、電気二重層コンデンサＤＵＴの定格電圧付近であることが好ましい。
【００４４】
電気二重層コンデンサＤＵＴを第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、スイッチＳＷをニュートラル位置にして、電圧計１１にて電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧（第１回目）Ｖ１ＯＰＮを測定する。
【００４５】
そして、第１設定電圧Ｅ１と開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧Ｖ１ＤＲＯＰと充電に供された定電流Ｉ１とから、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１なる除算を行って電気二重層コンデンサＤＵＴの等価直列抵抗Ｒｓを求める。
【００４６】
再度、スイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、第２回目の定電流充電として、電気二重層コンデンサＤＵＴを第２設定電圧Ｅ２まで充電する。この第２回目での充電に供される定電流をＩ２とすると、第２設定電圧Ｅ２は、第１設定電圧Ｅ１＋（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２）とされる。
【００４７】
すなわち、第２回目の定電流充電後の開放端子電圧が、第１設定電圧Ｅ１となるように端子開放時のドロップ電圧（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２）を見込んで第２設定電圧Ｅ２が設定される。なお、第２回目の定電流充電時の定電流Ｉ２と第１回目の定電流充電時の定電流Ｉ１は、Ｉ２＜Ｉ１であることが好ましい。
【００４８】
電気二重層コンデンサＤＵＴを第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、スイッチＳＷを再びニュートラル位置にして、電圧計１１にて電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧（第２回目）Ｖ２ＯＰＮを測定する。この開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮは第１設定電圧Ｅ１とほぼ等しい。
【００４９】
そして、スイッチＳＷを定電圧電源２０側に切り替えて、今度は電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧にて充電する。この場合、電気二重層コンデンサＤＵＴに印加する定電圧を開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧（＝第１設定電圧Ｅ１）とする。
【００５０】
これにより、電気二重層コンデンサＤＵＴに、その測定者の所望する電圧（試験電圧）とほぼ等しい定電圧を印加することが可能となり、上記第１実施形態と同じく、定電圧ＶＳＥＴの印加後において、すぐさま充電電流ＩＤＵＴがほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束するため、ＶＳＥＴ／ＩＣＯＮなる除算により等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００５１】
なお、上記各実施形態では、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子開放電圧を電圧計１１により測定し、定電圧充電時にその端子開放電圧と同等の定電圧を印加するようにしているため、電圧計１１の測定精度により等価並列抵抗Ｒｐの測定値が影響を受ける場合がある。
【００５２】
次に説明する第３実施形態の測定モードによれば、電圧計１１によることなく電気二重層コンデンサＤＵＴの端子開放電圧ＶＯＰＮを検出することができる。図４に第３実施形態の測定モード時における波形例を示すが、この例は図２で説明した上記第１実施形態に適用したものである。
【００５３】
まず、定電流電源１０により電気二重層コンデンサＤＵＴを設定電圧Ｅにまで充電した後、定電流電源１０を切り離して端子間を開放して、その開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する。ここまでは、上記第１実施形態と同じである。
【００５４】
次に、定電圧電源２０に切り替えて、開放端子電圧ＶＯＰＮより高い電圧を初期電圧ＥＦとして、定電圧電源２０よりその初期電圧ＥＦから漸次電圧が階段状に低下するスイープ電圧ＶＳを電気二重層コンデンサＤＵＴに印加しながら、電流計２１により電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの方向が逆転する時点、すなわち充電方向から放電方向へと転ずる時点を監視し、その逆転時点におけるスイープ電圧をホールドして、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする。
【００５５】
これによれば、電圧計１１によることなく、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを高精度に検出できる。以後は、上記第１実施形態と同様に、定電圧電源２０にて実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧で電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧充電する。
【００５６】
なお、上記第３実施形態ではスイープ電圧ＶＳを階段状に低下させているが、直線状に低下させてもよく、むしろ直線の方がより精度よく実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出できる。また、定電圧電源２０とは別の電源を用意して、その電源からスイープ電圧ＶＳを得るようにしてもよい。
【００５７】
また、スイープ電圧ＶＳの初期電圧ＥＦを開放端子電圧ＶＯＰＮより低い電圧として、その初期電圧ＥＦを漸次上昇させて、電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの方向が逆転する時点を監視するようにしてもよい。
【００５８】
最後に、図５の波形図を参照して、本発明の第４実施形態の測定モードについて説明する。この第４実施形態は、上記第２実施形態と第３実施形態を組み合わせたものである。
【００５９】
まず、上記第２実施形態と同じく、定電流電源１０により、充電設定電圧をＥ１として電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉ１にて第１回目の定電流充電を行った後、端子開放電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する。そして、そのドロップ電圧Ｖ１ＤＲＯＰと定電流Ｉ１とから等価直列抵抗Ｒｓを求める。
【００６０】
次に、新たな充電目標電圧として第２設定電圧Ｅ２（＝第１設定電圧Ｅ１＋（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２））を設定し、定電流電源１０により、定電流Ｉ２にて第２回目の定電流充電を行う。そして、再び端子開放電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する。
【００６１】
しかる後、上記第３実施形態と同じく、その開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮより高い電圧を初期電圧ＥＦとして、定電圧電源２０よりその初期電圧ＥＦから漸次電圧が例えば階段状に低下するスイープ電圧ＶＳを電気二重層コンデンサＤＵＴに印加しながら、電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流の方向が逆転する時点を監視し、その逆転時点におけるスイープ電圧をホールドして、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出する。
【００６２】
そして、定電圧電源２０より電気二重層コンデンサＤＵＴに実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと等しい定電圧ＶＳＥＴを印加し、その定電圧ＶＳＥＴと充電電流ＩＤＵＴの収束電流ＩＣＯＮとから等価並列抵抗Ｒｐを求める。
【００６３】
上記各実施形態では、測定対象を電気二重層キャパシタとしているが、電池についても同様にして、その等価並列抵抗を求めることができる。電圧測定手段および電流測定手段はアナログ式、ディジタル式のいずれのものでもよい。また、制御手段はＣＰＵ（中央演算処理装置）と同等の機能を有していれば、名称を問わず適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定電流充電と定電圧充電とを併用して電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗を測定するにあたって、まず、定電流電源にて蓄電装置を所定の設定電圧にまで充電した後、蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定し、次に、定電圧電源にて開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧で蓄電装置を充電するようにしたことにより、蓄電装置の等価並列抵抗の測定時間を短縮することができる。
【００６５】
また、定電流充電を２回行い、第１回目の定電流充電後に蓄電装置の等価直列抵抗を求め、第２回目の定電流充電時には、その充電目標電圧を等価直列抵抗によるドロップ電圧を加味して高めに設定するようにしたことにより、等価並列抵抗を測定する際の設定電圧を、測定者が設定したい電圧により近づけることができる。
【００６６】
また、定電流充電後にスイープ電圧を印加しながら、蓄電装置に流れる電流の向きを監視し、その向きが逆転する時点のスイープ電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出するようにしたことによっても、等価並列抵抗をより精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用される測定系を示す回路構成図。
【図２】本発明の第１実施形態を説明するための波形図。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための波形図。
【図４】本発明の第３実施形態を説明するための波形図。
【図５】本発明の第３実施形態を説明するための波形図。
【図６】電気二重層キャパシタの等価回路図。
【図７】従来の測定方法を説明するための波形図。
【符号の説明】
１０ 定電流電源
１１ 電圧計（電圧モニタ）
２０ 定電圧電源
２１ 電流計（電流モニタ）
３０ ＣＰＵ
ＤＵＴ 電気二重層キャパシタ（蓄電装置）
Ｒｓ 等価直列抵抗
Ｒｐ 等価並列抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量コンデンサやバッテリーなどの蓄電装置が備える等価並列抵抗の測定方法に関し、さらに詳しく言えば、その等価並列抵抗を短時間で、より精度よく測定できるようにした蓄電装置の等価並列抵抗測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量コンデンサやバッテリーは蓄電装置として、各種の電気機器に電力を供給する電力供給源として多くの分野で利用されている。その中でも、近年においては、特に大容量コンデンサとしての電気二重層キャパシタは、急速充電が可能なデバイスとして注目されている。
【０００３】
一般的に、蓄電素子はなんらかの固有的なインピーダンスを有しており、それが入出力特性や素子内損失などに関与するため、蓄電装置を使用する上で、そのインピーダンスをあらかじめ測定する必要がある。その一例として、図６に電気二重層キャパシタの等価回路図を示す。
【０００４】
電気二重層キャパシタには、そのキャパシタ（容量）Ｃに付随して等価直列抵抗Ｒｓと等価並列抵抗Ｒｐとが存在する。電気二重層キャパシタを充電する際、キャパシタＣには等価直列抵抗Ｒｓを介して充電電流Ｉａが流れるが、その一部分が漏れ電流Ｉｂとして等価並列抵抗Ｒｐを介してキャパシタＣをバイパスして流れる。
【０００５】
この内、等価直列抵抗Ｒｓは、電気二重層キャパシタを所定の設定電圧Ｅにまで例えば定電流Ｉｃにて充電した後、その端子間を開放して開放電圧ＶＯＰＮを測定し、その際の電圧ドロップ分ＶＤＲＯＰと定電流ＩｃとからＶＤＲＯＰ／Ｉｃなる式により求められる。
【０００６】
等価並列抵抗Ｒｐも電気二重層キャパシタを充電することにより測定される。この場合の充電方式は基本的には定電圧充電であるが、定電圧充電のみであると測定に長時間を要することになるため、先に定電流充電にて所定の設定電圧にまで充電し、その後に定電圧充電に切り替えることにより、測定時間を短縮することが行われている。
【０００７】
図７に、この定電流・定電圧併用充電方式における電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、キャパシタＣの電圧Ｖｃと、電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの波形を示し、これに沿って等価並列抵抗Ｒｐの測定例を説明する。
【０００８】
まず、定電流電源にて電気二重層キャパシタＤＵＴをｔ１時点から定電流Ｉｃにて所定の設定電圧（例えば、定格電圧）Ｅにまで充電する。これにより、電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、その初期電圧Ｖ０から１次直線的に増大していく。
【０００９】
ｔ２時点で端子電圧ＶＤＵＴが設定電圧Ｅに達すると、電気二重層キャパシタＤＵＴが定電流電源より切り離され、その端子間が開放される。このとき、電気二重層キャパシタＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、ＶＤＲＯＰ（＝等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉｃ）だけ低下する。
【００１０】
次に、ｔ３時点から定電圧電源より電気二重層キャパシタＤＵＴに設定電圧Ｅを印加して定電圧充電する。この定電圧充電により、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、上記ＶＤＲＯＰ分低下した電圧ＶＣＶＯを初期電圧として、下記数１の式（１）に示す指数関数ｅｘｐにしたがって経時的に変化する。なお、式（１）は、定電圧充電回路に関する微分方程式などにより導出されるが、この導出過程は周知の事柄であるため、その説明は省略する。
【００１１】
【数１】
式（１）においてｔ＝∞とすると、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、下記の式（２）に示すようなほぼ一定の電圧ＶＣＯＮへと収束していく。
ＶＣＯＮ＝ＲＰ／（ＲＳ＋ＲＰ）・Ｅ ・・・・・式（２）
【００１３】
これに伴って、電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴもほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束する。この電流ＩＣＯＮは、下記の式（３）に示すように、印加電圧Ｅと収束電圧ＶＣＯＮとの間の電位差を等価直列抵抗Ｒｓにより除算して得られる。
ＩＣＯＮ＝（Ｅ−ＶＣＯＮ）／ＲＳ ・・・・・式（３）
【００１４】
この式（３）に上記式（２）を代入して整理すると、下記の式（４）に示すように、等価直列抵抗Ｒｓおよび等価並列抵抗Ｒｐに関する関係式が得られる。
Ｒｓ＋Ｒｐ＝Ｅ／ＩＣＯＮ ・・・・・式（４）
【００１５】
多くの場合、等価直列抵抗Ｒｓは等価並列抵抗Ｒｐに比べて極めて小さいため（Ｒｓ≪Ｒｐ）、式（４）に示される関係式は、下記数５の式（５）により近似できる。
Ｒｐ≒Ｅ／ＩＣＯＮ ・・・・・式（５）
【００１６】
このようにして、電気二重層キャパシタＤＵＴを定電圧充電し、その時の収束電流ＩＣＯＮを測定することにより、上記式（５）に基づいて電気二重層キャパシタＤＵＴの等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００１７】
しかしながら、この定電流・定電圧併用充電方式を採用したとしても、依然として、定電圧充電時に電気二重層キャパシタＤＵＴに流れる電流がほぼ一定値を示すまで待つ必要がある。そればかりでなく、電流が一定値になったかどうかの判定にも微妙なところがあり、その判定次第で測定値が左右される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、蓄電装置の等価並列抵抗を短時間かつ高精度に測定し得る測定方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はいくつかの特徴を備えている。まず、本願の第１発明は、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記開放端子電圧ＶＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２０】
このように、定電流充電後の定電圧充電時に、開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧を印加することにより、その充電当初から充電電流ＩＣＯＮが一定値となるため、従来のように収束時間を待つことなく、等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００２１】
次に、本願の第２発明においては、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、
再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２２】
この第２発明によれば、第１設定電圧Ｅ１を蓄電装置の例えば定格電圧（満充電電圧）とした場合、定電圧電源よりその定格電圧を印加した状態での等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。なお、第１設定電圧（定格電圧）の測定精度をより高めるには、上記充電電流Ｉ２＜上記充電電流Ｉ１とすることが好ましい。
【００２３】
また、本願の第３発明においては、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、上記開放端子電圧ＶＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、上記定電圧電源よりその初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２４】
この第３発明によれば、電圧印加時の電流方向により、真値にほぼ等しい実際の開放端子電圧が検出されるため、上記第１発明よりも精度よく、等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。なお、測定精度をより高めるには、スイープ電圧を直線的に低下または上昇させることが好ましいが、本発明には階段状に低下または上昇させる場合も含まれる。
【００２５】
また、本願の第４発明は、上記第１ないし第３発明を組み合わせてなるもので、多少測定時間がかかるものの、測定精度においては、もっとも高いものが得られる。
【００２６】
すなわち、本願の第４発明は、上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源より上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、その初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のいくつかの実施形態について説明する。図１に各実施形態に共通に用いられる測定系を示す。測定試料ＤＵＴは、先の図６の等価回路で示した電気二重層コンデンサである。
【００２８】
電気二重層コンデンサＤＵＴの等価並列抵抗Ｒｐを測定するため、定電流電源１０および定電圧電源２０の２つの充電電源が用いられる。定電流電源１０と定電圧電源２０は、スイッチＳＷにより、電気二重層コンデンサＤＵＴに対して交代的に切り替えられる。
【００２９】
また、制御手段としてのＣＰＵ３０を備えるとともに、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子間には電圧計（電圧モニタ）１１が接続され、定電圧充電系には電流計（電流モニタ）２１が接続される。
【００３０】
ＣＰＵ３０は、電圧計１１および電流計２１の各検出信号に基づいてスイッチＳＷの切り替え制御や各種の演算を行う。ＣＰＵ３０には、操作部３１より充電設定電圧（目標充電電圧）や測定モードなどが入力される。
【００３１】
次に、図２の波形図を参照して、第１実施形態としての測定モードについて説明する。なお、図２には電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、定電流充電時の定電流Ｉおよび定電圧充電時の充電電流（電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流）ＩＤＵＴの各波形が含まれている。
【００３２】
操作部３１より目標充電電圧Ｅが設定されると、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉにて充電する。なお、設定電圧Ｅは測定者により任意に選択されてよいが、電気二重層コンデンサＤＵＴの定格電圧（満充電電圧）付近に設定されることが好ましい。
【００３３】
この定電流充電により、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴは、その初期電圧Ｖ０からほぼ直線的に増大して行く。端子電圧ＶＤＵＴが設定電圧Ｅに到達すると、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷをニュートラル位置として、電気二重層コンデンサＤＵＴから定電流電源１０を切り離し、電圧計１１から電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧ＶＯＰＮを得る。
【００３４】
次に、ＣＰＵ３０はスイッチＳＷを定電圧電源２０側に切り替えて、今度は電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧にて充電する。この場合、ＣＰＵ３０は電気二重層コンデンサＤＵＴに印加する定電圧を開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧とする。これにより、等価並列抵抗Ｒｐの測定に要する充電時間を大幅に短縮することができる。
【００３５】
すなわち、この電圧ＶＳＥＴ（＝ＶＯＰＮ）による定電圧充電時において、キャパシタＣの電圧をＶｃ，等価並列抵抗Ｒｐによる漏れ電流をＩｂとすると、ＶＳＥＴ＝Ｖｃ＋Ｒｓ・Ｉｂで表される（Ｒｓは等価直列抵抗）。
【００３６】
ここで、キャパシタＣの初期電圧をＶＣ０として、電圧ＶＳＥＴを印加すると、キャパシタＣの電圧Ｖｃは、下記数２の式（６）に示す指数関数ｅｘｐにしたがって経時的に変化する。
【００３７】
【数２】
ＶＳＥＴ＝Ｖｃ＋Ｒｓ・Ｉｂ＝Ｖｃ＋（Ｒｓ／Ｒｐ）×ＶＣ０
であるから、上記式（６）は下記数３の式（７）に書き換えられる。
【００３９】
【数３】
この式（７）によれば充電時間をｔとして、理論的にｔ＝０のときでも、また、ｔ＝∞のときでもＶｃ＝ＶＣ０である。したがって、定電圧ＶＳＥＴの印加後において、すぐさま充電電流ＩＤＵＴがほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束するため、ＶＳＥＴ／ＩＣＯＮなる除算により等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００４１】
上記第１実施形態によれば、等価並列抵抗Ｒｐを短時間で測定できるが、これにより得られる測定値は、測定者が設定した設定電圧Ｅよりも低い電圧時のものである。より設定電圧の精度を求めるならば、次に説明する第２実施形態の測定モードによることが好ましい。
【００４２】
図３に、この第２実施形態の測定モード時における電気二重層コンデンサＤＵＴの端子電圧ＶＤＵＴと、定電流充電時の定電流Ｉ１，Ｉ２および定電圧充電時の充電電流Ｉｃの各波形を示す。
【００４３】
まず、第１回目の定電流充電として、スイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉ１にて所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する。この第１設定電圧Ｅ１は上記第１実施形態と同じく、電気二重層コンデンサＤＵＴの定格電圧付近であることが好ましい。
【００４４】
電気二重層コンデンサＤＵＴを第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、スイッチＳＷをニュートラル位置にして、電圧計１１にて電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧（第１回目）Ｖ１ＯＰＮを測定する。
【００４５】
そして、第１設定電圧Ｅ１と開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧Ｖ１ＤＲＯＰと充電に供された定電流Ｉ１とから、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１なる除算を行って電気二重層コンデンサＤＵＴの等価直列抵抗Ｒｓを求める。
【００４６】
再度、スイッチＳＷを定電流電源１０側に切り替えて、第２回目の定電流充電として、電気二重層コンデンサＤＵＴを第２設定電圧Ｅ２まで充電する。この第２回目での充電に供される定電流をＩ２とすると、第２設定電圧Ｅ２は、第１設定電圧Ｅ１＋（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２）とされる。
【００４７】
すなわち、第２回目の定電流充電後の開放端子電圧が、第１設定電圧Ｅ１となるように端子開放時のドロップ電圧（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２）を見込んで第２設定電圧Ｅ２が設定される。なお、第２回目の定電流充電時の定電流Ｉ２と第１回目の定電流充電時の定電流Ｉ１は、Ｉ２＜Ｉ１であることが好ましい。
【００４８】
電気二重層コンデンサＤＵＴを第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、スイッチＳＷを再びニュートラル位置にして、電圧計１１にて電気二重層コンデンサＤＵＴの開放端子電圧（第２回目）Ｖ２ＯＰＮを測定する。この開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮは第１設定電圧Ｅ１とほぼ等しい。
【００４９】
そして、スイッチＳＷを定電圧電源２０側に切り替えて、今度は電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧にて充電する。この場合、電気二重層コンデンサＤＵＴに印加する定電圧を開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧（＝第１設定電圧Ｅ１）とする。
【００５０】
これにより、電気二重層コンデンサＤＵＴに、その測定者の所望する電圧（試験電圧）とほぼ等しい定電圧を印加することが可能となり、上記第１実施形態と同じく、定電圧ＶＳＥＴの印加後において、すぐさま充電電流ＩＤＵＴがほぼ一定の電流ＩＣＯＮに収束するため、ＶＳＥＴ／ＩＣＯＮなる除算により等価並列抵抗Ｒｐを求めることができる。
【００５１】
なお、上記各実施形態では、電気二重層コンデンサＤＵＴの端子開放電圧を電圧計１１により測定し、定電圧充電時にその端子開放電圧と同等の定電圧を印加するようにしているため、電圧計１１の測定精度により等価並列抵抗Ｒｐの測定値が影響を受ける場合がある。
【００５２】
次に説明する第３実施形態の測定モードによれば、電圧計１１によることなく電気二重層コンデンサＤＵＴの端子開放電圧ＶＯＰＮを検出することができる。図４に第３実施形態の測定モード時における波形例を示すが、この例は図２で説明した上記第１実施形態に適用したものである。
【００５３】
まず、定電流電源１０により電気二重層コンデンサＤＵＴを設定電圧Ｅにまで充電した後、定電流電源１０を切り離して端子間を開放して、その開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する。ここまでは、上記第１実施形態と同じである。
【００５４】
次に、定電圧電源２０に切り替えて、開放端子電圧ＶＯＰＮより高い電圧を初期電圧ＥＦとして、定電圧電源２０よりその初期電圧ＥＦから漸次電圧が階段状に低下するスイープ電圧ＶＳを電気二重層コンデンサＤＵＴに印加しながら、電流計２１により電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの方向が逆転する時点、すなわち充電方向から放電方向へと転ずる時点を監視し、その逆転時点におけるスイープ電圧をホールドして、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする。
【００５５】
これによれば、電圧計１１によることなく、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを高精度に検出できる。以後は、上記第１実施形態と同様に、定電圧電源２０にて実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧のＶＳＥＴ電圧で電気二重層コンデンサＤＵＴを定電圧充電する。
【００５６】
なお、上記第３実施形態ではスイープ電圧ＶＳを階段状に低下させているが、直線状に低下させてもよく、むしろ直線の方がより精度よく実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出できる。また、定電圧電源２０とは別の電源を用意して、その電源からスイープ電圧ＶＳを得るようにしてもよい。
【００５７】
また、スイープ電圧ＶＳの初期電圧ＥＦを開放端子電圧ＶＯＰＮより低い電圧として、その初期電圧ＥＦを漸次上昇させて、電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流ＩＤＵＴの方向が逆転する時点を監視するようにしてもよい。
【００５８】
最後に、図５の波形図を参照して、本発明の第４実施形態の測定モードについて説明する。この第４実施形態は、上記第２実施形態と第３実施形態を組み合わせたものである。
【００５９】
まず、上記第２実施形態と同じく、定電流電源１０により、充電設定電圧をＥ１として電気二重層コンデンサＤＵＴを定電流Ｉ１にて第１回目の定電流充電を行った後、端子開放電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する。そして、そのドロップ電圧Ｖ１ＤＲＯＰと定電流Ｉ１とから等価直列抵抗Ｒｓを求める。
【００６０】
次に、新たな充電目標電圧として第２設定電圧Ｅ２（＝第１設定電圧Ｅ１＋（等価直列抵抗Ｒｓ×定電流Ｉ２））を設定し、定電流電源１０により、定電流Ｉ２にて第２回目の定電流充電を行う。そして、再び端子開放電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する。
【００６１】
しかる後、上記第３実施形態と同じく、その開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮより高い電圧を初期電圧ＥＦとして、定電圧電源２０よりその初期電圧ＥＦから漸次電圧が例えば階段状に低下するスイープ電圧ＶＳを電気二重層コンデンサＤＵＴに印加しながら、電気二重層コンデンサＤＵＴに流れる電流の方向が逆転する時点を監視し、その逆転時点におけるスイープ電圧をホールドして、実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出する。
【００６２】
そして、定電圧電源２０より電気二重層コンデンサＤＵＴに実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと等しい定電圧ＶＳＥＴを印加し、その定電圧ＶＳＥＴと充電電流ＩＤＵＴの収束電流ＩＣＯＮとから等価並列抵抗Ｒｐを求める。
【００６３】
上記各実施形態では、測定対象を電気二重層キャパシタとしているが、電池についても同様にして、その等価並列抵抗を求めることができる。電圧測定手段および電流測定手段はアナログ式、ディジタル式のいずれのものでもよい。また、制御手段はＣＰＵ（中央演算処理装置）と同等の機能を有していれば、名称を問わず適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定電流充電と定電圧充電とを併用して電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗を測定するにあたって、まず、定電流電源にて蓄電装置を所定の設定電圧にまで充電した後、蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定し、次に、定電圧電源にて開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧で蓄電装置を充電するようにしたことにより、蓄電装置の等価並列抵抗の測定時間を短縮することができる。
【００６５】
また、定電流充電を２回行い、第１回目の定電流充電後に蓄電装置の等価直列抵抗を求め、第２回目の定電流充電時には、その充電目標電圧を等価直列抵抗によるドロップ電圧を加味して高めに設定するようにしたことにより、等価並列抵抗を測定する際の設定電圧を、測定者が設定したい電圧により近づけることができる。
【００６６】
また、定電流充電後にスイープ電圧を印加しながら、蓄電装置に流れる電流の向きを監視し、その向きが逆転する時点のスイープ電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮを検出するようにしたことによっても、等価並列抵抗をより精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用される測定系を示す回路構成図。
【図２】本発明の第１実施形態を説明するための波形図。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための波形図。
【図４】本発明の第３実施形態を説明するための波形図。
【図５】本発明の第３実施形態を説明するための波形図。
【図６】電気二重層キャパシタの等価回路図。
【図７】従来の測定方法を説明するための波形図。
【符号の説明】
１０ 定電流電源
１１ 電圧計（電圧モニタ）
２０ 定電圧電源
２１ 電流計（電流モニタ）
３０ ＣＰＵ
ＤＵＴ 電気二重層キャパシタ（蓄電装置）
Ｒｓ 等価直列抵抗
Ｒｐ 等価並列抵抗
Claims (6)
- 電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、
上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、
上記定電圧電源にて上記開放端子電圧ＶＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、
上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記開放端子電圧ＶＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴とする蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。 - 電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、
上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、
上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、
再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、
上記定電圧電源にて上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、
上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴とする蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。 - 上記充電電流Ｉ２＜上記充電電流Ｉ１とする請求項２に記載の蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。
- 電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、
上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の設定電圧Ｅにまで充電する定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記設定電圧Ｅにまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の開放端子電圧ＶＯＰＮを測定する開放端子電圧測定ステップと、
上記開放端子電圧ＶＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、上記定電圧電源よりその初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、
上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、
上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴とする蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。 - 上記スイープ電圧を階段状もしくは直線的に低下または上昇させる請求項４に記載の蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。
- 電気二重層キャパシタなどの蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを測定するにあたって、充電電源としての定電流電源および定電圧電源と、電圧測定手段と、電流測定手段と、制御手段とを含み、上記制御手段は、
上記定電流電源にて上記蓄電装置を所定の第１設定電圧Ｅ１にまで充電する第１定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記第１設定電圧Ｅ１にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮを測定する第１開放端子電圧測定ステップと、
上記第１定電流充電ステップにおける充電電流をＩ１とし、上記第１設定電圧Ｅ１と上記第１開放端子電圧Ｖ１ＯＰＮとの差であるドロップ電圧をＶＤＲＯＰとして、ＶＤＲＯＰ／Ｉ１から上記蓄電装置の等価直列抵抗Ｒｓを求める等価直列抵抗測定ステップと、
再度、上記定電流電源より充電電流Ｉ２で上記蓄電装置を第２設定電圧Ｅ２（上記第１設定電圧Ｅ１＋（上記等価直列抵抗Ｒｓ×上記充電電流Ｉ２））にまで充電する第２定電流充電ステップと、
上記蓄電装置を上記第２設定電圧Ｅ２にまで充電した後、上記蓄電装置の端子間を開放し上記電圧測定手段にて上記蓄電装置の第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮを測定する第２開放端子電圧測定ステップと、
上記定電圧電源より上記第２開放端子電圧Ｖ２ＯＰＮより高い電圧または低い電圧を初期電圧として、その初期電圧から漸次電圧がそれぞれ低下または上昇するスイープ電圧を上記蓄電装置に印加しながら、上記電流測定手段にて上記蓄電装置に流れる電流の方向が充電する方向から放電する方向または放電する方向から充電する方向へと逆転する時点を監視し、その逆転時点における電圧をもって実開放端子電圧ＶＲＯＰＮとする実開放端子電圧測定ステップと、
上記定電圧電源にて上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮと同電圧で上記蓄電装置を充電する定電圧充電ステップとを順次実行するとともに、
上記電流測定手段にて上記定電圧充電ステップの任意の時点における充電電流ＩＣＯＮを測定し、上記実開放端子電圧ＶＲＯＰＮ／上記充電電流ＩＣＯＮなる演算を行って上記蓄電装置の等価並列抵抗Ｒｐを求めることを特徴とする蓄電装置の等価並列抵抗測定方法。
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