JP5362421B2 - 等価回路素子定数推定方法、その装置及び等価回路素子定数推定プログラム、並びに特性測定方法、その装置及び特性測定プログラム - Google Patents
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Description
Z=V/I ・・・(1)
θ=arg(Z) ・・・(2)
X=|Z・sinθ| ・・・(3)
Y=|Z・cosθ| ・・・(4)
である。直列等価回路(図11)における容量Cと直列抵抗Rは、
C=−1/(2πf・X) ・・・(5)
R=Y ・・・(6)
により求めることができる。
C=−X/(2πf・|Z|2 ) ・・・(7)
R=|Z|2 /Y ・・・(8)
により求めることができる。
R=3.14〔Ω〕、C=1.00249〔μF〕
となる。また、並列等価回路200(図12)を用いて比較的良好な容量値が算出できそうな周波数として例えば、f=1〔kHz〕の周波数で抵抗Rと容量Cを算出すると、
R=198.44〔Ω〕、C=0.970328〔μF〕
となる。直列インダクタンスLや直列抵抗R1 が大きく、並列抵抗R2 が小さくなりがちな太陽電池では、このような誤差が特に大きくなるという問題がある。
J(R1 、R2 、C、L)=Σ|Zm(f)−Zc(f)|2 ・・・(9)
とする。予め設定した各等価回路の素子定数範囲内において、モンテカルロ法を素子定数R1 、R2 、C、Lについて所定の回数Nnに達するまで繰り返す。そして、評価関数Jが最も小さい値を取る素子定数R1 、R2 、C、Lの組み合わせを、数値解析的に算出する(ステップS2)。
R1 =3〔Ω〕、R2 =200〔Ω〕、C=1〔μF〕、L=0.05〔μH〕
とした場合、従来のLCRメータでは前述のように、
直列型等価回路(30〔kHz〕)
C=1.00249〔μF〕、直列抵抗=3.14〔Ω〕
並列型等価回路(1〔kHz〕)
C=0.970328〔μF〕、並列抵抗=198.44〔Ω〕
のように、誤差を生じてしまうのに対し、インピーダンス周波数特性と位相周波数特性を測定値として、上記第1の実施の形態での算出結果は、
R1 =3. 00〔Ω〕、R2 =200. 00〔Ω〕、
C=1. 00002〔μF〕、L=0.05000〔μH〕
である。このことから、従来のLCRメータと比較して、非常に正確な等価回路素子定数値が得られることが確認された。
4 複素インピーダンス測定部
6 素子定数推定部
8 被測定物
10 演算部
12 演算制御部
14 出力処理部
16 第1の素子定数演算部
18 第2の素子定数演算部
20 素子定数組合せ抽出部
22 特性測定装置
28 DCバイアス電源
30 入力部
32 制御部
34 表示部
38 CPU
46 表示画面
48 DCバイアス電圧設定入力部
50 測定範囲入力部
52 CV特性描画部
54 測定開始ボタン
Claims (20)
- 被測定物の複素インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
前記周波数特性の測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を演算する第1の工程と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を演算する第2の工程と、
前記第1の工程及び前記第2の工程の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の工程及び前記第2の工程の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する工程と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する工程と、
を含むことを特徴とする、等価回路素子定数推定方法。 - 前記第1の工程及び前記第2の工程を所定回数だけ繰り返したか否かを判定する工程と、
前記第1の工程及び前記第2の工程を所定回数だけ繰り返した際に、前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する工程、又は前記第1の工程及び前記第2の工程が所定の回数だけ繰り返す前に、前記極小値が所定値を下回った場合に、素子定数の組み合わせを抽出する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の等価回路素子定数推定方法。 - 素子定数を用いて被測定物の特性を測定する特性測定方法であって、
前記被測定物の複素インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
前記周波数特性の測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を算出する第1の工程と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を算出する第2の工程と、
前記第1の工程及び前記第2の工程の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の工程及び前記第2の工程の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する工程と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する工程と、
前記被測定物に対するパラメタを所定の範囲で変化させながら、素子定数を抽出する工程を繰り返す工程と、
を含み、抽出された前記素子定数を用いて前記被測定物に対する前記パラメタと前記被測定物の素子定数との関係を示す特性を測定することを特徴とする、特性測定方法。 - 前記被測定物の等価回路がインダクタンス、容量、抵抗又はコンスタントフェーズエレメントの任意の組み合わせであり、前記素子定数がこれらのいずれか1種以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の等価回路素子定数推定方法又は請求項3に記載の特性測定方法。
- 前記パラメタが、電圧、電流又は温度のいずれか1以上であることを特徴とする、請求項3に記載の特性測定方法。
- 前記被測定物が、太陽電池、電気二重層コンデンサ、燃料電池、一次電池又は二次電池のいずれかであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の等価回路素子定数推定方法又は請求項3に記載の特性測定方法。
- 求める等価回路の素子定数が容量、前記パラメタが電圧、前記被測定物が太陽電池又は電気二重層コンデンサであることを特徴とする、請求項3に記載の特性測定方法。
- 被測定物の複素インピーダンスの周波数特性を測定する測定手段と、
前記周波数特性の測定値をモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を演算する第1の演算手段と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を演算する第2の演算手段と、
前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段による演算の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する出力手段と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する手段と、
を備えることを特徴とする、等価回路素子定数推定装置。 - 前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段を前記繰り返し回数だけ繰り返したか否かを判定する判定手段と、
前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段を前記繰り返し回数だけ繰り返した際に、前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する手段、及び前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段が前記繰り返し回数だけ繰り返す前に、前記極小値が所定値を下回った場合に、素子定数の組み合わせを抽出する手段と、
を含むことを特徴とする、請求項8に記載の等価回路素子定数推定装置。 - 素子定数を用いて被測定物の特性を測定する特性測定装置であって、
前記被測定物の複素インピーダンスの周波数特性を測定する測定手段と、
前記周波数特性の測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を演算する第1の演算手段と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を演算する第2の演算手段と、
前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段による演算の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の演算手段及び前記第2の演算手段の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する出力手段と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する手段と、
前記被測定物にパラメタを所定の範囲で変化させながら、素子定数を抽出することを繰り返すパラメタ設定手段と、
を含み、抽出された前記素子定数を用いて前記被測定物に対する前記パラメタと前記被測定物の素子定数との関係を示す特性を測定することを特徴とする、特性測定装置。 - 求める等価回路素子定数が、インダクタンス、容量、抵抗又はコンスタントフェーズエレメントのいずれか1種以上であることを特徴とする、請求項8又は9に記載の等価回路素子定数推定装置又は請求項10に記載の特性測定装置。
- 前記パラメタが、電圧、電流、温度のいずれか1以上であることを特徴とする、請求項10に記載の特性測定装置。
- 前記被測定物が、太陽電池、電気二重層コンデンサ、燃料電池、一次電池又は二次電池のいずれかであることを特徴とする、請求項8又は9に記載の等価回路素子定数推定装置又は請求項10に記載の特性測定装置。
- 求める前記等価回路素子が容量、前記パラメタが電圧、前記被測定物が太陽電池又は電気二重層コンデンサであることを特徴とする、請求項10に記載の特性測定装置。
- 前記パラメタ設定手段に設定される前記パラメタの入力値又は素子定数設定範囲の入力値を入力する入力部と、
測定開始を指示する指示入力部と、
測定された特性を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする、請求項10に記載の特性測定装置。 - コンピュータによって実行される等価回路素子定数推定プログラムであって、
被測定物の複素インピーダンスの周波数特性の測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を演算する第1の機能部と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を演算する第2の機能部と、
前記第1の機能部及び前記第2の機能部の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の機能部及び前記第2の機能部の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する第3の機能部と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する第4の機能部と、
をコンピュータによって実現することを特徴とする、等価回路素子定数推定プログラム。 - 前記第1の機能部及び前記第2の機能部を所定の回数だけ繰り返したか否かを判定する機能部と、
前記第1の機能部及び前記第2の機能部を所定の回数だけ繰り返した際に、前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する抽出部、及び前記各工程が所定の回数だけ繰り返す前に、前記極小値が所定値を下回った場合に、素子定数の組み合わせを抽出する抽出部と、
をコンピュータによって実現することを特徴とする、請求項16に記載の等価回路素子定数推定プログラム。 - 素子定数を用いて被測定物の特性測定をコンピュータによって実行される特性測定プログラムであって、
前記被測定物の複素インピーダンスの周波数特性の測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を算出する第1の機能部と、
算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を算出する第2の機能部と、
前記第1の機能部及び前記第2の機能部の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ前記第1の機能部及び前記第2の機能部の繰返し回数を繰り返すことにより、素子定数を出力する第3の機能部と、
前記極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する第4の機能部と、
前記被測定物に対して設定されたパラメタを所定の範囲で変化させながら、前記第3の機能部及び前記第4の機能部を繰り返し動作させる動作制御部と、
をコンピュータによって実現し、抽出された前記素子定数を用いて前記被測定物に対する前記パラメタと前記被測定物の素子定数との関係を示す特性を測定することを特徴とする、特性測定プログラム。 - CV特性を得るための演算処理に用いる初期値、終値、変化量、値の範囲の1つ又は複数を含む初期設定値を入力するための入力画面と、前記初期設定値を用いた演算処理結果であるCV特性をグラフ又は表等の形式で出力するための結果表示画面を、コンピュータのディスプレイ装置に表示するための表示部を備えることを特徴とする、請求項18に記載の特性測定プログラム。
- 前記入力画面と前記結果表示画面と測定開始ボタンとを、コンピュータのディスプレイ装置に同時に前記表示部に表示させ、前記測定開始ボタンが押されたときに入力画面により入力された初期設定値を使ってCV特性を得るための演算処理を実行し、演算処理結果を結果表示画面に表示することを特徴とする、請求項19に記載の特性測定プログラム。
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