JP5940389B2 - AC resistance measuring device and AC resistance measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象の交流抵抗を測定する交流抵抗測定装置および交流抵抗測定方法に関するものである。 The present invention relates to an AC resistance measuring device and an AC resistance measuring method for measuring an AC resistance to be measured.
この種の測定装置として、下記の特許文献1において従来の技術として開示された測定装置(劣化判定装置)が知られている。この測定装置は、測定対象としてのバッテリーパック内の実効抵抗の抵抗値を測定する抵抗測定部を備えており、この抵抗測定部が、交流四端子法に従ってバッテリーパック内の実効抵抗を測定する。
As this type of measurement apparatus, a measurement apparatus (degradation determination apparatus) disclosed as a conventional technique in
具体的には、抵抗測定部は、一対のプローブを介してバッテリーパックに例えば1kHzの交流定電流を供給し、この際にバッテリーパックの両端に生じる交流電圧を各プローブを介して入力する。次いで、抵抗測定部は、供給している交流定電流の基準信号電圧と入力した交流電圧とを互いに乗算し、乗算して得られた信号をローパスフィルタを通過させることにより、バッテリーパック内の実効抵抗によって生じた電力損失を算出する。この場合、交流定電流の電流値が予め決定されているため、その電流値の二乗の値で算出した電力損失を除算することにより、実効抵抗の抵抗値が測定される。 Specifically, the resistance measurement unit supplies an AC constant current of, for example, 1 kHz to the battery pack via a pair of probes, and inputs an AC voltage generated at both ends of the battery pack at this time via each probe. Next, the resistance measurement unit multiplies the reference signal voltage of the supplied AC constant current by the input AC voltage, and passes the signal obtained by the multiplication through the low-pass filter, so that the effective in the battery pack is obtained. Calculate the power loss caused by the resistance. In this case, since the current value of the AC constant current is determined in advance, the resistance value of the effective resistance is measured by dividing the power loss calculated by the square value of the current value.
この測定装置によれば、供給している交流定電流の基準信号電圧と入力した交流電圧とを互いに乗算する構成、すなわち、交流定電流の基準信号電圧(基準信号)で同期検波する構成を採用しているため、交流定電流と同じ周波数成分を取り出すことができる結果、ノイズの影響を大幅に低減することが可能となっている。 According to this measuring apparatus, a configuration in which the supplied AC voltage reference signal voltage and the input AC voltage are multiplied with each other, that is, a configuration in which synchronous detection is performed using the AC constant current reference signal voltage (reference signal) is adopted. As a result, the same frequency component as that of the AC constant current can be extracted, so that the influence of noise can be greatly reduced.
ところが、上記の測定装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、この測定装置では、交流定電流の基準信号電圧(基準信号)と同じ周波数のノイズについては、たとえ同期検波しても低減することは困難である。このため、この測定装置には、このようなノイズが発生している状況下では、このノイズの影響を受けて測定精度が低下するという改善すべき課題が存在している。 However, the above measuring apparatus has the following problems to be improved. That is, in this measuring apparatus, it is difficult to reduce noise having the same frequency as the reference signal voltage (reference signal) of the AC constant current even if synchronous detection is performed. For this reason, this measuring apparatus has a problem to be improved that, under the situation where such noise is generated, the measurement accuracy is lowered due to the influence of the noise.
本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、測定対象に供給する交流電流と同じ周波数のノイズが存在する状態においても十分な測定精度を確保し得る交流抵抗測定装置および交流抵抗測定方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to improve such a problem, and an AC resistance measurement device and an AC resistance measurement capable of ensuring sufficient measurement accuracy even in the presence of noise having the same frequency as the AC current supplied to the object to be measured. The main purpose is to provide a method.
上記目的を達成すべく請求項1記載の交流抵抗測定装置は、測定対象に交流電流を供給する電流源と、当該交流電流の供給状態において前記測定対象に発生する交流電圧を検出する電圧検出部と、当該検出された交流電圧を前記交流電流に同期する基準信号で同期検波して検波信号を出力する同期検波部と、前記検波信号の直流成分を抽出するフィルタ部と、当該抽出された直流成分および前記交流電流の電流値に基づいて前記測定対象の交流抵抗値を算出する処理部とを備えている交流抵抗測定装置であって、前記電流源は、前記交流電流の電流値を第1電流値、および当該第1電流値とは異なる第2電流値のうちの一方に切替可能に構成され、前記処理部は、前記第1電流値の前記交流電流の供給状態において前記フィルタ部から出力される前記直流成分としての第1直流成分、前記第1電流値、前記第2電流値の前記交流電流の供給状態において前記フィルタ部から出力される前記直流成分としての第2直流成分、および前記第2電流値に基づいて前記交流抵抗値を算出する。
In order to achieve the above object, an AC resistance measuring device according to
また、請求項2記載の交流抵抗測定装置は、請求項1記載の交流抵抗測定装置において、前記同期検波部は、信号反転器と切替器とを備えて構成されて、前記検出された交流電圧の極性を前記信号反転器で反転して反転交流電圧を生成すると共に当該交流電圧と当該反転交流信号とを前記切替器で前記基準信号に同期して切り替えることによって前記検波信号として出力し、前記処理部は、等価的に、前記第1電流値をI1とし、前記第1直流成分をVdc1とし、前記第2電流値をI2とし、前記第2直流成分をVdc2としたときに、下記式に基づいて前記交流抵抗値を算出する。
π/2×(Vdc1−Vdc2)/(I1−I2)
The AC resistance measurement device according to
π / 2 × (Vdc1−Vdc2) / (I1−I2)
また、請求項3記載の交流抵抗測定装置は、請求項1記載の交流抵抗測定装置において、前記同期検波部は、乗算器を備えて構成されて、前記交流電流を前記基準信号として入力すると共に、前記検出された交流電圧と当該交流電流とを前記乗算器で乗算して前記検波信号として出力し、前記処理部は、等価的に、前記第1直流成分を前記第1電流値の二乗値で除算して第1除算値を算出すると共に前記第2直流成分を前記第2電流値の二乗値で除算して第2除算値を算出し、当該第1電流値をI1とし、当該第1除算値をA1とし、当該第2電流値をI2とし、当該第2除算値をA2としたときに、下記式に基づいて前記交流抵抗値を算出する。
2×(I1×A1−I2×A2)/(I1−I2)
The AC resistance measurement device according to
2 × (I1 × A1-I2 × A2) / (I1-I2)
また、請求項4記載の交流抵抗測定方法は、測定対象に交流電流を供給している状態において当該測定対象に発生する交流電圧を検出し、前記検出された交流電圧を前記交流電流に同期する基準信号で同期検波して検波信号を出力し、当該検波信号の直流成分を抽出し、当該抽出した直流成分および前記交流電流の電流値に基づいて前記測定対象の交流抵抗値を算出する交流抵抗測定方法であって、第1電流値の前記交流電流の供給状態において抽出した前記直流成分としての第1直流成分、前記第1電流値、当該第1電流値とは異なる第2電流値の前記交流電流の供給状態において抽出した前記直流成分としての第2直流成分、および前記第2電流値に基づいて前記交流抵抗値を算出する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an AC resistance measurement method that detects an AC voltage generated in the measurement target in a state where an AC current is supplied to the measurement target, and synchronizes the detected AC voltage with the AC current. AC resistance for synchronous detection with a reference signal, outputting a detection signal, extracting a DC component of the detection signal, and calculating an AC resistance value of the measurement object based on the extracted DC component and the current value of the AC current In the measurement method, the first direct current component as the direct current component extracted in the supply state of the alternating current of the first current value, the first current value, and the second current value different from the first current value. The AC resistance value is calculated based on the second DC component as the DC component extracted in the supply state of the AC current and the second current value.
請求項1記載の交流抵抗測定装置および請求項4記載の交流抵抗測定方法では、ノイズ電圧の影響を受けることなく交流抵抗値を算出する。具体的には、請求項2,3記載の交流抵抗測定装置のように、パラメータとしてノイズ電圧を含まない交流抵抗値の算出のための式を用いて交流抵抗値を算出する。したがって、これらの交流抵抗測定装置および交流抵抗測定方法によれば、測定対象の両端間に発生する交流電圧にノイズが含まれており、かつこのノイズの周波数が交流電流と同じ周波数である場合においても、ノイズの振幅が一定であると見なせるときには、このノイズの影響を受けることなく、交流抵抗値を十分な測定精度で測定することができる。
In the AC resistance measuring device according to
以下、交流抵抗測定装置および交流抵抗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。なお、本例では、測定対象としての電池の交流抵抗値を測定する例を挙げて説明する。 Hereinafter, embodiments of an AC resistance measuring device and an AC resistance measuring method will be described with reference to the accompanying drawings. In this example, an example in which the AC resistance value of a battery as a measurement target is measured will be described.
(第1の実施の形態)
最初に、交流抵抗測定装置(以下、単に「測定装置」ともいう)1の構成について、図1を参照して説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of an AC resistance measuring device (hereinafter also simply referred to as “measuring device”) 1 will be described with reference to FIG.
測定装置1は、図1に示すように、一例として、電流源2、電圧検出部3、同期検波部4、フィルタ部5、A/D変換部6、処理部7および出力部8を備え、測定対象(本例では電池)9の交流抵抗値(交流実効抵抗値)Rxを測定可能に構成されている。また、本例では、測定対象9が電池のため、測定対象9から測定装置1への直流電圧の印加を阻止するコンデンサC1,C2,C3が、電流源2と測定対象9との間、および電圧検出部3と測定対象9との間に配設されている。なお、電池とは異なり、直流電圧を常時出力する構成ではないものが測定対象9のときには、コンデンサC1,C2,C3を省くことが可能である。
As shown in FIG. 1, the
電流源2は、交流電流源で構成されて、測定対象9にコンデンサC1を介して交流電流Iを供給可能に構成されている。また、電流源2は、交流電流Iを、その周波数を一定に維持した状態において、処理部7からの制御により、その電流値(振幅)を、既知の第1電流値I1と、この第1電流値I1とは異なる既知の第2電流値I2の少なくとも2段階に切替可能に構成されている。すなわち、電流源2は、交流電流Iとして、I1×sin(w1×t)と、I2×sin(w1×t)とを切り替えて出力する。なお、角速度w1は、交流電流Iの周波数をf1としたときに、2×π×f1で表される。また、電流源2は、交流電流Iに同期した基準信号Sr(本例では、電圧検出部3から出力される後述の検出信号S1と同位相となるように位相が調整されてデューティ比が0.5の矩形波信号)を生成して、同期検波部4に出力する。なお、発明の理解を容易にするため、各C1,C2,C3や電圧検出部3などの測定装置1の各構成要素での信号遅延はないものとする。
The
電圧検出部3は、交流電流Iの供給状態において測定対象9の両端間に発生する交流電圧VobをコンデンサC2,C3を介して検出すると共に、交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて(具体的には、比例して)電圧値が変化する検出信号S1を出力する。この場合、この交流電圧Vobは、基本的には、測定対象9の交流抵抗値Rxに交流電流Iが流れることによって発生する交流電圧で構成される。つまり、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、交流電圧Vobは、Rx×I1×sin(w1×t)で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、交流電圧Vobは、Rx×I2×sin(w1×t)で表される。
The
一方、外来ノイズの影響を受けて測定対象9の両端間にノイズ電圧Vn(電圧値もVnで表す)が発生しているときには、交流電圧Vobは、上記のRx×I1×sin(w1×t)またはRx×I2×sin(w1×t)にノイズ電圧Vnが加算された信号となる。このため、電圧検出部3は、この交流電圧Vobを検出して、この交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する検出信号S1を出力する。この場合、ノイズ電圧Vnは、様々な周波数成分で構成されるが、一例として、交流電流Iの周波数f1と同じ周波数成分(Vn×sin(w1×t))と、振幅(ノイズ電圧値)が同じであって周波数f1以外の周波数成分(一例として、周波数f2の周波数成分:Vn×sin(w2×t)。なお、角速度w2=2×π×f2)とで構成されているものとする。したがって、外来ノイズの影響を受けているときの交流電圧Vobは、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、Rx×I1×sin(w1×t)+Vn×[sin(w1×t)+sin(w2×t)]で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、Rx×I2×sin(w1×t)+Vn×[sin(w1×t)+sin(w2×t)]で表される。
On the other hand, when the noise voltage Vn (the voltage value is also expressed by Vn) is generated between both ends of the
同期検波部4は、一例として、図2に示すように、信号反転器11と切替器12とを備えて構成されて、電圧検出部3から出力される検出信号S1の極性を信号反転器11で反転して反転交流信号(反転交流電圧)S1aを生成すると共に、検出信号S1と反転交流信号S1aとを切替器12で基準信号Srに同期して切り替えることによって検波信号S2として出力する。
As an example, the
この構成により、検波信号S2は、検出信号S1を全波整流して得られる信号(つまり、検出信号S1の絶対値|S1|を示す信号)と同等となる。この場合、正弦波信号である検出信号S1の絶対値|S1|は、S1をsinxとしたときに、下記式で表される。
|S1|
=|sinx|
=2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2nx)/(4n2−1))
With this configuration, the detection signal S2 is equivalent to a signal obtained by full-wave rectification of the detection signal S1 (that is, a signal indicating the absolute value | S1 | of the detection signal S1). In this case, the absolute value | S1 | of the detection signal S1, which is a sine wave signal, is expressed by the following equation when S1 is sinx.
| S1 |
= | Sinx |
= 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2nx) / (4n 2 −1))
これにより、測定対象9に上記のノイズ電圧が発生している場合であって、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、検波信号S2は、
Rx×I1×|sin(w1×t)|+Vn×[|sin(w1×t)|+|sin(w2×t)|]
=Rx×I1×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w1×t)/(4n2−1))
+Vn×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w1×t)/(4n2−1))
+Vn×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w2×t)/(4n2−1))
で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、検波信号S2は、
Rx×I2×|sin(w1×t)|+Vn×[|sin(w1×t)|+|sin(w2×t)|]
=Rx×I2×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w1×t)/(4n2−1))
+Vn×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w1×t)/(4n2−1))
+Vn×2/π×(1−2×Σ[n=1,∞](cos2n×w2×t)/(4n2−1))
で表される。
Thereby, when the above-described noise voltage is generated in the
Rx × I1 × | sin (w1 × t) | + Vn × [| sin (w1 × t) | + | sin (w2 × t) |]
= Rx × I1 × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w1 × t) / (4n 2 −1))
+ Vn × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w1 × t) / (4n 2 −1))
+ Vn × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w2 × t) / (4n 2 −1))
When the current value of the alternating current I is the second current value I2, the detection signal S2 is
Rx × I2 × | sin (w1 × t) | + Vn × [| sin (w1 × t) | + | sin (w2 × t) |]
= Rx × I2 × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w1 × t) / (4n 2 −1))
+ Vn × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w1 × t) / (4n 2 −1))
+ Vn × 2 / π × (1-2 × Σ [n = 1, ∞] (cos2n × w2 × t) / (4n 2 −1))
It is represented by
フィルタ部5は、ローパスフィルタで構成されて、検波信号S2の直流成分Vdcを抽出して出力する。この構成により、測定対象9に上記のノイズ電圧が発生している場合であって、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの直流成分Vdc(第1直流成分Vdc1)は、
Vdc1=Rx×I1×2/π+Vn×4/π
で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの直流成分Vdc(第2直流成分Vdc2)は、
Vdc2=Rx×I2×2/π+Vn×4/π
で表される。
The filter unit 5 is composed of a low-pass filter, and extracts and outputs the DC component Vdc of the detection signal S2. With this configuration, the DC voltage Vdc (first DC component Vdc1) when the noise voltage is generated in the
Vdc1 = Rx × I1 × 2 / π + Vn × 4 / π
The DC component Vdc (second DC component Vdc2) when the current value of the AC current I is the second current value I2 is
Vdc2 = Rx × I2 × 2 / π + Vn × 4 / π
It is represented by
A/D変換部6は、直流成分Vdc(第1直流成分Vdc1または第2直流成分Vdc2)を予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、直流成分Vdcの電圧値を示す電圧データDvに変換して処理部7に出力する。
The A /
処理部7は、CPUおよびメモリ(いずれも図示せず)を備え、交流抵抗値Rxを測定する抵抗測定処理、および測定した交流抵抗値Rxの出力処理を実行する。この場合、メモリには、既知である第1電流値I1および第2電流値と、交流抵抗値Rxを算出するための下記の式(1)とが予め記憶されている。
Rx=π/2×(Vdc1−Vdc2)/(I1−I2) ・・・(1)
The
Rx = π / 2 × (Vdc1−Vdc2) / (I1−I2) (1)
この抵抗測定処理において、処理部7は、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの電圧データDvに基づいて、第1直流成分Vdc1を算出する。また、処理部7は、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの電圧データDvに基づいて、第2直流成分Vdc2を算出する。また、処理部7は、算出した各直流成分Vdc1,Vdc2と、既知の各電流値I1,I2とを上記した交流抵抗値Rxの式(1)に代入して、交流抵抗値Rxを算出する。
In this resistance measurement process, the
ここで、ノイズ電圧Vnの電圧値が変動していたとしても、電圧検出部3による第1電流値I1のときの検出信号S1の検出の開始から、第2電流値I2のときの検出信号S1の検出の終了までの期間を十分に短くすることにより、この期間においてノイズ電圧Vnの電圧値がほぼ一定となる状態にすることが可能である。したがって、ノイズ電圧Vnの電圧値が一定であると見なせる場合には、上記した各直流成分Vdc1,Vdc2の各式から、ノイズ電圧Vnを消去して、交流抵抗値Rxについて解くことにより、上記の交流抵抗値Rxを算出するための式(1)が得られる。
Here, even if the voltage value of the noise voltage Vn fluctuates, the detection signal S1 at the second current value I2 from the start of detection of the detection signal S1 at the first current value I1 by the
出力部8は、一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部7で測定された交流抵抗値Rxを画面上に表示する。なお、出力部8は、表示装置に代えて、外部装置とデータ通信を行うインターフェース装置で構成して、この外部装置に交流抵抗値Rxを出力する構成を採用することもできる。
For example, the
次に、測定装置1による測定対象9についての交流抵抗値Rxの測定動作について図面を参照して説明する。
Next, the measurement operation of the AC resistance value Rx for the
交流抵抗値Rxの測定に際して、測定装置1では、処理部7が、図3に示す抵抗測定処理50を実行する。この抵抗測定処理50では、処理部7は、まず、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの検出信号S1の検出処理を実行する(ステップ51)。この検出処理では、処理部7は、電流源2に対する制御を実行することにより、電流源2に対して第1電流値I1の交流電流Iの測定対象9への供給を開始させる。この場合、電流源2は、第1電流値I1の交流電流Iの供給開始に併せて、基準信号Sr(位相が調整された矩形波信号)の同期検波部4への出力を開始する。
In the measurement of the AC resistance value Rx, in the measuring
これにより、電圧検出部3が、測定対象9に発生する交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する検出信号S1を出力し、同期検波部4が、この検出信号S1を電流源2から出力される基準信号Srで同期検波して検波信号S2を生成すると共にフィルタ部5に出力し、フィルタ部5が、この検波信号S2の第1直流成分Vdc1を出力し、A/D変換部6が、この第1直流成分Vdc1の電圧値を示す電圧データDvを処理部7に出力する。処理部7は、この電圧データDvを入力すると共に、第1電流値I1に対応させて記憶する。これにより、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの検出信号S1の検出処理が完了する。
As a result, the
次いで、処理部7は、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの検出信号S1の検出処理を実行する(ステップ52)。この検出処理では、処理部7は、電流源2に対する制御を実行することにより、電流源2に対して第2電流値I2の交流電流Iの測定対象9への供給を開始させる。この場合、電流源2は、第2電流値I2の交流電流Iの供給開始に併せて、基準信号Sr(位相が調整された矩形波信号)の同期検波部4への出力を開始する。
Next, the
これにより、電圧検出部3が、測定対象9に発生する交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する検出信号S1を出力し、同期検波部4が、この検出信号S1を電流源2から出力される基準信号Srで同期検波して検波信号S2を生成すると共にフィルタ部5に出力し、フィルタ部5が、この検波信号S2の第2直流成分Vdc2を出力し、A/D変換部6が、この第2直流成分Vdc2の電圧値を示す電圧データDvを処理部7に出力する。処理部7は、この電圧データDvを入力すると共に、第2電流値I2に対応させて記憶する。これにより、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの検出信号S1の検出処理が完了する。
As a result, the
続いて、処理部7は、交流抵抗値Rxの算出処理を実行する(ステップ53)。この算出処理では、処理部7は、記憶した第1直流成分Vdc1の電圧値を示す電圧データDvに基づいて第1直流成分Vdc1を算出すると共に、記憶した第2直流成分Vdc2の電圧値を示す電圧データDvに基づいて第2直流成分Vdc2を算出し、この算出した各直流成分Vdc1,Vdc2と、既知の各電流値I1,I2とを上記した交流抵抗値Rxの式(1)に代入して、交流抵抗値Rxを算出する。また、処理部7は、算出した交流抵抗値Rxをメモリに記憶する。これにより、抵抗測定処理50が完了する。
Subsequently, the
最後に、処理部7は、出力処理を実行して、算出した交流抵抗値Rxを出力部8の画面上に、測定した測定対象9の交流抵抗値Rxとして表示させる。以上により、測定対象9の交流抵抗値Rxについての測定が完了する。
Finally, the
このように、この交流抵抗測定装置1および交流抵抗測定方法では、測定対象9に供給する交流電流Iの電流値を第1電流値I1と第2電流値I2とに切り替えると共に、各電流値I1,I2での各直流成分Vdc1,Vdc2を算出し、各電流値I1,I2および各直流成分Vdc1,Vdc2にのみ基づいて、つまり、ノイズ電圧Vnの影響を受けることなく交流抵抗値Rxを算出(測定)する。具体的には、各電流値I1,I2および各直流成分Vdc1,Vdc2を、パラメータとしてノイズ電圧Vnを含まない上記の交流抵抗値Rxの式(1)に代入して、交流抵抗値Rxを算出(測定)する。
As described above, in the AC
したがって、この交流抵抗測定装置1および交流抵抗測定方法によれば、測定対象9の両端間に発生する交流電圧Vobにノイズ電圧Vnが含まれており、かつこのノイズ電圧Vnの周波数が交流電流Iと同じ周波数である場合においても、ノイズ電圧Vnの振幅が一定であると見なせるときには、このノイズ電圧Vnの影響を受けることなく、交流抵抗値Rxを十分な測定精度で算出(測定)することができる。
Therefore, according to the AC
(第2の実施の形態)
最初に、交流抵抗測定装置(以下、単に「測定装置」ともいう)1Aの構成について、図1を参照して説明する。なお、測定装置1と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
First, the configuration of an AC resistance measuring device (hereinafter also simply referred to as “measuring device”) 1A will be described with reference to FIG. In addition, about the structure same as the measuring
測定装置1Aは、図1に示すように、一例として、電流源2A、電圧検出部3、同期検波部4A、フィルタ部5、A/D変換部6、処理部7Aおよび出力部8を備え、測定対象9の交流抵抗値Rxを測定可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
電流源2Aは、交流電流源で構成されて、測定対象9にコンデンサC1を介して交流電流Iを供給可能に構成されている。また、電流源2Aは、交流電流Iを、その周波数を一定に維持した状態において、処理部7Aからの制御により、その電流値(振幅)を、既知の第1電流値I1と、この第1電流値I1とは異なる既知の第2電流値I2の少なくとも2段階に切替可能に構成されている。すなわち、電流源2Aは、交流電流Iとして、I1×sin(w1×t)と、I2×sin(w1×t)とを切り替えて出力する。また、電流源2Aは、交流電流Iに同期した基準信号Sr(本例では、電圧検出部3から出力される後述の検出信号S1と同位相となるように位相が調整された交流電流I)を生成して、同期検波部4Aに出力する。
The
電圧検出部3は、測定対象9の両端間に発生する交流電圧Vobを検出して、検出信号S1を出力する。この場合、この交流電圧Vobは、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、Rx×I1×sin(w1×t)で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、Rx×I2×sin(w1×t)で表される。
The
一方、外来ノイズの影響を受けて測定対象9の両端間にノイズ電圧Vn(電圧値もVnで表す)が発生しているときには、交流電圧Vobは、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、Rx×I1×sin(w1×t)+Vn×[sin(w1×t)+sin(w2×t)]で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、Rx×I2×sin(w1×t)+Vn×[sin(w1×t)+sin(w2×t)]で表される。
On the other hand, when the noise voltage Vn (the voltage value is also expressed by Vn) is generated between both ends of the
同期検波部4Aは、図4に示すように乗算器21を備えて構成されて、電圧検出部3から出力される検出信号S1と、電流源2Aから出力される基準信号Srとを乗算器21で乗算して検波信号(乗算信号)S2として出力する。これにより、測定対象9に上記のノイズ電圧が発生している場合であって、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときには、検波信号S2は、
Rx×I12×sin2(w1×t)+Vn×I1×[sin2(w1×t)+sin(w1×t)×sin(w2×t)]
=Rx×I12×[1−cos(2×w1×t)]/2
+Vn×I1×[1−cos(2×w1×t)]/2
+Vn×I1×sin(w1×t)×sin(w2×t)
で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときには、検波信号S2は、
Rx×I22×sin2(w1×t)+Vn×I2×[sin2(w1×t)+sin(w1×t)×sin(w2×t)]
=Rx×I22×[1−cos(2×w1×t)]/2
+Vn×I2×[1−cos(2×w1×t)]/2
+Vn×I2×sin(w1×t)×sin(w2×t)
で表される。
As shown in FIG. 4, the
Rx × I1 2 × sin 2 (w1 × t) + Vn × I1 × [sin 2 (w1 × t) + sin (w1 × t) × sin (w2 × t)]
= Rx × I1 2 × [1-cos (2 × w1 × t)] / 2
+ Vn × I1 × [1-cos (2 × w1 × t)] / 2
+ Vn × I1 × sin (w1 × t) × sin (w2 × t)
When the current value of the alternating current I is the second current value I2, the detection signal S2 is
Rx × I2 2 × sin 2 (w1 × t) + Vn × I2 × [sin 2 (w1 × t) + sin (w1 × t) × sin (w2 × t)]
= Rx * I2 < 2 > * [1-cos (2 * w1 * t)] / 2
+ Vn × I2 × [1-cos (2 × w1 × t)] / 2
+ Vn × I2 × sin (w1 × t) × sin (w2 × t)
It is represented by
フィルタ部5は、ローパスフィルタで構成されて、検波信号S2の直流成分Vdcを抽出して出力する。この構成により、測定対象9に上記のノイズ電圧が発生している場合であって、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの直流成分Vdc(第1直流成分Vdc1)は、
Vdc1=(Rx×I12+Vn×I1)/2
で表され、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの直流成分Vdc(第2直流成分Vdc2)は、
Vdc2=(Rx×I22+Vn×I2)/2
で表される。なお、この直流成分Vdcは、交流電流Iの供給時における測定対象9での電力損失を表している。
The filter unit 5 is composed of a low-pass filter, and extracts and outputs the DC component Vdc of the detection signal S2. With this configuration, the DC voltage Vdc (first DC component Vdc1) when the noise voltage is generated in the
Vdc1 = (Rx × I1 2 + Vn × I1) / 2
The DC component Vdc (second DC component Vdc2) when the current value of the AC current I is the second current value I2 is
Vdc2 = (Rx × I2 2 + Vn × I2) / 2
It is represented by The DC component Vdc represents the power loss in the
A/D変換部6は、直流成分Vdc(第1直流成分Vdc1または第2直流成分Vdc2)を予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、直流成分Vdcの電圧値を示す電圧データDvに変換して処理部7Aに出力する。
The A /
処理部7Aは、CPUおよびメモリ(いずれも図示せず)を備え、交流抵抗値Rxを測定する抵抗測定処理、および測定した交流抵抗値Rxの出力処理を実行する。この場合、メモリには、既知である第1電流値I1および第2電流値と、交流抵抗値Rxを算出するための下記の式(2)とが予め記憶されている。
Rx=2×(I1×A1−I2×A2)/(I1−I2) ・・・(2)
The
Rx = 2 × (I1 × A1-I2 × A2) / (I1-I2) (2)
この抵抗測定処理において、処理部7Aは、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの電圧データDvに基づいて、第1直流成分Vdc1を算出すると共に、算出した第1直流成分Vdc1を第1電流値I1の二乗値I12で除算して、第1除算値A1を算出する。また、処理部7Aは、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの電圧データDvに基づいて、第2直流成分Vdc2を算出すると共に、算出した第2直流成分Vdc2を第2電流値I2の二乗値I22で除算して、第2除算値A2を算出する。また、処理部7Aは、算出した各除算値A1,A2と、既知の各電流値I1,I2とを上記した交流抵抗値Rxの式(2)に代入して、交流抵抗値Rxを算出する。
In the resistance measurement process, the
次に、交流抵抗値Rxを算出するための上記式(2)について説明する。 Next, the above formula (2) for calculating the AC resistance value Rx will be described.
まず、上記のようにして算出される第1除算値A1は、下記式のように表される。
A1=Vdc1/I12=(Rx×I12+Vn×I1)/(2×I12)
=Rx/2+Vn/(2×I1)
First, the first division value A1 calculated as described above is expressed by the following equation.
A1 = Vdc1 / I1 2 = (Rx × I1 2 + Vn × I1) / (2 × I1 2 )
= Rx / 2 + Vn / (2 × I1)
また、上記のようにして算出される第2除算値A2は、下記式のように表される。
A2=Vdc2/I22=(Rx×I22+Vn×I2)/(2×I22)
=Rx/2+Vn/(2×I2)
Further, the second division value A2 calculated as described above is represented by the following equation.
A2 = Vdc2 / I2 2 = (Rx × I2 2 + Vn × I2) / (2 × I2 2 )
= Rx / 2 + Vn / (2 × I2)
ここで、ノイズ電圧Vnの電圧値が変動していたとしても、電圧検出部3による第1電流値I1のときの検出信号S1の検出の開始から、第2電流値I2のときの検出信号S1の検出の終了までの期間を十分に短くすることにより、この期間においてノイズ電圧Vnの電圧値がほぼ一定となる状態にすることが可能である。したがって、ノイズ電圧Vnの電圧値が一定であると見なせる場合には、上記した各除算値A1,A2の各式から、ノイズ電圧Vnを消去して、交流抵抗値Rxについて解くことにより、上記の交流抵抗値Rxを算出するための式(2)が得られる。
Here, even if the voltage value of the noise voltage Vn fluctuates, the detection signal S1 at the second current value I2 from the start of detection of the detection signal S1 at the first current value I1 by the
出力部8は、一例として表示装置で構成されて、処理部7Aで測定された交流抵抗値Rxを画面上に表示する。
The
次に、測定装置1Aによる測定対象9についての交流抵抗値Rxの測定動作について図面を参照して説明する。
Next, the measuring operation of the AC resistance value Rx for the measuring
交流抵抗値Rxの測定に際して、測定装置1Aでは、処理部7Aが、図5に示す抵抗測定処理60を実行する。この抵抗測定処理60では、処理部7Aは、まず、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの検出信号S1の検出処理を実行する(ステップ61)。この検出処理では、処理部7Aは、電流源2Aに対する制御を実行することにより、電流源2Aに対して第1電流値I1の交流電流Iの測定対象9への供給を開始させる。この場合、電流源2Aは、第1電流値I1の交流電流Iの供給開始に併せて、基準信号Sr(位相が調整された第1電流値I1の交流電流I)の同期検波部4Aへの出力を開始する。
In the measurement of the AC resistance value Rx, in the
これにより、電圧検出部3が、測定対象9に発生する交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する検出信号S1を出力し、同期検波部4Aが、この検出信号S1と電流源2Aから出力される基準信号Srとを乗算して検波信号S2としてフィルタ部5に出力し、フィルタ部5が、この検波信号S2の第1直流成分Vdc1を出力し、A/D変換部6が、この第1直流成分Vdc1の電圧値を示す電圧データDvを処理部7Aに出力する。処理部7Aは、この電圧データDvを入力すると共に、第1電流値I1に対応させて記憶する。これにより、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの検出信号S1の検出処理が完了する。
As a result, the
次いで、処理部7Aは、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの検出信号S1の検出処理を実行する(ステップ62)。この検出処理では、処理部7Aは、電流源2Aに対する制御を実行することにより、電流源2Aに対して第2電流値I2の交流電流Iの測定対象9への供給を開始させる。この場合、電流源2Aは、第2電流値I2の交流電流Iの供給開始に併せて、基準信号Sr(位相が調整された第2電流値I2の交流電流I)の同期検波部4Aへの出力を開始する。
Next, the
これにより、電圧検出部3が、測定対象9に発生する交流電圧Vobの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する検出信号S1を出力し、同期検波部4Aが、この検出信号S1と電流源2Aから出力される基準信号Srとを乗算して検波信号S2としてフィルタ部5に出力し、フィルタ部5が、この検波信号S2の第2直流成分Vdc2を出力し、A/D変換部6が、この第2直流成分Vdc2の電圧値を示す電圧データDvを処理部7Aに出力する。処理部7Aは、この電圧データDvを入力すると共に、第2電流値I2に対応させて記憶する。これにより、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの検出信号S1の検出処理が完了する。
As a result, the
続いて、処理部7Aは、第1除算値A1の算出処理を実行する(ステップ63)。この算出処理では、処理部7Aは、交流電流Iの電流値が第1電流値I1のときの電圧データDvに基づいて、第1直流成分Vdc1を算出すると共に、算出した第1直流成分Vdc1を第1電流値I1の二乗値I12で除算して、第1除算値A1を算出する。また、算出した第1除算値A1をメモリに記憶する。
Subsequently, the
次いで、処理部7Aは、第2除算値A2の算出処理を実行する(ステップ64)。この算出処理では、処理部7Aは、交流電流Iの電流値が第2電流値I2のときの電圧データDvに基づいて、第2直流成分Vdc2を算出すると共に、算出した第2直流成分Vdc2を第2電流値I2の二乗値I22で除算して、第2除算値A2を算出する。また、処理部7Aは、算出した第2除算値A2をメモリに記憶する。
Next, the
続いて、処理部7Aは、交流抵抗値Rxの算出処理を実行する(ステップ65)。この算出処理では、処理部7Aは、算出した各除算値A1,A2と、既知の各電流値I1,I2とを上記した交流抵抗値Rxの式(2)に代入して、交流抵抗値Rxを算出する。また、処理部7Aは、算出した交流抵抗値Rxをメモリに記憶する。これにより、抵抗測定処理60が完了する。
Subsequently, the
最後に、処理部7Aは、出力処理を実行して、算出した交流抵抗値Rxを出力部8の画面上に、測定した測定対象9の交流抵抗値Rxとして表示させる。以上により、測定対象9の交流抵抗値Rxについての測定が完了する。
Finally, the
このように、この交流抵抗測定装置1Aおよび交流抵抗測定方法では、測定対象9に供給する交流電流Iの電流値を第1電流値I1と第2電流値I2とに切り替えると共に、各電流値I1,I2での各除算値A1,A2を算出し、各電流値I1,I2および各除算値A1,A2にのみ基づいて、つまり、ノイズ電圧Vnの影響を受けることなく交流抵抗値Rxを算出(測定)する。具体的には、各電流値I1,I2および各除算値A1,A2を、パラメータとしてノイズ電圧Vnを含まない上記の交流抵抗値Rxの式(2)に代入して、交流抵抗値Rxを算出(測定)する。
As described above, in the AC
したがって、この交流抵抗測定装置1Aおよび交流抵抗測定方法によれば、測定対象9の両端間に発生する交流電圧Vobにノイズ電圧Vnが含まれており、かつこのノイズ電圧Vnの周波数が交流電流Iと同じ周波数である場合においても、ノイズ電圧Vnの振幅が一定であると見なせるときには、このノイズ電圧Vnの影響を受けることなく、交流抵抗値Rxを十分な測定精度で算出(測定)することができる。
Therefore, according to the AC
なお、第1電流値I1の交流電流Iの供給状態における第1直流成分Vdc1を第1電流値I1の二乗値I12で除算して第1除算値A1を算出し、第2電流値I2の交流電流Iの供給状態における第2直流成分Vdc2を第2電流値I2の二乗値I22で除算して第2除算値A2を算出し、各電流値I1,I2および各除算値A1,A2をパラメータとする上記の交流抵抗値Rxについての式(2)を使用して交流抵抗値Rxを算出する構成について上記したが、第1除算値A1の算出および第2除算値A2の算出を実行せずに、測定対象9での電力損失を表す上記の各直流成分Vdc1,Vdc2についての式からノイズ電圧Vnを消去して得られる交流抵抗値Rxについての下記式(3)に、各直流成分Vdc1,Vdc2および各電流値I1,I2を代入して、交流抵抗値Rxを算出(測定)する構成を採用することもできる。ただし、この下記式(3)は、上記のA1の式(Vdc1/I12)とA2の式(Vdc2/I22)とを上記の交流抵抗値Rxの式(2)に代入して得られる式であるため、この式(2)と実質的に等価である。
Rx=2×(Vdc1×I2−Vdc2×I1)/(I12×I2−I22×I1) ・・・(3)
Incidentally, the first DC component Vdc1 in the supply state of the AC current I of the first current value I1 is divided by the square value I1 2 of the first current value I1 to calculate a first division value A1, the second current value I2 The second DC component Vdc2 in the supply state of the AC current I is divided by the square value I2 2 of the second current value I2 to calculate a second divided value A2, and each current value I1, I2 and each divided value A1, A2 is calculated. The configuration for calculating the AC resistance value Rx using the equation (2) for the AC resistance value Rx as a parameter has been described above, but the calculation of the first division value A1 and the calculation of the second division value A2 should be executed. In the following equation (3) for the AC resistance value Rx obtained by eliminating the noise voltage Vn from the equation for each DC component Vdc1, Vdc2 representing the power loss in the
Rx = 2 × (Vdc1 × I2−Vdc2 × I1) / (I1 2 × I2−I2 2 × I1) (3)
なお、測定対象9の一例として電池を例に挙げてその交流抵抗値(内部抵抗)を算出する場合について説明したが、電池に限定されず、電子部品の交流抵抗値や、機器の交流抵抗値(交流絶縁抵抗値)などの測定に上記の交流抵抗測定装置1Aおよび交流抵抗測定方法を適用することもできる。
In addition, although the case where the battery was mentioned as an example of the measuring
1,1A 交流抵抗測定装置
2,2A 電流源
3 電圧検出部
4,4A 同期検波部
5 フィルタ部
7,7A 処理部
9 測定対象
A1 第1除算値
A2 第2除算値
I 交流電流
I1 第1電流値
I2 第2電流値
Rx 交流抵抗値
Vdc 直流成分
Vdc1 第1直流成分
Vdc2 第2直流成分
Vob 交流電圧
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電流源は、前記交流電流の電流値を第1電流値、および当該第1電流値とは異なる第2電流値のうちの一方に切替可能に構成され、
前記処理部は、前記第1電流値の前記交流電流の供給状態において前記フィルタ部から出力される前記直流成分としての第1直流成分、前記第1電流値、前記第2電流値の前記交流電流の供給状態において前記フィルタ部から出力される前記直流成分としての第2直流成分、および前記第2電流値に基づいて前記交流抵抗値を算出する交流抵抗測定装置。 A current source that supplies an alternating current to the measurement target, a voltage detection unit that detects an alternating voltage generated in the measurement target in the supply state of the alternating current, and a reference signal that synchronizes the detected alternating voltage with the alternating current A synchronous detection unit that performs synchronous detection and outputs a detection signal; a filter unit that extracts a DC component of the detection signal; and an AC resistance of the measurement object based on the extracted DC component and the current value of the AC current An AC resistance measuring device comprising a processing unit for calculating a value,
The current source is configured to be able to switch the current value of the alternating current to one of a first current value and a second current value different from the first current value,
The processing unit is configured to output the first direct current component as the direct current component output from the filter unit in the supply state of the alternating current having the first current value, the first current value, and the alternating current having the second current value. An AC resistance measuring device that calculates the AC resistance value based on the second DC component as the DC component output from the filter unit and the second current value in the supply state.
前記処理部は、等価的に、前記第1電流値をI1とし、前記第1直流成分をVdc1とし、前記第2電流値をI2とし、前記第2直流成分をVdc2としたときに、下記式に基づいて前記交流抵抗値を算出する請求項1記載の交流抵抗測定装置。
π/2×(Vdc1−Vdc2)/(I1−I2) The synchronous detection unit is configured to include a signal inverter and a switch, and generates an inverted AC voltage by inverting the polarity of the detected AC voltage using the signal inverter, and the AC voltage and the inverter Output as the detection signal by switching the AC signal in synchronization with the reference signal in the switch,
When the first current value is I1, the first DC component is Vdc1, the second current value is I2, and the second DC component is Vdc2, the processing unit is equivalent to the following formula: The AC resistance measuring device according to claim 1, wherein the AC resistance value is calculated based on
π / 2 × (Vdc1−Vdc2) / (I1−I2)
前記処理部は、等価的に、前記第1直流成分を前記第1電流値の二乗値で除算して第1除算値を算出すると共に前記第2直流成分を前記第2電流値の二乗値で除算して第2除算値を算出し、当該第1電流値をI1とし、当該第1除算値をA1とし、当該第2電流値をI2とし、当該第2除算値をA2としたときに、下記式に基づいて前記交流抵抗値を算出する請求項1記載の交流抵抗測定装置。
2×(I1×A1−I2×A2)/(I1−I2) The synchronous detection unit includes a multiplier, and inputs the alternating current as the reference signal, and multiplies the detected alternating voltage and the alternating current by the multiplier as the detection signal. Output,
The processing unit equivalently calculates the first divided value by dividing the first DC component by the square value of the first current value, and calculates the second DC component by the square value of the second current value. Dividing and calculating the second divided value, when the first current value is I1, the first divided value is A1, the second current value is I2, and the second divided value is A2, The AC resistance measuring device according to claim 1, wherein the AC resistance value is calculated based on the following formula.
2 × (I1 × A1-I2 × A2) / (I1-I2)
第1電流値の前記交流電流の供給状態において抽出した前記直流成分としての第1直流成分、前記第1電流値、当該第1電流値とは異なる第2電流値の前記交流電流の供給状態において抽出した前記直流成分としての第2直流成分、および前記第2電流値に基づいて前記交流抵抗値を算出する交流抵抗測定方法。 Detecting an alternating voltage generated in the measurement target in a state where an alternating current is supplied to the measurement target, synchronously detecting the detected alternating voltage with a reference signal synchronized with the alternating current, and outputting a detection signal, An AC resistance measurement method for extracting a DC component of the detection signal and calculating an AC resistance value of the measurement object based on the extracted DC component and the current value of the AC current,
In the supply state of the alternating current of the first direct current component as the direct current component extracted in the supply state of the alternating current of the first current value, the first current value, and the second current value different from the first current value. An AC resistance measurement method for calculating the AC resistance value based on the extracted second DC component as the DC component and the second current value.
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