JP5981320B2 - インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池の内部インピーダンスを測定するのに適したインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関するものである。

この種の電池の内部インピーダンスを測定するための測定装置に関連する装置として、出願人は、特開平１１−１７８１９７号公報に交流測定器を開示している。この交流測定器は、直流阻止用の第１コンデンサを介して測定信号印加端子に接続されている交流測定信号供給源と、測定信号印加端子と第１コンデンサとの間に接続されている第１開閉スイッチと、直流阻止用の一対の第２コンデンサを介して一対の入力端子に接続されている測定回路と、一対の入力端子と第２コンデンサとの間に接続されている第２開閉スイッチとを備えている。この交流測定器では、例えば無停電電源装置などのように、内部に直流の起電力を持つ測定対象に交流信号を供給した状態で測定対象の両端に生じた両端電圧を測定する。この際に、測定対象と測定回路との間に第２コンデンサが接続されているため、直流成分の通過が遮断される結果、測定対象の両端に生じた両端電圧に含まれている交流成分のみが測定回路に入力されて、その測定した両端電圧に基づいて測定対象の内部インピーダンスが測定される。また、交流測定信号供給源と測定対象との間に第１コンデンサが接続されているため、測定対象が有する直流成分の交流測定信号供給源内への流れ込みが阻止されている。

また、この交流測定器では、例えば、車載用バッテリーなど非常に大きな起電力を有する測定対象のインピーダンス測定を行う際には、予め規定された基準電圧以上の過大な直流電圧が入力端子に加わったときには、第１、第２開閉スイッチをオフ状態に制御して、測定回路や交流測定信号供給源を測定対象と切り離すことにより、測定機器内の内部回路などが有効に保護されている。

特開平１１−１７８１９７号公報（第２−５頁、第１図）

ところが、出願人が開示している交流測定器には、以下の改善すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している交流測定器では、測定対象の有する直流起電力が非常に大きいときには、測定回路や交流測定信号供給源を測定対象と切り離すことによって過大な直流電流の測定機器内への流れ込みを阻止して内部回路を効果的に保護することはできるものの、測定対象の内部インピーダンスを測定することができないという改善すべき課題が存在する。

また、１ｍＨｚなどの超低周波数の交流測定信号を使用して電池の内部インピーダンスを測定したいという要請もあり、このようなときには、直流阻止用の第１コンデンサや第２コンデンサの容量が大きなインピーダンスとなって測定誤差の原因となる結果、電池の内部インピーダンスを正確に測定するのが困難となるという改善すべき課題が存在する。この場合、容量の大きなコンデンサを第１コンデンサや第２コンデンサとして使用することも考えられるが、その場合には、その容量を充電するために長時間を要するため、測定時間の長時間化を招くことになり、新たな改善すべき課題が発生する。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、大きな直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを正確かつ短時間で測定し得るインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のインピーダンス装置は、内部インピーダンスが既知のＭ（Ｍは、自然数）個の電池を含むＮ（Ｎは、Ｍよりも大きい自然数）個の同種の電池のうちの当該内部インピーダンスが既知の少なくとも１個の電池と前記内部インピーダンスが未知の少なくとも１個の電池を含むＬ（Ｌは、Ｎ以下の偶数）個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給する交流電流供給部と、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定する電圧測定部と、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出する処理部とを備え、前記処理部は、前記Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なる（Ｎ−Ｍ）組についての前記合計値を算出すると共に、当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示し、かつ前記既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づいて前記（Ｎ−Ｍ）個の前記内部インピーダンスが未知の電池の当該各内部インピーダンスを算出する。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置は、請求項１記載のインピーダンス測定装置において、入力した制御指示に従って前記Ｎ個の電池のうちの前記Ｌ個を直列接続させるスキャナ部と、前記順極性および前記逆極性が同数の前記Ｌ個の電池の組であって当該Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なるように前記スキャナ部に対して前記制御指示を（Ｎ−Ｍ）回行うと共に、前記交流電流供給部、前記電圧測定部および前記処理部を制御して、前記（Ｎ−Ｍ）回の制御指示によって直列接続された前記電池の組の各々についての前記各合計値を算出させると共に前記処理部を制御して前記既知の内部インピーダンスを含む前記（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づく前記（Ｎ−Ｍ）個の電池の各内部インピーダンスの算出を実行させる制御部とを備えている。

また、請求項３記載のインピーダンス測定装置は、請求項１または２記載のインピーダンス測定装置において、前記Ｍ個が１個で、前記Ｌ個が２個である。

また、請求項４記載のインピーダンス測定方法は、内部インピーダンスが既知のＭ（Ｍは、自然数）個の電池を含むＮ（Ｎは、Ｍよりも大きい自然数）個の同種の電池のうちの当該内部インピーダンスが既知の少なくとも１個の電池と前記内部インピーダンスが未知の少なくとも１個の電池を含むＬ（Ｌは、Ｎ以下の偶数）個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給し、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定し、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出するインピーダンス測定方法であって、
前記Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なる（Ｎ−Ｍ）組についての前記合計値を算出すると共に、当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示し、かつ前記既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づいて前記（Ｎ−Ｍ）個の前記内部インピーダンスが未知の電池の当該各内部インピーダンスを算出する。

また、請求項５記載のインピーダンス測定方法は、請求項４記載のインピーダンス測定方法において、前記Ｍ個が１個で、前記Ｌ個が２個である。

請求項１記載のインピーダンス測定装置および請求項４記載のインピーダンス測定方法では、内部インピーダンスが既知のＭ個の電池を含むＮ個の同種の電池のうちの内部インピーダンスが既知の少なくとも１個の電池と内部インピーダンスが未知の少なくとも１個の電池を含むＬ個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続して、Ｌ個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出し、算出した合計値と対応する電池の組におけるＬ個の電池の各内部インピーダンスとの関係を示し、かつ既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づいて（Ｎ−Ｍ）個の内部インピーダンスが未知の電池の各内部インピーダンスを算出する。

したがって、このインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法によれば、各電池が非常に大きな直流起電力を有していたとしても、Ｌ個の電池の組の両端電圧が充分に小さな直流電圧となる結果、測定回路（例えば、交流電流供給部、電圧測定部および電流測定部）に加わる電圧が充分に小さな電圧となるため、これらの破損を回避しつつ、直流起電力の電圧が小さな電池を測定対象とする測定と同様にして各電池の内部インピーダンスを確実に測定することができる。また、このインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法によれば、測定回路に加わる電圧が小さな直流電圧となるため、測定誤差の発生や測定時間の長時間化を招く原因となる直流阻止用のコンデンサを使う必要がなくなる結果、電池の内部インピーダンスを短時間で測定することができると共に、超低周波数の検査用交流信号を使用して電池の内部インピーダンスを測定する際にも、電池の内部インピーダンスを正確に測定することができる。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、制御部が、スキャナ部に対して、Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なるような制御指示を自動的に出力することで、測定者にとって煩雑な繋ぎ込み作業が不要となる結果、測定者は電池の内部インピーダンスを極めて確実かつ容易に測定することができる。

また、請求項３記載のインピーダンス測定装置および請求項５記載のインピーダンス測定方法では、Ｍ個が１個で、Ｌ個が２個の状態で内部インピーダンスの測定を実行する。つまり、内部インピーダンスが既知のＭ個（１個）の電池と内部インピーダンスが未知の（Ｌ−１）個（１個）の電池とを互いに極性が異なる状態で直列接続してインピーダンスの合計値を算出し、算出した合計値とその電池の組におけるＬ個（２個）の電池の内部インピーダンスとの関係を示し、かつ既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個（１個）の関係式に基づいて内部インピーダンスが未知の１個の電池の内部インピーダンスを算出する。したがって、このインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法によれば、内部インピーダンスが既知の１個の電池のみを用いて、内部インピーダンスが未知の１個の電池を次々と交換することにより、電池の有する大きな直流起電力が原因で単体で内部インピーダンスの測定が困難であった各電池について、内部インピーダンスを確実に測定することができる。

インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。 電池Ｂａ，Ｂｂを接続したときの等価回路を示す等価回路図である。 電池Ｂａ，Ｂｃを接続したときの等価回路を示す等価回路図である。

以下、インピーダンス測定装置およびインピーダンス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。

最初に、インピーダンス測定装置の一例として、インピーダンス測定装置１の構成について説明する。図１に示すインピーダンス測定装置１は、収納部２、スキャナ部３、交流電流供給部４、電圧測定部５、電流測定部６、処理部７および記憶部８を備えている。このインピーダンス測定装置１は、一例として、内部インピーダンス（最初の例では、内部抵抗Ｒａ）が既知の１個（Ｍ＝１の例）の電池Ｂａを用いて、直流起電力を有する同種の複数（一例として、２個）の電池Ｂｂ，Ｂｃ（以下、電池Ｂａを含めて区別しないときには、「電池Ｂ」ともいう）を測定対象として、各電池Ｂの各内部抵抗Ｒｂ，Ｒｃ（以下、電池Ｂａの内部抵抗Ｒａを含めて区別しないときには、「内部抵抗Ｒ」ともいう）を測定可能に構成されている。

収納部２は、電池Ｂを収納する容器であって、複数（一例として３つ）の電池Ｂを収納可能に構成されている。具体的には、収納部２は、収納部２の外部から配線を接続可能な接続端子２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃ（以下、接続端子２１ａ〜２１ｃを区別しないときには、「接続端子２１」ともいい、接続端子２２ａ〜２２ｃを区別しないときには、「接続端子２２」ともいう）と、各電池Ｂのプラス電極に接続される接触子２３ａ〜２３ｃ（以下、区別しないときには、「接触子２３」ともいう）と、各電池Ｂのマイナス電極に接続される接触子２４ａ〜２４ｃ（以下、区別しないときには、「接触子２４」ともいう）と、接続端子２１および接触子２３を接続する内部配線２５ａ〜２５ｃ（以下、区別しないときには、「内部配線２５」ともいう）と、接続端子２２および接触子２４を接続する内部配線２６ａ〜２６ｃ（以下、区別しないときには、「内部配線２６」ともいう）とを備えて構成されている。この収納部２では、電池Ｂを収納したときに、各電池Ｂのプラス電極に接触子２３が接触すると共に各電池Ｂのマイナス電極に接触子２４が接触し、その結果、各電池Ｂのプラス電極が内部配線２５を介して接続端子２１に接続される共にマイナス電極が内部配線２６を介して接続端子２２に接続される。

スキャナ部３は、図示しない複数の切替スイッチを有して構成されており、収納部２の接続端子２１ａ〜２１ｃに外部配線を介してそれぞれ接続される接続端子３１ａ〜３１ｃ（以下、区別しないときには、「接続端子３１」ともいう）、収納部２の接続端子２２ａ〜２２ｃに外部配線を介してそれぞれ接続される接続端子３２ａ〜３２ｃ（以下、区別しないときには、「接続端子３２」ともいう）、並びに、交流電流供給部４、電流測定部６および電圧測定部５に外部配線を介して接続される接続端子３３ａ〜３３ｄを備えている。このスキャナ部３では、処理部７から出力される制御信号Ｓｃに従い、複数の切替スイッチがオン・オフ制御されて、３つの電池Ｂのうちの内部抵抗Ｒの値が既知の電池Ｂａを含む２つが順極性および逆極性が同数（この例では、１個ずつ）の状態で直列接続されると共に、その直列接続された２つの電池Ｂの組の両端のうちの一端（例えば図２における電池Ｂａのプラス電極）に接続端子２１ａ，３１ａ，３３ａを介して交流電流供給部４が接続されると共に接続端子２１ａ，３１ａ，３３ｃを介して電圧測定部５の後述する差動増幅回路５１における反転入力端子が接続され、かつ、２つの電池Ｂの組の両端のうちの他端（例えば同図における電池Ｂｂのプラス電極）に接続端子２１ｂ，３１ｂ，３３ｂを介して電流測定部６の後述する電流検出回路６１が接続されると共に接続端子２１ｂ，３１ｂ，３３ｄを介して差動増幅回路５１における非反転入力端子が接続される。したがって、このように２つの電池Ｂが直列接続された状態では、２つの電池Ｂの組の両端間電圧は、両電池Ｂの直流起電力の電圧が等しいときには、各電池Ｂの互いの直流起電力の電圧が相殺される（打ち消し合う）ため、ほぼ０Ｖとなり、両電池Ｂの直流起電力の電圧が異なるときには、両電圧の差分電圧となる。

交流電流供給部４は、交流定電流源または交流電流源（本例では一例として、交流電流源）で構成されると共に、スキャナ部３によって直列接続された２つの電池Ｂの両端のうちの一端（図２に示す例では電池Ｂａのプラス電極）と基準電位との間に接続されて、検査用交流信号としての交流電流Ｉを直列接続された電池Ｂの組に供給する。

電圧測定部５は、差動増幅回路５１およびＡ／Ｄ変換器５２を備えて構成されており、電圧測定対象である直列接続された一対の電池Ｂの両端における両端電圧を測定する。この場合、差動増幅回路５１は、上記したように両入力端子がスキャナ部３に接続されており、２個の電池Ｂの組の両端における各電圧Ｖａ，Ｖｂを入力し、入力した各電圧Ｖａ，Ｖｂの差電圧を所定の増幅率で増幅して２個の電池Ｂの組の両端電圧を検出電圧Ｖｄとして出力する。また、Ａ／Ｄ変換器５１は、差動増幅回路５１から出力された検出電圧Ｖｄを予め決められたサンプリングレートでサンプリングして検出電圧Ｖｄの電圧波形を示すデジタルデータ（波形データ）Ｄｖに変換して処理部７に出力する。

電流測定部６は、例えば、シャント抵抗を用いた電流検出回路６１、およびＡ／Ｄ変換器６２を備えて構成されている。電流検出回路６１は、直列接続された２個の電池Ｂの組に交流電流Ｉが流れる際にシャント抵抗の両端に生じる電圧を検出して、その検出電圧ＶｉをＡ／Ｄ変換器６２に出力する。また、Ａ／Ｄ変換器６２は、電流検出回路６１から出力される検出電圧ＶｉをＡ／Ｄ変換器５２のサンプリングレートと同じレートでサンプリングすることにより、２個の電池Ｂの組に流れる交流電流Ｉの電流波形（その電流値を「電流値Ｉ」とする）を示すデジタルデータ（波形データ）Ｄｉに変換して出力する。

処理部７は、「処理部」および「制御部」の一例であって、ＣＰＵを備えたデジタル回路で構成されて、Ｎ個（この例ではＮ＝２、電池Ｂａおよび電池Ｂｂの２個、または電池Ｂａおよび電池Ｂｃの２個）の電池Ｂのうちから内部抵抗Ｒの値が既知の電池Ｂａを含むＬ個（この例ではＬ＝２）の組み合わせが互いに異なるようにスキャナ部３に対して制御信号Ｓｃを出力する。つまり、この例では、測定対象を電池Ｂａおよび電池Ｂｂの２個（Ｎ個）としたときには、１つのみの組み合わせとなり、また電池Ｂａおよび電池Ｂｃの２個（Ｎ個）としたときには、１つのみの組み合わせとなる。したがって、処理部７は、電池Ｂａのプラス電極に対する上記の接続を固定的として、他の電池Ｂｂ，Ｂｃが電池Ｂａに順次接続（交換）されるように、スキャナ部３に対して制御信号Ｓｃを順次出力する。また、処理部７は、後述する測定処理および算出処理を実行して、それらの測定結果を記憶部８に出力して記憶させる。

記憶部８は、一例として、半導体メモリで構成されており、内部抵抗Ｒおよび内部インピーダンスＺの値が既知である電池（この例では、電池Ｂａ）における内部抵抗Ｒ（この例では、電池Ｂａの内部抵抗Ｒａおよび後述する内部インピーダンスＺａ）を予め記憶する。また、記憶部８は、処理部７によって算出された各電池Ｂｂ，Ｂｃの各内部抵抗Ｒｂ，Ｒｃを記憶する。

次に、電池Ｂの各内部抵抗Ｒを測定するインピーダンス測定方法、およびその際のインピーダンス測定装置１の動作について、図面を参照して説明する。なお、スキャナ部３の接続端子３１，３２と収納部２の接続端子２１，２２とが配線を介してそれぞれ予め接続されているものとする。

具体的に、図２を参照して、電池Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃのうちから電池Ｂａと電池Ｂｂとを接続して内部抵抗Ｒの合計値Ｒｔを測定する例について説明する。以下、電池Ｂａおよび電池Ｂｂの組を「電池Ｂａ−Ｂｂ」、電池Ｂａおよび電池Ｂｃの組を「電池Ｂａ−Ｂｃ」ともいう。

最初に、電池Ｂを収納部２内に収納する。この際には、自動的に、各電池Ｂのプラス電極に接触子２３が接触すると共に各電池Ｂのマイナス電極に接触子２４が接触し、その結果、各電池Ｂのプラス電極が内部配線２５を介して接続端子２１に接続される共にマイナス電極が内部配線２６を介して接続端子２２に接続される。

次いで、処理部７が、スキャナ部３に制御信号Ｓｃを出力して、電池Ｂａと電池Ｂｂが直列で、かつ順極性および逆極性が同数（この例では１個）になるように接続する。つまり、処理部７は、スキャナ部３の内部の切替スイッチをオン・オフ制御して、接続端子３２ａと接続端子３２ｂとを、接続端子３１ａと接続端子３３ａとを、接続端子３１ｂと接続端子３３ｂとを、接続端子３１ａと接続端子３３ｃとを、接続端子３１ｂと接続端子３３ｄとをそれぞれ接続する。これにより、電池Ｂａ−Ｂｂの内部抵抗Ｒの合計値Ｒｔを測定可能な状態となる。

続いて、処理部７は、測定処理を実行する。この測定処理では、処理部７は、交流電流供給部４、電圧測定部５および電流測定部６に対する制御を実行して、電池Ｂａ−Ｂｂの内部抵抗Ｒの合計値Ｒｔ（この場合、合計値Ｒｔ１＝Ｒａ＋Ｒｂ）を算出（測定）する。

具体的には、まず、交流電流供給部４が電池Ｂａ−Ｂｂに交流電流Ｉを供給する。この際に、電圧測定部５が、電池Ｂａ−Ｂｂの両端に生じている各電圧を検出電圧Ｖａ，Ｖｂとしてそれぞれ検出して、差動増幅回路５１に出力する。次いで、差動増幅回路５１が検出電圧Ｖａ，Ｖｂの差電圧を所定の増幅率で増幅して電池Ｂａ−Ｂｂの両端における各電圧の差電圧Ｖｄとして出力する。続いて、Ａ／Ｄ変換器５２が、差動増幅回路５１から出力された差電圧ＶｄをデジタルデータＤｖに変換して出力する。また、電流測定部６では、電流検出回路６１が、電池Ｂａ−Ｂｂに交流電流Ｉが流れる際にシャント抵抗の両端に生じる電圧を検出して検出電圧ＶｉをＡ／Ｄ変換器６２に出力する。この際に、Ａ／Ｄ変換器６２が、電流検出回路６１から出力された検出電圧Ｖｉを電池Ｂａ−Ｂｂに流れる交流電流Ｉの電流波形を示すデジタルデータＤｉに変換して出力する。次いで、処理部７は、Ａ／Ｄ変換器５２およびＡ／Ｄ変換器６２からそれぞれ出力された両デジタルデータＤｖ，Ｄｉに基づいて電池Ｂａ−Ｂｂについての内部抵抗Ｒの合計値Ｒｔ１を算出する。

続いて、処理部７は、算出処理を実行する。この算出処理では、処理部７は、最初に、記憶部８に予め記憶されている電池Ｂａの内部抵抗Ｒａを読み込む。次いで、処理部７は、算出した合計値Ｒｔ１と対応する電池Ｂａ−ＢｂにおけるＬ個（この例では２個）の電池Ｂの各内部抵抗（Ｒａ，Ｒｂ）との関係を示し、かつ既知の内部抵抗Ｒ（この例ではＲａ）を含む（Ｎ−Ｍ）個（この例では、Ｎ＝２、Ｍ＝１のため１個）の関係式に基づいて（Ｎ−Ｍ）個（この例では１個）の内部抵抗Ｒが未知の電池Ｒｂの内部抵抗Ｒｂを算出する。この場合、関係式は下記の（１）式で表されるため、処理部７は、合計値Ｒｔ１から内部抵抗Ｒａを減算することにより、電池Ｂｂの内部抵抗Ｒｂを算出する。次いで、処理部７は、この算出結果を記憶部８に出力して記憶させる。
合計値Ｒｔ１＝Ｒａ＋Ｒｂ・・・（１）式

また、処理部７は、上記制御信号Ｓｃを出力することにより、内部抵抗Ｒが既知の電池Ｂ（この例ではＢａ）のみを固定的に用いて、図３に示すように電池Ｂｂから内部抵抗Ｒが未知の１個の電池Ｂｃに交換した後に上記した測定処理および算出処理を実行して、合計値Ｒｔ（この場合、合計値Ｒｔ２＝Ｒａ＋Ｒｃ）を算出（測定）した後に、電池Ｂｃの内部抵抗Ｒｂを算出する。具体的には、上記の関係式は下記の（２）式で表されるため、処理部７は、合計値Ｒｔ２から内部抵抗Ｒａを減算することにより、電池Ｂｃの内部抵抗Ｒｃを算出する。次いで、処理部７は、この算出結果を記憶部８に出力して記憶させる。また、処理部７は、図示しない操作部からの操作信号に基づき、記憶部８に記憶させた上記の算出結果を図外の表示部に表示させたり、図外の外部装置に出力したりする。
合計値Ｒｔ２＝Ｒａ＋Ｒｃ・・・（２）式

次に、電池Ｂの各内部インピーダンスＺを測定するインピーダンス測定方法、およびその際のインピーダンス測定装置１の動作について説明する。この際に、一例として、内部インピーダンスＺａ（＝Ｒａ＋ｊＸａ、つまり、絶対値|Ｚａ|および位相差θａ）が既知の１個（Ｍ＝１の例）の電池Ｂａを用いて、直流起電力を有する同種の複数（一例として、２個）の電池Ｂｂ，Ｂｃを測定対象として、電池Ｂｂの各内部インピーダンスＺｂ（＝Ｒｂ＋ｊＸｂ）および電池Ｂｃの内部インピーダンスＺｃ（＝Ｒｃ＋ｊＸｃ）（以下、電池Ｂａの内部インピーダンスＺａを含めて区別しないときには、「内部インピーダンスＺ」ともいう）を測定する例について説明する。

最初に、図２を参照して、電池Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃのうちから電池Ｂａと電池Ｂｂとを接続して内部インピーダンスＺの合計値Ｚｔを測定する例について説明する。

処理部７は、スキャナ部３に制御信号Ｓｃを出力して、上記した内部抵抗Ｒの測定と同様にして、図２に示すように、電池Ｂａと電池Ｂｂが直列で、かつ順極性および逆極性が同数（この例では１個）になるように接続する。次いで、処理部７は、上記した測定処理を実行して、電池Ｂａ−Ｂｂの内部インピーダンスＺの合計値Ｚｔ（この場合、合計値Ｚｔ１＝Ｒｔ１＋ｊＸｔ１）を両デジタルデータＤｖ，Ｄｉに基づいて算出（測定）する。

次いで、処理部７は、算出した合計値Ｚｔ１と対応する電池Ｂａ−ＢｂにおけるＬ個（この例では２個）の電池Ｂの各内部インピーダンスＺ（Ｚａ，Ｚｂ）の関係を示し、かつ既知の内部インピーダンスＺ（この例ではＺａ）を含む（Ｎ−Ｍ）個（この例では、Ｎ＝２、Ｍ＝１のため１個）の関係式に基づいて（Ｎ−Ｍ）個（この例では１個）の内部インピーダンスＺが未知の電池Ｚｂの内部インピーダンスＺｂを算出する。この場合、関係式は下記の（３）式で表されるため、処理部７は、下記の（４）式および（５）式に示すように、合計値Ｚｔ１の実数部（Ｒｔ１）および虚数部（Ｘｔ１）から内部インピーダンスＺａの実数部（Ｒａ）および虚数部（Ｘａ）をそれぞれ減算することにより、電池Ｂｂの内部インピーダンスＺｂ（Ｚｂ＋ｊＸｂ）を算出する。次いで、処理部７は、この算出結果を記憶部８に出力して記憶させる。
Ｚｔ１＝Ｒｔ１＋ｊＸｔ１
＝（Ｒａ＋Ｒｂ）＋ｊ（Ｘａ＋Ｘｂ）・・・（３）式
Ｒｂ＝Ｒｔ１−Ｒａ・・・（４）式
Ｘｂ＝Ｘｔ１−Ｘａ・・・（５）式

続いて、処理部７は、上記のようにして算出した電池Ｂｂの内部インピーダンスＺｂの実数部Ｒｂと虚数部Ｘｂとから、電池Ｂｂの内部インピーダンスＺｂの絶対値|Ｚｂ|および位相差θｂを以下の（６）式および（７）式に基づいて演算する。次いで、処理部７は、この演算結果を記憶部８に出力して記憶させる。
|Ｚｂ|＝√（Ｒｂ^２＋Ｘｂ^２） ・・・（６）式
θｂ＝ａｒｃｔａｎ（Ｘｂ／Ｒｂ） ・・・（７）式

また、処理部７は、上記制御信号Ｓｃを出力することにより、内部インピーダンスＺａが既知の電池Ｂ（この例では電池Ｂａ）のみを固定的に用いて、図３に示すように電池Ｂｂから内部インピーダンスＺが未知の１個の電池Ｂｃに交換した後に上記した測定処理および算出処理を実行して、合計値Ｚｔ（この場合、合計値Ｚｔ２＝Ｒｔ２＋ｊＸｔ２）を算出（測定）した後に、電池Ｂｃの内部インピーダンスＺｃを算出する。具体的には、上記の関係式は下記の（８）式で表されるため、処理部７は、下記の（９）式および（１０）式に示すように、合計値Ｚｔ２の実数部（Ｒｔ２）および虚数部（Ｘｔ２）から内部インピーダンスＺａの実数部（Ｒａ）および虚数部（Ｘａ）をそれぞれ減算することにより、電池Ｂｃの内部インピーダンスＺｃ（Ｚｃ＋ｊＸｃ）を算出する。次いで、処理部７は、この算出結果を記憶部８に出力して記憶させる。
Ｚｔ２＝Ｒｔ２＋ｊＸｔ２
＝（Ｒａ＋Ｒｃ）＋ｊ（Ｘａ＋Ｘｃ）・・・（８）式
Ｒｃ＝Ｒｔ１−Ｒａ・・・・（９）式
Ｘｃ＝Ｘｔ１−Ｘａ・・・（１０）式

続いて、処理部７は、上記のようにして算出した電池Ｂｃの内部インピーダンスＺｃの実数部Ｒｃと虚数部Ｘｃとから、電池Ｂｃの内部インピーダンスＺｃの絶対値|Ｚｃ|および位相差θｃを以下の（１１）式および（１２）式に基づいて演算する。次いで、処理部７は、この演算結果を記憶部８に出力して記憶させる。また、処理部７は、図示しない操作部からの操作信号に基づき、記憶部８に記憶させた上記の算出結果を図外の表示部に表示させたり、図外の外部装置に出力したりする。
|Ｚｃ|＝√（Ｒｃ^２＋Ｘｃ^２） ・・・（１１）式
θｃ＝ａｒｃｔａｎ（Ｘｃ／Ｒｃ） ・・・（１２）式

このように、このインピーダンス測定装置１およびインピーダンス測定方法では、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が既知のＭ個（この例では１個）の電池（この例では電池Ｂａ）を含むＮ個（この例では２個）の同種の電池（この例では電池Ｂａ，ＢｂまたはＢａ，Ｂｃ）のうちの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が既知の１個の電池Ｂａと内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が未知の１個の電池（ＢｂまたはＢｃ）を含むＬ個（この例では２個）を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続して、２個の電池Ｂの各内部インピーダンスの合計値（Ｒｔ，Ｚｔ）を算出し、算出した合計値（Ｒｔ，Ｚｔ）と対応する電池の組（この例では電池Ｂａ，Ｂｂの組またはＢａ，Ｂｃの組）における２個の電池Ｂの各内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）との関係を示し、かつ既知の内部インピーダンス（この例では、ＲａまたはＺａ）を含む（Ｎ−Ｍ）個（この例では１個）の関係式に基づいて（Ｎ−Ｍ）個（この例では１個）の内部インピーダンスＺが未知の電池（この例では電池Ｂｂ，Ｂｃ）の各内部インピーダンス（Ｒｂ，ＲｃまたはＺｂ，Ｚｃ）を算出する。

したがって、このインピーダンス測定装置１およびインピーダンス測定方法によれば、各電池Ｂが非常に大きな直流起電力を有していたとしても、Ｌ個（この例では２個）の電池Ｂの組の両端電圧が充分に小さな直流電圧となる結果、測定回路（この例では、交流電流供給部４、電圧測定部５および電流測定部６）に加わる電圧が充分に小さな電圧となるため、これらの各部４〜６の破損を回避しつつ、直流起電力の電圧が小さな電池Ｂを測定対象とする測定と同様にして各電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を確実に測定することができる。

また、測定回路に加わる電圧が小さな直流電圧となるため、測定誤差の発生や測定時間の長時間化を招く原因となる直流阻止用のコンデンサを使う必要がなくなる結果、電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を短時間で測定することができると共に、超低周波数の検査用交流信号（交流電流Ｉ）を使用して電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を測定する際にも、電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を正確に測定することができる。

また、このインピーダンス測定装置１によれば、処理部７が、スキャナ部３に対して、Ｌ個（この例では２個）の電池Ｂの組み合わせが互いに異なるような制御信号Ｓｃ（制御指示）を自動的に出力することで、測定者にとって煩雑な繋ぎ込み作業が不要となる結果、測定者は電池の内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を極めて確実かつ容易に測定することができる。

また、このインピーダンス測定装置１によれば、Ｍ個が１個で、Ｌ個が２個の状態で内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）の測定を実行する。つまり、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が既知のＭ個（１個）の電池Ｂａと内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が未知の（Ｌ−１）個（１個）の電池（つまりＮ＝Ｌ＝２）とを互いに極性が異なる状態で直列接続してインピーダンスの合計値（Ｒｔ，Ｚｔ）を算出し、算出した合計値（Ｒｔ，Ｚｔ）とその電池Ｂの組におけるＬ個（２個）の電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）との関係を示し、かつ既知の内部インピーダンス（Ｒａ，Ｚａ）を含む（Ｎ−Ｍ）個（１個）の関係式に基づいて内部インピーダンスが未知の１個の電池（ＢｂまたはＢｃ）の内部インピーダンス（Ｒｂ，ＲｃまたはＺｂ，Ｚｃ）を算出する。したがって、このインピーダンス測定装置１およびインピーダンス測定方法によれば、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が既知の１個の電池Ｂのみを用いて、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が未知の１個の電池Ｂを次々と交換することにより、電池Ｂの有する大きな直流起電力が原因で単体で内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）の測定が困難であった各電池Ｂについて、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を確実に測定することができる。

なお、測定対象である電池Ｂの数に関して、Ｎ＝２のときには、上記したように、１個の関係式に基づいて内部インピーダンスが未知の１個の電池Ｂのその内部内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を算出することができる。同様にして、Ｍ＝１、Ｎが複数、およびＬ＝２のときには、関係式は複数（Ｎ−Ｍ）個得られるが、上記の例と同様にして１個の関係式に基づいて内部インピーダンスが未知の１個の電池Ｂのその内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）をそれぞれ算出することができる。

また、測定対象である電池Ｂの数に関して、Ｍ＝１，Ｎ＝２，Ｌ＝２とする例について説明したが、この例に限らず、Ｍは２以上の任意の自然数、ＮはＭよりも大きい任意の自然数、およびＬはＮ以下の任意の偶数に規定することができる。この場合、Ｍ，Ｎ，Ｌの値に応じてスキャナ部３の構成を適宜変更することができる。例えば、Ｍ＝２、Ｎ＝６としたときには、内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が既知の２個の電池Ｂと内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）が未知の２個の電池Ｂを含むＬ＝４とすることもできる。この例では、４つの電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を算出し得る（Ｎ−Ｍ）個（４個）の連立方程式（関係式）、すなわち各電池Ｂの内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を算出し得る４個の組み合わせを適宜選択することによって各電池Ｂの各内部インピーダンス（Ｒ，Ｚ）を確実に算出することができる。こＰの場合、この例では、スキャナ部３として、電池ＢをＮ個としての６つ、またはそれ以上の数を収納可能に構成し、かつ入力した制御信号Ｓｃ（制御指示）に従ってＮ個の電池ＢのうちのＬ個としての４個を直列接続させる構成を採用することができる。

また、上記のインピーダンス測定装置１では、交流電流供給部４が交流電流Ｉを電池Ｂに供給して電流測定部６が交流電流Ｉの電流値Ｉを測定する例について説明したが、交流電流供給部４が予め規定された電流値の交流定電流を供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、電流測定部６の配設を省略することができる。また、電池Ｂとしては、一次電池や二次電池などの各種の電池が含まれる。さらに、２個の電池Ｂを直列接続する例においてマイナス電極同士を接続する例について説明したが、プラス電極同士を接続することもできる。

１ インピーダンス測定装置
２ 収納部
３ スキャナ部
４ 交流電流供給部
５ 電圧測定部
６ 電流測定部
７ 処理部
８ 記憶部
５１ 差動増幅回路
５２ Ａ／Ｄ変換器
６１ 電流検出回路
６２ Ａ／Ｄ変換器
Ｂ 電池
Ｉ 電流

Claims (5)

1. 内部インピーダンスが既知のＭ（Ｍは、自然数）個の電池を含むＮ（Ｎは、Ｍよりも大きい自然数）個の同種の電池のうちの当該内部インピーダンスが既知の少なくとも１個の電池と前記内部インピーダンスが未知の少なくとも１個の電池を含むＬ（Ｌは、Ｎ以下の偶数）個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給する交流電流供給部と、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定する電圧測定部と、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出する処理部とを備え、
   前記処理部は、前記Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なる（Ｎ−Ｍ）組についての前記合計値を算出すると共に、当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示し、かつ前記既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づいて前記（Ｎ−Ｍ）個の前記内部インピーダンスが未知の電池の当該各内部インピーダンスを算出するインピーダンス測定装置。
2. 入力した制御指示に従って前記Ｎ個の電池のうちの前記Ｌ個を直列接続させるスキャナ部と、前記順極性および前記逆極性が同数の前記Ｌ個の電池の組であって当該Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なるように前記スキャナ部に対して前記制御指示を（Ｎ−Ｍ）回行うと共に、前記交流電流供給部、前記電圧測定部および前記処理部を制御して、前記（Ｎ−Ｍ）回の制御指示によって直列接続された前記電池の組の各々についての前記各合計値を算出させると共に前記処理部を制御して前記既知の内部インピーダンスを含む前記（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づく前記（Ｎ−Ｍ）個の電池の各内部インピーダンスの算出を実行させる制御部とを備えている請求項１記載のインピーダンス測定装置。
3. 前記Ｍ個が１個で、前記Ｌ個が２個である請求項１または２記載のインピーダンス測定装置。
4. 内部インピーダンスが既知のＭ（Ｍは、自然数）個の電池を含むＮ（Ｎは、Ｍよりも大きい自然数）個の同種の電池のうちの当該内部インピーダンスが既知の少なくとも１個の電池と前記内部インピーダンスが未知の少なくとも１個の電池を含むＬ（Ｌは、Ｎ以下の偶数）個を順極性および逆極性が同数の状態で直列接続した電池の組の両端に交流電流を供給し、前記交流電流を供給した状態における前記電池の組の両端電圧を測定し、前記交流電流を供給した状態で前記電池の組を流れる電流値と前記測定した両端電圧の電圧値とに少なくとも基づいて前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスの合計値を算出するインピーダンス測定方法であって、
   前記Ｌ個の電池の組み合わせが互いに異なる（Ｎ−Ｍ）組についての前記合計値を算出すると共に、当該算出した合計値と対応する前記電池の組における前記Ｌ個の電池の各内部インピーダンスとの関係をそれぞれ示し、かつ前記既知の内部インピーダンスを含む（Ｎ−Ｍ）個の関係式に基づいて前記（Ｎ−Ｍ）個の前記内部インピーダンスが未知の電池の当該各内部インピーダンスを算出するインピーダンス測定方法。
5. 前記Ｍ個が１個で、前記Ｌ個が２個である請求項４記載のインピーダンス測定方法。

Images