JP6219201B2 - 交流インピーダンス測定装置および交流インピーダンス測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池の交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置および交流インピーダンス測定方法に関するものである。

この種の交流インピーダンス測定装置として、下記特許文献１に開示されている交流インピーダンス測定装置（交流インピーダンス測定システム）が知られている。この交流インピーダンス測定装置は、被測定物に印加されている電圧と被測定物に流れている電流の少なくとも一方が勾配を含む被測定物についての交流インピーダンスを演算（測定）するように構成されている。また、この交流インピーダンス測定装置は、開始位相が異なる電圧データ（被測定物に印加されている電圧をサンプリングして得られるデータ）および電流測定データ（被測定物に流れている電流を測定すると共にサンプリングして得られるデータ）から複数の交流インピーダンスを求め、それらの交流インピーダンスの差分から、上記の勾配（勾配成分）を除去するための補正値を求める演算処理部を備えて構成されている。

この交流インピーダンス測定装置では、勾配成分が１次式（一次関数）で近似できる場合、勾配成分による交流インピーダンス演算への影響を大幅に軽減できることから、高精度の交流インピーダンス測定が可能になっている。

特開２０１１−４７６６６号公報（第３−７頁、第１図）

ところが、この交流インピーダンス測定装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、この交流インピーダンス測定装置では、勾配成分が１次式で近似できる場合に、この勾配成分による交流インピーダンス演算への影響を大幅に軽減して、高精度で交流インピーダンスを測定することが可能である。

ところで、電池を被測定物としてその充電状態や放電状態において交流インピーダンスを測定する場合には、被測定物の両端間の電圧（電池の両極間の電圧。以下、両極間電圧ともいう）は、一例として放電状態を例に挙げて説明すると、図２に示すように、放電開始からの所定の期間は、ほぼ指数的（指数関数的）に変化（放電であるから下降）し、その後の期間は、ほぼ線形的（一次関数的）に変化（放電であるから下降）するようになる。なお、充電中の両極間電圧も同様にして、充電開始後の所定の期間は指数的に変化（充電であるから上昇）し、その後の期間は、ほぼ線形的に変化（充電であるから上昇）するようになる。

しかしながら、この交流インピーダンス測定装置では、電池の両極間電圧が指数的に変化しているのか、線形的に変化しているのかの検出を行っていない。したがって、この交流インピーダンス測定装置には、両極間電圧が線形的に変化しているときではなく、指数的に変化して状態での電圧データおよび電流データに基づいて、交流インピーダンスを測定する場合も起こり得ることから、交流インピーダンスを高精度で測定できないおそれがあるという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電池の交流インピーダンスを常に高精度で測定し得る交流インピーダンス測定装置および交流インピーダンス測定方法を提供することを他の主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の交流インピーダンス測定装置は、一定の振幅で、かつ一定の周波数の試験交流電圧を測定対象の電池に供給する交流電圧源と、前記試験交流電圧の供給時に前記測定対象に流れる試験交流電流を検出すると共に検出電圧に変換して出力する電流検出部と、前記試験交流電流が流れることによって前記測定対象の両極間に発生する両極間交流電圧に当該測定対象の充電電圧が重畳されてなる両極間電圧を検出して出力する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される前記検出電圧を前記試験交流電圧の周期の整数倍の長さの検波期間において検波して電流検波値として算出する電流検波処理、前記電圧検出部から出力される前記両極間電圧を前記検波期間において検波して電圧検波値として算出する電圧検波処理、および前記電流検波値と前記電圧検波値とに基づいて前記測定対象の交流インピーダンスを算出するインピーダンス算出処理を実行する処理部とを備えて、充電状態および放電状態のうちのいずれかの状態において前記充電電圧が線形的に変化する線形変化状態での前記交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置であって、前記処理部は、処理の開始タイミングを前記試験交流電圧の半周期分ずつずらしながら前記電流検波処理および前記電圧検波処理を実行して前記電流検波値および前記電圧検波値を算出しつつ、新たな前記電圧検波値を算出する都度、直近の３つの前記電圧検波値のうちの連続する２つの電圧検波値で構成される２組の電圧検波値についての平均値を算出すると共に当該算出した２つの平均値についての差分の絶対値が予め規定された基準範囲内に入っているか否かを判別する判別処理を実行し、前記判別処理において前記差分の絶対値が前記基準範囲内に入っていると判別したときには前記線形変化状態にあると特定して、直近の前記電流検波値と直近の前記電圧検波値とに基づいて前記インピーダンス算出処理を実行して前記交流インピーダンスを算出する。

また、請求項２記載の交流インピーダンス測定方法は、一定の振幅で、かつ一定の周波数の試験交流電圧を測定対象の電池に供給している時に前記測定対象に流れる試験交流電流を検出すると共に検出電圧に変換する電流検出処理と、前記試験交流電流が流れることによって前記測定対象の両極間に発生する両極間交流電圧に当該測定対象の充電電圧が重畳されてなる両極間電圧を検出する電圧検出処理と、前記検出電圧を前記試験交流電圧の周期の整数倍の長さの検波期間において検波して電流検波値として算出する電流検波処理と、前記両極間電圧を前記検波期間において検波して電圧検波値として算出する電圧検波処理と、前記電流検波値と前記電圧検波値とに基づいて、充電状態および放電状態のうちのいずれかの状態において前記充電電圧が線形的に変化する線形変化状態での交流インピーダンスを算出するインピーダンス算出処理とを実行する交流インピーダンス測定方法であって、処理の開始タイミングを前記試験交流電圧の半周期分ずつずらしながら前記電流検波処理および前記電圧検波処理を実行して前記電流検波値および前記電圧検波値を算出しつつ、新たな前記電圧検波値を算出する都度、直近の３つの前記電圧検波値のうちの連続する２つの電圧検波値で構成される２組の電圧検波値についての平均値を算出すると共に当該算出した２つの平均値についての差分の絶対値が予め規定された基準範囲内に入っているか否かを判別する判別処理を実行し、前記判別処理において前記差分の絶対値が前記基準範囲内に入っていると判別したときには前記線形変化状態にあると特定して、直近の前記電流検波値と直近の前記電圧検波値とに基づいて前記インピーダンス算出処理を実行して前記交流インピーダンスを算出する。

請求項１記載の交流インピーダンス測定装置および請求項２記載の交流インピーダンス測定方法では、インピーダンス算出処理に先立ち、判別処理を実行して、測定対象である電池が線形変化状態にあるか否かを判別し、線形変化状態にあると判別したときにインピーダンス算出処理を実行して、電池の交流インピーダンスを測定する。

したがって、この交流インピーダンス測定装置および交流インピーダンス測定方法によれば、電池が線形変化状態にあるときにインピーダンス算出処理を実行して、電池の交流インピーダンスを測定することができるため、交流インピーダンスを常に高精度で測定することができる。

交流インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。 放電状態における電池１００についての充電電圧Ｖｃｈおよび両極間電圧Ｖ１の時間的な変化を示す説明図である。 指数変化状態における判別処理の動作を説明するための説明図である。 線形変化状態における判別処理の動作を説明するための説明図である。

以下、交流インピーダンス測定装置および交流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、交流インピーダンス測定装置の一例としての図１に示す交流インピーダンス測定装置１（以下、単に「測定装置１」ともいう）の構成について説明する。測定装置１は、交流電圧源２、電流検出部３、電圧検出部４、処理部５および出力部６を備え、交流インピーダンス測定方法を実行することにより、測定対象としての電池１００の充電状態および放電状態のうちのいずれかの状態において、電池１００の充電電圧Ｖｃｈが線形的（一次関数的）に変化する状態（以下、線形変化状態ともいう）での交流インピーダンスＺを測定可能に構成されている。電池１００の充電電圧Ｖｃｈは、一例として放電状態のときには、図２において破線で示すように、ほぼ指数的（指数関数的）に変化する状態（以下、指数変化状態ともいう）を経由して、線形変化状態に移行する。測定装置１は、充電電圧Ｖｃｈがこの線形変化状態に移行したことを自動的に検出して、線形変化状態での交流インピーダンスＺを測定するように構成されている。

交流電圧源２は、一例として、試験交流電圧Ｖａｃを出力する交流電源２１、交流電源２１から出力される試験交流電圧Ｖａｃを入力すると共に低インピーダンスで出力するバッファ回路２２、および出力抵抗２３を備え、出力抵抗２３の抵抗値で規定される出力インピーダンスで試験交流電圧Ｖａｃを電池１００の一方の電極（例えば、プラス極）に供給可能に構成されている。この場合、試験交流電圧Ｖａｃは、予め規定された一定の振幅（本例では一例として、０．５Ｖ）で、かつ予め規定された一定の周波数（例えば、１００Ｈｚ）の交流電圧である。

電流検出部３は、一例として、演算増幅器３１を用いた電流電圧変換回路で構成されている。具体的には、演算増幅器３１は、非反転入力端子がグランド電位に規定され、反転入力端子が不図示のプローブを介して電池１００の他方の電極（例えば、マイナス極）に接続され、かつ反転入力端子と出力端子との間に帰還抵抗３２が接続されている。

この構成により、電流検出部３は、電池１００の他方の電極をグランド電位に規定すると共に、試験交流電圧Ｖａｃの供給時に電池１００に流れる電流（試験交流電圧Ｖａｃの印加に起因して流れる試験交流電流Ｉａｃ）を帰還抵抗３２で検出電圧Ｖｉに変換して処理部５に出力する。なお、このようにして電池１００の他方の電極が電流検出部３によってグランド電位に規定されるため、電池１００の両極間には、電池１００に試験交流電流Ｉａｃが流れることによって電池１００の両極間に発生する両極間交流電圧Ｖ１ａｃに電池１００の充電電圧Ｖｃｈが重畳された電圧が両極間電圧Ｖ１として現れる。

電圧検出部４は、一例として、不図示の計装アンプを備えて構成されて、両極間電圧Ｖ１を入力すると共に、両極間電圧Ｖ１に含まれている同相ノイズなどを除去して処理部５に出力する。

処理部５は、一例として、試験交流電圧Ｖａｃの周期よりも十分に短いサンプリング周期で検出電圧Ｖｉをサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、および検出電圧Ｖｉに対するサンプリング周期に同期したサンプリング周期で両極間電圧Ｖ１をサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。また、処理部５は、検出電圧Ｖｉを同期検波して得られる電流検波値ＤＩを検出電圧Ｖｉのデジタル信号に基づいて算出する電流検波処理と、両極間電圧Ｖ１を同期検波して得られる電圧検波値ＤＶを両極間電圧Ｖ１のデジタル信号に基づいて算出する電圧検波処理と、電池１００の充電電圧Ｖｃｈが線形変化状態に移行したか否かを電圧検波値ＤＶに基づいて判別する判別処理と、電流検波値ＤＩおよび電圧検波値ＤＶに基づいて電池１００の交流インピーダンスＺを算出するインピーダンス算出処理とを実行するコンピュータを備えている。

また、処理部５は、メモリを備え、検出電圧Ｖｉおよび両極間電圧Ｖ１の各デジタル信号をメモリに記憶する記憶処理を実行する。また、メモリには、所定の周波数の交流電圧である試験交流電圧Ｖａｃの位相が１８０°だけ変化するのに要する時間Ｔ１（試験交流電圧Ｖａｃの半周期）を示す時間データと、試験交流電圧Ｖａｃについての周期の整数倍の長さ（時間）Ｔ２（検波期間Ｐの長さ）を示す時間データとが予め記憶されている。なお、本例では、時間Ｔ２（検波期間Ｐの長さ）を示す時間データについては、一例として、試験交流電圧Ｖａｃの周期の１倍（整数倍の一例）の長さを示す時間データが記憶されている。なお、検波期間Ｐの長さについては、試験交流電圧Ｖａｃの周期の１倍に限定されず、２倍以上の任意の整数倍とすることができる。また、処理部５は、メモリに記憶されているこの時間Ｔ１の計測を繰り返す計測処理を実行する。

出力部６は、一例としてＬＣＤなどの表示装置で構成されて、処理部５で算出された交流インピーダンスＺを画面上に表示する。

次に、測定装置１の動作について説明する。なお、一例として、放電状態での電池１００の交流インピーダンスＺを測定する例について説明する。このため、測定装置１には、電池１００が予め充電された状態で接続されているものとする。

測定装置１では、交流電圧源２が、設定された一定の振幅（本例では一例として、０．５Ｖ）で、かつ一定の周波数の試験交流電圧Ｖａｃを生成して電池１００の一方の電極（この例では、プラス電極）に出力する。

この場合、電池１００は、他方の電極（マイナス電極）が電流検出部３によってグランド電位に規定されているため、電池１００には、プラス電極から、交流電圧源２の出力抵抗２３およびバッファ回路２２を経由してグランドＧに至る経路で放電電流が流れる。これにより、電池１００は放電状態となって、その充電電圧Ｖｃｈは、図２において破線で示すように下降する。一方、電池１００には、交流電圧源２から供給されている試験交流電圧Ｖａｃに起因して、試験交流電流Ｉａｃが流れる。このため、電池１００の両極間には、試験交流電流Ｉａｃが流れることによって両極間に発生する両極間交流電圧Ｖ１ａｃに充電電圧Ｖｃｈが重畳された電圧が両極間電圧Ｖ１（図２参照）として現れる。

この状態において、電流検出部３は、この試験交流電流Ｉａｃを入力すると共に検出電圧Ｖｉに変換して処理部５に出力し、電圧検出部４は、この両極間電圧Ｖ１を検出して処理部５に出力する。

処理部５は、入力している検出電圧Ｖｉおよび両極間電圧Ｖ１を同じサンプリング周期でサンプリングすることにより、それぞれの瞬時電圧値を示すデジタル信号に変換する。また、処理部５は、記憶処理を実行することにより、変換された各デジタル信号をメモリに順次記憶する。

また、処理部５は、計測処理を実行することにより、時間間隔が時間Ｔ１（試験交流電圧Ｖａｃの半周期）の内部トリガを発生させる。処理部５は、この内部トリガを発生させる都度、電流検波処理および電圧検波処理を実行して、電流検波値ＤＩと電圧検波値ＤＶとを算出してメモリに記憶する。

具体的には、電流検波処理では、処理部５は、まず、メモリに記憶されている検出電圧Ｖｉについてのデジタル信号のうちから、内部トリガの発生タイミングを終期として長さがＴ２の期間（検波期間Ｐ）に含まれているデジタル信号（本例では、検出電圧Ｖｉについての直近の１周期分のデジタル信号）を読み出す。次いで、処理部５は、この読み出したデジタル信号に対して同期検波演算を実行することにより、検出電圧Ｖｉについての検波期間Ｐ内での平均値（つまり、検出電圧Ｖｉで表される試験交流電流Ｉａｃの平均値）を電流検波値ＤＩとして算出してメモリに記憶する。なお、本明細書での検出電圧Ｖｉなどの交流信号の平均値とは、交流信号の絶対値の平均値をいうものとする。

また、電圧検波処理では、処理部５は、まず、メモリに記憶されている両極間電圧Ｖ１についてのデジタル信号のうちから、内部トリガの発生タイミングを終期として長さがＴ２の期間（検波期間Ｐ）に含まれているデジタル信号（本例では、両極間電圧Ｖ１についての直近の１周期分のデジタル信号）を読み出す。次いで、処理部５は、この読み出したデジタル信号に対して同期検波演算を実行することにより、両極間電圧Ｖ１についての検波期間Ｐ内での平均値を電圧検波値ＤＶとして算出してメモリに記憶する。

これにより、処理部５のメモリには、図２に示すように、実質的に、時間Ｔ１（試験交流電圧Ｖａｃの半周期）毎に開始する長さＴ２の検波期間Ｐにおける試験交流電流Ｉａｃについての電流検波値ＤＩ（平均値）と両極間電圧Ｖ１についての電圧検波値ＤＶ（平均値）とが時系列で記憶される。

また、処理部５は、内部トリガを発生させる都度、上記の電流検波処理および電圧検波処理の実行と併せて、判別処理を実行する。この判別処理では、処理部５は、先の内部トリガの発生から試験交流電圧Ｖａｃの半周期が経過して新たな内部トリガを発生させたとき（つまり、電圧検波処理において新たな電圧検波値ＤＶを算出したとき）には、まず、メモリに記憶されている電圧検波値ＤＶの中から直近の３つの電圧検波値ＤＶを読み出す。ここで、直近の３つの電圧検波値ＤＶのうちの最も新しい電圧検波値ＤＶをＤＶ_ｎとし、次に新しい電圧検波値をＤＶ_ｎ−１、最も古い電圧検波値をＤＶ_ｎ−２とする。

次いで、処理部５は、この直近の３つの電圧検波値ＤＶ_ｎ−２，ＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎのうちの連続する２つの電圧検波値ＤＶで構成される２組の電圧検波値（ＤＶ_ｎ−２，ＤＶ_ｎ−１），（ＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎ）についての平均値Ｄａｖ１（＝（ＤＶ_ｎ−２＋ＤＶ_ｎ−１）／２），Ｄａｖ２（＝（ＤＶ_ｎ−１＋ＤＶ_ｎ）／２）を算出する。

続いて、処理部５は、算出した２つの平均値Ｄａｖ１，Ｄａｖ２についての差分の絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜を算出し、次いで、この絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜と、予め規定された基準範囲Ｗ（具体的には、予め規定された基準値Ｄｒｅｆを含む所定の幅の範囲）とを比較することにより、絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜がこの基準範囲Ｗ内に入っているか否かを判別する。

ここで、充電電圧Ｖｃｈがほぼ指数関数的に変化する指数変化状態における判別処理での直近の３つの電圧検波値ＤＶを、図３に示すようにＤＶ_ｎ−２，ＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎとしたときには、算出される絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜は、｜（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）／２｜となる。この場合、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２は、両極間交流電圧Ｖ１ａｃに基づいて算出される電圧検波値（両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値）Ａ_ｎ−２と、充電電圧Ｖｃｈに基づいて算出される電圧検波値（充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値）Ｂ_ｎ−２とで構成されている。同様にして、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１は、両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ−１と、充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ−１とで構成され、電圧検波値ＤＶ_ｎは、両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎと、充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎとで構成されている。

なお、この電圧検波値Ａ_ｎ−２，Ａ_ｎ−１，Ａ_ｎと後述する電圧検波値Ａ_ｎ＋１とについては、特に区別しないときには電圧検波値Ａともいう。また、この電圧検波値Ｂ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−１，Ｂ_ｎと後述する電圧検波値Ｂ_ｎ＋１とについては、特に区別しないときには電圧検波値Ｂともいう。

また、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を算出した検波期間Ｐと電圧検波値ＤＶ_ｎを算出した検波期間Ｐとは、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた期間である。このため、この２つの検波期間Ｐには、両極間交流電圧Ｖ１ａｃが、同じ位相関係で１周期分だけ含まれている。これにより、（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）の演算では、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ−２と、電圧検波値ＤＶ_ｎを構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎとがほぼ相殺される。したがって、値（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）は、図３に示すように、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ−２と、電圧検波値ＤＶ_ｎを構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎとの差分Ｃ_ｎとなり、値｜（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）／２｜は、この差分Ｃ_ｎの半値を示すものとなる。

また、この指数変化状態における次の判別処理では、図３に示す電圧検波値はＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎ，ＤＶ_ｎ＋１が直近の３つの電圧検波値になることから、絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜は、｜（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）／２｜となる。この場合も、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を算出した検波期間Ｐと電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を算出した検波期間Ｐとは、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた期間であることから、（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）の演算では、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ−１と、電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ＋１とがほぼ相殺される。したがって、値（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）は、図３に示すように、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ−１と、電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ＋１との差分Ｃ_ｎ＋１となり、値｜（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）／２｜は、この差分Ｃ_ｎ＋１の半値を示すものとなる。

このように、充電電圧Ｖｃｈが指数関数的に大きく変化しているこの指数変化状態では、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた２つの検波期間Ｐでの充電電圧Ｖｃｈの差が、後述する線形変化状態での差よりも常に大きくなることから、指数変化状態での絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜も、線形変化状態での絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜よりも常に大きくなる。

一方、充電電圧Ｖｃｈがほぼ一次関数的に変化する線形変化状態における判別処理での直近の３つの電圧検波値を、図４に示すようにＤＶ_ｎ−２，ＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎとしたときには、算出される絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜は、｜（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）／２｜となる。この場合も、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を算出した検波期間Ｐと電圧検波値ＤＶ_ｎを算出した検波期間Ｐとは、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた期間であることから、（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）の演算では、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ−２と、電圧検波値ＤＶ_ｎを構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎとがほぼ相殺される。したがって、値（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）は、図４に示すように、電圧検波値ＤＶ_ｎ−２を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ−２と、電圧検波値ＤＶ_ｎを構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎとの差分Ｃ_ｎとなり、値｜（ＤＶ_ｎ−２−ＤＶ_ｎ）／２｜は、この差分Ｃ_ｎの半値を示すものとなる。

また、この線形変化状態における次の判別処理では、図４に示す電圧検波値はＤＶ_ｎ−１，ＤＶ_ｎ，ＤＶ_ｎ＋１が直近の３つの電圧検波値になることから、絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜は、｜（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）／２｜となる。この場合も、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を算出した検波期間Ｐと電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を算出した検波期間Ｐとは、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた期間であることから、（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）の演算では、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ−１と、電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を構成する両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａ_ｎ＋１とがほぼ相殺される。したがって、値（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）は、図４に示すように、電圧検波値ＤＶ_ｎ−１を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ−１と、電圧検波値ＤＶ_ｎ＋１を構成する充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂ_ｎ＋１との差分Ｃ_ｎ＋１となり、値｜（ＤＶ_ｎ−１−ＤＶ_ｎ＋１）／２｜は、この差分Ｃ_ｎ＋１の半値を示すものとなる。また、この差分Ｃ_ｎ＋１は、充電電圧Ｖｃｈがほぼ一次関数的に変化しているため、差分Ｃ_ｎとほぼ等しくなっている。

このように、充電電圧Ｖｃｈが一次関数的に変化している線形変化状態では、試験交流電圧Ｖａｃの１周期分だけずれた２つの検波期間Ｐでの充電電圧Ｖｃｈの差が、指数変化状態のときよりも少ない状態でほぼ一定となることから、線形変化状態での絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜もまた、ほぼ一定の値になると共に、上記したように、指数変化状態のときの絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜よりも常に小さくなる。

したがって、実験やシミュレーションなどにより、良品の電池１００についての線形変化状態のときの絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜を予め求めて基準値Ｄｒｅｆとして規定すると共に、良品の電池１００についてのこの絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜のばらつきを考慮して、例えばこの基準値Ｄｒｅｆを中心とした所定の幅の基準範囲Ｗを規定しておくことにより、処理部５は、判別処理において、算出した差分の絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜が、この基準範囲Ｗ内に入っているか否かを判別することにより、差分の絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜がこの基準範囲Ｗ内に入っていないときには、電池１００（電池１００の充電電圧Ｖｃｈ）は指数変化状態にあると正確に判別し、また差分の絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜がこの基準範囲Ｗ内に入っているときには、電池１００（電池１００の充電電圧Ｖｃｈ）は線形変化状態にあると正確に判別することが可能になっている。

また、処理部５は、判別処理において、電池１００が指数変化状態にあると判別したときには、次の内部トリガの発生のための計測処理を開始することで、電池１００が線形変化状態にあると判別するまで、電流検波処理、電圧検波処理および判別処理を繰り返し実行する。

一方、処理部５は、判別処理において、電池１００が線形変化状態にあると判別したときには、内部トリガの発生のための計測処理を再開することなく、インピーダンス算出処理を実行する。このインピーダンス算出処理では、処理部５は、まず、メモリに記憶されている直近の検波期間Ｐにおける両極間電圧Ｖ１についてのデジタル信号に基づいて、この検波期間Ｐにおける充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂを算出する。一例として、この両極間電圧Ｖ１についてのｎ個のデジタル信号に基づいて、まず、両極間電圧Ｖ１についての同相成分Ｖｃと直交成分Ｖｓとを算出し、次いで、下記の式に基づいて電圧検波値Ｂを算出する。
電圧検波値Ｂ＝√（Ｖｃ^２＋Ｖｓ^２）×√２／ｎ

次いで、処理部５は、この算出した充電電圧Ｖｃｈについての電圧検波値Ｂを、直近の電圧検波値ＤＶから減算することにより、この検波期間Ｐにおける両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａを算出する。続いて、処理部５は、この算出した両極間交流電圧Ｖ１ａｃについての電圧検波値Ａと、メモリに記憶されているこの検波期間Ｐ（算出した充電電圧Ｖｃｈに対応する検波期間Ｐ）における検出電圧Ｖｉについての電流検波値ＤＩ（つまり、検出電圧Ｖｉで表される試験交流電流Ｉａｃについての電流検波値）とに基づいて、電池１００の交流インピーダンスＺを算出してメモリに記憶させる。最後に、処理部５は、この算出した交流インピーダンスＺを出力部６に出力する。出力部６は、一例として表示装置で構成されているため、入力した交流インピーダンスＺを画面上に表示する。

このように、この測定装置１では、処理部５が、インピーダンス算出処理に先立ち、まず、判別処理を実行して、電池１００が線形変化状態にあるか否かを判別し、線形変化状態にあると判別したときにのみインピーダンス算出処理を実行して、電池１００の交流インピーダンスＺを算出（測定）する。

したがって、この測定装置１およびこの測定装置１が実行する交流インピーダンス測定方法によれば、電池１００が線形変化状態にあるときにのみインピーダンス算出処理を実行して、電池１００の交流インピーダンスＺを算出（測定）することができるため、交流インピーダンスＺを常に高精度で測定することができる。

なお、上記の測定装置１では、処理部５が、判別処理において、算出した差分の絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜が基準値Ｄｒｅｆを中心として規定された基準範囲Ｗ内に入っているか否かを判別する構成を採用しているが、上記したように、線形変化状態のときには、各検波期間Ｐで算出されるこの絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜はほぼ等しくなる。したがって、処理部５は、この絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜をメモリに記憶させると共に、新たな絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜を算出する都度、メモリに記憶されている直前の（１つ前の）絶対値｜Ｄａｖ１−Ｄａｖ２｜との差を算出し、算出した差が零と見なせるときに（具体的には、零を中心とする基準範囲Ｗ内に入っているときに）、電池１００が線形変化状態にあると判別する構成を採用することもできる。

また、電池１００が放電状態のときの交流インピーダンスＺを算出（測定）する例について説明したが、充電状態のときの交流インピーダンスＺについても、放電状態のときと同様にして、線形変化状態になっていることを検出することができるため、この線形変化状態において、電池１００の交流インピーダンスＺを算出することで、交流インピーダンスＺを常に高精度で測定することができる。

１ 測定装置
２ 交流電圧源
３ 電流検出部
４ 電圧検出部
５ 処理部
１００ 電池
Ａ 両極間交流電圧についての電圧検波値
Ｂ 充電電圧についての電圧検波値
ＤＩ 電流検波値
ＤＶ 電圧検波値
Ｉａｃ 試験交流電流
Ｖ１ 両端間電圧
Ｖｉ 検出電圧
Ｚ 交流インピーダンス

Claims (2)

1. 一定の振幅で、かつ一定の周波数の試験交流電圧を測定対象の電池に供給する交流電圧源と、
   前記試験交流電圧の供給時に前記測定対象に流れる試験交流電流を検出すると共に検出電圧に変換して出力する電流検出部と、
   前記試験交流電流が流れることによって前記測定対象の両極間に発生する両極間交流電圧に当該測定対象の充電電圧が重畳されてなる両極間電圧を検出して出力する電圧検出部と、
   前記電流検出部から出力される前記検出電圧を前記試験交流電圧の周期の整数倍の長さの検波期間において検波して電流検波値として算出する電流検波処理、前記電圧検出部から出力される前記両極間電圧を前記検波期間において検波して電圧検波値として算出する電圧検波処理、および前記電流検波値と前記電圧検波値とに基づいて前記測定対象の交流インピーダンスを算出するインピーダンス算出処理を実行する処理部とを備えて、充電状態および放電状態のうちのいずれかの状態において前記充電電圧が線形的に変化する線形変化状態での前記交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置であって、
   前記処理部は、
   処理の開始タイミングを前記試験交流電圧の半周期分ずつずらしながら前記電流検波処理および前記電圧検波処理を実行して前記電流検波値および前記電圧検波値を算出しつつ、新たな前記電圧検波値を算出する都度、直近の３つの前記電圧検波値のうちの連続する２つの電圧検波値で構成される２組の電圧検波値についての平均値を算出すると共に当該算出した２つの平均値についての差分の絶対値が予め規定された基準範囲内に入っているか否かを判別する判別処理を実行し、
   前記判別処理において前記差分の絶対値が前記基準範囲内に入っていると判別したときには前記線形変化状態にあると特定して、直近の前記電流検波値と直近の前記電圧検波値とに基づいて前記インピーダンス算出処理を実行して前記交流インピーダンスを算出する交流インピーダンス測定装置。
2. 一定の振幅で、かつ一定の周波数の試験交流電圧を測定対象の電池に供給している時に前記測定対象に流れる試験交流電流を検出すると共に検出電圧に変換する電流検出処理と、
   前記試験交流電流が流れることによって前記測定対象の両極間に発生する両極間交流電圧に当該測定対象の充電電圧が重畳されてなる両極間電圧を検出する電圧検出処理と、
   前記検出電圧を前記試験交流電圧の周期の整数倍の長さの検波期間において検波して電流検波値として算出する電流検波処理と、
   前記両極間電圧を前記検波期間において検波して電圧検波値として算出する電圧検波処理と、
   前記電流検波値と前記電圧検波値とに基づいて、充電状態および放電状態のうちのいずれかの状態において前記充電電圧が線形的に変化する線形変化状態での交流インピーダンスを算出するインピーダンス算出処理とを実行する交流インピーダンス測定方法であって、
   処理の開始タイミングを前記試験交流電圧の半周期分ずつずらしながら前記電流検波処理および前記電圧検波処理を実行して前記電流検波値および前記電圧検波値を算出しつつ、新たな前記電圧検波値を算出する都度、直近の３つの前記電圧検波値のうちの連続する２つの電圧検波値で構成される２組の電圧検波値についての平均値を算出すると共に当該算出した２つの平均値についての差分の絶対値が予め規定された基準範囲内に入っているか否かを判別する判別処理を実行し、
   前記判別処理において前記差分の絶対値が前記基準範囲内に入っていると判別したときには前記線形変化状態にあると特定して、直近の前記電流検波値と直近の前記電圧検波値とに基づいて前記インピーダンス算出処理を実行して前記交流インピーダンスを算出する交流インピーダンス測定方法。

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