JP7146560B2 - 電圧測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の起電力を測定する電圧測定装置に関するものである。

この種の電圧測定装置として、例えば下記の特許文献１に開示された電圧測定装置（電圧検出回路）が知られている。この電圧検出回路では、分圧回路部が、入力切替回路部を介して入力された電圧（例えば、電池の電圧（起電力））を分圧して分圧電圧として出力し、演算増幅器が、この分圧電圧を基準電圧と比較して、比較結果に応じた信号を出力する。具体的には、分圧回路部は、複数の調整用抵抗および２つの分圧用抵抗の直列回路で構成されているが、各調整用抵抗が対応するヒューズでそれぞれ短絡されている初期状態においては、入力された電圧を２つの分圧用抵抗で分圧して分圧電圧を出力する。

ところで、上記の特許文献１では、分圧回路部までの検出経路には、入力切替回路部（具体的には、入力切替回路部を構成するトランスミッションゲート）が介在していることから、分圧電圧は、分圧用抵抗だけではなく、厳密にはこのトランスミッションゲートのオン抵抗（通常は、数Ω以下の抵抗値）の影響を受けるが、分圧用抵抗の抵抗値はオン抵抗の抵抗値に比較して通常は十分に大きいことから、このオン抵抗の影響を無視して、２つの分圧用抵抗で分圧されたものとして処理されている。

また、図３に示すような、入力切替回路部が介在しない構成の電圧測定装置５１であっても、一対の測定端子２，３が測定対象の電池６１（起電力Ｖｘ）の各端子（正極６２および負極６３）とプローブ５２，５３を介して接続される構成の装置においては、各プローブ５２，５３の配線抵抗、および各プローブ５２，５３と電池６１の正極６２および負極６３との間での接触抵抗（以下では、正極６２側の接触抵抗および配線抵抗の合成抵抗Ｒｃ１の抵抗値をＲ_ＨＰと表記し、負極６３側の接触抵抗および配線抵抗の合成抵抗Ｒｃ２の抵抗値をＲ_ＬＰと表記するものとする）が存在している。

したがって、この電圧測定装置５１では、電池６１の起電力Ｖｘに起因した直流電流が流れる経路Ｌ１（一対の測定端子２，３間に接続される抵抗要素で構成される経路）には、分圧回路部８を構成する２つの分圧抵抗２１，２２と共に上記した合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２が含まれることから、分圧回路部８から出力される分圧電圧Ｖｄｖは、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の影響を受けることになる。しかしながら、この電圧測定装置５１においても、分圧回路部８を構成する２つの分圧抵抗２１，２２の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２を、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の各抵抗値Ｒ_ＨＰ，Ｒ_ＬＰと比較して十分に大きい値に規定することで、分圧回路部８から出力される分圧電圧Ｖｄｖは、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の影響を無視して、分圧抵抗２１，２２だけで分圧されたものとして処理されている。

具体的には、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の影響を考慮したときの分圧電圧Ｖｄｖは、下記の式（１）で表されるが、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の影響を無視し得るほどに、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２が各抵抗値Ｒ_ＨＰ，Ｒ_ＬＰに比べて十分に大きいことを考慮して、下記の式（２）で表されるものとして処理される。
Ｖｄｖ＝Ｖｘ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ_ＨＰ＋Ｒ_ＬＰ） ・・・（１）
Ｖｄｖ＝Ｖｘ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（２）

また、この電圧測定装置５１では、バッファ５７（ボルテージフォロワに構成された演算増幅器）を介して分圧電圧Ｖｄｖを入力した不図示の処理部が、上記の式（２）から導出される下記の式（３）に基づいて、電池６１の起電力Ｖｘを測定（算出）する。
Ｖｘ＝Ｖｄｖ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ・・・（３）

特開２００３－７５４７７号公報（第６－７頁、第１図）

ところが、上記した電圧測定装置５１では、一対の測定端子２，３間に接続される抵抗要素で構成される経路Ｌ１に存在する分圧抵抗２１，２２以外の他の抵抗（上記の例では、合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２）を無視して（抵抗値をゼロオームと見なして）、起電力Ｖｘを測定しているが、より正確に起電力Ｖｘを測定するためには、分圧抵抗２１，２２以外の他の抵抗を考慮するのが好ましい。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、一対の測定端子間に接続される抵抗要素で構成される経路に含まれる分圧抵抗以外の抵抗の影響を考慮して、電池の起電力をより正確に測定し得る電圧測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧測定装置は、一対の測定端子と、前記一対の測定端子のうちの一方の測定端子に第１カップリングコンデンサを介して接続されて、当該一方の測定端子から当該一対の測定端子のうちの基準電位に接続された他方の測定端子に至る経路に交流電流を供給する交流電源部と、前記一方の測定端子に第２カップリングコンデンサを介して接続されて、前記交流電流が供給された際に前記一対の測定端子間に発生する交流電圧の電圧値を交流電圧値として測定する交流測定部と、直列接続された既知の抵抗値の第１分圧抵抗および第２分圧抵抗で構成されると共に前記一対の測定端子間に接続されて、前記第２分圧抵抗の両端間に発生する電圧を前記基準電位を基準として前記一方の測定端子に発生する電圧についての分圧電圧として出力する分圧回路部と、前記分圧電圧に含まれる直流成分の電圧値を直流電圧値として測定する直流測定部と、処理部とを備え、前記処理部は、前記一対の測定端子間に電池が接続されている状態において、前記交流電圧値と前記交流電流の電流値とに基づいて前記一対の測定端子間に交流的および直流的に接続されているすべての抵抗要素の合成抵抗値を算出する第１算出処理と、前記合成抵抗値、並びに前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値に基づいて、前記一対の測定端子から前記電池側を見たときの当該一対の測定端子間の抵抗値を電池側抵抗値として算出する第２算出処理と、前記直流電圧値、前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値、並びに前記電池側抵抗値に基づいて、前記電池の起電力を算出する第３算出処理とを実行する。

また、請求項２記載の電圧測定装置は、請求項１記載の電圧測定装置において、前記交流測定部は、一端が前記第２カップリングコンデンサを介して前記一方の測定端子に接続されると共に他端が前記基準電位に接続された既知の抵抗値の入力抵抗、および前記基準電位を基準として前記入力抵抗の前記一端に発生する交流電圧を入力すると共に増幅して出力する演算増幅器を入力段回路として備え、前記処理部は、前記第２算出処理において、前記合成抵抗値、並びに前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値に加えて前記入力抵抗の前記既知の抵抗値に基づいて、前記電池側抵抗値を算出する。

請求項１記載の電圧測定装置によれば、一対の測定端子間に接続される各分圧抵抗以外の抵抗、例えば、測定対象との間の接触抵抗や配線抵抗を、無視することなく考慮して電池の起電力を測定することができるため、起電力をより正確に（誤差の少ない状態で）測定することができる。

また、請求項２記載の電圧測定装置によれば、入力抵抗を有する交流測定部を備えた構成においても、一対の測定端子間に接続される各分圧抵抗以外の抵抗、例えば、測定対象との間の接触抵抗や配線抵抗を、無視することなく考慮して電池の起電力を測定することができるため、起電力をより正確に（誤差の少ない状態で）測定することができる。

電圧測定装置１Ａの構成を示す構成図である。 電圧測定装置１Ｂの構成を示す構成図である。 従来の電圧測定装置５１の構成を示す構成図である。

以下、電圧測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

まず、この電圧測定装置としての電圧測定装置１Ａの構成について、図１を参照して説明する。

電圧測定装置１Ａは、一対の測定端子２，３、第１カップリングコンデンサ４、交流電源部５、第２カップリングコンデンサ６、交流測定部７Ａ、分圧回路部８、直流測定部９、処理部１０および出力部１１を備えて、測定対象である電池６１の起電力Ｖｘを測定可能に構成されている。電池６１は、一例として、起電力Ｖｘを発生する直流電圧源と、内部抵抗Ｒｘ（理解の容易のため、抵抗値もＲｘで表すものとする）とが、正極６２と負極６３との間に等価的に直列接続された構成を有している。

本例の電圧測定装置１Ａでは、一例として、一対の測定端子２，３のうちの一方の測定端子２は測定ケーブル（本例では一例としてプローブ５２）を介して電池６１の正極６２に接続され、また他方の測定端子３は他の測定ケーブル（本例では一例としてプローブ５３）を介して電池６１の負極６３に接続される。また、他方の測定端子３は、電圧測定装置１Ａにおける基準電位（ゼロボルト）である内部グランドＧに接続されている。また、一方の測定端子２がプローブ５２を介して電池６１の正極６２に接続された状態においては、一方の測定端子２と正極６２との間には、プローブ５２の配線抵抗と、プローブ５２と正極６２との間の接触抵抗とが存在しているが、図１では、この配線抵抗および接触抵抗の直列合成抵抗Ｒｃ１の抵抗値をＲ_ＨＰと表記する。同様にして、他方の測定端子３と負極６３との間に存在するプローブ５３の配線抵抗と、プローブ５３と負極６３との間の接触抵抗との直列合成抵抗Ｒｃ２の抵抗値をＲ_ＬＰと表記する。

第１カップリングコンデンサ４は、一端が一方の測定端子２に接続されている。交流電源部５は、第１カップリングコンデンサ４の他端と内部グランドＧとの間に接続されている。また、交流電源部５は、一例として交流定電流源で構成されて、一方の測定端子２に既知の電流値の交流電流（交流定電流）Ｉ_ＡＣを供給する。この交流電流Ｉ_ＡＣは、一方の測定端子２から、内部グランドＧに接続された他方の測定端子３に、両測定端子２，３間に存在するすべての経路（本例では、後述するように２つの経路）を介して流れる。なお、交流電源部５は、交流定電流源で構成されるものに限定されない。例えば、図示はしないが、内部グランドＧの電位（ゼロボルト）を基準とする交流電圧を一方の測定端子２に供給する交流電圧源と、この交流電圧の印加時に交流電圧源から一方の測定端子２に向けて流れる交流電流の電流値を測定して処理部１０に出力する交流電流計とで構成することもできる。

第２カップリングコンデンサ６は、一端が一方の測定端子２に接続されている。交流測定部７Ａは、第２カップリングコンデンサ６の他端に入力部が接続されて、交流電流Ｉ_ＡＣが供給された際に、一対の測定端子２，３間に発生する交流電圧Ｖ_ＡＣの電圧値（例えば、実効値）を交流電圧値Ｖ_ＡＣ１として測定して、処理部１０に出力する。また、交流測定部７Ａは、入力部が交流測定部７Ａの入力段回路を構成する不図示の演算増幅器の入力端子に接続されることで、入力部の入力インピーダンスが無限大（具体的には、数Ｍオームのような極めて高い抵抗値）に規定されている。この構成により、交流測定部７Ａの入力部には電流は流入しないと見なすことが可能となっている。

分圧回路部８は、直列接続された既知の抵抗値の第１分圧抵抗２１（抵抗値Ｒ１）および第２分圧抵抗２２（抵抗値Ｒ２）で構成されると共に、一対の測定端子２，３間に接続されている。第１分圧抵抗２１は一方の測定端子２に接続され、第２分圧抵抗２２は他方の測定端子３（つまり、内部グランドＧ）に接続されていることから、分圧回路部８は、内部グランドＧの電位（ゼロボルト）を基準として第２分圧抵抗２２の両端間に発生する電圧を、内部グランドＧの電位を基準として一方の測定端子２に発生する電圧についての分圧電圧Ｖｄｖとして出力する。なお、第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２は、１つの抵抗器で構成することもできるし、複数の抵抗器を直列や並列に接続して構成することもできる。

直流測定部９は、入力部に入力される分圧電圧Ｖｄｖに含まれる直流成分の電圧値を直流電圧値Ｖｄｖ１として測定して、処理部１０に出力する。また、直流測定部９は、入力部が直流測定部９の入力段回路を構成する不図示の演算増幅器の入力端子に接続されることで、入力部の入力インピーダンスが無限大（具体的には、数Ｍオームのような極めて高い抵抗値）に規定されている。この構成により、直流測定部９の入力部には電流は流入しないと見なすことが可能となっている。

処理部１０は、一例として、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリを有して構成されて、後述する第１算出処理、第２算出処理および第３算出処理を実行することにより、入力される交流電圧値Ｖ_ＡＣ１および直流電圧値Ｖ_ＤＣと、既知である交流電流Ｉ_ＡＣの電流値と、既知である第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２とに基づいて、電池６１の起電力Ｖｘを測定（算出）する。また、処理部１０は、測定した起電力Ｖｘを出力部１１に出力させる出力処理を実行する。

出力部１１は、一例として、表示装置で構成されて、処理部１０から出力される起電力Ｖｘを画面上に表示する（出力する）。なお、出力部１１は、表示装置に代えて種々のインターフェース回路で構成することもでき、外部インターフェース回路で構成されたときには、外部インターフェース回路を介して伝送路で接続された外部装置にこの測定した起電力Ｖｘを出力し、また媒体用インターフェース回路で構成されたときには、この媒体用インターフェース回路に接続された記憶媒体にこの測定した起電力Ｖｘを記憶させる。

次に、電圧測定装置１Ａの動作について、図面を参照して説明する。なお、電圧測定装置１Ａは、一対のプローブ５２，５３を介して電池６１に接続されているものとする。

この状態において、電圧測定装置１Ａでは、一方の測定端子２に対して、交流電源部５は第１カップリングコンデンサ４で直流的に分離され、また交流測定部７Ａは第２カップリングコンデンサ６で直流的に分離されている。また、直流測定部９の入力部には電流は流入しない構成となっている。このため、電圧測定装置１Ａでは、電池６１の起電力Ｖｘに基づいて、電池６１の正極６２から、プローブ５２、一方の測定端子２、分圧回路部８、内部グランドＧ、他方の測定端子３およびプローブ５３を介して電池６１の負極６３に至る経路Ｌ１に直流電流Ｉ_ＤＣが流れている。

また、電圧測定装置１Ａでは、交流測定部７Ａの入力部にも電流が流入しない構成となっている。このため、電圧測定装置１Ａでは、交流電源部５から一方の測定端子２に供給された交流電流Ｉ_ＡＣは、一方の測定端子２から、プローブ５２、電池６１、プローブ５３および他方の測定端子３を介して内部グランドＧに至る経路Ｌ２と、一方の測定端子２から、分圧回路部８を介して内部グランドＧに至る経路Ｌ３とに分流される。

これにより、電圧測定装置１Ａでは、直流電流Ｉ_ＤＣが分圧回路部８に流れることによって発生する直流電圧Ｖ_ＤＣと、交流電流Ｉ_ＡＣの経路Ｌ３への流入分の電流が分圧回路部８に流れることによって発生する交流電圧Ｖ_ＡＣとの合成電圧（Ｖ_ＤＣ＋Ｖ_ＡＣ）が、一方の測定端子２に発生する。

したがって、電圧測定装置１Ａでは、交流測定部７Ａが、合成電圧（Ｖ_ＤＣ＋Ｖ_ＡＣ）のうちの交流電圧Ｖ_ＡＣを第２カップリングコンデンサ６を介して検出すると共に、交流電圧Ｖ_ＡＣの交流電圧値Ｖ_ＡＣ１を測定して、処理部１０に出力する。また、分圧回路部８が、合成電圧（Ｖ_ＤＣ＋Ｖ_ＡＣ）を分圧して分圧電圧Ｖｄｖを出力し、直流測定部９が、この分圧電圧Ｖｄｖに含まれる直流成分（分圧回路部８で分圧された直流電圧Ｖ_ＤＣ）の直流電圧値Ｖｄｖ１を測定して、処理部１０に出力する。

この状態において、処理部１０は、まず、交流測定部７Ａで測定された交流電圧値Ｖ_ＡＣ１と既知である交流電流Ｉ_ＡＣの電流値とに基づいて第１算出処理を実行して、一対の測定端子２，３間に交流的および直流的に接続されているすべての抵抗要素の合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}を算出する。具体的には、処理部１０は、交流電圧値Ｖ_ＡＣ１を交流電流Ｉ_ＡＣの既知の電流値で除算して、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}を算出し、記憶する。

交流測定部７Ａおよび直流測定部９の各入力部には電流は流入しないことを考慮すると、本例では、一対の測定端子２，３間には、経路Ｌ２に存在している抵抗要素（互いに直列接続された直列合成抵抗Ｒｃ１（抵抗値Ｒ_ＨＰ）、内部抵抗Ｒｘ（抵抗値Ｒｘ）および直列合成抵抗Ｒｃ２（抵抗値Ｒ_ＬＰ））と、経路Ｌ３に存在している抵抗要素（互いに直列接続された第１分圧抵抗２１（抵抗値Ｒ１）および第２分圧抵抗２２（抵抗値Ｒ２））とがそれぞれ直流的に接続されている。したがって、一対の測定端子２，３から電池６１側を見たときの一対の測定端子２，３間の抵抗値、つまり経路Ｌ２に存在している上記の抵抗要素全体での抵抗値を電池側抵抗値Ｒ_ＢＴ（＝Ｒ_ＨＰ＋Ｒｘ＋Ｒ_ＬＰ）としたときに、算出される合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}は、下記の式（４）を満たす値となっている。
１／Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}＝１／Ｒ_ＢＴ＋１／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（４）

次いで、処理部１０は、算出した合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}と、第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２の既知の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２とに基づいて第２算出処理を実行して、上記の電池側抵抗値Ｒ_ＢＴを算出する。具体的には、処理部１０は、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}と各抵抗値Ｒ１，Ｒ２とを、メモリに予め記憶されている上記した式（４）に代入して整理することにより、電池側抵抗値Ｒ_ＢＴを算出し、記憶する。

続いて、処理部１０は、直流測定部９で測定された直流電圧値Ｖｄｖ１と、第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２の既知の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２と、算出した電池側抵抗値Ｒ_ＢＴとに基づいて第３算出処理を実行して、起電力Ｖｘを測定（算出）する。

この場合、経路Ｌ１には、起電力Ｖｘに起因して、直流電流Ｉ_ＤＣが流れる。このことから、下記の式（５）が成り立つ。
Ｖｘ＝Ｉ_ＤＣ×（Ｒ_ＢＴ＋Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（５）
これにより、直流電流Ｉ_ＤＣは、下記の式（６）で表される。
Ｉ_ＤＣ＝Ｖｘ／（Ｒ_ＢＴ＋Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（６）
また、これにより、直流電圧値Ｖｄｖ１は、下記の式（７）で表される。
Ｖｄｖ１＝Ｒ２×Ｉ_ＤＣ
＝Ｖｘ×Ｒ２／（Ｒ_ＢＴ＋Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（７）
また、この式（７）を変形することで、起電力Ｖｘは、下記の式（８）で表される。
Ｖｘ＝Ｖｄｖ１×（Ｒ_ＢＴ＋Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ・・・（８）

したがって、処理部１０は、直流電圧値Ｖｄｖ１と、電池側抵抗値Ｒ_ＢＴと、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２とを、メモリに予め記憶されている上記した式（８）に代入することにより、起電力Ｖｘを測定（算出）して、記憶する。

また、処理部１０は、出力処理を実行して、算出した起電力Ｖｘを出力部１１に表示させる。これにより、電圧測定装置１Ａによる起電力Ｖｘの測定が完了する。

このように、この電圧測定装置１Ａによれば、処理部１０は、従来の電圧測定装置５１では分圧回路部８の抵抗値（各抵抗値Ｒ１，Ｒ２）への影響を無視していた抵抗値（すなわち、一対の測定端子２，３間に接続される分圧抵抗２１，２２以外の抵抗、この例では合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の各抵抗値Ｒ_ＨＰ，Ｒ_ＬＰを含む電池側抵抗値Ｒ_ＢＴ）を、無視することなく考慮して起電力Ｖｘを測定する。したがって、この電圧測定装置１Ａによれば、起電力Ｖｘをより正確に（誤差の少ない状態で）測定することができる。

次に、他の電圧測定装置としての電圧測定装置１Ｂについて、図２を参照して説明する。なお、電圧測定装置１Ａ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。

電圧測定装置１Ｂは、一対の測定端子２，３、第１カップリングコンデンサ４、交流電源部５、第２カップリングコンデンサ６、交流測定部７Ｂ、分圧回路部８、直流測定部９、処理部１０および出力部１１を備えて、電池６１の起電力Ｖｘを測定可能に構成されている。

交流測定部７Ｂは、第２カップリングコンデンサ６の他端に入力部が接続されている。また、交流測定部７Ｂは、一例として、入力抵抗３１、増幅器３２、第１フィルタ部３３、検波回路３４および第２フィルタ部３５を備えている。

入力抵抗３１は、一端が交流測定部７Ｂの入力部に接続される（つまり、第２カップリングコンデンサ６の他端に接続される）と共に、他端が内部グランドＧに接続されている。この構成により、入力抵抗３１は、一対の測定端子２，３間に交流的に接続されている抵抗要素となる。これにより、交流電流Ｉ_ＡＣは、上記した経路Ｌ２，Ｌ３に加えて、一方の測定端子２から、第２カップリングコンデンサ６および入力抵抗３１を介して内部グランドＧに至る経路Ｌ４にも分流される。このため、入力抵抗３１の両端間には、交流電圧Ｖ_ＡＣが発生する。また、入力抵抗３１の抵抗値Ｒ３（既知）は、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}に影響を与えることから、この電圧測定装置１Ｂでは、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}に関して、電圧測定装置１Ａの式（４）に代えて、下記の式（９）が成り立つ。
１／Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}＝１／Ｒ_ＢＴ＋１／（Ｒ１＋Ｒ２）＋１／Ｒ３ ・・・（９）
なお、第２カップリングコンデンサ６のインピーダンスは、第２カップリングコンデンサ６の容量値をＣとし、交流電流Ｉ_ＡＣの周波数（交流電圧Ｖ_ＡＣの周波数でもある）をｆとしたときに、１／（２πｆＣ）で表されるが、抵抗値Ｒ３に対して十分に小さいため、無視するものとする。

増幅器３２は、非反転入力端子が入力抵抗３１の一端に接続された演算増幅器３２ａ、一端が演算増幅器３２ａの反転入力端子に接続されると共に他端が内部グランドＧに接続された抵抗３２ｂ、および演算増幅器３２ａの反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗３２ｃを備えて、非反転型増幅器として構成されている。また、増幅器３２は、抵抗３２ｂ，３２ｃの各抵抗値で予め規定された増幅率で、入力抵抗３１の両端間に発生する交流電圧Ｖ_ＡＣを増幅して増幅信号として出力する。第１フィルタ部３３は、交流電流Ｉ_ＡＣの周波数（交流電圧Ｖ_ＡＣの周波数でもある）と同じ周波数の信号成分を主として通過させる狭帯域通過型フィルタとして構成されている。この構成により、第１フィルタ部３３は、増幅器３２から出力される増幅信号を入力すると共に、この増幅信号に含まれている通過帯域外の周波数成分（ノイズ成分）を除去して出力する。

検波回路３４は、一例として乗算器を用いて構成されて、第１フィルタ部３３から出力される信号と交流電源部５から出力される同期信号Ｓ１とを乗算することにより（言い換えれば、第１フィルタ部３３から出力される信号をこの同期信号で同期検波することにより）、交流電圧Ｖ_ＡＣの電圧値（例えば、振幅）に応じて電圧値が変化する直流信号を出力する。第２フィルタ部３５は、低域通過型フィルタとして構成されて、検波回路３４から出力される直流信号を入力して、交流成分を除去して平滑化することにより、交流電圧値Ｖ_ＡＣ１を出力する。

直流測定部９は、電圧測定装置１Ａの直流測定部９と同等に構成されて、直流電圧値Ｖｄｖ１を出力する。この直流測定部９については、一例として図２に示すように、ボルテージフォロワとして構成された演算増幅器４１と、低域通過型フィルタとして構成された第３フィルタ部４２とで構成することができる。これにより、直流測定部９は、その入力部の入力インピーダンスが無限大に規定されて、入力部に入力される分圧電圧Ｖｄｖに含まれる直流成分の電圧値を直流電圧値Ｖｄｖ１として測定して、出力することが可能となっている。

次に、電圧測定装置１Ｂの動作について、図面を参照して説明する。なお、電圧測定装置１Ｂは、一対のプローブ５２，５３を介して電池６１に接続されているものとする。

この状態において、電圧測定装置１Ｂでも、一方の測定端子２に対して、交流電源部５は第１カップリングコンデンサ４で直流的に分離され、また交流測定部７Ｂは第２カップリングコンデンサ６で直流的に分離されていることから、電池６１の起電力Ｖｘに基づく直流電流Ｉ_ＤＣが経路Ｌ１に流れている。

また、電圧測定装置１Ｂでは、交流電源部５から一方の測定端子２に供給された交流電流Ｉ_ＡＣは、上記したように３つの経路Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に分流される。

これにより、電圧測定装置１Ｂでは、交流測定部７Ｂが、一方の測定端子２に発生する合成電圧（Ｖ_ＤＣ＋Ｖ_ＡＣ）のうちの交流電圧Ｖ_ＡＣを第２カップリングコンデンサ６を介して検出すると共に、交流電圧Ｖ_ＡＣの交流電圧値Ｖ_ＡＣ１を測定して、処理部１０に出力する。また、分圧回路部８が、合成電圧（Ｖ_ＤＣ＋Ｖ_ＡＣ）を分圧して分圧電圧Ｖｄｖを出力し、直流測定部９が、この分圧電圧Ｖｄｖに含まれる直流成分（分圧回路部８で分圧された直流電圧Ｖ_ＤＣ）の直流電圧値Ｖｄｖ１を測定して、処理部１０に出力する。

この状態において、処理部１０は、まず、交流測定部７Ｂで測定された交流電圧値Ｖ_ＡＣ１と既知である交流電流Ｉ_ＡＣの電流値とに基づいて第１算出処理を実行して、一対の測定端子２，３間に交流的および直流的に接続されているすべての抵抗要素の合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}を算出する。具体的には、処理部１０は、交流電圧値Ｖ_ＡＣ１を交流電流Ｉ_ＡＣの既知の電流値で除算して、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}を算出し、記憶する。この場合、算出される合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}は、上記の式（９）を満たす値となっている。

次いで、処理部１０は、算出した合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}と、第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２の既知の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２と、交流測定部７Ｂの入力抵抗３１の既知の抵抗値Ｒ３とに基づいて第２算出処理を実行して、上記の電池側抵抗値Ｒ_ＢＴを算出する。具体的には、処理部１０は、合成抵抗値Ｒ_{ＴＯＴＡＬ}と各抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを、メモリに予め記憶されている上記した式（９）に代入して整理することにより、電池側抵抗値Ｒ_ＢＴを算出し、記憶する。

続いて、処理部１０は、直流測定部９で測定された直流電圧値Ｖｄｖ１と、第１分圧抵抗２１および第２分圧抵抗２２の既知の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２と、算出した電池側抵抗値Ｒ_ＢＴとに基づいて第３算出処理を実行して、起電力Ｖｘを測定（算出）する。

この場合、経路Ｌ１には、起電力Ｖｘに起因して、直流電流Ｉ_ＤＣが流れる。このことから、上記の式（５）が成り立つ。これにより、直流電流Ｉ_ＤＣは、上記の式（６）で表される。また、これにより、直流電圧値Ｖｄｖ１は、上記の式（７）で表される。また、この式（７）を変形することで、起電力Ｖｘは、上記の式（８）で表される。

したがって、処理部１０は、直流電圧値Ｖｄｖ１と、電池側抵抗値Ｒ_ＢＴと、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２とを、メモリに予め記憶されている上記した式（８）に代入することにより、起電力Ｖｘを測定（算出）して、記憶する。

また、処理部１０は、出力処理を実行して、算出した起電力Ｖｘを出力部１１に表示させる。これにより、電圧測定装置１Ｂによる起電力Ｖｘの測定が完了する。

このように、入力抵抗３１を有する交流測定部７Ｂを備えた構成の電圧測定装置１Ｂによっても、処理部１０は、従来の電圧測定装置５１では分圧回路部８の抵抗値（各抵抗値Ｒ１，Ｒ２）への影響を無視していた抵抗値（すなわち、一対の測定端子２，３間に接続される分圧抵抗２１，２２以外の抵抗、この例では合成抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２の各抵抗値Ｒ_ＨＰ，Ｒ_ＬＰを含む電池側抵抗値Ｒ_ＢＴ）を、無視することなく考慮して起電力Ｖｘを測定することができるため、起電力Ｖｘをより正確に（誤差の少ない状態で）測定することができる。

なお、上記の各電圧測定装置１Ａ，１Ｂでは、電池６１の内部抵抗Ｒｘを考慮して起電力Ｖｘを測定する構成を採用しているが、内部抵抗Ｒｘを考慮しないで（つまり、内部抵抗Ｒｘをゼロオームなどの極めて小さい抵抗値の抵抗と考えて）、起電力Ｖｘを測定する構成を採用することもできる。

１Ａ，１Ｂ 電圧測定装置
２，３ 一対の測定端子
４ 第１カップリングコンデンサ
５ 交流電源部
６ 第２カップリングコンデンサ
７Ａ，７Ｂ 交流測定部
８ 分圧回路部
９ 直流測定部
１０ 処理部
２１ 第１分圧抵抗
２２ 第２分圧抵抗
Ｇ 内部グランド
Ｉ_ＡＣ 交流電流
Ｖ_ＡＣ 交流電圧
Ｖ_ＡＣ１ 交流電圧値
Ｖｄｖ 分圧電圧
Ｖｄｖ１ 直流電圧値
Ｖｘ 起電力

Claims (2)

1. 一対の測定端子と、
   前記一対の測定端子のうちの一方の測定端子に第１カップリングコンデンサを介して接続されて、当該一方の測定端子から当該一対の測定端子のうちの基準電位に接続された他方の測定端子に至る経路に交流電流を供給する交流電源部と、
   前記一方の測定端子に第２カップリングコンデンサを介して接続されて、前記交流電流が供給された際に前記一対の測定端子間に発生する交流電圧の電圧値を交流電圧値として測定する交流測定部と、
   直列接続された既知の抵抗値の第１分圧抵抗および第２分圧抵抗で構成されると共に前記一対の測定端子間に接続されて、前記第２分圧抵抗の両端間に発生する電圧を前記基準電位を基準として前記一方の測定端子に発生する電圧についての分圧電圧として出力する分圧回路部と、
   前記分圧電圧に含まれる直流成分の電圧値を直流電圧値として測定する直流測定部と、
   処理部とを備え、
   前記処理部は、前記一対の測定端子間に電池が接続されている状態において、前記交流電圧値と前記交流電流の電流値とに基づいて前記一対の測定端子間に交流的および直流的に接続されているすべての抵抗要素の合成抵抗値を算出する第１算出処理と、
   前記合成抵抗値、並びに前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値に基づいて、前記一対の測定端子から前記電池側を見たときの当該一対の測定端子間の抵抗値を電池側抵抗値として算出する第２算出処理と、
   前記直流電圧値、前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値、並びに前記電池側抵抗値に基づいて、前記電池の起電力を算出する第３算出処理とを実行する電圧測定装置。
2. 前記交流測定部は、
   一端が前記第２カップリングコンデンサを介して前記一方の測定端子に接続されると共に他端が前記基準電位に接続された既知の抵抗値の入力抵抗、および前記基準電位を基準として前記入力抵抗の前記一端に発生する交流電圧を入力すると共に増幅して出力する演算増幅器を入力段回路として備え、
   前記処理部は、前記第２算出処理において、前記合成抵抗値、並びに前記第１分圧抵抗および第２分圧抵抗の前記既知の各抵抗値に加えて前記入力抵抗の前記既知の抵抗値に基づいて、前記電池側抵抗値を算出する請求項１記載の電圧測定装置。

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