インピーダンス測定装置
【課題】直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを一層短い時間内に測定する。
【解決手段】電池６１に交流電流Ｉを供給する交流電流供給部２と、コンデンサ５と抵抗６とで構成されると共に交流電流Ｉの供給時において電池６１の両極間に発生する信号Ｓ１を入力して信号Ｓ２を出力する交流結合部（コンデンサ５および抵抗６）と、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に入力した信号Ｓ２を増幅して信号Ｓ３として出力する交流成分増幅部７と、交流成分増幅部７の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように信号Ｓ２の振幅を制限する振幅制限部１０と、信号Ｓ３と交流電流Ｉとに基づいて電池６１の内部インピーダンスＲを算出する演算部８とを備えた。
【解決手段】電池６１に交流電流Ｉを供給する交流電流供給部２と、コンデンサ５と抵抗６とで構成されると共に交流電流Ｉの供給時において電池６１の両極間に発生する信号Ｓ１を入力して信号Ｓ２を出力する交流結合部（コンデンサ５および抵抗６）と、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に入力した信号Ｓ２を増幅して信号Ｓ３として出力する交流成分増幅部７と、交流成分増幅部７の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように信号Ｓ２の振幅を制限する振幅制限部１０と、信号Ｓ３と交流電流Ｉとに基づいて電池６１の内部インピーダンスＲを算出する演算部８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のインピーダンス測定装置として、発明者は、特開平１１−１７８１９７号公報に開示されている交流測定器（電池の内部抵抗を測定する装置）を既に提案している。ところで、この種のインピーダンス測定装置では、被測定対象物（電池）の直流起電力の測定回路への入力を阻止して内部抵抗を測定する必要がある。このため、上記公報に開示の交流測定器では、一対の入力部（一例として入力端子）に２つの直流阻止用コンデンサをそれぞれ直列に接続することにより、その直流起電力の測定回路への入力を阻止している。したがって、この交流測定器によれば、電池の内部抵抗に交流電流が流れることに起因して発生する交流成分のみをその測定回路に入力できるため、測定回路がこの交流成分に基づいて電池の内部抵抗を正確に測定することができる。
【０００３】
他方、発明者は、直流阻止用のコンデンサを１つだけ用いる構成のインピーダンス測定装置として、図１０に示す構成のインピーダンス測定装置７１も開発している。このインピーダンス測定装置７１は、交流電流供給部２、一対の入力部３，４、コンデンサ５、抵抗６、増幅部７７、演算部８および表示部９を備えて構成されている。このインピーダンス測定装置７１では、一方の入力部３と基準電位（一例として内部グランド）との間に直流阻止用のコンデンサ５と抵抗６とが直列に接続されて交流結合部（具体的にはハイパスフィルタ）を構成し、他方の入力部４はインピーダンス測定装置７１の内部グランドに接続されている。したがって、このインピーダンス測定装置７１によれば、ハイパスフィルタを構成するコンデンサ５および抵抗６が、一対の入力部３，４間に加わる電池６１の直流起電力Ｖ１の増幅部７７への入力を阻止するため、電池６１の内部抵抗６１ａに交流電流Ｉが流れることに起因して発生する交流成分Ｖ２に対応する信号Ｓ２のみを増幅部７７に入力することができ、増幅部７７がこの信号Ｓ２を適切な増幅率（ゲイン）で非反転増幅して、信号Ｓ３として演算部８に出力することができる。この結果、演算部８が、この信号Ｓ３と交流電流Ｉ（通常は、交流電流供給部２から出力される交流電流Ｉに比例した信号Ｓｉ）とを入力して、これらの各振幅、およびこれら相互間の位相差をそれぞれ測定し、測定した信号Ｓ３および交流電流Ｉの各振幅と位相差とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスを算出して表示部９に表示させることができる。
【特許文献１】特開平１１−１７８１９７号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発明者は、上記した図１０に示すインピーダンス測定装置７１についてさらに検討した結果、このインピーダンス測定装置には、次のような解決すべき課題が存在していることを見出した。すなわち、このインピーダンス測定装置７１では、一対の入力部３，４と電池６１との接触抵抗の影響を排除するため、抵抗６の抵抗値を大きく設定する必要がある。また、抵抗６の値を大きく設定することによって抵抗６の熱雑音が信号Ｓ２に重畳されることから、この熱雑音の信号Ｓ２への重畳を回避するために、コンデンサ５の静電容量も大きく設定する必要がある。したがって、コンデンサ５と抵抗６とで構成されるハイパスフィルタの時定数も大きくなるため、図１１において実線で示す信号Ｓ１（直流成分に交流成分Ｖ２が重畳している信号であって、その直流成分が電池６１の直流起電力Ｖ１までステップ的に上昇する信号：図１０も参照）がコンデンサ５に印加されたときに、コンデンサ５を介して出力される信号Ｓ２に含まれている直流成分Ｓ２ｄｃが同図において破線で示すような過渡特性で減少する。この結果、この直流成分Ｓ２ｄｃが増幅部７７を構成するバッファ（同図では一例として演算増幅器）の同相入力電圧範囲Ｗ（下限電圧が−Ｗ／２で上限電圧が＋Ｗ／２で規定される電圧範囲）内に収まるまでの時間が長くなる。したがって、このインピーダンス測定装置には、演算部８において電池６１の内部インピーダンスを正確に測定できるまでの時間が長くなるという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
そこで、発明者は、図１０において破線で示すように、インピーダンス測定装置７１における増幅部７７の入力ラインＡに振幅制限部１０を接続したインピーダンス測定装置８１を開発している。この場合、振幅制限部１０は、ハイパスフィルタ（交流結合部）のコンデンサ５から出力される信号Ｓ２（直流成分Ｓ２ｄｃに交流成分Ｖ２が重畳している電圧信号）を増幅部７７の同相入力電圧範囲Ｗ内に制限する機能を備えている。このため、このインピーダンス測定装置８１によれば、振幅制限部１０が作動して、図１１において一点鎖線で示すように、短い期間Ｔ１において、コンデンサ５から出力される信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃを増幅部７７の同相入力電圧範囲Ｗ内に低下させることができ、電池６１の内部インピーダンスが演算部８によって正確に測定されるまでの時間を短縮することができる。
【０００６】
しかしながら、電池６１の内部インピーダンスの測定時間をさらに短縮することが望まれている。このため、これを実現し得るインピーダンス測定装置の開発をいかに行うかが課題となっている。
【０００７】
本発明は、かかる要求に応えるべくなされたものであり、直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを一層短い時間内に測定し得るインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載のインピーダンス測定装置は、電池に交流電流を供給する交流電流供給部と、コンデンサと抵抗とで構成されると共に前記交流電流の供給時において前記電池の両極間に発生する第１の信号を入力して第２の信号を出力する交流結合部と、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に前記出力された第２の信号を増幅して第３の信号として出力する交流成分増幅部と、前記交流成分増幅部の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように前記第２の信号の振幅を制限する振幅制限部と、前記第３の信号と前記交流電流とに基づいて前記電池の内部インピーダンスを算出する演算部とを備えている。
【０００９】
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、前記振幅制限部は、前記第２の信号の振幅が前記所定電圧範囲を超えたときに当該振幅に対する制限を当該所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載のインピーダンス測定装置では、交流成分増幅部が交流結合部から出力された第２の信号を（その交流成分をその直流成分よりも大きな増幅率で）増幅して第３の信号として出力することにより、第３の信号に含まれている交流成分に対して直流成分を短時間で、より低いレベルまで低減することができる。したがって、このインピーダンス測定装置によれば、演算部が、この第３の信号と交流電流とに基づいて、電池の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【００１１】
請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、第２の信号の振幅が所定電圧範囲を超えたときにこの振幅に対する制限を所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を振幅制限部が備えていることにより、振幅制限部による振幅制限開始直後の短い期間において、第２の信号に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における上限電圧まで低下させ、または下限電圧まで上昇させた後に、第２の信号の振幅に対する制限電圧を上記した所定電圧範囲で規定される上限電圧および下限電圧に戻すことができる。このため、このインピーダンス測定装置によれば、直流成分が低減された直後において第２の信号に含まれている交流成分自体が振幅制限部によって制限される現象を回避することができるため、より早い時間から、演算部において電池の正確な内部インピーダンスの算出を開始させることができる結果、応答性を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るインピーダンス測定装置の最良の形態について説明する。
【００１３】
最初に、インピーダンス測定装置１の構成について説明する。
【００１４】
インピーダンス測定装置１は、図１に示すように、交流電流供給部２、一対の入力端子３，４、コンデンサ５、抵抗６、交流成分増幅部７、演算部８、表示部９および振幅制限部１０を備えて構成されている。交流電流供給部２は、交流電流源２ａおよび一対の出力端子２ｂ，２ｃを備えて構成されて、交流電流源２ａによって生成された交流電流Ｉを一対の出力端子２ｂ，２ｃを介して電池６１に供給する。また、交流電流供給部２は、交流電流Ｉの電流値に比例して電圧値が変化する信号Ｓｉを生成して演算部８に出力するこの場合、交流電流供給部２は、交流電流Ｉとして交流定電流を供給することもできる。直流阻止用のコンデンサ５および抵抗６は、本発明における交流結合部を構成し、一方の入力端子３と内部グランド（基準電位の一例）との間に直列に接続されている。具体的には、交流結合部は、コンデンサ５が入力端子３に接続され、抵抗６が内部グランドに接続されることにより、ハイパスフィルタに形成されている。これにより、この交流結合部は、交流電流Ｉの供給時において電池６１の両極間に発生する信号Ｓ１（本発明における第１の信号）を入力して、静的には、この信号Ｓ１に含まれている電池６１の直流起電力Ｖ１の通過を阻止し、電池６１の内部抵抗６１ａに交流電流Ｉが流れることに起因して発生する交流成分Ｖ２（信号Ｓ１の交流成分）のみの通過を許容して交流成分増幅部７に信号Ｓ２（本発明における第２の信号）として出力する。
【００１５】
交流成分増幅部７は、演算増幅器７ａ、２本の抵抗７ｂ，７ｃおよびコンデンサ７ｄを備え、コンデンサ５から出力される信号Ｓ２を非反転増幅して、信号Ｓ３（本発明における第３の信号）として出力する。具体的には、演算増幅器７ａは、その反転入力端子と内部グランドとの間に抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとが直列に接続され、その出力端子とその反転入力端子との間に抵抗７ｃが接続されて構成されている。この構成により、交流成分増幅部７における直流成分に対する増幅率はほぼ１になり、他方、交流成分に対する増幅率は抵抗７ｂの抵抗値で抵抗７ｃの抵抗値を除算した値にほぼ等しくなる。このため、交流成分の増幅率を高めることにより、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定され、これにより、信号Ｓ２における交流成分に対する直流成分の比率を十分に低下させることができる結果、交流成分増幅部７は実質的にハイパスフィルタとしても機能する。演算部８は、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリなど（いずれも図示せず）を備えて構成されている。また、演算部８は、交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉと交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出するインピーダンス（内部抵抗）算出処理を実行する。表示部９は、例えば、液晶ディスプレイなどで構成されて、演算部８によって算出された内部インピーダンスＲを表示する。
【００１６】
振幅制限部１０は、交流成分増幅部７の入力ラインＡに接続されて、ハイパスフィルタから出力される信号Ｓ２の振幅を交流成分増幅部７の同相入力電圧範囲Ｗに収まるように制限する。この場合、同相入力電圧範囲Ｗは、本発明における所定電圧範囲であって、下限電圧が−Ｗ／２で、かつ上限電圧が＋Ｗ／２で規定される電圧範囲である。これにより、交流成分増幅部７では、演算増幅器７ａが、その出力が飽和しない領域で作動する。具体的には、振幅制限部１０は、図２に示すように、２つの演算増幅器１０ａ，１０ｂ、２つのダイオード１０ｃ，１０ｄ、および出力電圧がＷ／２にそれぞれ設定されている２つの基準電源１０ｅ，１０ｆを備えている。この場合、演算増幅器１０ａ、ダイオード１０ｃおよび基準電源１０ｅで１つの振幅制限回路が構成され、この振幅制限回路では、演算増幅器１０ａの非反転入力端子に基準電源１０ｅの正極側が接続されている。これにより、この振幅制限回路は、信号Ｓ２の振幅の上限電圧を＋Ｗ／２に規定する上限振幅制限回路として機能する。このため、以下の記載において、この演算増幅器１０ａ等で構成された振幅制限回路を上限振幅制限回路ともいう。また、演算増幅器１０ｂ、ダイオード１０ｄおよび基準電源１０ｆで他の１つの振幅制限回路が構成され、この振幅制限回路では、演算増幅器１０ｂの非反転入力端子に基準電源１０ｆの負極側が接続されている。これにより、この振幅制限回路は、信号Ｓ２の振幅の下限電圧を−Ｗ／２に規定する下限振幅制限回路として機能する。このため、以下の記載において、この演算増幅器１０ｂ等で構成された振幅制限回路を下限振幅制限回路ともいう。
【００１７】
次に、インピーダンス測定装置１による電池６１の内部インピーダンスＲの測定動作について説明する。
【００１８】
まず、図１に示すように、電池６１の正極に出力端子２ｂを接続すると共に、電池６１の負極に出力端子２ｃを接続し、その状態において交流電流供給部２に対して交流電流Ｉの供給を開始させる。次いで、入力端子３を電池６１の正極に、入力端子４を電池６１の負極にそれぞれ接続する。この際に、入力端子３、およびこの入力端子３に接続されているコンデンサ５には、図５において実線で示すように、直流起電力Ｖ１に交流成分Ｖ２が重畳している信号Ｓ１が入力される。この場合、コンデンサ５および抵抗６からなるハイパスフィルタは、コンデンサ５の静電容量と抵抗６の抵抗値とで規定される時定数に従い、図１１において破線で示すように、信号Ｓ２に含まれている直流成分Ｓ２ｄｃを直流起電力Ｖ１から徐々にゼロボルトまで減衰させることにより、直流起電力Ｖ１の通過を阻止する。一方、振幅制限部１０では、演算増幅器１０ａ等で構成される上限振幅制限回路が作動して、信号Ｓ２の過渡的な上昇を抑制する。この結果、交流成分増幅部７の入力ラインＡに実際に現れる信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃは、図５（図１１）において一点鎖線で示すように、十分に短い期間Ｔ１内において同相入力電圧範囲Ｗ内に抑制される。
【００１９】
次いで、交流成分増幅部７は、信号Ｓ２を所定の増幅率で増幅して信号Ｓ３として出力する。この際に、交流成分増幅部７は、上記したように、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２を直流成分Ｓ２ｄｃよりも大きな増幅率で増幅して信号Ｓ３として出力する。このため、交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３に含まれている直流成分Ｓ３ｄｃの交流成分Ｓ３ａｃに対する比が一層低減されて、演算増幅器７ａの出力が飽和し難くなる。
【００２０】
続いて、演算部８は、インピーダンス算出処理を実行して電池６１の内部インピーダンスＲを算出し、算出した内部インピーダンスＲを表示部９に表示させる。具体的には、演算部８は、交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉの振幅に基づいて交流電流Ｉの電流値を算出すると共に、交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３の振幅に基づいて交流成分Ｖ２の電圧値を算出する。また、演算部８は、信号Ｓｉおよび信号Ｓ３の位相差、すなわち交流電流Ｉおよび交流成分Ｖ２の位相差を算出する。演算部８は、このようにして算出した交流電流Ｉの電圧値、交流成分Ｖ２の電圧値、および位相差に基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出して表示部９に表示させる。
【００２１】
このように、このインピーダンス測定装置１では、交流成分増幅部７が、交流結合部のコンデンサ５から出力される信号Ｓ２を増幅して（その交流成分Ｖ２を直流成分Ｓ２ｄｃよりも大きな増幅率で増幅して）信号Ｓ３として出力することにより、信号Ｓ３に含まれている交流成分Ｓ３ａｃに対して直流成分Ｓ３ｄｃを短時間で、より低いレベルまで低減する。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、演算部８が、この信号Ｓ３と信号Ｓｉとに基づいて、電池６１の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【００２２】
また、インピーダンス測定装置１では、抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとの直列回路を演算増幅器７ａの反転入力端子と内部グランドとの間に接続して、信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃに対する交流成分Ｖ２の増幅率を上げることにより、演算増幅器７ａ自体をハイパスフィルタとして機能させている。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２に対する直流成分Ｓ２ｄｃの増幅率を下げることができるため、演算増幅器７ａの出力を飽和させ難くすることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、インピーダンス測定装置１では、振幅制限部１０が信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃを短時間で低減させているが、信号Ｓ２に含まれている交流成分Ｖ２の位相の状態によっては、図６に示すように、直流成分Ｓ２ｄｃが低減された後の数周期に亘って交流成分Ｖ２自体が振幅制限部１０によって制限される現象が発生するおそれがある。このため、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２が振幅制限部１０の上限電圧（Ｗ／２）以下になるまでの期間において、演算部８が電池６１の内部インピーダンスＲを正確に算出できない事態が発生するおそれもある。一方、このような事態は、インピーダンス測定装置１の振幅制限部１０を、図３に示す構成の振幅制限部１２に代えて構成したインピーダンス測定装置１１によって回避することができる。このインピーダンス測定装置１１は、上記のように振幅制限部１０に代えて振幅制限部１２を用いた以外は、インピーダンス測定装置１と同一に構成されている。このため、以下、後述する他の実施の形態においても、同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００２４】
振幅制限部１２は、図３に示すように、振幅制限部１０の構成要素に加えて、４本の抵抗１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊを備え、演算増幅器１０ａ，１０ｂの各非反転入力端子に入力される電圧にヒステリシス特性を持たせるように構成されている。具体的には、演算増幅器１０ａ等を備えた振幅制限回路（上限振幅制限回路ともいう）では、基準電源１０ｅと演算増幅器１０ａの非反転入力端子との間に抵抗１０ｇが接続され、演算増幅器１０ａの非反転入力端子と出力端子との間に抵抗１０ｈが接続されている。同様にして、演算増幅器１０ｂ等を備えた振幅制限回路（下限振幅制限回路ともいう）では、基準電源１０ｆと演算増幅器１０ｂの非反転入力端子との間に抵抗１０ｉが接続され、演算増幅器１０ｂの非反転入力端子と出力端子との間に抵抗１０ｊが接続されている。この場合、上限振幅制限回路および下限振幅制限回路では、信号Ｓ２が同相入力電圧範囲Ｗの上限電圧（＋Ｗ／２）を超えて上昇または下限電圧（−Ｗ／２）を超えて下降したときに振幅制限動作を開始し、その後に、上昇した信号Ｓ２が下降を開始して、または下降した信号Ｓ２が上昇を開始して同相入力電圧範囲Ｗよりも狭い電圧範囲（例えば、下限電圧が−Ｗ／４で、かつ上限電圧が＋Ｗ／４で規定される電圧範囲）内に入ったときに振幅制限動作を終了するというヒステリシス特性を有するように、抵抗１０ｇ，１０ｈの各抵抗値、および抵抗１０ｉ，１０ｊの各抵抗値が設定されている。
【００２５】
したがって、この振幅制限部１２における演算増幅器１０ａ等を備えた振幅制限回路（一例として上限振幅制限回路）によれば、図７に示すように、振幅制限開始直後の短い期間Ｔ１において、信号Ｓ２に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における上限電圧（＋Ｗ／４）まで低下させた後に、上限振幅制限電圧を＋Ｗ／２に戻すことができる。このため、このインピーダンス測定装置１１によれば、直流成分が低減された直後において信号Ｓ２に含まれている交流成分自体が振幅制限部１２によって制限される現象を回避することができるため、より早い時間から、演算部８が電池６１の正確な内部インピーダンスＲの算出を開始することができる結果、応答性を一層高めることができる。なお、振幅制限部１２における演算増幅器１０ｂ等を備えた下限振幅制限回路については、図示はしないが、振幅制限開始直後の短い期間Ｔ１において、信号Ｓ２に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における下限電圧（−Ｗ／４）まで上昇させた後に、下限電圧を−Ｗ／２に戻すことができるため、上記した上限振幅制限回路と同様にして、直流成分が低減された直後において信号Ｓ２に含まれている交流成分自体が振幅制限部１２によって制限される現象を回避することができる。
【００２６】
また、インピーダンス測定装置１，１１では、演算増幅器７ａの帰還部分にコンデンサ７ｄを配設することによって交流成分Ｖ２に対する増幅率よりも直流成分Ｓ２ｄｃに対する増幅率を下げることで、演算増幅器７ａ自体をハイパスフィルタとして機能させつつ、演算増幅器７ａの出力が飽和し難くなるように構成したが、この構成に限らない。例えば、図４に示すインピーダンス測定装置３１における交流成分増幅部１７のように、帰還部分に抵抗７ｂ，７ｃのみを配設して演算増幅器７ａを通常の非反転増幅器として作動させると共に、この演算増幅器７ａから出力される信号に含まれている直流成分の出力を演算増幅器７ａの出力端子に直列に接続したコンデンサ７ｅで阻止する構成を採用することもできる。ただし、この交流成分増幅部１７では、演算増幅器７ａが、信号Ｓ２の直流成分および交流成分を同一の増幅率で増幅する。このため、この交流成分増幅部１７では、交流成分増幅部７と比較して、交流成分についての増幅率を低く設定する必要がある。なお、インピーダンス測定装置３１は、交流成分増幅部７に代えて交流成分増幅部１７を用いた以外は、インピーダンス測定装置１と同一に構成されているため、同一の構成要素については重複する説明を省略する。また、インピーダンス測定装置３１においても、振幅制限部１０に代えて振幅制限部１２を用いることもできる。これらの構成のインピーダンス測定装置３１においても、インピーダンス測定装置１と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、電池６１の極性を逆にして各出力端子２ｂ，２ｃおよび各入力端子３，４に接続したときであっても電池６１の内部インピーダンスＲを測定可能とするために、振幅制限部１０，１２が上限振幅制限回路および下限振幅制限回路の双方を有する構成を採用しているが、各出力端子２ｂ，２ｃおよび各入力端子３，４に接続する電池６１の極性が予め規定されているときには、振幅制限部１０，１２を上限振幅制限回路および下限振幅制限回路のいずれか一方で構成することもできる。
【００２８】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、演算部８が電池６１の内部インピーダンスＲを測定しているが、電池６１の実効抵抗成分、インダクタンス成分および静電容量成分を測定することもできる。また、信号Ｓｉで信号Ｓ３を同期検波して、この同期検波によって得られた電圧と交流電流Ｉの電流値とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出可能に演算部８を構成することもできる。
【００２９】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、基準電位としての内部グランドに入力端子４を接続しているが、図８に示すように、交流成分増幅部を計装アンプ４７で構成したインピーダンス測定装置４１では、計装アンプ４７の各入力端子（入力段アンプを構成する一対の演算増幅器４７ａ，４７ａの各非反転入力端子）と各入力端子３，４との間に、交流結合部（コンデンサ５と抵抗６）および振幅制限部１０（１２）を各インピーダンス測定装置１，１１，３１と同様にしてそれぞれ接続すると共に、演算増幅器４７ａ，４７ａの各反転入力端子間に、抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとで構成される直列回路を接続することもできる。また、このインピーダンス測定装置４１における入力端子４側の交流結合部（コンデンサ５と抵抗６）および振幅制限部１０（１２）の接続を省略すると共に、入力端子４を演算増幅器４７ａの非反転入力端子に直結することにより、図９に示すインピーダンス測定装置５１を構成することもできる。なお、インピーダンス測定装置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。これらの各インピーダンス測定装置４１，５１においても、演算増幅器４７ａ，４７ａの各反転入力端子間に接続した抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとの直列回路により、交流成分増幅部４７が、各入力端子３，４間に入力する信号の交流成分を直流成分よりも大きな増幅率で増幅することができるため、計装アンプ４７から出力される信号Ｓ３に含まれている交流成分に対して直流成分を短時間で、より低いレベルまで低減させることができる。したがって、このインピーダンス測定装置４１，５１でも、演算部８が、この信号Ｓ３と交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉとに基づいて、電池６１の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インピーダンス測定装置１，１１の構成を示すブロック図である。
【図２】振幅制限部１０の回路図である。
【図３】振幅制限部１２の回路図である。
【図４】インピーダンス測定装置３１の構成を示すブロック図である。
【図５】インピーダンス測定装置１の動作を説明するための波形図である。
【図６】振幅制限部１０によって電圧制限された信号Ｓ２の波形図である。
【図７】振幅制限部１２によって電圧制限された信号Ｓ２の波形図である。
【図８】インピーダンス測定装置４１の構成を示すブロック図である。
【図９】インピーダンス測定装置５１の構成を示すブロック図である。
【図１０】インピーダンス測定装置７１，８１の構成を示すブロック図である。
【図１１】インピーダンス測定装置７１，８１の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１，３１，４１，５１ インピーダンス測定装置
２ 交流電流供給部
３，４ 入力端子
５，７ｄ コンデンサ
６，７ｃ，７ｄ 抵抗
７，１７，４７ 交流成分増幅部
８ 演算部
１０，１２ 振幅制限部
６１ 電池
Ｉ 交流電流
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のインピーダンス測定装置として、発明者は、特開平１１−１７８１９７号公報に開示されている交流測定器（電池の内部抵抗を測定する装置）を既に提案している。ところで、この種のインピーダンス測定装置では、被測定対象物（電池）の直流起電力の測定回路への入力を阻止して内部抵抗を測定する必要がある。このため、上記公報に開示の交流測定器では、一対の入力部（一例として入力端子）に２つの直流阻止用コンデンサをそれぞれ直列に接続することにより、その直流起電力の測定回路への入力を阻止している。したがって、この交流測定器によれば、電池の内部抵抗に交流電流が流れることに起因して発生する交流成分のみをその測定回路に入力できるため、測定回路がこの交流成分に基づいて電池の内部抵抗を正確に測定することができる。
【０００３】
他方、発明者は、直流阻止用のコンデンサを１つだけ用いる構成のインピーダンス測定装置として、図１０に示す構成のインピーダンス測定装置７１も開発している。このインピーダンス測定装置７１は、交流電流供給部２、一対の入力部３，４、コンデンサ５、抵抗６、増幅部７７、演算部８および表示部９を備えて構成されている。このインピーダンス測定装置７１では、一方の入力部３と基準電位（一例として内部グランド）との間に直流阻止用のコンデンサ５と抵抗６とが直列に接続されて交流結合部（具体的にはハイパスフィルタ）を構成し、他方の入力部４はインピーダンス測定装置７１の内部グランドに接続されている。したがって、このインピーダンス測定装置７１によれば、ハイパスフィルタを構成するコンデンサ５および抵抗６が、一対の入力部３，４間に加わる電池６１の直流起電力Ｖ１の増幅部７７への入力を阻止するため、電池６１の内部抵抗６１ａに交流電流Ｉが流れることに起因して発生する交流成分Ｖ２に対応する信号Ｓ２のみを増幅部７７に入力することができ、増幅部７７がこの信号Ｓ２を適切な増幅率（ゲイン）で非反転増幅して、信号Ｓ３として演算部８に出力することができる。この結果、演算部８が、この信号Ｓ３と交流電流Ｉ（通常は、交流電流供給部２から出力される交流電流Ｉに比例した信号Ｓｉ）とを入力して、これらの各振幅、およびこれら相互間の位相差をそれぞれ測定し、測定した信号Ｓ３および交流電流Ｉの各振幅と位相差とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスを算出して表示部９に表示させることができる。
【特許文献１】特開平１１−１７８１９７号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発明者は、上記した図１０に示すインピーダンス測定装置７１についてさらに検討した結果、このインピーダンス測定装置には、次のような解決すべき課題が存在していることを見出した。すなわち、このインピーダンス測定装置７１では、一対の入力部３，４と電池６１との接触抵抗の影響を排除するため、抵抗６の抵抗値を大きく設定する必要がある。また、抵抗６の値を大きく設定することによって抵抗６の熱雑音が信号Ｓ２に重畳されることから、この熱雑音の信号Ｓ２への重畳を回避するために、コンデンサ５の静電容量も大きく設定する必要がある。したがって、コンデンサ５と抵抗６とで構成されるハイパスフィルタの時定数も大きくなるため、図１１において実線で示す信号Ｓ１（直流成分に交流成分Ｖ２が重畳している信号であって、その直流成分が電池６１の直流起電力Ｖ１までステップ的に上昇する信号：図１０も参照）がコンデンサ５に印加されたときに、コンデンサ５を介して出力される信号Ｓ２に含まれている直流成分Ｓ２ｄｃが同図において破線で示すような過渡特性で減少する。この結果、この直流成分Ｓ２ｄｃが増幅部７７を構成するバッファ（同図では一例として演算増幅器）の同相入力電圧範囲Ｗ（下限電圧が−Ｗ／２で上限電圧が＋Ｗ／２で規定される電圧範囲）内に収まるまでの時間が長くなる。したがって、このインピーダンス測定装置には、演算部８において電池６１の内部インピーダンスを正確に測定できるまでの時間が長くなるという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
そこで、発明者は、図１０において破線で示すように、インピーダンス測定装置７１における増幅部７７の入力ラインＡに振幅制限部１０を接続したインピーダンス測定装置８１を開発している。この場合、振幅制限部１０は、ハイパスフィルタ（交流結合部）のコンデンサ５から出力される信号Ｓ２（直流成分Ｓ２ｄｃに交流成分Ｖ２が重畳している電圧信号）を増幅部７７の同相入力電圧範囲Ｗ内に制限する機能を備えている。このため、このインピーダンス測定装置８１によれば、振幅制限部１０が作動して、図１１において一点鎖線で示すように、短い期間Ｔ１において、コンデンサ５から出力される信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃを増幅部７７の同相入力電圧範囲Ｗ内に低下させることができ、電池６１の内部インピーダンスが演算部８によって正確に測定されるまでの時間を短縮することができる。
【０００６】
しかしながら、電池６１の内部インピーダンスの測定時間をさらに短縮することが望まれている。このため、これを実現し得るインピーダンス測定装置の開発をいかに行うかが課題となっている。
【０００７】
本発明は、かかる要求に応えるべくなされたものであり、直流起電力を有する電池の内部インピーダンスを一層短い時間内に測定し得るインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載のインピーダンス測定装置は、電池に交流電流を供給する交流電流供給部と、コンデンサと抵抗とで構成されると共に前記交流電流の供給時において前記電池の両極間に発生する第１の信号を入力して第２の信号を出力する交流結合部と、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に前記出力された第２の信号を増幅して第３の信号として出力する交流成分増幅部と、前記交流成分増幅部の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように前記第２の信号の振幅を制限する振幅制限部と、前記第３の信号と前記交流電流とに基づいて前記電池の内部インピーダンスを算出する演算部とを備えている。
【０００９】
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、前記振幅制限部は、前記第２の信号の振幅が前記所定電圧範囲を超えたときに当該振幅に対する制限を当該所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載のインピーダンス測定装置では、交流成分増幅部が交流結合部から出力された第２の信号を（その交流成分をその直流成分よりも大きな増幅率で）増幅して第３の信号として出力することにより、第３の信号に含まれている交流成分に対して直流成分を短時間で、より低いレベルまで低減することができる。したがって、このインピーダンス測定装置によれば、演算部が、この第３の信号と交流電流とに基づいて、電池の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【００１１】
請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、第２の信号の振幅が所定電圧範囲を超えたときにこの振幅に対する制限を所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を振幅制限部が備えていることにより、振幅制限部による振幅制限開始直後の短い期間において、第２の信号に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における上限電圧まで低下させ、または下限電圧まで上昇させた後に、第２の信号の振幅に対する制限電圧を上記した所定電圧範囲で規定される上限電圧および下限電圧に戻すことができる。このため、このインピーダンス測定装置によれば、直流成分が低減された直後において第２の信号に含まれている交流成分自体が振幅制限部によって制限される現象を回避することができるため、より早い時間から、演算部において電池の正確な内部インピーダンスの算出を開始させることができる結果、応答性を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るインピーダンス測定装置の最良の形態について説明する。
【００１３】
最初に、インピーダンス測定装置１の構成について説明する。
【００１４】
インピーダンス測定装置１は、図１に示すように、交流電流供給部２、一対の入力端子３，４、コンデンサ５、抵抗６、交流成分増幅部７、演算部８、表示部９および振幅制限部１０を備えて構成されている。交流電流供給部２は、交流電流源２ａおよび一対の出力端子２ｂ，２ｃを備えて構成されて、交流電流源２ａによって生成された交流電流Ｉを一対の出力端子２ｂ，２ｃを介して電池６１に供給する。また、交流電流供給部２は、交流電流Ｉの電流値に比例して電圧値が変化する信号Ｓｉを生成して演算部８に出力するこの場合、交流電流供給部２は、交流電流Ｉとして交流定電流を供給することもできる。直流阻止用のコンデンサ５および抵抗６は、本発明における交流結合部を構成し、一方の入力端子３と内部グランド（基準電位の一例）との間に直列に接続されている。具体的には、交流結合部は、コンデンサ５が入力端子３に接続され、抵抗６が内部グランドに接続されることにより、ハイパスフィルタに形成されている。これにより、この交流結合部は、交流電流Ｉの供給時において電池６１の両極間に発生する信号Ｓ１（本発明における第１の信号）を入力して、静的には、この信号Ｓ１に含まれている電池６１の直流起電力Ｖ１の通過を阻止し、電池６１の内部抵抗６１ａに交流電流Ｉが流れることに起因して発生する交流成分Ｖ２（信号Ｓ１の交流成分）のみの通過を許容して交流成分増幅部７に信号Ｓ２（本発明における第２の信号）として出力する。
【００１５】
交流成分増幅部７は、演算増幅器７ａ、２本の抵抗７ｂ，７ｃおよびコンデンサ７ｄを備え、コンデンサ５から出力される信号Ｓ２を非反転増幅して、信号Ｓ３（本発明における第３の信号）として出力する。具体的には、演算増幅器７ａは、その反転入力端子と内部グランドとの間に抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとが直列に接続され、その出力端子とその反転入力端子との間に抵抗７ｃが接続されて構成されている。この構成により、交流成分増幅部７における直流成分に対する増幅率はほぼ１になり、他方、交流成分に対する増幅率は抵抗７ｂの抵抗値で抵抗７ｃの抵抗値を除算した値にほぼ等しくなる。このため、交流成分の増幅率を高めることにより、直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定され、これにより、信号Ｓ２における交流成分に対する直流成分の比率を十分に低下させることができる結果、交流成分増幅部７は実質的にハイパスフィルタとしても機能する。演算部８は、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリなど（いずれも図示せず）を備えて構成されている。また、演算部８は、交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉと交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出するインピーダンス（内部抵抗）算出処理を実行する。表示部９は、例えば、液晶ディスプレイなどで構成されて、演算部８によって算出された内部インピーダンスＲを表示する。
【００１６】
振幅制限部１０は、交流成分増幅部７の入力ラインＡに接続されて、ハイパスフィルタから出力される信号Ｓ２の振幅を交流成分増幅部７の同相入力電圧範囲Ｗに収まるように制限する。この場合、同相入力電圧範囲Ｗは、本発明における所定電圧範囲であって、下限電圧が−Ｗ／２で、かつ上限電圧が＋Ｗ／２で規定される電圧範囲である。これにより、交流成分増幅部７では、演算増幅器７ａが、その出力が飽和しない領域で作動する。具体的には、振幅制限部１０は、図２に示すように、２つの演算増幅器１０ａ，１０ｂ、２つのダイオード１０ｃ，１０ｄ、および出力電圧がＷ／２にそれぞれ設定されている２つの基準電源１０ｅ，１０ｆを備えている。この場合、演算増幅器１０ａ、ダイオード１０ｃおよび基準電源１０ｅで１つの振幅制限回路が構成され、この振幅制限回路では、演算増幅器１０ａの非反転入力端子に基準電源１０ｅの正極側が接続されている。これにより、この振幅制限回路は、信号Ｓ２の振幅の上限電圧を＋Ｗ／２に規定する上限振幅制限回路として機能する。このため、以下の記載において、この演算増幅器１０ａ等で構成された振幅制限回路を上限振幅制限回路ともいう。また、演算増幅器１０ｂ、ダイオード１０ｄおよび基準電源１０ｆで他の１つの振幅制限回路が構成され、この振幅制限回路では、演算増幅器１０ｂの非反転入力端子に基準電源１０ｆの負極側が接続されている。これにより、この振幅制限回路は、信号Ｓ２の振幅の下限電圧を−Ｗ／２に規定する下限振幅制限回路として機能する。このため、以下の記載において、この演算増幅器１０ｂ等で構成された振幅制限回路を下限振幅制限回路ともいう。
【００１７】
次に、インピーダンス測定装置１による電池６１の内部インピーダンスＲの測定動作について説明する。
【００１８】
まず、図１に示すように、電池６１の正極に出力端子２ｂを接続すると共に、電池６１の負極に出力端子２ｃを接続し、その状態において交流電流供給部２に対して交流電流Ｉの供給を開始させる。次いで、入力端子３を電池６１の正極に、入力端子４を電池６１の負極にそれぞれ接続する。この際に、入力端子３、およびこの入力端子３に接続されているコンデンサ５には、図５において実線で示すように、直流起電力Ｖ１に交流成分Ｖ２が重畳している信号Ｓ１が入力される。この場合、コンデンサ５および抵抗６からなるハイパスフィルタは、コンデンサ５の静電容量と抵抗６の抵抗値とで規定される時定数に従い、図１１において破線で示すように、信号Ｓ２に含まれている直流成分Ｓ２ｄｃを直流起電力Ｖ１から徐々にゼロボルトまで減衰させることにより、直流起電力Ｖ１の通過を阻止する。一方、振幅制限部１０では、演算増幅器１０ａ等で構成される上限振幅制限回路が作動して、信号Ｓ２の過渡的な上昇を抑制する。この結果、交流成分増幅部７の入力ラインＡに実際に現れる信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃは、図５（図１１）において一点鎖線で示すように、十分に短い期間Ｔ１内において同相入力電圧範囲Ｗ内に抑制される。
【００１９】
次いで、交流成分増幅部７は、信号Ｓ２を所定の増幅率で増幅して信号Ｓ３として出力する。この際に、交流成分増幅部７は、上記したように、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２を直流成分Ｓ２ｄｃよりも大きな増幅率で増幅して信号Ｓ３として出力する。このため、交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３に含まれている直流成分Ｓ３ｄｃの交流成分Ｓ３ａｃに対する比が一層低減されて、演算増幅器７ａの出力が飽和し難くなる。
【００２０】
続いて、演算部８は、インピーダンス算出処理を実行して電池６１の内部インピーダンスＲを算出し、算出した内部インピーダンスＲを表示部９に表示させる。具体的には、演算部８は、交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉの振幅に基づいて交流電流Ｉの電流値を算出すると共に、交流成分増幅部７から出力される信号Ｓ３の振幅に基づいて交流成分Ｖ２の電圧値を算出する。また、演算部８は、信号Ｓｉおよび信号Ｓ３の位相差、すなわち交流電流Ｉおよび交流成分Ｖ２の位相差を算出する。演算部８は、このようにして算出した交流電流Ｉの電圧値、交流成分Ｖ２の電圧値、および位相差に基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出して表示部９に表示させる。
【００２１】
このように、このインピーダンス測定装置１では、交流成分増幅部７が、交流結合部のコンデンサ５から出力される信号Ｓ２を増幅して（その交流成分Ｖ２を直流成分Ｓ２ｄｃよりも大きな増幅率で増幅して）信号Ｓ３として出力することにより、信号Ｓ３に含まれている交流成分Ｓ３ａｃに対して直流成分Ｓ３ｄｃを短時間で、より低いレベルまで低減する。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、演算部８が、この信号Ｓ３と信号Ｓｉとに基づいて、電池６１の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【００２２】
また、インピーダンス測定装置１では、抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとの直列回路を演算増幅器７ａの反転入力端子と内部グランドとの間に接続して、信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃに対する交流成分Ｖ２の増幅率を上げることにより、演算増幅器７ａ自体をハイパスフィルタとして機能させている。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２に対する直流成分Ｓ２ｄｃの増幅率を下げることができるため、演算増幅器７ａの出力を飽和させ難くすることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、インピーダンス測定装置１では、振幅制限部１０が信号Ｓ２の直流成分Ｓ２ｄｃを短時間で低減させているが、信号Ｓ２に含まれている交流成分Ｖ２の位相の状態によっては、図６に示すように、直流成分Ｓ２ｄｃが低減された後の数周期に亘って交流成分Ｖ２自体が振幅制限部１０によって制限される現象が発生するおそれがある。このため、信号Ｓ２の交流成分Ｖ２が振幅制限部１０の上限電圧（Ｗ／２）以下になるまでの期間において、演算部８が電池６１の内部インピーダンスＲを正確に算出できない事態が発生するおそれもある。一方、このような事態は、インピーダンス測定装置１の振幅制限部１０を、図３に示す構成の振幅制限部１２に代えて構成したインピーダンス測定装置１１によって回避することができる。このインピーダンス測定装置１１は、上記のように振幅制限部１０に代えて振幅制限部１２を用いた以外は、インピーダンス測定装置１と同一に構成されている。このため、以下、後述する他の実施の形態においても、同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００２４】
振幅制限部１２は、図３に示すように、振幅制限部１０の構成要素に加えて、４本の抵抗１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊを備え、演算増幅器１０ａ，１０ｂの各非反転入力端子に入力される電圧にヒステリシス特性を持たせるように構成されている。具体的には、演算増幅器１０ａ等を備えた振幅制限回路（上限振幅制限回路ともいう）では、基準電源１０ｅと演算増幅器１０ａの非反転入力端子との間に抵抗１０ｇが接続され、演算増幅器１０ａの非反転入力端子と出力端子との間に抵抗１０ｈが接続されている。同様にして、演算増幅器１０ｂ等を備えた振幅制限回路（下限振幅制限回路ともいう）では、基準電源１０ｆと演算増幅器１０ｂの非反転入力端子との間に抵抗１０ｉが接続され、演算増幅器１０ｂの非反転入力端子と出力端子との間に抵抗１０ｊが接続されている。この場合、上限振幅制限回路および下限振幅制限回路では、信号Ｓ２が同相入力電圧範囲Ｗの上限電圧（＋Ｗ／２）を超えて上昇または下限電圧（−Ｗ／２）を超えて下降したときに振幅制限動作を開始し、その後に、上昇した信号Ｓ２が下降を開始して、または下降した信号Ｓ２が上昇を開始して同相入力電圧範囲Ｗよりも狭い電圧範囲（例えば、下限電圧が−Ｗ／４で、かつ上限電圧が＋Ｗ／４で規定される電圧範囲）内に入ったときに振幅制限動作を終了するというヒステリシス特性を有するように、抵抗１０ｇ，１０ｈの各抵抗値、および抵抗１０ｉ，１０ｊの各抵抗値が設定されている。
【００２５】
したがって、この振幅制限部１２における演算増幅器１０ａ等を備えた振幅制限回路（一例として上限振幅制限回路）によれば、図７に示すように、振幅制限開始直後の短い期間Ｔ１において、信号Ｓ２に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における上限電圧（＋Ｗ／４）まで低下させた後に、上限振幅制限電圧を＋Ｗ／２に戻すことができる。このため、このインピーダンス測定装置１１によれば、直流成分が低減された直後において信号Ｓ２に含まれている交流成分自体が振幅制限部１２によって制限される現象を回避することができるため、より早い時間から、演算部８が電池６１の正確な内部インピーダンスＲの算出を開始することができる結果、応答性を一層高めることができる。なお、振幅制限部１２における演算増幅器１０ｂ等を備えた下限振幅制限回路については、図示はしないが、振幅制限開始直後の短い期間Ｔ１において、信号Ｓ２に含まれている直流成分を上記した電圧範囲における下限電圧（−Ｗ／４）まで上昇させた後に、下限電圧を−Ｗ／２に戻すことができるため、上記した上限振幅制限回路と同様にして、直流成分が低減された直後において信号Ｓ２に含まれている交流成分自体が振幅制限部１２によって制限される現象を回避することができる。
【００２６】
また、インピーダンス測定装置１，１１では、演算増幅器７ａの帰還部分にコンデンサ７ｄを配設することによって交流成分Ｖ２に対する増幅率よりも直流成分Ｓ２ｄｃに対する増幅率を下げることで、演算増幅器７ａ自体をハイパスフィルタとして機能させつつ、演算増幅器７ａの出力が飽和し難くなるように構成したが、この構成に限らない。例えば、図４に示すインピーダンス測定装置３１における交流成分増幅部１７のように、帰還部分に抵抗７ｂ，７ｃのみを配設して演算増幅器７ａを通常の非反転増幅器として作動させると共に、この演算増幅器７ａから出力される信号に含まれている直流成分の出力を演算増幅器７ａの出力端子に直列に接続したコンデンサ７ｅで阻止する構成を採用することもできる。ただし、この交流成分増幅部１７では、演算増幅器７ａが、信号Ｓ２の直流成分および交流成分を同一の増幅率で増幅する。このため、この交流成分増幅部１７では、交流成分増幅部７と比較して、交流成分についての増幅率を低く設定する必要がある。なお、インピーダンス測定装置３１は、交流成分増幅部７に代えて交流成分増幅部１７を用いた以外は、インピーダンス測定装置１と同一に構成されているため、同一の構成要素については重複する説明を省略する。また、インピーダンス測定装置３１においても、振幅制限部１０に代えて振幅制限部１２を用いることもできる。これらの構成のインピーダンス測定装置３１においても、インピーダンス測定装置１と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、電池６１の極性を逆にして各出力端子２ｂ，２ｃおよび各入力端子３，４に接続したときであっても電池６１の内部インピーダンスＲを測定可能とするために、振幅制限部１０，１２が上限振幅制限回路および下限振幅制限回路の双方を有する構成を採用しているが、各出力端子２ｂ，２ｃおよび各入力端子３，４に接続する電池６１の極性が予め規定されているときには、振幅制限部１０，１２を上限振幅制限回路および下限振幅制限回路のいずれか一方で構成することもできる。
【００２８】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、演算部８が電池６１の内部インピーダンスＲを測定しているが、電池６１の実効抵抗成分、インダクタンス成分および静電容量成分を測定することもできる。また、信号Ｓｉで信号Ｓ３を同期検波して、この同期検波によって得られた電圧と交流電流Ｉの電流値とに基づいて、電池６１の内部インピーダンスＲを算出可能に演算部８を構成することもできる。
【００２９】
また、上記の各インピーダンス測定装置１，１１，３１では、基準電位としての内部グランドに入力端子４を接続しているが、図８に示すように、交流成分増幅部を計装アンプ４７で構成したインピーダンス測定装置４１では、計装アンプ４７の各入力端子（入力段アンプを構成する一対の演算増幅器４７ａ，４７ａの各非反転入力端子）と各入力端子３，４との間に、交流結合部（コンデンサ５と抵抗６）および振幅制限部１０（１２）を各インピーダンス測定装置１，１１，３１と同様にしてそれぞれ接続すると共に、演算増幅器４７ａ，４７ａの各反転入力端子間に、抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとで構成される直列回路を接続することもできる。また、このインピーダンス測定装置４１における入力端子４側の交流結合部（コンデンサ５と抵抗６）および振幅制限部１０（１２）の接続を省略すると共に、入力端子４を演算増幅器４７ａの非反転入力端子に直結することにより、図９に示すインピーダンス測定装置５１を構成することもできる。なお、インピーダンス測定装置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。これらの各インピーダンス測定装置４１，５１においても、演算増幅器４７ａ，４７ａの各反転入力端子間に接続した抵抗７ｂとコンデンサ７ｄとの直列回路により、交流成分増幅部４７が、各入力端子３，４間に入力する信号の交流成分を直流成分よりも大きな増幅率で増幅することができるため、計装アンプ４７から出力される信号Ｓ３に含まれている交流成分に対して直流成分を短時間で、より低いレベルまで低減させることができる。したがって、このインピーダンス測定装置４１，５１でも、演算部８が、この信号Ｓ３と交流電流供給部２から出力される信号Ｓｉとに基づいて、電池６１の正確な内部インピーダンスを、より短時間で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インピーダンス測定装置１，１１の構成を示すブロック図である。
【図２】振幅制限部１０の回路図である。
【図３】振幅制限部１２の回路図である。
【図４】インピーダンス測定装置３１の構成を示すブロック図である。
【図５】インピーダンス測定装置１の動作を説明するための波形図である。
【図６】振幅制限部１０によって電圧制限された信号Ｓ２の波形図である。
【図７】振幅制限部１２によって電圧制限された信号Ｓ２の波形図である。
【図８】インピーダンス測定装置４１の構成を示すブロック図である。
【図９】インピーダンス測定装置５１の構成を示すブロック図である。
【図１０】インピーダンス測定装置７１，８１の構成を示すブロック図である。
【図１１】インピーダンス測定装置７１，８１の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１，３１，４１，５１ インピーダンス測定装置
２ 交流電流供給部
３，４ 入力端子
５，７ｄ コンデンサ
６，７ｃ，７ｄ 抵抗
７，１７，４７ 交流成分増幅部
８ 演算部
１０，１２ 振幅制限部
６１ 電池
Ｉ 交流電流
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に交流電流を供給する交流電流供給部と、
コンデンサと抵抗とで構成されると共に前記交流電流の供給時において前記電池の両極間に発生する第１の信号を入力して第２の信号を出力する交流結合部と、
直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に前記出力された第２の信号を増幅して第３の信号として出力する交流成分増幅部と、
前記交流成分増幅部の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように前記第２の信号の振幅を制限する振幅制限部と、
前記第３の信号と前記交流電流とに基づいて前記電池の内部インピーダンスを算出する演算部とを備えているインピーダンス測定装置。
【請求項２】
前記振幅制限部は、前記第２の信号の振幅が前記所定電圧範囲を超えたときに当該振幅に対する制限を当該所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を備えている請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１】
電池に交流電流を供給する交流電流供給部と、
コンデンサと抵抗とで構成されると共に前記交流電流の供給時において前記電池の両極間に発生する第１の信号を入力して第２の信号を出力する交流結合部と、
直流成分に対する増幅率よりも交流成分に対する増幅率が大きく設定されると共に前記出力された第２の信号を増幅して第３の信号として出力する交流成分増幅部と、
前記交流成分増幅部の出力が飽和しない所定電圧範囲内となるように前記第２の信号の振幅を制限する振幅制限部と、
前記第３の信号と前記交流電流とに基づいて前記電池の内部インピーダンスを算出する演算部とを備えているインピーダンス測定装置。
【請求項２】
前記振幅制限部は、前記第２の信号の振幅が前記所定電圧範囲を超えたときに当該振幅に対する制限を当該所定電圧範囲よりも狭い電圧範囲に狭めるヒステリシス特性を備えている請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３４３１０８（Ｐ２００６−３４３１０８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６６３７２（Ｐ２００５−１６６３７２）
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]