(57)【要約】【課題】出力インピーダンスを精度良く模擬することができる電池特性模擬装置を提供する。【解決手段】電池特性模擬装置１は、模擬すべき電圧を示す目標電圧を出力するＤＡＣ１１と、ＤＡＣ１１からの電圧を増幅する電力増幅器３２と、電力増幅器３２の出力側における電力の供給経路に設けられた可変抵抗器３３と、供給経路に流れる電流を検出する電流検出抵抗３４と、電流検出抵抗３４で検出される電流に基づいて、少なくとも可変抵抗器３３の抵抗を零に設定した場合に残留する可変抵抗器３３の残留抵抗と電流検出抵抗３４の抵抗とを見かけ上零にし得る電圧を電力増幅器３２に帰還させる可変ゲインアンプ３６とを備える。【選択図】図１
2010286388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電池特性を模擬した電力を供給する電池特性模擬装置において、
模擬すべき電圧を示す目標電圧を出力する目標電圧出力部と、
前記目標電圧出力部から出力される前記目標電圧を増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力側における前記電力の供給経路に設けられてインピーダンスが可変である可変素子と、
前記電力の供給経路に流れる電流を検出する電流検出素子と、
前記電流検出素子で検出される電流に基づいて、少なくとも前記可変素子のインピーダンスを零に設定した場合に前記可変素子に残留する残留インピーダンスと前記電流検出素子のインピーダンスとを見かけ上零にし得る電圧を前記増幅部に帰還させる帰還部と
を備えることを特徴とする電池特性模擬装置。
【請求項２】
前記帰還部は、前記可変素子の残留インピーダンス及び前記電流検出素子のインピーダンスに加えて、前記増幅部の出力インピーダンス及び前記電力の供給経路のインピーダンスを見かけ上零にし得る電圧を前記増幅部に帰還させることを特徴とする請求項１記載の電池特性模擬装置。
【請求項３】
前記帰還部は、前記電流検出素子で検出された電流に応じた電圧を増幅して前記増幅部に帰還させるべき電圧を生成する可変ゲイン増幅器を備えており、
前記増幅部の増幅率と見かけ上零にすべきインピーダンスの大きさとに基づいて、前記帰還部に設けられた前記可変ゲイン増幅器のゲインを制御する制御部を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電池特性模擬装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記目標電圧出力部から出力される前記目標電圧、前記増幅部の増幅率、及び前記電力の供給経路が短絡されている状態で流れる電流に基づいて、前記見かけ上零にすべきインピーダンスを求めることを特徴とする請求項３記載の電池特性模擬装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記可変素子のインピーダンスを、模擬すべき出力インピーダンスに設定する制御を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の電池特性模擬装置。
【請求項６】
前記可変素子は、抵抗値が可変である半導体素子を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電池特性模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の電池特性を模擬した電力を供給する電池特性模擬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯オーディオプレーヤー等の携帯性を有する様々な電子機器が普及している。これらの電子機器は、再充電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池によって駆動されることが多い。また、排出ガス削減のために開発された電気自動車用やハイブリッド自動車等においても二次電池が用いられている。
【０００３】
二次電池は、充電を行う毎に電池特性（電池が負荷に出力する電圧電流特性）が異なるため、二次電池の電池特性と電子機器等の特性（負荷特性）との組み合わせによっては電子機器等が異常動作することも考えられる。電池特性模擬装置は、所望の条件下における二次電池の電池特性を測定し、測定した電池特性を再現性良く模擬した電力を電子機器等に供給するものであり、例えば二次電池の電池特性を加味した電子機器等の試験を行う場合に用いられる。
【０００４】
以下の特許文献１には、所望の出力インピーダンス及び所望の出力電圧又は出力電流を得ることが可能な電池特性模擬装置が開示されている。この電池特性模擬装置は、出力電圧が可変である電圧源と、電圧源の出力電圧を増幅する差動増幅器と、差動増幅器から被試験対象（以下、ＤＵＴ（Device Under Test）という）に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、電流検出抵抗で検出された電流に応じた電圧を差動増幅器にフィードバックする第１アンプと、ＤＵＴに現れる電圧を差動増幅器にフィードバックする第２アンプとを備えている。そして、電圧源の出力電圧及び第１アンプのゲインを調整して電流検出抵抗の見かけ上の抵抗値を変えることで、所望の出力インピーダンス及び所望の出力電圧又は出力電流を得ている。
【０００５】
以下の特許文献２には、携帯電話機等の電子機器で用いられる二次電池の電池特性を模擬する電池特性模擬装置が開示されている。具体的には、電子機器で用いられる二次電池に対して電流源を接続したときの電圧電流特性を予め測定して電池特性テーブルに格納しておき、二次電池が用いられる電子機器に電圧源を接続したときに流れる電流と電池特性テーブルに格納された電圧電流特性とに応じて電圧源を制御することにより、電子機器で用いられる二次電池の電池特性を模擬している。
【０００６】
以下の特許文献３には、電源回路ユニットから出力される電力をＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）素子を介して負荷抵抗に供給する電源装置において、負荷装置の負荷の大きさに応じてＦＥＴの電気抵抗値を変化させることで、出力電圧変動を小さくする技術が開示されている。更に、以下の非特許文献１，２には、ＤＵＴに供給すべき電圧・電流を発生するとともに、ＤＵＴから得られる信号を測定することができる装置（ソースメジャーユニット）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２０４６４７号明細書
【特許文献２】特開２００８−７６２０４号公報
【特許文献３】特開平８−１２３５６０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】坂巻康雄，他１名，「ソースメジャーユニットＧＳ６１０」，横河技報，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．２，２００６
【非特許文献２】桑原孝，他３名，「マルチチャネルソースメジャーユニットＧＳ８２０」，横河技報，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．４，２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した特許文献１に開示された技術を用いれば、確かに二次電池等の出力インピーダンスを模擬することができると考えられる。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、所望の出力インピーダンス等を得るには大元の電圧源を制御する必要があり、電圧源の制御に時間を要するために電池特性及び出力インピーダンスを精度良く模擬することができないという問題があった。
【００１０】
また、上述した特許文献２及び非特許文献１，２に開示された技術では、測定される電流値等をディジタル信号に変換し、このディジタル信号を用いてディジタル制御によって電池特性を模擬しているため、ある制御値が得られてから次の制御値が得られるまでに所定の処理時間（例えば、数ｍｓｅｃ程度）が必要になる。従って、これの文献に開示された電池特性模擬装置において出力インピーダンスを模擬しようとした場合に、以上の処理時間が原因で出力インピーダンスを精度良く模擬できないと考えられる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、出力インピーダンスを精度良く模擬することができる電池特性模擬装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の電池特性模擬装置は、電池の電池特性を模擬した電力を供給する電池特性模擬装置（１〜３）において、模擬すべき電圧を示す目標電圧を出力する目標電圧出力部（１１）と、前記目標電圧出力部から出力される前記目標電圧を増幅する増幅部（３２）と、前記増幅部の出力側における前記電力の供給経路に設けられてインピーダンスが可変である可変素子（３３）と、前記電力の供給経路に流れる電流を検出する電流検出素子（３４、６０）と、前記電流検出素子で検出される電流に基づいて、少なくとも前記可変素子のインピーダンスを零に設定した場合に前記可変素子に残留する残留インピーダンスと前記電流検出素子のインピーダンスとを見かけ上零にし得る電圧を前記増幅部に帰還させる帰還部（３１、３５〜３７）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、電流検出素子で検出される電流に基づいて、少なくとも可変素子のインピーダンスを零に設定した場合に可変素子に残留する残留インピーダンスと電流検出素子のインピーダンスとを見かけ上零にし得る電圧が帰還部によって増幅部に帰還される。
また、本発明の電池特性模擬装置は、前記帰還部が、前記可変素子の残留インピーダンス及び前記電流検出素子のインピーダンスに加えて、前記増幅部の出力インピーダンス及び前記電力の供給経路のインピーダンスを見かけ上零にし得る電圧を前記増幅部に帰還させることを特徴としている。
また、本発明の電池特性模擬装置は、前記帰還部が、前記電流検出素子で検出された電流に応じた電圧を増幅して前記増幅部に帰還させるべき電圧を生成する可変ゲイン増幅器（３６）を備えており、前記増幅部の増幅率と見かけ上零にすべきインピーダンスの大きさとに基づいて、前記帰還部に設けられた前記可変ゲイン増幅器のゲインを制御する制御部（２１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の電池特性模擬装置は、前記制御部が、前記目標電圧出力部から出力される前記目標電圧、前記増幅部の増幅率、及び前記電力の供給経路が短絡されている状態で流れる電流に基づいて、前記見かけ上零にすべきインピーダンスを求めることを特徴としている。
また、本発明の電池特性模擬装置は、前記制御部が、前記可変素子のインピーダンスを、模擬すべき出力インピーダンスに設定する制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の電池特性模擬装置において、前記可変素子は、抵抗値が可変である半導体素子（７８、７９）を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、帰還部が、電流検出素子で検出される電流に基づいて、少なくとも可変素子のインピーダンスを零に設定した場合に可変素子に残留する残留インピーダンスと電流検出素子のインピーダンスとを見かけ上零にし得る電圧を増幅部に帰還している。これにより、電池特性模擬装置の内部インピーダンスを、可変素子のインピーダンス（残留インピーダンスを除く）のみにすることができるため、可変素子のインピーダンスを模擬すべきインピーダンスに設定すれば、急激な電流の変動が生じる場合であっても、二次電池等の出力インピーダンスを精度良く模擬することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による電池特性模擬装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による電池特性模擬装置で行われる測定動作を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態による電池特性模擬装置で行われる模擬動作を説明するための図である。
【図４】模擬回路１５の等価回路の一例を示す図である。
【図５】一般的な二次電池及び本発明の一実施形態による電池特性模擬装置１の等価回路を示す図である。
【図６】電池特性模擬装置の第１変形例を示すブロック図である。
【図７】電池特性模擬装置の第２変形例を示すブロック図である。
【図８】可変抵抗器３３の内部構成例を示す回路図である。
【図９】可変ゲイン増幅器３６の内部構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電池特性模擬装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電池特性模擬装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の電池特性模擬装置１は、ＤＡＣ（ディジタル／アナログ変換器）１１（目標電圧出力部）、演算器１２，１３、誤差増幅器１４、模擬部１５、差動増幅器１６、スイッチ１７，１８、電流制限器１９、電圧制限器２０、及び制御部２１を備えており、二次電池等の電池の電池特性を模擬した電力をＤＵＴ４０に供給する。尚、図１においては、理解を容易にするために、ＤＵＴ４０に対する電力の供給経路（ＤＵＴ４０に流れる電流Ｉ０の経路）を太線で図示している。
【００１６】
また、電池特性模擬装置１は、外部の接続端子として、ＤＵＴ４０に対して電力を供給するための一対の電源端子Ｔ１１，Ｔ１２と、ＤＵＴ４０に現れる電圧を検出するために用いられる一対の電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２とを備える。電源端子Ｔ１１，Ｔ１２は、接続線Ｌ１１，Ｌ１２によってＤＵＴ４０の電源端子が接続される端子Ｔ３１，Ｔ３２（例えば、ＤＵＴ４０を試験するために用いられる治具に設けられる端子）にそれぞれ接続される。
【００１７】
また、電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２は接続線Ｌ２１，Ｌ２２によって端子Ｔ３１，Ｔ３２にそれぞれ接続される。尚、図１に示す通り、接続線Ｌ１１，Ｌ１２の抵抗値をＲ０１，Ｒ０２とする。また、上記のＤＵＴ４０は、例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池によって駆動されるノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯オーディオプレーヤー等の携帯性を有する様々な電子機器であるとする。
【００１８】
ＤＡＣ１１は、制御部２１から出力される制御信号Ｃ１に基づいて、模擬すべき電圧を示す目標電圧を出力する。具体的に、上記の制御信号Ｃ１は上記の目標電圧を指示するディジタル信号であり、ＤＡＣ１１はこのディジタル信号である制御信号Ｃ１をアナログ信号の目標電圧に変換して出力する。演算器１２は、ＤＡＣ１１から出力される目標電圧と電流制限器１９から出力される信号との誤差を示す誤差信号を出力する。演算器１３は、演算器１２から出力される誤差信号と電圧制限器２０から出力される信号との誤差を示す誤差信号を出力する。誤差増幅器１４は、演算器１３から出力される誤差信号を、予め設定された所定の増幅率で増幅する。尚、図１に示す通り、誤差増幅器１４の電圧増幅率を「Ｅ」とする。
【００１９】
模擬部１５は、演算器３１（帰還部）、電力増幅器３２（増幅部）、可変抵抗器３３（可変素子）、電流検出抵抗３４（電流検出素子）、差動増幅器３５（帰還部）、可変ゲイン増幅器３６（帰還部）、及びスイッチ３７（帰還部）を備えており、ＤＵＴ４０に供給すべき電力を生成するとともに、二次電池等の電池の出力インピーダンスを模擬する。演算器３１は、誤差増幅器１４から出力される信号に対し、スイッチ３７を介して入力される可変ゲイン増幅器３６の出力信号を加算した信号を出力する。尚、スイッチ３７が開状態（オフ状態）である場合には、誤差増幅器１４からの信号をそのまま出力する。
【００２０】
電力増幅器３２は、演算器３２から出力される信号を所定の増幅率で増幅して、ＤＵＴ４０に供給すべき電力を生成する。ここで、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂによる電圧降下を考慮するために、図１においては、出力インピーダンス３２ｂを除いた理想的な電力増幅器３２ａと出力インピーダンス３２ｂとに分けて電力増幅器３２を表している。尚、図１に示す通り、電力増幅器３２の電圧増幅率を「Ａ」とし、出力インピーダンス３２ｂの値をＲ１とする。
【００２１】
可変抵抗器３３は、二次電池等の電池の出力インピーダンスを模擬するために設けられ、一端が電力増幅器３２の出力端に接続されて制御部２１からの制御信号Ｃ２によって抵抗値が設定される。ここで、可変抵抗器３３は、制御部２１の制御によって抵抗値が零に設定されたとしても抵抗値が完全に零になることはなく、ある程度の残留抵抗を有する。このため、図１においては、残留抵抗３３ａと、残留抵抗３３ａを除いた理想的な可変抵抗器３３ｂとに分けて可変抵抗器３３を表している。尚、図１に示す通り、残留抵抗３３ａの抵抗値をＲ２１とし、可変抵抗器３３ｂの抵抗値をＲ２２とする。
【００２２】
電流検出抵抗３４は、一端が可変抵抗器３３の他端に接続されるとともに他端が電源端子Ｔ１１に接続され、電力増幅器３２からＤＵＴ４０に流れる電流Ｉ０を検出するために設けられる抵抗である。尚、図１に示す通り、電流検出抵抗３４の抵抗値をＲ３とする。差動増幅器３５は、非反転入力端及び反転入両端が電流検出抵抗３４の一端及び他端にそれぞれ接続されており、電流検出抵抗３４に電流Ｉ０が流れることによって生ずる電圧降下（電流Ｉ０の大きさ応じた電圧降下）を所定の増幅率で増幅する。差動増幅器３５で増幅された信号は、可変ゲイン増幅器３６、電流制限器１９、及び制御部２１に出力される。尚、図１に示す通り、差動増幅器３５の電圧増幅率を「Ｂ」とする。この電圧増幅率は可変であり、制御部２１から出力される制御信号Ｃ１１によって制御される。
【００２３】
可変ゲイン増幅器３６は、増幅率（ゲイン）が可変な増幅器であって、差動増幅器３５から出力される信号を増幅して電力増幅器３２に帰還（フィードバック）させるべき電圧を生成する。具体的に、可変ゲイン増幅器３６は、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、電流検出抵抗３４、及び接続線Ｌ１１の見かけ上の抵抗値を零にし得る電圧を生成する。図１に示す通り、可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率を「Ｃ」とする。この電圧増幅率は、制御部２１から出力される制御信号Ｃ３によって制御される。尚、電圧増幅率「Ｃ」の設定方法の詳細については後述する。スイッチ３７は、制御部２１からの制御信号Ｃ４によって開閉状態が制御されるスイッチであって、可変ゲイン増幅器３６の出力端と演算器３１との間を短絡又は開放する。
【００２４】
差動増幅器１６は、非反転入力端がスイッチ１７，１８に接続されるとともに、反転入力端が電圧検出端子Ｔ２２に接続されており、スイッチ１７，１８の開閉状態に応じて、電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧（端子Ｔ３１，Ｔ３２間の電圧）、又は電圧検出端子Ｔ２２（端子Ｔ３２）と誤差増幅器１４の出力端との間の電圧を所定の増幅率で増幅する。差動増幅器１６で増幅された信号は、電圧制限器２０及び制御部２１に出力される。尚、図１に示す通り、差動増幅器１６の電圧増幅率を「Ｄ」とする。この電圧増幅率は可変であり、制御部２１から出力される制御信号Ｃ１２によって制御される。
【００２５】
スイッチ１７は、制御部２１からの制御信号Ｃ５によって開閉状態が制御されるスイッチであって、差動増幅器１６の非反転入力端と電圧検出端子Ｔ２１との間を短絡又は開放する。スイッチ１８は、制御部２１からの制御信号Ｃ６によって開閉状態が制御されるスイッチであって、差動増幅器１６の非反転入力端と誤差増幅器１４の出力端との間を短絡又は開放する。
【００２６】
電流制限器１９は、差動増幅器３５で増幅された信号に基づいて、電池特性模擬装置１から出力される電流を制限するための信号を出力する。電圧制限器２０は、差動増幅器１６で増幅された信号に基づいて電池特性模擬装置１の出力電圧を制限するための信号を出力する。尚、電流制限器１９で制限すべき電流値は制御部２１から出力される制御信号Ｃ１３によって制御され、電圧制限器２０で制限すべき電圧値は制御部２１から出力される制御信号Ｃ１４によって制御される。
【００２７】
制御部２１は、制御信号Ｃ１〜Ｃ６及び制御信号Ｃ１１〜Ｃ１４を出力して電池特性模擬装置１の動作を統括して制御する。例えば、ＤＵＴ４０に対する電力の供給を開始する前に、スイッチ１７，１８，３７の開閉状態及びＤＡＣ１１を制御して、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、及び接続線Ｌ１１の抵抗の和を測定する。また、ＤＵＴ４０に対する電力の供給を開始する際には、スイッチ１７，１８，３７の開閉状態、ＤＡＣ１１、可変ゲインアンプ３６、及び可変抵抗器３３を制御することによって、電池の電池特性及び出力インピーダンスを模擬する。
【００２８】
次に、上記構成における電池特性模擬装置１の動作について説明する。電池特性模擬装置１の動作は、［１］定電圧源又は定電流源として動作させる電源動作、［２］電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、及び接続線Ｌ１１の抵抗の和を測定する測定動作、及び［３］出力インピーダンスを含めた電池の電池特性を模擬する模擬動作に大別される。以下、これらの各動作について順に説明する。
【００２９】
［１］電源動作
まず、図１に示す通り、ユーザによって電池特性模擬装置１の電源端子Ｔ１１，Ｔ１２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ１１，Ｌ１２によってそれぞれ接続されるとともに、電池特性模擬装置１の電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ２１，Ｌ２２によってそれぞれ接続される。以上の接続が終了し、ユーザが電池特性模擬装置１に対して定電圧源モード（定電圧源として動作させるモード）或いは定電流源モード（定電流源として動作させるモード）を指定した上で動作開始指示を行うと動作が開始される。
【００３０】
すると、まず制御部２１から制御信号Ｃ４〜Ｃ６が出力されて、図１に示す通り、スイッチ１７が閉状態（オン状態）にされるとともに、スイッチ１８，３７が開状態（オフ状態）にされる。次に、定電圧源モードが指定されている場合には制御部２１から制御信号Ｃ１４が出力されて電圧制限器２０が動作状態になり、定電流源モードが指定されている場合には制御部２１から制御信号Ｃ１３が出力されて電流制限器１９が動作状態になる。
【００３１】
以上の制御が終了すると、制御部２１からＤＡＣ１１に対して制御信号Ｃ１が出力されてＤＡＣ１１からの目標電圧の出力が開始され、これによりＤＵＴ４０に対する電力供給が開始される。すると、ＤＵＴ４０に現れる電圧に応じた信号が差動増幅器１６から電圧制限器２０に出力される。また、ＤＵＴ４０に流れる電流が電流検出抵抗３４で検出され、その検出結果に応じた信号が差動増幅器３５から電流制限器１９に出力される。
【００３２】
定電圧源モードが指定されている場合には電圧制限器２０が動作状態であるため、差動増幅器１６から出力される信号（ＤＵＴ４０に現れる電圧に応じた信号）が帰還され、ＤＡＣ１１から出力される目標電圧と帰還された信号との差分に応じた電圧がＤＵＴ４０に印加される。以上の動作によって定電圧源が実現される。これに対し、定電流源モードが指定されている場合には電流制限器１９が動作状態であるため、差動増幅器３５から出力される信号（ＤＵＴ４０に流れる電流に応じた信号）が帰還され、ＤＡＣ１１から出力される目標電圧と帰還された信号との差分に応じた電流Ｉ０がＤＵＴ４０に供給される。以上の動作によって定電流源が実現される。尚、定電流源モードにおいて、差動増幅器３７の電圧増幅率「Ｂ」を変化させれば電流Ｉ０を調整することができる。
【００３３】
［２］測定動作
図２は、本発明の一実施形態による電池特性模擬装置で行われる測定動作を説明するための図である。まず、上述した電源動作時と同様に、ユーザによって電池特性模擬装置１の電源端子Ｔ１１，Ｔ１２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ１１，Ｌ１２によってそれぞれ接続されるとともに、電池特性模擬装置１の電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ２１，Ｌ２２によってそれぞれ接続される。また、端子Ｔ３１，Ｔ３２間にＤＵＴ４０が接続されずに、抵抗が無視できる接続線Ｌ３０を用いて端子Ｔ３１，Ｔ３２間が短絡される（図２参照）。尚、測定動作時には、接続線Ｌ２１，Ｌ２２を用いて電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とを接続する必要は必ずしも無い。
【００３４】
以上の接続が終了し、ユーザが電池特性模擬装置１に対して測定動作の動作開始指示を行うと動作が開始される。すると、まず制御部２１から制御信号Ｃ４〜Ｃ６が出力されて、図２に示す通り、スイッチ１７，３７が開状態にされるとともに、スイッチ１８が閉状態にされる。また、制御部２１から制御信号Ｃ１３，Ｃ１４が出力されて、電流制限器１９及び電圧制限器２０が動作状態にされる。更に、制御部２１から制御信号Ｃ２が出力されて、可変抵抗器３３の抵抗値が零に設定される。この設定によって、理想的な可変抵抗器３３ｂの抵抗値Ｒ２２が零になり、可変抵抗器３３の抵抗値は残留抵抗３３ａの抵抗値Ｒ２１となる。
【００３５】
以上の制御が終了すると、制御部２１からＤＡＣ１１に対して制御信号Ｃ１が出力されてＤＡＣ１１からの目標電圧の出力が開始される。これにより、図中太線で示す電力の供給経路に沿って電流が流れる。尚、誤差増幅器１４から出力された信号は、スイッチ１８、差動増幅器１６、及び電圧制限器２０を順に介して誤差増幅器１４に帰還されるため、誤差増幅器１４の出力電圧は一定に維持される。ここで、制御部２１の制御によって、ＤＡＣ１１から出力される目標電圧は、電流制限器１９及び電圧制限器２０によって電流及び電圧を制限する制限動作が行われない電圧に設定される。
【００３６】
いま、ＤＡＣ１１から出力される目標電圧をＶ１、電力増幅器３２ａの出力電圧をＶ２とすると、端子Ｔ３１，Ｔ３２間が短絡されているため、以下の（１）式が成り立つ。尚、以下の（１）式中の「Ａ」は電力増幅器３２の電圧増幅率であり、「Ｅ」は誤差増幅器１４の電圧増幅率である。
Ｖ２＝Ｖ１×Ａ×Ｅ＝（Ｒ１＋Ｒ２１＋Ｒ３＋Ｒ０１）×Ｉ０
＝（ΣＲｉ＋Ｒ３）×Ｉ０    …（１）
【００３７】
但し、上記（１）式中において、ΣＲｉ≡Ｒ１＋Ｒ２１＋Ｒ０１である。ここで、制御部２１は、差動増幅器３５から出力される信号によって電流Ｉ０を求めることができ、また電流検出抵抗３４の抵抗値Ｒ３並びに電力増幅器３２及び誤差増幅器１４の増幅率「Ａ」，「Ｅ」は既知である。このため、制御部２１は、以下の（２）式から上記（１）式中のΣＲｉを求めることができる。
ΣＲｉ＝Ｖ１×Ａ×Ｅ÷Ｉ０−Ｒ３    …（２）
つまり、以上の（２）式から、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、及び接続線Ｌ１１の抵抗の和を測定することができる。
【００３８】
［３］模擬動作
図３は、本発明の一実施形態による電池特性模擬装置で行われる模擬動作を説明するための図である。まず、上述した電源動作時と同様に、ユーザによって電池特性模擬装置１の電源端子Ｔ１１，Ｔ１２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ１１，Ｌ１２によってそれぞれ接続されるとともに、電池特性模擬装置１の電圧検出端子Ｔ２１，Ｔ２２と端子Ｔ３１，Ｔ３２とが接続線Ｌ２１，Ｌ２２によってそれぞれ接続される。また、端子Ｔ３１，Ｔ３２間にＤＵＴ４０が接続される。
【００３９】
以上の接続が終了し、ユーザが電池特性模擬装置１に対して模擬動作の動作開始指示を行うと動作が開始される。すると、まず制御部２１から制御信号Ｃ４〜Ｃ６が出力されて、図３に示す通り、スイッチ１７が開状態にされるとともに、スイッチ１８，３７が閉状態にされる。また、制御部２１から制御信号Ｃ１３，Ｃ１４が出力されて、電流制限器１９及び電圧制限器２０が動作状態にされる。更に、制御部２１から制御信号Ｃ２が出力されて、可変抵抗器３３の抵抗値が模擬すべき内部抵抗の抵抗値に設定される。尚、この内部抵抗の抵抗値は、例えばユーザによって予め指示される。加えて、制御部２１から制御信号Ｃ３が出力されて可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率「Ｃ」が設定される。
【００４０】
以上の制御が終了すると、制御部２１からＤＡＣ１１に対して制御信号Ｃ１が出力されてＤＡＣ１１からの目標電圧の出力が開始され、これにより図中太線で示す電力の供給経路に沿って電流Ｉ０が流れる。尚、上述した測定動作と同様に、誤差増幅器１４から出力された信号は、スイッチ１８、差動増幅器１６、及び電圧制限器２０を順に介して誤差増幅器１４に帰還されるため、誤差増幅器１４の出力電圧は一定に維持される。
【００４１】
電力の供給経路に電流Ｉ０が流れると、電流Ｉ０の大きさに応じた電圧降下が電流検出抵抗３４で生じ、この電圧降下に応じた大きさを有する信号が差動増幅器３５から可変ゲイン増幅器３６に入力される。すると、可変ゲイン増幅器３６において、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、電流検出抵抗３４、及び接続線Ｌ１１の抵抗を見かけ上零にし得る電圧が生成され、スイッチ３７及び演算器３１を介して電力増幅器３２に帰還される。これにより、電力増幅器３２とＤＵＴ４０との間の抵抗は、抵抗値が模擬すべき内部抵抗の抵抗値に設定された可変抵抗器３３ｂのみとなり、電池の内部抵抗が模擬されることになる。
【００４２】
ここで、図３に示す状態において、電力増幅器３２ａの出力電圧Ｖ２は以下の（３）式で表すことができる。
Ｖ２＝電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂによる電圧降下
＋可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａによる電圧降下
＋可変抵抗器３３の理想的な可変抵抗器３３ｂによる電圧降下
＋電流検出抵抗３４による電圧降下
＋接続線Ｌ１１の抵抗による電圧降下
＋ＤＵＴ４０に現れる電圧    …（３）
【００４３】
いま、ＤＵＴ４０に流れる電流をＩ０、ＤＵＴ４０に現れる電圧をＶ０とする。また、可変抵抗器３３の理想的な可変抵抗器３３ｂによる電圧降下（電流Ｉ０と可変抵抗器３３ｂの抵抗値Ｒ２２の積）とＤＵＴ４０に現れる電圧Ｖ０との和を仮想電位差Ｖｐと定義する。すると、上記（３）式は以下の（４）式で表される。
Ｖ２＝（Ｒ１＋Ｒ２１＋Ｒ３＋Ｒ０１）×Ｉ０＋（Ｒ２２×Ｉ０＋Ｖ０）
＝（ΣＲｉ＋Ｒ３）×Ｉ０＋Ｖｐ    …（４）
【００４４】
上記の（４）式は、図４（ａ）に示す模擬回路１５を、図４（ｂ）に示す仮想的な出力端子Ｔ４０を有する模擬回路１５に置換可能であることを示している。図４は、模擬回路１５の等価回路の一例を示す図である。そこで、上記（４）式を仮想電位差Ｖｐについて解くと、以下の（５）式が得られる。
Ｖｐ＝Ｖ２−（ΣＲｉ＋Ｒ３）×Ｉ０    …（５）
【００４５】
ここで、図４に示す通り、差動増幅器３５の出力電圧をＶ３、可変ゲイン増幅器３６の出力電圧をＶ４、誤差増幅器１４の出力電圧をＶ５とする。すると、電力増幅器３２ａの出力電圧Ｖ２は、可変ゲイン増幅器３６の出力電圧Ｖ４と誤差増幅器１４の出力電圧Ｖ５との和を「Ａ」倍したものであるため、以下の（６）式で表される。
Ｖ２＝（Ｖ５＋Ｖ４）×Ａ
＝（Ｖ５＋Ｖ３×Ｃ）×Ａ
＝（Ｖ５＋Ｒ３×Ｉ０×Ｂ×Ｃ）×Ａ    …（６）
【００４６】
上記（６）式を上記（５）式に代入して整理すると、以下の（７）式が得られる。
Ｖｐ＝（Ｖ５＋Ｒ３×Ｉ０×Ｂ×Ｃ）×Ａ−（ΣＲｉ＋Ｒ３）×Ｉ０
＝Ｖ５×Ａ＋［Ｒ３×Ａ×Ｂ×Ｃ−（ΣＲｉ＋Ｒ３）］×Ｉ０
＝Ｖ５×Ａ＋［Ａ×Ｂ×Ｃ−（１−ΣＲｉ／Ｒ３）］×Ｉ０×Ｒ３  …（７）
【００４７】
いま、以下の（８）式が成立すれば、上記（７）式の右辺第２項を零にすることができる。
Ａ×Ｂ×Ｃ＝（１−ΣＲｉ／Ｒ３）  …（８）
すると、上記（６）は、電流Ｉ０に依存しない以下の（９）式になる。
Ｖｐ＝Ｖ５×Ａ  …（９）
ここで、仮想電位差Ｖｐが電流Ｉ０に依存しないということは、電圧検出端子Ｔ２２と仮想的な出力端子Ｔ４０との間においては、出力インピーダンスが零である電圧源に見えることを意味する。
【００４８】
通常、電力増幅器３２の電圧増幅率「Ａ」は固定であり、差動増幅器３５の電圧増幅率「Ｂ」もレンジ切り替えを行う場合を除けば固定である。また、電流検出抵抗３４の抵抗値Ｒ３は既知である。更に、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、及び接続線Ｌ１１の抵抗の和ΣＲｉは、前述した測定動作によって測定することができる。よって、制御部２１が可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率「Ｃ」を調整すれば、上記（８）式を成立させることができる。
【００４９】
尚、電力増幅器３２の電圧増幅率「Ａ」及び差動増幅器３５の電圧増幅率「Ｂ」が周波数特性を有する場合が考えられる。かかる場合には、その逆特性を可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率「Ｃ」に持たせることによって、上記（８）式を成立させることができる。同様に、上述の抵抗の和ΣＲｉや電流検出抵抗３４の抵抗値Ｒ３が周波数特性を有する場合にもその逆特性を可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率「Ｃ」に持たせることによって、上記（８）式を成立させることができる。
【００５０】
図５は、一般的な二次電池及び本発明の一実施形態による電池特性模擬装置１の等価回路を示す図である。図５（ａ）に示す通り、一般的な二次電池５０は、抵抗５１及びコンデンサ５２の並列回路が電圧源５３に接続された電源部Ｑ１と、電源部Ｑ１に対して直列接続された内部抵抗Ｑ２とによって表される。これに対し、図５（ｂ）に示す通り、本実施形態による電池特性模擬装置１も、図５（ａ）に示す二次電池と同様に、電源部Ｑ３と内部抵抗Ｑ４とによって表される。ここで、電源部Ｑ３の出力電圧は前述した仮想電位差Ｖｐであり、内部抵抗Ｑ３は抵抗値Ｒ２２を有する可変抵抗器３３ｂである。
【００５１】
一般的に、図５（ａ）で表される二次電池５０は、内部抵抗Ｑ２を除いた部分の回路（電源部Ｑ１）の応答速度が比較的遅く、急激な電流の変動による電圧降下等が生ずる内部抵抗Ｑ２は応答速度が比較的速い。このため、本実施形態の電池特性模擬装置１は、応答の遅いＤＡＣ１１、電流制限器１９、及び電圧制限器２０を制御して電源部Ｑ３（電源部Ｑ１に相当する回路）を模擬し、応答速度の速い内部抵抗Ｑ４（内部抵抗Ｑ２に相当する回路）は、ＤＡＣ１１、電流制限器１９、及び電圧制限器２０を制御することなく、理想的な可変抵抗器３３ｂを設けることで模擬している。
【００５２】
以上説明した通り、本実施形態では、可変ゲイン増幅器３６が、電流検出抵抗３４で検出される電流に基づいて、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、電流検出抵抗３４、及び接続線Ｌ１１の抵抗Ｒ０１を見かけ上零にし得る電圧を生成して電力増幅器３２に帰還させている。これにより、電池特性模擬装置１の内部抵抗を可変抵抗器３３ｂのみにすることができるため、急激な電流の変動が生じる場合であっても、二次電池等の出力インピーダンスを精度良く模擬することができる。
【００５３】
図６は、電池特性模擬装置の第１変形例を示すブロック図である。図６に示す電池特性模擬装置２は、電流検出抵抗３４を電源端子Ｔ１２側に備えた構成である。電流検出抵抗３４を電源端子Ｔ１２側に設けることで、図１，図３等に示す電池特性模擬装置１よりもノイズに強く、電流を多く流すことができるという利点がある。この電池特性模擬装置２において、仮想電位差Ｖｐが電流Ｉ０に依存させないためには、電流検出抵抗３４が電源端子Ｔ１２側に設けられていることから、以下の（１０）式を満たす必要がある。
Ａ×Ｂ×Ｃ＝ΣＲｉ／Ｒ３  …（１０）
【００５４】
図７は、電池特性模擬装置の第２変形例を示すブロック図である。図７に示す電池特性模擬装置３は、電池特性模擬装置１に設けられていた電流検出抵抗３４に代えて電流プローブ６０を備える構成である。この電流プローブ６０は、電力の供給経路の周囲に巻線を巻回し、供給経路を流れる電流によって生ずる磁界を検出することによって、供給経路に流れる電流を検出するものである。この電流プローブ６０を設けることで、電流検出抵抗３４を設けた場合よりも大電流に対応することができる。
【００５５】
尚、図７においては、電流プローブ６０が電源端子Ｔ１１側に設けられているが、図６に示す電池特性模擬装置２のように電源端子Ｔ１２側に設けることも可能である。電流プローブ６０の電流検出感度をα（＝出力検出電圧／電流Ｉ０）とすると、前述した（８）式又は（１０）式中の抵抗値Ｒ３をαに置き換えれば、仮想電位差Ｖｐを電流Ｉ０に依存させなくすることができる。尚、以上の第１，第３変形例においては、可変抵抗器３３と電流検出抵抗３４又は電流プローブ６０との位置を入れ替えても良い。
【００５６】
図８は、可変抵抗器３３の内部構成例を示す回路図である。図８に示す可変抵抗器３３は、ＤＡＣ７１、差動増幅器７２、抵抗７３，７４、分割抵抗７３ａ，７３ｂ、抵抗７６，７７、及びＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）７８，７９を備えており、ＤＡＣ７１の出力電圧に応じて抵抗値が変化する抵抗器である。
【００５７】
ＤＡＣ７１は、制御部２１の制御の下で、設定すべき抵抗値に応じた電圧を出力する。差動増幅器７２及び抵抗７３，７４は反転増幅器を構成する。ＤＡＣ７１の出力端は、一端が差動増幅器７２の反転入力端に接続された抵抗７３の他端に接続されている。尚、差動増幅器７２の出力端と反転入力端とは抵抗７４によって接続されている。また、差動増幅器７２の非反転入力端には、分割抵抗７５ａ，７５ｂの接続点が接続されている。
【００５８】
分割抵抗７５ａ，７５ｂは、電力の供給経路（電力増幅器３２の出力端）とグランドとの間に直列接続されており、電力増幅器３２の出力端に現れる電圧を、その抵抗値に応じて分割する。よって、分割抵抗７５ａ，７５ｂで分割される電圧とＤＡＣ７１で出力される電圧との差分が反転増幅器で増幅されることになる。
【００５９】
抵抗７６，７７は、差分増幅器７２の出力端とＭＯＳＦＥＴ７８，７９のゲート端子とにそれぞれ接続されている。ＭＯＳＦＥＴ７８，７９は、ソース端子同士を接続した状態で電流の供給経路上に配置されており、抵抗７６，７７を介して入力される電圧に応じて抵抗値が変化する。かかる配置にすることで、ＭＯＳＦＥＴ７８，７９のボディ・ダイオード（ソース−ドレイン間に存在するダイオード）を無効化して、電流Ｉ０を双方向に流すことが可能になる。尚、図８では、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ７８，７９を備える構成を例に挙げて説明したが、回路を一部変更すればＮチャネルのＭＯＳＦＥＴを設けることも可能である。
【００６０】
図９は、可変ゲイン増幅器３６の内部構成例を示す回路図である。図９に示す可変ゲイン増幅器３６は、ラダー型抵抗器８１、オペアンプ８２，８３、及び設定部８４等を備える乗算型ＤＡＣにより実現される。ラダー型抵抗器８１は、図示の通り、複数の抵抗素子と複数のスイッチとを備えており、オペアンプ８２の反転入力端及び非反転入力端に接続される抵抗素子の切り替えが可能である。
【００６１】
設定部８２は、制御部２１の制御の下で、ラダー型抵抗器８１に設けられたスイッチの開閉状態を切り替えることにより、可変ゲイン増幅器３６の電圧増幅率「Ｃ」を調整する。尚、図９に示す可変ゲイン増幅器３６の構成はあくまでも一例であって、ダイオード等を使用した可変減衰器と増幅器とを組み合わせた構成、或いはアナログ乗算器等を用いた構成であっても良い。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態による電池特性模擬装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、単一の電池セルからなる電池、複数の電池セルが直列接続された電池モジュール、或いは複数の電池セルが直並列接続された電池モジュールの何れの電池特性も模擬することが可能である。
【００６３】
上記実施形態では、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ、電流検出抵抗３４、及び接続線Ｌ１１の抵抗Ｒ０１を見かけ上零にし得る電圧を生成して電力増幅器３２に帰還させる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、電力増幅器３２の出力インピーダンス３２ｂ及び接続線Ｌ１１の抵抗Ｒ０１が無視できる程小さい場合には、可変抵抗器３３の残留抵抗３３ａ及び電流検出抵抗３４を見かけ上零にし得る電圧を生成して電力増幅器３２に帰還させても良い。
【００６４】
また、上記実施形態では、ＤＵＴ４０がノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯オーディオプレーヤー等の携帯性を有する様々な電子機器であり、このような電子機器に供給する電力を模擬する例について説明した。しかしながら、本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、太陽発電等で使用される大型のコンバータやインバータ等に供給される電力を模擬する電池特性模擬装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１〜３        電池特性模擬装置
１１          ＤＡＣ
２１          制御部
３１          演算器
３２          電力増幅器
３３          可変抵抗器
３４          電流検出抵抗
３５          差動増幅器
３６          可変ゲイン増幅器
３７          スイッチ
６０          電流プローブ
７８，７９    ＭＯＳＦＥＴ
【図１】
2010286388.tif 000003
【図２】
2010286388.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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