(57)【要約】【課題】定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延が発生することのない電気化学測定装置の充放電制御方法を提供する。【解決手段】電気化学測定装置において、コンピュータが、電流指令信号を出力して定電流／定電力／定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したとき（ステップＳ１）に、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させ（ステップＳ２，Ｓ３）、該遷移後の定電圧制御時には、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧（Ｖｄｅｔ）を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順（ステップＳ４〜Ｓ３５）に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してＡＤコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、
前記コンピュータから出力された指令信号をＤＡコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧／電流制御回路とを備えた電気化学測定装置であって、
前記コンピュータは、
電流指令信号を出力して定電流／定電力／定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させ、
該遷移後の定電圧制御時には、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する制御手段を有していることを特徴とする電気化学測定装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減手段と、
前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学測定装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を前記元の極性の最小値に設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学測定装置。
【請求項４】
前記コンピュータは、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気化学測定装置。
【請求項５】
電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してＡＤコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、
前記コンピュータから出力された指令信号をＤＡコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧／電流制御回路とを備えた電気化学測定装置の充放電制御方法であって、
前記コンピュータの制御手段が、
電流指令信号を出力して定電流／定電力／定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させるステップと、
前記遷移後に、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する定電圧制御ステップとを実行することを特徴とする電気化学測定装置の充放電制御方法。
【請求項６】
前記定電圧制御ステップは、
前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減ステップと、
前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更ステップとを備えていることを特徴とする請求項５に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法。
【請求項７】
前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を前記元の極性の最小値に設定するステップを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法。
【請求項８】
前記コンピュータの制御ログ作成・記録手段が、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する制御ログ作成・記録ステップを実行することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば蓄電池やキャパシタなどを測定対象とした電気化学測定装置およびその充放電制御方法に係り、特に制御対象装置に対する定電流／定電力／定抵抗の充放電制御から定電圧の充放電制御への遷移制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学測定装置における充放電機能では、定電流／定電力／定抵抗制御を行って電池やキャパシタを充放電し、その電圧が設定電圧に達すると電流値を絞り、定電流制御から定電圧制御へ遷移させる制御を行っている。
【０００３】
図１は電気化学測定装置の制御部ブロック図の一例を示しており、１０１は測定対象装置としての蓄電池であり、その正極端には電流検出抵抗１０２の一端が接続されている。
【０００４】
蓄電池１０１の正、負極端にはオペアンプからなる電圧検出回路１０３の入力端が接続され、電流検出抵抗１０２の両端にはオペアンプからなる電流検出回路１０４の入力端が接続されている。
【０００５】
１０５は、電圧検出回路１０３から出力される検出電圧をアナログ−デジタル変換してＣＰＵ（コンピュータ）１２０に出力する電圧検出用のＡＤコンバータである。
【０００６】
１０６は、電流検出回路１０４から出力される検出電流をアナログ−デジタル変換してＣＰＵ１２０に出力する電流検出用のＡＤコンバータである。
【０００７】
ＣＰＵ１２０は、ＡＤコンバータ１０５，１０６の出力信号を取り込んで、蓄電池１０１に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号（制御信号）を出力する。
【０００８】
１０７は、ＣＰＵ１２０から出力される指令信号をデジタル−アナログ変換するＤＡコンバータである。ＤＡコンバータ１０７の出力信号（制御指令）は抵抗１０８を介して、オペアンプを有した電圧／電流制御回路１０９の一方の入力端に入力される。
【０００９】
前記電流検出回路１０４の出力端と電圧／電流制御回路１０９の一方の入力端との間には、抵抗１１１および電流制御用のスイッチＳＷ１が直列に接続されている。
【００１０】
前記電圧検出回路１０３の出力端と電圧／電流制御回路１０９の一方の入力端との間には、抵抗１１２および電圧制御用のスイッチＳＷ２が直列に接続されている。
【００１１】
電圧／電流制御回路１０９の他方の入力端は接地され、出力端は前記電流検出抵抗１０２の他端に接続されている。
【００１２】
尚、蓄電装置の充放電試験システムおよびその方法は、例えば下記特許文献１のものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−１１４９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１の装置において、ポテンショスタットと呼ばれる電位制御を行う場合にはスイッチＳＷ１を開いて、スイッチＳＷ２を閉じる。このときＣＰＵ１２０から与えられた制御値がＤＡコンバータ１０７から出力され、蓄電池１０１の電圧をこれに保つように回路が動作する。
【００１５】
また、ガルバノスタットと呼ばれる電流制御を行う場合にはスイッチＳＷ１を閉じて、スイッチＳＷ２を開く。このときＤＡコンバータ１０７から出力された値に従って蓄電池１０１に流れる電流が制御される。この電気化学装置において充放電測定を行う場合があり、特に定電流で制御して蓄電池１０１の電圧が目標値に到達した時点で定電圧制御に切り替える動作が要求される。
【００１６】
通常電気化学測定装置において定電流−定電圧切り替え制御は、制御回路のスイッチＳＷ１とＳＷ２の切り替えによって実現することができる。この場合、ＤＡコンバータ１０７の出力変更（定電流制御と定電圧制御では制御値が異なるため必要）のタイミングとスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えのタイミングを完全に一致させることが難しく、またスイッチの切り替え自体によって回路的に不安定な状態が発生することから、電池やキャパシタ等の試験対象物（図１では蓄電池１０１）に大きな電気的ショックを与え、試験の安全性や正確性に大きな影響が出ることとなる。
【００１７】
また二次電池等蓄電素子の充放電用試験機では、特許文献１に開示されているようなデジタル制御が行われた例があるが、ＡＤサンプリングの周期で制御を行うため計測電圧のノイズ成分による不安定性や制御遅延が課題となっていた。またこの制御では接続された試料の性質と制御アルゴリズムの組み合わせで制御挙動が異なるため、測定結果だけではどのような制御が実際に行われたのかを把握することが困難であった。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延が発生することのない電気化学測定装置およびその充放電制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するための請求項１に記載の電気化学測定装置は、電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してＡＤコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、前記コンピュータから出力された指令信号をＤＡコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧／電流制御回路とを備えた電気化学測定装置であって、前記コンピュータは、電流指令信号を出力して定電流／定電力／定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させ、該遷移後の定電圧制御時には、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する制御手段を有していることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項５に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、電気化学測定装置における測定対象装置の充放電電圧および充放電電流を検出してＡＤコンバータによりアナログ−デジタル変換した信号を入力とし、前記測定対象装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を出力するコンピュータと、前記コンピュータから出力された指令信号をＤＡコンバータによりデジタル−アナログ変換した信号によって前記測定対象装置の充放電電圧、充放電電流を制御する電圧／電流制御回路とを備えた電気化学測定装置の充放電制御方法であって、前記コンピュータの制御手段が、電流指令信号を出力して定電流／定電力／定抵抗制御を開始し、測定対象装置の電圧が目標電圧に達したときに、前記電流指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させるステップと、前記遷移後に、定電圧制御の実行周期よりも短い周期でサンプリングした測定対象装置の検出電圧を平均化したデータをもとに、定電圧制御の処理手順に沿って定電圧制御の実行周期で電流を制御する定電圧制御ステップとを実行することを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延は発生しない。すなわち、定電圧制御の実行周期よりも短い周期で電圧値をサンプリングし、それを平均化したデータをもとに定電圧制御を行うので、高周波ノイズなどの外乱要素の影響が少なくなり、ノイズによる変動を減少させて制御電流の収束を早めることができる。
【００２２】
また、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時にハードウェア的な切り替えがないため、電圧のオーバーシュートなどの電気的ショックが抑制され、かつ素早い遷移が実行される。
【００２３】
また、請求項２に記載の電気化学測定装置は、請求項１において、前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減手段と、前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更手段とを備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項６に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、請求項５において、前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えている場合は電流を電流増加減少係数により減少させ、目標電圧に満たない場合は電流を電流増加減少係数により増加させる処理を、定電圧制御の実行周期毎に各々行う電流増減ステップと、前記電流を増加、減少させる処理を連続して設定回数以上実行した場合は、前記電流増加減少係数を大きくする係数変更ステップとを備えていることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、定電圧制御を行うための制御電流の過度な変化を抑えることができる。
【００２６】
また、請求項３に記載の電気化学測定装置は、請求項１又は２において、前記制御手段は、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を前記元の極性の最小値に設定する手段を備えていることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項７に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、請求項５又は６において、前記定電圧制御ステップは、前記測定対象装置の検出電圧が定電圧制御の目標電圧を超えており、且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を現在の電流極性とは逆極性で前記最小値よりも大きい値に設定し、その後前記測定対象装置の検出電圧が目標電圧に満たず且つ定電圧制御を行うための電流設定値が、電流レンジと前記ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータの分解能で決まる最小値未満となったときに、該電流設定値を前記元の極性の最小値に設定するステップを備えていることを特徴としている。
【００２８】
上記構成によれば、制御電流値を絞る際に、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータに反映できる最小値を判断しているので、実効性のないコンピュータの計算上の電流値設定を行わないように制限することができ、これによって制御遅延が生じることを防止できる。
【００２９】
また、請求項４に記載の電気化学測定装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記コンピュータは、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する手段を備えていることを特徴としている。
【００３０】
また、請求項８に記載の電気化学測定装置の充放電制御方法は、請求項５ないし７のいずれか１項において、前記コンピュータの制御ログ作成・記録手段が、前記制御手段が行う定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する制御ログ作成・記録ステップを実行することを特徴としている。
【００３１】
上記構成によれば、定電圧制御の動作過程をフローチャート上の制御経路の記録として残すことができ、どのような制御経路で実際に定電圧制御が行われたかを把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時に制御遅延発生を防ぐことができる。
（２）請求項２、６に記載の発明によれば、定電圧制御を行うための電流設定値を適正に増減することができ、制御電流の過度な変化を抑えることができる。
（３）請求項３、７に記載の発明によれば、制御電流値を絞る際に、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータに反映できる最小値を判断しているので、実効性のないコンピュータの計算上の電流値設定を行わないように制限することができ、これによって制御遅延が生じることを防止できる。
（４）請求項４、８に記載の発明によれば、定電圧制御の動作過程をフローチャート上の制御経路の記録として残すことができ、どのような制御経路で実際に定電圧制御が行われたかを把握することが可能となる。
【００３３】
これによって、定電圧制御の処理手順のどの部分にどのような問題があるかの検証・修正が容易になり，アルゴリズムや装置の開発効率が向上する。また、電気化学測定装置の充放電機能の利用者に対し、問題の発生原因や機序の具体的な提示など、従来とは異なる形態の新しい利用者サポートが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用される電気化学測定装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態例の電気化学測定装置が行う制御手順を示すフローチャート。
【図３】図２のフローチャートの一部拡大図。
【図４】図２のフローチャートの一部拡大図。
【図５】図２のフローチャートの一部拡大図。
【図６】本発明の実施形態例により作成された制御ログの一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下では、本発明を図１の電気化学測定装置に適用した実施形態例を説明する。
【００３６】
本実施形態例では、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移をデジタル制御で行うことを可能とし、定電圧制御時は、電圧制御回路（スイッチＳＷ２と電圧／電流制御回路１０９）ではなく電流制御回路（スイッチＳＷ１と電圧／電流制御回路１０９）を使用し（スイッチＳＷ１を閉じてスイッチＳＷ２を開き）、ＣＰＵ１２０が検出電圧（ＡＤコンバータ１０５の出力）をもとに電流を制御することで電圧を一定に保つように構成した。これを定電圧デジタル制御と呼ぶ。このため充放電機能において制御回路のスイッチ切り替えは発生しない。またＣＰＵ１２０は自身が実施した定電圧デジタル制御の動作過程を装置内に記録するように構成した。
【００３７】
図２はＣＰＵ１２０が実行する制御手順（ステップＳ１〜Ｓ３５）を示すフローチャート、図３は図２のステップＳ１〜Ｓ８を拡大して図示したフローチャート、図４は図２のステップＳ９〜Ｓ２７を拡大して図示したフローチャート、図５は図２のステップＳ２８〜Ｓ３５を拡大して図示したフローチャートである。ここで、図２〜図５で用いられる変数、用語の意味を述べる。
【００３８】
・Ｖｓｅｔ：  定電圧制御の目標電圧
・Ｖｄｅｔ：  電圧検出用のＡＤコンバータ１０５から１０μｓｅｃ周期で読み込んだ検出電圧値の、１ｍｓｅｃ間の１００個分の平均処理結果
・Ｉｓｅｔ：  定電流／定電力／定抵抗制御時の最後の電流制御設定値
・Ｉ：  電流設定値であり、初期値はＩｓｅｔ
・Ｋ：  電流増加減少係数であり、初期値は０．０２５
・Ｍ：  電流増減率縮小係数であり、設定値は０．５
・Ｘ：  電流の増減を行う閾値であり、初期値は２ｍＶ
・Ｉｍａｘ：  電流設定の最大値記憶変数であり、初期値は０
・Ｉｍｉｎ：  電流設定の最小値記憶変数であり、初期値は０
・ｆｌａｇｘ：  Ｉｍａｘの更新フラグであり、初期値は０
・ｆｌａｇｙ：  Ｉｍｉｎの更新フラグであり、初期値は０
・ＣＮＴａ：  電流設定値Ｉを増やす制御経路（ステップＳ１９〜Ｓ２７）を通った回数を計数するカウンタ
・ＣＮＴｂ：  電流設定値Ｉを減じる制御経路（ステップＳ１０〜Ｓ１６）を通った回数を計数するカウンタ
・ＣＮＴｃ：  ステップＳ１８およびＳ２８の経路を通った回数を計数するカウンタ
・ＣＮＴｎ：  検出電圧値Ｖｄｅｔと目標電圧Ｖｓｅｔの差が閾値Ｘの範囲内となった（ステップＳ４の判定結果がＮｏとなった）回数を計数するカウンタ
・ＣＮＴｕｐ：  電流値を早く収束させるためにＩｍａｘを取得して電流設定値Ｉを増加させる処理（ステップＳ２７）を実行した回数を計数するカウンタ
・ＣＮＴｄｎ：  電流値を早く収束させるためにＩｍｉｎを取得して電流設定値Ｉを減少させる処理（ステップＳ１６）を実行した回数を計数するカウンタ
・１ｌｓｂ：  ＤＡコンバータ１０７、ＡＤコンバータ１０５、１０６の最小ビット（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ）であり、電流レンジとＤＡコンバータ１０７、ＡＤコンバータ１０５、１０６の分解能で決まる最小値
・２ｌｓｂ：  制御上十分小さい、前記最小値１ｌｓｂよりも大きく設定した値（尚、２ｌｓｂは本実施例で設定した値であり、これに限らず３ｌｓｂなどでもよい）
また、図２〜図５中のＪ１〜Ｊ８、Ｊ１０、Ｊ１２〜Ｊ１６で表す各判定ステップは、制御経路の条件分岐の番号を示すものである。
【００３９】
まず、図１、図２においてスイッチＳＷ１が閉じられスイッチＳＷ２が開かれており、定電流／定電力／定抵抗制御がなされているものとする。
【００４０】
この状態でステップＳ１の判定処理によりＪ１の条件が満たされたら定電圧デジタル制御に移行する。すなわち、充電のときはＶｄｅｔ≧Ｖｓｅｔとなった瞬間、放電のときはＶｄｅｔ≦Ｖｓｅｔとなった瞬間からＣＰＵ１２０は定電圧デジタル制御を開始する。
【００４１】
ステップＳ２では、定電流／定電力／定抵抗制御時の最後の電流制御設定値Ｉｓｅｔを制御値にセットし、ステップＳ３では電流設定値Ｉを、電流制御設定値Ｉｓｅｔから電流増加減少計数Ｋ（初期値は０．０２５）分だけ減じた値Ｉｓｅｔ＊（１−Ｋ）にセットし、それ以降のステップＳ４〜Ｓ３５の処理を１ｍｓｅｃ周期で実行する。
【００４２】
したがってステップＳ３では、定電圧デジタル制御の初回時の電流設定値ＩがＤＡコンバータ１０７から出力される。
【００４３】
ＣＰＵ１２０はステップＳ４〜Ｓ３５の実行周期（１ｍｓｅｃ）とは別に、電圧検出用のＡＤコンバータ１０５から１０μｓｅｃ周期で検出電圧値を得、１０μｓｅｃ周期で１ｍｓｅｃかけて採った１００個分の電圧値を平均化し、定電圧制御の目標電圧Ｖｓｅｔに用いる。また、検出電流についても前記同様にＡＤコンバータ１０６から１０μｓｅｃ周期で得た検出電流値がＣＰＵ１２０に取り込まれる。尚、前記検出電圧、検出電流のサンプリング周期は本実施例に限らず他の周期としてもよい。
【００４４】
次にステップＳ４（条件分岐Ｊ２）では、検出電圧（Ｖｄｅｔ）と設定電圧（目標電圧Ｖｓｅｔ）の差が、電流の増減を行う閾値（許容範囲）Ｘを超えているか否かを判定する。
【００４５】
ステップＳ４の判定結果がＮｏの場合は、ステップＳ５〜Ｓ７において、前記検出電圧と設定電圧の差が８回続けて許容範囲（Ｘ）以内であるときに、前記Ｘを縮める処理を行う。
【００４６】
すなわちステップＳ５においてカウンタＣＮＴｎをインクリメントし、ステップＳ６においてカウンタＣＮＴｎは８（回）となったか否かを判定（条件分岐Ｊ３）し、８回となったときにステップＳ７において閾値Ｘに計数Ｎ（Ｎ＝１／２）を乗じてＸを縮め（半減させ）、カウンタＣＮＴｎをリセットする。
【００４７】
ステップＳ６の判定結果がＮｏの場合と、ステップＳ７の処理後はステップＳ４に戻る。
【００４８】
このように、制御したい基準電圧値Ｖｓｅｔ（目標電圧）と検出電圧Ｖｄｅｔとの差が閾値Ｘを超えない状態が８回続けて繰り返した場合に、閾値Ｘを半減させる処理を行っているので、制御電流の収束度が、例えば特許文献１の図２に示す制御方式よりも改善される。
【００４９】
ステップＳ４の判定結果がＹｅｓとなった（ＶｄｅｔとＶｓｅｔの差の絶対値が閾値Ｘを超えた）場合は、ステップＳ８においてカウンタＣＮＴｎをリセットした後、図２、図４のステップＳ９（条件分岐Ｊ４）に進む。
【００５０】
ステップＳ９（条件分岐Ｊ４）では、充電モード時はＶｄｅｔがＶｓｅｔより小さいか否かを判定する。このステップＳ９は、その判定結果がＮｏの場合（検出電圧Ｖｄｅｔが目標電圧Ｖｓｅｔを超えている場合）は電流設定値Ｉを減少させ（ステップＳ１０〜Ｓ１６）、Ｙｅｓの場合（検出電圧Ｖｄｅｔが目標電圧Ｖｓｅｔに満たない場合）は電流設定値Ｉを増加させる（ステップＳ１８〜Ｓ２７）分岐点となる。尚、放電モード時は、ステップＳ９においてＶｄｅｔ＞Ｖｓｅｔ、すなわちＶｄｅｔがＶｓｅｔより大きいか否かが判定される。
【００５１】
ステップＳ１０（条件分岐Ｊ１３）では、電流設定値ＩがＤＡコンバータ１０７の最小値＋１ｌｓｂ以上か否かを判定する（充電モード時；尚放電モード時はＩが−１ｌｓｂ以下か否かを判定する）。
【００５２】
ステップ１０の判定結果がＹｅｓの場合、ステップＳ１１（条件分岐Ｊ１６）において、カウンタＣＮＴｂが３（回）を超えているか（電流設定値Ｉを３回連続減少させたか）否かを判定する。
【００５３】
カウンタＣＮＴｂが３を超えている場合は、ステップＳ１２において、電流増加減少係数Ｋを電流増減率縮小係数Ｍ（設定値０．５）で割って大きい値とする（係数変更手段）。但しＫ＞０．０２５となったときはＫ＝０．０２５とし初期値０．０２５を超えないようにする。またカウンタＣＮＴｂをリセットする。
【００５４】
このステップＳ１２は、後述するステップＳ３４において電流増加減少係数Ｋに電流増減率縮小係数Ｍを掛けることでＫが小さくなって制御電流の変化が小さくなりすぎ、電圧の制御が不十分になることを防ぐために、Ｋを大きくしているものである。
【００５５】
前記ステップＳ１１の判定結果がＮｏの場合と、ステップＳ１２の処理後はステップＳ１３において、前回の電流設定値Ｉに係数（１−Ｋ）を掛けて出力電流を絞る。
【００５６】
ステップＳ１４ではカウンタＣＮＴｂをインクリメントし、カウンタＣＮＴａおよびカウンタＣＮＴｃをリセットする。
【００５７】
ステップＳ１５（条件分岐Ｊ１０）では、Ｉｍａｘの更新フラグｆｌａｇｘが１である（更新可能である）か否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ１６において電流設定の最小値記憶変数Ｉｍｉｎを電流設定値Ｉにセットし、Ｉｍｉｎの更新フラグｆｌａｇｙを１にセットし、カウンタＣＮＴｄｎをインクリメントする。このステップＳ１６でＩｍｉｎを取得することで電流値を早く収束させることができる。
【００５８】
前記ステップＳ１０の判定結果がＮｏの場合（すなわち電流設定値Ｉが充電モード時に＋１ｌｓｂ未満となるか、又は放電モード時に−１ｌｓｂよりも大となった場合）は、ステップＳ１７において、充電モード時はＩを−２ｌｓｂにセットし、放電モード時はＩを＋２ｌｓｂにセットする。
【００５９】
このステップＳ１７では、ＤＡコンバータ１０７の分解能の最小値１ｌｓｂを変化させても実動作上はっきりした違いがないので、最小値１ｌｓｂよりも大きくて実動作上違いが出る小さな値として２ｌｓｂを設定している。またこの２ｌｓｂは、元の電流設定値Ｉに対して極性が逆であるため、実際には３ｌｓｂ（＝１ｌｓｂ−（−２ｌｓｂ））変化させたことと等価である。
【００６０】
ステップＳ１７において逆極性の２ｌｓｂを設定するのは、回路の持つオフセットに対応するためであり、理想的には＋１ｌｓｂは充電電流となり、−１ｌｓｂは放電電流となるはずである。ところが回路の物理的誤差により、仮に０ｌｓｂを設定しても流れる電流は０ではなく少しプラスの電流（充電電流）が流れる場合がある。ステップＳ１７はこの状態を検出して確実に充電電流を０にするために実行するステップである。しかし、場合によってはこのステップＳ１７の処理によりわずかな放電電流が流れてしまう可能性があるため、それに対処するため後述するステップＳ２０において電流方向を元に戻す処理を行っている。
【００６１】
尚、前記２ｌｓｂは、これに限らず回路構成に応じてその他の値に設定するものである。
【００６２】
前記ステップＳ１５の判定結果がＮｏの場合と、ステップＳ１６の実行後と、ステップＳ１７の実行後はステップＳ４に戻る。
【００６３】
次に前記ステップＳ９の判定結果がＹｅｓの場合（検出電圧Ｖｄｅｔが目標電圧Ｖｓｅｔに満たない場合）はステップＳ１８（条件分岐Ｊ５）においてＩｍａｘの更新フラグｆｌａｇｘが更新可能（ｆｌａｇｘ＝１）で且つＩｍｉｎの更新フラグｆｌａｇｙが更新可能（ｆｌａｇｙ＝１）か否かを判定する。
【００６４】
ステップＳ１８の判定結果がＮｏの場合（更新不可である場合）はステップＳ１９（条件分岐Ｊ１２）において、電流設定値ＩがＤＡコンバータ１０７の最小値（＋１ｌｓｂ）より小さいか否かを判定する（充電モード時；尚、放電モード時はＩが−１ｌｓｂよりも大きいか否かを判定する）。
【００６５】
ステップＳ１９の判定結果がＹｅｓの場合、前記ステップＳ１７で逆極性電流を流すようにＩを設定したことにより、充電モード時には放電電流が流れ、放電モード時には充電電流が各々流れている可能性があるため、ステップＳ２０において電流方向を元に戻すべくＩ＝＋１ｌｓｂ（充電時）、Ｉ＝−１ｌｓｂ（放電時）にセットする。
【００６６】
前記ステップＳ１９の判定結果がＮｏの場合と、ステップＳ２０の実行後はステップＳ２１（条件分岐Ｊ１５）において、カウンタＣＮＴａが３（回）を超えている（電流設定値Ｉを３回連続増加させた）か否かを判定する。
【００６７】
カウンタＣＮＴａが３を超えている場合は、ステップＳ２２において、電流増加減少係数Ｋを電流増減率縮小係数Ｍ（設定値０．５）で割って大きい値とする（係数変更手段）。但しＫ＞０．０２５となったときはＫ＝０．０２５とし初期値０．０２５を超えないようにする。またカウンタＣＮＴａをリセットする。
【００６８】
前記ステップＳ２１の判定結果がＮｏの場合とステップＳ２２の実行後は、ステップＳ２３（条件分岐Ｊ１４）においてＩ＊（１＋Ｋ）が電流制御設定値Ｉｓｅｔ以下であるか否かを判定する（充電モード時；尚、放電モード時はＩ＊（１＋Ｋ）が電流制御設定値Ｉｓｅｔ以上であるか否かを判定する）。
【００６９】
ステップＳ２３の判定結果がＹｅｓの場合は電流設定値ＩをＩ＊（１＋Ｋ）にセットする（前回のＩに係数（１＋Ｋ）を掛けて出力電流を増やす）。
【００７０】
ステップＳ２３の判定結果がＮｏの場合は、ステップＳ２５において電流設定値Ｉを電流制御設定値Ｉｓｅｔにセットする。
【００７１】
次にステップＳ２６ではカウンタＣＮＴａをインクリメントし、カウンタＣＮＴｂ、ＣＮＴｃをリセットする。
【００７２】
ステップＳ２７では、電流設定の最大値記憶変数Ｉｍａｘを電流設定値Ｉにセットし、Ｉｍａｘの更新フラグｆｌａｇｘを１にセットし、カウンタＣＮＴｕｐをインクリメントする。このステップＳ２７でＩｍａｘを取得することで電流値を早く収束させることができる。ステップＳ２７の実行後はステップＳ４に戻る。
【００７３】
前記ステップＳ１８の判定結果がＹｅｓの場合（Ｉｍａｘの更新フラグとＩｍｉｎの更新フラグがともに更新可能である場合）は、図２、図５のステップＳ２８においてカウンタＣＮＴｃをインクリメントし、カウンタＣＮＴａ、ＣＮＴｂをリセットする。
【００７４】
次にステップＳ２９（条件分岐Ｊ６）では、カウンタＣＮＴｃが２以上であるか否かを判定しその結果がＮｏの場合はステップＳ４に戻る。
【００７５】
ステップＳ２９の判定結果がＹｅｓの場合は、ステップＳ３０（条件分岐Ｊ７）においてカウンタＣＮＴｕｐのカウント値がカウンタＣＮＴｄｎのカウント値より大か否かを判定する。
【００７６】
ステップＳ３０の判定結果がＹｅｓの場合は、ステップＳ３１においてカウンタＣＮＴｕｐのカウンタＣＮＴｄｎに対する比（ＤＩＶ＝ＣＮＴｕｐ／ＣＮＴｄｎ）が演算される。
【００７７】
ステップＳ３０の判定結果がＮｏの場合は、ステップＳ３２においてカウンタＣＮＴｄｎのカウンタＣＮＴｕｐに対する比（ＤＩＶ＝ＣＮＴｄｎ／ＣＮＴｕｐ）が演算される。
【００７８】
次にステップＳ３３（条件分岐Ｊ８）では、前記カウンタの比ＤＩＶが２以上であるか否か（電流設定値Ｉを増やす処理の回数と減らす処理の回数が２倍以下であるか否か）を判定する。
【００７９】
ステップＳ３３の判定結果がＹｅｓの場合は、ステップＳ３４において、電流設定値Ｉを（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）／２にセットし、Ｉｍａｘの更新フラグｆｌａｇｘおよびＩｍｉｎの更新フラグｆｌａｇｙをリセットし、電流増加減少係数Ｋが０．００００３より大であればＫにＭ（Ｍ＝０．５）を掛けて小さくし、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎを初期値０にセットし、カウンタＣＮＴｕｐ、ＣＮＴｄｎをリセットする。
【００８０】
また、ステップＳ３３の判定結果がＮｏの場合はステップＳ３５において、ｆｌａｇｘとｆｌａｇｙをリセットし、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎを初期値０にセットし、カウンタＣＮＴｕｐ、ＣＮＴｄｎをリセットする。ステップＳ３４，Ｓ３５の実行後はステップＳ４に戻る。
【００８１】
前記ステップＳ３４において、電流設定値ＩをＩｍａｘとＩｍｉｎからその中間値に設定することで制御電流の収束を早めているが、電流増加の回数と減少の回数が大幅に異なる場合には、ＩｍａｘとＩｍｉｎの中間値を取ることでかえって制御電流値が外れてしまう場合があった。このため本実施形態例では、ステップＳ３０〜Ｓ３３、Ｓ３５のように電流の増加回数と減少回数が２倍以上離れる場合には中間値を取らないようにしている。
【００８２】
ＣＰＵ１２０は周期的に図２の定電圧制御を行うとともに、定電圧制御の処理手順をフローチャート化し、前記定電圧制御時に実行されたフローチャート内の制御経路のデータを含む制御ログを作成し、記録する手段を備えている。この記録されたデータを制御ログと呼ぶ。
【００８３】
制御ログは、装置と外部との通信手段（ＬＡＮやシリアル通信等）によって外部に取り出し，閲覧することができる。制御ログは定電圧制御の周期ごとに１組作成される。１組の制御ログは、タイムスタンプ（定電圧制御開始からの経過時間ｔ（ｍｓ））、制御経路（アルゴリズム中のどのルートをどう通過したか）、その時点での各種パラメータを含む。各種パラメータとは、図２におけるＩ，Ｖｄｅｔ，Ｋ，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎなどである。
【００８４】
図２のようにアルゴリズムをフローチャート化して、各条件分岐に番号（図２ではＪ１〜Ｊ８，Ｊ１０，Ｊ１２〜Ｊ１６）を付与したうえで、制御ログの制御経路には「通過した条件分岐の番号と、分岐先の別（Ｙｅｓ／Ｎｏ）」を記録する。
【００８５】
制御経路は，各条件分岐を通過するときに、その条件分岐における情報を追加する。それ以外の情報は、定電圧デジタル制御の周期処理開始時（図２ではＪ２（ステップＳ４）を通過する前）に記録する。
【００８６】
図６に、充電式ニッケル水素電池を１．２Ｖで定電圧デジタル制御したときの制御ログを示す。電流出力（電流設定値Ｉ）の初期値は２２．５ｍＡである。最も重要な情報はＪ−Ｌｏｇすなわち制御経路の記録である。Ｊ−Ｌｏｇの欄におけるＪ０２（Ｙ）とは、条件分岐Ｊ２をＹｅｓ側に通過したということを示す。同様にＪ０２（Ｎ）は条件分岐Ｊ２をＮｏ側に通過したということを示す。この情報の並びを見ることで、アルゴリズム上のどの経路をどのような順番で辿ったかを詳細に知ることができる。
【００８７】
図６において、例えば時刻５８ｔでは、Ｊ２→Ｊ４→Ｊ５→Ｊ６→Ｊ７→Ｊ８を辿り、Ｊ８をＹｅｓ側に通過したためステップＳ３４の処理が行われたことがわかる。
【００８８】
このため、次の時刻５９ｔでは電流増加減少係数Ｋが１／２の０．０１２５に下げられ（Ｋ＝Ｋ＊Ｍ（Ｍ＝０．５））、Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎが初期値０となっている。
【００８９】
また時刻６０ｔでは、Ｊ２→Ｊ４→Ｊ５→Ｊ１２→Ｊ１５→Ｊ１４を辿り、Ｊ１４をＹｅｓ側に通過したためステップＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２７の処理が行われたことがわかる。
【００９０】
このため、次の時刻６１ｔでは、Ｉが時刻６０ｔのときよりも１．０１２５倍（ステップＳ２４においてＩ＝Ｉ＊（１＋Ｋ）（Ｋ＝０．０１２５）の処理がなされるため）の０．０２３４５４に設定されている。
【００９１】
また時刻６１ｔでは、Ｊ１４をＹｅｓ側に通過後のステップＳ２７の処理によりＩｍａｘが前回の０から電流設定値Ｉと等しい０．２３４５４にセットされていることがわかる。
【００９２】
また時刻６１ｔでは、時刻６０ｔと同一の制御経路を辿ったため、時刻６２ｔにおいてＩが時刻６１ｔのときよりも１．０１２５倍の０．２３７４７に設定されている。
【００９３】
また時刻６２ｔでは、Ｊ２→Ｊ４→Ｊ１３→Ｊ１６→Ｊ１０を辿り、Ｊ１０をＹｅｓ側に通過したためステップＳ１３〜Ｓ１６の処理が行われたことがわかる。
【００９４】
このため、次の時刻６３ｔにおいて、Ｉが時刻６２ｔのときよりも０．９８７５倍（ステップＳ１３においてＩ＝Ｉ＊（１−Ｋ）（Ｋ＝０．０１２５）の処理がなされるため）の０．０２３４５に設定されている。
【００９５】
また時刻６３ｔでは、Ｊ１０をＹｅｓ側に通過後のステップＳ１６の処理によりＩｍｉｎが前回の０から電流設定値Ｉと等しい０．２３４５にセットされていることがわかる。
【００９６】
以上のように図６の例では、時刻５０ｔ〜７９ｔにおいて、ほぼ１．２Ｖの定電圧に制御されていることがわかり、各時刻における制御経路と各種パラメータＩ，Ｖｄｅｔ，Ｋ，Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎを知ることができる。
【００９７】
上記のように本実施形態例によれば、定電圧デジタル制御の実行周期よりも短いサンプリング周期で取得した１００個分の検出電圧値から平均をとって検出電圧値Ｖｄｅｔとしているので、従来の例えば特許文献１の制御方式よりもノイズによる変動を減少させ制御電流の収束を早めることができる。
【００９８】
特許文献１の制御方式ではＡＤコンバータのサンプル周期と制御の周期が一致しているため、ＡＤコンバータを含む回路系のノイズ成分がＶｄｅｔに現れ、電流の増減が変化して収束を妨げていた。
【００９９】
このように制御電流の収束を早めることができたので、電流増加減少係数Ｋの初期値は０．０２５と従来より大幅に小さく設定することができた。これにより定電圧制御開始時の電流減少率を従来よりも少なくすることができ、内部抵抗の大きい試料（測定対象装置）に対しても過度な電圧変化を減少させることができる。
【０１００】
また、試料によっては電流減少を多数回繰り返す性質の物があるが、この場合ＣＰＵ１２０での計算上の制御電流値が無暗に小さくなる。これはデジタル演算処理を単精度浮動小数点で行っている場合に起きることで、そのように制御電流値が小さくなった後、逆に電流値を増加したくても制御電流値が有効な値になるのに時間がかかってしまう。
【０１０１】
これを避けるために本実施形態例では、算出した制御電流値が電流レンジとＤＡコンバータの分解能で決まる最小値１ｌｓｂ未満になった時は強制的に、逆極性であり前記最小値よりも大きく、制御上十分小さい値（実施例では２ｌｓｂ）に設定するようにしている（ステップＳ１７）。またその後に電流増加の判断がされた場合には、その時点で元の極性の最小値１ｌｓｂを設定するようにしている（ステップＳ２０）。
【０１０２】
このステップＳ１７とＳ２０の処理により増減が繰り返されて電流値が安定するものであり、これによって最小分解能以下の計算による制御遅延を無くすことができる。
【０１０３】
本実施形態例の定電圧デジタル制御によれば、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御への遷移時にハードウェア的な切り替えがないため、電圧のオーバーシュートなどの電気的ショックを小さく抑え、かつ素早く遷移を行うことができる。
【０１０４】
また、定電圧デジタル制御の実行周期よりも短い周期で電圧値をオーバーサンプリングし、デジタル制御ならではの平均化処理を行うことで、高周波のノイズなど外乱要素の影響を小さくすることができる。ＡＤコンバータ，ＤＡコンバータ、ＣＰＵの処理の速度を上げることで、より高い効果が得られる。
【０１０５】
また、デジタル制御で電圧値の検出と電流の増減を行うと、一定電圧にするための必要電流がおおよそ分かるため収束が早い。
【０１０６】
本実施形態例における定電圧デジタル制御の記録機能によれば、定電圧デジタル制御のリアルタイムかつ複雑な動作過程を，フローチャート上における経路の記録として残すことができ、アルゴリズムのどの部分にどのような問題があるかの検証・修正が容易になり、アルゴリズムや装置の開発効率が向上する。
【０１０７】
また、電気化学測定装置の充放電機能の利用者に対し、問題の発生原因や機序の具体的な提示など、従来とは異なる形態の新しい利用者サポートが可能となる。
【０１０８】
尚、本発明は図１の回路に適用するに限らず他の電気化学測定装置にも適用できるものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１…蓄電池
１０２…電流検出抵抗
１０３…電圧検出回路
１０４…電流検出回路
１０５，１０６…ＡＤコンバータ
１０７…ＤＡコンバータ
１０８，１１１，１１２…抵抗
１０９…電圧／電流制御回路
１２０…ＣＰＵ
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
【図１】
2014064394.tif 000003
【図２】
2014064394.tif 000004
【図３】
2014064394.tif 000005
【図４】
2014064394.tif 000006
【図５】
2014064394.tif 000007
【図６】
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