(57)【要約】【課題】一周期未満の測定データから、電圧に含まれる勾配分によるインピーダンス演算への影響を除去し、高精度かつ高速なインピーダンス演算が行える交流インピーダンス測定システムを提供すること。【解決手段】周期信号が重畳された信号を被測定物に印加することにより得られる電流と電圧の少なくとも一方に勾配を含むデータをフーリエ変換したデータに基づき、被測定物のインピーダンスを演算するように構成された交流インピーダンス測定システムにおいて、  １周期未満の前記電流データと電圧データに基づき、算出されたインピーダンスデータから前記勾配成分に起因するインピーダンスの演算誤差を軽減する演算処理部を設けたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期信号が重畳された信号を被測定物に印加することにより得られる電流と電圧の少なくとも一方に勾配を含むデータをフーリエ変換したデータに基づき、被測定物のインピーダンスを演算するように構成された交流インピーダンス測定システムにおいて、
１周期未満の前記電流データと電圧データに基づき、算出されたインピーダンスデータから前記勾配成分に起因するインピーダンスの演算誤差を軽減する演算処理部を設けたことを特徴とする交流インピーダンス測定システム。
【請求項２】
前記演算処理部は、開始位相が異なる電圧データおよび電流測定データから複数のインピーダンスを求め、これらを用いて前記勾配成分が除去されたインピーダンスの演算を行うことを特徴とする請求項１記載の交流インピーダンス測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流インピーダンス測定システムに関し、詳しくは、電池の充放電中における交流インピーダンス特性の測定の改善に関するものである。
【０００２】
近年、環境やコスト上のメリットから、充電使用できる二次電池が注目されている。そして、このような二次電池の研究開発分野において、所望の周波数におけるインピーダンス特性を、高精度で測定したいという要求がある。
【０００３】
図３は、従来から用いられている交流インピーダンス測定システムの一例を示す概略構成図である。ユーザー端末１０は、インピーダンス測定装置２０に対して、所望の印加電流オフセット、振幅、周波数などの測定条件を設定するとともに、測定開始、停止など、インピーダンス測定装置２０の制御を行う。
【０００４】
インピーダンス測定装置２０には、フォース部、センス部、データ処理部などが設けられている。フォース部は、フォース線ＦＬを介して測定対象である電池３０に対して定電流を印加する。センス部は、センス線ＳＬを介して電池３０の電圧・電流を測定し、測定結果を電圧・電流それぞれの記憶部に格納する。
【０００５】
データ処理部は、センス部により測定格納した一連の電圧・電流データに基づいてたとえばＤＦＴ（Discrete Fourier Transform；離散フーリエ変換）演算を行うことによりインピーダンスを算出し、その演算結果をユーザー端末１０に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６５８９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８６６１号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４０５号公報
【特許文献４】特開２００６−３１７４３５号公報
【０００７】
特許文献１には、周波数ｆ≒０Ｈｚ付近（低周波数領域）において、交流信号に対する応答性を測定せず、直流成分のみでインピーダンス特性を測定することにより、燃料電池の特性測定を高速化する技術が記載されている。
【０００８】
特許文献２では、積層セラミックコンデンサの製造において、その評価手段として交流インピーダンス測定を用いている。
【０００９】
特許文献３では、鉄筋腐食度の評価において、交流インピーダンス測定を用いている。
【００１０】
特許文献４では、オフセットや勾配成分を含まない交流信号において、前半半周期分の測定データから後半半周期分の測定データを予測し、信号の位相・振幅を算出する方法が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、このような二次電池において、電池の充電中（または放電中）にインピーダンス測定を行う場合、徐々に電池電圧が変化するため、測定開始時から終了時にかけて、電圧に緩やかな勾配成分が含まれることになる。
【００１２】
この勾配成分を含んだ電圧データに基づいてＤＦＴ演算を行い、インピーダンスを計算すると、精度が劣化してしまう。
【００１３】
すなわち、勾配成分を含んだ電圧データに基づくインピーダンス演算結果には、以下のような傾向がある。
・電圧の勾配成分が大きくなるほど、誤差が大きくなる。
・測定時間が長いほど、誤差が大きくなる。
・解析する周波数が基本周波数に近いほど、誤差が大きくなる。
【００１４】
これらから、一周期当たりのデータ取得に時間がかかる低周波の演算結果には、必然的に大きな誤差を含むことになる。
【００１５】
さらに、測定目的によっては、充電方向に振幅がある場合と放電方向に振幅がある場合とでは特性が異なるので、半周期ずつインピーダンス特性を見たいという場合もある。
【００１６】
本発明は、これら従来の問題点に着目したものであり、その目的は、一周期未満の測定データから、電圧に含まれる勾配分によるインピーダンス演算への影響を除去し、高精度かつ高速なインピーダンス演算が行える交流インピーダンス測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成する請求項１の発明は、
周期信号が重畳された信号を被測定物に印加することにより得られる電流と電圧の少なくとも一方に勾配を含むデータをフーリエ変換したデータに基づき、被測定物のインピーダンスを演算するように構成された交流インピーダンス測定システムにおいて、
１周期未満の前記電流データと電圧データに基づき、算出されたインピーダンスデータから前記勾配成分に起因するインピーダンスの演算誤差を軽減する演算処理部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の交流インピーダンス測定システムにおいて、
前記演算処理部は、開始位相が異なる電圧データおよび電流測定データから複数のインピーダンスを求め、これらを用いて前記勾配成分が除去されたインピーダンスの演算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
これらにより、一周期未満の測定データから電圧に含まれる勾配分によるインピーダンス演算への影響を除去でき、高精度かつ高速なインピーダンス演算が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】従来の交流インピーダンス測定システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は、本発明で用いるインピーダンス測定装置２０の主要部の一実施例を示すブロック図である。図１において、測定条件記憶部２１は、図示しない設定手段により設定される測定条件を格納し、その測定条件を演算処理部２２に転送出力する。
【００２２】
演算処理部２２は、ＤＦＴ演算部２２ａ、インピーダンス演算部２２ｂ、演算結果格納部２２などで構成されている。この演算処理部２２には、電圧測定部２３および電圧データ記憶部２４を介してセンス電圧データが入力されるとともに電流測定部２５および電流データ記憶部２６を介してセンス電流データが入力されている。
【００２３】
そして、これら電圧データおよび電流データを用いて測定条件記憶部２１を介して入力される測定条件に基づく以下に示すように所定の演算処理を実行し、インピーダンス演算結果を出力する。
【００２４】
図２は、図１の動作説明図である。図２に示すように、本発明では、１／２周期分のデータでＤＦＴ演算した結果を用いる。また、開始位相を０、Δθ、２ΔθとΔθの間隔でずらした３点の演算結果より、線形勾配の影響を除去する。
【００２５】
測定対象の電池に対しては、オフセット電流と基本周波数に相当する１波が加算された電流波形印加を想定する。
【００２６】
まず、測定電圧に含まれる信号成分は、基本周波数に相当する１波とオフセットと線形勾配分とすると、以下のように表現できる。
【００２７】
2011158266.tif 000003
【００２８】
ただし、ｘｊ＝（２π/Ｎ）ｊとする。ここで、ｊはサンプル点、ａは勾配、ｂはオフセット、Ｎはサンプル点の総数を表す。
【００２９】
この（1）式について、基本周波数でπ（１／２周期）までＤＦＴ演算することで、（２）式で表される結果を得る。
【００３０】
2011158266.tif 000004
【００３１】
（２）式を２倍にして（３）式を得る。
【００３２】
2011158266.tif 000005
【００３３】
（３）式の右辺第１項に表されている基本周波数成分については、波形の対称性から、１周期分のＤＦＴ結果と等しいので、（４）式のように（３）式と等号で表すことができる。
【００３４】
2011158266.tif 000006
【００３５】
測定電圧と同様に、測定電流についても計算する。電流データは予めオフセット分を除去しておく。電流データは勾配を含まないので、オフセット分は、たとえば、任意のπ離れた２点の平均をとることで求まる。
【００３６】
2011158266.tif 000007
【００３７】
（５）式において、ΔＸは電流と電圧の位相差をあらわす。１／２周期分ＤＦＴ演算してその結果を２倍した電流、電圧データを用いると、開始位相をずらさないインピーダンス「＿Ｚ」は以下のように表すことができる。
【００３８】
2011158266.tif 000008
【００３９】
Ｚは勾配やオフセットの影響がない理想インピーダンスを表す。
同様に、開始位相をΔθずらしたものでインピーダンス「〜Ｚ」を計算すると、（７）式のように表すことができる。
【００４０】
2011158266.tif 000009
【００４１】
さらに、開始位相を２Δθずらしたものでインピーダンス「＾Ｚ」を計算すると、（８）式のように表すことができる。
【００４２】
2011158266.tif 000010
【００４３】
（６）式＋（８）式より（９）式を求めることができ、さらに（９）式を１／２することで（１０）式を求めることができる。
【００４４】
2011158266.tif 000011
【００４５】
2011158266.tif 000012
【００４６】
（１０）式を（７）式に代入することで（１１）式を求めることができる。
【００４７】
2011158266.tif 000013
【００４８】
そして、（１１）式を変形すると、理想的なインピーダンスＺは、（１２）式のように表せる。
【００４９】
2011158266.tif 000014
【００５０】
これら一連の演算処理は、図１のブロック図において、以下のように実行される。
すなわち、センス電圧データは電圧測定部２３を介して電圧データ記憶部２４に格納され、センス電流データは電流測定部２５を介して電流データ記憶部２６に格納される。
【００５１】
ＤＦＴ演算部２２ａは、これら電圧データ記憶部２４および電流データ記憶部２６から電圧データおよび電流データを読み込み、開始位相を０、Δθ、２ΔθとΔθの間隔でずらした３点における１／２周期分の電圧データおよび電流データについてそれぞれＤＦＴ演算を行い、それらＤＦＴ演算結果を演算結果格納部２２ｃの電圧ＤＦＴ演算結果格納部ｃ１および電流ＤＦＴ演算結果格納部ｃ２に格納する。
【００５２】
インピーダンス演算部２２ｂは、電圧ＤＦＴ演算結果格納部ｃ１および電流ＤＦＴ演算結果格納部ｃ２からＤＦＴ演算結果を読み込み、前述の（６）〜（８）式で表されるような各点におけるインピーダンスを演算を実行して、それらのインピーダンス演算結果を演算結果格納部２２ｃの１／２周期インピーダンス格納部ｃ３、１／２周期＋Δθインピーダンス格納部ｃ４および、１／２周期＋２Δθインピーダンス格納部ｃ５に格納する。
【００５３】
さらに、インピーダンス演算部２２ｂは、電流ＤＦＴ演算結果格納部ｃ２から電流データのＤＦＴ演算結果を読み込むとともに、各インピーダンス格納部ｃ３〜ｃ５から各点で求めたインピーダンスを読み込み、（１２）式で表される演算を行って勾配成分が除去された理想的なインピーダンスＺを算出し、外部に出力する。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、電圧データに含まれる勾配成分および直流分の変動によるインピーダンス演算への影響を大幅に軽減でき、高精度のインピーダンス測定が行える交流インピーダンス測定システムを実現できる。
【符号の説明】
【００５５】
２０  データ処理部
２１  測定条件記憶部
２２  演算処理部
２２ａ  ＤＦＴ演算部
２２ｂ  インピーダンス演算部
２２ｃ  演算結果格納部
ｃ１  電圧ＤＦＴ演算結果格納部
ｃ２  電流ＤＦＴ演算結果格納部
ｃ３  １／２周期インピーダンス格納部
ｃ４  １／２周期＋Δθインピーダンス格納部
ｃ５  １／２周期＋２Δθインピーダンス格納部
２３  電圧測定部
２４  電圧データ記憶部
２５  電流測定部
２６  電流データ記憶部
【図１】
2011158266.tif 000015
【図２】
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【図３】
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