(57)【要約】【課題】設計者の経験や勘に依存せず簡便に対象とするキャパシタ等価回路の定数設定を行えるようにする。【解決手段】静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタから下限とする放電効率Ｐmin のときの放電電流で放電開始する固定抵抗を負荷として放電を行い、基準とする放電効率Ｐs のときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を順次設定して、シミュレーションした値と測定した値との差を加減して設定した値の調整を行う。【選択図】図１
2008242548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定方法であって、
放電時間ｔでキャパシタの全容量を定電流放電する放電効率Ｐ
Ｐ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
前記放電時間ｔにより求められる放電電流Ｉ
Ｉ＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
に基づき、下限とする放電効率Ｐmin を決めて、放電効率Ｐmin の放電電流Ｉmax となる負荷の固定抵抗ＲL を求め、キャパシタから固定抵抗ＲL に放電を行い、基準とする放電効率Ｐs を決めて、そのときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs のＮ倍の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を順次設定して、前記設定した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、キャパシタＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 からなるキャパシタ等価回路について放電シミュレーションを行い、シミュレーションした値と前記測定した値との差を加減して前記設定した値の調整を行うことを特徴とするキャパシタ等価回路の定数設定方法。
【請求項２】
静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定支援システムであって、
放電時間ｔでキャパシタの全容量を定電流放電する放電効率Ｐ
Ｐ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
前記放電時間ｔにより求められる放電電流Ｉ
Ｉ＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
に基づき、下限とする放電効率Ｐmin を決めて、放電効率Ｐmin の放電電流Ｉmax となる負荷の固定抵抗ＲL を求め、キャパシタから固定抵抗ＲL に放電を行い、所定の時間間隔でキャパシタ電圧を測定した測定データを格納する測定データ記憶手段と、
前記測定データ記憶手段に格納された測定データに基づき、基準とする放電効率Ｐs を決めて、そのときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs のＮ倍の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を設定する定数設定手段と、
前記定数設定手段により設定された値の等価回路により放電のシミュレーションを実行するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段によりシミュレーションした値と前記測定データ記憶手段に格納された測定データの値とを比較して差を評価する定数評価手段と、
前記定数評価手段により評価した差を加減して前記定数設定手段により設定された値を調整する定数調整手段と
を備え、前記定数評価手段により評価した差が許容値内になるまで前記定数調整手段による調整及び前記シミュレーション手段による放電のシミュレーションを繰り返し実行することを特徴とするキャパシタ等価回路の定数設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定方法及び設定支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタ電源装置は、複数個の電気二重層コンデンサを直並列に接続して構成し、負荷の要求に応じて充放電を繰り返しエネルギーを供給し回収する。このようなキャパシタ電源装置では、特定の仕様を有する負荷に対して適応可能な所望の定格を有するものか否か、品質や劣化、寿命などをシミュレーションにより評価することが必要である。信頼性の高い精度のよいシミュレーションを行うことにより、無駄のない効率のよいキャパシタ電源の設計が可能になるが、そのためのキャパシタ等価回路として、電圧依存性を含めより精度よくシミュレーションを行える抵抗とキャパシタの直列回路を複数段接続した構成の等価回路モデルが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ここで採用されているモデルは、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路から構成されている。
【非特許文献１】岡村廸夫著「電気二重層キャパシタと蓄電システム」日刊工業新聞社、２００５年９月３０日第３版第１刷発行、第１１９〜第１２６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のキャパシタ等価回路においては、対象とするキャパシタの放電特性を測定し、３つの直列回路の抵抗とキャパシタの定数を求め設定するものであるが、どのような基準で定数を設定するかは、明確でない。すなわち、適宜測定データを抽出して放電特性カーブにフィッティングするように設定するものではあるが、具体的にどのような基準でデータを選択抽出して定数を設定するか、その定数をどのようにして調整するかは設計者の経験や勘に頼ったものとなっている。したがって、定数の設定は、設計者によりまちまちであって、設計者によっては、経験に乏しく勘が働かないと設定が難しく、設定に時間がかかりうまく設定できないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するものであって、設計者の経験や勘に頼らずに簡便に対象とするキャパシタ等価回路の定数設定を行えるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために本発明は、静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定方法であって、
放電時間ｔでキャパシタの全容量を定電流放電する放電効率Ｐ
Ｐ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
前記放電時間ｔにより求められる放電電流Ｉ
Ｉ＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
に基づき、下限とする放電効率Ｐmin を決めて、放電効率Ｐmin の放電電流Ｉmax となる負荷の固定抵抗ＲL を求め、キャパシタから固定抵抗ＲL に放電を行い、基準とする放電効率Ｐs を決めて、そのときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs のＮ倍の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を順次設定して、前記設定した抵抗Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、キャパシタＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 からなるキャパシタ等価回路について放電シミュレーションを行い、シミュレーションした値と前記測定した値との差を加減して前記設定した値の調整を行うことを特徴とする。
【０００６】
また、静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定支援システムであって、
放電時間ｔでキャパシタの全容量を定電流放電する放電効率Ｐ
Ｐ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
前記放電時間ｔにより求められる放電電流Ｉ
Ｉ＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
に基づき、下限とする放電効率Ｐmin を決めて、放電効率Ｐmin の放電電流Ｉmax となる負荷の固定抵抗ＲL を求め、キャパシタから固定抵抗ＲL に放電を行い、所定の時間間隔でキャパシタ電圧を測定した測定データを格納する測定データ記憶手段と、前記測定データ記憶手段に格納された測定データに基づき、基準とする放電効率Ｐs を決めて、そのときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs のＮ倍の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を設定する定数設定手段と、前記定数設定手段により設定された値の等価回路により放電のシミュレーションを実行するシミュレーション手段と、前記シミュレーション手段によりシミュレーションした値と前記測定データ記憶手段に格納された測定データの値とを比較して差を評価する定数評価手段と、前記定数評価手段により評価した差を加減して前記定数設定手段により設定された値を調整する定数調整手段とを備え、前記定数評価手段により評価した差が許容値内になるまで前記定数調整手段による調整及び前記シミュレーション手段による放電のシミュレーションを繰り返し実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、キャパシタの公称定格のデータである静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf に基づき測定データを取得するための測定条件を決め、さらに、取得した測定データから所定の条件に基づき時定数を求め、各段の直列回路を構成する抵抗とキャパシタの定数を設定することができる。また、シミュレーションした値と測定した値との差を加減して簡便に定数の調整を行い測定データに近づけることができるので、設計者の経験や勘に頼ることない、キャパシタ等価回路の定数設定のシステム化を行うことができる。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、キャパシタにおいて、定電流による充放電効率Ｐが静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、放電時間ｔに依存することに着目したので、放電効率Ｐを決めて、後述する〔数６〕に基づき放電特性の測定を行う負荷の固定抵抗ＲL を求めことができる。また、基準の放電効率Ｐs を決めて、後述する〔数７〕に基づき等価回路の定数を設定する測定データを抽出して等価回路の定数を求めることができ、さらに定数の調整を行うことができる。したがって、設計者の経験や勘に頼ることない、キャパシタ等価回路の定数設定のシステム化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るキャパシタ等価回路の定数設定方法の実施の形態を説明する図、図２は測定データ記憶部の構成例を示す図、図３はキャパシタ等価回路の定数を設定するデータを説明する図、図４はキャパシタ等価回路の定数を説明する図である。図中、１は測定データ記憶部、２は等価回路の定数設定部、３はシミュレーション実行部、４は定数評価部、５は出力部、６は定数調整部を示す。
【００１０】
図１において、測定データ記憶部１は、等価回路を設定する対象のキャパシタの測定データを格納するものである。この測定データは、図２に示すような当該キャパシタの静電容量Ｃ（Ｆ）、内部抵抗Ｒ（Ω）、定格電圧Ｖf （ｖ）、及び満充電電圧（定格電圧）まで充電した状態から抵抗ＲL に放電した時系列ｔi の電圧Ｖtiを測定したものである。図３に示すような定抵抗の負荷による放電特性を測定したデータである。等価回路の定数設定部２は、測定データから３段の等価回路に対応する測定ポイントのデータを抽出して時定数τx 、τy 、τz を求め、図４に示すキャパシタ等価回路を構成する各段の定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を設定するものである。シミュレーション実行部３は、設定された定数の等価回路によりシミュレーションを実行して満充電電圧（定格電圧）まで充電した状態から抵抗ＲL に放電（定抵抗負荷放電）したときに変化する時系列の電圧を求めるものである。つまり、測定データに対応するシミュレーションデータを求める。定数評価部４は、シミュレーションデータを測定データ記憶部１から読み出される測定データと比較してそれらの差により、設定された等価回路の定数を評価するものである。出力部５は、定数評価部４による評価の結果を出力するものであり、適宜、測定データ、設定された定数、シミュレーションデータ、評価値などのデータを出力する。定数調整部６は、定数評価部４による評価の結果、つまり、シミュレーションデータと測定データとの差に応じてキャパシタ等価回路を構成する各段の定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を増減させることにより調整、再設定を行う。
【００１１】
さらに、測定データに基づき等価回路の定数設定を行う方法を具体的に説明する。まず、測定データ記憶部１に格納された図２に示す測定データで、時系列ｔi の電圧Ｖtiが図３に示す放電特性であるとする。等価回路の定数設定部２では、この測定データから、初期の満充電電圧（定格電圧）Ｖf 、時刻ｔx の電圧Ｖtx、時刻ｔy の電圧Ｖty、時刻ｔz の電圧Ｖtzを抽出して、時定数τx 、τy 、τz を求める。それぞれは、例えば
〔数１〕
Ｖtx＝Ｖf exp(−ｔx ／τx ）
Ｖty＝Ｖtxexp(−（ｔy −ｔx ）／τy ）
Ｖtz＝Ｖtyexp(−（ｔz −ｔy ）／τz ）
の関係式から求めることができる。
【００１２】
そして、このようにして求めた時定数τx 、τy 、τz に基づき、
〔数２〕
τx ＝Ｃ1 ・（Ｒ1 ＋ＲL ）
τy ＝Ｃ2 ・（Ｒ2 ＋ＲL ）
τz ＝Ｃ3 ・（Ｒ3 ＋ＲL ）
により、キャパシタ等価回路を構成する各段の定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を求める。このとき、１段目、２段目、３段目の順に求め、例えば予め測定データのＣに基づいてＣ1 ＝ｋ1 Ｃ、Ｃ2 ＝ｋ2 Ｃ、Ｃ3 ＝ｋ3 Ｃを初期値として設定することにより、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を求めるようにする。したがってまず、τx 、Ｃ1 、Ｒ1 の定数を最優先にし、そして、ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 ≦１とし、例えばｋ1 ＝１としてＣ1 ＝Ｃに設定することにより、Ｒ1 を求める。次にｋ2 ＝０．８としてＣ2 ＝０．８Ｃに設定することにより、Ｒ2 を求め、同様にＣ3 ＝ｋ3 Ｃに設定することにより、Ｒ3 を求める。
【００１３】
このようにして求めた定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を図４に示す等価回路に設定し、シミュレーション実行部３により測定時と同じ条件によるシミュレーションを実行する。定数評価部４において、同じ時刻のシミュレーションデータと測定データとを比較する。この比較では、例えば設定された定数（時定数）が大きいと、シミュレーションデータの電圧が測定データの電圧より大きくなり、逆に設定された定数（時定数）が小さいと、シミュレーションデータの電圧が測定データの電圧より小さくなる。したがって、定数調整部６では、その差Δτに応じて時定数τx 、τy 、τz を増減（±Δτ又は±ｋΔτ：ｋ＜１）し、定数Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を増減して調整する。このとき、差Δτが大きい場合には、定数Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 だけでなく、定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 についても相対的に調整を行うようにしてもよい。この定数の調整によりシミュレーションを繰り返し実行して、定数評価部４における評価（シミュレーションデータと測定データとの差）が許容範囲になれば、適正な定数設定ができたことになり、その間の調整データも含めて出力部５に出力する。
【００１４】
キャパシタ性能に基づいて測定データを取得するための諸条件について説明する。本実施形態では、通常用いられる公称定格のデータであるキャパシタの静電容量Ｃと内部抵抗Ｒと定格電圧Ｖf に基づいて測定データを取得するための諸条件を決定する。キャパシタにおいて、定電流Ｉでｔ時間充電又は放電を行ったときの電荷Ｑ、この間、キャパシタに蓄えられる電力量Ｗ、内部抵抗で失われる電力量Ｌは、
〔数３〕
Ｑ＝Ｉ・ｔ＝Ｃ・Ｖf 
Ｗ＝Ｑ2 ／２Ｃ
Ｌ＝Ｉ2 ・Ｒ・ｔ＝Ｒ・Ｑ2 ／ｔ
である。
【００１５】
よって、この蓄えられたキャパシタの全電荷Ｑをｔ時間かけて定電流Ｉで放電すると、そのときの放電効率Ｐは、
〔数４〕
Ｐ＝（Ｗ−Ｌ）／Ｗ＝１−Ｌ／Ｗ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
となる。このことから、放電効率Ｐは、放電時間ｔ、静電容量Ｃと内部抵抗Ｒとの積Ｃ・Ｒに依存することが分かり、Ｃ・Ｒ値（以下、ΩＦ値ともいう）が決まれば、所望の放電効率Ｐを得る放電時間ｔが一義的に決まる。そして、キャパシタのΩＦ値、定格電圧Ｖf から所望の放電効率Ｐを得る放電電流Ｉも決まる。
【００１６】
例えば放電時間ｔを３０・Ｃ・Ｒにすると、放電効率Ｐは、１４／１５で０．９３３・・となり、放電時間ｔを２倍にすると、放電効率Ｐは、２９／３０で０．９６６・・となり、さらに４倍にすると、放電効率Ｐは、５９／６０で０．９８３・・となる。逆に放電時間ｔを２分の１にすると、放電効率Ｐは、１３／１５で０．８６６・・となり、４分の１にすると、放電効率Ｐは、１１／１５で０．７３３・・となる。放電効率Ｐは、放電時間ｔを短くすると、つまり、放電電流Ｉを大きくすると急激に低下する（例えば、非特許文献１ｐ１４参照）。放電効率Ｐは、放電電流Ｉの２乗で効いてくるからである。
【００１７】
放電電流Ｉは、放電時間ｔの増減に反比例し、放電時間ｔを短くすることは放電電流Ｉが大きくし、逆に放電時間ｔを長くすることは放電電流Ｉを小さくすることになる。放電効率Ｐをある値に選択することにより、放電時間ｔが決まると、放電電流Ｉは、
〔数５〕
Ｉ＝Ｃ・Ｖf ／ｔ
＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
となる。この式により、キャパシタの使用に際して、下限の放電効率Ｐmin を決めると、その放電効率Ｐmin を下回らないようにする放電電流Ｉは、定格電圧Ｖf と内部抵抗Ｒから制限されることになる。例えば放電効率Ｐmin ＝１３／１５＝０．８６６・・を維持しようとする場合には、上限の放電電流Ｉmax はＶf ／１５Ｒ、放電効率Ｐmin ＝０．８０を維持しようとすれば、放電電流Ｉmax はＶf ／１０Ｒ、放電効率Ｐmin ＝０．７５を維持しようとすれば、放電電流Ｉmax はＶf ／８Ｒとなる。この放電電流Ｉmax 以下の放電電流Ｉを設定して使用すると、常に放電効率Ｐmin を越える放電効率Ｐでそのキャパシタを使用することができる。
【００１８】
本実施形態においては、固定抵抗を負荷として放電特性の測定データを取得し、その測定データに基づきキャパシタ等価回路の定数を設定するものであり、キャパシタの使用条件、つまり放電効率Ｐを目安とすることにより、放電特性の測定時に負荷とする固定抵抗ＲL を選定する。そこで、放電効率Ｐを決めると、そのときの放電電流Ｉが決まり、放電開始時にその放電電流Ｉが流れるようにすると、固定抵抗ＲL は、
〔数６〕
ＲL ＝（Ｖf ／Ｉ）−Ｒ
＝（２Ｒ／（１−Ｐ））−Ｒ
になる。例えば放電効率Ｐを８０％（＝Ｐmin ）以上とする場合、上記によれば放電電流Ｉmax はＶf ／１０Ｒとなり、固定抵抗ＲL は、全抵抗１０Ｒから内部抵抗Ｒを差し引くことにより９Ｒ以下となる。このことにより、少なくとも放電電流Ｉmax から放電が開始し、放電電流Ｉmax より小さい放電電流による特性の測定データを取得することができる。このようにすると、放電特性を測定するときの負荷とする固定抵抗ＲL は、上限の放電電流Ｉmax を決めると、定格電圧Ｖf と内部抵抗Ｒから、また、下限の放電効率Ｐmin を決めると、内部抵抗Ｒから決めることができる。
【００１９】
キャパシタ等価回路を構成する各段の定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を求めるための各電圧Ｖtx、Ｖty、Ｖtzを測定する各時刻ｔx 、ｔy 、ｔz は、基準の放電効率Ｐs を決めて、その放電効率Ｐs の放電時間ｔs 
〔数７〕
ｔs ＝２Ｃ・Ｒ／（１−Ｐs ）
を基準にして、ｔx ＝ｔs ／Ｎ、ｔy ＝ｔs 、ｔz ＝Ｎ・ｔs に設定する。例えば放電効率Ｐs を１４／１５に選ぶと、放電時間ｔs は３０・Ｃ・Ｒになり、Ｎは、２、４、８のいずれかである。
【００２０】
本実施形態では、このように等価回路でモデル化するキャパシタの公称定格のデータである静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf と放電効率Ｐ、係数ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ、Ｎに基づき、放電特性の測定条件、等価回路の定数の設定条件を決めている。例えば下限の放電効率Ｐmin を決めることにより、〔数６〕に基づき放電特性の測定を行う負荷の固定抵抗ＲL を求める。下限の放電効率Ｐmin は、上記のように上限の放電電流Ｉmax を決めるものでもあるので、この条件に基づき求めた固定抵抗ＲL を負荷として放電を開始することにより、上限の放電電流Ｉmax 以下の放電電流による放電特性の測定とする。つまり、放電電流Ｉmax を越える放電電流は、キャパシタの使用において本来流れないように制御され、その範囲での放電特性の測定は必要としないことを考慮すれば、無駄な測定がされないことになる。また、基準の放電効率Ｐs を決めることにより、〔数７〕、係数Ｎに基づき等価回路の定数を設定する測定データを抽出する時刻ｔを求めることができる。そして、〔数１〕、〔数２〕、係数ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 に基づき等価回路の定数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 を求め、さらに係数ｋを用いて定数の調整を行うことができる。したがって、公称定格のデータである静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf と放電効率Ｐ、係数ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ、Ｎから、設計者の経験や勘に頼ることのない、キャパシタ等価回路の定数設定のシステム化を行うことができる。
【００２１】
次に、測定データ記憶部１に格納された測定データに基づき行う本発明に係るキャパシタ等価回路の定数設定の処理の例を説明する。図５は等価回路の定数設定処理の例を説明する図である。この等価回路の定数設定処理では、まず、静電容量Ｃと内部抵抗Ｒを読み込み（ステップＳ１１）、さらに測定データから定数設定に採用する測定データを選択し読み込んだ後（ステップＳ１２）、その測定データから３段の等価回路の定数設定のための３点の時定数τを求める（ステップＳ１３）。そして、３点の時定数τから等価回路の各定数Ｃ、Ｒを求め（ステップＳ１４）、その各定数Ｃ、Ｒを設定した等価回路のシミュレーションを実行する（ステップＳ１５）。しかる後、シミュレーションデータと測定データとの比較を行ってそれらの間の差を求めて（ステップＳ１６）、差の正負、大きさを評価し（ステップＳ１７）、さらに差の大きさが許容範囲か否かを評価する（ステップＳ１８）。許容範囲に入られければ、定数回路の定数を差の正負、大きさに応じて調整して（ステップＳ１９）、ステップＳ１４に戻って同様の処理を繰り返し実行し、許容範囲に入れば設定処理を終了する。
【００２２】
図６はキャパシタ等価回路を設定するための測定システムの構成例を示す図、図７は測定実行の処理の流れを説明する図であり、１１は測定制御装置、１２は充電スイッチ、１３は放電スイッチ、１４は放電制御装置、１５は充電装置、１６はキャパシタ、１７は放電抵抗、１８は測定装置を示す。
【００２３】
キャパシタ等価回路を設定するための測定システムは、図６に示すように充電スイッチ１２を通して充電装置１５から等価回路を設定するキャパシタ１６を充電し、充電したキャパシタ１６から放電スイッチ１３又は放電制御装置１４を通して定抵抗の放電抵抗１７に放電する回路を備えたものである。測定装置１８は、負荷１７、キャパシタ１６の端子間電圧を測定するものである。測定制御装置１１は、キャパシタ１６を充電するときに測定装置１８により測定されるキャパシタ１６の端子間電圧に応じて充電スイッチ１２と充電装置１５を制御する。また、測定制御装置１１は、キャパシタ１６から放電抵抗１７に放電するときに測定装置１８により測定される放電抵抗１７の端子間電圧に応じて放電スイッチ１３又は放電制御装置１４を制御し測定装置１８が放電抵抗１７の端子間電圧を測定するタイミングを制御する。
【００２４】
上記構成の測定システムにおいて、放電特性の測定処理は、図７に示すようにまず、充電スイッチ１２を通して充電装置１５からキャパシタ１６を充電した後、キャパシタ１６から、放電制御装置１４を通して一定時間だけ放電抵抗１７の端子間電圧が一定になるように定電流放電を行ってキャパシタ１６の静電容量Ｃと内部抵抗Ｒを測定する（ステップＳ２１）。そして、放電抵抗１７の抵抗値ＲL を設定し（ステップＳ２２）、測定する時間間隔（サンプリング間隔、測定終了時間）を設定する（ステップＳ２３）。次に、充電スイッチ１２を通して充電装置１５からキャパシタ１６を満充電電圧Ｖf まで充電してその電圧を初期電圧Ｖf として測定してから（ステップＳ２４）、放電スイッチ１３を通して放電を開始する（ステップＳ２５）。その後、放電時間ｔi を監視して（ステップＳ２６）、設定された時間間隔（サンプリング間隔）毎にキャパシタ１６又は放電抵抗１７の端子間電圧Ｖtiを測定し（ステップＳ２７）、測定終了時間まで繰り返し測定を実行する（ステップＳ２６〜Ｓ２８）。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、静電容量Ｃと内部抵抗Ｒを測定してからそれらの測定データに基づき放電特性の測定条件、定数の設定条件を決めるようにしたが、静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf は、放電特性の測定条件、定数の設定条件に基本的に大きな影響を及ぼすものではないので、公称定格のデータとしてあればそれを使用してもよい。静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒは、本出願人が既に提案している測定検査装置（特願２００６−２４０３９３）により測定することができる。また、シミュレーションデータと測定データとの差が許容範囲内に入るまで繰り返す定数調整では、Δτに応じて定数Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を増減して調整を行うようにしたが、さらに、基準とする放電効率Ｐs や係数Ｎ、ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋも適宜変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るキャパシタ等価回路の定数設定方法の実施の形態を説明する図。
【図２】測定データ記憶部の構成例を示す図。
【図３】キャパシタ等価回路の定数を設定するデータを説明する図。
【図４】キャパシタ等価回路の定数を説明する図。
【図５】等価回路の定数設定処理の例を説明する図。
【図６】キャパシタ等価回路を設定するための測定システムの構成例を示す図。
【図７】測定実行の処理の流れを説明する図。
【符号の説明】
【００２７】
１…測定データ記憶部、２…等価回路の定数設定部、３…シミュレーション実行部、４…定数評価部、５…出力部、６…定数調整部。
【図１】
2008242548.tif 000003
【図２】
2008242548.tif 000004
【図３】
2008242548.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008242548.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
静電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、定格電圧Ｖf とするキャパシタの等価回路が、端子間に接続される抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 との第１の直列回路、前記キャパシタＣ1 に並列接続される抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 との第２の直列回路、前記キャパシタＣ2 に並列接続される抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 との第３の直列回路からなるキャパシタ等価回路の定数設定支援システムであって、
放電時間ｔでキャパシタの全容量を定電流放電する放電効率Ｐ
Ｐ＝１−２Ｃ・Ｒ／ｔ
前記放電時間ｔにより求められる放電電流Ｉ
Ｉ＝Ｖf （１−Ｐ）／２Ｒ
に基づき、下限とする放電効率Ｐmin を決めて、放電効率Ｐmin の放電電流Ｉmax となる負荷の固定抵抗ＲL を求め、キャパシタから固定抵抗ＲL に放電を行い、所定の時間間隔でキャパシタ電圧を測定した測定データを格納する測定データ記憶手段と、
前記測定データ記憶手段に格納された測定データに基づき、基準とする放電効率Ｐs を決めて、そのときの放電時間ｔs のＮ分の１の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ1 とキャパシタＣ1 の値を設定し、次に放電時間ｔs で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ2 とキャパシタＣ2 の値、及び放電時間ｔs のＮ倍の放電時間で測定した電圧での時定数を求めて該時定数となる抵抗Ｒ3 とキャパシタＣ3 の値を設定する定数設定手段と、
前記定数設定手段により設定された値の等価回路により放電のシミュレーションを実行するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段によりシミュレーションした値と前記測定データ記憶手段に格納された測定データの値とを比較して差を評価する定数評価手段と、
前記定数評価手段により評価した差を加減して前記定数設定手段により設定された値を調整する定数調整手段と
を備え、前記定数評価手段により評価した差が許容値内になるまで前記定数調整手段による調整及び前記シミュレーション手段による放電のシミュレーションを繰り返し実行することを特徴とするキャパシタ等価回路の定数設定システム。