(57)【要約】【課題】電流供給状態の電池の内部インピーダンスを精度良く測定する。【解決手段】二次電池１２に測定用の交流定電流Ｉａｃを供給する交流電流供給部２と、交流定電流Ｉａｃの供給時における二次電池１２に発生する交流電圧Ｖ１を検出する交流電圧検出部３と、二次電池１２に流れる交流電流Ｉａｃ１を検出する交流電流検出部６と、交流電圧Ｖ１と交流電流Ｉａｃ１とに基づいて二次電池１２の内部インピーダンスＲを算出する演算制御部７とを備え、交流電流検出部６は、電源ライン１０ｂに外嵌されたコア６ａ、コア６ａに巻回されて交流電流Ｉａｃ１を検出するコイル６ｃ、およびコア６ａに巻回されたコイル６ｄを備え、直流電流Ｉ１を負荷１１に供給したときにコア６ａ内に発生する磁束をコイル６ｄに直流電流Ｉ２を供給することによって低減する直流電流供給部５を備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインを介して接続された負荷に直流電流を供給する電池に対して測定用の交流電流を供給する交流電流源と、当該交流電流の供給時における前記電池の端子間に発生する交流電圧を検出する交流電圧検出部と、前記交流電流の供給時における前記電池に流れる交流電流を検出する交流電流検出部と、前記交流電圧検出部によって検出された前記交流電圧と前記交流電流検出部によって検出された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た電池用内部インピーダンス測定装置であって、
前記交流電流検出部は、前記電源ラインに外嵌されたコア、当該コアに巻回されると共に前記電池に流れる前記交流電流を検出するための第１の巻線、および前記コアに巻回された第２の巻線を備えて構成され、
前記直流電流を前記負荷に供給したときに前記コア内に発生する磁束を前記第２の巻線に磁束低減用の直流電流を供給することによって低減する直流電流供給部を備えている電池用内部インピーダンス測定装置。
【請求項２】
前記電源ラインを介して前記負荷に供給される前記電池からの前記直流電流を検出する直流電流検出部を備え、
前記直流電流供給部は、前記直流電流検出部によって検出された前記直流電流に基づいて決定される電流値の前記磁束低減用の直流電流を前記第２の巻線に供給する請求項１記載の電池用内部インピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源ラインを介して接続された負荷に直流電流を供給する電池に対して測定用の交流電流を供給すると共に、電池の端子間に発生する交流電圧と交流電流の供給時における電池に流れる交流電流とを検出して、検出した交流電圧と交流電流とに基づいて電池の内部インピーダンスを算出する電池用内部インピーダンス測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、二次電池の内部インピーダンスを算出する電池用内部インピーダンス測定装置として、特開平９−２９７１６５号公報に開示された電池用内部インピーダンス測定装置（バッテリテスタ）が知られている。この電池用内部インピーダンス測定装置は、交流定電流源（８）、交流電圧計（１２）、Ａ／Ｄコンバータ（１３）およびＣＰＵ（１４）を備えてバッテリ（１１）の内部抵抗（Ｒｓ）を測定可能に構成されると共に、さらに断線検出回路（４）を備えてプローブ（９ａ，９ｂ）とバッテリ（１１）の各端子間の断線の有無を検出可能に構成されている。この電池用内部インピーダンス測定装置では、電池の内部抵抗（Ｒｓ）を測定する際に、検出したプローブ（９ａ，９ｂ）とバッテリ（１１）の各端子間の断線の有無を考慮することにより、内部抵抗（Ｒｓ）を正確に測定することができ、その結果、電池の劣化を正確に判断することが可能となっている。
【０００３】
一方、近年では、電池から負荷に電流を供給している状態において、電池の内部インピーダンスを測定して電池の劣化の程度や寿命を検出したいとの要望がある。この要望に対して上記した特開平９−２９７１６５号公報の電池用内部インピーダンス測定装置（バッテリテスタ）を適用する場合、交流定電流源（８）から供給される内部インピーダンス測定用の交流電流（交流成分）に電池から負荷に供給される直流電流（直流成分）が重畳する直流電流の電流値を測定する必要がある。この場合、例えば、特開２００２−２９６３０３号公報に開示されたゼロフラックス法によるクランプセンサ（３００）を採用してこの直流電流を測定することが考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２９７１６５号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２９６３０３号公報（第２頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のクランプセンサを適用した場合、以下のような解決すべき課題がある。すなわち、このクランプセンサを適用した場合、測定すべき直流電流に含まれている直流成分、つまり電池から負荷に供給される直流電流が大きいときには、この直流成分に対する内部インピーダンス測定用の交流電流（交流成分）の比率が相対的に低下する。したがって、例えば、内部インピーダンス測定用の交流電流を検出する検出手段のダイナミックレンジを有効に利用することができずに、その検出精度が低下するおそれがあるため、電池の内部インピーダンスを高精度に測定するのが困難となるという解決すべき課題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる要望に応じてなされたものであり、負荷に直流電流を供給している状態の電池の内部インピーダンスを精度良く測定し得る電池用内部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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電池用内部インピーダンス測定装置は、電源ラインを介して接続された負荷に直流電流を供給する電池に対して測定用の交流電流を供給する交流電流源と、当該交流電流の供給時における前記電池の端子間に発生する交流電圧を検出する交流電圧検出部と、前記交流電流の供給時における前記電池に流れる交流電流を検出する交流電流検出部と、前記交流電圧検出部によって検出された前記交流電圧と前記交流電流検出部によって検出された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た電池用内部インピーダンス測定装置であって、前記交流電流検出部は、前記電源ラインに外嵌されたコア、当該コアに巻回されると共に前記電池に流れる前記交流電流を検出するための第１の巻線、および前記コアに巻回された第２の巻線を備えて構成され、前記直流電流を前記負荷に供給したときに前記コア内に発生する磁束を前記第２の巻線に磁束低減用の直流電流を供給することによって低減する直流電流供給部を備えている。なお、本発明における電池には、一次電池、二次電池および燃料電池などの化学電池が含まれるのは勿論のこと、太陽電池などの物理電池も含まれる。
【０００８】
また、請求項２記載の電池用内部インピーダンス測定装置は、請求項１記載の電池用内部インピーダンス測定装置において、前記電源ラインを介して前記負荷に供給される前記電池からの前記直流電流を検出する直流電流検出部を備え、前記直流電流供給部は、前記直流電流検出部によって検出された前記直流電流に基づいて決定される電流値の前記磁束低減用の直流電流を前記第２の巻線に供給する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電池用内部インピーダンス測定装置の好適な実施の形態について説明する。
【００１０】
最初に、電池用内部インピーダンス測定装置（以下、「測定装置」ともいう）１の構成について、図面を参照して説明する。
【００１１】
測定装置１は、図１に示すように、交流電流供給部２、交流電圧検出部３、直流電流検出部４、直流電流供給部５、交流電流検出部６、演算制御部（演算部）７および表示部８を備え、電源ライン１０ａ，１０ｂを介して接続された負荷１１に直流電流Ｉ１を供給している状態における例えば二次電池１２の内部インピーダンスＲを測定可能な内部インピーダンス測定装置として構成されている。
【００１２】
交流電流供給部２は、本発明における交流電流源に相当し、制御信号Ｓ１の入力状態において、二次電池１２の内部インピーダンスＲを測定するための交流定電流（交流電流）Ｉａｃを生成して電源ライン１０ａ，１０ｂ間に供給する。この場合、交流定電流Ｉａｃの内の一部が交流電流Ｉａｃ１として二次電池１２側に流れ、残りの交流電流が負荷１１側に流れる。交流電圧検出部３は、一対のプローブＰ１，Ｐ２を備え、交流電流Ｉａｃ１が流れることに起因して各プローブＰ１，Ｐ２が接続された二次電池１２の各端子間に発生する交流電圧Ｖ１を検出して交流電圧データＤｖ１として出力する。
【００１３】
直流電流検出部４は、コア４ａ、ホール素子４ｂ、コイル（巻線）４ｃ、アンプ４ｄ、検出抵抗４ｅ、アンプ４ｆ、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」ともいう）４ｇ、およびＡ／Ｄ変換部４ｈを備え、電源ライン１０ａ，１０ｂを介して二次電池１２から負荷１１に供給される直流電流Ｉ１を検出する機能を備えている。この場合、コア４ａは、そのギャップ（図示せず）内にホール素子４ｂが配設されると共に電源ライン１０ａに外嵌されている。ホール素子４ｂは、コア４ａ内に生じている磁束の大きさを検出する。アンプ４ｄは、ホール素子４ｂによって検出される磁束の大きさがゼロになるような負帰還電流Ｉｆ１を生成してコア４ａに巻回されたコイル４ｃに供給する。検出抵抗４ｅは、コイル４ｃとグランド間に接続されて、負帰還電流Ｉｆ１を電圧Ｖｆ１に変換する。これらのコア４ａ、ホール素子４ｂ、コイル４ｃ、アンプ４ｄおよび検出抵抗４ｅによって、ゼロフラックス法によるクランプセンサ（電流センサ）が構成されている。アンプ４ｆは、入力した電圧Ｖｆ１を低インピーダンスで出力する。ＬＰＦ４ｇは、電圧Ｖｆ１に含まれている交流成分（交流電流Ｉａｃ１が流れることによって生じる電圧成分）を除去して直流成分（直流電流Ｉ１が流れることによって生じる電圧成分）を出力する。Ａ／Ｄ変換部４ｈは、入力した電圧Ｖｆ１における直流成分の電流値を直流電流データＤｉ１に変換する。したがって、直流電流検出部４は、直流電流Ｉ１の電流値を表すデータとしての直流電流データＤｉ１を出力する。
【００１４】
直流電流供給部５は、入力した直流電流データＤｉ２によって表される電流値の直流電流Ｉ２を生成して出力する。交流電流検出部６は、コア６ａ、ホール素子６ｂ、コイル（第１の巻線）６ｃ、コイル（第２の巻線）６ｄ、アンプ６ｅ、検出抵抗６ｆ、およびＡ／Ｄ変換部６ｇを備え、二次電池１２を流れる電流に含まれている交流成分（交流電流Ｉａｃ１が流れることによって生じる電流成分）を主として検出する機能を備えている。この場合、コア６ａ、ホール素子６ｂ、コイル６ｃ、アンプ６ｅおよび検出抵抗６ｆは、コア４ａ、ホール素子４ｂ、コイル４ｃ、アンプ４ｄおよび検出抵抗４ｅと同様にして、ゼロフラックス法によるクランプセンサを構成し、アンプ６ｅは、ホール素子６ｂによって検出される磁束の大きさがゼロになるような負帰還電流Ｉｆ２を生成してコア６ａに巻回されたコイル６ｃに供給する。また、検出抵抗６ｆは、負帰還電流Ｉｆ２を電圧Ｖｆ２に変換する。また、このクランプセンサには、コイル６ｃに加えてさらにコイル６ｄがコア６ａに巻回されている。このコイル６ｄには、直流電流供給部５によって直流電流Ｉ２が供給される。この場合、直流電流Ｉ２の向きおよびコイル６ｄの巻回方向は、二次電池１２から負荷１１に供給される直流電流Ｉ１が流れることによってコア６ａ内に生じる磁束を低減させる磁束が生じるように予め設定されている。このため、アンプ６ｅによって生成される負帰還電流Ｉｆ２は、直流電流Ｉ２が供給されていないとき（つまり、コイル６ｄを設けていないとき）と比較して、その直流成分が低減される一方、その交流成分は同一に維持されている。したがって、負帰還電流Ｉｆ２においては、直流成分に対する交流成分（交流電流Ｉａｃ１に対応する電流成分）の比率が高められている。Ａ／Ｄ変換部６ｇは、電圧Ｖｆ２を入力してその電圧値を交流電流データＤｉ３に変換して出力する。
【００１５】
演算制御部７は、本発明における演算部に相当し、制御信号Ｓ１を出力することによって交流電流供給部２の交流電流供給動作を制御する。また、演算制御部７は、直流電流データＤｉ２を出力することによって直流電流供給部５の直流電流供給動作を制御する。この場合、演算制御部７は、入力した直流電流データＤｉ１によって表される電流値に基づいて直流電流データＤｉ２を生成して出力する。また、演算制御部７は、入力した交流電圧データＤｖ１と交流電流データＤｉ３とに基づいて二次電池１２の内部インピーダンスＲを算出すると共に、算出した内部インピーダンスＲを表示部８に表示させる。
【００１６】
次に、測定装置１による二次電池１２の内部インピーダンスＲについての測定動作について説明する。なお、二次電池１２と負荷１１とは電源ライン１０ａ，１０ｂによって予め接続されて、二次電池１２から負荷１１に直流電流Ｉ１が供給されているものとする。
【００１７】
この測定装置１では、まず、演算制御部７が制御信号Ｓ１を出力する。これにより、交流電流供給部２が、交流定電流Ｉａｃの生成を開始すると共に、生成した交流定電流Ｉａｃを電源ライン１０ａ，１０ｂ間に供給する。この結果、直流電流Ｉ１（直流成分）と共に交流定電流Ｉａｃの一部の交流電流Ｉａｃ１（交流成分）が二次電池１２に流れる。この場合、直流電流検出部４は、二次電池１２に流れる電流を常時検出し、検出した電流に含まれている直流成分（直流電流Ｉ１）を抽出して直流電流データＤｉ１として出力する。
【００１８】
演算制御部７は、この直流電流データＤｉ１の値に基づき直流電流供給部５に対する直流電流データＤｉ２を出力する。この場合、演算制御部７は、直流電流供給部５から供給される直流電流Ｉ２がコイル６ｄに流れることに起因してコア６ａ内に生じる磁束と、直流電流Ｉ１が流れることに起因してコア６ａ内に発生している磁束とが打ち消し合うような直流電流Ｉ２を表す直流電流データＤｉ２を出力する。具体的には、電源ライン１０ｂがコア６ａを１ターンで通過してコイル６ｄの巻数がＮターンの場合、直流電流データＤｉ１によって表される電流値を値Ｎで除した電流値に決定して、その電流値を表す直流電流データＤｉ２を出力する。次いで、直流電流供給部５は、入力した直流電流データＤｉ２によって表される電流値の直流電流Ｉ２を生成してコイル６ｄに供給する。この場合、直流電流Ｉ２がコイル６ｄに流れることによってコア６ａ内に発生する磁束と直流電流Ｉ１が電源ライン１０ｂに流れることによってコア６ａ内に発生する磁束とが相殺される結果、コア６ａには主として交流電流Ｉａｃ１が流れることに起因する磁束が生じる。このため、交流電流検出部６のアンプ６ｅは、主として交流電流Ｉａｃ１が流れることに起因して発生する磁束を相殺可能な負帰還電流Ｉｆ２を生成する。したがって、検出抵抗６ｆの両端に発生する電圧Ｖｆ２において、直流成分に対する交流成分（交流電流Ｉａｃ１が流れることに起因して発生する電圧）の比率が相対的に高められる。
【００１９】
次いで、Ａ／Ｄ変換部６ｇが、電圧Ｖｆ２を交流電流データＤｉ３に変換する。この場合、交流成分の比率が相対的に高められているため、Ａ／Ｄ変換部６ｇのダイナミックレンジ、ひいては交流電流検出部６のダイナミックレンジを有効に利用することができるため、交流成分の電流値を高精度で検出することができる。続いて、演算制御部７が、この交流電流データＤｉ３によって表される負帰還電流Ｉｆ２の電流値と交流電圧データＤｖ１によって表される交流電圧値とに基づいて、二次電池１２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８に表示させる。この場合、演算制御部７は、交流電流データＤｉ３によって表される電流値に直流成分の電流値が含まれているときには、交流電流データＤｉ３によって表される電流値から直流成分の電流値を減算して交流電流値を算出する。つまり、演算制御部７は、フィルタリングして交流電流値を算出する。なお、この処理については、直流電流Ｉ２がコイル６ｄに流れることによってコア６ａ内に発生する磁束と直流電流Ｉ１が電源ライン１０ｂに流れることによってコア６ａ内に発生する磁束とが完全に相殺されているときには不要となる。
【００２０】
このように、この測定装置１によれば、演算制御部７が直流電流検出部４によって検出された二次電池１２から出力される直流電流（つまり負荷１１に供給される電流）Ｉ１に基づいて生成した直流電流データＤｉ２を出力し、直流電流供給部５がこの直流電流データＤｉ２に基づいて直流電流Ｉ２を生成してコイル６ｄに供給することにより、直流電流Ｉ１が流れることに起因して交流電流検出部６のコア６ａ内に発生する磁束を直流電流Ｉ２がコイル６ｄを流れることに起因してコア６ａ内に発生する磁束で相殺することができる。したがって、コイル６ｃに流れる負帰還電流Ｉｆ２に含まれている直流成分に対する交流成分（交流電流Ｉａｃ１）の比率を高めることができるため、交流電流検出部６が二次電池１２を流れている交流電流Ｉａｃ１を高精度に検出することができる。この結果、交流電流Ｉａｃ１の電流値と二次電池１２の端子間の交流電圧とに基づいて、二次電池１２の内部インピーダンスＲを高精度に測定することができる。また、直流大電流が流れることによってコア６ａ内に発生する磁束をコイル６ｄを流れることに起因してコア６ａ内に発生する磁束で相殺することができるため、微少交流電流検出用の小形で安価なコアをコア６ａに使用できる結果、その分、測定装置１の小型化および低価格化を達成することができる。
【００２１】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、上記の発明の実施の形態では、交流電流検出部６における電流センサにゼロフラックス法を利用した電流センサを採用した構成について説明したが、図２に示すように、電源ライン１０ｂに外嵌されて閉磁路を形成するコア２２を備えた電流センサ２１を利用する構成にも本発明を適用できるのは勿論である。この場合、電流センサ２１は、コア２２、コア２２に巻回されたコイル６ｃおよびコイル６ｄ、コイル６ｃの両端間に接続された検出抵抗６ｆとを備えて構成される。この電流センサ２１では、測定装置１における交流電流検出部６に使用した電流センサと同様にして、コイル６ｄに直流電流Ｉ２が供給される。また、コイル６ｃに流れる電流Ｉ３が検出抵抗６ｆによって電圧Ｖ３に変換され、変換された電圧Ｖ３がＡ／Ｄ変換部６ｇに入力される。この構成においても、直流成分（直流電流Ｉ１）が電源ライン１０ｂに流れることに起因してコア２２内に発生する磁束を直流電流Ｉ２がコイル６ｄに流れることに起因してコア２２内に発生する磁束で低減することができる結果、コア２２の磁気飽和を防止することができると共に微少交流電流検出用の小形で安価なコアを２２に使用することができる。したがって、この構成を採用した場合にも、電圧Ｖ３における交流電流を高精度に検出することができると共に測定装置の小型化および低価格化を達成することができる。
【００２２】
また、上記した実施の形態では、直流電流検出部４によって検出された直流電流Ｉ１に基づいて直流電流供給部５に供給させる直流電流の電流値（直流電流データＤｉ２）を決定して出力することにより、直流電流Ｉ１が流れることに起因して交流電流検出部６のコア６ａ内に発生する磁束をほぼ完全に打ち消して交流成分を主として検出する構成を採用したが、この構成に代えて、演算制御部７が直流電流供給部５に対して予め規定した固定電流値の直流電流Ｉ２を生成するように制御する構成を採用することもできる。つまり、二次電池１２では、その種類によってその出力電圧が一義的に決まっている。このため、この出力電圧と負荷１１の抵抗値とに基づいて直流電流供給部５に生成させる電流の電流値を予め決定しておき、この電流を交流電流検出部６のコイル６ｄに供給する構成を採用することもできる。この構成によっても、直流電流Ｉ１が流れることに起因してコア６ａ内に発生する磁束を大幅に低減できるため、Ａ／Ｄ変換部６ｇのダイナミックレンジを有効に利用して二次電池１２の内部インピーダンスＲを精度良く測定することができる。しかも、この構成を採用した場合、直流電流検出部４を不要にできるため、部品点数の削減による製品コストの低減を併せて実現することができる。また、ホール素子４ｂ，６ｂに代えて、ＭＲ素子やフラックスゲート型磁気センサなどの他の磁気センサを使用することもできる。また、上記した実施の形態では、線材をコア６ａに複数回巻回してコイル６ｄを構成した例を挙げて説明したが、例えば、電源ライン１０ｂと同様にして、コア６ａ内を１本の線が貫通する構成であってもコイル（巻線）として機能させることができる。さらに、本発明の実施の形態では、本発明における測定用の交流電流として交流定電流を用いる構成を示したが、定電流でなくとも測定用の交流電流として用いることができるのは勿論である。また、上記の実施の形態では、二次電池１２を測定対象体とする例について説明したが、一次電池、燃料電池および太陽電池などを測定対象体とすることができるのは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の電池用内部インピーダンス測定装置によれば、電源ラインに外嵌されたコア、コアに巻回されると共に電池に流れる交流電流を検出するための第１の巻線、およびコアに巻回された第２の巻線を備えて交流電流検出部を構成し、かつ直流電流供給部が交流電流検出部のコアに巻回された第２の巻線に直流電流を供給することにより、負荷に直流電流が流れることに起因して交流電流検出部のコア内に発生する磁束を直流電流供給部によって供給された直流電流が第２の巻線に流れることに起因して交流電流検出部のコア内に発生する磁束で低減させることができる。したがって、第１の巻線に流れる直流成分に対する交流成分の比率を高めることができるため、交流電流検出部に対して電池を流れる交流電流を高精度に検出させることができる。この結果、交流電流検出部によって検出された交流電圧と交流電流検出部によって検出された交流電流とに基づいて演算部が電池の内部インピーダンスを高精度に測定することができる。また、直流大電流が流れることによってコア内に発生する磁束を第２の巻線を流れることに起因してコア内に発生する磁束で相殺することができるため、微少交流電流検出用の小形で安価なコアを使用できる結果、その分、電池用内部インピーダンス測定装置の小型化および低価格化を達成することができる。
【００２４】
また、請求項２記載の電池用内部インピーダンス測定装置によれば、直流電流検出部が電源ラインを介して負荷に供給される直流電流を検出し、直流電流供給部が直流電流検出部によって検出された直流電流に基づいて決定される電流値の直流電流を第２の巻線に供給することにより、電源ラインを介して直流電流が負荷に流れることに起因して交流電流検出部のコア内に発生する磁束を直流電流供給部によって供給される直流電流が第２の巻線に流れることに起因して交流電流検出部のコア内に発生する磁束で打ち消すことができる。したがって、第１の巻線に流れる直流成分をほぼ除去することができるため、交流電流検出部に対して電池を流れる交流電流を一層高精度に検出させることができる。この結果、交流電流検出部によって検出された交流電圧と交流電流検出部によって検出された交流電流とに基づいて演算部が電池の内部インピーダンスをさらに高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定装置１の構成を示す構成図である。
【図２】電流センサ２１の構成図である。
【符号の説明】
１  測定装置
２  交流電流供給部
３  交流電圧検出部
４  直流電流検出部
５  直流電流供給部
６  交流電流検出部
６ａ  コア
６ｃ  コイル（第１の巻線）
６ｄ  コイル（第２の巻線）
７  演算制御部（演算部）
１０ａ，１０ｂ  電源ライン
１１  負荷
１２  二次電池
Ｉａｃ  交流定電流
Ｉａｃ１  交流電流
Ｉ１，Ｉ２  直流電流
Ｒ  内部インピーダンス
Ｖ１  二次電池１２の端子間に発生する交流電圧
【図１】
2004251625.tif 000003
【図２】
2004251625.tif 000004