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公開番号2025048350
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023157190
出願日2023-09-22
発明の名称インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類G01R 27/02 20060101AFI20250327BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数のインピーダンス素子を直列接続して構成された測定対象に非測定対象が並列接続されているときに測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを測定する。
【解決手段】測定対象DUTに電源装置PDが並列接続されている状態で、一部の電気化学セルC1～C5を測定対象セルとして、測定用交流電流Imを供給する測定電流出力部3と、測定用交流電流Imの供給電流値を測定する電流センサ5-1と、供給電流値および測定対象セルの両端電圧の電圧値に基づいて測定対象セルのインピーダンスを演算する処理部6とを備え、測定電流出力部3は測定電流供給点Ps1と測定電流供給点Ps3との間に測定対象セルが含まれるように測定電流供給点Ps1,Ps3に接続した測定電流供給ラインLiを介して測定用交流電流Imを測定対象セルに供給し、電流センサ5-1は接続点Pc1および測定電流供給点Ps1と電気化学セルC1との間に配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
一対の端子の間に直列接続された複数のインピーダンス素子を備えて構成されている測定対象に対して、当該一対の端子の側にそれぞれ規定された一対の接続点に接続した接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において、前記複数のインピーダンス素子のうちの一部の当該インピーダンス素子を測定対象インピーダンス素子として、前記一対の端子のうちのいずれか１つの端子の側に規定された一方の測定電流供給点と他方の測定電流供給点とにそれぞれ接続した測定電流供給ラインを介して前記測定対象インピーダンス素子に測定用交流電流を供給する測定電流供給部と、
前記測定対象インピーダンス素子に供給されている前記測定用交流電流の供給電流値を測定する第１の電流センサと、
前記測定対象インピーダンス素子の両端における両端電圧の電圧値を測定する電圧測定部と、
前記測定された前記供給電流値および前記両端電圧の電圧値に基づいて前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを演算する処理部とを備えているインピーダンス測定装置であって、
前記測定電流供給部は、前記一方の測定電流供給点と、前記複数のインピーダンス素子のうちの直列接続されているいずれか２つの当該インピーダンス素子の接続点に接続される前記他方の測定電流供給点との間の電流経路内に前記測定対象インピーダンス素子が含まれるように規定された当該一方の測定電流供給点および当該他方の測定電流供給点にそれぞれ接続した前記一対の測定電流供給ラインを介して前記測定用交流電流を前記測定対象インピーダンス素子に供給し、
前記第１の電流センサは、前記一対の接続点のうちの前記いずれか１つの端子の側に規定された接続点、および前記一方の測定電流供給点と、前記いずれか１つの端子に接続されている前記インピーダンス素子との間に配置されているインピーダンス測定装置。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
電源装置を前記非測定対象とすると共に複数のインピーダンス素子を有する電気分解装置および電気分解還元装置のいずれか一方を前記測定対象として、当該複数のインピーダンス素子のうちの一部のインピーダンス素子を前記測定対象インピーダンス素子として前記インピーダンスを測定する請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【請求項３】
前記いずれか１つの端子を前記一対の端子のうちの一方の端子とする第１の切替状態と、当該いずれか１つの端子を当該一対の端子のうちの他方の端子とする第２の切替状態とを切り替える第１のスイッチと、
前記電圧測定部に接続される前記測定対象インピーダンス素子を切り替える第２のスイッチとを備え、
前記処理部は、前記第１のスイッチおよび第２のスイッチの切替えを制御する請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第１の切替状態において一部の前記インピーダンス素子を前記測定対象インピーダンス素子として当該測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを演算すると共に前記第２の切替状態において前記一部のインピーダンス素子を除く他の全ての前記インピーダンス素子を前記測定対象インピーダンス素子として当該測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを演算し、かつ、前記第１の切替状態において演算した全ての前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスと、前記第２の切替状態において演算した全ての前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスとの総和を前記測定対象のインピーダンスとして演算する請求項３記載のインピーダンス測定装置。
【請求項５】
前記第１の電流センサは、前記一方の端子側に配置され、
前記他方の端子側に配置されると共に前記測定対象インピーダンス素子に供給されている前記測定用交流電流の供給電流値を測定する第２の電流センサと、
前記第１の電流センサによって測定された前記供給電流値と前記第２の電流センサによって測定された前記供給電流値とを切り替えて前記処理部に出力する第３のスイッチとを備え、
前記第２の電流センサは、前記一対の接続点のうちの前記他方の端子の側に規定された接続点、および前記第２の切替状態における前記一方の測定電流供給点と、前記他方の端子に接続されている前記インピーダンス素子との間に配置され、
前記処理部は、前記第３のスイッチを切り替え制御することにより、前記第１の電流センサによって測定された前記供給電流値を前記第１の切替状態において入力し、前記第２の電流センサによって測定された前記供給電流値を前記第２の切替状態において入力する請求項３記載のインピーダンス測定装置。
【請求項６】
前記第１の電流センサおよび前記第２の電流電流センサは、開閉可能に構成されたクランプ式の非接触型電流センサで構成されている請求項５記載のインピーダンス測定装置。
【請求項７】
前記測定電流供給部は、周波数制御信号に従って前記測定用交流電流の周波数を可変可能に構成され、
前記処理部は、前記周波数制御信号を前記測定電流供給部に出力して前記測定用交流電流の周波数を可変させることにより、前記複数の周波数における前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスの周波数特性を取得する請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記測定対象のインピーダンスの周波数特性を取得する請求項７記載のインピーダンス測定装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記周波数特性として、コールコールプロットおよびボード線図のいずれかを取得する請求項７または８記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１０】
一対の端子の間に直列接続された複数のインピーダンス素子を備えて構成されている測定対象に対して、当該一対の端子の側にそれぞれ規定した一対の接続点に接続した接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において、前記複数のインピーダンス素子のうちの一部の当該インピーダンス素子を測定対象インピーダンス素子として、前記一対の端子のうちのいずれか１つの端子の側に規定された一方の測定電流供給点と他方の測定電流供給点とにそれぞれ接続した測定電流供給ラインを介して前記測定対象インピーダンス素子に測定用交流電流を供給し、
第１の電流センサを用いて前記測定対象インピーダンス素子に供給されている前記測定用交流電流の供給電流値を測定し、
前記測定対象インピーダンス素子の両端における両端電圧の電圧値を測定し、
前記測定した前記供給電流値および前記両端電圧の電圧値に基づいて前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、
前記一方の測定電流供給点と、前記複数のインピーダンス素子のうちの直列接続されているいずれか２つの当該インピーダンス素子の接続点に接続される前記他方の測定電流供給点との間の電流経路内に前記測定対象インピーダンス素子が含まれるように規定した当該一方の測定電流供給点および当該他方の測定電流供給点にそれぞれ接続した前記一対の測定電流供給ラインを介して前記測定用交流電流を前記測定対象インピーダンス素子に供給し、
前記一対の接続点のうちの前記いずれか１つの端子の側に規定した接続点、および前記一方の測定電流供給点と、前記いずれか１つの端子に接続されている前記インピーダンス素子との間に前記第１の電流センサを配置して前記測定対象インピーダンス素子に供給している前記測定用交流電流の供給電流値を測定するインピーダンス測定方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のインピーダンス素子を直列接続して構成された測定対象に対して接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において複数のインピーダンス素子のうちの一部または全てのインピーダンス素子のインピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関するものである。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
測定対象に対して接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において測定対象のインピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置として、下記の特許文献に開示されたインピーダンス測定装置が知られている。このインピーダンス測定装置は、測定対象としての二次電池に対して非測定対象としての負荷が接続ラインとしての電源ラインを介して並列接続されている状態において、二次電池の内部インピーダンスを測定可能に構成されている。具体的には、このインピーダンス測定装置は、交流電流供給部、交流電圧検出部、交流電流検出部、Ａ／Ｄ変換部および演算制御部を備えて構成されている。この場合、交流電流検出部は、クランプ式の電流センサを備えて構成されている。
【０００３】
このインピーダンス測定装置を用いて二次電池の内部インピーダンスを測定する際には、最初に、交流電流検出部におけるクランプ式の電流センサの開口部に電源ラインを挿通させる。この状態において、交流電流供給部が、測定用交流電流を電源ライン間に供給する。この結果、二次電池に、測定用交流電流の一部が流れる。また、負荷には、測定用交流電流の残りの一部が流れると共に二次電池から出力された直流電流が流れる。この場合、交流電流検出部の電流センサが、開口部を挿通している電源ラインを流れる交流電流を検出して、その交流電流の交流電流値に応じた負帰還電流を出力する。この際に、帰還電流が流れることにより、検出抵抗の両端に交流電圧が発生する。次いで、Ａ／Ｄ変換部が、交流電流値を示す交流電流データにＡ／Ｄ変換して演算制御部に出力する。また、交流電圧検出部が、二次電池の両端に発生する両端電圧を検出して、その両端電圧の電圧値を示す交流電圧データを演算制御部に出力する。次いで、演算制御部が、入力した交流電流データによって示される交流電流値と、入力した交流電圧データによって示される両端電圧の電圧値とに基づいて、二次電池の内部インピーダンスを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００４－２５１６２５号公報（第３－８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のインピーダンス測定装置には、以下のような課題が存在する。図５に概念的に示すように、例えば水素や酸素を生成する電気分解装置（電解装置）を測定対象ＤＵＴとして、上記のインピーダンス測定装置１Ｘを用いて、稼働状態の測定対象ＤＵＴのインピーダンスを測定する際の課題を具体的に説明する。この場合、測定対象ＤＵＴは、測定対象ＤＵＴに直流電流を供給している電源装置ＰＤと接続ラインとしての電源ラインＬｐを介して並列に接続されている。したがって、稼働中の測定対象ＤＵＴのインピーダンスを測定する際には、交流電流供給部Ｕ１が、測定電流供給ラインＬｉおよび測定対象ＤＵＴの両端の端子Ｔ１，Ｔ１１を介して、測定用交流電流Ｉｍを測定対象ＤＵＴに供給する。この状態において、電流センサＵ４が測定対象ＤＵＴを流れる測定用交流電流Ｉｍの電流値を測定し、交流電圧検出部Ｕ２が、測定対象ＤＵＴの端子Ｔ１，Ｔ１１間に発生する交流電圧の電圧値を検出する。次いで、演算制御部Ｕ３が、電流センサＵ４によって検出された測定用交流電流Ｉｍの電流値と、交流電圧検出部Ｕ２によって測定された交流電圧の電圧値とに基づいて、測定対象ＤＵＴのインピーダンスを測定する。
【０００６】
この場合、稼働状態の電源装置ＰＤのインピーダンスは、測定対象ＤＵＴのインピーダンスと比較して極めて小さくなっている。このため、図５に示した測定状態では、実質的には、測定対象ＤＵＴの端子Ｔ１，Ｔ１１間を電源ラインＬｐで短絡した状態となっている。したがって、交流電流供給部ＵＩが測定用交流電流Ｉｍを出力したとしても、測定用交流電流Ｉｍのほぼ全てが電源装置ＰＤに分流してしまい、測定対象ＤＵＴには、測定用交流電流Ｉｍが流れない状態となる。このため、測定対象ＤＵＴの端子Ｔ１，Ｔ１１間における交流電圧の電圧値がほぼゼロボルトとなる。この結果、交流電圧検出部Ｕ２が測定対象ＤＵＴの両端に発生する交流電圧を検出できないことになる。したがって、このインピーダンス測定装置１Ｘには、低インピーダンスの非測定物が測定対象ＤＵＴに並列状態に接続されている状態では、測定対象ＤＵＴのインピーダンスを測定することができないという課題が存在する。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、複数のインピーダンス素子を直列接続して構成された測定対象に対して接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において、複数のインピーダンス素子のうちの一部または全てのインピーダンス素子のインピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく、本発明に係るインピーダンス測定装置は、一対の端子の間に直列接続された複数のインピーダンス素子を備えて構成されている測定対象に対して、当該一対の端子の側にそれぞれ規定された一対の接続点に接続した接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において、前記複数のインピーダンス素子のうちの一部の当該インピーダンス素子を測定対象インピーダンス素子として、前記一対の端子のうちのいずれか１つの端子の側に規定された一方の測定電流供給点と他方の測定電流供給点とにそれぞれ接続した測定電流供給ラインを介して前記測定対象インピーダンス素子に測定用交流電流を供給する測定電流供給部と、前記測定対象インピーダンス素子に供給されている前記測定用交流電流の供給電流値を測定する第１の電流センサと、前記測定対象インピーダンス素子の両端における両端電圧の電圧値を測定する電圧測定部と、前記測定された前記供給電流値および前記両端電圧の電圧値に基づいて前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを演算する処理部とを備えているインピーダンス測定装置であって、前記測定電流供給部は、前記一方の測定電流供給点と、前記複数のインピーダンス素子のうちの直列接続されているいずれか２つの当該インピーダンス素子の接続点に接続される前記他方の測定電流供給点との間の電流経路内に前記測定対象インピーダンス素子が含まれるように規定された当該一方の測定電流供給点および当該他方の測定電流供給点にそれぞれ接続した前記一対の測定電流供給ラインを介して前記測定用交流電流を前記測定対象インピーダンス素子に供給し、前記第１の電流センサは、前記一対の接続点のうちの前記いずれか１つの端子の側に規定された接続点、および前記一方の測定電流供給点と、前記いずれか１つの端子に接続されている前記インピーダンス素子との間に配置されている。
【０００９】
また、上記目的を達成すべく、本発明に係るインピーダンス測定方法は、一対の端子の間に直列接続された複数のインピーダンス素子を備えて構成されている測定対象に対して、当該一対の端子の側にそれぞれ規定した一対の接続点に接続した接続ラインを介して非測定対象が並列接続されている状態において、前記複数のインピーダンス素子のうちの一部の当該インピーダンス素子を測定対象インピーダンス素子として、前記一対の端子のうちのいずれか１つの端子の側に規定された一方の測定電流供給点と他方の測定電流供給点とにそれぞれ接続した測定電流供給ラインを介して前記測定対象インピーダンス素子に測定用交流電流を供給し、第１の電流センサを用いて前記測定対象インピーダンス素子に供給されている前記測定用交流電流の供給電流値を測定し、前記測定対象インピーダンス素子の両端における両端電圧の電圧値を測定し、前記測定した前記供給電流値および前記両端電圧の電圧値に基づいて前記測定対象インピーダンス素子のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、前記一方の測定電流供給点と、前記複数のインピーダンス素子のうちの直列接続されているいずれか２つの当該インピーダンス素子の接続点に接続される前記他方の測定電流供給点との間の電流経路内に前記測定対象インピーダンス素子が含まれるように規定した当該一方の測定電流供給点および当該他方の測定電流供給点にそれぞれ接続した前記一対の測定電流供給ラインを介して前記測定用交流電流を前記測定対象インピーダンス素子に供給し、前記一対の接続点のうちの前記いずれか１つの端子の側に規定した接続点、および前記一方の測定電流供給点と、前記いずれか１つの端子に接続されている前記インピーダンス素子との間に前記第１の電流センサを配置して前記測定対象インピーダンス素子に供給している前記測定用交流電流の供給電流値を測定する。
【００１０】
このインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法では、一方の測定電流供給点と、複数のインピーダンス素子のうちの直列接続されているいずれか２つのインピーダンス素子の接続点に接続される他方の測定電流供給点との間の電流経路内に測定対象インピーダンス素子が含まれるように規定した一方の測定電流供給点および他方の測定電流供給点にそれぞれ接続した一対の測定電流供給ラインを介して測定用交流電流を測定対象インピーダンス素子に供給し、第１の電流センサを、一対の接続点のうちのいずれか１つの端子の側に規定した接続点、および一方の測定電流供給点と、いずれか１つの端子に接続されているインピーダンス素子との間に配置する。
（【００１１】以降は省略されています）

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