JP2008064700A

JP2008064700A - 電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置

Info

Publication number: JP2008064700A
Application number: JP2006245206A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Shibuya; 潔渋谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】本発明は、電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置に係り、特に、電気二重層キャパシタの内部抵抗が低い場合に、その内部抵抗の抵抗値を精度よく測定する内部抵抗測定装置を提供するものである。
【解決手段】電気二重層キャパシタ１に直列に外部抵抗４を接続し、直列に接続された電気二重層キャパシタ１と外部抵抗４の両端の電圧を測定するように構成する。これにより、高精度に内部抵抗を測定することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタの内部抵抗の測定に用いられる内部抵抗測定装置に関するものである。

電気二重層キャパシタは、電子機器等のバックアップ電源等に利用されており、大きな静電容量を有するのみならず、充放電速度が二次電池と比較して迅速にできるという利点がある。これらの利点から、電気二重層キャパシタは、短時間に大電力を必要な用途、例えば電気自動車や無停電電源などにも応用されている。

電気二重層キャパシタは、その性能を示す特性として内部抵抗が存在し、図２に示すように、理想コンデンサと内部抵抗（ｒ）との直列回路がその等価回路として知られている。電気二重層キャパシタの充放電速度を迅速にするためには、内部抵抗を低くすることが求められている。したがって電気二重層キャパシタが持つ内部抵抗を正確に把握することは、品質や特性を評価するために不可欠である。

電気二重層キャパシタの内部抵抗を測定する装置として、図４に示す内部抵抗測定装置が一般的である。

電気二重層キャパシタ１は充電器２にスイッチ３によって接続されている。まず、時刻ｔ０において一定電流で充電を開始する。なお、充電開始直前から電圧検出手段８で検出されたキャパシタ両端の電圧を演算装置９内のメモリに逐次記憶していく。キャパシタ１両端の電圧が所定の充電電圧Ｖｍに達した時刻ｔ１後、さらに、充電を完全に行う目的で、緩和充電とよばれる定電圧充電を一定時間行うことが一般的に行われている。これは、以下の理由による。電気二重層キャパシタの内部は小さいコンデンサが並列に接続された回路と等価であり、それぞれの容量と内部抵抗のばらつきにより、充電されやすい部分には、早く充電され、一旦、充電電圧が所定の値に達しても、充電を停止すると、やがて徐々に低下してしまう。これは、充電されやすい領域のコンデンサから、充電されにくい領域のコンデンサに対して放電してしまうことによる。緩和充電が充分に行われた後、時刻ｔ２においてスイッチ３を電子負荷装置５側に切替え、一定の放電電流で放電する。この際、実際の放電電流Ｉｒを電流検出手段７にて検出し、演算装置９で測定しておく。このようにして測定された、キャパシタ両端電圧の推移を図３に示す。

図３において、緩和充電から時刻ｔ２で定電流放電に切替えた瞬間に、内部抵抗ｒに起因する電圧降下ΔＶが生じ、その後、一定の放電電流および静電容量に従って時間に対して直線的な電圧降下を持つ。

電気二重層キャパシタ１の内部抵抗ｒは、前記のように測定されたキャパシタ両端電圧の電圧降下ΔＶおよび放電電流Ｉｒから以下の計算で算出する。

ｒ＝ΔＶ／Ｉｒ
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−２４２２０４号公報

したがって、内部抵抗ｒを高精度に算出するためには、電圧降下ΔＶおよび放電電流Ｉｒを高精度に測定する必要がある。

ところで、電気二重層キャパシタの中でも、とりわけ出力密度を重視したものにおいては、その内部抵抗ｒが１ｍΩ以下のものが実現している。そのため、内部抵抗を算出するために測定される電圧降下ΔＶが微小なものになる。例えば、実際の内部抵抗が０．５ｍΩで放電電流が１０Ａであると、ΔＶは５ｍＶとなる。このΔＶを高精度に測定するための測定精度を高めるためには、電圧検出手段の計測分解能を高める必要がある。また、一方で時間毎の電圧の推移を連続して電圧検出する必要があるため、時間軸の分解能も高いことが求められる。

計測分解能を高めることと、時間軸の分解能を高めることは、一般的に相反する内容であるために両立が困難であり、結果的に微小電圧を検出することになるため、測定回路構成や測定環境によるノイズの影響を受けやすく、内部抵抗が小さいために電圧降下ΔＶが微小である場合には、高精度に内部抵抗を算出するのが困難であるという課題があった。

また、放電時の直線的な電圧降下から時刻ｔ１時の電圧Ｖｎを近似的に求め、ΔＶ＝Ｖｍ−Ｖｎとして電圧降下ΔＶを求めて内部抵抗を算出する方法も一般的に用いられるが、実際の放電時の電圧降下推移は容量の電圧依存性やワールブルグインピーダンスの影響で厳密には直線ではなく、直線近似を行う時間範囲によってΔＶが変わってしまうという課題もある。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、高精度に内部抵抗を測定する測定装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、電気二重層キャパシタと直列に接続された外部抵抗と、前記電気二重層キャパシタによる電圧降下と前記外部抵抗による降下電圧を含めた電圧を検出するように構成したものであり、キャパシタの内部抵抗が小さいものでも検出する降下電圧を高精度に測定でき、内部抵抗を高精度に測定できるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、外部抵抗は、その抵抗値を予め正確に求めてあるものであり、内部抵抗の算出を高精度に行えるという作用効果を有する。

本発明の電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置は、高精度に内部抵抗を測定することができるという効果を有する。

以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１、２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

なお、背景の技術において説明したものと同じ構成部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における構成図である。

図１において、充電器２は定電流充電および定電圧充電の機能を有するものであり、スイッチ３を通して、電気二重層キャパシタ１および外部抵抗４と直列に接続されている。

次に、本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。

図１において、直列に接続された電気二重層キャパシタ１と外部抵抗４の両端の電圧を検出するために電圧検出手段８が接続されており、その検出信号は演算装置９に接続されている。

また、スイッチ３のもう一方の回路には、電流検出用抵抗６と電子負荷装置５が接続されており、スイッチ３が切り替われれば、直列に接続された電気二重層キャパシタ１と外部抵抗４に所定の放電電流を流すことができ、さらに、その電流値を電流検出用抵抗６の両端電圧を電流検出手段７で検出することができるようになっており、その検出信号は演算装置９に接続されている。

以上のように構成された電気二重層キャパシタ１の内部抵抗測定装置において、内部抵抗の測定は以下のように行われる。当初、直列に接続された電気二重層キャパシタ１と外部抵抗４は充電器２にスイッチ３によって接続されている。

まず、時刻ｔ０において一定電流で充電を開始する。なお、充電開始直前から電圧検出手段８で検出されたキャパシタ両端の電圧を演算装置９に逐次記憶していく。直列に接続された電気二重層キャパシタ１と外部抵抗４の両端の電圧が所定の充電電圧Ｖｍに達した時刻ｔ１後、さらに、充電を完全に行う目的で、緩和充電とよばれる定電圧充電を一定時間行うことが望ましい。このようにして測定された、キャパシタ両端電圧の推移を図３に示す。

図３において、緩和充電から時刻ｔ２で電子負荷装置５による定電流放電に切替えた瞬間に、電気二重層キャパシタ１の内部抵抗ｒおよび外部抵抗４の抵抗値Ｒに起因する電圧降下ΔＶＬが生じ、その後、一定の放電電流および静電容量に従って時間に対して直線的な電圧降下を持つ。

電気二重層キャパシタ１の内部抵抗ｒは、前記のように測定されたキャパシタ両端電圧の電圧降下ΔＶＬおよび電流検出手段７で正確に測定された放電電流Ｉｒから以下の計算で算出する。

ｒ＝ΔＶＬ／Ｉｒ−Ｒ
その結果、微小の内部抵抗を持つ電気二重層キャパシタにおいても、外部抵抗４（Ｒ）を内部抵抗に比べて大きくすることで、電圧降下も大きくなり、電圧検出手段８による電圧測定精度が向上することになり、内部抵抗ｒを高精度に測定することができるという効果が得られる。

さらに、前記外部抵抗４はあらかじめ単独で正確にその抵抗値を測定することで、内部抵抗ｒの計算精度向上に、より一層寄与することができるという効果が得られる。

本発明にかかる電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置は、放電時の電圧降下を精度よく測定することができるという効果を有し、特に内部抵抗が低い電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置などの用途として有用である。

本発明の実施の形態１における電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置の構成図電気二重層キャパシタの等価回路を示す図キャパシタ両端電圧の推移を示す図従来の電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置の構成図

符号の説明

１電気二重層キャパシタ
２充電器
３スイッチ
４外部抵抗
５電子負荷装置
６電流検出用抵抗
７電流検出手段
８電圧検出手段
９演算装置

Claims

電気二重層キャパシタを定電流または定電圧により充電する充電手段と、前記電気二重層キャパシタが充電された後、定電流で放電する電子負荷装置と、前記電気二重層キャパシタと直列に接続された外部抵抗と、前記電気二重層キャパシタによる電圧降下と前記外部抵抗による降下電圧を含めた電圧を検出する電圧検出手段と、前記電気二重層キャパシタに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段で検出された電圧および前記電流検出手段で検出された電流に基づいて内部抵抗を計算する演算装置とを備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置。
外部抵抗は、その抵抗値を予め正確に求めたものであることを特徴とする請求項１記載の電気二重層キャパシタの内部抵抗測定装置。