[发明专利]AC阻抗测量装置

说明书

本申请要求2010年3月16日提交的日本专利申请第2010-058729号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及AC阻抗测量装置。更具体来说，本发明涉及对电池充电和放电期间的AC阻抗特性的测量进行改进。

背景技术

近年来，可再充电的二次电池在保护环境和成本方面吸引了人们的注意。在二次电池的研究开发领域，存在以较高的精度测量期望频率处的阻抗特性的需求。

图6是例示了用于使用AC方法测量二次电池的阻抗的结构的示意图。振荡器2将AC信号施加至作为被测装置(下文中称为“DUT”)的二次电池，电压表3和电流表4分别测量DUT 1的端子电压和电流。基于电压和电流的测量值来计算幅度比值和相位差。通过这种方式来计算DUT 1的阻抗。

计算出的DUT 1的阻抗具有幅度信息和相位信息，因此可以由复数表示。DUT 1的阻抗可以在复数平面上显示为一个点，其中水平轴表示实轴，垂直轴表示虚轴。特别地，其中将虚部的极性翻转并且绘出了每个频率处的阻抗的视图被称为Cole-Cole图，其通常用作在例如电化学领域中确定DUT 1的内部特性或劣变的指标。

存在这样一种方法，其中通过对测量得到的电压和电流执行傅里叶变换并且得到二者的比值来计算每个频率处的阻抗。在这种情况下，测量稳态中的电压和电流，而不考虑瞬态响应。当电压和电流数据针对傅里叶变换而截取的部分(下文中称为“变换窗口”)是信号周期的整数倍时，阻抗计算结果与变换窗口的起始相位无关，从而能够精确地计算阻抗。

即使变换窗口不是信号周期的整数倍，也能够通过使用周期大于信号周期的采样数据执行傅里叶变换或者使用诸如Hanning窗口函数或Hamming窗口函数的窗口函数计算阻抗，来减少阻抗测量中的误差。

JP-A-2007-265895描述了仅使用几乎0Hz的频率f处(低频域)的DC分量来测量阻抗特性，而不测量针对AC信号的响应，从而能够高速测量燃料电池的特性。

JP-A-2007-258661描述了在层叠陶瓷电容器的制造过程中使用AC阻抗测量来评估层叠陶瓷电容器。

JP-A-2007-17405描述了在钢筋腐蚀度的评估中使用AC阻抗测量。

不过，在各种材料特性的评估中，为了尽可能在接近实际使用情况的条件下测量阻抗，必需在存在恒定电流流过或者存在瞬态变化的状态下测量阻抗。

然而，在电池或电容器的情况下，当恒定电流持续流过时，端子电压由于例如离子扩散、化学反应、和内部容量而逐渐改变。

当在瞬态下施加AC信号时，测量其中AC信号叠加在瞬态响应上的DUT的输出电压。当使用通过对输出电压执行傅里叶变换而得到的值来计算阻抗时，该阻抗包括由瞬态响应导致的误差。

存在一种使用例如多重回归分析来根据测得的数据计算瞬态响应的近似表达的方法。但是在这种方法中，计算近似表达会占用较长时间，并在计算中存在较大误差。

当使用诸如Hanning窗口函数或Hamming窗口函数的窗口函数时，需要超过信号周期的测量时间以减小误差。

另外，存在一种将变换窗口的相位平移一次、并且基于阻抗差来计算傅里叶变换期间的瞬态响应的影响的方法。不过，当瞬态响应无法被线性近似时，难以减小误差。

发明内容

本发明的示例性实施例能够解决上述问题以及未在上文描述的其它问题。不过，不要求本发明解决上述所有问题，因此本发明的示例性实施例可能无法解决每个问题。

因此，本发明的一个示例性方面是提供一种AC阻抗测量装置，其即使在电压或电流的瞬态响应中也能够以较小的误差测量阻抗。

根据本发明的一个或多个示例性方面，提供了一种AC阻抗测量装置。该装置包括：信号发生器，其构造为将其上叠加了周期信号的第一信号提供至DUT(被测装置)；傅里叶变换单元，其构造为对从DUT输出的电流数据和电压数据执行傅里叶变换，其中使用变换窗口同时顺次平移所述变换窗口的起始时间，从而得到电压数据和电流数据的多个傅里叶变换数据串，其中所述变换窗口具有第一信号的周期的整数倍的时间宽度，并且所述电流数据和电压数据中的至少一个包括瞬态响应；差分序列计算器，其构造为顺次计算电压数据的傅里叶变换数据串的第一差分序列，以及电流数据的傅里叶变换数据串的第二差分序列；和阻抗计算器，其构造为基于第一差分序列与第二差分序列的比值来计算DUT的阻抗。

根据本发明的一个或多个示例性方面，所述傅里叶变换单元被构造为在第一信号的周期的六分之一至六分之五的范围内顺次平移变换窗口的起始时间。