DESIGN SHOWCASE バッテリインピーダンスを測定する シンプルな回路 図1の回路では、バッテリの両端に印加したAC 電圧が測定できます。次式は、こうした結果、R3に 電圧及びその結果バッテリに流れるAC電流の比とし 流れる電流です。 てバッテリインピーダンスを測定できます。バッテリ 式1: の仕様で電圧及び容量能力以外のパラメータが指定 されていることはまれですが、この内部インピー iR3 = ダンスは重要です。例えば、ニッケルカドミウム (NiCd) 電池を使用すると、カメラのフラッシュのリサ R3 R4 R3 R4 + R5 x VFG R3 抵抗値を代入し、バッテリ電流がi R3の2000倍であ イクルはインピーダンスが高いアルカリ電池に比べ ることを考慮すると次式が得られます。 て2倍速くなります。 式2: AC電圧をそれよりも10倍大きな負DC電圧に(V FG で)重畳させることにより、ファンクションジェネ iBATTERY = - レータによってQ1に引き出されるバッテリ電流を VFG 5 測定します。ジェネレータの電圧によりオペアンプ 測定するには、まずジェネレータのAC電圧をDC成 出力がハイになり、Q1がターンオンされます。この 分の約10%に設定します。式2でバッテリに流れるAC ようにして、バッテリ電流がハイサイド電流検出 電流(iB)が与えられます。AC電圧計を使用して、バッ アンプIC1を流れるようになります。IC1の出力電流 テリの両端のAC電圧(v B )を測定し、平均セルイン ピーダンスをv B / (NiB )として計算できます。ここでN (ピン8)は、このバッテリ電流の1/2000になります。 は、セル数です。この回路は、3V以上のバッテリ 以上のように、IC1、IC2及びQ1は、オペアンプが 電圧で容易に使用できます。 R3の左端を強制的に仮想グランドにするようなルー プを形成します。オペアンプのオフセットが非常に R3/R4/R5ネットワークをテブナン等価回路で置き 低いため(10µV max)、高精度が保証されます。この仮 換えることはできますが、そうするとV FGは小さくな 想グランド状態によって、分圧器(R5及びR3||R4)及び ります。R3の抵抗値を大きくするとV FG の大きさを ファンクションジェネレータにより、R3の両端の 回復することができますが、ループ利得が大きくな OUT 2 3 RS+ RS- RS+ RS- IC1 R3 499Ω 8 7 R5 4.75k VFG +15V Q1 2N3055 6 IC2 MAX400 AC VOLTMETER R4 499Ω MAX471 BATTERY UNDER TEST SHDN 1 R2 1k GND 4 C1 33µF R1 2Ω -15V FUNCTION GENERATOR 図1. この回路は、据置電源、ファンクションジェネレータ及びAC電圧計を使用して様々な負荷におけるバッテリインピーダンスを測定します。 15 DESIGN SHOWCASE ニカド電池のインピーダンスはアルカリ電池の約 るため、不安定になる恐れがあります。R2/C1は図 3分の1ですが、アルカリ電池は一般にニカド電池の の構成の周波数補償ネットワークです。 2倍の容量を備えています。この回路はバッテリの端 ピークバッテリ電流及び最低バッテリ電圧の条件 において、簡単な電圧電流コンバータ(Q1/R1)がQ1を 子電圧に関係なく、既知の固定AC電流を印加します。 飽和させないようにしてください。V-Iトランスコン このため、この回路にシンプルなデータロガーを付 ダ ク タ ン ス (R1 で 設 定 )が IC1 の ス ケ ー リ ン グ 係 数 けることによって、バッテリの全寿命にわたって (1/2000)及びIC1の信号出力(ピン8)から見たインピー インピーダンスを監視できます。バッテリ電流は ダンスと複合してループ利得に影響します。図の抵 サーボ制御であることから、インピーダンスの測定 抗値を使用した場合、推奨周波数(約100Hz)では殆ど 値は極めて小さいものの、回路の配線や接続には のAC電圧計が極めて正確に作動します。 比較的影響されません。但し、ACバッテリ電圧は セル同士及びセルとバッテリホルダ間の接続の質を 表1に充電されたばかりのNiCd及びアルカリバッテ 測る尺度になります。 リをこの回路で測定した結果を示します。 表1. 充電されたばかりのニカド及びアルカリ電池をMAX471で測定した結果 バッテリ電流 バッテリタイプ セル数 dc (A) ac (mAp-p) バッテリ電圧 (mVp-p) セル当たりの インピーダンス (Ω) ニカド単三 4 0.4 40 19.8 (7mVRMS) 0.124 アルカリ単三 4 0.4 40 50.9 (18mVRMS) 0.318 16