特開 2022-180295 信号注入装置およびインピーダンス測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022180295

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】信号注入装置およびインピーダンス測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/18 20060101AFI20221129BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20221129BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

G01R15/18 C

G01R19/00 B

G01R27/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022038790

(22)【出願日】2022-03-14

(31)【優先権主張番号】P 2021086778

(32)【優先日】2021-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104787

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 伸司

(72)【発明者】

【氏名】堀田 昭純

(72)【発明者】

【氏名】戸谷 博之

(72)【発明者】

【氏名】池田 大桂

(72)【発明者】

【氏名】笠井 真

(72)【発明者】

【氏名】坂井 智春

(72)【発明者】

【氏名】月岡 靖幸

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 浩一

【テーマコード（参考）】

2G025

2G028

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G025AB02

2G025AC01

2G028BE04

2G028CG08

2G028CG20

2G028DH05

2G028FK01

2G028GL02

2G028GL07

2G028HN14

2G028LR08

2G035AB01

2G035AB03

2G035AD19

2G035AD26

2G035AD28

2G035AD55

2G035AD59

2G035AD65

(57)【要約】

【課題】直流電流が流れている注入対象ラインに交流信号を確実に注入可能な信号注入装置を提供する。
【解決手段】直流電流Ｉｂが流れている注入対象ラインＬが挿通される環状の磁性コア２と、注入対象ラインＬに注入する交流信号Ｓ１を生成して注入対象ラインＬに注入する信号注入部３とを備えた信号注入装置１０であって、磁性コア２に挿通されている注入対象ラインＬに直流電流Ｉｂが流れることに起因して磁性コア２に発生する磁束Ｍｂをキャンセルするための磁束Ｍｄを発生させるキャンセル電流Ｉｃを磁性コア２に巻回された磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する磁束キャンセル部４を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電流が流れている注入対象ラインが挿通される環状の磁性コアと、
前記注入対象ラインに注入する交流信号を生成して前記注入対象ラインに注入する信号注入部とを備えた信号注入装置であって、
前記磁性コアに挿通されている前記注入対象ラインに前記直流電流が流れることに起因して当該磁性コアに発生する第１の磁束をキャンセルするための第２の磁束を発生させるキャンセル電流を当該磁性コアに巻回された第１の巻線に供給する磁束キャンセル部を備えている信号注入装置。

【請求項2】

前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路で増幅された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させて前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給し、かつ前記交流信号に基づいて前記キャンセル巻線に発生する電圧信号の前記増幅回路への入力を阻止するフィルタ回路とを備えて構成され、
前記信号注入部は、前記磁性コアに巻回された第２の巻線を備え、前記第２の巻線に前記交流信号を供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する請求項１記載の信号注入装置。

【請求項3】

前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号と前記交流信号とを加算して加算信号を出力する加算回路と、前記加算回路から出力された加算信号を増幅すると共に前記第１の巻線に供給して、前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を当該第１の巻線に供給すると共に前記交流信号を当該第１の巻線に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路とを備えている請求項１記載の信号注入装置。

【請求項4】

前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号を増幅すると共に前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線の一端に供給する増幅回路とを備え、
前記信号注入部は、前記交流信号を増幅すると共に当該増幅した交流信号を前記第１の巻線の他端に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路を備えている請求項１記載の信号注入装置。

【請求項5】

前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号を増幅すると共に前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給する電流ドライバとを備え、
前記信号注入部は、前記磁性コアに巻回された第２の巻線を備え、前記第２の巻線に前記交流信号を供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する請求項１記載の信号注入装置。

【請求項6】

前記磁束検出回路は、ホール素子、フラックスゲートセンサ、およびＧＭＲ素子のいずれかを前記磁性コアに配設して構成されている請求項２から５のいずれかに記載の信号注入装置。

【請求項7】

前記フィルタ回路は、リアクトルで形成されたインダクターを含んだローパスフィルタで構成されている請求項２～６のいずれかに記載の信号注入装置。

【請求項8】

前記磁束キャンセル部は、前記磁性コアに発生する前記交流信号の２倍の周波数に基づく磁束に応じた電圧信号の信号レベルを低下させる前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給する請求項１記載の信号注入装置。

【請求項9】

前記信号注入部は、前記注入対象ラインに注入する前記交流信号と、当該交流信号の２倍の周波数の同期検波用の基準信号とを生成し、
前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記第１の巻線に発生する前記交流信号の２倍の周波数の電圧信号を前記基準信号で同期検波する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力信号に含まれている直流信号を抽出するフィルタ回路と、前記フィルタ回路から出力された前記直流信号と前記交流信号とを加算する加算回路と、前記加算回路の出力信号を増幅すると共に前記第１の巻線に供給して、前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給すると共に前記交流信号を当該第１の巻線に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路とを備えている請求項１または８記載の信号注入装置。

【請求項10】

前記信号生成部は、前記交流信号の周波数をスイープさせる請求項１から９のいずれかに記載の信号注入装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれかに記載の信号注入装置を備えて、前記注入対象ラインに直列接続されている測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
前記注入対象ラインに前記交流信号を注入したときに、当該注入対象ラインを流れる前記交流信号の電流値と、前記測定対象に生じる電圧値とに基づいて当該測定対象のインピーダンスを測定する処理部を備えているインピーダンス測定装置。

【請求項12】

前記注入対象ラインを流れる前記交流信号の電流を当該注入対象ラインに対して非接触で検出して検出信号を前記処理部に出力する非接触型電流センサと、
前記測定対象の両端電圧を検出する電圧検出部とを備え、
電圧検出部は、前記測定対象の両端に接触して両端電圧信号を検出する電圧検出回路と、当該検出された両端電圧信号を前記測定対象から絶縁した状態で前記処理部に出力する絶縁回路とを備え、
前記処理部は、前記検出信号を前記交流信号の前記電流値として入力すると共に前記両端電圧信号を前記測定対象に生じる前記電圧値として入力して前記測定対象の前記インピーダンスを測定する請求項１１記載のインピーダンス測定装置。

【請求項13】

前記処理部は、前記交流信号を入力すると共に前記検出信号を直交検波して当該交流電流の同相成分および直交成分を生成する第１直交検波回路と、前記交流信号を入力すると共に前記両端電圧信号を直交検波して交流電圧の同相成分および直交成分を生成する第２直交検波回路と、
前記第１直交検波回路から出力される前記交流電流の同相成分および直交成分と、前記第２直交検波回路から出力される前記交流電圧の同相成分および直交成分とに基づいて前記測定対象の前記インピーダンスを演算する演算回路とを備えている請求項１２記載のインピーダンス測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導体で形成されている注入対象ラインに交流信号を非接触で注入可能な信号注入装置に関し、特に直流大電流が流れている電力供給用の注入対象ラインに交流信号を注入するのに適した信号注入装置に関するものである。また、そのような信号注入装置を備えて、測定対象に交流信号を流した状態において、その測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の信号注入装置として、下記の特許文献に開示された信号注入抽出装置が知られている。この信号注入抽出装置では、第１周波数の電流が流れる導体（注入対象ライン）の外周に配置される強磁性体（磁気コア）と、強磁性体に配置されて、第１周波数と異なる第２周波数の信号電流（交流信号）を導体に注入する第１巻線（信号注入巻線）と、強磁性体に配置されて第１周波数の電流が流れる第２巻線（キャンセル巻線）と、第２巻線に接続される増幅回路とを備えて構成されている。また、この信号注入抽出装置では、増幅回路は、第１周波数の電流を通過させ、第２周波数の信号電流を遮断させるフィルタ部と、フィルタ部に直列に配置される増幅部と、フィルタ部および増幅部に並列に配置されるインピーダンス素子とを備えて構成されている。

【0003】

この信号注入抽出装置では、第２周波数としての１．７ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下、特に、１．７ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の信号電流を強磁性体に巻回されている第１巻線に供給する。この際に、第１周波数としての５０Ｈｚや６０Ｈｚの大電流である商用交流が導体に流れている状態では、商用交流に起因する大きな磁束が強磁性体に発生して強磁性体が磁気飽和を起こすことがあり、その際には、信号電流を注入することが困難になる。このため、この磁化飽和を抑制するために、この信号注入抽出装置では、強磁性体に巻回されている第２巻線にキャンセル電流を流すことで、商用交流によって強磁性体に生じる磁束を打ち消している。

【0004】

この場合、第１巻線に信号電流を注入しつつ第２巻線にキャンセル電流を流している状態では、信号電流の供給に起因する磁束と、キャンセル電流が流れることに起因する磁束の双方が強磁性体に発生する。このため、この信号注入抽出装置では、第２巻線が両磁束に基づく誘導電流を検出し、フィルタ部が、第２巻線から出力された誘導電流のうちの信号電流に起因する誘導電流を遮断しつつ、商用交流に起因する誘導電流を通過させる。

【0005】

そして、増幅回路が、フィルタ部から出力された商用交流に起因する誘導電流を増幅して、商用電流により生じる磁界を打ち消す方向にキャンセル電流をインピーダンス素子を介して第２巻線に供給する。これにより、導体に印加される第１周波数の商用交流による磁束を効率よく打ち消す反面、第２周波数の信号電流による磁束をほとんど打ち消さない、或いは全く打ち消さない。そのため、この信号注入抽出装置では、第１周波数の商用交流が流れる導体に対して、第２周波数の信号電流をより確実に注入することができることが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４１１４６１５号公報（第３－７頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、上記の信号注入抽出装置には、以下のような問題点が存在する。具体的には、例えば、燃料電池車（FCV：Fuel Cell Vehicle）などにおいては、直流大電流が流れるパワーライン（注入対象ライン）に、複数の電池セルを直列接続して構成される電池（バッテリー）が接続されており、このパワーラインには、電池からの直流大電流が流れている。このような状態において、電池全体としてのインピーダンスや、各電池セルのインピーダンスを測定したいとの要望が存在する。そして、そのインピーダンスを測定する場合、インピーダンス測定用の交流信号（例えば、１００Ｈｚ～１０ＭＨｚ、特に１ＫＨｚ～１０ＫＨｚ）を電池に供給する必要がある。この際に、電池に負荷が接続された状態で電池から負荷に直流大電流が流れている場合、上記の信号注入抽出装置を用いて測定用の交流信号をパワーラインに注入しようとしても、この信号注入抽出装置では、商用交流が強磁性体に流れることに起因する磁束を打ち消すことができるものの、直流電流が流れることに起因して強磁性体に発生している磁束をキャンセルすることはできない。このため、強磁性体にパワーラインを挿通させた場合には、直流大電流が流れることに起因した磁束で強磁性体が磁気飽和してしまい、交流信号をパワーラインに注入することができないという問題点がある。

【0008】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、直流電流が流れている注入対象ラインに交流信号を確実に注入可能な信号注入装置、およびそのような信号注入装置を備え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】

【0009】

上記目的を達成すべく、請求項１記載の信号注入装置は、直流電流が流れている注入対象ラインが挿通される環状の磁性コアと、前記注入対象ラインに注入する交流信号を生成して前記注入対象ラインに注入する信号注入部とを備えた信号注入装置であって、前記磁性コアに挿通されている前記注入対象ラインに前記直流電流が流れることに起因して当該磁性コアに発生する第１の磁束をキャンセルするための第２の磁束を発生させるキャンセル電流を当該磁性コアに巻回された第１の巻線に供給する磁束キャンセル部を備えている。

【0010】

また、請求項２記載の信号注入装置は、請求項１記載の信号注入装置において、前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路で増幅された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させて前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給し、かつ前記交流信号に基づいて前記キャンセル巻線に発生する電圧信号の前記増幅回路への入力を阻止するフィルタ回路とを備えて構成され、前記信号注入部は、前記磁性コアに巻回された第２の巻線を備え、前記第２の巻線に前記交流信号を供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する。

【0011】

また、請求項３記載の信号注入装置は、請求項１記載の信号注入装置において、前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号と前記交流信号とを加算して加算信号を出力する加算回路と、前記加算回路から出力された加算信号を増幅すると共に前記第１の巻線に供給して、前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を当該第１の巻線に供給すると共に前記交流信号を当該第１の巻線に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路とを備えている。

【0012】

また、請求項４記載の信号注入装置は、請求項１記載の信号注入装置において、前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号を増幅すると共に前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線の一端に供給する増幅回路とを備え、前記信号注入部は、前記交流信号を増幅すると共に当該増幅した交流信号を前記第１の巻線の他端に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路を備えている。

【0013】

また、請求項５記載の信号注入装置は、請求項１記載の信号注入装置において、前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記磁気コアに設けられて当該磁気コアに発生する磁束に応じた電圧信号を出力する磁束検出回路と、前記磁束検出回路から出力された前記電圧信号に含まれている前記交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に前記直流電流に基づく電圧信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した前記電圧信号を増幅すると共に前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給する電流ドライバとを備え、前記信号注入部は、前記磁性コアに巻回された第２の巻線を備え、前記第２の巻線に前記交流信号を供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する。

【0014】

また、請求項６記載の信号注入装置は、請求項２から５のいずれかに記載の信号注入装置において、前記磁束検出回路は、ホール素子、フラックスゲートセンサ、およびＧＭＲ素子のいずれかを前記磁性コアに配設して構成されている。

【0015】

また、請求項７記載の信号注入装置は、請求項２～６のいずれかに記載の信号注入装置において、前記フィルタ回路は、リアクトルで形成されたインダクターを含んだローパスフィルタで構成されている。

【0016】

また、請求項８記載の信号注入装置は、請求項１記載の信号注入装置において、前記磁束キャンセル部は、前記磁性コアに発生する前記交流信号の２倍の周波数に基づく磁束に応じた電圧信号の信号レベルを低下させる前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給する。

【0017】

また、請求項９記載の信号注入装置は、請求項１または８記載の信号注入装置において、前記信号注入部は、前記注入対象ラインに注入する前記交流信号と、当該交流信号の２倍の周波数の同期検波用の基準信号とを生成し、前記磁束キャンセル部は、前記磁気コアに巻回されると共に当該磁気コアに発生する前記第１の磁束をキャンセルするための第１の巻線と、前記第１の巻線に発生する前記交流信号の２倍の周波数の電圧信号を前記基準信号で同期検波する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力信号に含まれている直流信号を抽出するフィルタ回路と、前記フィルタ回路から出力された前記直流信号と前記交流信号とを加算する加算回路と、前記加算回路の出力信号を増幅すると共に前記第１の巻線に供給して、前記第１の磁束をキャンセルする向きで前記キャンセル電流を前記第１の巻線に供給すると共に前記交流信号を当該第１の巻線に供給して当該交流信号を前記注入対象ラインに注入する増幅回路とを備えている。

【0018】

また、請求項１０記載の信号注入装置は、請求項１から９のいずれかに記載の信号注入装置において、前記信号生成部は、前記交流信号の周波数をスイープさせる。

【0019】

また請求項１１記載のインピーダンス測定装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の信号注入装置を備えて、前記注入対象ラインに直列接続されている測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記注入対象ラインに前記交流信号を注入したときに、当該注入対象ラインを流れる前記交流信号の電流値と、前記測定対象に生じる電圧値とに基づいて当該測定対象のインピーダンスを測定する処理部を備えている。

【0020】

また、請求項１２記載のインピーダンス測定装置は、請求項１１記載のインピーダンス測定装置において、前記注入対象ラインを流れる前記交流信号の電流を当該注入対象ラインに対して非接触で検出して検出信号を前記処理部に出力する非接触型電流センサと、前記測定対象の両端電圧を検出する電圧検出部とを備え、電圧検出部は、前記測定対象の両端に接触して両端電圧信号を検出する電圧検出回路と、当該検出された両端電圧信号を前記測定対象から絶縁した状態で前記処理部に出力する絶縁回路とを備え、前記処理部は、前記検出信号を前記交流信号の前記電流値として入力すると共に前記両端電圧信号を前記測定対象に生じる前記電圧値として入力して前記測定対象の前記インピーダンスを測定する。

【0021】

また、請求項１３記載のインピーダンス測定装置は、請求項１２記載のインピーダンス測定装置において、前記処理部は、前記交流信号を入力すると共に前記検出信号を直交検波して当該交流電流の同相成分および直交成分を生成する第１直交検波回路と、前記交流信号を入力すると共に前記両端電圧信号を直交検波して交流電圧の同相成分および直交成分を生成する第２直交検波回路と、前記第１直交検波回路から出力される前記交流電流の同相成分および直交成分と、前記第２直交検波回路から出力される前記交流電圧の同相成分および直交成分とに基づいて前記測定対象の前記インピーダンスを演算する演算回路とを備えている。

【発明の効果】

【0022】

請求項１記載の信号注入装置では、磁束キャンセル部が、第２の磁束を磁性コアに発生させるキャンセル電流を磁性コアに巻回された第１の巻線に供給することで、磁性コアに挿通されている注入対象ラインに直流電流が流れることに起因して磁性コアに発生する第１の磁束をキャンセルする。したがって、この信号注入装置によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第２の巻線に交流信号を供給することで、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、直流電流が流れている注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0023】

また、請求項２記載の信号注入装置では、別個独立した第１の巻線および第２の巻線を備え、磁束キャンセル部のフィルタ回路が、増幅回路によって増幅された電圧信号に含まれている交流信号に基づく電圧信号の出力を阻止すると共に直流電流に基づく電圧信号を通過させて第１の磁束をキャンセルする向きでキャンセル電流を第１の巻線に供給し、かつ交流信号に基づいて第１の巻線に発生する電圧信号の増幅回路への入力を阻止する。したがって、この信号注入装置によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第２の巻線に交流信号を供給することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0024】

また、請求項３記載の信号注入装置では、増幅回路が、電圧信号と交流信号とが加算回路によって加算された加算信号を増幅して第１の巻線に供給することにより、キャンセル電流と交流信号に基づく交流電流とが第１の巻線において加算されつつ、磁性コアに第２の磁束および交流信号に基づく磁束を発生させる。したがって、この信号注入装置によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第１の巻線に交流信号（加算信号）を供給することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置によれば、１つの第１の巻線を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置を安価に構成することができる。

【0025】

また、請求項４記載の信号注入装置では、増幅回路が第１の巻線の一端にキャンセル電流を供給し、信号注入部の増幅回路が増幅した交流信号を第１の巻線の他端に供給することにより、キャンセル電流と交流信号に基づく交流電流とが第１の巻線において加算されつつ、磁性コアに第２の磁束および交流信号に基づく磁束を発生させる。したがって、この信号注入装置によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第１の巻線に交流信号を供給することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置によれば、１つの第１の巻線を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置を安価に構成することができる。

【0026】

また、請求項５記載の信号注入装置では、電流ドライバが高い出力インピーダンスの状態で第１の巻線にキャンセル電流を供給する。この場合、信号注入部が第２の巻線に交流信号を供給することで磁性コアに交流信号に基づく磁束が発生する。この際に、発生した磁束に基づく交流電流が第１の巻線に流れようとするが、電流ドライバの出力インピーダンスが高いため、その磁束に基づく交流電流は、第１の巻線から電流ドライバの出力部に向かう向きでは流れない。このため、電流ドライバは、磁性コアに発生している交流信号に基づく磁束をキャンセルさせるようとするキャンセル電流を流すことなく、磁束検出回路によって検出される第１の磁束の大きさがゼロになるようなキャンセル電流を生成して第１の巻線に供給する。したがって、この信号注入装置によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第２の巻線に交流信号を供給することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0027】

また、請求項６記載の信号注入装置によれば、ホール素子、フラックスゲートセンサ、およびＧＭＲ素子のいずれかを磁性コアに配設して磁束検出回路を構成したことにより、簡易な構成でありながら第１の磁束を確実に検出することができる。

【0028】

また、請求項７記載の信号注入装置によれば、インダクタンスの大きいリアクトルで形成されたインダクターを含んだローパスフィルタでフィルタ回路を構成したことにより、カットオフ周波数をできる限り周波数０Ｈｚに近づけることができる結果、直流電流に基づく電圧信号だけを通過させることができると共に安価に構成することができる。特に、交流信号に基づいて第１の巻線に発生する電圧信号の増幅回路への入力を阻止する機能を有するフィルタ回路を備えた信号注入装置によれば、交流信号の第２の巻線への供給によって磁性コアに発生した磁束に基づいて第１の巻線に発生する電圧信号の増幅回路への入力がフィルタ回路によって阻止されるため、磁性コア発生させた磁束に基づいて注入対象ラインに注入する交流信号のレベル低下を回避することができる結果、注入対象ラインに交流信号を確実かつ効率良く注入することができる。

【0029】

また、請求項８記載の信号注入装置では、磁束キャンセル部が、磁性コアに発生する交流信号の２倍の周波数に基づく磁束に応じた電圧信号の信号レベルを低下させるキャンセル電流を第１の巻線に供給することにより、磁性コアの磁気飽和を直接的に検出することができる結果、磁性コアにおいて磁気飽和を発生させることなく、交流信号に基づく磁束をより確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号をより確実にしかも効率良く注入することができる。

【0030】

また、請求項９記載の信号注入装置では、同期検波回路が、第１の巻線に発生する交流信号の２倍の周波数の電圧信号を基準信号で同期検波し、加算回路が、同期検波回路の出力信号に含まれている直流信号と交流信号とを加算し、増幅回路が、加算回路から出力された加算信号を増幅すると共に第１の巻線に供給して、第１の磁束をキャンセルする向きでキャンセル電流を第１の巻線に供給することにより、注入対象ラインに注入する大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第１の巻線に交流信号を供給することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置では、磁気飽和状態の磁性コアに発生する交流信号の歪信号である交流信号の周波数の２倍の周波数の高調波信号の大きさを検出してその歪信号を低減させるように、磁束キャンセル部が全体としてフィードバック制御される。このため、この信号注入装置によれば、磁性コアの磁気飽和を直接的に検出することができる結果、磁性コアにおいて磁気飽和を発生させることなく、交流信号に基づく磁束をより確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号をより確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置によれば、１つの第１の巻線を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置を安価に構成することができる。

【0031】

また、請求項１０記載の信号注入装置では、信号注入部が交流信号の周波数をスイープさせることにより、例えば、信号注入装置をインピーダンス測定装置に組み込んだ場合に、測定対象に正弦波信号である交流信号を供給してその周波数応答を測定可能なＦＲＡ として構成することができるため、高精度なインピーダンス測定を行うことができる。

【0032】

また、請求項１１記載のインピーダンス測定装置では、処理部が、注入対象ラインに直列接続されている測定対象のインピーダンスを測定する際に、注入対象ラインに交流信号を注入したときに、その注入対象ラインを流れる交流信号の電流値と、測定対象に生じる電圧値とに基づいて測定対象のインピーダンスを測定することにより、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束をより確実に発生させて、注入対象ラインに交流信号をより確実にしかも効率良く注入することができる結果、高い精度で測定対象のインピーダンスを測定することができる。

【0033】

また、請求項１２記載のインピーダンス測定装置では、非接触型電流センサが、注入対象ラインを流れる交流電流の電流を注入対象ラインに対して非接触で検出して検出信号を処理部に出力し、電圧検出部が、測定対象の両端に接触して検出した両端電圧信号を測定対象から絶縁した状態で処理部に出力することにより、測定対象に非常に高い電圧が生じていたとしても、また、負荷やインピーダンス測定装置の周囲にスイッチングノイズなどのノイズが存在する場合であっても、測定対象に交流信号の注入に基づく電流が流れて測定対象内に発生する微小の交流電圧を精度良く検出することができる。したがって、このインピーダンス測定装置によれば、測定対象のインピーダンスを精度良く測定することができる。また、このインピーダンス測定装置によれば、非接触型電流センサを用いたことにより、注入対象ラインを切断することなく、非接触で測定対象のインピーダンスを測定することができる。

【0034】

また、請求項１３記載のインピーダンス測定装置では、処理部の演算回路が、第１の直交検波回路から出力される交流電流の同相成分および直交成分と、第２の直交検波回路から出力される交流電圧の同相成分および直交成分とに基づいて測定対象のインピーダンスを演算することにより、注入対象ラインに注入された交流信号の信号レベルが小さいときであっても、雑音レベル（Ｎ）に対する信号レベル（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｎ）を高めて精度良くインピーダンスを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。

【図2】ＬＰＦ４３の周波数特性を示す特性図（磁束キャンセル部４による磁性コア２に発生する磁束Ｍｂをキャンセルする能力を示す特性図）である。

【図3】磁束キャンセル部４Ａの構成を示す構成図である。

【図4】磁束キャンセル部４Ｂの構成を示す構成図である。

【図5】磁束キャンセル部４Ｃの構成を示す構成図である。

【図6】信号注入部３および磁束キャンセル部４Ｄの構成を示す構成図である。

【図7】ＬＰＦ４３の他の構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、信号注入装置およびインピーダンス測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

【0037】

図１に示すインピーダンス測定装置１は、「インピーダンス測定装置」の一例であって、例えば、負荷Ｌｏａｄが接続されている状態の測定対象としての電池（バッテリー）Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定可能に構成されている。また、インピーダンス測定装置１は、電池Ｂａｔに正弦波信号である後述の交流信号Ｓ１を供給してその周波数応答を測定可能なＦＲＡ （Frequency Response Analyzer）として構成されて、高精度なインピーダンス測定が可能となっている。

【0038】

例えば、燃料電池車において、モータなどの大電流を消費する負荷Ｌｏａｄと、複数の電池セルを直列接続して構成される電池Ｂａｔ（同図では、全体として１つの電池で図示している）とが、例えば導体である芯線が絶縁被覆された絶縁被覆ケーブル、エナメル線および絶縁被覆されていない電線などの導体で形成されたパワーライン（以下、「注入対象ラインＬ」ともいう）で接続されており、この注入対象ラインＬには、電池Ｂａｔから負荷Ｌｏａｄに直流大電流が流れている。このような接続状態において電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定するためには、インピーダンス測定用の交流信号Ｓ１（例えば、１００Ｈｚ～１０ＭＨｚ、特に１ＫＨｚ～１０ＫＨｚ）を電池Ｂａｔに供給する必要がある。この際に、このインピーダンス測定装置１では、電池Ｂａｔから負荷Ｌｏａｄに直流大電流が流れている注入対象ラインＬに、後述する注入抽出装置１０を用いて交流信号Ｓ１を注入可能に構成されている。

【0039】

具体的には、インピーダンス測定装置１は、磁性コア２、信号注入部３、磁束キャンセル部４、非接触型電流センサ５、電圧検出部６、処理部７および出力部８を備えて構成されている。この場合、磁性コア２、信号注入部３および磁束キャンセル部４によって「信号注入装置１０」が構成される。

【0040】

磁性コア２は、例えば、フェライト、パーマロイ、パーメンジュール、ケイ素鋼板および純鉄などの材料を用いて、直流電流Ｉｂが流れる注入対象ラインＬが挿通可能に、円形状、楕円形状、矩形状および多角形状状などの環状に形成されている。また、磁性コア２は、磁束キャンセル用のキャンセル電流としての負帰還の直流電流（以下、「キャンセル電流Ｉｃ」ともいう）を供給するための第１の巻線としての磁束キャンセル用巻線Ｗ１と、交流信号Ｓ１を注入するための第２の巻線としての信号注入用巻線Ｗ２とが巻回されると共にそのギャップＧ内にホール素子４１が配設されて構成されている。この場合、ギャップＧを設けることで、磁性コア２の磁気飽和がし難くなっている。なお、磁性コア２については、分割可能なクランプ型の構成を採用することもできる。また、磁束キャンセル用巻線Ｗ１および信号注入用巻線Ｗ２の一端に信号が注入されると共に他端が後述する基準電位（フローティンググランド）に接続されている。

【0041】

信号注入部３は、測定用の交流信号Ｓ１を生成すると共に注入対象ラインＬに対して（注入対象ラインＬの芯線（導線）に対して）交流信号Ｓ１を非接触で注入可能に構成されている。具体的には、信号注入部３は、電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定するための正弦波信号である交流信号Ｓ１を生成すると共に出力段に配置されたＤ級増幅回路で交流信号Ｓ１をＤ級増幅して出力可能に構成された信号生成回路３１と、上記した信号注入用巻線Ｗ２とを備えて構成されている。この信号注入部３では、信号生成回路３１が、注入対象ラインＬに注入する交流信号Ｓ１の信号レベルおよび周波数を処理部７から出力される制御信号Ｓｃ１によって制御されて周波数をスイープ（例えば、１ＫＨｚ～１０ＫＨｚ）させつつ、生成した交流信号Ｓ１を処理部７に出力すると共にＤ級増幅して信号注入用巻線Ｗ２に供給する。この場合、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１をトランス方式（信号注入用巻線Ｗ２が複数ターンの一次巻線で注入対象ラインＬが１ターンの二次巻線）で供給する（つまり、信号注入用巻線Ｗ２の両端に交流信号Ｓ１を印加する）ことで交流信号Ｓ１に基づく交流電流Ｉａｃが信号注入用巻線Ｗ２を流れて、交流信号Ｓ１に基づく磁束Ｍｃが図１に示す向きで磁性コア２に発生すると共にその磁束Ｍｃの大きさに応じた電流値の交流信号である注入電流Ｉｉがノーマルモード信号として注入対象ラインＬに供給される（注入される）。なお、信号生成回路３１による周波数のスイープは必須ではなく、スイープが不要の場合には、固定周波数の交流信号Ｓ１を生成する構成を信号生成回路３１に適用することもできる。

【0042】

磁束キャンセル部４は、注入対象ラインＬに直流電流Ｉｂが流れた際に、磁性コア２に図１に示す向きで発生する第１の磁束としての磁束Ｍｂを、ゼロフラックス法により、磁束Ｍｂとは逆向きの第２の磁束としての磁束Ｍｄを磁性コア２に発生させてキャンセル（相殺）可能に構成されている。具体的には、磁束キャンセル部４は、上記したギャップＧに配設された磁束検出回路の一例としてのホール素子４１、電圧ドライバ４２、ローパスフィルタ４３（以下、「ＬＰＦ４３」ともいう）および信号注入用巻線Ｗ２を備えて構成されている。

【0043】

ホール素子４１は、「磁束検出回路」の一例であって、磁性コア２に設けられて磁気コア２に発生する磁束に応じた電圧信号Ｓ２を出力する。この場合、ホール素子４１から検出信号として電流信号が出力される構成であってもよく、そのような電流信号によって電圧信号に変換された信号も「電圧信号Ｓ２」に含まれる。なお、「磁束検出回路」は、ホール素子に限らず、フラックスゲートセンサや磁気抵抗素子(MR:Magneto Resistive)などを磁性コア２に配設して構成することもできる。また、磁気抵抗素子として、ＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistive ）、半導体磁気抵抗素子(SMR )、強磁性体薄膜材料を用いた異方性磁気抵抗素子(AMR：Anisotropic Magneto Resistive)、巨大磁気抵抗素子(GMR：Giant Magneto Resistive)およびトンネル磁気抵抗素子(TMR：Tunnel Magneto Resistive )を用いることができる。

【0044】

電圧ドライバ４２は、全体として負帰還増幅回路として機能する増幅回路の一例であって、電圧信号Ｓ２を増幅して低インピーダンスでＬＰＦ４３に出力する。ＬＰＦ４３は、フィルタ回路の一例であって、電圧ドライバ４２で増幅された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させて磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給し、かつ交流信号Ｓ１の信号注入用巻線Ｗ２への供給によって磁性コア２に発生した磁束Ｍｃに基づいて磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号（交流信号に基づいてキャンセル巻線に発生する電圧信号）の電圧ドライバ４２への入力を阻止する。具体的には、ＬＰＦ４３は、図１に示すように、例えば、電圧ドライバ４２側の入力端Ｔｉと基準電位との間にコンデンサＣ１が接続されると共に入力端Ｔｉと磁束キャンセル用巻線Ｗ１側の出力端Ｔｏとの間にインダクターＬ１が接続されたＬ型のＬＣフィルタで構成されて、図２に示すように、そのカットオフ周波数が交流信号Ｓ１の周波数（周波数スイープさせているときには、交流信号Ｓ１の最低周波数）よりも低い周波数となる周波数特性を有しており、交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させる。

【0045】

この場合、直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２だけを通過させるためには、カットオフ周波数はできる限り周波数０Ｈｚに近いのが好ましい。したがって、この磁束キャンセル部４では、例えば、インダクタンスの大きいリアクトルで形成されたインダクターを含んだＬＰＦ４３でフィルタ回路が構成されている。このため、ＬＰＦ４３は、カットオフ周波数ができる限り周波数０Ｈｚに近づけられており、交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２だけを通過させて磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給することができ、しかも安価に構成されている。また、交流信号Ｓ１の信号注入用巻線Ｗ２への供給によって磁性コア２に発生した磁束Ｍｃに基づいて磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号の電圧ドライバ４２への入力が阻止されるため、磁性コア２に発生させた磁束Ｍｃに基づいて注入対象ラインＬに注入する注入電流Ｉｉ（交流信号Ｓ１）のレベル低下が回避される。なお、ＬＰＦ４３は、図１に示すＬ型のＬＣフィルタ以外に各種構成のローパスフィルタを採用することができる。例えば、図７に示すように、入力端Ｔｉと出力端Ｔｏとの間に、上記のインダクターＬ１と、インダクタンスの小さいインダクターＬ２を直列接続し、かつインダクターＬ２，Ｌ１の接続点と基準電位との間に上記のコンデンサＣ１を接続したＴ型のＬＣフィルタで構成してもよい。また、図示はしないが、π型のＬＣフィルタで構成してもよい。さらに、後述する各磁束キャンセル部４Ａ，４Ｂ，４ＣにおけるＬＰＦ４３や、磁束キャンセル部４ＤにおけるＬＰＦ４８については、注入電流Ｉｉのレベル低下の回避という機能を必要としないため、内部のインダクターＬ１については、インダクタンスの大きいリアクトルではなく、インダクタンスの小さなインダクターを用いることができる。また、各磁束キャンセル部４，４Ａ，４Ｂ，４ＣにおけるＬＰＦ４３や磁束キャンセル部４ＤにおけるＬＰＦ４８の構成は、Ｌ型、Ｔ型およびπ型などのＬＣ型のローパスフィルタに限らず、インダクターに代えて抵抗を用いたＬ型、Ｔ型およびπ型などのＲＣ型のローパスフィルタなど、各種のローパスフィルタを採用することができる。また、ＬＰＦ４３の周波数特性は、磁束キャンセル部４による磁性コア２に発生する磁束をキャンセルする能力を示す周波数特性と一致している。

【0046】

また、キャンセル電流Ｉｃの流れる向きおよび磁束キャンセル用巻線Ｗ１の巻回方向は、電池Ｂａｔから負荷Ｌｏａｄに供給される直流電流Ｉｂが流れることによって磁性コア２内に生じる磁束Ｍｂを低減させる向きの磁束Ｍｄが生じるように予め設定されている。したがって、磁束キャンセル部４の電圧ドライバ４２が、ホール素子４１によって検出される磁束Ｍｂの大きさがゼロになるような電圧信号Ｓ２（キャンセル電流Ｉｃ）を生成して磁性コア２に巻回された磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給することにより、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和が回避される。この結果、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃが確実に発生して、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１が確実に注入される。

【0047】

非接触型電流センサ５は、いわゆるクランプ型の電流センサであって、注入対象ラインＬ（注入対象ラインＬの芯線（導線））を流れる交流電流である注入電流Ｉｉを注入対象ラインＬに対して非接触で検出して、注入電流Ｉｉの電流値を示す検出信号Ｓ３を処理部７に出力する。

【0048】

電圧検出部６は、接触型の一対のプローブＰ１，Ｐ２、バッファ回路６１および絶縁回路６２を備えて、電池Ｂａｔの両端電圧を検出して両端電圧信号Ｓ４を処理部７に出力する。この場合、バッファ回路６１は、電圧検出回路の一例であって、直流電圧の入力を阻止すると共に交流電圧の入力を可能とするカップリングコンデンサを一対の入力部にそれぞれ備えており、プローブＰ１，Ｐ２によって検出された交流電圧の差分電圧を生成して電池Ｂａｔの両端電圧としての両端電圧信号Ｓ４を出力する。また、絶縁回路６２は、負荷Ｌｏａｄ、電池Ｂａｔおよびバッファ回路６１を含む回路の基準電位（グランド）と、バッファ回路６１を除くインピーダンス測定装置１の基準電位（フローティンググランド）とを絶縁すると共に、絶縁した状態の両端電圧信号Ｓ４を処理部７に出力する。

【0049】

処理部７は、例えば、ＣＰＵで構成されて、Ａ／Ｄ変換回路７１～７３、移相回路７４、直交検波回路７５，７６、演算回路７７および内部メモリ７８を備えて構成され、検出信号Ｓ３および両端電圧信号Ｓ４を入力すると共に検出信号Ｓ３および両端電圧信号Ｓ４に基づいて測定対象である電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定する。この場合、Ａ／Ｄ変換回路７１は、信号生成回路３１から出力された交流信号Ｓ１を入力すると共にＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）して正弦波の交流信号Ｓ１の電圧値、周波数および位相を示す信号データＤ１１（sinωｔ ）を移相回路７４および直交検波回路７５，７６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路７２は、非接触型電流センサ５から出力された検出信号Ｓ３を入力すると共にＡ／Ｄ変換して検出信号Ｓ３（注入電流Ｉｉ）の電流値、周波数および位相を示す信号データＤ１２を直交検波回路７５に出力する。Ａ／Ｄ変換回路７３は、絶縁回路６２から出力された両端電圧信号Ｓ４を入力すると共にＡ／Ｄ変換して両端電圧信号Ｓ４の電圧値、周波数および位相を示す信号データＤ１３を直交検波回路７６に出力する。

【0050】

移相回路７４は、Ａ／Ｄ変換回路７１から出力された信号データＤ１１（sinωｔ ）を入力すると共に信号データＤ１１で示される正弦波信号である交流信号Ｓ１の位相を９０°移相させて余弦波信号を生成すると共にその余弦波信号の電流値、周波数および位相を示す信号データＤ１１（cosωｔ ）を生成して直交検波回路７５，７６に出力する。直交検波回路７５は、Ａ／Ｄ変換回路７２から出力された検出信号Ｓ３（注入電流Ｉｉの交流電流値）を示す信号データＤ１２を入力すると共に、Ａ／Ｄ変換回路７１から出力された正弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（sinωｔ ）および移相回路７４から出力された余弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（cosωｔ ）で信号データＤ１２を直交検波して、注入電流Ｉｉの電流値の同相成分（Ｉ成分：In-phse 成分）および直交成分（Ｑ成分：Quadrature 成分 ）を複素数で示す電流データＤｉを生成して演算回路７７に出力する。直交検波回路７６は、Ａ／Ｄ変換回路７３から出力された両端電圧信号Ｓ４（注入電流Ｉｉが流れることに起因して電池Ｂａｔの両端に発生する交流電圧の電圧値）を示す信号データＤ１３を入力すると共に、Ａ／Ｄ変換回路７１から出力された正弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（sinωｔ ）および移相回路７４から出力された余弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（cosωｔ ）で信号データＤ１３を直交検波して、両端電圧信号Ｓ４の電圧値の同相成分（Ｉ成分：In-phse 成分）および直交成分（Ｑ成分：Quadrature 成分 ）を複素数で示す電圧データＤｖを生成して演算回路７７に出力する。

【0051】

演算回路７７は、直交検波回路７５から出力された電流データＤｉを入力すると共に直交検波回路７６から出力された電圧データＤｖを入力して、電流データＤｉおよび電圧データＤｖに基づいて電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを演算する。また、演算回路７７は、演算結果としての電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを示すインピーダンスデータＤｚを内部メモリ７８に出力して記憶させると共に出力部８に出力する。また、演算回路７７は、非接触型電流センサ５によって検出された注入電流Ｉｉの電流値がインピーダンス測定の際に必要な目標電流値範囲（例えば、１ｍＡ±０．１ｍＡ）内に含まれるように、制御信号Ｓｃ１を信号注入部３に出力して、信号注入部３（信号生成回路３１）から出力される交流信号Ｓ１の信号レベルを制御する。具体的には、演算回路７７は、入力した電流データＤｉ（Ａ／Ｄ変換回路７２から出力される信号データＤ１２でもよい）に基づき、注入対象ラインＬに注入されている注入電流Ｉｉの電流値（交流信号Ｓ１の信号レベル）を監視しつつ、信号注入部３から出力される交流信号Ｓ１の信号レベルを制御信号Ｓｃ１を出力して制御する。また、内部メモリ７８は、半導体メモリやハードディスク装置などで構成されて、インピーダンスデータＤｚなどを記憶する。

【0052】

出力部８は、一例として、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどの表示装置（ディスプレイ）で構成されて、処理部７から出力されたインピーダンスデータＤｚを入力して電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを画面上に表示する。なお、出力部８は、表示装置に代えて、外部装置とデータ通信を行うインターフェース装置で構成して、この外部装置にインピーダンスデータＤｚを出力する構成を採用することもできる。

【0053】

次に、インピーダンス測定装置１による測定対象としての電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定する測定方法について添付図面を参照して説明する。

【0054】

最初に、電池Ｂａｔと負荷Ｌｏａｄとを注入対象ラインＬで接続する。この状態で負荷Ｌｏａｄが作動したときには、電池Ｂａｔから注入対象ラインＬを介して負荷Ｌｏａｄに大電流の直流電流Ｉｂが流れる。この状態において、注入対象ラインＬに非接触型電流センサ５をクランプさせると共に電池Ｂａｔの両端にプローブＰ１，Ｐ２を接触させる。

【0055】

次いで、図外の測定開始スイッチを操作する。これにより、処理部７が、信号生成回路３１を制御して交流信号Ｓ１を生成させる。この際には、信号生成回路３１が、周波数をスイープさせつつ交流信号Ｓ１を生成し、生成した交流信号Ｓ１を処理部７に出力すると共にＤ級増幅した交流信号Ｓ１を信号注入用巻線Ｗ２に供給する。この場合、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１を供給することで交流電流Ｉａｃが信号注入用巻線Ｗ２を流れて、交流信号Ｓ１に基づく磁束Ｍｃが図１に示す向きで磁性コア２に発生すると共にその磁束Ｍｃの大きさに応じた電流値の交流信号である注入電流Ｉｉが注入対象ラインＬに注入される。したがって、交流信号Ｓ１は、信号注入用巻線Ｗ２を介して注入対象ラインＬの芯線に対して非接触の状態で注入される。

【0056】

また、磁束キャンセル部４は、磁性コア２に直流電流Ｉｂが流れた際に、磁性コア２に図１に示す向きで発生する第１の磁束としての磁束Ｍｂを、磁束Ｍｂとは逆向きの第２の磁束としての磁束Ｍｄをゼロフラックス法により磁性コア２に発生させてキャンセルする。具体的には、ホール素子４１が、磁気コア２に発生する磁束に応じた電圧信号Ｓ２を電圧ドライバ４２に出力する。次いで、電圧ドライバ４２が、電圧信号Ｓ２を増幅して低インピーダンスでＬＰＦ４３に出力する。また、ＬＰＦ４３は、電圧ドライバ４２で増幅された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２（磁束Ｍｃに基づく電圧信号Ｓ２）の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させて磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給し、かつ交流信号Ｓ１が信号注入用巻線Ｗ２に供給されることに起因して磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号の電圧ドライバ４２への入力を阻止する。したがって、電圧ドライバ４２は、磁性コア２に発生している交流信号Ｓ１に基づく磁束Ｍｃをキャンセルさせるようとするキャンセル電流を流すことなく、ホール素子４１によって検出される磁束Ｍｂの大きさがゼロになるようなキャンセル電流Ｉｃを生成して磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する。これにより、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和が回避される。また、交流信号Ｓ１の信号注入用巻線Ｗ２への供給によって磁性コア２に発生した磁束Ｍｃに基づいて磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号の電圧ドライバ４２への入力がＬＰＦ４３によって阻止されるため、磁性コア２に発生させた磁束Ｍｃに基づいて注入対象ラインＬに注入する注入電流Ｉｉ（交流信号Ｓ１）のレベル低下が回避される。この結果、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１が供給されることにより、磁性コア２において磁束Ｍｃが確実に発生して、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１が確実かつ効率良く注入される。

【0057】

一方、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１が注入されると共に直流電流Ｉｂが流れている状態では、非接触型電流センサ５が、注入対象ラインＬを流れている注入電流Ｉｉを注入対象ラインＬに対して非接触で検出して、その電流値を示す検出信号Ｓ３を処理部７に出力する。

【0058】

また、電圧検出部６のバッファ回路６１が、一対のプローブＰ１，Ｐ２を介して、電池Ｂａｔの両端における電圧を入力して交流電圧の差分電圧である両端電圧信号Ｓ４を絶縁回路６２に出力する、この場合、バッファ回路６１は、一対の入力部にカップリングコンデンサを備えているため、プローブＰ１，Ｐ２によって検出された交流電圧の差分電圧のみを生成して電池Ｂａｔの両端電圧としての両端電圧信号Ｓ４を出力する。次いで、絶縁回路６２が両端電圧信号Ｓ４を処理部７に出力する。この際に、絶縁回路６２は、負荷Ｌｏａｄや電池Ｂａｔ側の基準電位（グランド）と、インピーダンス測定装置１の基準電位（フローティンググランド）とを絶縁した状態で両端電圧信号Ｓ４を処理部７に出力する。この結果、絶縁回路６２を介してインピーダンス測定装置１に両端電圧信号Ｓ４が出力されることにより、電池Ｂａｔの出力電圧が非常に高い電圧であったとしても、電池Ｂａｔに交流信号Ｓ１が流れて電池Ｂａｔ内に発生する微小の交流電圧を精度良く検出することが可能となっている。

【0059】

一方、処理部７では、Ａ／Ｄ変換回路７１が、交流信号Ｓ１を入力すると共にＡ／Ｄ変換して正弦波の交流信号Ｓ１の電圧値、周波数および位相を示す信号データＤ１１（sinωｔ ）を移相回路７４および直交検波回路７５，７６に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路７２が、検出信号Ｓ３を入力すると共にＡ／Ｄ変換して検出信号Ｓ３の電流値、周波数および位相を示す信号データＤ１２を直交検波回路７５に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路７３が、両端電圧信号Ｓ４を入力すると共にＡ／Ｄ変換して両端電圧信号Ｓ４の電圧値、周波数および位相を示す信号データＤ１２を直交検波回路７６に出力する。また、移相回路７４が、信号データＤ１１を入力すると共に信号データＤ１１で示される正弦波信号である交流信号Ｓ１の位相を９０°移相させて余弦波信号を生成すると共にその余弦波信号の電流値、周波数および位相を示す信号データＤ１１（cosωｔ ）を生成して直交検波回路７５，７６に出力する。

【0060】

また、直交検波回路７５は、検出信号Ｓ３を示す信号データＤ１２を入力すると共に、正弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（sinωｔ ）および余弦波の交流信号Ｓ１を示す信号データＤ１１（cosωｔ ）で信号データＤ１２直交検波して、注入電流Ｉｉの電流値の同相成分および直交成分を複素数で示す電流データＤｉを生成して演算回路７７に出力する。また、直交検波回路７６は、両端電圧信号Ｓ４を示す信号データＤ１３を入力すると共に、信号データＤ１１（sinωｔ ）および信号データＤ１１（cosωｔ ）で信号データＤ１３を直交検波して、両端電圧信号Ｓ４の電圧値の同相成分および直交成分を複素数で示す電圧データＤｖを生成して演算回路７７に出力する。次いで、演算回路７７が、電流データＤｉおよび電圧データＤｖを入力して、電流データＤｉおよび電圧データＤｖに基づいて電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを演算してインピーダンスデータＤｚを内部メモリ７８に出力して記憶させると共に出力部８に出力する。この際に、出力部８は、インピーダンスデータＤｚを入力して電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを表示装置の画面上に表示する。なお、演算回路７７は、交流信号Ｓ１の周波数情報をインピーダンスデータＤｚに含めることにより、交流信号Ｓ１の周波数に対する電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂの周波数特性を表示装置の画面上に表示させることもできる。また、演算回路７７は、入力した電流データＤｉ（Ａ／Ｄ変換回路７２から出力される信号データＤ１２でもよい）に基づいて、注入対象ラインＬを流れる直流電流Ｉｂの電流値情報を生成し、その電流値情報をインピーダンスデータＤｚに含めることにより、直流電流Ｉｂの電流値に対する電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂの特性を表示装置の画面上に表示させることもできる。

【0061】

また、演算回路７７は、入力した電流データＤｉ（Ａ／Ｄ変換回路７２から出力される信号データＤ１２でもよい）に基づき、注入対象ラインＬに注入されている注入電流Ｉｉの電流値を監視しつつ、非接触型電流センサ５によって検出された注入電流Ｉｉの電流値がインピーダンス測定の際に必要な目標電流値範囲内に含まれるように、制御信号Ｓｃ１を出力して信号注入部３から出力される交流信号Ｓ１の信号レベルを制御する。これにより、注入電流Ｉｉが目標電流値範囲内に含まれるため、検出信号Ｓ３や両端電圧信号Ｓ４の雑音レベル（Ｎ）に対する信号レベル（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｎ）を高めることができる結果、演算回路７７によって行われる内部インピーダンスＺｂの演算処理（測定処理）において、精度良く内部インピーダンスＺｂを測定することができる。以上により、インピーダンス測定装置１による電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂの測定が終了する。

【0062】

このように、この信号注入装置１０では、磁束キャンセル部４が、磁束Ｍｄを磁性コア２に発生させるキャンセル電流Ｉｃを磁性コア２に巻回された磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給することで、磁性コア２に挿通されている注入対象ラインＬに直流電流Ｉｂが流れることに起因して磁性コア２に発生する磁束Ｍｂをキャンセルする。したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１を供給することで、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、直流電流Ｉｂが流れている注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0063】

また、この信号注入装置１０では、別個独立した磁束キャンセル用巻線Ｗ１および信号注入用巻線Ｗ２を備え、磁束キャンセル部４のＬＰＦ４３が、電圧ドライバ４２によって増幅された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させて磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給し、かつ交流信号Ｓ１に基づいて磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号の電圧ドライバ４２への入力を阻止する。したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0064】

なお、「信号注入装置」の構成、および「インピーダンス測定装置」の構成については、上記のインピーダンス測定装置１の例に限定されない。例えば、磁束キャンセル部４については、図３に示す構成を採用することができる。なお、以下に説明する構成において、上記したインピーダンス測定装置１における各構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0065】

図３に示す磁束キャンセル部４Ａは、ホール素子４１、磁束キャンセル用巻線Ｗ１、ＬＰＦ４３、加算回路４４および電圧ドライバ４２を備えて構成されている。この場合、１つの磁束キャンセル用巻線Ｗ１が、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを有している。また、ＬＰＦ４３は、フィルタ回路の一例であって、磁束キャンセル部４のＬＰＦ４３と同様の周波数特性を有しており、ホール素子４１から出力された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させる。加算回路４４は、ＬＰＦ４３を通過した電圧信号Ｓ２と交流信号Ｓ１とを加算して加算信号Ｓａを生成して出力する。電圧ドライバ４２は、加算回路４４から出力された加算信号Ｓａを増幅すると共に磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給して、磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給すると共に交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給して交流信号Ｓ１を注入対象ラインＬに注入する。

【0066】

この信号注入装置１０では、電圧ドライバ４２が、電圧信号Ｓ２と交流信号Ｓ１とが加算回路４４によって加算された加算信号Ｓａを増幅して磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給することにより、キャンセル電流Ｉｃと交流電流Ｉａｃとが磁束キャンセル用巻線Ｗ１において加算されつつ、磁性コア２に磁束Ｍｄ，Ｍｃを発生させる。したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、磁束キャンセル用巻線Ｗ１に交流信号Ｓ１（加算信号Ｓａ）を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置１０によれば、１つの磁束キャンセル用巻線Ｗ１を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置１０を安価に構成することができる。

【0067】

また、図４に示す磁束キャンセル部４Ｂは、ホール素子４１、磁束キャンセル用巻線Ｗ１、ＬＰＦ４３、および電圧ドライバ４２を備えて構成されている。また、信号注入部３Ａは、上記の信号注入部３の構成に加えて電圧ドライバ３２を備えている。この場合、１つの磁束キャンセル用巻線Ｗ１が、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを有している。また、ＬＰＦ４３は、フィルタ回路の一例であって、磁束キャンセル部４のＬＰＦ４３と同様の周波数特性を有しており、ホール素子４１から出力された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させる。電圧ドライバ４２は、ＬＰＦ４３を通過した電圧信号Ｓ２を増幅すると共に磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１の一端Ｔ１に供給する。また、電圧ドライバ３２は、交流信号Ｓ１を増幅すると共に増幅した交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を磁束キャンセル用巻線Ｗ１の他端Ｔ２に供給して交流信号Ｓ１を注入対象ラインＬに注入する。

【0068】

この信号注入装置１０では、電圧ドライバ４２が磁束キャンセル用巻線Ｗ１の一端Ｔ１側から磁束キャンセル用巻線Ｗ１を介して電圧ドライバ３２の出力部に向けて電圧信号Ｓ２（キャンセル電流Ｉｃ）を供給し、電圧ドライバ３２が磁束キャンセル用巻線Ｗ１の他端Ｔ２側から磁束キャンセル用巻線Ｗ１を介して電圧ドライバ４２の出力部に向けて交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を供給することにより、キャンセル電流Ｉｃと交流電流Ｉａｃとが磁束キャンセル用巻線Ｗ１において加算されつつ、磁性コア２に磁束Ｍｄ，Ｍｃを発生させる。したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、磁束キャンセル用巻線Ｗ１に交流信号Ｓ１を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置１０によれば、１つの磁束キャンセル用巻線Ｗ１を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置１０を安価に構成することができる。

【0069】

また、図５に示す磁束キャンセル部４Ｃは、ホール素子４１、磁束キャンセル用巻線Ｗ１、ＬＰＦ４３、および電流ドライバ４５を備えて構成されている。この場合、ＬＰＦ４３は、フィルタ回路の一例であって、磁束キャンセル部４のＬＰＦ４３と同様の周波数特性を有しており、ホール素子４１から出力された電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１に基づく電圧信号Ｓ２の出力を阻止すると共に直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２を通過させる。電流ドライバ４５は、ＬＰＦ４３を通過した電圧信号Ｓ２を増幅すると共に磁束Ｍｂをキャンセルする向きでキャンセル電流Ｉｃを高い出力インピーダンスで出力して磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する。また、信号注入部３は、図１に示した信号注入部３と同様にして、磁性コア２に巻回された信号注入用巻線Ｗ２を備え、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を供給して交流信号Ｓ１を注入対象ラインＬに注入する。

【0070】

この信号注入装置１０では、電流ドライバ４５が高い出力インピーダンスの状態で磁束キャンセル用巻線Ｗ１に電圧信号Ｓ２（キャンセル電流Ｉｃ）を供給する。この場合、信号注入部３が信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１を供給することで磁性コア２に磁束Ｍｃが発生する。この際に、発生した磁束Ｍｃに基づく交流電流が磁束キャンセル用巻線Ｗ１に流れようとするが、電流ドライバ４５の出力インピーダンスが高いため、磁束Ｍｃに基づく交流電流は、磁束キャンセル用巻線Ｗ１から電流ドライバ４５の出力部に向かう向きでは流れない。このため、電流ドライバ４５は、磁性コア２に発生している交流信号Ｓ１に基づく磁束Ｍｃをキャンセルさせるようとするキャンセル電流を流すことなく、ホール素子４１によって検出される磁束Ｍｂの大きさがゼロになるようなキャンセル電流Ｉｃを生成して磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する。したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、信号注入用巻線Ｗ２に交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。

【0071】

また、以上の信号注入装置１０によれば、ホール素子４１、フラックスゲートセンサ、およびＧＭＲ素子のいずれかを磁性コア２に配設して磁束検出回路を構成したことにより、簡易な構成でありながら磁束Ｍｂを確実に検出することができる。

【0072】

また、インダクタンスの大きいリアクトルで形成されたインダクターを含んだＬＰＦ４３でフィルタ回路を構成したことにより、カットオフ周波数をできる限り周波数０Ｈｚに近づけることができる結果、直流電流Ｉｂに基づく電圧信号Ｓ２だけを通過させることができると共に安価に構成することができる。また、磁束キャンセル部４を有する信号注入装置１０によれば、交流信号Ｓ１の信号注入用巻線Ｗ２への供給によって磁性コア２に発生した磁束Ｍｃに基づいて磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号の電圧ドライバ４２への入力がＬＰＦ４３によって阻止されるため、磁性コア２に発生させた磁束Ｍｃに基づいて注入対象ラインＬに注入する注入電流Ｉｉ（交流信号Ｓ１）のレベル低下を回避することができる結果、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実かつ効率良く注入することができる。

【0073】

また、図６に示す磁束キャンセル部４Ｄは、磁性コア２に発生する交流信号Ｓ１の２倍の周波数に基づく磁束に応じた電圧信号Ｓ２の信号レベルを低下させるキャンセル電流Ｉｃを磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給して、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することが可能に構成されている。なお、この磁束キャンセル部４Ｄを用いる信号注入装置１０では、ホール素子４１などの磁束検出回路を使用しないため、磁性コア２としてギャップが設けられていない環状のコアが用いられている。ただし、ギャップを設けた環状のコアを磁性コア２として用いることもできる。

【0074】

具体的には、図６に示す信号注入装置１０は、信号注入部３の信号生成回路３１が、２ｆ信号生成回路３１ａおよび１／２分周回路３１ｂを備えて構成されている。この場合、２ｆ信号生成回路３１ａは、交流信号Ｓ１の２倍の周波数の同期検波用の基準信号Ｓｒを生成する。また、１／２分周回路３１ｂは、２ｆ信号生成回路３１ａから出力された基準信号Ｓｒを１／２分周することにより、注入対象ラインＬに注入する交流信号Ｓ１を生成する。

【0075】

一方、磁束キャンセル部４Ｄは、磁束キャンセル用巻線Ｗ１、加算回路４４、電圧ドライバ４２，４６，４９、同期検波回路４７およびＬＰＦ４８を備えて構成されている。この場合、同期検波回路４７は、磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する電圧信号Ｓ２に含まれている交流信号Ｓ１の２倍の周波数（つまり、交流信号Ｓ１の歪信号）の電圧信号Ｓ２を基準信号Ｓｒで同期検波して出力信号Ｓｄを出力する。ＬＰＦ４８は、フィルタ回路の一例であって、同期検波回路４７の出力信号Ｓｄに含まれている直流信号、つまり交流信号Ｓ１の歪信号である２倍の周波数の高調波信号（周波数基準信号Ｓｒと同じ周波数成分）に基づいて生成された直流信号Ｓｄｃを抽出（通過させる）すると共に基準信号Ｓｒの２倍以上の周波数成分などの交流信号の通過を阻止する。電圧ドライバ４９は、ＬＰＦ４８から出力された直流信号Ｓｄｃを増幅して出力する。加算回路４４は、増幅回路４９から出力された直流信号Ｓｄｃと、信号生成回路３１（１／２分周回路３１ｂ）から出力された交流信号Ｓ１とを加算して加算信号Ｓａを出力する。電圧ドライバ４２は、加算回路４４から出力された加算信号Ｓａを増幅すると共に磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する。

【0076】

この信号注入装置１０では、信号注入部３の信号生成回路３１内の２ｆ信号生成回路３１ａが同期検波用の基準信号Ｓｒを生成して１／２分周回路３１ｂおよび同期検波回路４７に出力する。また、１／２分周回路３１ｂは、基準信号Ｓｒを入力して１／２分周することで交流信号Ｓ１を生成して、加算回路４４および処理部７のＡ／Ｄ変換回路７１に出力する。一方、磁束キャンセル部４Ｄでは、電圧ドライバ４６が、入力した加算信号Ｓａを増幅して同期検波回路４７に出力する。この際に、同期検波回路４７は、磁束キャンセル用巻線Ｗ１に発生する交流信号Ｓ１の２倍の周波数の電圧信号を入力した基準信号Ｓｒで同期検波すると共に同期検波で生成した電圧信号を出力信号Ｓｄとして出力する。また、ＬＰＦ４８が、同期検波回路４７の出力信号Ｓｄに含まれている直流信号Ｓｄｃ（つまり交流信号Ｓ１の歪信号である２倍の周波数の高調波信号に基づく直流信号）を抽出（通過させる）すると共に交流信号の通過を阻止する。次いで、電圧ドライバ４９が、ＬＰＦ４８から出力された直流信号Ｓｄｃを増幅して加算回路４４に出力する。この際に、加算回路４４は、増幅回路４９から出力された直流信号Ｓｄｃと、信号生成回路３１（１／２分周回路３１ｂ）から出力された交流信号Ｓ１とを加算して加算信号Ｓａを出力する。また、電圧ドライバ４２が、加算回路４４から出力された加算信号Ｓａを増幅すると共に磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給する。この場合、電圧ドライバ４２が、加算信号Ｓａを出力することにより、磁束Ｍｂをキャンセルする向きで直流信号Ｓｄｃに基づくキャンセル電流Ｉｃが磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給されて磁性コア２の磁気飽和が回避されると共に交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）が磁束キャンセル用巻線Ｗ１に供給されて交流信号Ｓ１が注入対象ラインＬに注入される。つまり、この磁束キャンセル部４Ｄでは、ホール素子４１などの磁束検出回路を用いることなく、全体としてフィードバック制御されることで、全体してフラックスゲートセンサ化されて磁束キャンセル部が構成されている。

【0077】

したがって、この信号注入装置１０によれば、大電流の直流電流Ｉｂが注入対象ラインＬに流れることに起因する磁性コア２の磁気飽和を回避することができる結果、磁束キャンセル用巻線Ｗ１に交流信号Ｓ１（交流電流Ｉａｃ）を供給することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃを確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置１０では、磁気飽和状態の磁性コア２に発生する交流信号Ｓ１の歪信号である交流信号Ｓ１の周波数の２倍の周波数の高調波信号の大きさを検出してその歪信号を低減させるように、磁束キャンセル部４Ｄが全体としてフィードバック制御される。このため、この信号注入装置１０によれば、磁性コア２の磁気飽和を直接的に検出することができる結果、磁性コア２において磁気飽和を発生させることなく、磁束Ｍｃをより確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１をより確実にしかも効率良く注入することができる。また、この信号注入装置１０によれば、１つの磁束キャンセル用巻線Ｗ１を用いて、キャンセル用巻線の機能と信号注入用巻線の機能とを実現させることができるため、信号注入装置１０を安価に構成することができる。

【0078】

なお、磁束キャンセル部４Ｄにおいて、各回路での必要な利得が確保されている場合には、電圧ドライバ４６および電圧ドライバ４９のうちの少なくとも一方の配設を省くことができる。

【0079】

また、この信号注入装置１０によれば、上記の信号注入部３における信号生成回路３１に対して、交流信号Ｓ１の周波数をスイープさせることにより、例えば、信号注入装置１０をインピーダンス測定装置に組み込んだ場合に、電池Ｂａｔなどに正弦波信号である交流信号Ｓ１を供給してその周波数応答を測定可能なＦＲＡ として構成することができるため、高精度なインピーダンス測定を行うことができる。

【0080】

また、このインピーダンス測定装置１によれば、上記の信号注入装置１０を備え、処理部７が、注入対象ラインに直列接続されている測定対象である電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定する際に、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１を注入したときに、その注入対象ラインＬを流れる交流信号Ｓ１の電流値（注入電流Ｉｉの電流値：電圧信号Ｓ２）と、電池Ｂａｔの両端に生じる電圧値（両端電圧信号Ｓ４）とに基づいて電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定することにより、磁性コア２において磁束Ｍｃをより確実に発生させて、注入対象ラインＬに交流信号Ｓ１をより確実にしかも効率良く注入することができる結果、高い精度で電池Ｂａｔ（測定対象）の内部インピーダンスＺｂを測定することができる。

【0081】

また、このインピーダンス測定装置１によれば、非接触型電流センサ５が、注入対象ラインＬを流れる注入電流Ｉｉ（交流電流の電流）を注入対象ラインＬに対して非接触で検出して電圧信号Ｓ２を処理部７に出力し、電圧検出部６が、測定対象である電池Ｂａｔの両端に接触して検出した両端電圧信号Ｓ４を電池Ｂａｔから絶縁した状態で処理部７に出力することにより、電池Ｂａｔの出力電圧が非常に高い電圧であったとしても、また、負荷Ｌｏａｄやインピーダンス測定装置１の周囲にスイッチングノイズなどのノイズが存在する場合であっても、電池Ｂａｔに注入電流Ｉｉが流れて電池Ｂａｔ内に発生する微小の交流電圧を精度良く検出することができる。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを精度良く測定することができる。また、このインピーダンス測定装置１によれば、非接触型電流センサ５を用いたことにより、注入対象ラインＬを切断することなく、非接触で電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを測定することができる。

【0082】

また、このインピーダンス測定装置１によれば、処理部７の演算回路７７が、直交検波回路７５から出力される交流電流としての注入電流Ｉｉ（検出信号Ｓ３）の同相成分および直交成分と、直交検波回路７６から出力される交流電圧としての両端電圧信号Ｓ４の同相成分および直交成分とに基づいて測定対象としての電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂを演算することにより、注入対象ラインＬに注入された交流信号Ｓ１の信号レベルが小さいときであっても、雑音レベル（Ｎ）に対する信号レベル（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｎ）を高めて精度良く内部インピーダンスＺｂを測定することができる。

【0083】

また、信号注入装置１０は、インピーダンス測定装置への適用に限らず、交流信号Ｓ１を注入対象ラインＬに注入して測定する各種の計測器に適用が可能である。また、インピーダンス測定装置は、電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂの測定に限らず、各種測定対象のインピーダンスを測定することができる。例えば、水を電気分解して水素を製造する水電解セルを測定対象として、水電解セルと、負荷Ｌｏａｄに代えて水電解セル用の電源とを注入対象ラインＬで接続した閉ループにおいて、水電解セルの陽極と陰極とにプローブＰ１，Ｐ２を接続して水電解セルの内部インピーダンスを測定することもできる。

【0084】

また、インピーダンス測定装置１において、磁性コア２とは別個に注入対象ラインＬを挿通させた磁性コアを設けて、その別個の磁性コア２に巻線Ｗ２を巻回することもできる。

【0085】

また、注入電流Ｉｉの電流値を検出する電流センサとして非接触型電流センサ５を用いたインピーダンス測定装置１の例について説明したが、非接触型に限らず、注入対象ラインＬ中にカレントトランスや電流検出用抵抗などを配設して注入電流Ｉｉの電流値を検出する構成を採用することができる。

【0086】

さらに、インピーダンス測定装置１の基準電位（フローティンググランド）を絶縁する必要のない場合には、絶縁回路６２の配設を省略して、基準電位（グランド）と、インピーダンス測定装置１の基準電位（フローティンググランド）とを同じ電位にすることもできる。また、Ａ／Ｄ変換回路７１，７２，７３については、信号生成回路３１内、非接触型電流センサ５内および電圧検出部６内にそれぞれ設けることができる。また、２ｆ信号生成回路３１ａおよび１／２分周回路３１ｂを信号生成回路３１として構成した例について説明したが、２ｆ信号生成回路３１ａおよび１／２分周回路３１ｂを信号生成回路３１とは別個独立して設ける構成を採用することもできる。

【0087】

また、上記のインピーダンス測定装置１による電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂの測定に関して、複数の電池セルを直列接続して構成される電池Ｂａｔにおける１つまたは複数の電池セルの内部インピーダンスＺｂを測定する際には、測定対象となる電池セルの両端にプローブＰ１，Ｐ２を接触させて、上記した測定方法と同様にして測定することで、測定対象となる１つの電池セルの内部インピーダンスＺｂ、または直列接続した複数の電池セルの直列の内部インピーダンスＺｂを測定することができる。

【0088】

また、インピーダンス測定装置１において、電池Ｂａｔの内部インピーダンスＺｂなどのインピーダンスの演算をデジタル処理で行う例について説明したが、交流信号Ｓ１、検出信号Ｓ３および両端電圧信号Ｓ４に基づいて、アナログ回路によるアナログ演算でインピーダンスを求める構成を採用することもできる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明によれば、大電流の直流電流が注入対象ラインに流れることに起因する磁性コアの磁気飽和を回避することができる結果、第２の巻線に交流信号を供給することで、磁性コアにおいて交流信号に基づく磁束を確実に発生させて、直流電流が流れている注入対象ラインに交流信号を確実にしかも効率良く注入することができる。これにより、本願発明は、このような信号注入装置やインピーダンス測定装置に広く適用することができる。

【符号の説明】

【0090】

１ インピーダンス測定装置
１０ 信号注入装置
２ 磁性コア
３，３Ａ 信号注入部
４，４Ａ～４Ｄ 磁束キャンセル部
４１ ホール素子
４２ 電圧ドライバ
４３，４８ ＬＰＦ
４４ 加算回路
４５ 電流ドライバ
４７ 同期検波回路
５ 非接触型電流センサ
６ 電圧検出部
６１ バッファ回路
６２ 絶縁回路
７ 処理部
７４ 移相回路
７５，７６ 直交検波回路
７７ 演算回路
Ｂａｔ 電池
Ｉｉ 注入電流
Ｌｏａｄ 負荷
Ｓ１ 交流信号
Ｓ２ 電圧信号
Ｓ３ 検出信号
Ｓ４ 両端電圧信号
Ｓｄ 出力信号
Ｓｄｃ 直流信号
Ｓｒ 基準信号
Ｗ１ 磁束キャンセル用巻線
Ｗ２ 信号注入用巻線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】