JP2011028931A

JP2011028931A - 電池絶縁検査装置

Info

Publication number: JP2011028931A
Application number: JP2009171830A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tsukada; 敏秋塚田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】小さなリークを感度よく測定できるとともに、比較的短時間に多数の電池を測定できる電池絶縁検査装置を提供すること。
【解決手段】電池の正負電極間の絶縁検査を行う電池絶縁検査装置であって、
前記電池の正負電極間に一定の電流を印加する高電圧定電流発生器と、
この高電圧定電流発生器から出力される電圧を高速に測定する電圧測定器と、
この電圧測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して放電現象発生の有無を解析検出する演算制御手段、
とで構成されたことを特徴とするもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池絶縁検査装置に関し、詳しくは、二次電池における正負電極間の絶縁検査に関するものである。

たとえば円筒形の二次電池は、シート状のセパレータを介して積層されている正電極部材と負電極部材をスパイラル状に巻きつけてこれら正電極部材と負電極部材を外部と電気的に導通するようにして円筒形の外装缶に収納した後、外装缶内に電解液を注入して封止するように構成されている。

ところで、このような二次電池において、正電極部材と負電極部材が外装缶の内部で接触あるいは耐圧劣化しているにも拘わらず電解液を注入した場合、二次電池として正常に機能しないことから最終段階の検査工程で不良品と判定されることになり、電解液の注入封止工程が無駄になってしまう。

そこで、たとえば特許文献１に記載されているように、電解液を注入する前に外装缶に収納された正電極部材と負電極部材間の絶縁状態を測定し、正電極部材と負電極部材が接触しているものを選別排除することが行われている。

特開２０００−１７３６４４号公報

具体的には、たとえば絶縁耐圧試験機を用い、数ｍＡの限界値を超える電流が流れた場合に不良と判定されるが、微小電流のリーク判定には不向きであり、不良となった検査対象物は破損してしまうことから、その不良原因を追究することは困難である。

また、絶縁耐圧テストの際にスポット的に発生する恐れがある小さなリークが発生してしまうと、小さな絶縁破壊が発生したことになる。この小さなリークが検出されなかった場合であっても潜在的な短絡状態が発生していることから、その後の品質劣化につながることになり、二次電池の長期品質を低下させることになる。

一方、絶縁抵抗計で正電極部材と負電極部材間の絶縁抵抗を測定することも行われているが、微小電流が継続的に流れるような場合の良否判定は高感度に実現できるものの、微小なパルス状の間欠リークの判定は困難である。

二次電池の正電極部材と負電極部材間における小さなリークの測定は、二次電池の長期品質を保証する観点からも重要であるが、従来このような目的に適合する測定装置は提案されていなかった。

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、小さなリークを感度よく測定できるとともに、比較的短時間に多数の電池を測定できる電池絶縁検査装置を提供することにある。

このような課題を達成する請求項１の発明は、
電池の正負電極間の絶縁検査を行う電池絶縁検査装置であって、
前記電池の正負電極間に一定の電流を印加する高電圧定電流発生器と、
この高電圧定電流発生器から出力される電圧を高速に測定する電圧測定器と、
この電圧測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して放電現象発生の有無を解析検出する演算制御手段、
とで構成されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電池絶縁検査装置において、
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データに基づき測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴを演算し、これら演算されたｄＶ/ｄＴに基づき測定データ列におけるスパイク状の不連続点が検出された場合には放電リークが発生したと判定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の電池絶縁検査装置において、
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データに基づき測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴをローパスフィルタにより抽出し、これら抽出されたｄＶ/ｄＴに基づき測定データ列におけるスパイク状の不連続点が検出された場合には放電リークが発生したと判定することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１記載の電池絶縁検査装置において、
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データが変換された測定時刻の関数を変数とした低次の近似曲線を演算生成し、演算生成した近似曲線と測定データとの差分の変化を求めて差分の変化の大きい時点で放電リークが発生したと判定することを特徴とする。

請求項５の発明は、
電池の正負電極間の絶縁検査を行う電池絶縁検査装置であって、
前記電池の正負電極間に電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴをほぼ一定に保持しながら電圧を印加する電圧発生器と、
この電圧発生器から出力される電流を測定する電流測定器と、
この電流測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して電流の時間に対する変化分ｄＩ/ｄＴに基づき放電現象発生の有無を解析検出する演算制御手段、
とで構成されたことを特徴とする。

これらにより、小さなリークを感度よく測定できるとともに、比較的短時間に多数の電池を測定できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。検査対象物である二次電池の等価回路図である。図１の測定動作説明図である。図１の検査対象物の検査動作の流れを説明するフローチャートである。本発明に基づく電池試験の流れの具体例を示すフローチャートである。従来の電池試験の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。図１において、検査対象物である二次電池１は、等価回路的には図２に示すように高耐圧のキャパシタＣと抵抗Ｒの並列回路と考えられる。この二次電池１には、高電圧定電流発生器２から一定の電流が印加される。電圧測定器３は、高電圧定電流発生器２から出力される電圧を高速に測定する。演算制御用ＰＣ４は、これら高電圧定電流発生器２および電圧測定器３の動作を制御するとともに、電圧測定器３の高速電圧測定データを逐次取り込んで所定の解析処理を実行する。

図３は、図１の測定動作説明図である。（Ａ）に示すように二次電池１に高電圧定電流発生器２から一定の電流が印加されると、二次電池１の端子電圧は（１−ｅｘｐ（−τ／ｔ））の関数で上昇する。ここで、図２に示す二次電池１の等価回路のキャパシタＣと抵抗Ｒの積で表される時定数が大きいものとすると、端子電圧は（Ｂ）に示すようにほぼ直線的に上昇する。

電圧測定器３は、（Ｂ）に示す電圧上昇の変化量を高速（たとえば測定周期１００μｓ）で測定する。これら電圧測定器３の電圧測定データは、演算制御用ＰＣ４に逐次取り込まれる。この電圧上昇の過程において、二次電池１の内部で放電現象が発生すると、この電圧変化が破線で示すように不連続に変化する。

演算制御用ＰＣ４は、これら電圧測定器３の電圧測定データを時間関数に変換して解析し、その解析結果に基づき二次電池１の内部における放電現象発生の有無を判断する。

演算制御用ＰＣ４は、取り込んだ電圧測定器３の電圧測定データに基づき、測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴを演算する。

この変化分ｄＶ/ｄＴは、電圧測定器３の電圧測定データが（Ｂ）に実線で示すように直線的に変化していると（Ｃ）に実線で示すように直線的に変化するが、（Ｂ）に破線で示すように二次電池１の内部で放電現象が発生すると、（Ｃ）に破線で示すようにスパイク状に変化する。

たとえば、二次電池１のキャパシタ容量を１μＦ、高電圧定電流発生器２の印加電流を１００μＡ、電圧測定器３の電圧測定分解能を１ｍＶとすると、１０秒で１０００Ｖまで電圧上昇させる場合には、１ｎＱ程度の放電を検出できる。二次電池１の電圧が１０００Ｖになっているときの電荷量は１ｍＱなので、その１０^−６程度の微小な電荷量の変化の有無が判定できることになる。なお、１０００Ｖ印加時における１ｎＱの電荷は、１０^１２Ωの抵抗に１秒間流れる電荷量であり、通常の絶縁抵抗計では測定困難な値である。

図４は、図１の検査対象物の検査動作の流れを説明するフローチャートである。まずはじめに、検査対象物である二次電池１に高電圧定電流発生器２から所定の定電流を印加する（Ｓ１）。電圧測定器３は、高電圧定電流発生器２の出力電圧の変化を高速の測定周期で測定する（Ｓ２）。これら電圧測定器３の測定データは、演算制御用ＰＣ４に逐次取り込まれる（Ｓ３）。演算制御用ＰＣ４は、取り込んだ電圧測定器３の電圧測定データに対して、図５や図６に示すような解析を行う（Ｓ４）。そして、これらの解析結果に基づいて、検査対象物である二次電池における微小パルス放電リーク発生の有無を判定する（Ｓ５）。

図５は、演算制御用ＰＣ４における電圧測定データの具体的な解析の流れを示すフローチャートである。取得した電圧測定器３の電圧測定データに基づき、測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴを演算する（Ｓ１）。これら演算されたｄＶ/ｄＴに基づき、測定データ列におけるスパイク状の不連続点の有無を検出する（Ｓ２）。そして、スパイク状の不連続点が検出された場合には、放電リークが発生したと判定する（Ｓ３）。

図６は、演算制御用ＰＣ４における電圧測定データの他の具体的な解析の流れを示すフローチャートである。取得した電圧測定器３の電圧測定データを、測定時刻の関数に変換する（Ｓ１）。これら変換された測定時刻の関数を変数とした低次の近似曲線を演算生成する（Ｓ２）。そして、演算生成した近似曲線と測定データとの差分の変化を求め、差分の変化の大きい時点で放電リークが発生したと判定する（Ｓ３）。

このような検査を行うことにより、従来の検査では不可能であった二次電池の内部における微小な放電リークの発生を、短時間に高感度で検出でき、二次電池の量産ラインにおける電池絶縁の検査効率を大幅に改善できる。

なお、電圧変化をパルス的な電荷放電を見る目的に限定する場合には、ハイパスフィルタを使用することでさらに高感度化を図ることができる。

また、上記実施例では、定電流で電圧を上昇させる例について説明したが、電圧自体を制御して上昇させながら電流を測定することにより、パルス的な電流変化をより確実に捕捉することができる。

すなわち、電圧発生器から、電池の正負電極間に電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴをほぼ一定に保持しながら電圧を印加する。この電圧発生器から出力される電流を、電流測定器で測定する。

演算制御用ＰＣは、この電流測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して電流の時間に対する変化分ｄＩ/ｄＴを演算する。そして、このｄＩ/ｄＴが急激に変化した場合に、絶縁不良による放電現象が発生したものと判断する。

また、上記実施例では、二次電池における絶縁検査の例について説明したが、必要に応じて一次電池の絶縁検査にも適用できるものであり、さらには他の電気部品などの絶縁検査にも転用できる。

以上説明したように、本発明によれば、小さなリークを感度よく測定できるとともに、比較的短時間に多数の電池を測定できる電池絶縁検査装置を実現できる。

１検査対象物二次電池
２高電圧定電流発生器
３電圧測定器
４演算制御用ＰＣ

Claims

電池の正負電極間の絶縁検査を行う電池絶縁検査装置であって、
前記電池の正負電極間に一定の電流を印加する高電圧定電流発生器と、
この高電圧定電流発生器から出力される電圧を高速に測定する電圧測定器と、
この電圧測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して放電現象発生の有無を解析検出する演算制御手段、
とで構成されたことを特徴とする電池絶縁検査装置。
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データに基づき測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴを演算し、これら演算されたｄＶ/ｄＴに基づき測定データ列におけるスパイク状の不連続点が検出された場合には放電リークが発生したと判定することを特徴とする請求項１記載の電池絶縁検査装置。
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データに基づき測定電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴをローパスフィルタにより抽出し、これら抽出されたｄＶ/ｄＴに基づき測定データ列におけるスパイク状の不連続点が検出された場合には放電リークが発生したと判定することを特徴とする請求項１記載の電池絶縁検査装置。
前記演算制御手段は、取り込んだ前記電圧測定器の電圧測定データが変換された測定時刻の関数を変数とした低次の近似曲線を演算生成し、演算生成した近似曲線と測定データとの差分の変化を求めて差分の変化の大きい時点で放電リークが発生したと判定することを特徴とする請求項１記載の電池絶縁検査装置。
電池の正負電極間の絶縁検査を行う電池絶縁検査装置であって、
前記電池の正負電極間に電圧の時間に対する変化分ｄＶ/ｄＴをほぼ一定に保持しながら電圧を印加する電圧発生器と、
この電圧発生器から出力される電流を測定する電流測定器と、
この電流測定器の測定データを逐次取り込み、これら測定データを時間関数に変換して電流の時間に対する変化分ｄＩ/ｄＴに基づき放電現象発生の有無を解析検出する演算制御手段、
とで構成されたことを特徴とする電池絶縁検査装置。