(57)【要約】【課題】微小放電電流でも感度よく測定できる電極間絶縁特性測定装置を提供すること。【解決手段】電極間静電容量が大きな測定対象の絶縁検査を行う電極間絶縁特性測定装置であって、前記電極間に、可変高圧直流電源と直流電流計と高域阻止フィルタとパルス電流計が直列接続されるとともに、前記パルス電流計と測定対象の直列回路と並列に高耐圧キャパシタが接続されたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
2011158253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間静電容量が大きな測定対象の絶縁検査を行う電極間絶縁特性測定装置であって、
前記電極間に、可変高圧直流電源と直流電流計と高域阻止フィルタとパルス電流計が直列接続されるとともに、
前記パルス電流計と測定対象の直列回路と並列に高耐圧キャパシタが接続されたことを特徴とする電極間絶縁特性測定装置。
【請求項２】
前記パルス電流計として、前記測定対象に流れる電流Ｉｘと前記高耐圧キャパシタに流れる電流Ｉｒｅｆの差電流Ｉｘ−Ｉｒｅｆを検出する差動電流検出器を用いることを特徴とする請求項１記載の電極間絶縁特性測定装置。
【請求項３】
前記パルス電流に影響を与えない交流信号を重畳する交流電源を設け、前記測定対象に流れる電流Ｉｘに重畳される電流と前記高耐圧キャパシタに流れる電流Ｉｒｅｆに重畳される電流が等しくなるようにこれらＩｘおよびＩｒｅｆの利得を調整することを特徴とする請求項２記載の電極間絶縁特性測定装置。
【請求項４】
前記差動電流検出器は貫通形変流器であり、前記測定対象に流れる電流の線路はこの貫通形変流器を貫通して測定対象の一方の電極に接続され、前記高耐圧キャパシタに流れる電流の線路はこの貫通形変流器の軸方向に沿って逆方向に少なくとも１回巻き付けられて高耐圧キャパシタの一端に接続されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電極間絶縁特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間絶縁特性測定装置に関し、詳しくは、二次電池や大容量キャパシタなどの電極間の静電容量が大きな測定対象における絶縁抵抗や微小放電電流の有無などの電極間絶縁特性を測定する装置に関するものである。
【０００２】
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。ここで、電解液を注入する前の段階では、大容量のキャパシタとなっている。
【０００３】
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。
【０００４】
そこで、たとえば図６に示すように、絶縁抵抗計（メガー）を用い、測定対象１の電極間に可変高圧直流電源２から直流高電圧を印加して直流電流計３における数ｍＡ程度の測定電流値に基づいて絶縁抵抗を測定することも行われている。
【０００５】
これにより、一般的な直流抵抗の測定はできるが、トランジェント的に発生するパルス放電の測定は感度不足や周波数特性不足で測定できない。１回の放電で数ｍＡのピーク電流が流れる場合でも、放電時間が１０ｎＳ程度と短いため、放電回数が少ない場合にはその電荷は数ｐクーロン（数ｐＡ相当）となり、通常の簡易的なメガー測定では検出できない。
【０００６】
他の方法として、図７に示すように、測定対象１の電極間に可変高圧交流電源４から周波数が５０Ｈｚから１ｋＨｚ程度で１０ｋＶ程度の高圧交流電圧を印加し、パルス電流計５の測定電流値に基づいて測定対象１の電極間で間欠的に発生する部分放電を測定することも行われている。
【０００７】
これにより、数ｍＡレベルの信号も検出できるが、高感度測定の前提条件は、測定対象のインピーダンスが大きいことである。インピーダンスが小さい場合は、印加している信号電圧によって発生する測定対象外の電流が大きくなり、この電流値がバックグラウンドになって測定が困難になる。
【０００８】
交流方式は、測定対象１が数ｐＦ〜数百ｐＦレベルの容量を持っている場合、有効な測定となる。たとえば５０Ｈｚ/５ｋＶｒｍｓ/１００ｐＦの例では、この容量分による電流は１５０ｍＡ程度となり数ｍＡの高周波信号の分離は可能であるが、容量分が１μＦの二次電池間電極では２．５Ａとなって実用域の電流値ではなくなり、数ｍＡのパルス電流測定には適さないことになる。
【０００９】
特許文献１には、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記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７３６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
具体的には、たとえば一般的な絶縁耐圧試験機を用いた場合、数ｍＡの限界値を超える電流が流れると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。
【００１２】
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微小放電電流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。この微小放電電流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。
【００１３】
二次電池の正電極部材と負電極部材間における微小放電電流の測定は、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。絶縁特性として直流的な挙動だけではなくトランジェント特性を明確に把握することは、今後、静電容量が大きく、実用化が難しかった分野で適用範囲が広がるものと思われる。
【００１４】
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、微小放電電流でも感度よく測定できる電極間絶縁特性測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成する請求項１の発明は、
電極間静電容量が大きな測定対象の絶縁検査を行う電極間絶縁特性測定装置であって、
前記電極間に、可変高圧直流電源と直流電流計と高域阻止フィルタとパルス電流計が直列接続されるとともに、
前記パルス電流計と測定対象の直列回路と並列に高耐圧キャパシタが接続されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の電極間絶縁特性測定装置において、
前記パルス電流計として、前記測定対象に流れる電流Ｉｘと前記高耐圧キャパシタに流れる電流Ｉｒｅｆの差電流Ｉｘ−Ｉｒｅｆを検出する差動電流検出器を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２記載の電極間絶縁特性測定装置において、
前記パルス電流に影響を与えない交流信号を重畳する交流電源を設け、前記測定対象に流れる電流Ｉｘに重畳される電流と前記高耐圧キャパシタに流れる電流Ｉｒｅｆに重畳される電流が等しくなるようにこれらＩｘおよびＩｒｅｆの利得を調整することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３記載の電極間絶縁特性測定装置において、
前記差動電流検出器は貫通形変流器であり、前記測定対象に流れる電流の線路はこの貫通形変流器を貫通して測定対象の一方の電極に接続され、前記高耐圧キャパシタに流れる電流の線路はこの貫通形変流器の軸方向に沿って逆方向に少なくとも１回巻き付けられて高耐圧キャパシタの一端に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
これらにより、大きな静電容量を持つ測定対象の電極間の絶縁抵抗および電極間に発生する微小な部分放電電流も感度よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図３】図２で用いる差動電流検出器の具体例を示す構成説明図である。
【図４】図１の変形例を示すブロック図である。
【図５】図２の変形例を示すブロック図である。
【図６】従来の絶縁抵抗測定の一例を示すブロック図である。
【図７】従来の絶縁抵抗測定の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明について、図面を用いて詳しく説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図６および図７と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、測定対象１の電極間には、可変高圧直流電源２と直流電流計３と高域阻止フィルタ６とパルス電流計５が直列接続されるとともに、高域阻止フィルタ６とパルス電流計５の接続点には高耐圧キャパシタ７の一端が接続され、可変高圧直流電源２のマイナス端子と測定対象１の電極との接続点には高耐圧キャパシタ７の他端が接続されている。すなわち、高耐圧キャパシタ７は、パルス電流計５と測定対象１の直列回路と並列に接続されている。
【００２２】
ここで、測定対象１は、二次電池を構成する電極である。
可変高圧電源２は、１００Ｖ〜１０ｋＶ程度の可変直流電圧を出力する。
直流電流計３は、数ｍＡの分解能で測定可能なものを用いる。
【００２３】
パルス電流計５は、０．０１〜１０μＳ程度のパルス電流を検出でき、できれば電流波形を観測できることが望ましい。
【００２４】
高域阻止フィルタ６は、直流成分は通過させて交流電流成分は阻止するものであり、たとえば簡易な例では数ｍＨのインダクであってもよい。
【００２５】
高耐圧キャパシタ７は、印加電圧に対して静電容量成分を保持するキャパシタであり、測定対象１の静電容量と同等の容量を持ち、印加電圧に対して静電容量成分を保持することが望ましい。
【００２６】
図１の動作について説明する。測定対象１の電極間に、可変高圧直流電源２から、測定対象１を検査するための高電圧Ｖｈを徐々に印加する。ここで、測定対象１が直流的な抵抗分を持つ場合、直流電流計３で直流電流測定値Ｉｄｃが検出される。
【００２７】
これにより、測定対象１の絶縁抵抗Ｒは、
絶縁抵抗Ｒ＝電圧Ｖｈ／電流測定値Ｉｄｃ
で求めることができ、電流測定値Ｉｄｃはそのまま絶縁抵抗Ｒとしての測定値となる。
なお、直流的には高域阻止フィルタ６の抵抗値は０、高耐圧キャパシタ７の抵抗値は∞となり、電流測定値Ｉｄｃには影響しない。
【００２８】
測定対象１にパルス的な放電現象がある場合、パルス電流計５には測定対象１が発生させたパルス電流が流れる。このパルス電流は、高域阻止フィルタ６で直流電流計３に流れることが阻止され、直流電流計３は直流電流分のみを測定するが、パルス電流の発生頻度が少ない場合には直流電流計３の測定値への影響は小さく、実質的に無視できる。
【００２９】
パルス電流計５に流れる電流は、測定対象１の静電容量Ｃｘと高耐圧キャパシタの静電容量Ｃｒｅｆで分流され、パルス電流計５には、
Ｃｒｅｆ／（Ｃｘ＋Ｃｒｅｆ）
の比で測定電流が流れる。
【００３０】
ここで、Ｃｒｅｆ＝Ｃｘとすると、発生したパルス電流の１／２がパルス電流計５に流れることになり、十分測定可能な電流値となる。
【００３１】
図２は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図２において、図１のパルス電流計５に代えて、差動電流検出器８が接続されている。
【００３２】
差動電流検出器８は、たとえば図３に示すように、貫通形変流器として構成されたものを用いる。図３において、高域阻止フィルタ６から出力される電流Ｉｘ＋Ｉｒｅｆの線路は、測定対象１に流れる電流Ｉｘの線路と高耐圧キャパシタ７に流れる電流Ｉｒｅｆの線路に分岐されていて、０．０１〜１０μＳ程度のパルス電流を測定するのにあたり、測定対象１に流れる電流Ｉｘと基準となる高耐圧キャパシタ７に流れる電流Ｉｒｅｆの差電流Ｉｘ−Ｉｒｅｆを検出する。
【００３３】
測定対象１に流れる電流Ｉｘの線路は貫通形変流器８を貫通して測定対象１の一方の電極に接続され、高域阻止フィルタ６から高耐圧キャパシタ７に流れる電流Ｉｒｅｆの線路は貫通形変流器８の軸方向に沿って逆方向に少なくとも１回巻き付けられて高耐圧キャパシタ７の一端に接続されている。これにより、貫通形変流器８は、Ｉｘ−Ｉｒｅｆを演算する差動電流検出器として機能する。
【００３４】
図２の動作を説明する。測定対象１の電極間に、可変高圧直流電源２から、測定対象１を検査するための高電圧Ｖｈを徐々に印加する。ここで、測定対象１が直流的な抵抗分を持つ場合、直流電流計３で直流電流測定値Ｉｄｃが検出される。
【００３５】
これにより、測定対象１の絶縁抵抗Ｒは、
絶縁抵抗Ｒ＝電圧Ｖｈ／電流測定値Ｉｄｃ
で求めることができ、電流測定値Ｉｄｃはそのまま絶縁抵抗Ｒとしての測定値となる。
なお、直流的には高域阻止フィルタ６の抵抗値は０、高耐圧キャパシタ７の抵抗値は∞となり、電流測定値Ｉｄｃには影響しない。
【００３６】
測定対象１にパルス的な放電現象がある場合、パルス電流計５には測定対象１が発生させたパルス電流が流れる。このパルス電流は、高域阻止フィルタ６で直流電流計３に流れることが阻止され、直流電流計３は直流電流分のみを測定するが、パルス電流の発生頻度が少ない場合には直流電流計３の測定値への影響は小さく、実質的に無視できる。
【００３７】
差動電流検出器８に流れる電流Ｉｘ＋Ｉｒｅｆは、測定対象１の静電容量Ｃｘと高耐圧キャパシタ７の静電容量Ｃｒｅｆで分流され、差動電流検出器８には、Ｃｒｅｆ／（Ｃｘ＋Ｃｒｅｆ）の比で流れる。
【００３８】
ここで、Ｃｒｅｆ＝Ｃｘとすると、発生した電流の１／２が高耐圧キャパシタ７に流れる。高耐圧キャパシタ７に流れる電流をＩｒｅｆ、測定対象１に流れる電流をＩｘとすると、Ｉｒｅｆ＝−ＩｘなのでＩｘ−Ｉｒｅｆ＝２＊Ｉｘとなり、測定対象１に流れる電流Ｉｘが測定できる。
【００３９】
これらにより、高電圧を印加した状態での測定対象１の微小な高速パルス電流の測定が可能になり、パルス電流と直流電流を同時に測定することも可能になる。
【００４０】
従来の方式では測定検査が困難であった二次電池の微小放電電流の測定が可能になり、二次電池の製造工程における品質の安定性や、安全性の確保に貢献できる。
【００４１】
さらに、図２の構成によれば、特に測定対象１の静電容量Ｃｘおよび高耐圧キャパシタ７の静電容量Ｃｒｅｆが大きいため、印加する高圧電圧のノイズ成分によるこれら静電容量Ｃｘ、Ｃｒｅｆへのノイズ電流が無視できないが、これらのノイズ電流をキャンセルできる。すなわち、ノイズ電流は静電容量Ｃｘ，Ｃｒｅｆに流れる電流と同じ方向に同じ大きさで流れるが、測定対象１の静電容量Ｃｘで発生する絶縁特性に関わる電流と逆方向となることから、差電流をとることでノイズをキャンセルできる。
【００４２】
図４は図１の変形例であり、直流電流計３と高域阻止フィルタ６の接続順序を入れ替えたものである。必要に応じて、パルス電流計５と測定対象１の接続順序を入れ替えてもよい。これらの接続構成においても、図１と同様な測定結果が得られる。
【００４３】
図５は図２の変形例であり、可変高圧直流電源２を用いて測定するパルス電流に影響を与えない交流信号を可変高圧交流電源４から重畳する。この電流は、ＩｘおよびＩｒｅｆにも重畳して測定される。このＩｘおよびＩｒｅｆに重畳した電流を測定し、その測定値が等しくなるようにＩｘおよびＩｒｅｆの利得を調整してから差分データを求める。
【００４４】
これらＩｘおよびＩｒｅｆに重畳した電流を測定する手法としては、たとえば図５に示すように、可変高圧交流電源４から同期信号を得て同期検波を行う。すなわち、重畳信号成分と判別できるように構成する。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、一般的な直流絶縁抵抗測定の構成に、高域阻止フィルタとパルス電流計と高耐圧キャパシタを追加する比較的簡単な構成で、大容量を持つ測定対象の電極間に発生する微小な部分放電電流も感度よく測定できる電極間絶縁特性測定装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  測定対象
２  可変高圧直流電源
３  直流電流計
４  可変高圧交流電源
５  パルス電流計
６  高域阻止フィルタ
７  高耐圧キャパシタ
８  差動電流検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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