JP4557829B2

JP4557829B2 - 鉛蓄電池の検査方法

Info

Publication number: JP4557829B2
Application number: JP2005212199A
Authority: JP
Inventors: 秀樹鈴木
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP2007035288A

Description

本発明は、鉛蓄電池の検査方法、特に正・負極間に高電圧のパルスを印加し、極板間の空間ギャップ距離によって印加する電圧を可変させセパレータの抜けやバリを検出する鉛蓄電池の検査方法に関するものである。

自動車用鉛蓄電池を製造する途中の工程として、搬送ラインを介して順次搬送されてくる正・負極板間にセパレータを挿入し、複数枚の極板とセパレータとが交互に積層されて構成される極板群が形成され、これを電槽内に収容しセパレータの良否判定の検査が行われる。この検査は、セパレータの有無や短絡を検知するものであり、正・負極間に高電圧を印加することで行われている。

例えば、未注液の蓄電池の極板間に電圧を印加し、この電圧の印加を開始してから所定時間経過後に、一定時間に渡って極板間の電圧の変動を検出し、極板間の電圧の変動の大きさが閾値を超えた場合に、蓄電池が不良であることを判定するもの（特許文献１）や、１０００〜３０００Ｖの高電圧で、且つパルス幅が５〜２０μｓの印加電圧を発生させ、セルをまたがって極板群の正・負極板間に加えて内部短絡の検出を行うもの（特許文献２）などが提案されている。
特開２００２−１１０２１７号公報特開昭５１−１６４３９号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法ではセパレータの抜け落ちや極板の曲がり等による不良を判定する際に極板間に高電圧を印加し続けるため、連続して印加された電圧により極板間で絶縁破壊が起きコロナ放電を起こし、正常なセパレータに穴を空けてしまう恐れがあった。特許文献２の方法では、高電圧パルスはパルス間隔１７〜２０ｍｓ、パルス幅２０〜５０μｓに１パルスのみ発生するもので、セパレータが無い状態であっても、活物質の脱落を防止するため、極板表面に紙を貼り付ける場合があるが、この場合は紙により絶縁性が保たれているので、１パルスでは正確にセパレータの抜けや内部短絡の検出が行われない可能性があった。

このような背景の下、正・負極板間のセパレータの抜けを容易に、且つ、精度良く検出して、極板群の構造の良否を高い信頼性の下で判断することができ、同時にバリの発生を検知することで内部短絡の有無を判定できる鉛蓄電池の検査方法を提供することが望まれている。

本発明は、複数枚の正・負極板をセパレータを介して交互に積層して構成される極板群の相対向する正・負極板群のストラップ部を介して群単位、または、相対向する正・負極板を１組ずつ順に高電圧のパルスを印加する検査方法において、該高電圧のパルスは相対向する正・負極板１組の空間ギャップ距離によって印加する印加電圧およびパルス間隔およびパルス幅およびパルス数を可変させ、前記印加電圧を絶縁破壊の起きる電圧以上とし、前記パルス間隔を５〜４０ｍｓとし、前記パルス幅を１〜２０μｓとし、且つパルス数を下記の数式（数１）に示す印加電圧、パルス間隔、パルス幅との相関関係用いて算出し、セパレータの抜けやバリを検出することを特徴としたものである。

また、パルス数は、パルス間隔を印加電圧とパルス幅で除した値の相関関係を利用して算出し推定することを特徴としたものである。

本発明では、相対向する正・負極板１組のセパレータが抜けたときのギャップ距離（以下、空間ギャップ距離と称する）によって印加する印加電圧およびパルス間隔およびパルス幅およびパルス数を可変させセパレータの抜けやバリを検出するものである。極板間の距離が一定であるとき、コロナ放電が起こるのは印加電圧、印加時間（パルス間隔、パルス幅）およびパルス数によってほぼ決定される。そこで、空間ギャップ距離によってコロナ放電が起こり得る印加電圧、印加時間（パルス間隔、パルス幅）およびパルス数をセパレータが抜け極板表面に貼り付けられた紙等（以下、絶縁紙等と称する）がある場合にも誤判定しない値（コロナ放電が起こる値）としておくことで、セパレータが抜け絶縁紙等がある場合にも良否判定を正確に行うことができる。

なおコロナ放電とは、高電圧をかけ強い電場の領域が局在するとき局部的な放電が起きる領域のことである。本発明で言うコロナ放電とは、セパレータがない状態でコロナ放電を起こす場合（以下、導通と称する）と、セパレータがある状態で長時間の電圧のかけ過ぎでセパレータの貫通によるコロナ放電を起こす場合（以下、絶縁破壊と称する）との２通りに大別している。

本発明による鉛蓄電池の検査方法を用いることにより、極板間のセパレータの抜けを容易に精度良く検出することが可能であると共に、極板のバリの検出も行うことのできる鉛蓄電池の検査方法を提供することができる。

本発明の実施の形態を、図１および図２により説明する。

本発明の鉛蓄電池の検査方法は、正・負極板をセパレータを介して交互に積層して構成される極板群を電槽に挿入し、電解液を注液する前に相対向する正・負極板群のストラップ部を介して群単位、または、相対向する正・負極板を１組ずつ順に高電圧パルスを印加することにより、セパレータの抜けやバリを正確に検出することを特徴としたものである。図１は本発明の一実施形態を示す説明図であり、図２は本発明品の検査方法を使用したときのチャート図である。

図１は、本発明の一実施形態を示す説明図であり、１は高電圧パルス発生器、１１は計測用のプローブ、２は正極板２１・負極板２２をセパレータ２３を介して交互に積層して構成される極板群、３ａ、３ｂは正・負極の極板群の耳部２４をそれぞれキャストオンストラップ方式（以下、ＣＯＳ方式と称する）によって接続したストラップ部である。

図１に示すように、正極板２１と負極板２２をセパレータ２３を介して交互に積層して構成される極板群２をＣＯＳ方式によって正・負極板の各々の耳部２４を接合した後、電槽（図示せず）に収納し、電解液の注液前にセパレータ２３の抜けを検査する。パルス発生装置１により高電圧パルスを発生させ相対向する正・負極板群のストラップ部３ａ、３ｂにプローブ１１を介して群単位で印加する。そして、高電圧の電圧パルスを印加しセパレータの抜けおよびバリの有無の良否判定を電流値により検出する。電流値を検出後、良品と判定されたものは次工程へ搬送され、不良品と判定されたものは工程から取り除かれる。なお、電圧パルスは相対向する正・負極のストラップ部３ａ、３ｂを介して群単位で印加したが、プローブ１１をそれぞれ相対向する一枚毎の正・負極板に順次当接することで正・負極各一枚からなる一組の極板間の良否判定を行うようにしても良い。

セパレータの抜けの良否判定は、正・負極間で導通が起きたかどうかで判定する。導通が起きたかどうかは電流測定器（図示せず）を用いて電流値の変化により判定を行う。導通が起こるのは印加電圧、印加時間（パルス間隔、パルス幅）およびパルス数によってほぼ決定されるので、例えば高電圧パルス発生器を用いて印加電圧、印加時間（パルス間隔、パルス幅）およびパルス数を一定とし電流値の変化によりセパレータの抜けの良否判定を行うことが可能である。

セパレータが正常に入っている場合（良品）は、セパレータによって正・負極間の絶縁が保たれており、導通は起きず電流値は変化しない。本発明において、導通が起きるのは、セパレータが抜けた場合である。セパレータが抜けている場合（不良品）は、導通が起こり電流値が変化するのでセパレータの抜けを正確に検出することができる。なお、セパレータが抜けていて極板表面に貼り付けられた絶縁紙等により絶縁が保たれる場合があるが、本発明では空間ギャップ距離によってセパレータが抜けたときに、セパレータが抜け極板表面に貼り付けられた絶縁紙等がある場合にも誤判定しない値（導通する値）としてあるので、セパレータが抜け絶縁紙等がある場合にも良否判定を正確に行うことができる。

また、バリの有無の検査もセパレータの抜けの良否判定と同様の方法で同時に行うことが可能であり、バリが無い場合には導通は起きず電流値に変化は無いが、バリがある場合には導通が起き電流値が変化するため、バリの有無を容易に判定することができる。なお、セパレータが正常に入っている場合でもバリが生じているものは、絶縁破壊が起こり不良品として判断され工程から取り除かれる。

図２は電圧パルスを印加した本発明の検査のチャートを示したものである。例えば、印加電圧（ｖ）を時間（ｔ１）のパルス幅で印加した場合、導通電流（セパレータの有無）を電圧印加後時間（ｔ２）で検出し、セパレータの抜けの良否判定を行い、良否判定時間（ｔ３）の間に導通電流の有無を確認する。良否判定を行う際、電流値に変動が無い場合は良品と判定し次工程に搬送するが、電流値に変動がある場合はセパレータ抜けまたはバリによる内部短絡などによる不良品と判断する。高電圧を印加している時間はｔ１と極短い時間に限られるため、コロナ放電によりセパレータに穴をあける心配は無い。図示の例では、印加電圧により導通電流が流れ、良否判定信号がＯＮして不良と判断した例である。その後出力の停止信号が出て次の電圧印加に備える。

（試験１）
公知の方法によって作製された正極板および負極板の表面に紙を貼付しセパレータを介して交互に積層して構成される極板群に、ストラップ部を公知のＣＯＳ方式を用いて溶接し、その後極板群を電槽内に収納し電槽に蓋を施す前の鉛蓄電池（半製品）を作製した。そして、電解液を注液する前に絶縁破壊の検査を行った。絶縁破壊検査は、パルス電圧発生装置により高電圧パルスを発生させ相対向する正・負極板群のストラップ部にプローブを介して群単位で印加した。この際、電槽に挿入した時に極板群の正負極板間に配置されたセパレータの厚みが０．３５ｍｍとなる様にし、印加電圧を１．２〜２．５ｋＶと変化させ電流値を測定し、絶縁破壊が起こるか否かの測定を行った。印加したパルス幅は３００μsとし、１パルスのみ印加した。
結果は、全ての電圧において、セパレータの抜けのない良品であるにも係らず絶縁破壊が発生した。

（試験２）
次に、試験１で用いた鉛蓄電池（半製品）と同じものを用い、セパレータを抜いた不良品とセパレータの抜けのない良品を用意し、印加するパルス電圧を２０ｍｓの間隔で２μｓのパルス幅の電圧を１５パルス印加した。結果は、１．３ｋＶ迄はセパレータの無い不良品に対して導通せず良品と誤判定し、１．４ｋＶ以上ではセパレータが正常に配置されているものを絶縁破壊により不良と誤判定した。

（試験３）
更に、試験２において、印加するパルス電圧を２０ｍｓの間隔で２μｓのパルス幅の電圧を３パルス印加した結果、１．５ｋＶ以下の電圧ではセパレータの無い不良品を良品と誤判定し、１．７ｋＶ以上の電圧ではセパレータが正常に配置されているものを不良と誤判定したが、１．６ｋＶの電圧の場合は、セパレータの無いものは不良品と判定し、セパレータのあるものは良品と判定し、その判定は良好なものであった。

（試験４）
上記試験結果を踏まえ、試験１で用いた鉛蓄電池（半製品）において、用いるセパレータの厚みを種々変えて電槽内に収納した際に正負極板間距離を０．１５、０．２７５、０．３２５、０．３５、０．４、０．４５ｍｍと種々変化させ、更にセパレータを抜いた不良品とし、印加電圧を１．０〜１．８ｋＶと変化させ、試験３と同様にパルス電圧を２０ｍｓの間隔で２μｓのパルス幅の電圧を３パルス印加して、導通する電圧を測定した。その結果表１に示す。

表１に示すように、導通が起きる電圧は正・負極板の空間ギャップ距離（抜けたセパレータの電槽内での厚み）によって異なることが分かる。空間ギャップ距離が長くなると導通が起きる電圧も高くなり、逆に空間ギャップ距離が短くなると導通が起きる電圧も低くなる。空間ギャップ距離が０．３５ｍｍの場合、１．６ｋＶ未満の電圧では導通は起こらず、１．６ｋＶより高い電圧では導通が起きた。例えば極板群を電槽に収納した際に０．３５ｍｍの正・負極板の間隔を保持するセパレータを用いた場合、セパレータが抜けた時の空間ギャップ距離は約０．３５ｍｍとなり、これを検出する場合、１．６Ｖの印加電圧が良いことが分かる。即ち、空間ギャップ距離において、導通が起きる電圧値以上を印加すれば良い。以下、表１に示した導通が起きる電圧と空間ギャップ距離の関係をもとに試験を行った。

（試験５）
次に、試験１と同様に鉛蓄電池（半製品）を作製し、表１に示される空間ギャップ距離において、それぞれ対応する導通が起きる電圧を用い、試験３におけるパルス間隔を５〜４０ｍｓと５ｍｓ間隔で変化させた結果、パルス間隔が短い場合は、セパレータがある正常なものを絶縁破壊により不良品と誤判断し、パルス間隔の長い場合は、セパレータを抜いてあるものも導通せず良品とご判断する傾向にあった。

（試験６）
次に、試験１と同様に鉛蓄電池（半製品）を作製し、表１に示される空間ギャップ距離において、それぞれ対応する導通が起きる電圧を用い、試験３におけるパルス間隔を２０ｍｓと一定にしてパルス幅をそれぞれ１、２、３、５、１０、２０μｓと変化させた結果、パルス幅を大きくするとセパレータのある良品も絶縁破壊により不良品と誤判定する傾向にあった。

（試験７）
次に、試験１と同様に鉛蓄電池（半製品）を作製し、表１に示される空間ギャップ距離において、それぞれ対応する導通が起きる電圧を用い、試験３におけるパルス幅２μｓ、パルス間隔２０ｍｓと一定にして印加するパルス数を１〜１５回と変化させた結果、パルス数を多くするとセパレータのある良品も絶縁破壊により不良品と誤判定する傾向にあった。

試験１〜７により、表１に示される空間ギャップ距離において、それぞれ対応する導通が起きる電圧を用いる場合、パルス数は印加電圧、パルス間隔、パルス幅とは相関関係があることが判った。
経験則により、その式はおおよそ以下の（数１）で表される。

（数１）
但し、定数Ｋは１．０／ｍｍ、絶縁破壊電界は空気の値で、３.３５ｋＶ/ｍｍである。

同一空間ギャップ距離において、誤差判定無く検出することができるパルス数は、試験１〜７によりパルス間隔が広くなるほど多く、印加電圧が高くなるほど、またパルス幅が広くなるほど少なくなる。この相関関係より、何パルスで誤判定無く検出することが可能であるかを容易に推定し判断することができる。例えば、空間ギャップ距離が０．３５ｍｍ、印加電圧１．６ｋＶ、パルス間隔２０ｍｓ、パルス幅２μｓの場合、パルス数は１．７〜３．７となり、可能なパルス数はほぼ２〜４で、この範囲の適当な数値を選択することで誤判定なく検出することが出来た。

試験１と同様に鉛蓄電池（半製品）を作製し、電解液を注液する前にパルス発生器を用いて印加電圧１．６ｋＶでパルス間隔２０ｍｓ、パルス幅２μｓとしたとき（数１）よりパルス数３回とした。電圧パルスは相対向する正・負極のストラップ部を介して群単位で印加し１００組の極板群の良否判定を行った。なお、正・負極板の空間ギャップ距離を０．３５ｍｍとした。

（比較例１）
パルス数を１５回とした以外は実施例１と同様に極板群の良否判定を行った。
（比較例２）
パルス幅を３００μｓ連続とし、パルス数を１回のみ印加した以外は実施例１と同様に極板群の良否判定を行った。

本発明の実施例１のように印加電圧１．６ｋＶでパルス間隔２０ｍｓ、パルス幅２μｓ、パルス数３回としたものでは良否判定を正確に行うことができ１００組の極板群のうち誤判定をするものはなかった。しかし、比較例１では１００組の極板群の内３組の良品を誤判定した。また、比較例２のように連続印加した場合は、１００組の極板群のうち半数以上を誤判定した。

以上のとおり、（数１）を用いて印加電圧、パルス間隔、パルス幅およびパルス数を空間ギャップ距離によって規定することにより、正・負極間のセパレータの抜けを容易に、且つ、精度良く検出して極板群の構造の良否を高い信頼性の下で判断することができる。

本発明第の実施形態を示す説明図。本発明実施形態を示すチャート図。

符号の説明

１高電圧発生装置
１１プローブ
２極板群
２１正極板
２２負極板
２３セパレータ
２４耳部
３ａストラップ部
３ｂストラップ部

Claims

複数枚の正・負極板をセパレータを介して交互に積層して構成される極板群の相対向する正・負極板群のストラップ部を介して群単位、または、相対向する正・負極板を１組ずつ順に高電圧のパルスを印加する検査方法において、該高電圧のパルスは相対向する正・負極板１組の空間ギャップ距離によって印加する印加電圧およびパルス間隔およびパルス幅およびパルス数を可変させ、前記印加電圧を絶縁破壊の起きる電圧以上とし、前記パルス間隔を５〜４０ｍｓとし、前記パルス幅を１〜２０μｓとし、且つパルス数を下記の数１に示す印加電圧、パルス間隔、パルス幅との相関関係用いて算出し、セパレータの抜けやバリを検出することを特徴とする鉛蓄電池の検査方法。
（数１）
但し、定数Ｋは１．０／ｍｍ、絶縁破壊電界は空気の値で、３.３５ｋＶ/ｍｍである。
パルス数は、パルス間隔を印加電圧とパルス幅で除した値の相関関係を利用して算出し推定することを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の検査方法。