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ニッケル水素電池の内部抵抗測定

 前の記事で、LCRメーターに取り付ける電池内部抵抗測定アダプタを作りましたが、せっかくなので手持ちのニッケル水素電池などを測定した結果についてレポートします。

▼測定風景
電池内部抵抗測定の様子

 中央がLCRメーター(DE-5000)で、前の記事で作った電池内部抵抗測定アダプタが付いています。

 右は電池電圧測定用のテスター。左は測定波形の観察用のオシロですが、これは無くても大丈夫です。オシロがあると測定波形を観察出来るので、レンジやモードの切り替えの様子が判って便利です。なお、こういう測定器を接続すると、その分だけ静電容量がパラに接続されて、場合によっては誤差になるので要注意です。

 測定は、電池の内部抵抗と電圧をまず測り、その後で充電して、再度内部抵抗と電圧測定を行いました。最初の状態は電池にどれくらいの容量が残っているか判らないので、参考値程度の値にしかなりません。一方で充電後の値は、ともかくその電池を最大限に回復させた状態なので、ある程度意味のある値と言えると思います。

▼使用した充電器
BQ390
 パナソニックのBQ-390で、個別の充電状態が判るように改造した物です。

 以下が測定結果で、充電前の電池内部抵抗(mΩ)/電圧(V) → 充電後の電池内部抵抗(mΩ)/電圧(V) の値を表しています。また、、括弧付き数字は複数の電池があることを表しています。

1. eneloop (単三)
エネループ
 1) 65mΩ/1.295V → 63mΩ/1.476V
 2) 64mΩ/1.321V → 56mΩ/1.478V
 3) 60mΩ/1.322V → 60mΩ/1.483V
 確か4本組で買ったはずなのですが、1本見つかりません。結構内部抵抗が低いのでこの電池は大丈夫そうです。なお、この内部抵抗の値には接触抵抗や電池ホルダの抵抗も含まれています。特に電池ホルダーのマイナス側のコイルバネは鉄系の材質のようなので(磁石にくっつきます)、このバネだけでもかなりの抵抗がありそうです。

2. ECOPRODE (単三)
エコプライド
 1) 115mΩ/1.234V → 111mΩ/1.446V
 2) 119mΩ/0.099V →  96mΩ/1.368V
 オーム電機製です。初期電圧が0.099Vの物は充電不能かと思ったのですが、一応充電できたようです。
 白くてかっこいいのですが、内部抵抗がかなり高いです。見掛けで判断してはダメと言うことでしょう。

3. GP ReCyKo (単三)
GPReCyko+
 1) 79mΩ/0.753V → 75mΩ/1.369V
 確か秋月で大昔に買った物です。内部抵抗が高めです。

4. GP ReCyKo+ (単三)
GPReCyko+
 1) 62mΩ/1.177V → 63mΩ/1.393V
 2) 63mΩ/1.271V → 56mΩ/1.464V
 3) 64mΩ/1.152V → 59mΩ/1.394V
 4) 60mΩ/1.283V → 53mΩ/1.471V
 これも秋月で買った物です。これは結構優秀な値だと思います。

5. ReVOLTES (単三)
ReVOLTES
 1) 114mΩ/1.264V → 119mΩ/1.418V
 2) 111mΩ/1.132V → 103mΩ/1.386V
 昔ダイソーで買った物です。内部抵抗が高いです。

6. eneloop (単四)
単四エネループ
 1) 253mΩ/1.395V → 265mΩ/1.520V
 2) 256mΩ/1.401V → 244mΩ/1.514V
 ここから単四電池です。内部抵抗がかなり高くなっているのでこの電池はもう捨てた方が良さそうです。

7. GP ReCyKo+(単四)
単四GPReCyko+
 1) 89mΩ/1.270V → 86mΩ/1.475V
 2) 76mΩ/1.269V → 87mΩ/1.476V
 これは秋月で買った物です。単四なのに内部抵抗が80mΩ程度で、ダメな単三より低くて優秀だと思います。

8. TrustFire 14500 (単三サイズのリチウム電池)
リチウムイオン
 1) 478mΩ/4.17V → 470mΩ/4.21V
 2) 648mΩ/4.03V → 635mΩ/4.20V
 ついでに単セルリチウム電池を測ってみました。これはLEDフラッシュライトでずっと使っている物です。
 内部抵抗がめちゃめちゃ高いです。保護回路入りなのでその影響があるのかも知れませんが、たぶんこれはもうダメな気がします。
 これ以外に18650の単セルリチウム電池があるので後で測ってみたいと思いますが、電池ホルダーが無いので正確な測定は難しいです。

◆まとめ
 充電の前後で内部抵抗を測りましたが、その値に大きな差は無さそうです。つまり、内部抵抗を測定する時に、念のために充電したりしなくても良いみたいです。

 この測定で電池の内部抵抗が単三なら60mΩ程度、単四なら90mΩ程度なら元気な電池と判断出来そうです。これより内部抵抗が高い物(高くなった)物は「劣化している」と判断しても良さそうです。とは言っても勝手に俺様ルールを広める訳にもいきませんので、世の中の統一見解のようなものが無いか調べてみたいと思います。

 リチウム電池の内部抵抗がかなり高くなっていたので、AliExpressから新しいものを買うべく発注しました。届いたらまた測定してみたいと思います。
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内部抵抗を利用する製品も…

こんにちは。アグレッシブなご活躍、いつも舌を巻きつつ勉強させていただいてます。

内部抵抗が低い=優れた電池、を測定対象にされたようですが、ボタン電池(例えばLR-44)などは、どのような値になるものでしょうか。

というのは、廉価なおもちゃ等では、LED点灯に保護抵抗を入れず、電池の内部抵抗に依存しているような製品を見かけるためです。テスト用に定電圧電源をうっかり電流制限なしで接続してLEDを飛ばしてしまったことがあります(似た色あいの手持ち品を無償提供しました)。

中華製の昇圧降圧基板+リチウム電池で、手軽な万能電源を計画していますが、電流制限つき基板はお高いので、電流フリーな基板で出力に抵抗を挿入できる回路を考えております。どの程度の抵抗値を設定するかの参考にできればと考えてしまいました。

あえて性能の低い電源(笑)が必要となるケースもある、というご参考になれば幸いです。

re:内部抵抗を利用する製品も…

macoswayさん今晩は。

確かにコイン電池で直接白色LEDを光らすキーホルダーなんてありますよね。

先ほどちょっと測ってみたら、CR2016のコイン電池は12Ω、LR44のボタン電池は2.6Ωでした。LR44は思ったより低かったですが、中身はアルカリ電池なので、サイズから考えると妥当な値のような気がします。

で、考えられている内部抵抗の高い電源ですが、どれくらいの抵抗値にすれば良いかはケースバイケースなので、決め打ちは無理だと思います。
どうしてもやるなら、抵抗をタップで切り替える方式が良いと思います。

VR使う手もあるか

早々にお応えいただきありがとうございました。

やはり二次電池が抵抗低いのですね。CR2016の方が高いのは意外でしたが、考えたら、電池の内部抵抗って、定性的にしか理解してなくて、絶対値を知る機会は少ないです。ありがたい情報でした。

万能電源に付加する抵抗は、漠然と10~20Ω程度を考えていました。もちろんストレート出力も併用して。漠然の根拠は短絡しても親電源を壊さず、少しでも負荷があるなら100mA以下になる、という程度の発想でした。

タップ切替えとかブレッドボード内蔵とかも考えてましたが、SW挿入や出力別端子とかも含め部品数が増えるより、この程度の電力ならバリオーム使って、電流みながら内部抵抗を可変してみるのもいいかもですね。

フの字型保護回路

横槍コメントで済みません

> macoswayさん

おもちゃドクターの資格をお持ちの方へコメント入れるのは失礼かもしれませんがご無礼お許しください。

懸案の「あえて性能の低い」万能電源ですが、100mA程度で良いのであればフの字型保護回路を入れるのはどうでしょうか?
昔、学生時代の実験用可変電圧電源に出力を短絡しても問題がないシンプルな回路で作り、先生に感謝され卒業時に置いて行ってくれと頼まれました。

似た回路を探したところ下記リンクのようなものが見つかりました。
http://retireji.z-sound.biz/contents/015.html

図16-13で、ZDの電源を出力側からとっているので過負荷になるとZDの電圧が下がり出力電圧と電流は更に低下します。
図16-14の過負荷保護回路を追加すればVbe電圧を決めるRを巻き線抵抗器等で可変することにより上限電流設定も可能かと思います。20Ωなら30mA、5Ωなら120mA程度?

re:VR使う手もあるか

可変抵抗のスライダーが端に近づくと、狭い範囲だけが発熱することになって焼損し易くなるのでご注意ください。これでいくつか可変抵抗をダメにしたことがあります。

他にはポリスイッチを使う、あるいは古典的な方法として豆電球を直列に入れるなどの手があります。あと、mytoshiさんが書かれたような垂下特性の回路にする方法もあります。実装方法の都合もあるでしょうから、気に入った方法でやれば良いと思います。

ところで、メトロニクスの安定化電源を2台はお持ちだったと思うのですが、あれってCVCC電源じゃなかったですか。

性能下げるなら何でもありですね

ラジオペンチ様

確かに電流が流れるので普通のVRでは焼損の可能性がありますね。ちょっと悩ましい。mytoshi様のコメントにもある巻線の可変抵抗がよさそうですが、ますますコストと体積が増加してしまいます。

ポリスイッチは前に調べたことがあって、かなりの低抵抗でした。疑似内部抵抗にはならないかもしれません。おもちゃでは、電池ボックスに直列、ヒューズでも入れたくなる位置にひと桁Ωの抵抗を入れたものがあります。あれが疑似内部抵抗的な使い方かもしれません。

豆電球(というか高電圧高電力仕様の電球)は、昔HOゲージなど遊んでいた際に、電源の製作記事で「ショートランプ」と称しているのを見たことがありました。何にせよ選択肢はいろいろありそうで、妄想を楽しみます。

メトロニクスの電源は実は3台あります。CVCCと言えばいいのかな、カレントつまみを絞っておくと、クリップ点で電流計が頭打ちのように止まり、電圧ダウンします。そのモニタなのか、小さいラジケータ(死語か)がついてます。

本来は、供給対象の保護特性を調べてから、この電源のカレント指定を絞って使うのだと思いますが、これを電池式の簡易電源で代用できないかというのが今回の発想でした。お騒がせしました。


目的は低劣電源のマネをすること

mytoshi様

横入りありがとうございます。ブログ主様の記事趣旨から離れてしまうことを怖れますが、勉強になりました。

「フ」の字には初めて出会いましたが、かなり高級な保護回路ですね。アマチュア無線の送信機で負荷マッチングが取れてない時に働いてるのはこういうシカケかなと想像しました。

しかしながら、目的は、負荷や電源の保護ではなく、擬似的にレギュレーションの悪い電源を用意することであり、その状態で負荷本来の動作を確かめることにあります。電流を頭打ちしたついでに電圧も下がってしまうのでは目的を果たせないことになりそうです。

【訂正:「電流を頭打ち→電圧も下がってしまう」はアタリマエでした。申し上げたかったのは、「頭打ち電流に至ってストンと下がる《良好な特性》ではなく、その前からダラダラ下がる《低劣な特性》の方が目的にあう」という趣旨でした。お詫びして訂正します。(同日15:37)】

ご教示いただいた保護回路は、負荷の耐電流を前提に設計すると思いますが、そもそもそれが不定な対象です。また低性能な電源から優れた電源まで連続的に疑似できればありがたいと思っていました。

説明不足申し訳ないです。ありがとうございました。

擬似的にレギュレーションの悪い電源

横槍の続きで済みません。

> macoswayさん

本格的なCVCC電源をお持ちなので有れば、下記リンクのようなレオスタットを直列に入れるのが一番簡便な方法だと思います。
uxcell 可変抵抗器 巻線型 セラミック金属製シルバートーン 送料込み813円
25W 50オーム 直径4.3cm、本体高さ2.3cm、ツマミ含む全長7cm
https://www.amazon.co.jp/dp/B01AA6MHTA/ref=olp_product_details?_encoding=UTF8&me=

2W程度で良いのであれば直径3cmの「RA30シリーズ 巻線形可変抵抗器」なども使えます。

ゼロΩでは高級なCVCC電源で設定した初期電圧と上限電流で本来の特性、抵抗値を増やせば乾電池など内部抵抗による変動が大きい電源を疑似的に再現。

抵抗値は、[各乾電池の内部抵抗値]x[本数]で良いかと思います。
ラジオペンチさん実測のCR2016やLR44データに加えて一般的に言われている下記数値を目安に出来ると思います。
単一 0.2Ω
単二 0.5Ω
単三 1.2Ω
単四 3Ω
メーカーや電池の状態により±50%程度の違いが出ると思いますが。
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電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
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