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ニッケル水素電池の放電特性測定(コードレスフォン子機)

Arduino を使った電池の放電特性を測定する仕掛けが出来たので、コードレスフォン子機のバッテリー容量を測定してみました。というか、コードレスフォン子機のバッテリーの調子が悪くなったのが、この放電特性測定装置を作った動機です。

▼コードレスフォン子機のバッテリー
コードレスフォンのバッテリー
子機は2台あって、電池にA,Bとマーキングしました。また、右はダイソーの単四ニッケル水素電池で作った交換用のバッテリーです。なお、これは素早くはんだ付けして作りましたが、お勧めできないので詳しい説明は省略します。なお、以下の測定結果は、3本直列の組み電池の状態での測定結果です。

さて、実際の容量測定の前に、どれくらい劣化しているかを測定したのですが、その中で面白いデーターが取れたので紹介します。

▼電池Bの放電特性
大電流充電による電池Bの回復
青い線が初期状態で、電圧が3V以下になっていて息もたえだえの状態です。放電させた後で充電しようとしても、なかなか電流が流れなかったです。

そこで思い切って5Vで1Aくらいの電流を突っ込んでみたのですが、そうするとなんだか膜が剥がれたような感じで充電電流が流れるようになりました。そういう乱暴をやった後で、標準的な条件(4.5V/0.3AのCVCC充電)で充電し、放電カーブを見たのが赤い線です。まだ電圧が低いですが、明らかに特性が良くなっています。

ちなみに、青い線の時の電流容量は549mAh、赤い線の時は575mAh でした。

さて、こんなこともやった後の総まとめ。三つの電池パックの放電特性です。

▼3つの電池の放電カーブ
放電特性
ダイソーの新品のニッケル水素電池で作った物は3.6V程度の電圧を維持していて優秀な成績、というか100円と言えども新品なのでこれくらいちゃんとしていないと困ります。

Battery-A と Battery-B は電圧が低いものの放電時間が少し短いだけでなかなか健闘しています。これなら電源電圧に余裕がある負荷ならまだまだ使えちゃうんじゃないかという気がします。

ちなみに自動測定した電流容量の値は、
ダイソー:735mAh、Battery-A:547mAh、Battery-B:565mAh でした。
電池の公称容量は600mAhですが、ダイソーの電池は20%くらいのマージンを持っていることが判ります。

ちょっと驚いたのがBattery-A と B の電流容量で、10年以上使っているのに公称容量から10%くらいしか減っていません。

◆電力量で見る
死にかかっているはずの電池なのに電流容量で見るとさほど悪い値にはなっていません。すでにお気付きの方も多いと思いますが、こういうのは電力量で見ないといけません。
放電器のプログラムでは瞬時電力を積分することで電力量も出力しています。その結果を見ると、
ダイソー:2600mWh、Battery-A:1618mWh、Battery-B:1637mWh でした。

このように電力量で見ると容量が60%くらいまで減っていることが判ります。電池の容量は電流容量で比較するのことが多いようです。でも電力量も見ておかないと、間違った結論を出してしまいかねない気がします。

◆まとめ
ともあれ、Arduino を使ったバッテリーの放電器はちゃんと動いていて使えそうです。

今回の測定は負荷抵抗10Ωの状態で行っており、電流は約0.35A程度です。電池の公称容量は600mAhなので、およそ0.5Cの条件で放電させていることになります。

Battery-AとBで電圧が低かったのは、内部抵抗が大きくなっているためだと思います。もっと少ない電流で放電させれば電池から取り出せる容量は増えるし、逆に大電流で放電させれば容量はもっと小さくなったはずです。

今回の測定で気になったのは、すごく劣化しているバッテリーでも、取り出せる電流容量を測定してみるとさほど悪い値になっていなかったことです。平均電流は同じでも電流の値が時間に対して変化していると、電力の値は違ってきます。ここは電力でも比較すべきだと思います。

シリーズレギュレーターしか無かった時代なら積算電流でも問題無かったのでしょうが、スイッチングレギュレーターが当たり前の時代なので、電力量もバッテリーの性能として表せば良いのではないでしょうか。
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