バッテリー内部抵抗の測定：実践ガイド

バッテリー

バッテリー駆動プロジェクトを扱っていて、バッテリーの内部抵抗について知る必要がありますか？それなら、この記事を読んでいます。

すべてのバッテリーには、電流の流れに対する一定レベルの抵抗があります。興味深いことに、この抵抗を内部抵抗と呼びます。また、バッテリーは永遠に持続せず、内部抵抗は時間とともに変化します。したがって、回路で使用する前に、あらゆるバッテリーの内部抵抗を測定する必要があります。測定方法がわからない場合は、そのまま読み進めてください。この記事ですべて学べます。

内部抵抗の定義

内部抵抗モデル

抵抗はエンジニアリングでおなじみの概念です。また、内部抵抗は、導体内部の電流レベルに物体が抵抗し、熱を発生させるときに発生します。興味深いことに、バッテリーセルは電流の流れに対してある種の抵抗を示します。バッテリーには完璧な電気伝導体がないため、内部抵抗ゼロのバッテリーを見つけるのは困難です。また、バッテリーの内部抵抗は、そのバッテリーの守護者のようなものです。したがって、内部抵抗が低いほど、そのバッテリーを使用する際の制約が少なくなります。内部抵抗が高いと、バッテリーは過熱し、電圧降下を経験します。

バッテリーの仕組み

バッテリーには、異なる金属で作られた2つの端子と、それらの間の電解質があります。電解質は電子の流れを許可する化学溶液です。つまり、電解質は電気伝導体です。また、電解質は金属と反応して、それぞれのイオン状態を維持します。一方のバッテリー端子はカソードで、通常多くの正電荷を持つ金属酸化物、または電子がゼロまたは少ない金属イオンです。もう一方の端子はアノードで、通常多くの負電荷を持つ金属、または電子があふれた金属イオンです。電解質の化学反応によりカソードが酸化され、電子を失います。これらの電子は回路を通ってアノードに到達します。また、バッテリーは反応物が尽きるまで化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。したがって、バッテリーは死にます。しかし、外部電気エネルギーでより多くの反応物を得て、化学エネルギーに変換できます。つまり、死んだバッテリーを充電し、蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスを繰り返せます。

バッテリー端子

バッテリー充電

バッテリー内部抵抗の測定：理想的な方法

内部抵抗測定には、以下のようなコンポーネントが必要です：

• 新しいバッテリー（できれば単三電池）

単三電池

• 抵抗

抵抗

• 電圧計

電圧計

手順

1. まず、電圧計とバッテリーを接続します。電圧計をバッテリー端子にクリップで挟みます。赤い電圧計端子をバッテリーのカソードに、黒い端子をアノードに接続。

2. 電圧計から得られる測定値を1.500ボルトとして記録。電圧計が提供する負荷電圧はバッテリータイプによります。開放回路電圧（VOC）、つまり回路に負荷を加えていないため、この読み取り値が得られます。

3. 次に、抵抗をバッテリーに追加し、再び電圧計を接続。バッテリーの内部抵抗により電圧降下が見られるはずです。

4. 抵抗追加後の電圧計測定値を1.446ボルトとして記録。電圧降下があるため、初期測定値より小さい値が得られます。したがって、開放回路電圧（VOC）と負荷接続時のバッテリー電圧（この場合は抵抗）から得た値を使用して、バッテリーの内部抵抗を測定できます。

5. 次に、キルヒホッフの電圧法則とオームの法則を使用してバッテリーの内部抵抗を測定します。まず、負荷接続後の値を使用して回路に流れる電流量を計算：

各記号の意味：

V：電圧、R：抵抗、I：電流、VL：負荷電圧、RL：抵抗値

次に、キルヒホッフの電圧法則を使用してバッテリー内部抵抗の電圧を計算。これは内部抵抗内の電圧降下値と同じです：

各記号の意味：VOC：開放回路電圧、VL：負荷電圧、VI：内部抵抗両端の電圧

回路に流れる電流値と内部抵抗の電圧降下値が得られたら、オームの法則を使用してバッテリーの内部抵抗を計算できます。

各記号の意味：RI：内部抵抗

したがって、単三電池の内部抵抗は0.149Ωです。

内部抵抗が電圧と電流に与える影響

電圧

オームの法則を使用してよりよく理解できます。オームの法則は、回路における電流、電圧、抵抗の関係を示す公式を使用します。電圧と内部抵抗は独立変数です。従属変数（電流）が内部抵抗の影響を受ける変数です。つまり、内部抵抗が増加すると電流が減少します。あるいは、内部抵抗が減少すると電流が増加します。電流と内部抵抗は反比例関係にあります。ただし、これはオームの法則に基づく場合のみです。法則なしでは、内部抵抗が増加すると電圧が低下します。

内部抵抗がバッテリーに与える影響

携帯電話バッテリー

低い内部抵抗は、バッテリーが必要な電力スパイクを供給する際により少ない問題に遭遇することを意味します。逆に、高いmW読み取り値があると、バッテリーが通常より早く死ぬ原因になります。なぜなら、バッテリーはエネルギーを蓄えながらエネルギー効率を提供できないからです。つまり、大きな内部抵抗はバッテリーの寿命と性能を害します。

バッテリーの内部抵抗は変化するか？

死んだバッテリー

バッテリーが古くなるにつれて、内部抵抗は増加します。この内部抵抗の増加により、バッテリー端子での利用可能電力も減少します。したがって、バッテリーから信頼性の高い動作を得たい場合、内部抵抗が高くなりすぎる前に監視することが必要です。

バッテリー内部抵抗に影響を与えるコンポーネント

内部抵抗に影響を与える2つの主要コンポーネントは、電子抵抗とイオン抵抗です。電子抵抗には、内部コンポーネントや金属カバーなど、すべてのバッテリー材料の抵抗が含まれます。また、これらすべての材料がどのように接触するかも関係します。また、負荷をバッテリーに接続した直後に電子抵抗の効果が見られます。一方、イオン抵抗は、イオン移動度、電極表面積、電解質伝導率などの電気化学的要因に基づいて、バッテリーが電流の流れにどう抵抗するかを扱います。

まとめ

バッテリーの内部抵抗測定は、回路構築時に不可欠です。内部抵抗はバッテリー動作の責任を負います。また、その状態が良いバッテリーか悪いバッテリーかを決定します。さらに、高いバッテリー内部抵抗は過熱と予想より早い寿命を引き起こします。したがって、測定値を使用して、回路のバッテリーを交換すべきか判断できます。ご質問があれば、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。