バッテリー内部抵抗計測キット

この記事は2012/1/29のものです。

記事を書いた当時はキット版の販売もあったのですが、現在は完成版の販売のみになっているようです。

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　私は単3電池仕様の製品が好きで、デジタルカメラや無線機などなるべく単3電池が使える製品を選んで購入するようにしています。単3電池仕様は突然の電池切れでもコンビニで調達できたり、充電池が共有できるので良いです。更に、これらの充電には太陽電池を使っています。ほんの少しですがクリーンなエネルギーを使っている気持ちになれるところもいい感じです。

　そんな訳で、今では30本以上の単3充電池を使っています。充電も電池にやさしい低速充電で、充電器は秋月のいたわり充電キットの改造版を使っています。

■充電池の寿命

　充電池は充放電を繰り返しているうちに寿命を迎え充電できなくなってしまいます。長い間沢山使ってきましたが、電池の寿命を予測する事は難しいです。単3電池でしたら多くの場合、4本や2本のセットで使いますので、電池切れのタイミングで電圧を測り少ない物は劣化が進んできているのかなと思いつつ、なんとなく使いまわしている日々が続いておりました。

　ところで、電気的には寿命を迎えた電池は、内部抵抗が大きくなっていると考えられます。であるならば、電池の内部抵抗が手軽に測定できれば劣化が進行していく過程も把握できるのではないか思われます。

■電池の内部抵抗を測定するには

　しかし、電池の内部抵抗を測定する事はめんどくさいのです。一番簡単な方法は、電池の開放電圧と、沢山の電流を流した時の電圧から内部抵抗を求める事です。この方法は内部抵抗の比較的大きな電池の場合は良く測定できそうですが、内部抵抗の小さなものになると大電流を流す必要があり今一つスマートな感じじゃありません。

　その他の方法として、交流電流を電池内に流して内部抵抗を計測する方法が知られています。この方式を使った代表的な計測器はやはりHIOKIのバッテリーハイテスタ 3554と思います。是非とも欲しい計測器ではありますが、最小分解能100μΩの3555でもお値段は8万円ですので趣味のために気軽に購入できる代物ではありません。

■電池の内部抵抗を測定するキット

　多分この様な市販の計測器では、正弦波の交流定電流を電池に流して、その電圧を測るのですが、発生する電圧はとても小さいので同期検波を利用した精緻な回路になってます。更に、HIOKIのバッテリーハイテスターは、電池の良否を判断するためのデータやロジックが組み込まれており、その付加価値が価格に反映されているのでしょう。そんな中、東京デバイセズからシンプルな内部抵抗計キットIW7807が出ましたので性能評価を行いました。(半分宣伝っぽいですが…)紹介したいと思います。

　このキットはシンプルな作りでありながら、交流電流による内部抵抗（微小抵抗）の計測ができます。HIOKIのバッテリーハイテスターの様に電池の劣化を判定する機能は無く、単純に内部抵抗と電池の電圧を表示するだけです。

　仕様的には、測定電流は5kHzの矩形波、定電流では無い、抵抗値は平均値表示(値が落ち着くまで数秒要す）、電圧計測は0.35V～、と簡易な仕様になっていますが、4端子法を使っていますのでキットに付属するワニ口クリッププローブでも測定対象とうまく接続できればそこそこの精度が出ます。

■性能評価

　会社で使用しているアジレントのLCRメーターU1733Cを使い計測値の比較を行いました。電池は秋月で売られていた歴代の単3ニッケル水素電池から種類別に5本選びました。

　電池フォルダーの脇についている電解コンデンサは、U1733Cの為に付けています。U1733Cは交流計測のLCRメーターで、電池の内部抵抗を測る仕様ではありませんので直流をカットするために接続しました。内部抵抗計キットは電池と直結しています。キットの端子は上から Hc,Hp,Lp,Lc となっているので4端子法の説明図に書いてあるように接続します。

　測定周波数は、キットが5kHz、U1733Cが10kHzです。両者の誤差はReCyko+の例で最大8%ありましたが、プローブの接続具合でも数mΩは動くことがあるので、まぁまぁの精度と思われます。ちなみに、U1733Cの設定を1kHzにした場合も含めた結果は以下の通りです。

	キット(mΩ)	U1733C 10kHz(mΩ)	U1733C 1kHz(mΩ)
ReCyko+	25.23	24	23.3
GP1800	301.6	301.8	299.6
GP2000	248.5	242.2	239.5
GP2300	371.2	366.1	364.4
GP2600	178.7	176.6	169.4

■最後に

　今回は単3電池の内部抵抗を計測しました。測定では、上の写真にも写っていますが、以前秋月で売られていた大電流用の金属製電池フォルダーを使いました。良くあるバネ付きの電池フォルダーを使うと上記の値よりも80～100mΩ以上大きな抵抗値となり安定した計測ができませんでした。安定した計測を行う場合、計測対象に合わせたプローブや電池フォルダーの選択が必要になります。

　また、このキットは電池以外に微小抵抗を測るミリオームメーターとしても使用する事ができます。10μΩの桁まで見えますが、この桁になると電池フォルダーの例の様にプローブの接続状態がものを言ってきますので、一応表示していますがこの桁は信じられないと思います。

　まぁ、ともかくこれで、内部抵抗が気軽に測れるようになりました。身近な電池の劣化具合を把握するために充放電のタイミングで内部抵抗を記録していこうと思います。