秋月電子のDE-5000でバッテリの内部抵抗を測る

2015-05-02

秋葉原の秋月電子通商で買った 台湾DER EE社 LCRメータ DE-5000 は、交流測定が出来るので、DCカットすれば電池の内部抵抗が測れるらしい。そこで、バッテリの内部抵抗を測定するプローブを自作しました。

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DE-5000のプローブソケットは、特殊な形状なのでDE-5000用テストリード TL-21(780円) を改造しました。

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DE-5000のLCR測定には、通常はこのプローブを使います(過去記事 格安でも本格的、秋月電子LCRメータ DE-5000)。

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ワニ口が付いたプローブも用意されていましたが、必要無いと思ったので買いませんでしたが、今回バッテリの内部抵抗を測定する為に、DE-5000用テストリード TL-21 (780円) を購入しました。

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ここに差し込む端子をプラ板や両面基板で自作されている方もいるようですが、参考記事にさせていただいた記事の通り TL-21 を改造した方が綺麗に出来るし簡単です。

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分解してパターンを確認します。-2と+2に交流信号を印加して電流を測定し、-1と+1で電圧を測定しているようです。

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DE-5000は4線ケルビン接続で計測しているので、ワニ口までは2芯シールド線で配線されていて、ワニ口で接続されていました。この4線ケルビン接続によって、リード線の抵抗値をほぼ無視できるという原理です。

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参考記事によると、DCカットのコンデンサで測定精度に影響するそうで、フィルムコンデンサが良いらしい。千石電子で WIMA メタライズドポリエステルフィルムコンデンサ MKS2 63V 0.47uF(86円x2) と 1.5MΩ(5円)の1/8W抵抗を買って来ました。

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コンデンサをハンダ付けする為にPカッターでパターンを2箇所カットしました。

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信号源と測定入力の両方にフィルムコンデンサを入れます。1.5MΩは、測定端子の電荷放出用です。

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2芯シールド線をハンダ付けします。

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TL-21に付いてた2芯シールド線は短いので、3.5φ STEREO Audioケーブルを流用しました。先端でシールド線をカットして収縮チューブをかぶせて、ワニ口クリップにハンダ付けします。

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完成しました。

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抵抗を測定すると、ほぼ正確な値が出ていました。LCR AUTOだと抵抗値が低い時に上手く行かない事があるので、Rp に切り替えて測定します。測定周波数は、初期値1kHzで問題ありません。100Hz だと安定しない場合がありました。

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ショートしても 0.006Ω(6mΩ)と表示されました。多少ばらつきがあり、0.002~0.006Ω と表示されます。CAL で補正できないかと思いましたが、CALの Open で Fail してしまいますので、この程度の誤差は諦めるより無いのかも知れません。

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バッテリの内部抵抗とは

バッテリの起電力Eの電源に、電池内部の抵抗r と負荷抵抗Rが直列に接続されている。バッテリが消耗したり、劣化すると内部抵抗rが高くなり、負荷抵抗Rが低くても大電流を取り出す事ができなくなるという訳です。バッテリの内部抵抗rが測定できれば、バッテリの状態を判断する事ができる。

実際に負荷抵抗Rに流れる電流との電圧を測定すれば、内部抵抗rを計算する事ができるが、内部抵抗が低い電池を測るためには10Aとか100Aの電流を流さなければならない。DE-5000 では交流電源をバッテリに印加してその電流と電圧変化から内部抵抗を計算しているらしい。

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アルカリ電池、ニッケル水素電池を測定してみましたが、手持ちだと安定しないので、測定には電池ケースが必要です。

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LEXUS NX200t のバッテリ内部抵抗を測定してみると、5~3mΩ と表示されました。新品に近いバッテリなので、内部抵抗が低くて測定できていないと見るべきですね。

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TDR125 のシールドバッテリーは、43mΩ でした。

調べてみると、自動車用バッテリは、新品で5mΩ前後なんだそうで、DE-5000 の精度では正常な自動車用バッテリはの内部抵抗は測定できないという事ですね。もう1桁精度をあげる必要があります。実は、自動車用バッテリの内部抵抗を測定するのが目的だったのですが・・・

参考記事:
DE-5000 充電電池内部抵抗測定アダプター (ジャンクな電子工作&徒然落書き帳)

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