自作単三充電池放電器の放電量について

質問

ラジコンで使用する単三充電池の自作放電器を作っています。

ネットによくある、セメント抵抗、整流用ダイオードと電池ボックス
（単三一本）をつなげたものです。

充電池　単三　　　２２３０ｍAh
セメント抵抗　　　２W　１オームと書いてあります。
整流用ダイオード　１A程度
を使って作成した場合に、一時間あたりどれくらいの放電量になる
のでしょうか。よろしくお願いします。

回答No.2

soramist · ベストアンサー

ANo.1です。
とんでもない間違いをしていました。(-_-;)

ダイオードが入っているので、放電電流を計算するためには、この両端電圧(約0.7V)を差し引かなければなりませんね。

また、こうなると、放電電流がかなり小さくなり、前回の1Aとは放電勾配も変わってきます。
よって、ここではメーカーサイトから引用した下記放電データで考察することにします。

「図８　放電電流と放電電圧の一例」を見てください。
(pdf.ですので拡大して見られます）
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PJ2.pdf

ただし、これは定電流放電のデータ(*1)であり、ご質問は定抵抗放電ですから、若干修正する必要があります。
　*1 0.2ltおよび1.0lt(lt=C=放電時間率)のデータ

今回のケースは0.2ltに近い放電になりますので、0.2ltの方を採用します。
負荷が軽くなった分、電圧は高くなります。

[結論]
放電開始直後、電池電圧は急激に低下するが、３０分くらいでほぼ安定し、約１時間後には1.28V程度になる。
その後はゆっくりと電圧は下がり、約３時間後に1.22V程度になる。
3.5時間後くらいから急激に低下し始め、約４時間後に1.0V（放電終止）になる。

[推測の根拠]
上記放電カーブを、0-20%,20-80%,80-90%,90-100%に区分して各区間の平均電圧および平均放電電流を求めます。
例えば、20%放電したところでは、1.3Vになり、この区間の平均は1.33Vと読み取ります。
（カーブしているので単純平均にはならない）
　　　平均電流(A)=(1.33-0.7)V/1Ω=0.63A

　　　区間(%)　　　電圧(V)　平均電圧(V)　平均電流(A)
　　 0　　　　　　　1.40
　　　　 　0-20　　　　　　　　1.33　　　0.63
　　20 　　　　　　 1.30
　　　　　20-80　　　　　　　　1.27　　　0.57
　　80　　　　　　　1.22
　　　　　80-90　　　　　　　　1.2 　　 0.5
　　90　　　　　　　1.17
　　　　　90-100　　　　　　　 1.1　　 　0.4
　 100　　　　　　　1.0

また、各区間の放電量を平均電流で割って、放電時間を求めます。
放電量の基準は公称電池容量の2.23Ahをとります。

　例0-20%区間の放電量および放電時間は、
　　　2.23Ahx20%=0.446Ah
　　　0.446Ah/0.63A=0.708h

　　区間(%)　放電量(Ah)　平均電流(A)　放電時間(h)　積算時間(h)
　　　0-20　　0.446　　　0.63　　　　　0.708　　　　0.708
　　20-80　　 1.338　　　0.57　 　　　2.347　 　 3.055　
　　80-90　 　0.223　　　0.5　　 　 　0.446　 　 3.501
　　90-100　　0.223　　　0.4　　 　 　0.558　 　 4.059

参考ですが、全平均放電電流は
　　2.223Ah/4.059h=0.55A
　　0.55A/2.23A=0.246lt
と計算され、電池容量定格を決めるときの５時間率にほぼ近いことがわかります。(END)

1. 2W 1Ωでよいか？

　　　W=E^2/R=(1.4-0.7)(V)^2/1(Ω)=0.49W
　問題なし
　ただし、かなり熱くなるので放熱に注意すること

2. ダイオードは1Aでよいか？

　最大でも0.7Aなので、一応使える。
　ただし、2A級のものを使ったほうが安全

失礼しました。

参考URL：

http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PJ2.pdf

お礼

詳しい説明をしていただきありがとうございます。
抵抗とダイオードは様子を見て、変更したいと思います。

充電池といっても奥が深いですね。早速作って見たいと思います。

回答No.1

soramist

満タン充電した電池は、最初の一時間で約52%放電し、その後0.93時間でほぼ100％放電、すなわち合計2時間弱で100%放電（放電終止 1.0V)すると推測します。

[推測の根拠]
こういう実験をやった人がいます。
2003-10-01のところの放電カーブを見てください。
http://www.oct.zaq.ne.jp/i-garage/dimage/dim_06.htm

系列1はサンヨーの1.6Ahで１年４ヶ月経過したものだそうです。
系列2はパナの1.9Ahで、同じく１年４ヶ月経過したものだそうです。
系列3はサンヨーの2Ahで新品（５ヶ月）だそうです。

この３つの中から、系列３がご質問の電池に一番近いものとして、このデータを引用します。

この放電器は1Aの定電流放電器だそうです。
このグラフで55分までは、電圧は約1.2Vでほぼフラットです。
また残りの55分間は平均1.12V（目測）で、ダラダラと落ちています。

つまり、「50%放電までは、約1.2Vで行き、残りの50%は平均1.12Vで行く」ということがこのグラフから推測されます。

お尋ねのケースは、定抵抗（1Ω）ですから、ちょっと状況が違いますが、上記資料から、「50%放電までは1.2Vで行く」と想定すると、
　　2.23Ahx0.5=1.115Ah
　　1.2V/1Ω=1.2A
　　1.115Ah/1.2A=0.93h
また、残りの50%は平均1.12Vで行く」と想定すると、
　　1.115V/1Ω=1.115A
　　1.115Ah/1.115A=1h
合計1.93hで放電終止電圧1.0Vに達するので、最初の１時間の放電量は、
　　1/1.93=52%(END)

以上、かなり細かい推測をやりましたが、（グラフの区間の切り方は極めて大雑把ですが(-_-;)）、これらのことから、「ニッカド、ニッケル水素系の充電式電池は（アルカリ電池などと違って）、1.2Vの範囲が極めて広いので、大雑把に計算するなら、1.2Vだけでやっても大差ない」ことがお分かりいただけたかと思います。

ところで・・・

1. 2W 1Ωでよいか？
　　1.2Vx1.2A=1.4W
　抵抗は、普通、計算値の２倍以上のものを使用します。
　このままでは、手で触れないくらい熱くなるでしょう。
　3W以上を使用し、放熱（換気）が十分行われるようにしましょう。

2.ダイオードは1Aでよいか？
　上記のように、1.2A流れます。
　定格オーバーで焼けるでしょう。
　2～3Aくらいのものを使用されることをお勧めします。

参考URL：

http://www.oct.zaq.ne.jp/i-garage/dimage/dim_06.htm