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なぜ私は、内部抵抗を気にするのか

20160519170057643

電池とモーターによる電気回路を、図の様に単純化して考える。

E:電池の起電圧
電池内部の電圧。
基本的には、充電方法などの影響を受けない。

r:電池の内部抵抗
電池内部の状態によって差がある。
(銘柄や充放電の履歴により、違いがある)

E':電池の電圧
テスターなどで測定できる電圧。

R:電池に対する負荷
基板および、モーターなどが、これに相当する。

I:電池から取り出される電流
主たる電流はモーターに供給されるため、値の大きい事が求められる。

この様に定義した時、回路の電気的関係は、以下の様に表す事が出来る。

E = I * ( R + r ) -(1)

E' = I * R -(2)

式(1),(2)より、

E' = E - I * r -(3)

式(3)から、以下の事が判る。

・電流が流れると電圧が低下する(負荷時の電圧降下)
・電流値が大きいほど電圧の低下が大きい。
・内部抵抗が大きいほど電圧の低下が大きい。

モーターを高回転・高トルクで回すためには、電圧を高く・電流を多くする必要がある。
つまり、起電圧を高くして、内部抵抗を低くする事が求められる。

起電圧を高くする事は難しい。
充電電圧を高くしても、高電流で充電しても、ニッケル水素電池の物理的上限起電圧(1.55V)を超える事はできないし、充電終了後に起電圧は急速に低下する。
仮に充電直後に高い起電圧であっても、走行前の起電圧は1.45V程度になる。

必要な内部抵抗値を計算すると以下の様になる。
起電圧が1.45Vで、14A(FETの許容値)の電流を流し、1.20Vまで電圧が落ちると、

1.20 = 1.45 - 14 * r

なので、内部抵抗(r)=18mΩとなる。
起電圧が上限の1.55Vの場合、14Aを流し、1.20Vまで電圧が落ちると、r=25mΩとなる。

オリオン800HVは、充放電サイクル25回までの内部抵抗値が17~18mΩ程度なので、容易にこの内部抵抗を確保できる。

1.55V-25mΩと1.45V-18mΩは同じ性能なので、起電圧を高くする事に注力するよりも、内部抵抗の低い電池を使う方が、運用が楽であると言える。

また、内部抵抗が小さいという事は、損失が小さいと言う事なので、性能を長時間維持する事が可能であるという事でもある。

というところで、いかがでしょうか(^_^;)

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