内部抵抗計算

内部抵抗とは？

内部抵抗（Ri）は、バッテリーセル内部の電流の流れに対する抵抗であり、電解質のイオン抵抗、電極と集電体の電子抵抗、電極-電解質界面の電荷移動抵抗から構成されます。

内部抵抗は電力供給能力と効率を直接決定します。抵抗が高いと熱としてのエネルギー損失が増加し（P = I²Ri）、達成可能なピーク出力が低下し、負荷時の電圧降下が大きくなります。経年劣化、低温、低充電状態で増加します。

高出力用途（電動工具、EV加速時）では、低い内部抵抗が重要です。代表的な値は、高出力円筒形セルで5-20 mΩ、小型民生用セルで50-200 mΩの範囲です。

内部抵抗は単一の固定値ではありません — SOC、温度、測定周波数、電流方向（充放電）で変わります。50% SOCでの10秒パルスDCIRが最も一般的ですが、1 kHzでのEIS値とは異なります。必ず同条件で測定した値を比較してください。

Formula: 内部抵抗 = (開回路電圧 - 負荷電圧) / 負荷電流 電圧降下 = 電流 × 内部抵抗 電力損失 = 電流² × 内部抵抗

計算例

セルの開回路電圧が4.15Vで、10A負荷時に3.95Vに低下。内部抵抗 = (4.15 - 3.95) / 10 = 0.02 Ω = 20 mΩ。電力損失 = 10² × 0.02 = 2.0 W。40W出力時の効率 = 40/(40+2) = 95.2%。

この計算機を使用する場面

• 入荷検査時に既知の負荷パルスでの電圧降下を測定しセルの出力能力を特性化
• 予知保全プログラムの一環として経時的な内部抵抗増加を追跡しバッテリー劣化を診断
• パック熱設計時にI²R損失からの熱負荷を推定し冷却システムをサイジング
• 異なるサプライヤーや製造ロットのセルを比較し一貫性と品質を検証

よくある間違いの回避

• OCV測定前に十分な安定時間を取らない — OCV安定に充放電後30-60分必要; 早すぎる測定で人為的に高い/低い抵抗値
• テスト電流が低すぎる — 非常に低い電流では電圧降下がメーター分解能に対して小さく大きな測定誤差; 少なくとも10-50 mVの降下を生じる電流を使用
• セル抵抗とパック抵抗の混同 — パック抵抗にはバスバー、コネクタ、コンタクタ、配線抵抗が含まれる; セル診断時はこれらを差し引く
• 基準と異なるSOCで測定 — 内部抵抗はSOCで変化し通常50%で最低、空で最高; 同じSOCで比較する

結果の解釈方法

• ミリオーム(mΩ)単位の内部抵抗は中心的な健全性指標です。新品セルは通常10〜50 mΩ前後で、劣化したセルは50〜200 mΩまで上昇するため、時間とともに上昇する傾向は劣化の信頼できる早期兆候です
• 電力損失(I² × R)はセル内部で熱として散逸します。抵抗が高いほど自己発熱が増え往復効率が低下し、この効果は高い放電電流で増大します
• 測定値は試験時の負荷電流、温度、充電状態によって変わります。冷えたセルと低充電はいずれも高く読まれるため、同じ条件で測定した抵抗どうしを比較してください

関連規格・参考文献

• IEC 62660-1 — EV用途リチウムイオンセル: DCおよびAC内部抵抗測定手順
• IEC 61960 — 二次リチウムセル: AC内部抵抗およびDC抵抗測定方法
• IEEE 1188およびIEEE 1187 — 健全性モニタリングのための鉛蓄電池の保守およびオーム(インピーダンス)測定の慣行
• ISO 12405-1 — EVリチウムイオン電池パックおよびシステム: 抵抗特性評価を含む試験仕様

よくある質問

内部抵抗は経年変化でどう変わりますか？

内部抵抗は一般的にバッテリー寿命を通じて50-100%増加します。SEI層の成長、電極粒子の亀裂、電解質の分解がすべて抵抗を増加させます。これが古いバッテリーの出力能力が低下し、容量劣化が軽度であっても発熱が増加する理由です。

DC抵抗とACインピーダンスの違いは？

DC内部抵抗（DCIR）は単純な負荷パルスで測定され、すべての抵抗成分を含みます。ACインピーダンス（EIS）は異なる周波数を使用して、バルク電解質抵抗、電荷移動抵抗、拡散インピーダンスを分離し、劣化メカニズムに関するより詳細な診断情報を提供します。

なぜ低温で内部抵抗が増加するのですか？

低温は電解質中のリチウムイオン拡散を遅らせ、電極表面の電荷移動反応速度を低下させます。-20°Cでは内部抵抗が25°Cの2-5倍になりうるため、EVが冬に航続距離と出力が低下します。