電池の内部抵抗と端子電圧(電圧計が正常でも動かない場合)
テスターを当てると と出るのに、機器につなぐと動かない電池があります。測り方が悪いわけではありません。
電流を流していないときの電圧が起電力、流しているときの電圧が端子電圧で、この 2 つは別の値です[1]。
は電池の内部にある抵抗で、内部抵抗と呼びます。電流が流れると、ここでも電圧が下がる。
開放電圧が起電力
電流が のときは なので、端子電圧は起電力に等しくなります[2]。テスターは内部抵抗が非常に大きく、ほとんど電流を流さないので、この値を読んでいる。
負荷をつなぐと電流が流れ、 のぶんだけ端子電圧が落ちます。電流が大きいほど落ち幅も大きい。
特性は直線になる
を の関数として見ると、傾き の直線です[2]。
縦軸との交点が起電力、傾きの大きさが内部抵抗。測定点を 2 つとれば、電池を分解せずに両方が出ます。
テスターだけでは判断できない
無負荷では内部抵抗の影響が出ません。だから消耗した電池でも、テスターの表示は正常に近い値になります。
判断するなら、負荷をつないだ状態で端子電圧を測る。電池の残量チェッカーは、内部で決まった抵抗をつないで電圧を読む仕組みになっています。
電池が古くなると、起電力より先に 内部抵抗のほうが大きく変わり ます[1]。新品の乾電池なら を下回る値ですが、消耗すると数 まで上がる。
極板の酸化や電解液の変化で、内部の電流の通り道が細くなる。同じ電流を流したときの電圧降下がその分だけ増える。
とり出せる電力
外部抵抗 で消費される電力を書きます。
を小さくすれば電流は増えますが、端子電圧が下がる。逆に を大きくすると電圧は保てても電流が減ります。どちらへ振っても電力は落ちる。
最大になるのは のときで、そのときの値は次のようになります。
このとき内部抵抗でも同じだけ電力を消費するので、効率は 50 パーセントです。電力を最大にとり出す条件と、むだを減らす条件は一致しません。
。とり出せる電力が最大になるが、半分は電池のなかで熱になる
。とり出す電力は小さいが、熱として捨てるぶんが減る
例 1:端子電圧を出す
起電力 、内部抵抗 の電池に をつなぎます。
起電力より 低い値です。この は電池のなかで熱になっています。
例 2:重い負荷をつなぐ
起電力 、内部抵抗 の電池に をつなぎます[1]。
端子電圧が も落ちました。外部で消費する電力は です。
例 3:特性の直線から読む
測定して、電流 で 、電流 で という 2 点が得られたとします[2]。
傾きを出します。
起電力は 、内部抵抗は です。グラフ 1 枚で両方が決まる。
例 4:最大電力
例 2 の電池で電力が最大になる条件を出します。 のとき。
このとき電流は 、端子電圧は 。起電力のちょうど半分になります。
例 5:短絡させる
外部抵抗を にすると、電流は内部抵抗だけで決まります。
端子電圧は で、 がすべて電池のなかで熱になる。内部抵抗の小さい電池ほど短絡が危険なのは、この電流の大きさのため。
例 6:消耗した電池
起電力 の乾電池に をつなぎます。新品の内部抵抗を 、消耗品を とします。
新品なら 、端子電圧は 。
消耗品では 、端子電圧は まで落ちます。
無負荷ではどちらも を示します。テスターの表示だけでは見分けが付きません。
起電力 、内部抵抗 の電池に をつなぎました。端子電圧はいくつですか。
見分けるための並べ直し
| 起電力 | 電流を流していないときの端子電圧 |
| 内部抵抗 | 特性直線の傾きの大きさ |
| 端子電圧 | 。負荷をつないだときに測れる値 |
| 短絡電流 | 。内部抵抗だけで決まる |
| 最大電力 | のとき 、効率は 50 パーセント |
電池を評価するときは、必ず電流を流した状態で測ります。無負荷の値は、内部抵抗をまるごと隠してしまう。
「電圧は出ているのに動かない」という状況は、内部抵抗が上がったサインです。起電力ではなく、内部抵抗のほうが寿命を決めています。

















電流は 6.0/(2.0+1.0)=2.0A で、内部抵抗での降下は 2.0×1.0=2.0V。端子電圧は 6.0−2.0=4.0V です。外部抵抗に掛かる電圧 2.0×2.0=4.0V とも一致します。6.0V は電流が流れていないときの値になります。