MAKERZのニッケル亜鉛電池を分解・測定する:USB充電内蔵の単3充電池は誰に向くのか

この動画はJLCPCBの提供でお送りします。こんにちは。今日はニッケル亜鉛電池という、あまり聞いたことのない電池を見つけたので分解レビューしていきます。

こちらです。MAKERZというブランドから出ているニッケル亜鉛電池です。知っている人も多いかと思いますが、MAKERZはキーエンスのグループ会社で、機械系の部品や制御関連の部品、そしてこのような電気系の小物を売っているところです。日本の企業でこのような中華ガジェットのような製品を売っているのは結構珍しいので、ニッケル亜鉛電池がどういったものなのか分解しながら確認していきます。

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まずはスペックを確認します。Zn-Niとあります。ニッケル亜鉛電池です。ニッケル亜鉛電池の特徴としては、リチウムイオン電池と違って可燃性の電解液を使っていないので、燃えることはないというのがあります。

公称電圧は1.6V、公称容量は1200mAhです。公式ページを見てみると、公称容量については製品の個体差による振れ幅を持たせていて、最低でも1080mAhはあるようです。

電池の種類は違いますが、ニッケル水素電池のパナソニックエネループは2000mAhなので、それと比べると公称容量は少ないです。ただニッケル亜鉛電池とニッケル水素電池ではバッテリー電圧自体が全く違いますので、電池の実力を見るにはWhで容量を見る必要があります。これについては後で検証します。

充電回数については500回以上となっています。参考までにエネループの充電回数は600回以上となっているので、500回という充電回数は標準的なものかと思いました。

電池全体を見てみると、リチウムイオン電池を使った製品などと違って、PSEマークの表記はありません。ニッケル亜鉛電池はニッケル水素電池などと同じように、現状は規制対象品目にはなっていないようです。将来的になる事も多分ないのかなと思います。

この電池の特徴ですが、充電器が内蔵されていて、USBケーブルを挿すだけで充電が開始されます。ただ充電器が内蔵されている事に対しては一長一短かなと思います。まずケーブルを挿すだけで簡単に充電出来るのは良いです。逆に言えば内蔵されている充電器の体積分、電池のセルサイズは小さくなります。その結果、電池容量も少なくなります。そのため電池セル単品で販売されているニッケル亜鉛電池と比べると容量は不利です。

ちなみに電池の充電にはものすごく時間がかかります。マニュアルを見ると9～10時間と書いてありますが、本当にこれぐらいかかります。ニッケル水素電池の急速充電が2時間ぐらいで終わる事を考えると、10時間は長すぎます。

またニッケル水素電池などに使われている充電器の使い回しは出来ません。電池電圧が高すぎて、充電器が電池が既に満充電である事を検出するか、電池が壊れていると検出してしまうからです。

ここからは電池の性能を測定していきます。まずは重さです。21.2gです。参考までに、ニッケル水素電池のエネループは26.9g、アルカリ乾電池は24.7gです。このように他の電池と比べると数g程度軽めなようです。軽い理由は分かっていまして、内部に密度の低い充電回路が入っているからです。

次は開放電圧を測定します。満充電の状態です。1.85Vです。ニッケル亜鉛電池なので、やはり開放電圧は高いです。参考までにニッケル水素電池は1.40V。公称電圧は1.2Vですが、このような充電池は充電するとだいたい公称電圧よりも高い電圧が出ます。そしてアルカリ乾電池、1.54Vです。

この通り、ニッケル亜鉛電池は電池電圧自体が高いので、ハイパワーな用途に向いていそうです。特にアルカリ乾電池で動いているようなハイパワーな負荷に使う電池の置き換えに適しています。なぜかについては後で詳しく解説しますが、MAKERZの電池の放電中の電圧は1.6V程度あります。それに対して先ほど見た通り、アルカリ乾電池の開放電圧は1.5V程度です。そのためちょうど置き換えしやすい電圧となっています。

逆にニッケル水素電池で動かす事を想定している機器でこの電池を使うと、電圧が高過ぎになってしまうので、あまり良くなさそうです。そのためこの電池は基本的には分かっている人向けの電池で、よく分からない人は使わない方が良いと思います。

ここからは分解していきます。分解するなとは書いてありますが、普通に分解します。分解すると、このように3つの部品に分かれています。こちらが電池のセルです。一番左にあるこちらが電池の充電回路です。真ん中にあるのが充電回路と電池本体をつなぐためのスリーブです。

充電回路部分をさらに分解していきます。こちらにある突起、これはプラス部分の突起です。さらに、これをこのように取り外せます。こちらの黒い部品はクッションみたいな素材でできています。そしてこちら、充電回路です。非常に小さい部品で回路を作っていて、IC部品は2つしかないようです。

部品はいろいろと省略していますが、こちらの回路となっています。ここが5Vの入力、そして右側の端子が電池のプラス・マイナスの端子です。この部分が中に入っている電池のセルの本体、そしてこの部分が電池の充電回路などです。

USBの入力から見ていきます。このように逆流防止用のダイオードが入っています。良いですね。充電の方式はLDO、レギュレータです。それをベースとした充電回路となっています。この回路を見てもらうと分かるのですが、中にインダクタとか、そのような部品は一切使われていません。そのためスイッチングベースの回路は使っていません。そしてこちらにいろいろ制御するための回路が入っています。

電池セルの端子は、実はそのまま外部に引き出されています。電池のプラス・マイナスがそのまま外部に引き出されているので、この部分については他の充電池や乾電池と同じ仕様です。電池に充電のための回路が並列にくっついている、そんなイメージです。

この回路を見てもらうと分かる通り、充電するときは実はこの充電回路を使わなくても、外部からこの電池本体に直接電圧を加えれば、中に入っている電池につながっているので、充電が出来るような仕様になっています。実際に電池を接続すると、このように充電できてしまいます。

また販売ページには「(保護) 過負荷・短絡・過電圧」と書いてありますが、これは回路的にはできない構成となっています。なぜかというと、セルの端子が外部に直接引き出されているからです。実際に実験してみると、負荷として10A程度を流す事ができます。この電池サイズで10Aは過負荷の領域かとは思いますが、特に保護はかかりませんでした。また外部から高い電圧を加えても、特に過電圧保護はかからずに充電できてしまう状態です。

このように実験した限りでは、過負荷・短絡・過電圧保護の動作は確認できませんでした。ただこのような保護機能がないのは他の充電池と同じですので、イチケン的には問題ないです。ない機能をあるように書くのは問題かと思います。

ここからはさらに詳しく性能を見ていきます。まずは放電特性を測定しました。こちらのグラフです。電池の放電レートは、試験規格などでよく使われている0.2Cで設定しています。このグラフの見方は、横軸は放電を開始してからの経過時間、縦軸は電池の電圧です。参考のためにニッケル水素電池も同じグラフ上に載せています。

結果を見てみると、やはりニッケル亜鉛電池は全体的に電圧が高いです。開放電圧は1.85V、動作中も1.6V程度の電圧を維持し続けています。この高い電圧を出し続けてくれるのがハイパワーという事です。一応5時間放電を続けられれば定格容量を持っているという事になりますが、4時間45分ぐらいで完全放電してしまいました。

この放電特性の試験結果から、電池容量の測定も行いました。参考のためにエネループも表示しています。Ahの公称容量については、MAKERZのものは1200mAh、実測容量は1146mAhです。この製品は最低でも1080mAhは持っているという事なので、公称容量よりは少なくなっていますが、製品個体差の範囲内です。

この表を見てみると、Ahでの容量は少なく見えますよね。多分そのように読み取った方、多いのではないかと思います。Whで見た方が電池が持っているエネルギーの量が分かりやすいので、そちらでも測定しています。Whの公称容量については開示されていないので空欄です。実測容量は1841mWhとなりました。まあこんなもんじゃないでしょうか。エネループなどと比べるとWhは少なめです。これについてはMAKERZの場合は充電回路が内蔵されているので、その分電池のセルサイズが小さくなっているのが効いています。

あとは内部抵抗の測定もしています。2つとも内部抵抗は数十mΩと低いのですが、MAKERZの方は80mΩと少し高めに出ています。これについては理由はわかっています。内部に入っている電池セルの端子を引き出すために、リード線やプリント基板、はんだ付けの箇所を通ってきていて、その部分の抵抗がこの中に含まれるからです。ただ電池を使う人からするとこの状態でしか使えないので、今回の80mΩという内部抵抗がこの電池の実力という事になります。

次は電池が出すノイズを見ていきます。以前USBで充電出来るリチウムイオン型単三電池をレビューしたときは、電圧変換回路から出てくるノイズが問題となりました。これはリチウムイオン電池の4.2Vの電圧を単三乾電池の電圧である1.5Vに変換するための回路が動作していた事によるノイズです。今回のMAKERZのものでは、電池としての電圧を出すための電圧変換回路は入っておらず、電池セルの端子をそのまま引き出している構成なので、ノイズは非常に少ないです。

実際にラジオで試してみると、このようなノイズ音です。同調していないときのバックグラウンドノイズは非常に少ないです。リチウムイオン単三電池の場合は、このようなノイズ音です。バックグラウンドノイズがすごいです。このようにノイズがあると困るような機器にも、今回の電池は使えそうです。

次は自己放電についても確認してみます。このような回路で測定しています。電池自体の自己放電はわからないのですが、並列に付いている充電回路の消費電流の測定は出来ます。実際どれくらいの消費電流があるかというと、このくらいです。1nAいかないぐらいで、ほぼゼロです。仮に1nAを1年間消費し続けるとすると、これはバッテリー容量の0.0007%に相当します。そのためこの充電回路によるバッテリーの放電はほとんど無視できます。確認はしてませんけど、セルの自己放電の方が大きいと思います。

最後に、アルカリ乾電池やニッケル水素電池からこちらのニッケル亜鉛電池に置き換えが出来るのか、気になる方も多いと思います。イチケン的にどう考えているかというと、アルカリ乾電池で動くように設計されている機器の場合は多分大丈夫です。ニッケル水素電池で動くように設計されている機器の場合は、電池の電圧は結構違うので何とも言えませんが、多分大丈夫な事が多いと思います。でも動くか不安なら置き換えないでください。

イチケン的には、動作中の電圧というよりは、電池残量がゼロに近いときの方が実用上問題になるケースが多いと考えています。こちらに放電したニッケル亜鉛電池があります。セルの電圧を見てみると、まだ1.5V程度あります。電池を使い切った状態でもまだ電池電圧が高く、機器の方が電池の残量がまだある状態だと認識してしまって、動作が不安定になる可能性があります。

どういう事かというと、電池残量がゼロなので、使い始めるとすぐに電圧が下がって使えなくなってしまいます。しばらく放置すると電圧は回復するので、機器側からすると電池残量がある状態に見えるので、超短時間であれば動作はしますが、またすぐに電圧が下がって使えなくなってしまうという現象が起きます。このような事が起きるのは容易に想像できますね。またこのような事が起きると、電池を組み込んでいる機器が壊れていると勘違いして、機器メーカーに問い合わせる人が一定数は出てくるだろうと予想しています。

というわけで、ニッケル亜鉛電池ってどうなのという事で、MAKERZが出している製品を例にして分解レビューしてきました。電圧が高くハイパワーというのが一番の売りであり、実際そのような用途にはニッケル亜鉛電池はよく合っていると思います。MAKERZの製品は内部に充電回路を内蔵していますが、セルの出力については従来の電池と同様そのまま出ているので、電池としては問題なく使えます。ただ通常の電池と比べて電圧が高いので、基本的にはそういうのが分かっている人向けの製品なのかなと考えています。

製品のリンクについては概要欄にまとめていますので、気になる人はぜひチェックしてみてください。というわけで、もしこの動画が役に立ちましたら、高評価・チャンネル登録よろしくお願いします。何か気になる事がありましたら、ぜひコメントも残してみてください。それでは最後まで動画のご視聴ありがとうございました。