データシートでは mAh の容量にばかり注目が集まりますが、実機で電池が性能を発揮できるかを静かに決めているのは内部抵抗です。負荷時に電圧がどれだけ垂下するか、パックがどれだけ熱を出すか、パルスで何アンペア出せるか、直列接続でセルがどれだけ均等に劣化するかを左右します。電動工具、医療用ポンプ、モーター、始動用パックといった高負荷製品では、公称容量より内部抵抗が重要です。本記事では NiMH セル内部の内部抵抗が実際には何か、工場がどう測定するか、それが生む電圧垂下と熱をどう設計で吸収するかを説明します。

内部抵抗はどこから来るか

NiMH セルは理想的な電圧源ではありません。セルを流れる電流は複数の抵抗成分に出会い、通常は次のように分類されます。

• オーム抵抗 — ニッケル発泡基材、集電体、タブ溶接の電子抵抗、ならびに KOH 電解液とセパレータのイオン抵抗。この成分は通常の抵抗器のように瞬時に応答します。
• 電荷移動抵抗 — 電極表面の電気化学反応の動的障壁で、触媒活性、表面積、温度に依存します。
• 拡散（濃度）抵抗 — 多孔質電極内をイオンと水素が移動する際のより遅い制約で、持続負荷のときに現れます。

ハイレート NiMH セルはこの三つすべてに対策します。薄く高表面積の電極が拡散経路を短くし、高導電の発泡集電体がオーム損失を減らし、電解液添加剤が低温でもイオン導電率を高く保ちます。

工場での二つの測定方法

内部抵抗は時間に依存するため、二つの標準測定法があり、その数値は互換ではありません。

• 1 kHz の交流内部抵抗（ESR） — 小さな交流信号でセルを探査します。1 kHz では遅い拡散プロセスが追従できないため、読み値は主にオーム成分を捉えます。高速で非破壊であり、生産ラインの標準選別法です（ACIR とも呼ばれます）。良質な AA NiMH セルは通常数十ミリオーム台です。
• 直流内部抵抗（DCIR） — セルを二つの放電電流間でステップさせ、定めた区間（一般に数十ミリ秒から数秒）で抵抗を ΔV/ΔI として計算します。長い区間は電荷移動と拡散の影響を含むため、DCIR は通常 ACIR より高くなりますが、実際の負荷が受ける状態に近くなります。

サプライヤーを比較するときは同じ方法で比べてください。1 kHz の ACIR 値を 10 秒の DCIR 値と突き合わせることはできません。

Rᵢが電圧垂下を生む

負荷時のセルの端子電圧は単純な関係 V_端子 = V_開回路 − I × Rᵢ に従います。内部抵抗は電流を即時の電圧降下に変えます。計算例：内部抵抗 20 mΩ のセルが 5 A のパルスを流すと瞬時に 0.10 V 失います。40 mΩ のセルが二つなら同じパルスで 0.20 V 失います。モーターがきれいに始動するか、コントローラが電圧不足になるかの違いです。だからこそハイレートセルは mAh と同じくミリオーム読み値で定義されます。

Rᵢは熱になる

同じ抵抗降下が P = I²R の率でエネルギーを熱として放散します。熱は電流の二乗で増えるため、負荷電流を二倍にすると抵抗発熱は四倍になります。パックではこの熱が複合します。温度が上がり、電解液導電率と電極反応速度が変化し、充電中は再結合反応がさらに熱を加えます。したがって低抵抗セルと低抵抗の相互接続が熱設計の基礎です。後付けの冷却よりもはるかに効果的にパックを冷やします。

Rᵢは SOC・温度・経年でどう動くか

• 充電状態 — 抵抗は緩い U 字を描きます。満充電でやや高く、中 SOC のプラトーで最も低く、活物質が尽きる空付近ではっきり上昇します。これが放電ニーの電気的特徴です。
• 温度 — 電解液導電率と反応速度が遅くなる寒さは Rᵢ を劇的に高めるため、寒冷時の高負荷性能には専用グレードが必要です。暖かさは Rᵢ を下げますが劣化を速めます。
• 経年とサイクル — セルが古くなると腐食層が育ち、電解液が再配分され、電極構造が劣化するため Rᵢ は着実に上がります。よって寿命を通じ抵抗を追うことは信頼できる健全性指標であり、受入時の Rᵢ 選別は弱いセルをパックに入る前に捉えます。

内部抵抗を踏まえた設計

• 容量だけでなくグレードを指定 — 仕様書に ACIR 上限を書いたハイレートセルを選んでください。
• mAh だけでなく Rᵢ を合わせる — 直列列は同じ狭い抵抗帯に選別されたセルで組み、電流が各セルに等しい垂下を生むようにします。
• 並列でパック抵抗を下げる — 並列セルは電流を分け合い実効抵抗を半減します。直列はセルごとの垂下を変えずに電圧を上げます。
• 接続損失を最小化 — 短く幅広い複数タブ溶接と十分なブスバー断面で、セルが消したミリオームを足し戻さないようにします。
• パルスで検証 — 最悪の電流と温度で電圧垂下を試験し、初日のサンプルだけでなくサイクル寿命での抵抗増加を確認します。

Weijiang Power：低抵抗セル、厳しい抵抗ビニング

Weijiang Power は全生産セルの交流内部抵抗を測定し、低いミリオーム値と温度・寿命で安定した抵抗に設計された標準・ハイレート NiMH グレードを提供します。当社のパック組立は最適化された複数タブ溶接と Rᵢ を合わせたビニングを用い、直列列が負荷で均等に垂下・発熱するようにします。ピーク・連続電流、温度範囲、カットオフ電圧をお知らせいただければ、エンジニアが電圧を高く温度を低く保つセルグレードとパック構成を選びます。