乾電池の容量を比較！メーカ・サイズを変えて測定してみた

「単三電池」と「単一電池」の容量ｍAhを100均からエボルタまで比較してみました。

単三電池は「エボルタ、100均、三菱電機、富士通(マンガン)」で測定・確認しました。

あくまで一例ですが、下記結果となりました。

エボルタ(アルカリ)…1696mAh
100均_ダイソー(アルカリ)…1359mAh
三菱電機(アルカリ)…1185mAh
富士通(マンガン)…275mAh

単三電池の放電結果の比較グラフが下記となります。

(青…エボルタ、橙…100均、黄…三菱、緑…富士通(マンガン))

電圧の落ち際をアップしたグラフが下記となります。

エボルタ(アルカリ)が一番容量が大きく、寿命が長持ちしていること分かります。

また単一電池も100均とエボルタで容量mAhを確認しました。

単一に関しては、値段が高いエボルタの方が容量が低い結果となっています。

エボルタ(アルカリ)…8678mAh
100均_ダイソー(アルカリ)…9750mAh

単一電池の放電結果を並べた結果のグラフが下記となります。

基本的にエボルタなどの大容量と称されている電池の方が容量が大きい傾向にあります。

但し、使い方次第では安い電池と容量が変わらない(小さくなる)ので注意が必要です。

乾電池の容量の測定・計算方法からテストプログラムまで紹介していきます。

乾電池の寿命

(この記事での)乾電池の寿命の電圧値に関しては、一般的な終止電圧の「0.9V」としています。

※市販の電気機器では0.9V以下でも使用できるものも多くありますが、今回は省略します。

今回は「新品」から「使用中の電圧値が0.9V」までの時間を乾電池の寿命としています。

乾電池の容量(mAh)

乾電池の容量(mAh)については使い方で大きく変わります。

今回のテストでは「大き目の電流(約700mA)」で「休憩無し」と厳しい条件で使用しています。

※「乾電池(1.5V)」に「2.2Ωの抵抗」を接続しています。(1.5V/2.2Ω≒682mA)

市販の単3電池の容量として2000mAh～3000mAh程度の記載している製品もあります。

但し、この値は一般的な電子機器を接続した想定だと思われます。

(恐らく数十mA～100mA程度の負荷条件ぐらいかと)

乾電池の容量(mAh)としての概算は下記で計算式で出ます。

放電電流(mA)×放電時間(h)＝電池容量(mAh)

実際に乾電池の容量の計算例としては下記イメージです。

今回は「放電電流の682mA」に「0.9Vまでの時間」を掛け算をします。

三菱(アルカリ)の例では1188mAhとなります。　[放電電流_682(mA)×放電時間_1.74(h)]

今回(放電電流682mA)のテスト結果では電池容量(mAh)は低めの値となっています。

今回の結果では、全ての単3電池で2000mAh以下という結果でした。

アルカリとマンガンの容量の比較

アルカリとマンガンを比較すると、基本的には「アルカリ」の方が容量が大きいです。

今回のテスト結果で比較すると約4.28倍以上の容量があります。

三菱(アルカリ)が1188mAh　[放電電流_682(mA)×放電時間_1.74(h)]
富士通(マンガン)が275mAh　[放電電流_682(mA)×放電時間_0.40(h)]

下記記事で詳細を紹介しています。(リンク先はこちら)

乾電池の寿命まで電圧測定！使い切るまでグラフ化してみた

乾電池の寿命まで電圧測定！使い切るまでグラフ化してみた

乾電池の電圧が新品から寿命までどのように低下するのか確認してみました。アルカリ・マンガン両方の電池でグラフ化、また測定したデータも紹介しています。電池の寿命を検討・計算している人におすすめな記事です。

乾電池のサイズによる容量の違い

単一と単三の容量の差を同じ100均の電池で比較すると下記結果となっています。

サイズが大きくなる単一電池の方が(他のサイズの電池より)容量は大きくなります。

今回のテスト例では、単一電池が単三電池の容量と比べて約7.17倍の結果を確認しました。

下記が100均の単一電池と単三電池の各放電結果です。

100均の単一電池が9750mAh　[放電電流_682(mA)×放電時間_14.30(h)]
100均の単三電池が1359mAh　[放電電流_682(mA)×放電時間_1.99(h)]

※測定時間(横軸)が上下のグラフで異なっています。

下記記事で詳細に紹介しています。(リンク先はこちら)

単一電池の容量はどれぐらい？単三電池と比較してみた

単一電池の容量はどれぐらい？単三電池と比較してみた

サイズの大きい単一電池の容量を測定してみました。 100均の乾電池で測定しています。単三電池との比較までしていますので、電池の容量を確認したい方におすすめの記事です。

単3電池と単4電池の容量を比較

単3電池と単4電池の容量(mAh)をダイソーの100均とエボルタで比較してみました

単3電池が単4電池の約3～4倍の容量を持っている結果でした。

単3電池_ダイソー(アルカリ)…1359mAh
単3電池_エボルタ(アルカリ)…1696mAh
単4電池_ダイソー(アルカリ)…393mAh
単4電池_エボルタ(アルカリ)…402mAn

各電池の放電特性のグラフが下記となります。

単3電池と単4電池で寿命の終止電圧までの時間が大きく違うことが分かります。

また単3電池のエボルタはダイソーと比べて長寿命であることも確認できます。

エボルタの容量の比較

単三電池でのエボルタを100均の容量を比較すると「約1.25倍」という結果でした。

単一電池に関してはエボルタを100均の容量を比較すると「約0.9倍」という結果でした。

エボルタの方が小さい結果となっています。(筆者も予想外でした)

但し、今回は「大き目の電流(約700mA)」で「休憩無し」と厳しい条件で使用しています。

もし「普通の電子機器(～数十mA)」で「休憩有り」での場合は、また結果が違うと思われます。

あくまで一例の結果であることをご了承ください。

エボルタNEOとエボルタの違い

今回エボルタを購入する際には気がつかなかったのですが、エボルタに種類がありました。

「エボルタNEO」と「エボルタ」の2種類があります。

今回単三電池は「エボルタNEO」、単一電池は「エボルタ」となっています。

エボルタNEOの方が最新で長持ち性能がアップしているということです。

(単一電池に関してはエボルタNEOにすれば、もう少し結果が改善されるかもしれません)

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乾電池を放電する回路を作る

今回テストした乾電池を放電する(電池を寿命まで使い切る)回路の作り方は簡単です。

乾電池に「乗数が小さく」「容量が大きい」抵抗を接続すればOKです。

今回は2.2Ωの5W品のセメント抵抗を繋げています。

大きい抵抗の100Ωや1kΩを接続した方が消費電流も減り、現実的な値に近くなります。

但し、消費電流を小さくすると電池を使い切るまでの時間が一気に増えますのでご注意ください。

今回の2.2Ωの抵抗でも単三電池では3~4時間ほど掛かっています。

サイズが大きい単一電池に関しては約24時間ほど掛かっています。

100Ωや1kΩの場合、電池を使い切るまでに恐らく数十時間～数百時間かかります。

※グラフ上の横軸の表記は1/10されています。

電力容量(W)が大きめの抵抗を選びます

乾電池の電圧は1.5Vですが、電流を多く流すので電力容量(W)が大きめの抵抗を接続します。

電力容量(W)が大きい抵抗としてはセメント抵抗が市販でも販売されています。

オーディオファンセメント抵抗 5W 2.2Ω 許容±5% 10個セット

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例えば、乾電池1.5Vに2.2Ωの抵抗を使うとすると単純計算で1Wを超えます。

W(電力) = V(電圧)×I(電流) = V(電圧)^2/R(抵抗) = 1.5(V)^2/2.2(Ω) = 1.02(W)

今回選んだセメント抵抗は5W品のため、十分に電力容量に余裕があります。

電力容量(W)に余裕があるセメント抵抗でも結構発熱します。

普通の金属皮膜抵抗だと1/4W程度のため、NGです。最悪燃えます。

最初は筆者もセメント抵抗を持っていなくて、金属皮膜を複数並列で接続しようと思いました。

ただ一回試したところ発熱がかなり大きかったので、結局セメント抵抗を購入しました。

長時間放電させるので余裕持った電力容量(W)の抵抗をおすすめします。

乾電池の内部抵抗による電圧低下が発生します

今回のような2.2Ωなど小さい抵抗を使う場合は、内部抵抗による電圧降下が発生します。

無負荷と負荷時(2.2Ω抵抗接続)では測定電圧が異なるため注意が必要です。

下記記事で詳細をまとめています。(リンク先はこちら)

乾電池の電圧降下と内部抵抗を測定・計算してみた

乾電池の電圧降下と内部抵抗を測定・計算してみた

乾電池の内部抵抗による電圧降下を実際に測定してみました。電池に大電流を流した際に、どのように電圧が落ちるのかをグラフ化しています。乾電池の内部抵抗の値がどのくらいなのかを分かりやすく紹介します。

乾電池の放電特性を自動でプロット・CSV化させる

今回は乾電池の寿命がどのように減っていくかを確認したいので、電圧値をグラフ化します。

下記記事のようにテスターで乾電池の電圧は測定して読み取れます。

テスターで乾電池を測定してみる

但し、数時間・数十時間の放電を人が視て対応するのは難しいです。

そのため今回はArduinoのアナログ入力を使って自動的に電圧値を測定させます。

Arduinoをラズベリーパイと連携させることで自動でグラフ化までさせます。

また後でデータとして使えるようにcsv出力まで対応していきます。

実際の回路図イメージとしては下記形です。

乾電池の放電回路にArduinoのアナログ入力ピン(A0)とGNDを接続した形です。

特にはんだ付けなどは必要なく、ジャンパー線などで配線・接続すればOKです。

電池BOXやICクリップ-ワニ口があると接続が楽だと思います。

下記記事でラズベリーパイとArduinoとの連携方法に関して紹介しています。

その際も可変抵抗使ったアナログ電圧を読み取りグラフ化しています。(リンク先はこちら)

ラズベリーパイとArduinoを連携！アナログ入力を応用してみた

ラズベリーパイとArduinoを連携！アナログ入力を応用してみた

ラズベリーパイ単体ではアナログ入力がなく、AD変換が出来ません。しかしArduinoと連携することでアナログ入力を使用可能となります。ラズパイとArduinoをUSB接続で簡単に連携する方法を紹介します。

ArduinoでAD変換してラズパイにデータを送る

Arduinoには予め、AD変換+USB経由でラズパイにデータを送るプログラムを書き込んでおきます。

Arduinoの開発環境のインストール方法や、プログラムの書き込み方法も特に難しくありません。

下記記事で紹介しています。(リンク先はこちら)

ArduinoでAD変換！分解能10bitで電圧測定してみた

ArduinoでAD変換！分解能10bitで電圧測定してみた

Arduino Unoのアナログ入力を使用してAD変換してみました。分解能は10bitですが趣味の電圧測定には十分使用できるレベルです。 Arduinoとの接続方法からプログラムまで分かりやすく紹介します。

Arduinoにはアナログ入力があり、AD変換することが可能です。(ラズパイには無い機能です)

電池の電圧値をArduinoで読み取らせます。実際のプログラムは下記です。

0.5秒周期でArduinoのアナログ0ピンの電圧値を読み取り、ラズパイにデータを送信します。

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  float analog_0 = analogRead(0);
  float voltage_0 = (analog_0*5)/1024;
  
  Serial.print("ADC=");
  Serial.print(analog_0);
  Serial.print("\t");
  
  Serial.print("V=");
  Serial.print(voltage_0);
  Serial.println("");
  delay(500);
}

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

Serial.begin(115200);

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

float analog_0 = analogRead(0);

float voltage_0 = (analog_0*5)/1024;

Serial.print("ADC=");

Serial.print(analog_0);

Serial.print("\t");

Serial.print("V=");

Serial.print(voltage_0);

Serial.println("");

delay(500);

}

ラズベリーパイとPythonでプロット・CSV化する

ラズパイにはデフォルトでPythonがインストールされており、誰でも簡単に使用できます。

初心者の方でも大丈夫です。下記記事で使い方を紹介しています。(リンク先はこちら)

ラズベリーパイでプログラミング入門！Pythonの簡単な始め方

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プログラミングを始めたい方にラズベリーパイを使った簡単な入門方法を紹介します。プログラミング言語の中でも初心者にもやさしく、人気なPythonがラズパイならば簡単にスタートできます。ラズベリーパイでプログラミング入門！Pythonの簡単...

PythonでArduinoとUSBシリアル通信

今回のプログラムは下記記事でラズパイのCPU温度をリアルタイムでプロットした応用版です。

ラズベリーパイのヒートシンクの効果は？ファンまで必要かを検証！

今回はCPU温度ではなく、USB接続されているArduinoのデータをPythonでグラフ化します。

Pythonで1秒間隔でUSBシリアル通信をReadして、電圧を表示・プロットします。

そして指定の時間に測定したデータをcsvで出力しています。

乾電池の容量が大きそうな単一・エボルタなどは指定の時間を8h,24hなどにしています。

出力したcsvはプログラムの同フォルダに作成されます。

実際に使用したプログラムは下記です。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import itertools
import math
import numpy as np

import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200)

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import animation

from subprocess import getoutput

def _update(frame, x, y):
    """グラフを更新するための関数"""
    # 現在のグラフを消去する
    plt.cla()
    # データを更新 (追加) する
    x.append(frame)
    
    # Arduino*の電圧を取得する
    a=""
    a=ser.readline()
    while ser.in_waiting:
        a= a + ser.readline()
    a2= a.split(b'V=')
    a3= a2[1].split(b'\r')
    y.append(float(a3[0]))

    # 折れ線グラフを再描画する
    plt.plot(x, y)
    
    # 指定の時間(s)にファイル出力する
    if int(x[-1]*10)== 3600*4:
        np.savetxt('logger_bat.csv', y)
    
    # グラフのタイトルに電圧を表示する
    plt.title("CH* = "+ str(y[-1]) +" V")
    
    # グラフに終止電圧の0.9Vに補助線(赤点線)を引く
    p = plt.plot([0, x[-1]],[0.9, 0.9], "red", linestyle='dashed')
    
    # グラフの縦軸_電圧の範囲を指定する
    plt.ylim(0,2.0)

def main():
    # 描画領域
    fig = plt.figure(figsize=(10, 6))
    # 描画するデータ
    x = []
    y = []
    
    params = {
        'fig': fig,
        'func': _update,  # グラフを更新する関数
        'fargs': (x, y),  # 関数の引数 (フレーム番号を除く)
        'interval': 1000,  # 更新間隔 (ミリ秒)
        'frames': itertools.count(0, 0.1),  # フレーム番号を無限に生成するイテレータ
    }
    anime = animation.FuncAnimation(**params)

    # グラフを表示する
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    main()

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: utf-8 -*-

import itertools

import math

import numpy as np

import serial

ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200)

from matplotlib import pyplot as plt

from matplotlib import animation

from subprocess import getoutput

def _update(frame, x, y):

"""グラフを更新するための関数"""

# 現在のグラフを消去する

plt.cla()

# データを更新 (追加) する

x.append(frame)

# Arduino*の電圧を取得する

a=""

a=ser.readline()

while ser.in_waiting:

a= a + ser.readline()

a2= a.split(b'V=')

a3= a2[1].split(b'\r')

y.append(float(a3[0]))

# 折れ線グラフを再描画する

plt.plot(x, y)

# 指定の時間(s)にファイル出力する

if int(x[-1]*10)== 3600*4:

np.savetxt('logger_bat.csv', y)

# グラフのタイトルに電圧を表示する

plt.title("CH* = "+ str(y[-1]) +" V")

# グラフに終止電圧の0.9Vに補助線(赤点線)を引く

p = plt.plot([0, x[-1]],[0.9, 0.9], "red", linestyle='dashed')

# グラフの縦軸_電圧の範囲を指定する

plt.ylim(0,2.0)

def main():

# 描画領域

fig = plt.figure(figsize=(10, 6))

# 描画するデータ

x = []

y = []

params = {

'fig': fig,

'func': _update, # グラフを更新する関数

'fargs': (x, y), # 関数の引数 (フレーム番号を除く)

'interval': 1000, # 更新間隔 (ミリ秒)

'frames': itertools.count(0, 0.1), # フレーム番号を無限に生成するイテレータ

}

anime = animation.FuncAnimation(**params)

# グラフを表示する

plt.show()

if __name__ == '__main__':

main()

単三電池の容量の比較結果

冒頭でも紹介しましたが比較結果です。

単三電池は「エボルタ、100均、三菱電機、富士通(マンガン)」で測定・確認しました。

あくまで一例ですが、下記結果となりました。

エボルタ(アルカリ)…1696mAh
100均_ダイソー(アルカリ)…1359mAh
三菱電機(アルカリ)…1185mAh
富士通(マンガン)…275mAh

放電結果のグラフが下記となります。

エボルタ(アルカリ)が一番容量が大きく、寿命が長持ちしていること分かります。

単三電池の容量の測定データ(csv)

実際に測定した単三電池の容量のデータ(csv)を下記に残しておきます。ご自由にお使いください。

CSVでは約1秒置きのデータの電圧値が保存されています。

エボルタ(アルカリ)…evolta-alkaline-battery_tan3.csv
100均_ダイソー(アルカリ)…daiso-alkaline-battery-tan3.csv
三菱電機(アルカリ)…mitsubishi-alkaline-battery.csv
富士通(マンガン)…fujitsu-manganese-battery.csv

単四電池の容量の比較結果

単4電池の容量(mAh)をダイソーの100均とエボルタで比較してみました

単4電池_ダイソー(アルカリ)…393mAh
単4電池_エボルタ(アルカリ)…402mAn

また単3電池は単4電池の約3～4倍の容量を持っている結果でした。

各電池の放電特性のグラフが下記となります。

単3電池と単4電池で寿命の終止電圧までの時間が大きく違うことが分かります。

単四電池の容量の測定データ(csv)

単四電池の容量のデータ(csv)を下記に残しておきます。ご自由にお使いください。

CSVでは約1秒置きのデータの電圧値が保存されています。

エボルタ(アルカリ)…evolta-alkaline-battery_tan4.csv
100均_ダイソー(アルカリ)…daiso-alkaline-battery-tan4.csv

単一電池の容量の比較結果

また単一電池も100均とエボルタで容量mAhを確認しました。

単一に関しては、値段が高いエボルタの方が容量が低い結果となっています。

エボルタ(アルカリ)…8678mAh
100均_ダイソー(アルカリ)…9750mAh

単一電池の放電結果を並べた結果のグラフが下記となります。

単一電池の容量の測定データ(csv)

実際に測定した単一電池の容量のデータ(csv)を下記に残しておきます。ご自由にお使いください。

CSVでは約1秒置きのデータの電圧値が保存されています。

※長時間の測定のため2~4Mbyteの大容量になっています。

エボルタ(アルカリ)…evolta-alkaline-battery_tan1.csv
100均_ダイソー(アルカリ)…daiso-alkaline-battery-tan1.csv

9V電池の容量の比較結果

単1・単3・単4電池とは電圧が違うのですが、9V電池でも容量を測定しました。

単純な比較にはなりませんが、9V電池は単4電池よりも容量が少ない結果でした。

9V電池_ダイソー(アルカリ)…383mAh
単4電池_ダイソー(アルカリ)…393mAh
単3電池_ダイソー(アルカリ)…1359mAh

下記記事にて詳細を紹介しています。

9V電池の容量は？寿命まで電圧測定してみた

9V電池の容量は？寿命まで電圧測定してみた

9Vの電池の容量を測定してみました。ダイソーの100均とエボルタの2パターンで確認しています。また単3電池、単4電池と容量を比較した結果含めて紹介します。

9V電池の容量の測定データ(csv)

実際に測定した9V電池の容量のデータ(csv)を下記に残しておきます。ご自由にお使いください。

CSVでは約1秒置きのデータの電圧値が保存されています。

9V_エボルタ(アルカリ)…evolta-alkaline-battery_9v.csv
9V_ダイソー(アルカリ)…daiso-alkaline-battery-9v.csv

まとめ

今回は乾電池の寿命と電圧に関して紹介させていただきました。

記事をまとめますと下記になります。

乾電池の容量・寿命は使い方で変わります。

必ずしもエボルタの電池が一番容量が大きい結果ではありません。

ラズパイとArduinoで乾電池の容量を測定・計算できます

ラズベリーパイ(raspberry pi)とPythonは今回のようなデータ取集に非常に便利なツールです。

ハードウェアの勉強や趣味・工作にも十分に使えます。是非皆さまも試してみて下さい。

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