乾電池の代わりに充電池を使用する方法

LED使用のハンディライト（単3電池・3個使用懐中電灯）の注意書きに、充電池は使用しないで下さいと書いてありました。なぜなのでしょうか！また、乾電池（単3）の代わりに充電池（単3）を使う方法を教えてください。

No.1 回答者： ZENO888 回答日時： 2008/06/03 23:15

電圧の問題でしょう。

マンガン電池やアルカリ電池は１．５Ｖ
ニッケル水素やニッケルカドミウムは１．２Ｖです。
オキシライド乾電池は公称電圧1.5V (初期電圧　1.7V）です。

http://industrial.panasonic.com/www-ctlg/ctlgj/q …
http://panasonic.co.jp/mbi/info/oxyride/

http://www.maxell.co.jp/jpn/industrial/battery/k …

尚、電池によって放電特性が事なりますので、使用機器に適した電池の種類をご利用下さい。

１．５Ｖにしか対応してない製品で、1.2Vの充電池を使用すると、正常動作しないか、動作してもバッテリーの容量を全て使い切る前に機器が電圧低下で動作しなくなります。

この回答へのお礼

良くわかりました。有難うございました。

お礼日時：2008/06/04 00:02

No.2 回答者： kopiluwak 回答日時： 2008/06/03 23:17

普通の乾電池は1.5VなのでそのLEDの回路は4.5Vを前提に作ってあるのでしょう

充電池は1.2Vなので3.6Vしか出ません　電圧がオーバーするとLEDの寿命が著しく短くなりますが電圧が低い分には暗いだけでさほど悪影響は無いと思われます
4本直列に繋いで4.8V駆動でも許容範囲だと思います

この回答へのお礼

有難うございました。

お礼日時：2008/06/03 23:56

No.3 回答者： ginshirou 回答日時： 2008/06/04 19:56

以前に類似のご質問がありましたが、そのときの回答を下記に引用致します。

充電式の電池を使わないようにとの注意書きがあるのは、動作電圧を乾電池の電圧に
合わせた設計ということもあるでしょうが、もっと重要なのは、充電池を傷める可能性があることです。
初期電圧が低いので動作時間は短くなるでしょうが、機器に対しては悪影響はありません
（極くまれですが、機器によっては内部抵抗が低いことによるトラブルが有るようです）。

ご承知のように電池の電圧は使っていると徐々に下がって来ますが、充電池には
これ以下に下がった電圧で使用してはいけないという「終止電圧」が決められています。
「終止電圧」以下で放電を続けると、電池の寿命を著しく縮めます。

したがって、充電池を使用する機器には「終止電圧」で動作を止める機能が付いています。
充電池が使えない仕様の機種は、このような保護回路が組み込まれておらず、「終止電圧」
になっても電流が流れ続けるので、充電値を傷めてしまいます。
逆に云えば、理電池の電圧をチェックしながら使えば、充電式の電池も
使って使えないことはないということになります（到底、実用的ではありませんが）。

因みに、ニッケル水素充電池の終止電圧は、1．0Ｖ（JIS）です。

この回答へのお礼

有難うございました。
　電池の事に詳しそうなのでお聞きしたいのですが、
　出力1.5V仕様（または乾電池と同じ仕様）の充電池はなぜ出来ないのでしょうか（出来ればものすごく売れると思うのですが）。
　お教えください。

お礼日時：2008/06/04 22:22

No.4 回答者： ginshirou 回答日時： 2008/06/05 10:26

No.3 です。

ご承知のように乾電池は化学電池の一種で、化学反応のエネルギーを電気エネルギーに変換するものです。
仕組みを簡単に述べますと、ある化学反応をする際に電子を放出するような物質を負極（マイナス）とし、
逆に電子が不足する（電子が必要になる）ような物質を正極（プラス）に用います。
両極の間には、化学反応に必要で且つ導電性のある化合物（電解質と云う）が置かれています。
電池の電圧は、両極にどのような物質を組み合わせるかによって決定されますので、電圧選択の自由度は
それ程大きくはありません。

電池の両極間を電球などの負荷でつなぐと（放電）、負極→負荷→正極の方向に電子が流れ（電流は
逆方向と定義されていますので、正極→負荷→負極の方向に流れ）、化学反応が進んで行きます。
その内、両極の物質が反応し尽くすと電流が流れなくなり、一次電池（乾電池など）の場合はそれで終わり
（寿命）ということになります。

一方、二次電池（充電池）の場合は、ご承知のように、正極に＋、負極に－の電圧を掛けて再生できます。
このとき電池の内部では、正極→電解質→負極方向に電流が流れ（電子の流れは逆方向なので、負極に
電子が注入され）、放電によって化学変化した両極の物質が元の（放電前の）物質に戻ります（可逆反応）。
一次電池では、充電操作をしても元の電極物質を再生できません。

ところで、公称電圧1.5Vの一般乾電池（マンガン電池／アルカリマンガン電池）の構成は、
【正極】二酸化マンガン、【負極】亜鉛、　
両電池の主な違いは電解質です（前者は塩化亜鉛／後者は水酸化カリウム）。
この電池が放電すると、正極の二酸化マンガンは酸化水酸化マンガン（MnO(OH)：水に不溶）、負極の亜鉛は
塩基性塩化亜鉛(ZnCl2・4Zn(OH)2）／テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオン（[Zn(OH)4]2-）に変化します。
充電によってこれらの物質を元の物質に戻せれば再使用できるのですが、ダメなので使い捨てということになります。

次ぎに、代表的な二次電池であるニッケル水素充電池を考えてみます。
【正極】オキシ水酸化ニッケル（NiOOH），　【負極】水素，
【電解質】水酸化カリウム、【公称電圧】1.2 V。
負極物質の水素は、それ自身では電極の形にできないので、水素吸蔵合金（ニッケル合金など）というもの
に吸収させて使います。放電、充電に伴い、下記の反応が起き（可逆反応）、充電によって元に戻ります。

　　正極　　　　負極　　（放電→）　　正極　　　　負極
　　2NiOOH　＋　MH2　　　　＝　　　　2Ni(OH)2　＋　M　　　（M：水素吸蔵合金）
　　　　　　　　　　　　（←充電）
さて、ここからが本題ですが、実用的な充電池として必要な特性は下記のようになると思います。
　１．電圧が適当である（既に世の中に普及してしまった多数の機器に使えること）。
　２．内部抵抗が低く、容量が大きい（電池構成物質の性質、電池の構造などに依存）。
　３．数百回の繰り返し使用に耐える（構成物質の性質、副生物の処理方法、電池の構造などに依存）。
　４．安価、簡便、安全である。
ところが、上述のように電圧は両極物質の組み合わせで決まってしまいますし、その組み合わせの中で、
充電することによって元の物質に戻せる系というのは、これまたかなり限られます。
その上、電池として必要な性質を考えると、乾電池と同じ（1.5V）か近い電圧を出せる実用的な物質の
組み合わせが未だに見付からない、ということになると思います。

この回答へのお礼

詳しい説明有難うございました。
　充電池内部に安いDC/DCコンバータを入れる事は出来ないのでしょうか。
もし解かればお教えください。

お礼日時：2008/06/06 23:45

No.5 回答者： ginshirou 回答日時： 2008/06/07 09:49

No.3、4 です。

なるほど、DC-DCコンバータの内蔵は一つのアイディアですね。技術的には可能と思います。
しかし、ニッケル水素（Ni-H）充電池で未だにそのような製品がないのは、下記の理由によるものと
思います。

１．コンバータ（配線を含む）の体積分だけ電池の電気容量が減る（外形寸法が決まっていますので）。
　　アルカリ乾電池の用途を考えるとアンペア単位の大電流が必要なので、コンバータも
　　それなりに大きくなる。
２．充電の際に電流の方向を切り替えるための回路を組み込む必要があり、電池の容量が更に減る
　　（電池内部を仕切り、１，２の回路を組み込むと、単４等の小型電池では殆ど容量が無くなるかも）。
３．付加回路のコストが電池の価格に比べると無視できない（材料費＋組立工程費が加算される）。
　　結果として、電池の価格が上がる。

乾電池（単１～４）の代替という目的で上のような製品を作ったとして、寿命まで使った場合に
乾電池よりどれ位安くなるか、結局は売れるか売れないかという判断によるのではないでしょうか。

なお、ご存じかもしれませんが、リチウムイオン充電池の場合は、通常、危険防止のための
充電制御回路が組み込まれた組電池になっています。
このことを考えると、Ni-H充電池でも組電池にすればDC-DCコンバータ組み込みは可能に思えますが、
通常は特定機器の専用電池になるので素電池の本数で電圧を調整した方が安価であり（逆に、機器の
動作電圧を組電池の電圧に合わせるでしょう）、また、体積・重量当たりの電気容量ではリチウム
イオン充電池の方が有利なので、利便性やコストを考えると実用化の意味がないのでしょう。

この回答へのお礼

良くわかりました。
無知な質問者にも解かるように回答いただき
感謝しています。

お礼日時：2008/06/08 22:15