Der Prozessor hat einen relativ engen Toleranzpegel, was die Versorgungsspannung anbelangt. Daher muss die Spannung im belasteten Zustand bei 5V liegen. Normalerweise hat man die Z80-System immer an einem 5V Festspannungsregler betrieben, z.B. 7805.
Es war eben anderst als bei den AVR-Prozessoren, die Toleranzen erlauben es schlicht weg nicht, einen Z80 ohne Spannungsregler direkt an einer Batterie zu betreiben, wie es heutzutage bei vielen AVR's üblich ist.

Was den Innenwiderstand des Akkus angeht: Der dürfte meiner Meinung nach hauptsächlich von 2 Faktoren abhängen
- Die Akkukapazität
- Akku-Gesundheitszustand, man stelle sich vor, eine Automobile-Bleiakku wird ohne Flüssigkeit betrieben, dann geht der Innenwiderstand gegen unendlich

Wenn der Innenwiderstand eines Akkus höher wird, deutet das auf eine Fehlfunktion hin.

Gruss,
stochri