そのバッテリーは大丈夫？ 値段だけではない製品選び
2017年9月11日午後、東京のJR山手線神田駅で男性が背負っていたリュックサックが発火する事故が発生しました。リュックに入れていたモバイルバッテリーが原因とみられ、男性は「秋葉原で安いものを買った」との事でした。モバイルバッテリーが原因とみられる同様の事故は、2016年12月にもJR山手線で起きています。 このような事故を、アリオンは技術的な側面から考察してみました。 モバイルバッテリーは、内部に電池を持ち、携帯電話への充電機能をもつ充電器の一種です。その構造は、図1のように内部電池への充電部（以下 充電部）、内部電池、携帯電話への給電回路（以下 給電部）の3つの機能に分けられます。 図1：モバイルバッテリーの構造 充電部は、AC100VかUSB電源に接続され、モバイルバッテリーの内部電池を充電する機能を持ちます。内部電池は、モバイルバッテリーの主要部品であり、繰り返し充電が可能な二次電池が用いられます。ここに蓄えたエネルギーを使って携帯電話を充電しています。電池には、大容量のリチウムイオン電池などが利用されますが、充電時の温度管理や携帯時の落下衝撃などへの対策が必要です。 給電部は、内部電池のエネルギーを変換し、携帯電話への給電（充電）を行います（一部のモバイルバッテリーは、充電部と内部電池ではなく、乾電池などの一次電池を用いるものもあるが、今回の事故品とは無関係なので割愛）。 昨今、携帯電話の充電にはUSBポートを使用するのが一般的ですので、USB規格に従った電圧、電流設定が必須であり、急速充電の場合には携帯電話の充電プロトコルへの対応が必要となっています。 今回のような、「安価なモバイルバッテリー」の場合には、どのような点に問題があるかを推測してみます。充電という機能に着目すると、大容量の内部電池と急速充電ができる大電流に対応した給電回路があれば、携帯電話を長時間使えて急速充電ができるモバイルバッテリーを実現できるはずです。一方、安全面に配慮した場合には、モバイルバッテリーを落とした際に内部電池を保護できるような耐衝撃の構造と、内部電池を放電あるいは充電する場合に、電池の放電（充電）状態に応じた電流の管理、温度を監視する保護回路が重要となります（図１の赤字の部分）。 安価な製品の場合、メーカーは機能面についてはコストを払いますが、安全面についてはユーザーの注意に依存して配慮しない場合があります。つまり、発生するか不明な事故に対しては、コストをかけないことで安価な製品を実現している場合があるのです。 モバイルバッテリーをリュックの中に入れて長時間使った場合には、内部で発生した熱が逃がせず、高温になってしまう危険性があります。この熱は内部電池の放電と給電回路により発生します。給電回路の設計が携帯電話の充電特性とあっていない場合には給電効率が低くなり、給電効率が低い場合、内部で熱となります。 保護回路が適切に実装されている場合には、内部電池の温度上昇を検知して、携帯電話への給電を止める、または電流を小さくなるように設計されるはずです。これが図１における「安全のためのフィードバック」系、つまり保護回路です。しかし、このような保護回路が実装されていない、または設計が不適切な場合には、電池が発熱しているにも関わらず給電が継続され、さらに温度が上昇してしまいます。 ほとんどのモバイルバッテリーは、使用温度は0から40℃となっていますが、温度に対する保護回路がない場合には、内部電池の異常な状態になっても給電が継続されます。ユーザーは、このような異常に気付けなかった可能性が大きいと予測します。 今回（2017年9月）の事故では、内部電池が放電し、携帯電話へ給電している状態なので、図１における給電部、内部電池に問題があった可能性が大きかったと考えられます。 安価な製品の場合には、内部電池そのものの信頼性や、寿命の問題もあります。繰り返し使う中で、内部電池に既に問題が起きていた可能性も十分考えられます。しかし、電池の異常にはユーザー自身が気づくことは難しいため、内部に適切な保護回路があれば「充電が出来ない」という故障状態となり、事故前に使用が中止され、未然に事故を防げたことでしょう。 [...]
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