技術ブログ

そのバッテリーは大丈夫? 値段だけではない製品選び
2017 2017-09-12

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。

今回の事故原因の推測をまとめれば、1)充電の保護回路が機能しなかった、2)内部電池の品質が悪い、3)繰り返し使う中で既に問題が発生していた など、複合的な原因によって発生した可能性が大きいものと思われます。副次的な原因として、内部電池を衝撃から守る構造がなかったので、落下などの事故の影響が残っていた可能性などあります。

モバイルバッテリーは大きなエネルギーを持ち、事故の場合には、使用者の火傷、けが、火災の発生など命にかかわる危険があります。製品設計においては、図1にあるような安全のためのフィードバックは必須であると言えるでしょう。温度上昇や電池の異常が想定される場合には、製品は警告音や危険表示になる注意喚起が望ましく、形状や価格面で対応が難しい場合には、充電/給電を停止する安全対策が必要です。今回の事故製品では、このような対策が無かった可能性があります。

 

最後に、このような事故を予防する方法の一例を紹介したいと思います。

当社アリオンでは、携帯電話に関連した業界団体「MCPC(モバイルコンピューティング推進コンソーシアム)」の規定による「モバイル充電安全認証」を行っています。この認証試験は、携帯電話用のUSBインタフェースを用いた充電器、充電ケーブルを対象としたもので、モバイルバッテリーも認証対象です。

この試験の中では、外気の循環ができない環境での安定した充電を確認する試験も行われています。これは、寝室で携帯端末を充電している時に充電器が毛布などでくるまれた状態を想定しており、リュックの中に入れられたモバイルバッテリーにも近い状態です。この認証試験は、充電ケーブルの試験、充電器の充電特性、USB充電規格への適合性など、携帯電話用の充電器、充電ケーブルの安全性に着目した試験を中心に行っています。

こうした安全性に関する試験は、今回のような事故を防ぐためにも重要な役割を果たせると期待しており、試験に適合した製品にはMCPCのロゴ(図2)を使用できるようになることから、一般ユーザーも製品の安全性を確認できる仕組みとなっています。

図2:MCPCロゴ

今後も、USBインタフェースを用いた携帯電話の充電は、ますます普及してゆくことでしょう。アリオンは、USB規格への適合性を確認する各種認証試験のみならず、MCPCによる充電安全に着目した試験も含め、総合的な試験サービスを提供しております。

 

関連リンク

MCPC モバイル充電安全認証に関するページ
http://www.mcpc-jp.org/charge/index.htm

アリオン MCPCモバイル充電安全認証
http://jp.allion.com/index.php?view=products&g=77&d=301

 お問い合わせ

(受付時間 平日9:00~18:00)

(アリオン株式会社 営業部)

Web問い合せフォーム

記事一覧へ