自転車道場

 skogenさん
点灯時間は一般的な高輝度LEDの最大電流で計算しましたが、実測したところ連続で5時間ちょっといけますね。という事は8mAぐらいでLEDを光らせてるみたいです。昼間に点滅で使う人は抵抗を付け替えれば明るさを倍以上にできると思います。

ダイソーのテールライトは金型の精度が落ちているのが分かるので、コピー商品なのかも知れませんね。アマゾンで買ったテールライトは太陽電池セルをエポキシ封入したもの、ダイソーのはガラスにセルが貼り付けられたもので、セルに蒸着された配線パターンは綺麗です。太陽電池はまともそう。でも、外気に触れないセルにガラスの必要は無いので、なんかの部品の流用でしょうね。

LEDは悪いものは少ないですし、実際、点灯時の明るさは同じでした。
良い機会なのでちょっと勉強してみました。以下、長文にて失礼します。

リチウムイオン電池（Li-Ion）、リチウムイオンポリマー電池（Li-Po）はどちらも電解質を陰極と陽極で挟んだ構造になっています。起電力を発生する原理は同じ。

構造としてはミルフィーユみたいになっていて、厚さ5mmぐらいの電池の中に50層ぐらいのシートが重ねられています。50枚重ねて5mmなので、大雑把にシートは1枚あたり0.1mm厚。

電解質部分はLi-Ionだと電解液+セパレータ（多孔質の薄いポリマーフィルム）、Li-Poだと電解質ポリマー（電解質溶液を樹脂で固めたものでゼラチンみたいな感じ。セパレータを兼ねる）になります。

Li-Ion、Li-Poが危険なのは、電解質部分が可燃性の有機溶媒であること、正負電極がセパレータを貫通・接触（内部短絡）する可能性がある事です。Li-Ionの場合は液体なので可燃性液体が漏れます。電極が接触し、内部短絡すると過電流で温度が上がり、その後、不安定な電極物質の反応によってさらに温度が上がります（自己発熱と言います）。

電極物質はμmオーダの微粒子を固めたもので、その上にセパレータが置かれます。ちょうど砂（電極微粒子）の上に薄く延ばした固めのパイ生地を敷き詰めたような状況です。こういう薄いミルフィーユが局所的な曲げや衝撃を受けるとどうなるかは想像が付きますよね。

では、具体的な事例。ギャラクシーノート7の発火事故の原因は、サムスンの発表によれば、
・電池パックの端で電極が曲がり、ストレスを受けた、
・電極の局所的な曲がりによってセパレータを突き破る凹凸（電極微粒子の大きなものか？）があった、
・セパレータが無い電池があった
となっています。セパレータの有無ということはLi-IonとLi-Poが混在しているのか、両者の技術はもはや融合して境界線が無いのか、どちらか分かりません。

いずれにしろパウチパックの薄いバッテリーがスマートフォンなどの中の狭いスペースに押し込まれています。設計が悪いと、ストレスを受け、内部短絡して、満充電状態だったり充電中だったりすると、内部で局所的な電流が流れ、自己発熱して、電解液が揮発して膨らみ、破裂、最悪は発火します。

787がリチウムイオン電池からの発煙で運行停止になったケースも内部短絡で、セルが分離されていなかったため、連鎖的に自己発熱が広がったとされています。対策として、内部短絡が起きないような絶縁性と充電電圧の調整、自己発熱が周囲のセルに拡散しない工夫がされています。

過去の大規模な回収例では、これ以外にも金属粉の混入による内部短絡があります。金属粉が混入すると結果がどうなるかは予想が付きます。

感覚的にはミルフィーユの層がきれいなままでいるには、まずはストレスが掛からないように上手に箱に収め、大きな衝撃を与えない事、局所的に押し付けたり曲げたりしない事でしょうね。

もし、満充電状態で内部短絡すると自己発熱が大きく進む可能性があるので、満充電で長期保管しないという注意が一般にされています。定期的に使用する、というのも電極物質やセパレータの変質を防ぐという意味があるのかも知れません。

私なりの結論は、実績が積まれた電池を普通に使っていれば大丈夫、実績が不明で欠陥がある電池は遅かれ早かれ事故が起こるので自分が被害者にならないよう大事に大事に目を離さずに祈りながら使う、という事でしょうか。

ちょっと皮肉を込めて書いたので、宗教みたいに読めたかもしれませんね。でも、至って本気です。

内部短絡は異常な温度上昇や膨張が発生するまでユーザでは分かりません。メーカーでも分からないと思います。なので、祈るしかありません。

過充電は制御回路が入っていれば気にしなくて良いです。通常のユーザレベルではセルを過充電にはできません。もし、安全サイドに振るなら、充電が終了する前に90%ぐらいで充電を止めると良いかも知れません。

ただ、それと内部短絡の関係は高くはありません。短絡してしまえば、充電し始めから自己発熱が進みます。幸い、正常な保護回路と制御回路を使っていれば破裂・発火には至らない。

現在のリチウムイオン電池は基本的には安全な電池だと思います。しかし、設計・製造上のミスで破裂・発火する可能性があります。ごくまれに。

内部短絡の可能性を事前に知ることは無理です。内部短絡を察知することは、ごく初期段階のガンを検知するのに近いです。正負2本の端子しか無い電池からミルフィーユ構造の中に存在する内部短絡する可能性がある箇所を事前に察知するのはとても難しい。私が勉強した限りではそういう風に理解できました。

そういう前提の上で、円筒形セルの安全性は高いと思います。ストレスや局所的な曲がりがセルの層状構造に及びにくい。角型セルもパッキングがまともなら問題は生じにくいでしょうね。パウチパックされたリチウムイオン電池は祈りながら見守るのが良いと思います。

胡散臭いウンチク話を続けて恐縮ですが、具体的な技術の説明が不足してましたので、ちょっと補足します。

充電の制御回路はセルが過充電されないように見張っています。例えば、セル電圧が4.25Vになると制御回路は充電を停止します。もし、制御回路に何らかの不具合があり規定以上の電圧が掛かった場合、例えば4.35Vになると内部の保護回路が働いて充電をカットします。ですから、セルを過充電するには、制御回路と保護回路を外す必要があります。

保護回路は温度や過電流も監視していて、高温（例えば60℃以上）では放電できないようにカット、45℃以上では充電もカットされます。正常な充電電圧範囲なのに温度上昇するのは、何らかの不具合で充電以外の電気化学反応が生じて、電気的なエネルギーが熱に変換されている事を意味します。異常事態です。

もし、制御回路・保護回路を外してセル単体で5Vぐらいまで電池を充電すると、常温付近でも内部短絡などで自己発熱が始まり、熱がさらに他の化学反応を進める熱暴走につながる可能性があります。セル単体を知識や技術が無い人が使うと、短絡させたり、少し大きめの電圧を掛けるといったミスでセルを容易に熱暴走させることができます。

どんな電池でも間違って充電すると危険ですが、リチウムイオン電池は有機溶媒を使っている、電極物質が反応しやすいため自己発熱する、という２つの理由で間違った使い方をすると危険です。ですから、メーカーはセル単体で一般ユーザに売りません。

保護回路が付いた正常な電池を普通に使っていれば心配する必要は無いと思います。つまり、極端な衝撃や変形を与えず、高音にならないように使うという意味です。スマートフォンを落下させた人は多いと思いますが、それぐらいで爆発はしませんよね。その範囲内なら普通に充放電して使っている限り、まともなセルなら膨らんだりはしません。まともでないセル、つまり金属粉が混入したり、ストレスが掛かってセパレータが機能しなくなると、注意しても事故が起こります。内部のミクロな異変を事前に知り得るか、それはとても難しい。

ニッケル水素ボタン電池の詳細は不明ですがサイズが少し小さい。連続点灯時間はパッケージに2.5時間と書いてありましたが、実測でもその程度でした。電池が小さいのが理由でしょうね。電池を交換すれば持ちは長くなると思いますが、普通に買うとニッケル水素ボタン電池だけで数100円します。

ブラケットも同じなので、互換性があります。

点滅で使うと8時間使えるので実用に耐えますが、連続だとちょっと心許ないですね。