スマートフォンの発熱とバッテリーの問題

スマートフォンの発熱とバッテリーの問題

「故障・不具合」とまでは呼べない類いのトラブル、「バッテリー」や「充電」にまつわるトラブルに関するさまざまな問題を検討しましょう。
 
■リチウムイオン電池とは何か
 リチウムイオン電池は、「リチウムイオン二次電池」とも呼ばれ、モバイル機器やデジタルカメラ・ビデオ、携帯音楽プレーヤー、モーターアシストバイク、さらには電気自動車、ハイブリッド自動車の動力源として、現在の主流になっています。
 
リチウムイオン電池の長所
①エネルギー密度が高い
 ・重量あたりの蓄電量がニッケル水素電池の2倍、鉛蓄電池の5倍
 ・体積あたりの蓄電量がニッケル水素電池の1.5倍、鉛蓄電池の4~5倍
 つまり、同じ容量でも、より軽く、より小さい電池がつくれます。

②電圧が高い
 ・4ボルト近い電圧はニッケル水素電池の3倍、鉛蓄電池の1.5倍

③メモリー効果がない
 ・ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の弱点であるメモリー効果がない
 浅い充電と放電を繰り返しても容量が減ってしまうことがない。

④自己放電が少ない

 放置しておくだけで自然に放電してしまう率が5%程度。ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の5分の1くらいと優秀です。

⑤充電/放電効率がよい
 充電に要した電力量の8~9割を放電できるので、電力の貯蔵効率がよい。

⑥寿命が長い
 500回以上の充放電が可能。

⑦高速充電が可能

 放電電流の3倍ちかい電流をあたえて充電でき、短時間で済む。

⑧使用温度範囲が広い
 -20度~60度という広い温度帯で安定して放電できる。
 
リチウムイオン電池の短所
・充電時にはプラス極で強い酸化反応、マイナス極で強い還元反応が起き、放電時にはその反対にプラス極で還元反応、マイナス極で酸化反応が起きます。どちらのときもプラス極とマイナス極の間でショート(短絡)してしまうと、電池を激しく劣化させ、最悪の場合、破裂したり発火したりします。
 
・リチウムイオン電池に先のとがったものを突き刺すと、そこから火が噴き出して爆発に近い燃焼を引き起こしていく映像を見たことはないでしょうか。動画投稿サイトで「リチウムイオン電池 発火」で検索すると簡単にたくさん見つかります。
 「長所」のところで触れたように、軽量コンパクトなスペースに大きなパワーが詰め込まれていますので、それが間違った開放のされ方をするとたいへん危険なのです。その昔『装甲騎兵ボトムズ』というアニメがありまして、アーマードトルーパー(一転、「装甲歩兵」ですが)を動かす動力媒体が「ポリマーリンゲル液」という液体で、これがたいへん燃えやすく、漏れると爆発してしまう……というのと似ています。
 激しい酸化反応と還元反応が、同時にごくせまいスペースで起こっているということは、「テルミット反応」ともどこか似ています。酸化銅とアルミニウムの粉末を混ぜて火を付けると、銅から酸素がはがれて(還元)、アルミニウムにくっつく(酸化)という反応が起きます。その際、酸化反応熱と還元反応熱のダブルパンチで、3000度もの超高温が発生します。あくまでも「たとえ」ですが、それくらいむずかしい反応をコントロールして実現しているのがリチウムイオン電池だということです。
 
リチウムイオン電池の発火事例
 ・スマートフォンで発火事故を起こしたものとしては、2016年にSamsungのGalaxy Note 7が何件もの発火を起こして機内持ち込みが禁止されたことなど、記憶に新しいところではないでしょうか。「たとえ電源をオフにしていても持ち込み禁止」という、厳しいものでした。それだけ危険だったということです。
 
 *アップル社に関しては、ソニー・エナジー・デバイス社(SED)から供給された電池によるノートパソコンでの発火事例が報告されたことがあります(2006年)。またiPod nano(第1世代)でリチウムイオン電池が原因と推定される過熱・焼損事故が何件か発生しています(2008年)。このときのバッテリーメーカーは非公表のため不明。
 アップル社の製品に関してはそれくらいしかありませんが、リチウムイオン電池の発火事故そのものはなかなか後を絶ちません。
 
安全に使うには
 リチウムイオン電池の過熱・発火は、過充電のときと急速すぎる放電のときに起こります。そのため、バッテリーそのものに充電・放電の状態をモニターし,チェックする回路が内蔵されており、危険な状態にならないようコントロールしています。
 さらにiPhoneなどのスマートフォンは、「本質的にコンピュータそのもの」なので、充電・放電の状態を高度なプログラムで監視し、コントロールできますので、よりいっそう安全です。純正ではない充電ケーブルや、コンビニで売っている乾電池によるチャージャーなど、さまざまな電流・電圧で充電してもスマートフォン側がちゃんと対応します。過熱しそうなときには、スマートフォンみずからがシャットダウンするケースもあります。
 
 ですから、ユーザー側が気をつかうことは、そんなにありません。
ただ、何が危険な兆候なのかについては、知っておいた方が良いでしょう。スマートフォンで使っているアプリが、たまに動かなかったり変な動作をしたりすることがあるのと同様に、リチウムイオン電池の充放電状態を監視するプログラムが誤動作を起こすこともありえなくはないのです。

◎その危険な兆候というのは、やはり「発熱」です。
 スマートフォンの発熱について、次にくわしく見ていきます。

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