電タバ関連つらつらと・・・

電子タバコとか、VAPEとか言われているアイツについて、適当に書いていく、そんなBlogです。

電子タバコを安全に使用するための、チェックポイント

こんにちは。

さて今回は。

「電子タバコを安全に使用するための、チェックポイント」の。
ここ最近のウチのBlog編を、お送りします。

まあ、バッテリーやMOD回りに、偏ります。
01_total

個別の記事ポインタは置きませんが、気になったら過去ログ参考のこと!。

1.MODが暖かくなる運用は、行わないこと
h02

 ・バッテリーの危険温度は、実験によると150度前後です
 ・MODの構造の都合により、抵抗値が高いところがある場合があります
  ・スレッド部分
  ・スイッチ部分
  ・テレスコ機構部分(バッテリーサイズ調整用含む)
 ・バッテリーが熱的に接触している部分の抵抗値が高い場合、集中的に発熱し、バッテリーに熱を与えます
 ・バッテリーは「一部が」熱せられても危険です
 ・MOD自体はデカいので、熱が逃げて「暖かい」認識でも、バッテリーにシビアに熱がいっている可能性があります、要考慮!

2.「MODの抵抗値」も考えての運用のオススメ
h01

 ・MOD自体も、抵抗値を持っています
 ・完璧にセットしてある、通電性に優れたMODで
  ・銅 0.03Ω
  ・ブラス 0.03Ω
  ・ステンレス 0.05Ω
  ・複雑な構造のMOD 0.2Ω 
  以上あると考えておくと、比較的安全だと思います。
 ・接触やメンテナンスも重要です
  ・サビ 0.2Ω
  ・スレッドを締め切らない 0.05Ω
  ・510スレッドのスペーサー 0.05Ω
  以上の影響があると。
 ・ 特にスレッド単体での通電性は、かなりシビアです。
  スレッドのみで通電性を確保しているMODの場合、くれぐれもご注意を!。
  チューブの壁部分の接触が、かなり重要です!。
 ・電池の内部抵抗は、18650なハイレートバッテリの場合、「0.03Ω」と考えておくといいと思います。
  パラ運用の場合は、電池の内部抵抗を、パラ数で割って下さいな。
 ・以上を踏まえ、例えば・・・
  シングルバッテリ、ステンレス、 単純な構造のMOD:0.05 + 0.03 = 0.08Ω
  上のを隙間空いた状態でセットアップした場合: 0.08 + 0.05 = 0.13Ω
  デュアルバッテリ、銅、単純な構造のMOD:0.03 + (0.03 / 2) = 0.045Ω
  てな感じで定義するといいと思います。 
  ・MODの抵抗値と、ビルドした抵抗値の比で、「MODの発熱」「アトマの発熱」の計算が可能です。
 ・MODの発熱
  g1sm
 ・アトマの発熱
  g1sc


  ・テクニカルMODの場合、「出力するW」を、コイル抵抗値と読み替えて下さい。
  テーブルは以下な感じ。
  tec
 ・個人的には、「MODが20W以上発熱するビルドは危険」だと思います。
  くれぐれも、お気をつけて!。

・まとめると
 単純です。
 ・イマドキのMODで、メカニカルで0.25Ω以下、テクニカルで30W以上運用時は、かなりムチャしてるので、くれぐれもご注意を!。
 です。

まあこんな感じ!。
安全で楽しい電子タバコライフを!。
 

VSCPANELの作製

こんにちは。

さて今回は。
千葉にある、「VAPORSKULL JAPAN」様が。
店舗移転したので、そのお祝いに。
ヒカリモノを作ってみることにした顛末を。

こんなんね。
DSC_0945
 
さて。
コトの起こりは。

移転、開店日に。
ノコノコとVSCに遊びに行ったことでした。

そこでこんなんデモったりしてね。
DSC_0882
 
店長さんから、「よくわからんけど欲しい、飾りたい」的なお話し頂きまして。 
んじゃ、ヒカリモノを作ってみようかなと。

普段使っているアクリル素材は、カナセライトの「クリア/蛍光紫」というタイプ。
ブラックライトなどをあてたり、日光や蛍光灯の下では、紫に光ります。
DSC_0627

コイツ使って、楽しいことできないかな、と。

んでまず。

普段お世話になっている、アクリル屋さんに買い出し。
DSC_0606

アクリル素材を、いくつか入手してみました。
DSC_0886

んで、秋月のサイトで、LEDとか制御とか物色。
DSC_0893

必要な電流とか計算したり。
DSC_0891
 
配置とか練ったりしてね。
DSC_0892
 *この地点ではまだ、「LED光らせる、メッセージ出す」くらいしか決めてません!。

翌日。
まあ部材到着。
DSC03150

結構買い込みました。
DSC03151

制御回り。
DSC03152

LED回り。
DSC03154

表示回り、と。
DSC03153

選定した部材は、以下な感じです。

制御は前回オームメーターで使った、Arduinoで。
a_cpu

制御系マイコンの世界では、「Lチカ」という文化がありまして。
CPUのデジタル出力で、LEDを光らせる!とかあるのですが。
今回は明るく光らせたいのと、明るさ制御したいので。
I2C経由のドライバも導入。
a_drv

んでLEDは。
まず紫外線LED。
a_leduv
選定理由は、照射範囲が30度品であること。
砲弾型LEDは、普通15度なんですが、こいつだけちと広かった!。

UVLEDだけじゃ寂しいので。
電球色なLEDも用意。
a_ledwm
角型は照射範囲が広いので、ステキな感じー。

そして、メッセージも出そうかと。
OLEDなパネルも。
a_oled

こいつもI2C制御なのですが、3.3V駆動です。
レベル変換IC使って、5VなArduino系と接続することに。
a_i2cc

・・・まあ。
・LEDを最大16チャンネル、25mA、高速PWM制御
・OLEDによるメッセージ
を、I2Cの2本だけでやっつけちまおう、という無謀な感じ。
CPU制御基板からは、電源、GND、I2C2本の、合計4本しか繋がない、ハンダ作業に優しい仕様になりそうです。

さて。
到着部材をハンダ付け。

ドライバ基板上に、DDCとレベル変換を置く感じ。
DSC03155

OLEDはまあ、線を4本出して、と。
DSC03156

電源はドライバ基板受けして、CPU制御基板も適当に配線、こんな感じで完成。
DSC03157
やっつけ感漂う、ステキな感じです、コネクタピン数とか合ってないし!。
*残念ながらDDCは安定しなかったので、LDOに入れ替えました。

オームメーターの残骸が残るブレッドボード上に部材配置。
DSC_0901
ピン出てないので、ブレッドボード用の配線で無理やり留めてます。

ドライブ基板を基点として。
OLED側インターフェース、電源と制御で4ピン。
DSC03169

CPU制御基板側インタフェースも、電源と制御の4ピンです。
DSC03167
CPU制御基板は、配線圧縮の為、アナログピンに4本とも接続し。
VCCとGNDにそっから伸ばすという、極悪仕様です。

で。
適当にテストスケッチ書いて、書き込み、動作確認。
DSC_0902
OLED、GNDが細いと安定しない!。
まあ、CMOSだしねえ。
そしてArduinoは、ドライバやOLEDのライブラリが既に有ったりして、お気軽な感じです。
前回はグラフィック液晶だのバッテリ内部抵抗計だの使ったから大変だったのね・・・。

この状態で、I2Cの波形確認。

5V系。
DSC03166

3.3V系。
DSC03164

相変わらず多少オーバーシュートしてっけどまあ、いけてるね。
輻射的にはNGだけど。
あ、今回は全部100KHzです。

OLED部分、文字のワイプ処理のルーチンを書き下して。
まあ、 文字列は5種類、ワイプ処理は4種類、それに方向と、書き換え時に文字を消すかそのままか、を、ランダムで選択な感じ。
ウエイト処理前のテストは、こんな感じですよ、と。
 
いいかんじー。

さて次はLEDです。
ブレッドボードで2つだけテスト。
蛍光紫なアクリルの端材を、照らしてみました。

近い場合/エッジ。
DSC03161

遠い場合。
DSC03162

ふむ、、、結構ぼんやりさんね・・・。
うまくいくかちょっと不安に・・・。

まあ、やってみますかね。

LEDを十何個もブレッドボード上に並べるのもかったるいので、ケースを作ってしまいます。

今回の部材を、ざっと並べてみて。
c_1
リアルサイズで基板入れると、設計ラクねえ。

パネル部分は放置して、LEDハコ部分をとりあえず描いていきました。
c_2

サクッと切って、バラっと。
DSC03172

まあ、ハコになることを確認。
DSC03173

まずは電球色LEDを配線。
DSC03174
配線はニッケルメッキ線を使い、カソードをGND直結な感じで。

んで紫外線LEDもマウント。
DSC03175

ドライバ基板へ配線。
DSC03176
ああ、電流制限は、ドライバ基板の保護抵抗(220オーム)でやらかしてます。
どのLEDにも23mA弱かかりますよ、と。

で、組み立てと接続。
DSC03177
まあ、破綻もなくて、いい感じ。

LEDの点灯制御は、文字列配列の参照でやることにしました。
点灯アイデアを書き下して、そこから配列の定義。
DSC03170
メモリ足りなくて結構削ったけど!。

LED自体は消灯~7段階の、合計8段階の明るさを定義して。
明るさジャンプ時は、より刻みの細かいルーチンを通して、ディマーコントロールを仕込みました。
配列定義が4種類、配列読み出しの順番定義が5種類、順番の順方向/逆方向切り替え、それにランダムと消灯を仕込んでます。
LEDのグループは2種類、電球色アレイと紫外線LEDアレイ、電球色LEDが8つ、紫外線LEDが7つのLEDを個別制御な感じで。

動作確認!。
DSC03179
無事動いていらっしゃいます。

動画だとこんな感じ。


I2Cがだいぶ忙しいので、ウェイトをかなり抑えめに調整しました。

さてでは。
肝心の、パネルの作製です。

最初、垂直に照らそうと思っていたのですが、結構LEDの照射範囲が狭い感じ。
なので、斜めを検討しました。
c_3

仮に作ったハコをそのまま使い、斜め配置の受け枠を作ってなんとかする作戦に。

上記検討から、足はこんな感じにしようかと。
c_4
スペース削減の為、足は貫通ネジを使わず、アクリルのワッシャーで受ける感じで。

パネル本体も作図、まず照射範囲や部材配置を確認しつつ。
c_5

データ作って切削へ!。
c_6

今回、アクリル素材は、全て「クリア」ですが。
4種類使いました。

まず、足を、いつもの「クリア/蛍光紫」で切削。
DSC_0908

ロゴ背景は、「クリア/カスミ板」という素材。
DSC_0909
デコボコしてます。

切削!。
DSC_0911

ロゴ部品を切削完了!。
DSC_0913

クリア/蛍光紫のロゴと組み合わせると、こんな感じ!。
DSC_0914

拡大!。
DSC_0912
なかなかいい感じですが、切断面のマチがちと広く、このままだとバラバラになっちゃいます。

LED照射部は、「クリア/拡散板」を用意。
DSC_0916
乳白色っぽいですが、まあ液晶のバックライトの拡散とかに使われてる奴です。

フロントパネルは、「クリア/エッジライトグリーン」を。

DSC_0917
うすーく緑が入っていて、断面がガラスっぽく見えるアクリルです。
表面もちょっと緑っぽくなるので、なんか上品な感じに仕上がります。

がーと切って。
DSC_0919

組み合わせてみました。
DSC_0920
ちょーっとカスミだけ板の置き方曲がってて、微妙にチリがあってないですが、許容範囲だということにしました、材料もったいないし。

横から見ると、3層構造です。
DSC_0921

ネジで足をカシメて、自立を確認!。
DSC_0922

足はこんな感じです、アクリルワッシャーで抑えてるだけの構造ですが、ガタつきもなく、いい感じです。
DSC_0923

早速仮マウント、LEDの状況を確認な感じ!。

LEDフル点灯!。
DSC_0924

紫外線LEDだけ点灯!。
DSC_0925
実は撮像素子は、紫外線領域にも感度があるので、なんか紫に輝いちゃってますが。
実物は抑えめで、結構上品、いいかえると暗いです・・・。
電球色LEDを抑える必要あるねえ・・・。

で、いけそうなので、本マウント。
線材を通す穴は、こんな位置関係。
DSC_0926

まあサクッとコネクタ抜き差しして、OLEDパネルをネジどめして、完成!。
DSC_0927

なかなかいい感じです。

動画だとこんな感じ。


何日間か玄関先でエージングしましたが、まあOLED表示がたまに化ける以外は、いい感じです。

最終的に、CPU制御基板は両面テープ留め。
DSC_0939

そして余計なLEDの映り込みを防ぐ為、ビニールテープで遮光。
DSC_0940

ケースと足も両面テープという、やっつけな感じだたようけどまあ、そんな出来に。
DSC_0941

んで先日。

無事納入。
DSC_0945

喜んで頂けたみたいです!。
fb
 

そんな移転したVAPORSKULL JAPANさんは、こちらです。
 URL : http://vscmod.jp/

まあぶっちゃけ。

 や ら か し す ぎ た 。

気もしますがまあ、お祝いだし!。
あと無駄にブログ長くてゴメンナサイ。

以上です。 

MOD抵抗値から見る、危険なビルド

こんにちは。

さて今回は。
「MODの抵抗値」に着目して。
危険なビルドが、どのへんにあるのか。
考察していきたいと思います。

まず、MODの抵抗値が、なぜ危険な成分となりうるのか?。
それはひとえに、「電子タバコのコイルの抵抗が低いから」、また、「デバイスとしてコンパクトだから」です。

通常の弱電な電気設計では導通扱いとしてしまいげな、1Ω以下の領域を、通常の強電な電気設計では絶対やらかさない、細い領域に対して求めているからです。

ってオイラも、実際にMODの抵抗値測るまでは、「電池の内部抵抗のほうが、MODの抵抗値より高い」と思っていたのですが。
どうやら、そうでもないみたいなので。

注意喚起の意味も兼ねて、考察していきたいと思います。

まずそもそも、MODの抵抗値が高いと、どういうことが起きるか?。

これは単純です、MODが発熱します。

電池からの接続を見ると、「MODの抵抗値」と、「コイルの抵抗値」が、直列につながっている状態と同じこと。
直列なので、電圧は変わりますが、電流は変わりません。

極端な計算例だと:
 ・MODの抵抗値が1Ω、コイルの抵抗値が10Ωだとして。
 ・直列なので、電池側からは「10+1」、つまり11Ωだと見える。
 ・11Ωで、電池電圧が4.2Vだとすると、オームの法則、「電流=電圧÷抵抗」から
 ・「約0.38A」流れる 
 ・この際、コイルにも、MODにも、0.38A流れている
 ・それぞれに掛かる電圧は異なる、オームの法則、「電圧=電流×抵抗」から
 ・コイル:3.8V、 MOD:0.38V掛かる
 ・消費電力は「電力=電圧×電流」なので
 ・コイル:約1.4W、MOD:約0.14Wとなる
 ・どっちも発熱以外のお仕事をしないので、そのまま「発熱」になる

てな感じで、計算できます。

まあ、狭い領域で電力=発熱をかますと、どんなことになるのは、皆様よーくご存じだと思います。
まあ、、、電子タバコのアトマコイルで起きてる現象、そのままですね。

さて。

MODが発熱すると、何が起こるか。
まずもちろん、電池が熱せられます。

リチウムイオン電池は、通常雰囲気温度60度までの状態で使用せよ、と言われています。
電池が熱せられると、、、。
h03
緑の線がリチウムイオン電池の中の分子分布、赤い線が要求エネルギーの線です。
温度が高いほど、緑の線より上に赤い線がいって、反応に参加する分子が増える、みたいです。
つまり、激しく反応するのですね。

激しく反応するとどうなるか。
まあ爆発します。
h02
これはリチウムイオン電池の加熱試験。
試験なのでゆっくり温度上げていますが、200度を超えたあたりで温度上昇が指数関数的になり、 比例してガス温度など上がり、発煙、発火している様子が見て取れます。
また、オレンジの線は電池の電圧、150度近辺から不安定になり、180度近辺で急激に何かやらかされていることも確認できます。
あくまでもこの実験ベースではありますが、「150度超えちゃホントにダメ」てのが分かるかと。

さてでは、MODの抵抗値。
前回計測結果は、以下の通り。
Image3
実際、「MODの発熱」は、電池も込みで考えるのが正解な気もするので。
ちゃんとメンテしている状態で、「MODの抵抗値20ミリオーム」+「電池の内部抵抗30ミリオーム」、つまり50ミリオームくらいを最低の抵抗値と考えるのが良さそうです。

あ、ちなみに、1Ωは1000ミリオーム、メートルとミリメートルの関係と一緒です。

この値を基に、コイルの抵抗値と、MOD/コイルの発熱を、プロットしてみました。

MOD抵抗値が50ミリオーム~90ミリオームの場合:

MODの発熱量:
g1sm
コイルの発熱量
g1sc


MOD抵抗値が、0.1Ω~0.3Ωの場合
MODの発熱量
g1lm

コイルの発熱量
g1lc

前回の記事でも書きましたが、MODの発熱量が10W以下になるのを暫定的に「安全」と定義するのであれば。
0.1Ωを切る、優秀なMODの場合で0.3Ω以下のコイルを、0.1Ωを上回る、抵抗値の高いMODの場合、0.5Ω以下のコイルを使うのは、MOD側が10W以上発熱するため、「危険」だと定義できます。

「でもそれじゃ30~40Wまでしか楽しめない」、その通りです。
もっと高い電力で楽しみたいときは。
スタックすればいいのではないかと。

8.4V時のグラフは、こんな感じです。
MODの発熱
12lm

コイルの発熱
g2lm
2スタックMODで、おおむね1Ωビルドをしてやれば、MODの抵抗成分にもよりますが、おおむね50~60W領域は楽しめそうです。

あ、もちろんメカニカルMODの場合であって、電圧を変換することができる、テクニカルMODの場合は、分けて考える必要があります。
ですが、テクニカルMODでも、「MODの抵抗値」は、引っ掛かってきます。

例えば、1セル対応で効率85%、終止電圧3VなテクニカルMOD基板を使用する場合。
MODの「電池側」にかかる抵抗負荷は、以下な感じです。
tec


これは「メカニカルMODでこの抵抗値のコイルを繋げている」のと同じ状況だと定義できます。
歴史的に、「30W」が一時期テクニカルMODの最大値だった理由が、なんとなく見えてきます。
30W時で、大体0.3Ωなのですね。

さてでは。

MODの、組み込み具合と、抵抗値の変化について。

前回計測したMODのうち、Vanillaの銅とステンレスを使って、MODの締め込み具合の差を見てみましょう。

前回計測値は、こんな感じ。
Image3

まず、Vanillaの銅のテレスコ部分を伸ばし、アトマ側に隙間を作ってみました。
DSC03231

ピンは変更してあるため、銀素材です。
83_yurumi3

この状態だと、抵抗値はこんな感じ。
DSC03230

締め込みきった状態に対して、43ミリオーム、抵抗成分が増えました。

次にVanillaステンレスで。
スイッチ部分に、わずかな隙間ができるように組んでみました。
DSC03236
スイッチを押すとしっかり端子が電池に接触しますが、「隙間は維持」されている状態です。

この状態での計測値は、以下の通り。
DSC03235
70ミリオームも差分が出ました。

結構やらかしがちな、「メカニカルMODで隙間を作る」こと、絶対NGぽいです。
理由は、電流が通過するとこに対して、スレッド面での接触ではなく、むしろ端面での接触が、抵抗低下に対して支配的であることかなと。
端面の接触があまりない、Rambleの抵抗値が比較的高いのも、これで説明が可能かなと。

最後に、MODの構造による影響。
接点部分の抵抗成分は、点より線、線より面のほうが低くなります。

例えば、ピアノ線ばねでのこんな電池保持構造、MODに使われているの、ときたま見かけますが。
 h04
0.2オーム以上の抵抗を持ってたりするようです。
大変危険なので、この構造のMODは、高い電力を掛けない、もしくは低い抵抗値でビルドしないことをお勧めします。

また、イモネジで導通を取るタイプのMODもあります。
h05
イモネジ構造自体は、アトマ側のポジティブピンにも使われていたりしますが。
電池接触部分の「平面度」を、かなりシビアにご確認ください。
鋳造しっぱなし、切りっぱなしのイモネジは、平面がとれていなく、接触面積がせまーい!、なんてことがあります。

電池保持構造としては、最低でも「線」。
DSC03237

 できれば「面」での接触が確保されていることが肝要だと思います。
DSC03238


また、上記のメカニカルMODでの実験から、「スレッド部分は接触抵抗が高い」ことが伺えます。
なので、スレッド部分のみで電流経路を構築しているMODは、比較的危ないでしょう。
大人しい抵抗値や電力で楽しむことをお勧めします。
ハイブリッドのアダプターとか、チューブ式の電池保持構造を持つテクニカルMODとかね。
vh

特に素材劣化時、「電流通過の一部だけ発熱する」ことがあるようです。
h01
これが電池と熱的に接触している部分で起きたら、、、電池が熱せられて、危ない事態になること、容易に想像が可能です。
くれぐれも、ご安全に!。

以上です。

 *すみません書き散らかっておりますが、なんか熱あってぼーっとしているのです・・・。

参考文献:
 ・第9回 リチウムイオン電池の反応速度と活性化エネルギー
  http://www.daiwa-can.co.jp/energy/info/column_09.html
 ・リチウムイオン電池の安全性評価試験における発生事象について
  https://www.ntsel.go.jp/forum/2012files/pt_21.pdf
 ・ねじ締めによる導体接続部の発熱に関する研究(第 1報)

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