電タバ関連つらつらと・・・

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、、、。

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。

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。

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：

コイルの発熱量



ＭＯＤ抵抗値が、０．１Ω～０．３Ωの場合
ＭＯＤの発熱量


コイルの発熱量


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


コイルの発熱

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。



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。


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。


ピンは変更してあるため、銀素材です。


この状態だと、抵抗値はこんな感じ。


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。

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。

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。
 
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。

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」。


 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。



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。


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。

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