リチウムイオン電池の保護はどのような方策をすればよいのか!

 

*モバイル機器では、リチウムイオン電池を搭載した機器が多いので、「安全を確保するための保護方策」が必須になります。


・又、IoT機器においてもリチウムイオン電池を使用する機器は非常に多くなっています。それにともおなって、発火や発熱などの事故が多くなっています。(欧州、RAPEXサイト2020年度で、A社ノートPCのバッテリ過熱事故でリコールが公表されています。
そこで、この電池を「安全に使用するための保護する方策」が必要になります。


*主な安全保護方策は以下のようです。
1.使用する電池自身に保護機能がある。
 ・電池自体が電池規格に適合していること。
  ・具体的には下のような安全性確保対策
 a)熱(温度)ヒューズ
 b)内圧上昇で作動する安全弁
   C)ポリエチレン系セパレータ使用の場合、約125℃の融点を超えると閉孔し電流を遮断する自己機能

2.電池を搭載する側での保護方策
 (1)充電電圧と充電電流を使用する電池特性に合わせて充電制御する。
 (2)指定最高充電温度を超えた時は,充電を停止する 。
 (3)電池の温度が指定最低充電温度未満になっている場合は,電池の指定電流値に制限して充電する。
 (4)リチウム二次電池は,防火用エンクロージャを備える。
 (5)持ち運び機器では落下でも異常が起きない構造にする。
 (6)電池がショートしない構造。
3.電池パック、充電器での保護方策
 (1)温度異常検出
 (2)過充電防止
 (3)過放電防止
 (4)過大電流保護回路及び切断回路(ヒューズ)
*参考:
 (1)リチウムイオン電池故障の大半の内部短絡の要因
 ・高電流での充電、または低温下の高電流での充電・放電、または過充電、過充電の繰返し
 ・電極部への鉄粉や鉄粒子の混入
 ・腐食やセパレータ、シール等の劣化
 (2)その他のトラブル要因
 ・製造不良
 ・極端な誤使用
 ・取付ミス
 ・落下や外部での短絡
 ・設計不良


参考資料:IEC62368-1、附属書M

IoT機器(WiFi,ブルーツゥース等の無線回路を搭載した機器)の指令&整合規格について!

*近年、欧州に各種機器を輸出する場合に、IoT化(内部に無線回路を搭載)の機器が多くなっています。
(例:計測したデータをLAN経由インターネット、又はスマホに送るため)


*無線回路(WiFi,ブルーツゥースなど)を搭載すると、この機器は無線機器の範囲になります。即ち、この機器は「該当するメイン指令が無線機器指令」になる。
・該当指令、整合規格などの見直しが必要になります。
図.IoT化による該当指令の増加
図.IoT化による該当指令の増加


*計測・制御・試験室用機器の場合の例で説明します。
図. 計測器のWiFi,ブルーツゥースなどによるIoT化でREDに該当する

図.計測器のIoT化


1.無線回路搭載なし計測器等の場合


1.1 計測器に該当する指令
・EMC指令
・LVD指令
・RoHS指令
・WEEE指令
1.2 上記1.1の指令の整合規格
・EMC指令:EN 61326-1
・LVD指令:EN 61010-1
・RoHS指令:EN 50581
・WEEE指令:整合規格はない


2.無線回路(ブルーツゥース等)を搭載した計測器等の場合


2.1 無線回路を搭載した機器の該当指令
・(1)RED(無線機器)指令:メインの指令
・(2)LVD(低電圧)指令、(3)EMC指令
 RED指令内、第3条(必須要求事項)の1.a)安全要求(指令2014/35/EU)、及び1.b)EMC要求(2014/30/EU)されているので、結局、(2)EMC指令と(3)LVD指令が適用される。
・(4)RoHS指令
・(5)WEEE指令
2.2 上記2.1の指令の整合規格
(1) RED指令:無線関連
固有の無線機能関連の整合規格があるので、これらを選択する。
a) EN 300 328- 2.4GHz wideband Tx/Rx:
Wifi 802.11 b/b/n, Blutooth, Zigbee
b) EN 301 893- 5GHz Wideband Tx/Rx: WiFi 802.11 a/n/ac
c) EN 300 220- Garage door openers, remote keyless entry
d) EN 300 330- Theft protection sensors, NFC(Near Field Communicatio)
e) EN 300-440- RC Toys, RFID
(2) RED指令の3.1(b)EMC要求:EMC指令関係
① RED共通のEMC規格(参考:ETSI 301 489-1 V2.2.3の体系)
・EN 301 498-1 エミッション試験:RF放射エミッション, 伝導エミッション、Low Frequency Harmonics
・EN 301 489-1 イミュニティ試験:ESD, 放射イミュニティ, 伝導 ,FTBなど
(参考:EN 301 489-1 _無線機器のEMC適用表)
②各無線方式固有のEMC規格
・EN 301 489-3 Short Range Devices
・EN 301 489-17 Broadband Wireless
・EN 301 489-33 Ultra Wide Band
・EN 301 489-52 Mobile phones
③製品固有のEMC規格
・EN 61326-1 計測・制御・試験室用機器
(3) RED指令の3.1(a)Safety要求:LVD指令
・EN 61010-1 計測・制御・試験室用機器

・注:LVD指令のAC50V以上等の入力電圧範囲に関係なく、該当となる!
(4)RoHS指令EN 50581
(5)WEEE指令


備考:人体暴露(EMF)規格「EN62479」について
・無線回路が搭載されている機器では人体に対する電磁波の暴露規格(EN/IEC 62479)に適合も必須です。
尚、無線回路のPmaxが「一般人:20mW以下、職業者:100mW以下」ならば、適合になります。
・「EN62479」はLVD指令の整合規格です。
・図.EMF(electromagnetic field)
EMF(electromagnetic field)