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    車用應急啟動用移動電源的測試方法研究

    作者:林健(福建省產品質量檢驗研究院,福州 350002)時間:2022-08-14來源:電子產品世界收藏
    編者按:本文從車用應急啟動用移動電源的特殊的功能、運行環境及安全性能三個方面,對其測試方法進行了探討研究。

    0   前言

    本文引用地址:http://www.rethinkthailand.com/article/202208/437302.htm

    近年來,我國的經濟快速發展,人們的生活質量大幅提高,汽車基本上已成為每個家庭便捷的出行工具。目前,市面上的汽車主要分為三類,一種是傳統汽車,即采用燃油或者燃氣(可燃冰)方式作為動力的;一種是新能源電動汽車,即以內置鋰離子電池模塊作為動力;還有一種是混合動力汽車,以燃油和內置動力電池模塊為動力。除了新能源電動汽車,傳統汽車及混合動力汽車都需要其內置的鉛酸蓄電池作為啟動電源。作為啟動電源的電池一般采用12 V 的鉛酸蓄電池(見圖1),支持大電流放電,最大瞬間啟動電流可達600 A。然而,這種蓄電池使用壽命較短,正常使用壽命為2-3 年,最長不會超過6 年。因為汽車在頻繁的啟動,長時間的運行不間斷的超長充電或者長時間的停放,將使得電池存在過充電或者過放電,容易降低電池的額定容量及放電性能,進而嚴重影響蓄電池的使用壽命。

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    圖1 鉛酸蓄電池示意圖

    啟動用的鉛酸蓄電池因其運行的及用戶的不良使用習慣(如長時間停放不啟動車),極易發生故障,導致無法正常啟動汽車。當汽車使用有一定年限的時候,即使正常保養汽車,啟動用的鉛酸蓄電池可能也會因使用時間較長,電池輸出電壓偏低,剩余容量不足,出現無法啟動汽車的故障。此時,如果是在偏遠山區或者人煙稀少的地方發生故障時,呼叫救援都無法保證快速施救啟動車輛,作為車主,如果車上有配備車用,那么便可實現自救。因此,有經驗的車主經常會準備車用以備不時之需。

    車用一般具有5 V直流輸出口、USB 充電口、電量指示屏(燈)、照明燈及配有汽車啟動輸出連接線,見圖2。車用應急啟動用移動電源易操作、小巧、便捷、支持大電流放電,可以在啟動用的鉛酸蓄電池發生故障時啟動車輛,也常常作為移動電源對戶外照明、戶外充氣、手機、IPAD 等設備供電,是戶外出行必備的產品之一,能夠應對各種緊急情況。由于上述優點,而且價格也不貴,深受車主們的歡迎,車用應急啟動用移動電源得以廣泛應用。

    下面,我們就從研究的意義、國內研究狀況、測試方法等三個方面來對車用應急啟動用移動電源進行闡述。

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    圖2 車用應急啟動用移動電源結構圖

    1   研究的意義

    隨著我國汽車保有量的穩定增長,人們出行要求的提高,加之車用應急啟動用移動電源強大、攜帶方便、價格實惠等優點,消費者對車用應急啟動用移動電源的需求量也在大幅增長[1]。

    目前,大部分的車用應急啟動用移動電源產品內部均采用鋰離子電池作為儲能器件,因為其體積小,容量大,也支持大電流放電。但是,由于其自身材料的穩定性,鋰離子電池對過充電、過放電、高溫、內外部短路等非正常工作狀態下的有效防護要求較高。需要廠家對車用應急啟動用移動電源產品配備相應的保護板。才能避免用戶在使用車用應急啟動用移動電源時發生起火爆炸。

    然而,市場上的車用應急啟動用移動電源產品良莠不齊,一般消費者無法辨別哪些車用應急啟動用移動電源產品是安全可靠的,其應急施救性能是否長效。很多人都認為價格貴的、或者是包裝漂亮的一定是安全可靠的,殊不知劣質的車用應急啟動用移動電源可能因其虛標的容量造成無法實現其該有的應急救援,也有可能因其使用了劣質的鋰離子電池,在施救過程中或者存放于較惡劣的中引起漏液、著火、爆炸等危險,進而對消費者造成不可估量的潛在危險。因此,車用應急啟動用移動電源的測試方法研究顯得極為重要。

    2   國內標準研究狀況

    移動電源因其便攜、性價比高,作為后備能源,深受廣大消費者的歡迎。一直以來,移動電源沒有相應的國家標準進行對其規范引導。直到2017 年12 月29 日,國家標準委正式發布業內首個關于移動電源(充電寶)的GB/T 35590-2017《信息技術 便攜式數字設備用移動電源通用規范》標準,于2018 年7 月1 日正式實施。但到目前為止,對于車用應急啟動用移動電源這種特殊的產品國內仍無任何相應的測試標準。

    由于車用應急啟動用移動電源的應用環境及其的特殊性,我國的GB/T 35590-2017 標準并不能滿足企業及消費者對該產品的測試要求。因此迫切需要針對車用應急啟動用移動電源產品的工作原理和功能進行系統分析,研究測試方法,制定相應的測試標準以利于企業提高其產品的質量,加強企業競爭力并保證了消費者的人身財產安全,進而促成其長期健康穩定的發展。

    3   測試方法及內容

    根據車用應急啟動用移動電源的使用環境及其多功能用途的情況,可以從功能、環境和三方面對其進行測試考核。

    3.1 功能

    車用應急啟動用移動電源是一種便攜式移動電源,除了可以給汽車作為臨時啟動電源(汽車內置電池一般采用12 V 的鉛酸蓄電池),還可以作為戶外照明、戶外充氣、手機、IPAD 等設備供電電源(一般供電電壓為5 V)。所以,其因具有常規便攜式移動電源的基礎功能,如直流5 V 輸入輸出功能。

    (1)容量

    容量的大小決定了其放電時間的長短。即容量越大,可供設備的續航時間越長。容量不合格會導致其給外接設備供電的時間變短,進而間接的給一般消費者帶來不便,對從事危險作業的消費者則會使其作業時間過短而終止相應作業,對人身安全造成傷害。市場上流通的車用應急啟動用移動電源也不乏有容量虛標的產品存在。容量虛標主要有兩種情況:一種是產品銘牌上標的容量實際上是電芯容量,只是為了欺瞞消費者;另一種是容量被夸大,實際容量根本無法滿足其標稱容量。這兩種情況都會使車用應急啟動用移動電源給外接設備充電時間變短。對于按需購買的消費者來說,在使用這種產品時,日常生活中小則中斷供電,無法便民使用;在醫療行業等其他一些特殊的行業中大則必定會產生不可估量的損失。

    車用應急啟動用移動電源的容量測試都是依據其產品上的標識提供參數進行的。合理合規的銘牌一般會用簡體中文體現產品的名稱、型號、額定電壓(輸入及輸出)及額定容量、啟動電流、峰值電流、額定能量、電池種類、轉換效率、制造商或者商標及警告標識等信息。錯誤的標識往往會給一般消費者帶來錯誤的消費引導。容易引起誤操作、選購時無法合理判別選擇適用的型號和規格以及在移動電源發生起火爆炸時,造成相應的財產人身安全損失,無法維權追溯賠償等情況。

    因此,車用應急啟動用移動電源的容量應滿足在常溫(23 ℃ ±2 ℃)測試下不低于其標稱額定容量;在高溫(45 ℃ ±2 ℃)測試下不低于其標稱額定容量;在低溫(-10 ℃ ±2 ℃)測試下不低于其標稱額定容量的60%。

    (2)輸出電壓

    一般情況下,車用應急啟動用移動電源在額定帶載狀態下工作一段時間后,其對外輸出的電壓會逐漸降低。對于容量未虛標的內置質量好的鋰離子電池,在額定帶載輸出時,其輸出電壓的衰減率較小。但對于虛標容量的產品,則輸出電壓的衰減率較大,影響正常帶載使用。充滿電的車用應急啟動用移動電源的在額定電流放電10 分鐘后,其實際輸出電壓不應低于額定電壓的90%。

    (3)啟動測試

    我國車用啟動用鉛酸蓄電池的額定容量及相應的啟動電流需滿足的配置參數表見表1[6],基本上涵蓋了現有所有車型。一般家用轎車所用的啟動用鉛酸蓄電池的額定容量普遍在30~65 Ah,瞬間啟動電流在240~500 A。

    表1 啟動電流所需配置參數表

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    啟動測試是車用應急啟動用移動電源功能的一個最重要的考核指標。所有的車用應急啟動用移動電源都應具備有輔助啟動或者獨立啟動車輛的功能。這是該產品的一個獨特的亮點,也是受廣大消費者歡迎的重要理由。

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    圖3 移動電源銘牌標識參數

    按照圖3 參數,根據車用應急啟動用移動電源產品上的銘牌標識,在環境溫度(23 ℃ ±2 ℃)條件下,車用應急啟動用移動電源以標示啟動電流放電3 s,放電后其電壓不應低于7.5 V[7],且外觀應無明顯變形、漏液、起火爆炸[3];在環境溫度(60 ℃ ±2 ℃)條件下,車用應急啟動用移動電源以標示啟動電流放電3 s,放電后其電壓不應低于7.5 V[7],且外觀應無明顯變形、漏液、起火爆炸[3];在環境溫度(-18 ℃ ±2 ℃)條件下,車用應急啟動用移動電源以0.6 倍標示啟動電流放電3 s,放電后其電壓不應低于7.5 V[7],且外觀應無明顯變形、漏液、起火爆炸[3]。

    3.2 環境

    (1)高溫儲存

    車用應急啟動用移動電源一般情況下都是存放在車輛中的。隨著夏天的到來,尤其是在南方,在太陽的爆嗮下,車內溫度最高可達五六十度。在這種環境下,對車用應急啟動用移動電源是一種考驗。特殊的環境,使得車用應急啟動用移動電源必須能夠耐受因高溫引起的突發情況。所以,高溫儲存是一個不可不考量的重要環境因素。

    將充滿電的車用應急啟動用移動電源放入55 ℃ ±2 ℃環境中7d,其外觀應無明顯變形、漏液、起火爆炸。開路電壓降低幅度不大于0.5 V,且以標示啟動電流放電3 s,放電后其電壓不應低于7.5 V,且外觀應無明顯變形、漏液、起火爆炸[3]。

    (2)振動

    因為車用應急啟動用移動電源都是存放在車輛中的。車輛在平坦的路面上如景區路段、高速路段,顛簸較小,對車用應急啟動用移動電源造成的振動頻率及振幅則較??;但崎嶇的山路、坑洼的泥石路上行駛,顛簸就比較大,對車用應急啟動用移動電源造成的振動頻率及振幅就比較大。因此,車用應急啟動用移動電源不因路面情況的多樣化,在各種環境中的顛簸振動下,仍能夠正常使用。

    將充滿電的車用應急啟動用移動電源緊固在振動試驗臺上,按下面表2 的參數進行水平、垂直振動測試,試驗結束后,應無明顯變形、漏液、起火爆炸[2]。

    表2 應急啟動用移動電源部分測試參數

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    (3)阻燃

    車用應急啟動用移動電源封裝材料所使用的材料,在其發生意外造成保護功能失效,引發起火爆炸,應能限制火焰的蔓延[2]。使用阻燃性外殼可以確?;鹧娌粫?,自動熄滅于內部本身[2],即使發生起火也不會危害車輛及用戶的生命財產安全。

    車用應急啟動用移動電源的外殼的防火性能應符合GB 4943.1-2011 標準中4.7.3.2 的規定,其阻燃等級達到V-1 的要求。

    3.3

    (1)過充電保護

    車用應急啟動用移動電源一般支持車載充電器或者配套的電源適配器進行充電。但是車載充電器產品和電源適配器的種類繁多,產品質量也各有千秋。使用劣質的電源適配器或者輸入電壓不匹配的電源適配器充電時,即有可能產生過壓充電的危險。過高的充電電壓易使車用應急啟動用移動電源發生著火、爆炸、漏液等危險,進而危害使用者的人身和財產安全[2]。

    因此,車用應急啟動用移動電源的保護系統應具有過充電保護,過充電保護電壓為對應鋰電池材料體系充電截止電壓的±0.05 V。當車用應急啟動用移動電源發生過充電時,其保護系統應能夠切斷充電回路,實現自我保護。

    (2)過放電保護

    車用應急啟動用移動電源長時間未使用時或者使用了一段時間未及時給予充電,使得其容量耗損較大。當再次使用時,即有可能使車用應急啟動用移動電源發生過放電現象,若用來啟動車輛,產生的啟動電流會使內置的鋰離子電池極易失控,電池溫度快速升高,從而引發起火、爆炸危險。

    車用應急啟動用移動電源的保護系統應具有過放電保護,過放電保護電壓為對應鋰電池材料體系放電截止電壓的±0.05 V。除此之外,還應有相應的指示燈顯示或提示設備剩余容量,能否繼續獨立或者輔助啟動車輛。

    (3)防反接保護

    車用應急啟動用移動電源一般通過外置的連接線接通受供電設備,不能完全排除用戶不會將輸出線正負極反接。反接會導致其產生大電流放電,直接造成電池溫度失控,從而引發起火、爆炸危險。

    車用應急啟動用移動電源的保護系統應具有防反接保護,在使用車用應急啟動用移動電源因誤操作造成正負極反接時,保護系統應立刻啟動保護,停止對外輸出,不應破壞汽車和車用應急啟動用移動電源,不對人員造成傷害。

    (4)防短路保護

    車用應急啟動用移動電源可能會由于本身絕緣材料的失效,造成電源輸出線路的爬電距離和電氣間隙減小,又或者高溫使得絕緣外殼材料發生形變,漏出裸露的零部件而引起短路,瞬間產生較大的電流沖擊,進而破壞其自身保護系統,引發著火、爆炸、漏液等危險[2]。

    車用應急啟動用移動電源的保護系統應具有防短路保護,在使用車用應急啟動用移動電源因誤操作或者內部器件發生故障造成正負極直接短路時,保護系統應立刻啟動保護,停止對外輸出,不應破壞汽車和車用應急啟動用移動電源,不對人員造成傷害。

    4   結語

    隨著我國汽車市場上的保有量越來越大,消費者對車用應急啟動用移動電源的需求量也逐步增大。本文針對車用應急啟動用移動電源存在起火、爆炸風險的突出特點,及其特有的功能及特殊環境,深入剖析了其運行易起火、爆炸的原因和機理,總結了相應的測試方法。

    該測試方法的研究,有利于企業提高其產品的質量,加強企業的競爭力,又能夠保證消費者的人身財產安全,為今后該類產品的檢測工作的開展及相關標準的提升提供參考意見。

    參考文獻:

    [1] 金煒.汽車應急電源綜合測試系統的設計[D].杭州:浙江科技學院,2017.

    [2] 林健,楊凱.行車記錄儀鋰離子電池測試方法及研究[J].汽車實用技術,2016(9):196-198,201.

    [3] 便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求:GB 31241-2014[S].北京:工業和信息化部,2014.

    [4] 信息技術設備安全第一部分:通用要求:GB 4943.1-2011[S].北京:中國標準出版社,2011.

    [5] 信息技術便攜式數字設備用移動電源通用規范:GB/T 35590-2017[S].北京:中國電子技術標準化研究院,2017.

    [6] 啟動用鉛酸蓄電池第2部分:產品品種規格和端子尺寸、標記:GB/T 5008.2-2013 [S].北京:中國國家標準化管理委員會,2013.

    [ 7 ] 啟動用鉛酸蓄電池 第1部分:技術條件和試驗方法:GB/ T5008.1-2013[S].北京:中國國家標準化管理委員會,2013.

    (本文來源于《電子產品世界》雜志2022年8月期)



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