車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的測試方法研究

0   前言

近年來(lái)，我國的經(jīng)濟快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量大幅提高，汽車(chē)基本上已成為每個(gè)家庭便捷的出行工具。目前，市面上的汽車(chē)主要分為三類(lèi)，一種是傳統汽車(chē)，即采用燃油或者燃氣（可燃冰）方式作為動(dòng)力的；一種是新能源電動(dòng)汽車(chē)，即以?xún)戎娩囯x子電池模塊作為動(dòng)力；還有一種是混合動(dòng)力汽車(chē)，以燃油和內置動(dòng)力電池模塊為動(dòng)力。除了新能源電動(dòng)汽車(chē)，傳統汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)都需要其內置的鉛酸蓄電池作為啟動(dòng)電源。作為啟動(dòng)電源的電池一般采用12 V 的鉛酸蓄電池（見(jiàn)圖1），支持大電流放電，最大瞬間啟動(dòng)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(cháng)不會(huì )超過(guò)6 年。因為汽車(chē)在頻繁的啟動(dòng)，長(cháng)時(shí)間的運行不間斷的超長(cháng)充電或者長(cháng)時(shí)間的停放，將使得電池存在過(guò)充電或者過(guò)放電，容易降低電池的額定容量及放電性能，進(jìn)而嚴重影響蓄電池的使用壽命。

圖1 鉛酸蓄電池示意圖

啟動(dòng)用的鉛酸蓄電池因其運行的環(huán)境及用戶(hù)的不良使用習慣（如長(cháng)時(shí)間停放不啟動(dòng)車(chē)），極易發(fā)生故障，導致無(wú)法正常啟動(dòng)汽車(chē)。當汽車(chē)使用有一定年限的時(shí)候，即使正常保養汽車(chē)，啟動(dòng)用的鉛酸蓄電池可能也會(huì )因使用時(shí)間較長(cháng)，電池輸出電壓偏低，剩余容量不足，出現無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)的故障。此時(shí)，如果是在偏遠山區或者人煙稀少的地方發(fā)生故障時(shí)，呼叫救援都無(wú)法保證快速施救啟動(dòng)車(chē)輛，作為車(chē)主，如果車(chē)上有配備車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源，那么便可實(shí)現自救。因此，有經(jīng)驗的車(chē)主經(jīng)常會(huì )準備車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源以備不時(shí)之需。

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源一般具有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(chē)啟動(dòng)輸出連接線(xiàn)，見(jiàn)圖2。車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源易操作、小巧、便捷、支持大電流放電，可以在啟動(dòng)用的鉛酸蓄電池發(fā)生故障時(shí)啟動(dòng)車(chē)輛，也常常作為移動(dòng)電源對戶(hù)外照明、戶(hù)外充氣、手機、IPAD 等設備供電，是戶(hù)外出行必備的產(chǎn)品之一，能夠應對各種緊急情況。由于上述優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格也不貴，深受車(chē)主們的歡迎，車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)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(gè)方面來(lái)對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源進(jìn)行闡述。

圖2 車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源結構圖

1   研究的意義

隨著(zhù)我國汽車(chē)保有量的穩定增長(cháng)，人們出行要求的提高，加之車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源功能強大、攜帶方便、價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，消費者對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的需求量也在大幅增長(cháng)^[1]。

目前，大部分的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源產(chǎn)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(guò)充電、過(guò)放電、高溫環(huán)境、內外部短路等非正常工作狀態(tài)下的有效防護要求較高。需要廠(chǎng)家對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源產(chǎn)品配備相應的保護板。才能避免用戶(hù)在使用車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源時(shí)發(fā)生起火爆炸。

然而，市場(chǎng)上的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源產(chǎn)品良莠不齊，一般消費者無(wú)法辨別哪些車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源產(chǎn)品是安全可靠的，其應急施救性能是否長(cháng)效。很多人都認為價(jià)格貴的、或者是包裝漂亮的一定是安全可靠的，殊不知劣質(zhì)的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源可能因其虛標的容量造成無(wú)法實(shí)現其該有的應急救援功能，也有可能因其使用了劣質(zhì)的鋰離子電池，在施救過(guò)程中或者存放于較惡劣的環(huán)境中引起漏液、著(zhù)火、爆炸等危險，進(jìn)而對消費者造成不可估量的潛在危險。因此，車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)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(dòng)電源因其便攜、性?xún)r(jià)比高，作為后備能源，深受廣大消費者的歡迎。一直以來(lái)，移動(dòng)電源沒(méi)有相應的國家標準進(jìn)行對其規范引導。直到2017 年12 月29 日，國家標準委正式發(fā)布業(yè)內首個(gè)關(guān)于移動(dòng)電源（充電寶）的GB/T 35590-2017《信息技術(shù) 便攜式數字設備用移動(dòng)電源通用規范》標準，于2018 年7 月1 日正式實(shí)施。但到目前為止，對于車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源這種特殊的產(chǎn)品國內仍無(wú)任何相應的測試標準。

由于車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的應用環(huán)境及其功能的特殊性，我國的GB/T 35590-2017 標準并不能滿(mǎn)足企業(yè)及消費者對該產(chǎn)品的測試要求。因此迫切需要針對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源產(chǎn)品的工作原理和功能進(jìn)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(yè)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，加強企業(yè)競爭力并保證了消費者的人身財產(chǎn)安全，進(jìn)而促成其長(cháng)期健康穩定的發(fā)展。

3   測試方法及內容

根據車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的使用環(huán)境及其多功能用途的情況，可以從功能、環(huán)境和安全性能三方面對其進(jìn)行測試考核。

3.1 功能

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源是一種便攜式移動(dòng)電源，除了可以給汽車(chē)作為臨時(shí)啟動(dòng)電源（汽車(chē)內置電池一般采用12 V 的鉛酸蓄電池），還可以作為戶(hù)外照明、戶(hù)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(dòng)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(shí)間的長(cháng)短。即容量越大，可供設備的續航時(shí)間越長(cháng)。容量不合格會(huì )導致其給外接設備供電的時(shí)間變短，進(jìn)而間接的給一般消費者帶來(lái)不便，對從事危險作業(yè)的消費者則會(huì )使其作業(yè)時(shí)間過(guò)短而終止相應作業(yè)，對人身安全造成傷害。市場(chǎng)上流通的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源也不乏有容量虛標的產(chǎn)品存在。容量虛標主要有兩種情況：一種是產(chǎn)品銘牌上標的容量實(shí)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(shí)際容量根本無(wú)法滿(mǎn)足其標稱(chēng)容量。這兩種情況都會(huì )使車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源給外接設備充電時(shí)間變短。對于按需購買(mǎi)的消費者來(lái)說(shuō)，在使用這種產(chǎn)品時(shí)，日常生活中小則中斷供電，無(wú)法便民使用；在醫療行業(yè)等其他一些特殊的行業(yè)中大則必定會(huì )產(chǎn)生不可估量的損失。

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的容量測試都是依據其產(chǎn)品上的標識提供參數進(jìn)行的。合理合規的銘牌一般會(huì )用簡(jiǎn)體中文體現產(chǎn)品的名稱(chēng)、型號、額定電壓（輸入及輸出）及額定容量、啟動(dòng)電流、峰值電流、額定能量、電池種類(lèi)、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(huì )給一般消費者帶來(lái)錯誤的消費引導。容易引起誤操作、選購時(shí)無(wú)法合理判別選擇適用的型號和規格以及在移動(dòng)電源發(fā)生起火爆炸時(shí)，造成相應的財產(chǎn)人身安全損失，無(wú)法維權追溯賠償等情況。

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

（2）輸出電壓

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

（3）啟動(dòng)測試

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

表1 啟動(dòng)電流所需配置參數表

啟動(dòng)測試是車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源功能的一個(gè)最重要的考核指標。所有的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源都應具備有輔助啟動(dòng)或者獨立啟動(dòng)車(chē)輛的功能。這是該產(chǎn)品的一個(gè)獨特的亮點(diǎn)，也是受廣大消費者歡迎的重要理由。

圖3 移動(dòng)電源銘牌標識參數

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

3.2 環(huán)境

（1）高溫儲存

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

將充滿(mǎn)電的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源放入55 ℃ ±2 ℃環(huán)境中7d，其外觀(guān)應無(wú)明顯變形、漏液、起火爆炸。開(kāi)路電壓降低幅度不大于0.5 V，且以標示啟動(dòng)電流放電3 s，放電后其電壓不應低于7.5 V，且外觀(guān)應無(wú)明顯變形、漏液、起火爆炸[3]。

（2）振動(dòng)

因為車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源都是存放在車(chē)輛中的。車(chē)輛在平坦的路面上如景區路段、高速路段，顛簸較小，對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源造成的振動(dòng)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(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源造成的振動(dòng)頻率及振幅就比較大。因此，車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源不因路面情況的多樣化，在各種環(huán)境中的顛簸振動(dòng)下，仍能夠正常使用。

將充滿(mǎn)電的車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源緊固在振動(dòng)試驗臺上，按下面表2 的參數進(jìn)行水平、垂直振動(dòng)測試，試驗結束后，應無(wú)明顯變形、漏液、起火爆炸^[2]。

表2 應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源部分測試參數

（3）阻燃

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源封裝材料所使用的材料，在其發(fā)生意外造成保護功能失效，引發(fā)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?huì )蔓延，自動(dòng)熄滅于內部本身^[2]，即使發(fā)生起火也不會(huì )危害車(chē)輛及用戶(hù)的生命財產(chǎn)安全。

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)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 安全性能

（1）過(guò)充電保護

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源一般支持車(chē)載充電器或者配套的電源適配器進(jìn)行充電。但是車(chē)載充電器產(chǎn)品和電源適配器的種類(lèi)繁多，產(chǎn)品質(zhì)量也各有千秋。使用劣質(zhì)的電源適配器或者輸入電壓不匹配的電源適配器充電時(shí)，即有可能產(chǎn)生過(guò)壓充電的危險。過(guò)高的充電電壓易使車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源發(fā)生著(zhù)火、爆炸、漏液等危險，進(jìn)而危害使用者的人身和財產(chǎn)安全^[2]。

因此，車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的保護系統應具有過(guò)充電保護，過(guò)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(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源發(fā)生過(guò)充電時(shí)，其保護系統應能夠切斷充電回路，實(shí)現自我保護。

（2）過(guò)放電保護

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源長(cháng)時(shí)間未使用時(shí)或者使用了一段時(shí)間未及時(shí)給予充電，使得其容量耗損較大。當再次使用時(shí)，即有可能使車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源發(fā)生過(guò)放電現象，若用來(lái)啟動(dòng)車(chē)輛，產(chǎn)生的啟動(dòng)電流會(huì )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(fā)起火、爆炸危險。

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的保護系統應具有過(guò)放電保護，過(guò)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(dòng)車(chē)輛。

（3）防反接保護

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源一般通過(guò)外置的連接線(xiàn)接通受供電設備，不能完全排除用戶(hù)不會(huì )將輸出線(xiàn)正負極反接。反接會(huì )導致其產(chǎn)生大電流放電，直接造成電池溫度失控，從而引發(fā)起火、爆炸危險。

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

（4）防短路保護

車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源可能會(huì )由于本身絕緣材料的失效，造成電源輸出線(xiàn)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(fā)生形變，漏出裸露的零部件而引起短路，瞬間產(chǎn)生較大的電流沖擊，進(jìn)而破壞其自身保護系統，引發(fā)著(zhù)火、爆炸、漏液等危險^[2]。

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

4   結語(yǔ)

隨著(zhù)我國汽車(chē)市場(chǎng)上的保有量越來(lái)越大，消費者對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源的需求量也逐步增大。本文針對車(chē)用應急啟動(dòng)用移動(dòng)電源存在起火、爆炸風(fēng)險的突出特點(diǎn)，及其特有的功能及特殊環(huán)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(yè)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，加強企業(yè)的競爭力，又能夠保證消費者的人身財產(chǎn)安全，為今后該類(lèi)產(chǎn)品的檢測工作的開(kāi)展及相關(guān)標準的提升提供參考意見(jiàn)。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期）