車用應(yīng)急啟動用移動電源的測試方法研究

0   前言

近年來，我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)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(tǒng)汽車，即采用燃油或者燃?xì)猓扇急┓绞阶鳛閯恿Φ模灰环N是新能源電動汽車，即以內(nèi)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(nèi)置動力電池模塊為動力。除了新能源電動汽車，傳統(tǒng)汽車及混合動力汽車都需要其內(nèi)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(dá)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?yàn)槠囋陬l繁的啟動，長時(shí)間的運(yùn)行不間斷的超長充電或者長時(shí)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(jìn)而嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命。

圖1 鉛酸蓄電池示意圖

啟動用的鉛酸蓄電池因其運(yùn)行的環(huán)境及用戶的不良使用習(xí)慣（如長時(shí)間停放不啟動車），極易發(fā)生故障，導(dǎo)致無法正常啟動汽車。當(dāng)汽車使用有一定年限的時(shí)候，即使正常保養(yǎng)汽車，啟動用的鉛酸蓄電池可能也會因使用時(shí)間較長，電池輸出電壓偏低，剩余容量不足，出現(xiàn)無法啟動汽車的故障。此時(shí)，如果是在偏遠(yuǎn)山區(qū)或者人煙稀少的地方發(fā)生故障時(shí)，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應(yīng)急啟動用移動電源，那么便可實(shí)現(xiàn)自救。因此，有經(jīng)驗(yàn)的車主經(jīng)常會準(zhǔn)備車用應(yīng)急啟動用移動電源以備不時(shí)之需。

車用應(yīng)急啟動用移動電源一般具有5 V直流輸出口、USB 充電口、電量指示屏（燈）、照明燈及配有汽車啟動輸出連接線，見圖2。車用應(yīng)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(fā)生故障時(shí)啟動車輛，也常常作為移動電源對戶外照明、戶外充氣、手機(jī)、IPAD 等設(shè)備供電，是戶外出行必備的產(chǎn)品之一，能夠應(yīng)對各種緊急情況。由于上述優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格也不貴，深受車主們的歡迎，車用應(yīng)急啟動用移動電源得以廣泛應(yīng)用。

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

圖2 車用應(yīng)急啟動用移動電源結(jié)構(gòu)圖

1   研究的意義

隨著我國汽車保有量的穩(wěn)定增長，人們出行要求的提高，加之車用應(yīng)急啟動用移動電源功能強(qiáng)大、攜帶方便、價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，消費(fèi)者對車用應(yīng)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(yīng)急啟動用移動電源產(chǎn)品內(nèi)部均采用鋰離子電池作為儲能器件，因?yàn)槠潴w積小，容量大，也支持大電流放電。但是，由于其自身材料的穩(wěn)定性，鋰離子電池對過充電、過放電、高溫環(huán)境、內(nèi)外部短路等非正常工作狀態(tài)下的有效防護(hù)要求較高。需要廠家對車用應(yīng)急啟動用移動電源產(chǎn)品配備相應(yīng)的保護(hù)板。才能避免用戶在使用車用應(yīng)急啟動用移動電源時(shí)發(fā)生起火爆炸。

然而，市場上的車用應(yīng)急啟動用移動電源產(chǎn)品良莠不齊，一般消費(fèi)者無法辨別哪些車用應(yīng)急啟動用移動電源產(chǎn)品是安全可靠的，其應(yīng)急施救性能是否長效。很多人都認(rèn)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)的車用應(yīng)急啟動用移動電源可能因其虛標(biāo)的容量造成無法實(shí)現(xiàn)其該有的應(yīng)急救援功能，也有可能因其使用了劣質(zhì)的鋰離子電池，在施救過程中或者存放于較惡劣的環(huán)境中引起漏液、著火、爆炸等危險(xiǎn)，進(jìn)而對消費(fèi)者造成不可估量的潛在危險(xiǎn)。因此，車用應(yīng)急啟動用移動電源的測試方法研究顯得極為重要。

2   國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)研究狀況

移動電源因其便攜、性價(jià)比高，作為后備能源，深受廣大消費(fèi)者的歡迎。一直以來，移動電源沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對其規(guī)范引導(dǎo)。直到2017 年12 月29 日，國家標(biāo)準(zhǔn)委正式發(fā)布業(yè)內(nèi)首個關(guān)于移動電源（充電寶）的GB/T 35590-2017《信息技術(shù) 便攜式數(shù)字設(shè)備用移動電源通用規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，于2018 年7 月1 日正式實(shí)施。但到目前為止，對于車用應(yīng)急啟動用移動電源這種特殊的產(chǎn)品國內(nèi)仍無任何相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。

由于車用應(yīng)急啟動用移動電源的應(yīng)用環(huán)境及其功能的特殊性，我國的GB/T 35590-2017 標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足企業(yè)及消費(fèi)者對該產(chǎn)品的測試要求。因此迫切需要針對車用應(yīng)急啟動用移動電源產(chǎn)品的工作原理和功能進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究測試方法，制定相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)以利于企業(yè)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，加強(qiáng)企業(yè)競爭力并保證了消費(fèi)者的人身財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)而促成其長期健康穩(wěn)定的發(fā)展。

3   測試方法及內(nèi)容

根據(jù)車用應(yīng)急啟動用移動電源的使用環(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

車用應(yīng)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(shí)啟動電源（汽車內(nèi)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(jī)、IPAD 等設(shè)備供電電源（一般供電電壓為5 V）。所以，其因具有常規(guī)便攜式移動電源的基礎(chǔ)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)間的長短。即容量越大，可供設(shè)備的續(xù)航時(shí)間越長。容量不合格會導(dǎo)致其給外接設(shè)備供電的時(shí)間變短，進(jìn)而間接的給一般消費(fèi)者帶來不便，對從事危險(xiǎn)作業(yè)的消費(fèi)者則會使其作業(yè)時(shí)間過短而終止相應(yīng)作業(yè)，對人身安全造成傷害。市場上流通的車用應(yīng)急啟動用移動電源也不乏有容量虛標(biāo)的產(chǎn)品存在。容量虛標(biāo)主要有兩種情況：一種是產(chǎn)品銘牌上標(biāo)的容量實(shí)際上是電芯容量，只是為了欺瞞消費(fèi)者；另一種是容量被夸大，實(shí)際容量根本無法滿足其標(biāo)稱容量。這兩種情況都會使車用應(yīng)急啟動用移動電源給外接設(shè)備充電時(shí)間變短。對于按需購買的消費(fèi)者來說，在使用這種產(chǎn)品時(shí)，日常生活中小則中斷供電，無法便民使用；在醫(yī)療行業(yè)等其他一些特殊的行業(yè)中大則必定會產(chǎn)生不可估量的損失。

車用應(yīng)急啟動用移動電源的容量測試都是依據(jù)其產(chǎn)品上的標(biāo)識提供參數(shù)進(jìn)行的。合理合規(guī)的銘牌一般會用簡體中文體現(xiàn)產(chǎn)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(zhuǎn)換效率、制造商或者商標(biāo)及警告標(biāo)識等信息。錯誤的標(biāo)識往往會給一般消費(fèi)者帶來錯誤的消費(fèi)引導(dǎo)。容易引起誤操作、選購時(shí)無法合理判別選擇適用的型號和規(guī)格以及在移動電源發(fā)生起火爆炸時(shí)，造成相應(yīng)的財(cái)產(chǎn)人身安全損失，無法維權(quán)追溯賠償?shù)惹闆r。

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

（2）輸出電壓

一般情況下，車用應(yīng)急啟動用移動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逐漸降低。對于容量未虛標(biāo)的內(nèi)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(biāo)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。充滿電的車用應(yīng)急啟動用移動電源的在額定電流放電10 分鐘后，其實(shí)際輸出電壓不應(yīng)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(yīng)的啟動電流需滿足的配置參數(shù)表見表1^[6]，基本上涵蓋了現(xiàn)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(shù)表

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

圖3 移動電源銘牌標(biāo)識參數(shù)

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

3.2 環(huán)境

（1）高溫儲存

車用應(yīng)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(nèi)溫度最高可達(dá)五六十度。在這種環(huán)境下，對車用應(yīng)急啟動用移動電源是一種考驗(yàn)。特殊的環(huán)境，使得車用應(yīng)急啟動用移動電源必須能夠耐受因高溫引起的突發(fā)情況。所以，高溫儲存是一個不可不考量的重要環(huán)境因素。

將充滿電的車用應(yīng)急啟動用移動電源放入55 ℃ ±2 ℃環(huán)境中7d，其外觀應(yīng)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(biāo)示啟動電流放電3 s，放電后其電壓不應(yīng)低于7.5 V，且外觀應(yīng)無明顯變形、漏液、起火爆炸[3]。

（2）振動

因?yàn)檐囉脩?yīng)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(qū)路段、高速路段，顛簸較小，對車用應(yīng)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(yīng)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(yīng)急啟動用移動電源不因路面情況的多樣化，在各種環(huán)境中的顛簸振動下，仍能夠正常使用。

將充滿電的車用應(yīng)急啟動用移動電源緊固在振動試驗(yàn)臺上，按下面表2 的參數(shù)進(jìn)行水平、垂直振動測試，試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)無明顯變形、漏液、起火爆炸^[2]。

表2 應(yīng)急啟動用移動電源部分測試參數(shù)

（3）阻燃

車用應(yīng)急啟動用移動電源封裝材料所使用的材料，在其發(fā)生意外造成保護(hù)功能失效，引發(fā)起火爆炸，應(yīng)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(nèi)部本身^[2]，即使發(fā)生起火也不會危害車輛及用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。

車用應(yīng)急啟動用移動電源的外殼的防火性能應(yīng)符合GB 4943.1-2011 標(biāo)準(zhǔn)中4.7.3.2 的規(guī)定，其阻燃等級達(dá)到V-1 的要求。

3.3 安全性能

（1）過充電保護(hù)

車用應(yīng)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(jìn)行充電。但是車載充電器產(chǎn)品和電源適配器的種類繁多，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)生過壓充電的危險(xiǎn)。過高的充電電壓易使車用應(yīng)急啟動用移動電源發(fā)生著火、爆炸、漏液等危險(xiǎn)，進(jìn)而危害使用者的人身和財(cái)產(chǎn)安全^[2]。

因此，車用應(yīng)急啟動用移動電源的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有過充電保護(hù)，過充電保護(hù)電壓為對應(yīng)鋰電池材料體系充電截止電壓的±0.05 V。當(dāng)車用應(yīng)急啟動用移動電源發(fā)生過充電時(shí)，其保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能夠切斷充電回路，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。

（2）過放電保護(hù)

車用應(yīng)急啟動用移動電源長時(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(dāng)再次使用時(shí)，即有可能使車用應(yīng)急啟動用移動電源發(fā)生過放電現(xiàn)象，若用來啟動車輛，產(chǎn)生的啟動電流會使內(nèi)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(xiǎn)。

車用應(yīng)急啟動用移動電源的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有過放電保護(hù)，過放電保護(hù)電壓為對應(yīng)鋰電池材料體系放電截止電壓的±0.05 V。除此之外，還應(yīng)有相應(yīng)的指示燈顯示或提示設(shè)備剩余容量，能否繼續(xù)獨(dú)立或者輔助啟動車輛。

（3）防反接保護(hù)

車用應(yīng)急啟動用移動電源一般通過外置的連接線接通受供電設(shè)備，不能完全排除用戶不會將輸出線正負(fù)極反接。反接會導(dǎo)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(xiǎn)。

車用應(yīng)急啟動用移動電源的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有防反接保護(hù)，在使用車用應(yīng)急啟動用移動電源因誤操作造成正負(fù)極反接時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)立刻啟動保護(hù)，停止對外輸出，不應(yīng)破壞汽車和車用應(yīng)急啟動用移動電源，不對人員造成傷害。

（4）防短路保護(hù)

車用應(yīng)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(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(hù)系統(tǒng)，引發(fā)著火、爆炸、漏液等危險(xiǎn)^[2]。

車用應(yīng)急啟動用移動電源的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有防短路保護(hù)，在使用車用應(yīng)急啟動用移動電源因誤操作或者內(nèi)部器件發(fā)生故障造成正負(fù)極直接短路時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)立刻啟動保護(hù)，停止對外輸出，不應(yīng)破壞汽車和車用應(yīng)急啟動用移動電源，不對人員造成傷害。

4   結(jié)語

隨著我國汽車市場上的保有量越來越大，消費(fèi)者對車用應(yīng)急啟動用移動電源的需求量也逐步增大。本文針對車用應(yīng)急啟動用移動電源存在起火、爆炸風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行易起火、爆炸的原因和機(jī)理，總結(jié)了相應(yīng)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(qiáng)企業(yè)的競爭力，又能夠保證消費(fèi)者的人身財(cái)產(chǎn)安全，為今后該類產(chǎn)品的檢測工作的開展及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的提升提供參考意見。

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[ 7 ] 啟動用鉛酸蓄電池 第1部分:技術(shù)條件和試驗(yàn)方法:GB/ T5008.1-2013[S].北京:中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會,2013.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期）