陳其勇 李 雷 肖小軍 王 霖 余華超

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 廣州 510670）

引言

國家大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展、低碳出行，在此政策的影響下電動(dòng)自行車作為代步工具，其環(huán)保、便捷、省時(shí)、省力的特點(diǎn)廣受群眾喜愛，成為越來越多人員短途出行的首選。然而，電動(dòng)自行車被頻繁爆出充電起火的事故，作為關(guān)鍵配件的電池及其對應(yīng)的充電器成為被關(guān)注的重點(diǎn)。又由于目前電動(dòng)自行車充電器市場的發(fā)展混亂無章，有的執(zhí)行電動(dòng)車充電器推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有的執(zhí)行家用電器充電器強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，更有的執(zhí)行團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，沒有一個(gè)統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致充電器產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊，既影響了廣大使用者的使用安全，也不利于國家對該類產(chǎn)品的有效監(jiān)管，故有必要制定電動(dòng)自行車充電器的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。針對以上情況，國標(biāo)委制定并發(fā)布了新版強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 42296-2022《電動(dòng)自行車用充電器技術(shù)要求》（以下簡稱新國標(biāo)），以適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展需求。本文對新國標(biāo)與原有推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36944-2018（以下簡稱原標(biāo)準(zhǔn)）之間差異及測試關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)解讀。

1 目前國內(nèi)流行的電動(dòng)自行車充電器標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段電動(dòng)車充電器市場執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)較多，既有家用充電器國家標(biāo)準(zhǔn)，又有電動(dòng)車充電器國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)等，關(guān)注側(cè)重點(diǎn)不同，評判標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用及監(jiān)管等多方面的混亂情況出現(xiàn)，目前常用的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下：

GB 4706.18-2014《家用和類似用途電器的安全 電池充電器的特殊要求》；

GB/T 36944-2018《電動(dòng)自行車用充電器技術(shù)要求》；

QB/T 2947.1-2008《電動(dòng)自行車用蓄電池及充電器第1 部分：密封器鉛酸蓄電池及充電器》；

QB/T 2947.3-2008 《電動(dòng)自行車用蓄電池及充電器第3 部分 鋰離子蓄電池及充電器》；

TCDZ 0001-2019《電動(dòng)自行車用蓄電池充電器》。

2 電動(dòng)自行車充電器新國標(biāo)重點(diǎn)要求解析

新國標(biāo)作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)相比作為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的GB/T 36944-2018 而言，其涵蓋的內(nèi)容有較大幅度的增加，并且根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況對許多章節(jié)條款都進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)及考核方法也作了進(jìn)一步的優(yōu)化?，F(xiàn)篩選幾個(gè)重要的章節(jié)進(jìn)行解析，具體如下：

2.1 擴(kuò)大引用規(guī)范性文件

新版國標(biāo)引入許多全新的內(nèi)容，例如：接口類型、電子元件失效、垂直燃燒、針焰等，其中涉及的相關(guān)試驗(yàn)方法和判定原則都需要增加引用相關(guān)應(yīng)用規(guī)范性文件來獲取，具體新增的引用文件如下：

GB/T 1002 《家用和類似用途單相插頭插座 型式、基本參數(shù)和尺寸》；

GB/T 2009.1《家用和類似用途插頭插座 第1 部分：通用要求》；

GB/T 2423.10-2019 《環(huán)境試驗(yàn) 第2 部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動(dòng)（正弦）》；

GB/T 4208-2017 《外殼防護(hù)等級(jí)（IP 代碼）》；

GB/T 5169.16-2017 《電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn) 第16 部分：試驗(yàn)火焰 50 W 水平與垂直火焰試驗(yàn)方法》。

2.2 重點(diǎn)內(nèi)容解讀及分析

2.2.1 結(jié)構(gòu)

本章節(jié)條款新增兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的確認(rèn)以及具體試驗(yàn)要求。一是“保護(hù)阻抗相關(guān)性能”指標(biāo)，該條款要求保護(hù)阻抗在器具壽命期間不能有明顯改變，并且任一阻抗出現(xiàn)短路或開路時(shí)均不應(yīng)超過GB 4706.1-2005 中8.1.4規(guī)定的值。二是“插頭放電”指標(biāo)，該條款要求正常使用中人手觸碰電源線插腳不會(huì)因電容放電引起電擊危險(xiǎn)，然而額定電容量不大于0.1 uF 的電容器，不認(rèn)為會(huì)引起危險(xiǎn)。

2.2.2 熱失控

現(xiàn)行電動(dòng)車充電器普遍采用的充電方式通常分為三個(gè)階段的充電區(qū)域，第一個(gè)階段區(qū)域?yàn)椤案咝С潆妳^(qū)”，第二個(gè)階段區(qū)域?yàn)椤案邏撼潆妳^(qū)”，第三個(gè)階段區(qū)域叫“涓流充電區(qū)”?！案咝С潆妳^(qū)”即恒流段，電壓隨充電進(jìn)程不斷增加而電流則維持基本不變，其充電電流在整個(gè)充電過程中是最大，發(fā)熱量也是最大，在整個(gè)充電工作中起主導(dǎo)作用；“高壓充電區(qū)”即恒壓段，充電電壓基本保持在一個(gè)較小變化區(qū)域（可視為恒定），而充電電流與充電電壓成反比緩慢的變小，就好像高速行駛的列車進(jìn)站前的緩沖減速一樣，有效地保護(hù)了電池的使用壽命；“涓流充電區(qū)”的設(shè)立則是考慮到電池在靜置過程中由于內(nèi)阻的原因會(huì)出現(xiàn)緩慢的自行饋電現(xiàn)象，為了讓電池保持近乎充盈的狀態(tài)，充電器在這個(gè)區(qū)域內(nèi)提供一個(gè)很小的小電流（不大于0.03 C）對電池進(jìn)行補(bǔ)電。根據(jù)充電器的這些充電特性，本章節(jié)對部分條款進(jìn)行了修改，具體如下：

2.2.2.1 過充切斷

本條款根據(jù)電動(dòng)車充電器的充電區(qū)域的特性，不再同時(shí)對“高效充電區(qū)”、“高壓充電區(qū)”兩個(gè)階段的充電區(qū)域分別進(jìn)行過充考核，并且不再強(qiáng)調(diào)達(dá)到規(guī)定充電量時(shí)必須切斷輸出電流的要求（原標(biāo)準(zhǔn)要求：“高效充電區(qū)”充入電量達(dá)到1.00 C、“高壓充電區(qū)”充入電量達(dá)到0.30 C 時(shí)均應(yīng)切斷輸出電流），取而代之只針對主要充能作用的“高效充電區(qū)”進(jìn)行考核，“切斷輸出電流”不再是最終判定要求（國標(biāo)要求：“高效充電區(qū)”充入電量不超過1.20 C 的情況下，轉(zhuǎn)入下一充電階段或切斷輸出電流，均判定為合格）。

注：C 為電池額定容量，單位為Ah。另外，試驗(yàn)方法中也注明可以采用電池組代替電子負(fù)載，但要保證其容量必須比充電器標(biāo)稱額定電池額定容量大30 %以上。

2.2.2.2 延時(shí)切斷

本條款不再僅限于考核“涓流充電階段”，也把“高壓充電階段”納入考核范疇，明確時(shí)間不超過180 min應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)充電階段或切斷輸出電流。并且備注了鋰離子電池充電器及其他無涓流階段設(shè)計(jì)的充電器不考核涓流階段切斷功能。

2.2.3 非正常工作

本章節(jié)對“錯(cuò)接”、“短路”兩個(gè)條款進(jìn)行了細(xì)微調(diào)整，并增加了元件失效的考核內(nèi)容，補(bǔ)全了以往忽視的地方。本章節(jié)具體條款如下：

2.2.3.1 錯(cuò)接

本條款中實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的判定原則有所改變，電流表讀數(shù)不再規(guī)定始終為0，只需小于5 mA 即可，且規(guī)定試驗(yàn)期間不發(fā)生電擊、火災(zāi)和機(jī)械危險(xiǎn)等危害。恢復(fù)正確連接后判定原則也有所改變，不再明確規(guī)定電流表讀數(shù)為0，只要求充電器應(yīng)能正常工作。

2.2.3.2 短路

本條款中實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的判定原則有所改變，不再要求排除短路后充電器應(yīng)正常工作，而是要求在實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程中充電器應(yīng)無任何故障，不發(fā)生電擊、火災(zāi)和機(jī)械危險(xiǎn)等危害。

2.2.3.3 元件失效

本條款為新增內(nèi)容，增加了對充電器電路中元件的短路、開路的試驗(yàn)要求，并且重點(diǎn)考核電源次級(jí)端反饋光耦的兩腳以及電壓采樣電阻等其他可替代切斷電壓反饋回路的元件，還有電流采樣電阻等其他替代切斷電流反饋回路的元件。明確具體不合格情況：①出現(xiàn)電擊、火災(zāi)、機(jī)械危險(xiǎn)；②產(chǎn)生高于額定最高輸出電壓一定比例的輸出電壓；③產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間超過1s 且高于額定最高輸出電流200 %的輸出電流有效值。元件失效試驗(yàn)的測量原理如圖1。

圖1 充電器元件失效測量原理框架

2.2.4 輸入接口安全性

本章節(jié)為新增內(nèi)容，摒棄了原有傳統(tǒng)插頭和插座，改用專用插頭和插座，引入通訊互認(rèn)增強(qiáng)充電器對電池狀態(tài)的監(jiān)控，鉛酸蓄電池插頭采用“2+2”形式（兩根電力插針、兩根通訊插針），鋰離子蓄電池則采用“2+4”形式（兩根電力插針、四根通訊插針），插頭和插座中的通訊和電力端子通過數(shù)量及結(jié)構(gòu)的差異確保了不同類型電池和充電器間不會(huì)出現(xiàn)混插的危險(xiǎn)，并且電力端子的正負(fù)極設(shè)計(jì)成一凸一凹形式確保了人手不會(huì)同時(shí)觸及到輸出端子的正負(fù)極，通過這些巧妙的物理設(shè)計(jì)確保電池組與充電器連接的安全可靠，本章節(jié)具體條款如下：

1）充電器的輸出接口不應(yīng)與符合GB/T 2099.1 及GB/T 1002 的單相輸入接口互插。（通過GB/T 2099.1 及GB/T 1002 規(guī)定的量規(guī)檢測，如圖2）

圖2 符合GB/T 1002 的量規(guī)

2）適用電池類型不同的充電器插頭與插座間不能互插。例如：鉛酸電池充電器輸出插頭無法插入鋰離子電池組的插座中。

3）充電器輸出接口的電力端子（正負(fù)極）間不能被同時(shí)觸及。（通過C 型試驗(yàn)探棒進(jìn)行檢測，如圖3）

圖3 C 型試驗(yàn)探棒

4）充電器空載時(shí)接口電力端子間的輸出電壓應(yīng)不高于直流42.4 V。

5）充電器與電池間應(yīng)有互認(rèn)協(xié)同協(xié)議，當(dāng)連接互認(rèn)協(xié)同，并確認(rèn)技術(shù)參數(shù)后方可開始充電，原標(biāo)準(zhǔn)無相關(guān)要求。

6）鉛酸電池充電器與鋰電池或其他電池充電器的輸出接口（應(yīng)為插頭形式），及對應(yīng)的插座的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖（見圖4、圖5）。

圖4 鉛酸蓄電池充電器輸出插頭及對應(yīng)的插座形式

圖5 鋰離子或其他蓄電池充電器輸出插頭及對應(yīng)的插座形式

2.2.5 耐熱及防火阻燃

本章節(jié)修訂了部分條款的參數(shù)，并完善了相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中電動(dòng)車充電起火高發(fā)的現(xiàn)狀將外殼部分從灼熱絲中分離出來重點(diǎn)考核，增加了“垂直燃燒”、“針焰”兩條款，確保充電器每個(gè)基礎(chǔ)部件均被納入考核之中。本章節(jié)具體條款如下：

2.2.5.1 耐熱

本條款考慮到現(xiàn)實(shí)器具的使用情況將外殼材料的試驗(yàn)溫度提高至（90±2）℃。并且考慮偶然因數(shù)，增加了初次試驗(yàn)結(jié)果不通過的處理方法，即增加2 個(gè)樣品追加測試，如全部合格，樣品可判定合格。

2.2.5.2 灼熱絲

考核對象僅針對支撐載流連接的絕緣材料（連接件或距離這些連接處3 mm 內(nèi)的材料），通過750 ℃灼熱絲進(jìn)行判定，對于試驗(yàn)期間結(jié)果通過但產(chǎn)生的火焰持續(xù)時(shí)間超2 s，可通過對該連接件上方20 mm 直徑、50 mm高的圓柱體范圍的部件進(jìn)行針焰考核，如果有滿足針焰要求的隔離板阻擋的部件無需考核。對于支撐正常工作期間載流超過0.2 A 的帶電部件的絕緣材料（連接件或距離這些連接處3 mm 的材料）則需追加進(jìn)行850 ℃灼熱絲的考核。

2.2.5.3 垂直燃燒

本條款為新增條款，重點(diǎn)針對外殼、外殼開孔中裝塞的元件（僅限開關(guān)、指示燈、連接器、器具插座）、風(fēng)扇、內(nèi)部元件、灌膠工藝中的膠體等進(jìn)行考核。另外明確制樣要求，如果制樣需求中提出如無法從樣品上制備，可在單獨(dú)的材料中制備，其厚度不應(yīng)超過相關(guān)部件的厚度。

2.2.5.4 針焰

本條款作為新增條款，主要針對印刷電路板，包括“垂直燃燒”條款中描述的外殼、裝塞在外殼開孔中的元件材料等（當(dāng)它們無法制備時(shí)）進(jìn)行考核。

2.2.6 連接負(fù)載

標(biāo)準(zhǔn)中充電器測試用負(fù)載主要分為三類：①電池組；②電子負(fù)載；③測試電路（見圖6）。測試用負(fù)載要求表1。

圖6 測試充電器的電路

3 小結(jié)

綜上所述，新國標(biāo)規(guī)定了電動(dòng)自行車充電器接口的統(tǒng)一性、專用性，提高了對各個(gè)部件的耐燃性能、輸入插頭及輸出插腳的防觸電安全的要求，細(xì)化了電子元件失效危害的關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)整了過充切斷的判定要求，圍繞充電器產(chǎn)品易引起危險(xiǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)提出合理有效的要求和規(guī)定，必將對電動(dòng)自行車充電器行業(yè)的質(zhì)量提升起到不可或缺的作用。

表1 測試用負(fù)載要求