電動自行車用充電器產(chǎn)品安全風(fēng)險分析

文：葉震濤、邱亞楠 （國家電動自行車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 無錫 214101）

電動自行車用充電器產(chǎn)品安全風(fēng)險分析

文：葉震濤、邱亞楠 （國家電動自行車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 無錫 214101）

“風(fēng)險監(jiān)測”不同于質(zhì)量監(jiān)督抽查，是質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)在2011年起采用的一種新型風(fēng)險預(yù)警機(jī)制，以期對重大安全隱患做到早發(fā)現(xiàn)、早研判、早預(yù)警、早處理，避免發(fā)生系統(tǒng)性、區(qū)域性和行業(yè)性的質(zhì)量安全問題［1］。本文主要從2014年、2015年連續(xù)兩年的國家級、省級電動自行車用充電器產(chǎn)品風(fēng)險監(jiān)測結(jié)果著手，分析產(chǎn)品電氣安全風(fēng)險，并給出風(fēng)險處置建議。

充電器；風(fēng)險監(jiān)測；降低風(fēng)險建議

引言

2013年開展的電動自行車調(diào)查數(shù)據(jù)顯示： 72.6%的受訪者認(rèn)為電池續(xù)航里程過短， 62.2%的受訪者認(rèn)為電池質(zhì)量問題突出［2］。其中部分原因與充電器相關(guān)，例如在充電過程中，電池不能進(jìn)入浮充狀態(tài)，引起電解液水解反應(yīng)，電池失水進(jìn)而影響其壽命。

充電器是電動自行車的主要部件，它將220 V交流電通過充電器轉(zhuǎn)換為直流低電壓，再由充電器內(nèi)部的控制電路對蓄電池進(jìn)行充電，使蓄電池充、放電的循環(huán)工作狀態(tài)得以實現(xiàn)。近幾年對江蘇省消費者意愿調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，電動自行車充電器的滿意度僅為17%。消費者反映的主要問題有：

經(jīng)過暴曬發(fā)熱，在車輛尾箱放置后，充電器出現(xiàn)失效的現(xiàn)象；

充電器使用一段時間后，浮充功能喪失；

充電器損壞后不易維修，大多數(shù)情況下需要購買新的充電器；

夜間充電安全令人擔(dān)憂，充電起火引起的火災(zāi)事故頻發(fā)。

目前，在我國電動自行車用充電器尚未有準(zhǔn)入要求，部分非正規(guī)的電子企業(yè)、甚至有家庭作坊從事充電器的生產(chǎn)制造，導(dǎo)致充電器產(chǎn)品質(zhì)量不能得到有效控制。加之維修市場的銷量遠(yuǎn)大于電動自行車整車銷售匹配的充電器，而維修市場上重價格輕質(zhì)量的特點，使得較多沒有安全規(guī)范的充電器充斥市場，這些充電器流入家庭，極可能導(dǎo)致人身傷害、火災(zāi)事故。這里的“安全規(guī)范”是指產(chǎn)品從設(shè)計到銷售到終端用戶，貫穿產(chǎn)品使用的整個壽命周期，相對于銷售地的法律、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的安全符合性。

1 國內(nèi)事故案例

近年來，電動自行車自燃事故頻發(fā)，雖然事故率遠(yuǎn)低于社會保有量，但嚴(yán)重危及消費者的人身財產(chǎn)安全，造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失現(xiàn)象逐年上升，已成為多方關(guān)注的焦點。近3年間，CCTV中央1臺、中央2臺、中央13臺曾多次報道了電動自行車電氣安全問題及其導(dǎo)致的火災(zāi)事故和災(zāi)難性后果，引起了社會的極大反響。下面列出3起與充電器相關(guān)的重大火災(zāi)事故：

2014年7月31日，鄭州市后河盧村，一棟7層高的居民樓，因私拉亂扯電線給電動自行車充電引起火災(zāi)，造成4人遇難、13人受傷的慘劇。

2015年10月16日凌晨，在北京朝陽區(qū)鴻博家園租房的一名女孩將電動自行車電池拿到臥室充電，夜里電池突然爆炸起火，造成1人遇難。

2016年4月2號，南寧市，一棟居民樓發(fā)生火災(zāi)。事故共造成3人死亡，22人受傷，一樓大廳內(nèi)停放的幾十輛電動自行車全部被燒毀。經(jīng)消防部門調(diào)查確認(rèn)，這起火災(zāi)是由電動自行車充電不當(dāng)引發(fā)的。

這些重大火災(zāi)事故均指向了電動自行車充電這一重要環(huán)節(jié)。

2 風(fēng)險監(jiān)測情況

國家標(biāo)準(zhǔn) 《電動自行車用充電器技術(shù)要求》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《電動自行車鋰電池充電器》 正在制訂過程中。在目前即缺乏管理要求、又無符合現(xiàn)階段安全標(biāo)準(zhǔn)的情況下，消費者對充電器質(zhì)量的優(yōu)劣也無法感知；而生產(chǎn)企業(yè)則被動地選擇了價格，忽視了質(zhì)量。因此為了解充電器是否存在安全隱患，為風(fēng)險研判和風(fēng)險處理提供依據(jù)，有必要先行于標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的安全風(fēng)險進(jìn)行評估和預(yù)警。

國家質(zhì)檢總局、江蘇省質(zhì)監(jiān)局在2014～2015年期間，開展了電動自行車用充電器產(chǎn)品風(fēng)險監(jiān)測任務(wù)，由國家輕型電動車質(zhì)檢中心負(fù)責(zé)具體實施，監(jiān)測充電器企業(yè)、電動自行車整車生產(chǎn)廠、電商、維修市場銷售的充電器，累計監(jiān)測了160只充電器，涉及12個監(jiān)測項目。監(jiān)測結(jié)果顯示：耐熱和耐燃、泄漏電流、高溫充電、耐潮濕項目全數(shù)通過試驗；交流電源端保護(hù)裝置符合率為67%；電源連接和外部軟線、耐振動性能、強(qiáng)制浮充性能符合率在40%～53%；模擬雨淋符合率2.5%。

2.1 強(qiáng)制浮充性能

正常情況下當(dāng)電池充滿電后，充電器會進(jìn)入涓流充電階段，長時間“充電”不會導(dǎo)致電池壽命明顯衰減。而電動自行車的電池組是由3個12 V電池或4個12 V電池組成，最終輸出電壓為36 V或48 V。長期使用后，電池性能會有不均衡情況發(fā)生，當(dāng)其中1個電池性能下滑時，繼續(xù)長時間充電，將加速該電池性能下滑，同時還會導(dǎo)致其余電池的過充。而電池過充，將導(dǎo)致電池鼓漲，電解液泄露，腐蝕電路 （見圖1）；電池過充，也會導(dǎo)致電路發(fā)熱，加速電路老化。這些現(xiàn)象極可能導(dǎo)致電路短路，引起事故。

圖1 鼓漲的電池

當(dāng)蓄電池處于虧電狀態(tài)時，用充電器充電，一般蓄電池8 h內(nèi)能充滿電，而充電器將進(jìn)入浮充狀態(tài) （以0.02～0.04額定容量充電）。目前的標(biāo)準(zhǔn)中無強(qiáng)制浮充要求，我們便模擬電池性能不均衡時，連續(xù)充電10 h，考核是否能強(qiáng)制進(jìn)入浮充狀態(tài)。監(jiān)測的40只充電器，僅有16只充電器能滿足要求，其中監(jiān)測電商、維修市場的7只充電器均無強(qiáng)制浮充功能。

2.2 耐振動性能

由于電動自行車?yán)m(xù)行里程不能完全滿足用戶需求，用戶為保障續(xù)行里程需求，一般將充電器隨車攜帶，放置在后尾箱或座墊箱內(nèi)。而充電器一般由外殼和電路板等部件組成，電路板被壓緊在充電器上下殼體之間，電路板中電容、電阻等器件采用焊接方式固定，這種結(jié)構(gòu)適用于靜置狀態(tài)，不屬于車載結(jié)構(gòu)。長期行駛過程的顛簸振動，容易造成充電器元器件脫落或器件短路等質(zhì)量故障。

我們參照GB17761-1999《電動自行車通用技術(shù)條件》，將充電器放入類似后尾箱的試驗盒，并在盒內(nèi)放置海綿減震，采用7 Hz頻率、2 G加速度對試驗盒進(jìn)行7萬次振動試驗。試驗后有50%的充電器電容、二極管、三極管、電源線等脫落或斷開；更有2例在試驗后引起短路。

圖2 耐振動性能不符合（電容脫落）

有部分生產(chǎn)廠家為避免電容、電阻脫落，采用“704硅橡膠”粘接易脫落零件，增強(qiáng)其牢固度。這種膠水能保證在250℃高溫下不溶化，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，但也存在粘結(jié)工藝不過關(guān)，導(dǎo)致電容脫落的現(xiàn)象。

圖3 采用硅橡膠粘接線圈、電容

2.3 交流電源端保護(hù)裝置

當(dāng)充電器電路發(fā)生故障或異常時，可能會造成電路短路、電流過流，將損壞電路中的重要器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若在交流電源端正確地安置了保護(hù)裝置，那么保險裝置就會在電路短路、電流過流時，自身熔斷、切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用，是防止電路短路時起火的一道“屏障”。

據(jù)統(tǒng)計，監(jiān)測的120只充電器，77只充電器具有保險裝置，符合率為64%；其中監(jiān)測了電商、維修市場37只充電器，21只充電器均無保險裝置。充電器內(nèi)沒有保險裝置，一方面是產(chǎn)品電子線路設(shè)計時存在缺陷，另一方面是由于部分廠家對返修充電器中存在較多的保險絲損壞現(xiàn)象，為減少返修率，“節(jié)省”了保險絲，殊不知這一行為埋下了更大隱患。另外，現(xiàn)在還有采用金屬絲代替保險絲的結(jié)構(gòu) （見圖5），但這種結(jié)構(gòu)的時間/電流特性、分?jǐn)嗄芰Α⒏邷匦阅芫鶡o法達(dá)到保險絲的要求。

圖4 保險絲結(jié)構(gòu)

圖5 采用金屬絲代替保險絲結(jié)構(gòu)

2.4 電源連接和外部軟線

充電器輸出電流一般在1.5～3 A，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB/ T2947.1-2008《電動自行車用蓄電池及充電器 第1部分：密封鉛酸蓄電池及充電器》 規(guī)定輸入輸出線的導(dǎo)線最小橫截面積均不得小于0.5 mm2。若導(dǎo)線線徑過細(xì)，會加大其電阻及發(fā)熱量，當(dāng)導(dǎo)線的溫升將超過絕緣層允許的溫度等級，會加速絕緣層的老化，引起線芯短路等安全風(fēng)險。而此次監(jiān)測中，某企業(yè)生產(chǎn)的充電器導(dǎo)線截面積只有0.24 mm2。

充電器輸入端電源線及插頭涉及到人身健康安全，屬于強(qiáng)制性認(rèn)證 （CCC） 產(chǎn)品。此類部件必須經(jīng)國家指定的認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證合格，取得相關(guān)證書并施加認(rèn)證標(biāo)志后 （見圖6），方能出廠銷售、進(jìn)口和在經(jīng)營性活動中使用。在 （X）XK16-002《助力車 （電動自行車） 產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實施細(xì)則》第5章中明確規(guī)定“需要CCC資質(zhì)” 。認(rèn)證合格的電源線要通過導(dǎo)體電阻、電壓試驗、絕緣電阻、絕緣厚度、熱穩(wěn)定性等項目檢測，插頭要通過機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、耐燃和耐電痕化等項目檢測。監(jiān)測中部分廠家未使用3 C資質(zhì)的電源線及插頭，這些產(chǎn)品可能存在絕緣、電性能不符合要求等安全隱患。

圖6 具有認(rèn)證標(biāo)志的輸入端電源線

2.5 模擬雨淋

電動自行車有在戶外充電的情況，如遇到突發(fā)下雨，用戶會來不及停止充電。現(xiàn)在大多數(shù)充電器都是非密封結(jié)構(gòu) （見圖7），其外殼開孔為了進(jìn)行散熱，還有部分大功率充電器內(nèi)設(shè)風(fēng)扇進(jìn)行散熱。在雨天，雨水很容易流入到這種結(jié)構(gòu)的充電器，腐蝕元器件，導(dǎo)致充電模式失控，造成電動自行車充電故障。

試驗參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.18-2005《家用和類似用途電器的安全 電池充電器的特殊要求》第15.1條，檢驗充電器外殼是否提供必要的防水等級保護(hù)，應(yīng)沒有能導(dǎo)致電氣間隙和爬電距離降低到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值以下的水跡。檢驗結(jié)果顯示，雨水通過通風(fēng)口入侵線路板，使得電氣間隙、爬電距離為0；特別是遭雨淋之后繼續(xù)使用將造成更大風(fēng)險。

圖7 非密封結(jié)構(gòu)的充電器

為此制造企業(yè)在充電器的殼體上標(biāo)有“用于戶內(nèi)”、“謹(jǐn)防雨淋”等字樣。這些標(biāo)識均粘貼在充電器的背面，有些則采用圖標(biāo)標(biāo)識。部分充電器為防止粘貼的警示標(biāo)識脫落，模刻在充電器背面（見圖8），極其不易識別，無法警示消費者安全使用充電器。

圖8 充電器標(biāo)識

3 降低產(chǎn)品風(fēng)險的建議

3.1 使用環(huán)節(jié)

由于電商和維修市場的充電器質(zhì)量較差，建議消費者盡量在整車銷售點或品牌店更換充電器。

勿將電動自行車停放在安全出口、樓梯間、室外等部位充電，嚴(yán)禁在充電時亂拉電線。設(shè)置專用充電場所，充電處周圍應(yīng)無可燃物、不漏雨、無積水、通風(fēng)順暢，充電時，最好有人看管。

充電時，充電器先與電池連接，后接通電源，充足電后，先切斷電源，后拔電池插頭。每次充電不能超過額定時間 （不超過8 h），如進(jìn)入浮充狀態(tài)，建議停止充電。嚴(yán)禁在不充電的情況下，長時間將充電器空載連接在交流電源上。

充電器盡量不要隨車攜帶，如確要攜帶，應(yīng)妥善做好防震措施。

3.2 制造環(huán)節(jié)

企業(yè)應(yīng)重視充電器的安全要求和技術(shù)研發(fā)。在產(chǎn)品設(shè)計時，要考慮消費者習(xí)慣，如隨車攜帶充電器、超長時間充電等情況。“隨車充電器固定槽”結(jié)構(gòu)，強(qiáng)制浮充功能，提高產(chǎn)品的安全性，以及在正面標(biāo)注醒目的禁止雨天或室外充電的標(biāo)識。

參考相關(guān)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，正確選用保險絲、電源線及插頭、阻燃?xì)んw。

根據(jù)電池特性 （隨溫度變化，充電電壓不同），調(diào)整充電模式，設(shè)計充電溫度補(bǔ)償功能，避免高溫季節(jié)過充，低溫季節(jié)欠充，以免電池壽命縮短。

4 結(jié)束語

面對產(chǎn)品風(fēng)險監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的問題，國家質(zhì)檢總局、江蘇省質(zhì)監(jiān)局召開了行業(yè)質(zhì)量分析會。對監(jiān)測中生產(chǎn)不合格產(chǎn)品的企業(yè)發(fā)送整改通知單，督促企業(yè)對不合格產(chǎn)品進(jìn)行整改。同時風(fēng)險監(jiān)測的項目已列入正在制訂的國家標(biāo)準(zhǔn) 《電動自行車用充電器技術(shù)要求》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《電動自行車鋰電池充電器》 中，屆時標(biāo)準(zhǔn)出臺后，企業(yè)制造產(chǎn)品將有據(jù)可依。

相信隨著電動自行車的廣泛普及，消費者對產(chǎn)品質(zhì)量會日益重視，企業(yè)對不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的愿景，以及風(fēng)險監(jiān)測體系的完善，將切實降低產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險，使當(dāng)前電動自行車自燃的不良現(xiàn)狀得到有效遏制。

［1］陳偉.產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)測工作探索 ［J］.福建：質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2012

［2］蘇燮.調(diào)查顯示：電動車電池質(zhì)量問最受關(guān)注［J］.南京：電動自行車，2013

Safety Risk Analysis of Electric Bicycle's Charger Products