移動電源質量狀況分析及改進建議

吳彥豪 吳俊純

【摘要】移動電源（包括帶有無線充電器的移動電源）作為智能手表、智能手機、平板電腦、筆記本電腦等的“加油站”，為消費者的生產生活提供了極大的便利，但同時也存在一定的安全風險。為此，國家市場監督管理總局發布公告，自2023年8月1日起對鋰離子電池和電池組、移動電源實施CCC認證管理。本文對移動電源在強制性認證檢測中，GB 4943.1—2022《音視頻、信息技術和通信技術設備第1部分：安全要求》標準測試里容易出現不合格的項目進行了分析并給出相關的改進建議，以便大家在日后的生產研發和認證檢測過程中能夠更為順利地進行。

【關鍵詞】移動電源；無線充電器；強制性認證；不合格項目；改進建議

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.023

Analysis and Improvement Suggestions on the Quality Status of Mobile Power Supply

WU Yanhao， WU Junchun

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan 528300， China）

Abstract：Mobile power supplies （including mobile power supplies with wireless chargers） serve as "gas stations" for smartwatches， smartphones， tablets， laptops， and other devices， providing great convenience for consumers’ production and daily life. However， they also pose certain safety risks. In response to this， the State Administration for Market Regulation has issued an announcement stating that starting from August 1， 2023， lithium-ion batteries and battery packs， as well as mobile power supplies， will be subject to CCC certification management. This article analyzes the common non-compliant items in the mandatory certification testing of mobile power supplies based on the GB 4943.1—2022 Audio / video， information and communication technology equipment—Part 1： Safety requirements standard and provides relevant improvement suggestions， aiming to facilitate smoother production， research and development， and certification testing processes in the future.

Keywords：power bank； wireless charger； mandatory certification； nonconforming items； improvement suggestion

隨著移動互聯網時代的到來，智能手機、平板電腦等便攜式數碼產品的市場在飛速發展，移動電源（包括帶有無線充電器的移動電源）作為這些產品的“加油站”，市場占有額也在此發展的帶動下，呈現快速增長態勢，但同時也暴露了許多質量問題。據不完全統計，在近幾年的質量抽查中，移動電源的合格率一直徘徊在60%～80%之間，而且無線充電器在2023年4月國家市場監督管理總局發布的產品質量安全風險監測情況通報中，被列入中等風險的等級，存在對人體皮膚灼傷、損害臨近電子設備等的風險。為此，國家市場監督管理總局決定自2023年8月1日起，對移動電源實施CCC認證管理。現對移動電源在強制性認證檢測中，GB 4943.1—2022標準測試里容易出現不合格的項目進行分析并提出相關的改進建議。

1.1溫度測量實驗

該測試包括GB 4943.1—2022條款5.4.1.4材料、元器件和系統的最高工作溫度、條款9.3接觸溫度限值、附錄B.1.5溫度測量條件、附錄B.2.6工作溫度測量條件。主要是使用熱電偶或者紅外熱成像溫度測試儀等溫度測試設備對移動電源內部PCB板、元器件、電池和外部可觸及部分（包括外殼、自帶輸出線等）的發熱溫度進行測量考核。

在目前的測試中發現，主芯片、協議芯片和一體成型電感旁的PCB板溫度會比較高，特別是在快充模式下，這些部件因觸發了快充協議（相當于芯片和電感處于滿載的工作狀態）會隨著放電時間的增長，溫度也會逐步升高。一般來說，移動電源放電狀態下在電池虧電的情況下，溫度會呈現峰值狀態。

利用紅外成像測溫儀對移動電源正面和反面進行測量，如圖1和圖2所示，移動電源溫度較高的部位一般集中在控制電路板（PCB板）處，而電池部分的溫度一般處于低位，徘徊在35℃～50℃之間。因此，不合格的部位一般出現在控制電路板處。根據標準要求控制電路板（PCB板）的限值要求為：在25℃環境溫度下不超過130℃（如果制造商規定最高使用的環境溫度超過25℃，則130℃的限值還需要根據制造商規定的最高使用環境溫度進行換算）。目前的測試結果顯示，大部分快充移動電源維持在100℃～110℃左右，沒有快充的移動電源則相對會低一點，而不合格產品最高會達到150℃左右，甚至更高。

1.2無線充電器異物溫升測量實驗

該測試包括GB 4943.1—2022條款9.6無線功率發射器的要求，主要是為了預防無線充電器在工作狀態下，在無線充電器與被充電產品（例如：手機）之間塞入鑰匙扣、硬幣等金屬異物后，導致異物過高過快發熱，對人體產生高溫灼傷或損壞無線充電器和被充電產品，嚴重的話會使被充電產品的電池過熱，并發生著火、爆炸危險。

異物發熱的原理大致是，正常工作時在發射器和接收器之間存在一個變化的磁場，當金屬異物放在這個磁場時，穿過這個閉合回路的磁通量就會發生變化，從而在金屬內部產生渦旋電流。這個渦旋電流在金屬內部流動就會產生損耗，產生焦耳效應從而導致金屬異物發熱。當溫度上升到一定程度時，會對人產生熱灼傷，同時溫度過高會損壞接收器和發射器。

按標準要求，該實驗的測試方法為：無線功率發射器置于環境溫度為（25±5）℃的室內，每一種異物（鋼片、鋁環、鋁箔）直接放置在發射器上進行一次試驗。每次試驗有四個周期：①沒有接收器，異物直接接觸發射器；②接收器與異物直接接觸；③接收器距離異物2 mm放置；④接收器距離異物5 mm放置。測試過程中，使發射器以最大發射功率工作，在每個周期中，異物可以在發射器上移動，以便找到能產生最高溫度的位置。試驗中，異物的溫度不得超過70℃[1]。測試使用的設備和異物如圖3所示。需要注意的是，有些企業為了方便直接拿硬幣代替鋼片進行測試，這種方式是不可行的，無論從金屬的材質和大小都不符合標準異物的要求，所得到的測試結果沒有參考意義。

對三款帶有無線充電器的移動電源進行測試（見表1），發現沒有異物識別功能的無線充電器，異物溫度均超過70℃的限值要求；并且當接收器與異物直接接觸時，金屬異物溫升普遍為四個周期內的最高值；而輸出功率越大溫升也會越高；另外鋼片的溫升也是三個異物中最高的（從金屬異物材質和結構上分析，鋼片整體的接觸體積和金屬特性受磁場影響最大，發熱量也很高。而鋁環和鋁箔的溫度則高低不一，雖然鋁環中間是空心的，接觸面積小，但是在小功率輸出下其溫度比鋁箔高）。

1.3NTC的使用

該實驗主要是針對GB 4943.1—2022附錄M.4.2充電的安全防護測試中的溫度試驗：①當電池組溫度超過電池規格書規定的最高充電溫度時，電池充電電流應保護，并停止對電池組繼續充電；②當電池組溫度低于電池規格書規定的最低充電溫度時，電池組充電電路應將電流限制在電池組制造商規定的值以內。一般未在控制電路中使用NTC的移動電源，都無法在最高充電溫度和最低充電溫度時對鋰電池組的充電進行保護。

2.1溫度測量實驗

把發熱較大的部件通過打膠或者貼散熱硅膠片的形式，將熱量通過熱傳遞的方式從外殼散出去。并且需要在外殼處貼散熱銅箔片或者石墨烯散熱片，將一個點的高溫，通過大面積的導熱部件降低某一點的溫度，這樣就可以避免外殼某一點的溫度過高（見圖4）。

2.2無線充電器異物溫升測量實驗

該實驗的改進可以從兩方面去考慮：

1）硬件方面：可從產品設計考慮，增加溫控元器件（例如NTC等），改善散熱方式，PCB采用合理化布線等措施。

2）軟件方面：對無線充電器增加異物檢測識別（FOD）功能（當有金屬異物在無線充電器上面時，需要把它檢測出來，進行提示，并限制其充電功能），從源頭阻斷金屬異物出現過高溫升的可能性。

目前主流的FOD功能有兩種形式：①通過識別損耗功率的方式進行異物識別：金屬異物接觸發射器時會有渦旋電流，產生熱能并損耗發射器所產生的功率，通過讀取回讀功率并與發射功率進行對比，一旦損耗超過一定的限值則認為有異物，并使無線充電器停止工作。②通過調節無線充電器Qi協議中的閾值來識別異物。

2.3NTC的使用

在保護控制電路的適當位置和無線充電模塊保護控制電路中增加NTC（見圖5）。

隨著移動電源（包括帶有無線充電器的移動電源）在消費者生產生活中的大量應用，其質量問題不容忽視。我們希望通過本研究可以讓各大企業在日后的生產研發過程中更注重這些方面的質量把控，從而生產出讓消費者能放心使用、質量過硬的產品，也為我國質量強國目標的實現貢獻一份綿薄之力。

【參考文獻】

[1]音視頻、信息技術和通信技術設備第1部分：安全要求：GB 4943.1—2022[S].

[2] Audio/video， information and communication technology equipment-Part 1：Safety requirements：IEC 62368-1：2018[S]

[3]信息技術電子信息產品用低功率無線充電器通用規范：GB/T 37687—2019[S].

【作者簡介】

吳彥豪，男，1996年出生，助理工程師，學士，研究方向為電子電器產品的檢測。

吳俊純，男，1996年出生，助理工程師，學士，研究方向為電磁兼容檢測。

（編輯：李鈺雙）