移動(dòng)電源質(zhì)量狀況分析及改進(jìn)建議

吳彥豪 吳俊純

【摘要】移動(dòng)電源（包括帶有無(wú)線充電器的移動(dòng)電源）作為智能手表、智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等的“加油站”，為消費(fèi)者的生產(chǎn)生活提供了極大的便利，但同時(shí)也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布公告，自2023年8月1日起對(duì)鋰離子電池和電池組、移動(dòng)電源實(shí)施CCC認(rèn)證管理。本文對(duì)移動(dòng)電源在強(qiáng)制性認(rèn)證檢測(cè)中，GB 4943.1—2022《音視頻、信息技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)備第1部分：安全要求》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試?yán)锶菀壮霈F(xiàn)不合格的項(xiàng)目進(jìn)行了分析并給出相關(guān)的改進(jìn)建議，以便大家在日后的生產(chǎn)研發(fā)和認(rèn)證檢測(cè)過(guò)程中能夠更為順利地進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)電源；無(wú)線充電器；強(qiáng)制性認(rèn)證；不合格項(xiàng)目；改進(jìn)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，智能手機(jī)、平板電腦等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品的市場(chǎng)在飛速發(fā)展，移動(dòng)電源（包括帶有無(wú)線充電器的移動(dòng)電源）作為這些產(chǎn)品的“加油站”，市場(chǎng)占有額也在此發(fā)展的帶動(dòng)下，呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但同時(shí)也暴露了許多質(zhì)量問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在近幾年的質(zhì)量抽查中，移動(dòng)電源的合格率一直徘徊在60%～80%之間，而且無(wú)線充電器在2023年4月國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布的產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)情況通報(bào)中，被列入中等風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，存在對(duì)人體皮膚灼傷、損害臨近電子設(shè)備等的風(fēng)險(xiǎn)。為此，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局決定自2023年8月1日起，對(duì)移動(dòng)電源實(shí)施CCC認(rèn)證管理。現(xiàn)對(duì)移動(dòng)電源在強(qiáng)制性認(rèn)證檢測(cè)中，GB 4943.1—2022標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試?yán)锶菀壮霈F(xiàn)不合格的項(xiàng)目進(jìn)行分析并提出相關(guān)的改進(jìn)建議。

1.1溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

該測(cè)試包括GB 4943.1—2022條款5.4.1.4材料、元器件和系統(tǒng)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(cè)量條件、附錄B.2.6工作溫度測(cè)量條件。主要是使用熱電偶或者紅外熱成像溫度測(cè)試儀等溫度測(cè)試設(shè)備對(duì)移動(dòng)電源內(nèi)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(fā)熱溫度進(jìn)行測(cè)量考核。

在目前的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，主芯片、協(xié)議芯片和一體成型電感旁的PCB板溫度會(huì)比較高，特別是在快充模式下，這些部件因觸發(fā)了快充協(xié)議（相當(dāng)于芯片和電感處于滿載的工作狀態(tài)）會(huì)隨著放電時(shí)間的增長(zhǎng)，溫度也會(huì)逐步升高。一般來(lái)說(shuō)，移動(dòng)電源放電狀態(tài)下在電池虧電的情況下，溫度會(huì)呈現(xiàn)峰值狀態(tài)。

利用紅外成像測(cè)溫儀對(duì)移動(dòng)電源正面和反面進(jìn)行測(cè)量，如圖1和圖2所示，移動(dòng)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(xiàn)在控制電路板處。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求控制電路板（PCB板）的限值要求為：在25℃環(huán)境溫度下不超過(guò)130℃（如果制造商規(guī)定最高使用的環(huán)境溫度超過(guò)25℃，則130℃的限值還需要根據(jù)制造商規(guī)定的最高使用環(huán)境溫度進(jìn)行換算）。目前的測(cè)試結(jié)果顯示，大部分快充移動(dòng)電源維持在100℃～110℃左右，沒(méi)有快充的移動(dòng)電源則相對(duì)會(huì)低一點(diǎn)，而不合格產(chǎn)品最高會(huì)達(dá)到150℃左右，甚至更高。

1.2無(wú)線充電器異物溫升測(cè)量實(shí)驗(yàn)

該測(cè)試包括GB 4943.1—2022條款9.6無(wú)線功率發(fā)射器的要求，主要是為了預(yù)防無(wú)線充電器在工作狀態(tài)下，在無(wú)線充電器與被充電產(chǎn)品（例如：手機(jī)）之間塞入鑰匙扣、硬幣等金屬異物后，導(dǎo)致異物過(guò)高過(guò)快發(fā)熱，對(duì)人體產(chǎn)生高溫灼傷或損壞無(wú)線充電器和被充電產(chǎn)品，嚴(yán)重的話會(huì)使被充電產(chǎn)品的電池過(guò)熱，并發(fā)生著火、爆炸危險(xiǎn)。

異物發(fā)熱的原理大致是，正常工作時(shí)在發(fā)射器和接收器之間存在一個(gè)變化的磁場(chǎng)，當(dāng)金屬異物放在這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，穿過(guò)這個(gè)閉合回路的磁通量就會(huì)發(fā)生變化，從而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦旋電流。這個(gè)渦旋電流在金屬內(nèi)部流動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生損耗，產(chǎn)生焦耳效應(yīng)從而導(dǎo)致金屬異物發(fā)熱。當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)人產(chǎn)生熱灼傷，同時(shí)溫度過(guò)高會(huì)損壞接收器和發(fā)射器。

按標(biāo)準(zhǔn)要求，該實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法為：無(wú)線功率發(fā)射器置于環(huán)境溫度為（25±5）℃的室內(nèi)，每一種異物（鋼片、鋁環(huán)、鋁箔）直接放置在發(fā)射器上進(jìn)行一次試驗(yàn)。每次試驗(yàn)有四個(gè)周期：①?zèng)]有接收器，異物直接接觸發(fā)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(cè)試過(guò)程中，使發(fā)射器以最大發(fā)射功率工作，在每個(gè)周期中，異物可以在發(fā)射器上移動(dòng)，以便找到能產(chǎn)生最高溫度的位置。試驗(yàn)中，異物的溫度不得超過(guò)70℃[1]。測(cè)試使用的設(shè)備和異物如圖3所示。需要注意的是，有些企業(yè)為了方便直接拿硬幣代替鋼片進(jìn)行測(cè)試，這種方式是不可行的，無(wú)論從金屬的材質(zhì)和大小都不符合標(biāo)準(zhǔn)異物的要求，所得到的測(cè)試結(jié)果沒(méi)有參考意義。

對(duì)三款帶有無(wú)線充電器的移動(dòng)電源進(jìn)行測(cè)試（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)沒(méi)有異物識(shí)別功能的無(wú)線充電器，異物溫度均超過(guò)70℃的限值要求；并且當(dāng)接收器與異物直接接觸時(shí)，金屬異物溫升普遍為四個(gè)周期內(nèi)的最高值；而輸出功率越大溫升也會(huì)越高；另外鋼片的溫升也是三個(gè)異物中最高的（從金屬異物材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上分析，鋼片整體的接觸體積和金屬特性受磁場(chǎng)影響最大，發(fā)熱量也很高。而鋁環(huán)和鋁箔的溫度則高低不一，雖然鋁環(huán)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(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)GB 4943.1—2022附錄M.4.2充電的安全防護(hù)測(cè)試中的溫度試驗(yàn)：①當(dāng)電池組溫度超過(guò)電池規(guī)格書規(guī)定的最高充電溫度時(shí)，電池充電電流應(yīng)保護(hù)，并停止對(duì)電池組繼續(xù)充電；②當(dāng)電池組溫度低于電池規(guī)格書規(guī)定的最低充電溫度時(shí)，電池組充電電路應(yīng)將電流限制在電池組制造商規(guī)定的值以內(nèi)。一般未在控制電路中使用NTC的移動(dòng)電源，都無(wú)法在最高充電溫度和最低充電溫度時(shí)對(duì)鋰電池組的充電進(jìn)行保護(hù)。

2.1溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

把發(fā)熱較大的部件通過(guò)打膠或者貼散熱硅膠片的形式，將熱量通過(guò)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(gè)點(diǎn)的高溫，通過(guò)大面積的導(dǎo)熱部件降低某一點(diǎn)的溫度，這樣就可以避免外殼某一點(diǎn)的溫度過(guò)高（見(jiàn)圖4）。

2.2無(wú)線充電器異物溫升測(cè)量實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)可以從兩方面去考慮：

1）硬件方面：可從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)無(wú)線充電器增加異物檢測(cè)識(shí)別（FOD）功能（當(dāng)有金屬異物在無(wú)線充電器上面時(shí)，需要把它檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)行提示，并限制其充電功能），從源頭阻斷金屬異物出現(xiàn)過(guò)高溫升的可能性。

目前主流的FOD功能有兩種形式：①通過(guò)識(shí)別損耗功率的方式進(jìn)行異物識(shí)別：金屬異物接觸發(fā)射器時(shí)會(huì)有渦旋電流，產(chǎn)生熱能并損耗發(fā)射器所產(chǎn)生的功率，通過(guò)讀取回讀功率并與發(fā)射功率進(jìn)行對(duì)比，一旦損耗超過(guò)一定的限值則認(rèn)為有異物，并使無(wú)線充電器停止工作。②通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)線充電器Qi協(xié)議中的閾值來(lái)識(shí)別異物。

2.3NTC的使用

在保護(hù)控制電路的適當(dāng)位置和無(wú)線充電模塊保護(hù)控制電路中增加NTC（見(jiàn)圖5）。

隨著移動(dòng)電源（包括帶有無(wú)線充電器的移動(dòng)電源）在消費(fèi)者生產(chǎn)生活中的大量應(yīng)用，其質(zhì)量問(wèn)題不容忽視。我們希望通過(guò)本研究可以讓各大企業(yè)在日后的生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中更注重這些方面的質(zhì)量把控，從而生產(chǎn)出讓消費(fèi)者能放心使用、質(zhì)量過(guò)硬的產(chǎn)品，也為我國(guó)質(zhì)量強(qiáng)國(guó)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)一份綿薄之力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]音視頻、信息技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)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(shù)電子信息產(chǎn)品用低功率無(wú)線充電器通用規(guī)范：GB/T 37687—2019[S].

【作者簡(jiǎn)介】

吳彥豪，男，1996年出生，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)殡娮与娖鳟a(chǎn)品的檢測(cè)。

吳俊純，男，1996年出生，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)殡姶偶嫒輽z測(cè)。

（編輯：李鈺雙）