锂电池充电器产品的检测技术及结构分析

锂电池充电器产品的检测技术及结构分析

庄智东

广东省惠州市质量计量监督检测所 广东惠州 516000

摘要：电动自行车是现在人们出行非常便捷的交通工具之一，行业发展迅猛，与此同时产品的安全问题也随之增加，特别是锂电池充电器产品。主要不合格项目包括：结构、防触电、爬电距离和电气间隙、电源线、防火等。本文通过实际案例结合现行国标、行标对锂电池充电器产品的检测技术及结构进行分析。

关键词：锂电池充电器、变压器、结构、防触电、爬电距离和电气间隙

近年来，由于电动自行车的普及，产品质量安全问题也明显增加，各地都有报道电动自行车在充电过程起火，触电等事故。其中，不合格的电动自行车使用的锂电池充电器是造成事故主要原因。通过网购、实体店等方式进行购样，经测试，发现不合格产品的具体原因，有助于提高产品质量，对产品整改提出技术建议。

1、电动自行车及相关产品的质量状况

每年由于电动自行车充电引起的触电及火灾事故会有几千例甚至更多。大连某地一座大厦，因电动车充电引起大火，造成经济损失上亿。而经综合分析认定，事故原因是充电器电源线插头与插座接触不良发热引燃可燃物所致。一个并不让人引起注意的小问题，确可酿成巨大危害。目前，我国对电动自行车产品实施强制性管理，但对电动自行车的锂离子电池充电器尚无明确要求。

2、国内相关标准及认证情况

用于电动自行车的锂电池充电器属于家用和类似用途电器，可根据GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》进行测试，如果充电器输出直流电压小于42.4V，则依据GB 4706.18-2014《家用和类似用途电器的安全 电池充电器的特殊要求》进行测试。在2008年，行业标准QB/T 2947.3-2008《电动自行车用蓄电池及充电器 第3部分：锂离子蓄电池及充电器》实施，标准对充电器的安全规定有防触电、输入功率、空载输出、发热、泄露电流和电气强度、过载保护、机械强度、布线等，测试方法则引用GB 4706.1和GB 4706.18。在2019年，推荐性标准GB/T 36944-2018《电动自行车用充电器技术要求》实施，标准对充电器的安全规定有机械强度、泄露电流、电气强度、爬电距离和电气间隙、防触电、结构、耐热等，测试方法则引用GB 4706.1和GB 4706.18。2020年CQC也在《电动自行车用锂离子蓄电池（组）及充电设备 安全与性能认证规则》中增加了GB/T 36944-2018标准。

3、锂电池充电器绝缘设计分析

充电器一般输入设置为220V～ 50Hz交流电，输出端为低压直流电，在电动自行车充电时，充电器则在交流市电与电动自行车之间起到了安全隔离绝缘的作用。因此，充电器的输入电路与输出电路之间应严格按照加强绝缘的要求进行设计，如果电气绝缘不满足要求，将导致绝缘系统的失效，出现绝缘击穿，输出端则成为危险带电部件，有触电的危险，危及人身安全。

4、常见不合格结构分析

4.1 防触电项目

在GB 4706.1第8章中，对产品在正常工作情况和拆下可拆卸部件后的情况均考核了可触及部件是否为带电部件的具体要求，如图1结构为B型试验探棒可触及的输出端。此时，应从产品的整体结构进行分析，（1）输入电路与输出电路之间是否采用隔离变压器，（2）输入电路与输出电路之间爬电距离和电气间隙是否满足加强绝缘要求，（3）在初、次级电路之间进行加强绝缘电气强度试验考核绝缘是否击穿。一般充电器在输出端设计为保护电路，空载时电压较低，否则，还需要考核空载的输出电压是否满足小于42.4V的要求。防触电项目常见不合格情况有：生产企业为节省成本，产品变压器未采用隔离变压器；产品输出电压为非安全特低电压；电源外壳开孔过大，13号试验探棒可通过开口触及带电部件。

4.2 结构项目

锂离子充电器在充电过程中会产生较大的热量，充电时间也较长，产品会采用小型风扇对产品进行散热处理，大部分产品将风扇放置在输入端，而风扇是输出电路供电，这样会出现风扇输入引线从输出低压电路和输入高压电路之间跨接的情况，且风扇输入线只有基本绝缘，引线很容易与初级带电部件相接触，甚至有些与初级电路中的有锐利棱边的散热片接触，不满足GB 4706.1第22.26章中的规定“安全特低电压下工作的部件与其他带电部件之间的绝缘，应符合双重或加强绝缘”。此情况应在风扇引线增加附加绝缘（如热缩套管等）。

在电源输入线与PCB板连接处，电源线只采用“搭焊”，即没有钩焊，易导致导线脱落，使得带电部件与易触及部件的爬电距离和电气间隙不满足附加绝缘的要求。

GB 4706.18和GB/T 36944结构项目中均有规定，应通过一个隔离装置（变压器）给输出电路供电。

4.3 爬电距离和电气间隙

GB 4706.1和GB/T 36944标准中，功能绝缘（不同极性之间）的电气间隙要求值为≥1.5mm，爬电距离要求值为≥2.0mm；基本绝缘（带电部件与接地部件之间）的电气间隙要求值为≥1.5mm，爬电距离要求值为≥2.5mm；加强绝缘（输入电路和输出电路之间、带电部件和可触及表面之间）的电气间隙要求值为≥3.0mm，爬电距离要求值为≥5.0mm。此项目常见不合格情况有：变压器初次级绕组之间的爬电距离和电气间隙不满足加强绝缘，如图2；PCB板上，跨接初次级之间的电子元件引脚距离不满足加强绝缘要求。

变压器不合格结构常见有：（1）初次级绕组均为漆包线，初次级绕组与磁芯的距离较小；（2）包裹在初次级绕组之间的绝缘胶带未进行反包，导致初次级绕组之间的距离较小。初次级绕组距离不足还会导致电气强度试验不合格，出现击穿。当初次级绕组均为漆包线时，绝缘胶带缠绕圈数应至少三层，且在变压器上下端应进行反包，确保提供绝缘表面足够的距离，特别注意变压器的引脚处的距离。或直接选用次级绕组为三层绝缘线的变压器。

4.4 电源线

在GB 4706.1电源线章节中，采用插脚与交流市电连接的，插脚的型式、插头插销尺寸都应符合GB 1002的要求。如图3，大部分采用了此不合格型式的插头。还有一些则是插销尺寸不合格，尺寸不合格也可能会使得产品出现着火等严重后果。

在器具电源线输入口处未采用合格软线固定架，或软线入口开口太大，导致电源线在经受拉力试验后，位移大于2mm，易产生触电危险。

4.5 耐燃与耐热

充电器塑料外壳需要进行75℃或40℃加上发热试验期间确定的最大温升取较大值的球压试验和550℃灼热丝试验，采用劣质材料，在球压试验时会出现严重变形，压痕＞2.0mm，灼热丝试验时，出现将材料烧尽的不合格情况。不合格的材料不仅不能有效阻止火焰的蔓延，且将可能是导致火灾的主要原因。

结束语

通过对锂电池充电器检测结果的分析，生产技术人员对标准要求并不明确，从而导致对产品的结构设计不严谨，包括关键部件绝缘的要求、原材料控制、电路设计、制作过程控制等。生产技术人员应加强标准的学习和培训，掌握标准的安全基础知识，提高自身生产技术，保证产品质量。

参考文献

[1]GB 4706.1-2005.家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求[S]

[2]GB 4706.18-2014.家用和类似用途电器的安全 电池充电器的特殊要求[S]

[3]GB/T 36944-2018.电动自行车用充电器技术要求[S]

[4]QB/T 2947.3-2008.电动自行车用蓄电池及充电器 第3部分：锂离子蓄电池及充电器[S]