电动自行车电池产品过充电测试及风险分析
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作者:丁志英 李向峰 梁俊超
摘 要：电动自行车是一种广受欢迎的代步工具，用户仍在不断增多，然而由于市场上的电动自行车质量良莠不齐，加上用户使用不当，因而常存在电池过充电的情况。长时间过充电可能致使电池的性能受到损害，并对消费者的人身和财产安全造成潜在威胁。本文首先对电动自行车电池产品过充电的原因进行分析，然后在不使用充电保护的情况下，对25批次的电动自行车电池进行过充电测试，结合测试结果对电动自行车电池产品的过充电风险进行分析，并给出了降低风险的建议。
关键词：电动自行车 电池 过充电 风险分析
中图分类号：U48 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0083-02
Abstract：E-bike has become a popular tool for short-distance journey and the number of users is still increasing. It is unavoidable to have good and bad E-bike in a large market. If not used properly， the batteries will easily be overcharged， which impairs the performance of the batteries and pose a potential threat to the personal and property safety of consumers. In this paper， the causes of overcharge of E-bike batteries are analyzed firstly， and then 25 batches of E-bike batteries are tested without charging protection. Based on the test results， the risk of overcharge of E-bike battery products is analyzed， and suggestions to reduce the risk are given.
Key Word： E-bike; Battery; Overcharge; Risk analysis.
近年来，电动自行车因其轻便快捷、节能环保的特点，成为人们日常短距离出行的一种代步工具。作为电动自行车的核心部件，电动自行车用电池的性能和质量至关重要。据统计，2013年以来全国各地仍发生了万余起电动自行车起火事件[1]。除了电池产品质量不过关、防火性能差外，过充电也是造成电动自行车电池产品损坏和危害用户人身安全的主要原因之一。
本文从风险监测和管理的角度出发，采购了电动自行车电池及充电器样品25批次，其中铅酸蓄电池及充电器样品10批次，锂离子电池组及充电器样品15批次，在不使用充电保护情况下进行过充电测试，根据测试数据，对电动自行车电池产品过充电的风险进行了分析。
1 电动自行车电池产品过充电原因分析
目前，对于电动自行车电池和充电器产品是否需要设置过充电保护机制和电动自行车电池过充电性能，并无强制性要求，部分电动车产品没有配备充电保护机制，或者虽配备了充电保护机制，但也可能在使用过程中因产品质量问题、用户使用不当等原因导致失效。
1.1 无充电保护机制
对于无充电保护机制的电动自行车，电动自行车在工作时电池一直处于在不同路况下放电，并且伴随各种颠簸振动状态，因此电池功率变化大，放电电流极不稳定;有时会遇到滑到倾斜、意外碰撞的情况，加上天气多变，夏季炎热多雨，冬季寒冷潮湿，严酷的外部因素造成实际电池性能与理想测试情况下的状态相差较大。在电池性能已经下降的情况下若出现过充电，更容易出现电池性能损坏，甚至发生自燃、爆炸现象。
1.2 保护电路失效
对于充电保护机制在车体的电动自行车，路况不佳可能引起电动自行车内导线松动、破损，工作环境恶劣容易导致电路老化、电路板故障，造成保护电路失效。在通电情况下，尤其在过充电状态下，电气线路可能会产生异常电流[2]。由于保护电路不工作电路持续导通，异常电流会引发电动自行车内电路及电池随着时间累积局部积聚大量热量，导致零部件高温老化损坏和电池膨胀性能下降，甚至发生自燃、爆炸现象。
对于充电保护机制在充电器的电动自行车，由于充电器长时间在高电压、大电流的状态工作下，如果产品能量转换效率不高，一部分电能不可避免地轉化成热能，一旦散热措施不好，将会导致部分器件温度过高，保护电路失效，长时间充电时保护电路不工作，使电动自行车电池处于过充电状态。
1.3 用户使用不当
一般电池完全放空状态下5～7h即可充满，未完全放空情况下充电时间更短。目前，电动自行车通常用于短途出行，尽管每次耗电量不多，但为避免出行时电能不足，大部分用户会在电动自行车闲置时立即充电，如白天到达目的地后进行充电，用户在充电过程中必然离开，充电时间通常在6～8h之间，还有很多用户习惯夜间充电，充电时间达到10～12h。所以在大部分用户使用习惯下极容易出现电池过充电情况。 不同的电动自行车产品，因产品质量和防护等级不同，对充电环境的要求也不同。然而，由于用户缺乏安全防护意识，即便在高温、潮湿的环境下，都随时随地给电动车充电[3]。若电动自行车车体或充电器防护措施较差，就可能导致充电保护电路受损或失效，当出现过充电情况时，无法有效阻止电池进入过充状态。
2 电动自行车电池过充电测试
为了量化评估电动自行车过充电风险，从市场采购了25批次的电池及充电器产品，进行了电动自行车电池的过充电安全性能测试。测试方案充分考虑了高电压、大电流、保护电路失效、长时间过充等因素对产品安全性带来的威胁，模拟用户实际使用时可能出现的最恶劣情况。
2.1 电池样品构成
为保证样品的代表性，力求反映产品的实际分布状况，从市场上购买样品，以名牌企业的产品为主，兼顾大、中、小等各类型企业生产的产品。每一种电动自行车电池及充电器产品采样1套，采样后当即封样，其中包括电动自行车铅酸电池及充电器10批次和电动自行车锂离子蓄电池组及充电器15批次。
2.2 性能指标检测依据
首先，对市场采样的配套充电器进行测试，量测出实际使用时充电器可能提供给电池的最大充电电压、电流，再与充电器额定标称值电压、电流，测试标准定义电压、电流三者对比，选取最大值作为电池过充电测试的参数依据。同时，测试前将电池保护线路拆除，铅酸电池测试时间依据标准（QB/T 2947.1-2008）定为48h;锂电池标准QB/T 2947.3-2008要求过充电测试时间1h，测试方案根据实际情况延长至12h，同时加入了GB31241-2014中的过充电测试对样品进行大倍率电流过充电情况的评估。具体指标及检测依据如表1所示。
2.3 检测结果及风险评估
本次风险监测采样总共25批次，在过充电测试中，其中铅酸蓄电池9批次不合格，锂离子电池1批次不合格。测试结果统计情况见表2。
根据测试数据，电动自行车锂电池过充电产生的风险有三类：（1）起火;（2）电池出现严重变形且电池损坏无法正常充放电;（3）电池损坏无法正常充电。电动自行车铅酸蓄电池过充电产生的风险有两类：（1）电池严重变形、漏液且电池损坏无法正常充放电;（2）电池损坏无法正常充放电。
3 风险处理建议及防护措施
针对上述风险监测结果，从管理机构、生产企业、消费者等层面提出风险处理建议及防护措施如下：
（1）管理机构应尽快推动相关标准体系的实施和完善，加强对相关产品的质量监管，同时向社会发布风险警示，增强消费者的安全意识。
（2）电动自行车电池相关产品的生产企业应严格把控产品质量，在配合监管的同时，积极做好自查工作，从源头减少风险的发生。
（3）消费者应树立安全意识，避免使用参数不匹配的充电器给电池充电;避免长时间充电，电动车充满电应及时拔掉插头;避免户外、潮湿、高温、极寒等不利条件下充电。
参考文献
[1] 邱海峰.两亿辆电动自行車安全难题亟待解决[J].安全与健康，2018（8）：37-38.
[2] 叶震涛，李小利，许丰，等.电动自行车电气安全风险分析[J].电动自行车，2015（10）：9-14.
[3] 周全，汤培勇，曹寅，等.电动自行车用便携式充电器的质量安全风险研究[J].日用电器，2015（4）：46-50，55.
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