美國(guó)的保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室（UL）認(rèn)證在電動(dòng)滑板車和電動(dòng)自行車的充電中變得越來越重要。政府部門強(qiáng)調(diào)，UL認(rèn)證的產(chǎn)品對(duì)于提高電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備充電的安全性至關(guān)重要。什么是UL認(rèn)證？為什么它在創(chuàng)造更安全的用戶體驗(yàn)中變得如此關(guān)鍵？

UL認(rèn)證

保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)的一個(gè)獨(dú)立組織，負(fù)責(zé)制定各種產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋廣泛的項(xiàng)目，從用于電器接線的原材料，到水處理等過程，再到節(jié)日燈等成品。

UL不是政府機(jī)構(gòu)，也無權(quán)強(qiáng)制任何公司或行業(yè)執(zhí)行其標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于在制定這些標(biāo)準(zhǔn)過程中涉及的嚴(yán)格測(cè)試，它們被相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)品視為最佳實(shí)踐。例如，建筑規(guī)范中經(jīng)常引用相關(guān)的UL標(biāo)準(zhǔn)。最近，紐約市議會(huì)要求電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備充電器必須符合UL標(biāo)準(zhǔn)。

如果產(chǎn)品造成傷害，公司可能會(huì)因?yàn)閾p害而被起訴。在訴訟過程中，公司可以解釋問題出在哪里，以及為什么他們認(rèn)為自己的產(chǎn)品是安全的。通過制造符合相關(guān)UL標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，公司受益于UL在確定安全操作方面的廣泛測(cè)試、研究和驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)。如果不符合UL標(biāo)準(zhǔn)，公司只能依賴自身的研究和測(cè)試來辯護(hù)，這可能不如UL認(rèn)證的全面，并且更容易受到挑戰(zhàn)。

給電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備充電可能存在一定難度。

在美國(guó)，許多電動(dòng)滑板車租賃公司使用零工工人（即工作時(shí)間靈活的獨(dú)立承包商）來給滑板車充電。零工工人通過應(yīng)用程序找到需要充電的滑板車，將它們收集起來，在家中用家庭電源進(jìn)行充電，然后在充電完成后將它們歸還到街頭。

許多電動(dòng)滑板車設(shè)計(jì)有可更換的電池組，以便快速返回服務(wù)狀態(tài)。租賃公司為每輛重新充電的滑板車支付費(fèi)用。這種模式通常導(dǎo)致多個(gè)滑板車在同一地點(diǎn)同時(shí)充電，通常是在家庭環(huán)境中。此外，私人滑板車或電動(dòng)自行車的擁有者也會(huì)將設(shè)備帶入室內(nèi)，以防止盜竊。即使有離街停車位，仍可能使用內(nèi)部電源插座，通常通過延長(zhǎng)線連接到外面。

如果線路和斷路器符合標(biāo)準(zhǔn)，并且使用了適當(dāng)?shù)陌踩到y(tǒng)，給單輛電動(dòng)自行車或滑板車充電通常不會(huì)引發(fā)安全問題。電動(dòng)滑板車設(shè)計(jì)為從一個(gè)常規(guī)的20A插座充電，適用于16A的持續(xù)負(fù)載。這個(gè)額定值是通過將持續(xù)的16A負(fù)載乘以1.25的系數(shù)得到的，即20A。符合UL標(biāo)準(zhǔn)的充電器在20A電路上只會(huì)持續(xù)消耗16A電流。而不符合UL標(biāo)準(zhǔn)的充電器可能會(huì)消耗更高的電流，當(dāng)多個(gè)充電器通過延長(zhǎng)線同時(shí)連接時(shí)，很容易導(dǎo)致過載。

過載的插座會(huì)導(dǎo)致線路損壞并隨著時(shí)間的推移而退化。在線纜或接線處可能會(huì)形成高阻節(jié)點(diǎn)，增加火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。在多戶住宅中，如果同時(shí)給多輛電動(dòng)滑板車充電，尤其是由為滑板車公司充電的人員同時(shí)充電，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)進(jìn)一步加大。

立法行動(dòng)與消費(fèi)者安全

在美國(guó)，消費(fèi)者產(chǎn)品安全委員會(huì)（CPSC）現(xiàn)在要求所有零售商、進(jìn)口商和分銷商的電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備必須符合已制定的UL安全標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)識(shí)到消費(fèi)者對(duì)安全問題或解決方案并不熟悉。紐約市議會(huì)也采取了類似行動(dòng)，頒布了法律，要求所有電動(dòng)自行車、電動(dòng)滑板車和個(gè)人移動(dòng)設(shè)備必須由UL或其他國(guó)家認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證。紐約的許多公寓樓，包括公共住房，現(xiàn)在要求租戶只能使用UL認(rèn)證的充電器。這些立法行動(dòng)促使電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備制造商通過在廣告和網(wǎng)站上顯著展示其UL認(rèn)證來教育消費(fèi)者關(guān)于UL安全標(biāo)準(zhǔn)。

電池過載是電動(dòng)汽車（BEV）應(yīng)用中火災(zāi)的主要原因。根據(jù)2024年5月的UL標(biāo)準(zhǔn)和參與報(bào)告，大約50%的電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備擁有者不知道他們的電池是鋰離子電池。盡管鋰離子電池已經(jīng)存在了30年，科學(xué)和工程界對(duì)其行為有很深的了解，但公眾對(duì)于如何安全使用它們的知識(shí)較少。這種知識(shí)的缺乏導(dǎo)致了增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的行為。該報(bào)告還指出，49%的電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備擁有者在其家中以阻擋火災(zāi)出口的方式充電。用戶還習(xí)慣于在電池完全充電后仍將其留在充電器上，將多個(gè)充電器放在一起充電，通宵充電，或在充電時(shí)無人看管，所有這些行為都增加了電池火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

UL標(biāo)準(zhǔn)幫助創(chuàng)造安全環(huán)境。

UL有80多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)涉及鋰離子電池的安全性，其中三項(xiàng)直接與電動(dòng)自行車和電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備中的鋰離子電池有關(guān)：UL2271、UL2272和UL2849。這些標(biāo)準(zhǔn)通過為一系列關(guān)鍵功能和操作條件制定規(guī)則，幫助降低熱過載引起火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

• UL2271：該標(biāo)準(zhǔn)為輕型電動(dòng)車輛（LEV）的電池組設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和測(cè)試設(shè)定了要求。它涵蓋了電氣、機(jī)械和環(huán)境測(cè)試，以確保電池能夠承受過充電、過放電、短路、充電不平衡以及在規(guī)定的最高溫度下安全操作。電池在測(cè)試后不得爆炸、起火、破 裂、產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)或失去任何保護(hù)功能。保護(hù)電路必須具有冗余功能，即使在電源中斷的情況下也能繼續(xù)工作。該標(biāo)準(zhǔn)適用于售后電池以及最初安裝在LEV中的電池。

• UL2272：該標(biāo)準(zhǔn)專注于個(gè)人電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備電氣系統(tǒng)的整體安全性。它為設(shè)備作為一個(gè)整體的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和測(cè)試設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了針對(duì)電氣和火災(zāi)危險(xiǎn)的安全性、耐用性和穩(wěn)定性的測(cè)試。電氣測(cè)試類似于UL2271中的測(cè)試，但應(yīng)用于整個(gè)系統(tǒng)，而不僅僅是電池。

• UL2849：該標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)電動(dòng)自行車的電氣系統(tǒng)。它涵蓋了電池組和整個(gè)系統(tǒng)，解決了其他電動(dòng)移動(dòng)設(shè)備中遇到的同類安全問題。該標(biāo)準(zhǔn)不涵蓋售后組件，因此UL2271對(duì)于確保消費(fèi)者安全同樣重要。

UL 2849不僅關(guān)注電池：該標(biāo)準(zhǔn)從整體電氣系統(tǒng)的角度出發(fā)，確保安全：

電池單元

• 電氣或環(huán)境易感性

• 機(jī)械完整性

電池組

• 防止火災(zāi)蔓延

• 電池管理系統(tǒng)功能安全性

電動(dòng)機(jī)

• 材料和電氣安全性

• 控制系統(tǒng)功能安全性

電池充電器

• 無電擊或火災(zāi)危險(xiǎn)

• 兼容家庭電源要求

電動(dòng)自行車

• 在電池限值范圍內(nèi)充放電

• 溫度在電池限值范圍內(nèi)

• 易受應(yīng)用和環(huán)境不利條件的影響

• 當(dāng)主機(jī)或充電器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)中斷充電

Power Integrations支持符合UL充電標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

Power Integrations提供了一系列適合電動(dòng)滑板車和電動(dòng)自行車充電的高集成、高壓離線電源轉(zhuǎn)換IC。設(shè)計(jì)示例DER930 是一個(gè)180W、20V、9A的電源，它使用了Power Integrations的三款產(chǎn)品：InnoSwitch?4-CZ PowiGaN? INN4177-H189、ClampZero? CPZ1076M和HiperPFS?-5 PFS5177F。

該設(shè)計(jì)在滿載時(shí)的效率高達(dá)95%，減少了作為熱量損失的功率損失，使解決方案更涼爽、更緊湊，這是電動(dòng)移動(dòng)解決方案的關(guān)鍵特性。安全功能包括過壓保護(hù)、過流保護(hù)和集成的熱保護(hù)。這些功能對(duì)于滿足電動(dòng)移動(dòng)設(shè)計(jì)的UL標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

圖1 – DER-930原理圖，反激部分

過溫保護(hù)

熱保護(hù)使充電器能夠檢測(cè)到溫度上升并采取措施防止熱事件（如火災(zāi)）。熱關(guān)斷電路會(huì)感應(yīng)主開關(guān)的芯片溫度，當(dāng)檢測(cè)到過溫狀態(tài)時(shí)中斷開關(guān)操作。較大的熱滯后保證了充電器在重新啟用開關(guān)之前恢復(fù)到安全溫度?？梢赃x擇不同的溫度響應(yīng)，包括滯回恢復(fù)或鎖存關(guān)閉（需要手動(dòng)循環(huán)AC電源）。滯回響應(yīng)防止開關(guān)在溫度下降到第二個(gè)較低閾值之前重新啟動(dòng)。鎖存關(guān)閉響應(yīng)要求將BP控制引腳電壓降低到另一個(gè)閾值以下，這可以通過循環(huán)AC電源來實(shí)現(xiàn)。

過壓、欠壓和過流保護(hù)

輸出電壓保護(hù)利用主變壓器上的偏置繞組將電流驅(qū)動(dòng)到InnoSwitch4-CZ IC的主旁路引腳。偏置繞組輸出電壓跟蹤電源輸出電壓。連接在偏置繞組輸出和主旁路引腳之間的齊納二極管可以可靠地檢測(cè)到次級(jí)過壓故障，并根據(jù)所選的故障響應(yīng)類型使主控制器鎖存關(guān)閉或進(jìn)入自動(dòng)重啟。

InnoSwitch4-CZ通過位于ISENSE（IS）引腳和次級(jí)接地（GND）引腳之間的外部電流檢測(cè)電阻來調(diào)節(jié)輸出電流，其中電阻兩端產(chǎn)生的電壓與內(nèi)部參考ISV（TH）（約35mV）進(jìn)行比較。

過壓和過流保護(hù)使充電器能夠安全地管理超出期望范圍的操作條件，從而保護(hù)電池和電源轉(zhuǎn)換階段。通過在其設(shè)備中包含這些安全功能，Power Integrations幫助設(shè)計(jì)人員快速創(chuàng)建穩(wěn)健和安全的解決方案，縮短上市時(shí)間，并簡(jiǎn)化符合UL安全標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。

結(jié)論

由獨(dú)立公司如UL創(chuàng)建的安全標(biāo)準(zhǔn)是創(chuàng)建安全可靠產(chǎn)品的關(guān)鍵工具。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅保護(hù)消費(fèi)者，還支持制造商建立強(qiáng)大的市場(chǎng)聲譽(yù)，提高整個(gè)市場(chǎng)的水平。像Power Integrations這樣的公司，設(shè)計(jì)具有集成安全功能的解決方案，幫助支持設(shè)計(jì)社區(qū)推動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)步，滿足不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求，并最終確保消費(fèi)者的安全。