这些锂电池设计和认证中的问题,你碰到过吗?

锂电池自1990年商业化以来,在人们的生活中的使用日益广泛, 如各种数码产品:电脑,平板,手机等等。我们接触最多的无疑就是手机的锂电池。作为消费者,我们对几乎每天都接触的电池的安全性了解吗?作为企业,你们怎么去确保企业生产或者使用的各种锂电池的安全性呢?在市面上流通的锂电池产品,质量参差不齐。送来检测以及认证的锂电池样品,不及格率高达三到四成。那么在设计和认证过程中,究竟有哪些问题困扰着锂电池厂商?就这个话题,德国莱茵TUV的电池专家Jason Tang给予了他的回答。

 

在锂电池生产设计上,哪些部分需要着重考虑?

锂电池的设计和生产上,以下是相对重要的关键点:

  • 锂电池正负极的绝缘设计是否充足
  • 隔膜的安全设计
  • 车间粉尘杂质含量控制
  • 同时,不能忽略锂电池本身的一些特性,例如发生过充时,会有起火爆炸的风险,因此,在设计上,锂电池必须配备防过充保护器件,而终端的消费者在使用过程中也需尽量避免电池过充情况。又例如,在长期的低温条件下对锂电池充电,对锂电池也会产生损伤,甚至会有起火爆炸风险。

所以在锂电池生产设计上必须要考虑这些因素。相应的很多安全认证标准里都有针对以上特性的测试项目,这些项目的失败率也比较高。

 

锂电池安全主要涉及到哪些方面认证/标准?

电芯生产商、电池生产商以及终端产品内置电池制造商必须对生产的锂电池的安全负责,这就包括电池产品的设计以及使用过程中多种影响安全的因素进行考虑,并需要有一定的标准去规范和量化这些因素,所以需要对锂电池进行测试认证。

对于出口企业,目的地国对于锂电池产品安全方面的硬性要求是必须要符合的, 例如出口欧洲地区的CB (IEC 62133),北美的IEEE 1725,IEEE 1625,UL 1642, UL 2054,UL 62133,CAN/CSA 62133等等。

 

在检测认证过程中,企业通常遇到的最大的问题是什么呢?

企业的产品不能通关,通常是因为对于产品的目的地国的相关产品标准要求不了解,在源头设计上就达不到安全要求。由于每个目的地国的标准对锂电池的安全标准不完全一样,充分了解各个标准的差异所在对企业来说是有不小的难度。而吃透标准对企业来说也是至关重要,只有熟悉标准,才能更快捷以目的地国的要求去设计或者调整锂电池产品。

例如,针对欧洲地区的IEC 62133标准包含了高低温充电对电芯的安全影响,而UL 2054则需要电池内有双重以上的保护。针对手机和笔记本电脑用锂电池的IEEE 1725 & IEEE 1625则较全面地囊括了电芯、电池、适配器及整个主机系统设计和使用中的各因素对产品安全的影响。

TÜV莱茵能够协助电池制造商及销售商在产品研发、认证上市的过程中减少弯路,在产品研发阶段即可针对标准给予解读与咨询。我们的实验室已获CNAS、DAkkS、CBTL、NRTL、CATL等多项国际认可和授权,能够就欧洲、北美、日本、韩国、俄罗斯、印度、泰国、巴西等国的准入要求进行便捷的产品测试和认证,同时也可针对客户的不同要求,提供各种个性化电池检测认证服务。

 

欧盟召回中国造塑料玩偶,三个原因最常见

欧盟召回中国造塑料玩偶,三个原因最常见

“爸爸妈妈送我什么礼物?我见到一个很可爱的娃娃可否买给我?”每逢佳节,这是家长和大人与小朋友挑选玩具的情景。在百货公司、商场玩具店看到林林总总的玩具,应该选择怎样的玩具给不同年龄层的孩子,的确得花点心思。报章、杂志、网页总能看到不少有关玩具安全的报道,究竟玩具安全有多重要?让我们从欧盟RAPEX发布的召回报告中一窥究竟。

 

一、塑化剂超标

大家可否想过可爱的塑料玩具娃娃,背后隐藏着巨大的危险,危害儿童的安全。为什么要说塑料玩具娃娃? 看一看以下数据,原来塑料玩具娃娃是单一最危险的玩具类别:根据欧盟RAPEX公布的召回报告,截止今年11月底,塑料玩具占所有玩具召回个案的1/4,召回超过90例。发出有问题玩具召回的集中几个国家,捷克、塞浦路斯、匈牙利、斯洛伐克、西班牙等。一个有趣的观察,召回的玩具娃娃超过一半都没有厂商信息或品牌产品。

所有塑料娃娃召回的最主要原因是属于化学物质风险,当中塑化剂 DEHP 超标情况尤为突出。从RAPEX召回报告里发现,一款精制时尚女孩塑料娃娃,被检测到塑化剂 DEHP含量高达55%,比欧盟 REACH 法定标准0.1%高出超过550 倍。这款塑料娃娃由中国制造,但没有品牌和制造商信息,被检测到塑化剂超标的位置集中在娃娃可爱的头部脸上,正所谓越可爱越危险。

 

欧盟当局下令即刻采取措施:

  • 禁止该产品的销售
  • 从最终用户召回产品
  • 发出消费者风险的警告

这是芸芸几百例玩具召回案例之一。

 

什么是塑化剂?

邻苯二甲酸主要做为塑化剂使用,添加到塑胶中以增强弹性、透明度、耐用性和使用寿命。欧盟已限制一些邻苯二甲酸在儿童玩具中的使用,其中DEHP、BBP和DBP在所有玩具中均限制使用;DINP、DIDP和DNOP仅在入口的玩具中限制使用。限制中写明邻苯二甲酸的含量不能超过玩具中增塑部分质量的0.1%。

近些年来的研究表明邻苯二甲酸可通过呼吸道,消化道和皮肤等进入人体,是一种重要的内分泌干扰素,可能对生殖系统造成损害。目前美国,欧盟已针对邻苯二甲酸酯类建立规范,以减少邻苯二甲酸类对人体造成进一步的危害。

 

二:小配件牢固度不够

其次在娃娃身上的小配件也会构成危险,在召回报告中我们发现有部份在娃娃身上的小部件或者与娃娃一起出售的配件,经受不了拉力测试,容易被拉下来或变成碎片。对年龄较小的小孩,这些拉下来的配件或碎片极有可能会被他们当成是可口的食物放进嘴里,发生危险,严重的时候还可能导致窒息。

 

三:电池盒安装不当

发声并可以对话的娃娃更加受小朋友的欢迎,但是他们身上必定带有电池,劣质娃娃的电池盒可能安装不当,电池盖易于打开,小孩可以接触到钮扣电池,这些电池如果被儿童吞咽,将会对胃部和肠道造成损害或窒息,后过不堪设想。

 

TÜV莱茵忠告

作为源于德国立足全球的检测机构,我们以保护全球消费者安全为己任,详细分析产品召回报告,帮助制造厂提高产品质量,也为消费者平日玩具采购提供安全建议:被检出的塑化剂含量超标的玩具竟然超过法例规定限量十倍以上;当中超过一半都没有厂商信息或假冒产品。德国莱茵TÜV的工程师藉此机会提醒广大消费者在给孩子挑选玩具时保持警醒。孩子探索世界的学习过程从玩乐开始,选购玩具学问大,必须根据孩子的年龄选择不同的玩具,在给孩子玩具之前,检查每一个玩具的安全认证,并仔细阅读警告标签和说明书,尽量选择品牌产品。

 

提高汽车电子产品可靠性,五大关键不容错过

朋友圈在2016年初疯转过一条“柠檬车”的新闻,被称为澳洲版罗永浩的一位车主由于维权无果创作了一首rap并炮制了MV,并成功在社交媒体赢得病毒式传播,让该品牌公关部头疼不已。这位车主新车刚到手时就问题不断,从无缘无故进入保护模式三次,到雨刮器自动启动,还有车内出现烧焦气味、方向盘不断向左偏、突然失去动力等问题,简直像被诅咒了一样。

 

今年2月还有一条和车有关的重磅新闻。德国某知名汽车零部件制造商向美国国家高速公路安全管理局(NHTSA)递交了召回计划,因其制造的部分安全气囊传感器存在故障隐患,将在全球协同受影响的6个汽车品牌实施召回,涉及500万辆车。说到安全气囊,日本某知名安全气囊制造商的召回事件还余波未平,此次德系品牌的召回再次对全球车主造成深远影响。

 

汽车产业的繁荣直接带动了汽车电子行业的迅速崛起,然而与汽车相关的安全和质量事件层出不穷,也让全球目光聚焦于占汽车成本比重越来越高的汽车电子。毫无疑问,科技的日新月异也带来了更多安全方面的隐忧。如何确保汽车电子产品质量过硬,既保护了驾乘人员安全的同时也杜绝让品牌陷入“质量门”的深渊?让我们和德国莱茵TÜV在汽车电子零部件、电磁兼容以及功能安全的专家聊聊,在多年检测认证经验中常碰到哪些问题,提高汽车电子产品可靠性有哪些方法,可以为您的痛点支哪些招。

 

支招一:产品研发阶段,务必导入相关标准要求

某汽车线束产品公司,生产用于危险车辆(如易燃易爆拖车)上的连接导线,第一次进行欧洲ADR认证。虽然该企业有海外出口的经验,但是送样的尺寸、结构不满足标准要求。从而直接被退回整改。

专家建言:产品尺寸、结构是在产品设计阶段最入门的要求,一旦和标准有所偏颇则整套产品设计都将要从头开始。这无疑为企业平添了不必要的整改时间和经济成本。如果企业的交货期又很紧,则更是雪上加霜。所以,企业在进行产品研发时,务必需要研读标准,将其要求导入设计阶段,为日后的生产和销售打下事半功倍的开端。

 

支招二:原材料品质,至关重要

某企业的产品是用于缠绕在导线外起到保护作用的线束胶带。主机厂的要求非常严苛,规定供应商的产品需要经过3000小时的高温炙烤后,必须既耐高温、又无异味还要保持优质的粘性效果。但是该企业显然没有特别重视,或者想当然以为自己的产品一定可以通过考验。但其实该产品一共经过了4次整改重测才满足了上述要求。

另一个案例是关于双跳开关,主机厂的要求是在经历环境测试后,检验按键力是否改变,例如85℃高温维持5小时后以每分钟降低2℃的降温幅度降至-40℃,持续4小时后再周而复始。经过100或200个循环以后,检验弹簧是否因疲劳而失效。这其实就是在考验弹簧设计、原材料材质等问题。

专家建言:国际品牌的主机厂通常会博采众长,从众多国际标准中吸纳各方面的标准以组成各自的企标。严苛的要求对原材料的品质是极大的考验。所以电子零部件供应商一定要把好原材料这关,同时安排预先测试,以避免上述案例因多次重测而造成额外的时间和经济成本。

 

支招三:不干扰,降低自身辐射强度

早期的车辆由于电子元器件占比比较少所以不太容易发生电磁兼容方面的问题,现在汽车电子件的占比呈飞速上升的态势,电磁兼容已成为目前亟需解决的重点。

某新型汽车安装了有MCU的燃油控制系统,在驾驶通过某小区的街道时,汽车会自动熄火,之后通过测量该区域的电磁环境时发现有一台民用无线电发射机在违法工作,那台发射机上的信号通过空间耦合到了与MCU相连的导线上,造成处理器停止工作。

专家建言:上述案例虽然没有造成人身伤害,但电磁干扰的问题的确会给驾乘人员带来极大的安全隐患。同时再次验证了通过EMC测试来考核产品的辐射抗干扰能力(radiated immunity)有多重要。

 

德国莱茵TÜV建议企业,以辐射发射(Radiated emission)为例子,可以通过以下几个准则来控制:

- 干扰源:减少噪声源的能量(比如振荡器、数字电路、电源转换器、数据总线等),也可以通过减少信号转换速率、开关电流、降低工作频率来实现。

- 传播途径:可以通过减少电路板上的耦合与传导能量(改进布线技术,避免接地线过长等)以及改善连接器位置的射频抑制来达到目的。

- 接地:好的接地是减少辐射发射的最重要的方法。如何保证较完整的地平面是电路设计人员需要重点考虑的问题。

 

支招四:抗干扰,增强电子器件抗扰度

某高级轿车在上市之前路试的时候,一开始一切正常,当测试员开启收音机后,过强的信号影响了仪表板和车身控制器的通讯,造成了仪表的失灵。

专家建言:上述案例可以发现汽车电子间互相产生了干扰,从而导致了功能失效。显而易见,抗干扰对电子器件来说也是至关重要。以辐射抗扰度(Radiated Immunity)为例,德国莱茵TÜV建议各企业可以通过屏蔽来提高防护能力:在大于100kHz的频段,好的导体材料(铜铝钢)做成的外壳能提供好的屏蔽效能,接缝和开口应<1/20频率波长以达到20dB的屏蔽效能,尽量避免使用正方形的盖子以防止内部谐振的产生。

 

支招五:汽车电子系统的功能安全不可忽视

随着越来越多复杂电气、电子系统和可编程电子系统应用到与安全相关的车辆功能中,任何一个安全相关的车辆功能失效,都会对驾乘人员甚至附近车辆及行人带来严重后果。汽车电子系统在安全设计上的缺陷,不仅会对人身安全带来了隐患,随之而来的召回事件给企业带来巨额的经济损失。与功能安全相关的系统可靠性问题,已经得到了社会的普遍重视。ISO 26262是实现功能安全的一个国际上广泛认可的现行标准,该标准从技术角度为如何做到功能安全提供了规范。

ISO 26262标准的适用范围可谓相当广泛,从电动汽车的电动管理系统BMS、整车控制系统VCU,到传统汽车的底盘控制、防抱死制动系统等等,不一而足。

越来越多国内主机厂也已经向海外品牌靠拢,将ISO 26262标准列入产品研发及零部件系统采购时的一个必须验证项目。然而,德国莱茵TÜV的专家在进行功能安全评审时,还是发现诸多问题在不同的企业都时有发生,现列举如下并提供改善建议。

 

易发生问题及专家建言

  • 诊断措施应用不当:建议企业在实施诊断措施之前对产品进行充分的设计分析,明确产品中与安全相关的功能可能存在的失效风险及各种诊断措施的优缺点(如诊断覆盖率DC、实现的难易程度、花费的时间等),然后进行选择。
  • 文档编写不规范:建议编写每份文档时,进行内部自查,可以让未参与项目的技术专家检查,看能否理解文档中表达的意思。
  • 多个文档中对同一事物描述不一致:建议企业一旦文档中有任何变动,都要及时在项目组内部沟通。
  • 工程师经验不足:建议对工程师做全面的功能安全培训。
  • 工具的可靠性证明不知从何下手:德国莱茵TÜV会提供相应的需求列表,进行逐项分析。
  • 英文翻译不准确:建议采用统一术语,内部自校。
  • 设计变更未走变更流程:设计开发阶段的每次变更需要遵从安全计划中的变更流程,例如:需要进行变更影响分析并进行相应的测试和验证,如果产品是需要进行功能安全认证的,需要将变更的相关文档及时提交给认证机构(如德国莱茵TÜV)。

 

目前,汽车创新的70%来源于汽车电子产品,电子产品在整车中的成本占比已经从上世纪70年代的2%,成长到现在的25%左右,无疑,这样的增长趋势还在持续。对汽车电子零部件提供商来说,确保产品的安全和可靠性至关重要,这是赢得市场信任的根本,也是企业谋求持续发展的基石。

 

认清机器人电缆生产环节中的三大误区

认清机器人电缆生产环节中的三大误区

2013年,德国政府提出“工业4.0”,旨在让机器之间自相控制,通过智能生产将生产质量和效率提升到一个新高度。日本是最早大规模使用工业机器人的国家之一,目前正在更多领域普及机器人,正在向一个“机器人国度”走去。 机器人已不仅在生产制造领域不可或缺,随着医护、养老服务类机器人的研发应用,更让机器人走入了普通大众的生活。

机器人电缆是机器人中重要的零部件,可谓是机器人的中枢神经。据不完全统计,外资企业几乎统治了国内机器人电缆生意,拿到了约80%的订单。然而近年来,我国机器人电缆行业得到快速发展,市场地位日渐提升,涌现出一批优秀的机器人电缆生产企业。随着“中国制造2025”概念的提出,越来越多的电缆企业将机器人电缆列为新兴产品进行开发规划,形成一轮机器人电缆风潮。但是,目前机器人电缆没有相关产品标准,少数企业只是依靠整机厂的要求进行产品生产,尚未有成型的技术规范,这给企业的研发带来很大难度。同时,产品标准的缺失也不利于市场的健康成长。

 

在这个过程中,我们也发现不少机器人电缆生产厂商往往会陷入一些常见的误区:

一、能承受几千万次机械测试就是中国好电缆?

不少机器人电缆厂商在评估产品优劣的标准仍借用过去其他行业电缆的方式,即机械测试的承载能力,在测试方法上,他们追求一种“极致完美”的测试挑战,即电缆线能承受一千万次运动测试。我们认为,耐磨性固然重要,但是我们要有全局思考,理由有三:

1)测试仪器无法达到不间断几千万次测试的能力,如果间歇有暂停,测试结果会产生偏差。

2)测试周期和费用,若达到几千万次的运动测试,其周期可能高达几年,费用超过百万,对企业而言是不符合成本核算的。

3)机器人电缆的测试要求不仅仅只考虑电能的输送,还需要兼顾承载信号传输的功能。机械测试对电缆的损耗是否会影响信号传输的稳定性是机器人电缆品质的核心要素。

 

根据TÜV莱茵自行开发的标准2 PfG 2577/08.16,我们认为:

由于不同行业的特殊性,我们要从多维度思考品质的标准,从测试合理性,成本结构和动态变化中定义测试的极限值,我们推荐一百万次的测试方案,同时根据测试方案建议机器人电缆厂商进行产品设计和产品结构规划。

 

二、价格优势比产品设计更重要?

在我们接触的大部分中国厂商中,虽然他们面对严酷的市场价格竞争,但是他们最大的硬伤就是面对一个新兴的机器人零部件行业,缺乏设计能力,而这恰恰是影响性能的必要条件。以导体铜为例,普通拉束丝工艺无法满足线缆的要求,在我们的测试过程中,往往会发生在10万次的机械测试中发生断裂现象,而日本德国的产品能经受的测试次数10多倍于本土产品,他们的设计工艺已经有20-30年的研发生产经验,但是在国内最优秀的企业不过10年,这也是为什么80%机器人整机厂更愿意采购进口产品。面对这样的挑战,改变设计就是提升品质,获得订单的关键。

根据TÜV莱茵自行开发的标准2 PfG 2577/08.16,我们为生产厂家在选料过程中提供原料清单参考,剔除了目前工艺无法达到的材料,可以更高效率地进行产品设计。

同时,我们获悉整机厂的需求,指导工艺精进提升产品结构的合理性。

  1. 原料的选择:我们更加推荐合金材料,虽然价格稍贵,但是柔韧性更优,重量更轻,更容易剥离,在安装过程中有效减少导线受损。
  2. 设计上:我们充分和整机厂沟通,了解他们对于电缆的结构的要求,如更好传输性能的芯线排布要求,可以协助厂商在产品设计初期得到明确的买家要求,避免造成研发过度。

 

三、机器人整机厂无复测要求?

目前,大部分整机厂商对于零部件供应商,只在采购过程中要求提供认证报告,但是随着机器人的普及,未来,他们会越来越多关注零部件如电缆的折旧率,损耗程度,并在使用过程中进行复测,来评估其材料耐用性和信号传输稳定性。而TÜV莱茵的新标准2 PfG 2577/08.16正是考虑线缆运行过程中,结构破坏的情况下,是否仍会影响信号的传输来进行测试。而这样的标准会成为整机厂的首选考虑。

正是基于我们对于电缆行业的理解,在2015年,TÜV莱茵根据买家要求,结合大量的测试结果,自行研发了2 PfG 2577标准,并在2016年8月推出市场。在研发新标准的过程中,我们重点思考了两个问题 1)机械性能运动的测试方法有哪些?2)在测试过程中,极限值如何设定。因此,我们与日本合作伙伴,用他们20年的生产经验来厘清这些问题和答案,并完成了标准的起草和开发。我们希望站在行业巨头的肩膀上为广大的本土电缆企业提供眺望远方的角度和方法。