解决方案 | 加热垫产品召回原因试析和安全评估

2022年11月29日

2022年10月24日，美国宣布了一起加热垫产品召回事件，涉及多个型号共约544212件加热垫。本次召回的原因是286个消费者反馈说产品有过热、电火花、燃烧和存在其他电气问题，其中31人报告受到轻度电击、烧伤、皮肤受伤等。

美国CPSC网站搜索显示，2018年至今已发生过3起加热毯的产品召回事件。2018年2月15日，约9600件加热毯召回；2018年3月28日，约1650件加热毯召回；2020年11月12日，约7050件加热毯召回。这些召回的理由都是产品过热和起火燃烧。

产品召回很大程度上会影响企业的持续经营。，我们一定要对事故产品进行必要的分析，从中得到启发，找到改进产品的办法。

我们之前发布的《一文读懂 | 电器起火的隐形元凶：接触不良》中曾说明，电子产品的接触不良会导致产品过热和起火，特别是对电暖器、空气炸锅等功率比较高的产品。但是，对加热垫、加热毯的产品来说，过热和起火燃烧却别有原因。

分析其原因，首先要对产品的设计和使用情形有基本的了解。对加热垫而言，当下主流的设计是用一根完整的发热线，有规则地绕行在加热垫的外布套之间，用车缝线进行有效的固定，除了将接头固定在连接器之外，中间没有任何电气接点，所以接点的接触不良可以排除。

但是，加热垫、加热毯跟大多数电气产品一个不同点是 ——产品是柔性的，产品在其使用周期里，会不断承受折叠、挤压、扭曲等情形。这就会产生另一个问题：单个或多个“断点”。如果产生真的断点，发热丝完全断开，那产品也停止加热，就不会存在起火、过热的情形了。真正的危险是来自于将断而未断的“断点”（以下“断点”指发热丝将断而未断的点）。

下面以一个120 V, 130 W的加热垫为例。在使用PTC发热线的情况下，达到工作温度时，加热线的阻值会升高，功率会降低。以达到正常工作温度时产品的功率为100W进行分析。在此情况下，出现“断点”时，会发生什么情况呢？

通过计算易知，产品功率为100 W时，加热线的工作阻值为120V*120V/100W=144Ω，这也就是在正常状态时，加热丝的阻值为144 Ω。我们可以看到，如果出现一个“断点”，这个“断点”会造成什么后果。

参照下图图示，设R1为产品正常的加热线阻值，R2为“断点”阻值

当“断点”R2的阻值达到40欧时，产品如果继续工作，产品的工作电流为I=120V/(144+40) Ω=0.652A，其功率则为P=120V X 0.652A=78.24 W。此时产品的功率比正常工作功率100 W还低不少，会有什么问题呢？

表面上看，整个产品的功率反而低了。但细细思考一下，“断点”处却存在大问题。

我们可以计算一下此“断点”的功率。我们用初中物理的计算公式P=I2*R易知，此“断点”的功率为17W （0.652*0.652*40=17）。有经验的人都知道，一个点的发热能量达到17 W，是很容易造成局部高温甚至起火的。

经理论分析，在上例中当“断点”阻值达到144 Ω时，该“断点”达到最大能量25 W （分析方法在《一文读懂 | 电器起火的隐形元凶：接触不良》中也有介绍）。这种情况起火的可能性就更高了。

在预期的正常工作状态下，发热丝是正常的，产品也有温度保护，产品不会有起火的过热、起火的风险。

我们也可以看出，召回的加热垫靠控制器来实现温度控制，控制器同时也会监测发热丝的阻值。当发热丝的阻值变大，控制器在正常情况下是能够进行“发现”这一情况并及时断开电路，并终止加热的。但是，我们也需要思考，我们的控制器设计是否能准确进行保护，是否能准确识别出40Ω的“断点”，那20Ω、10 Ω的“断点”呢？安全临界点在哪里？控制器在正常工作时能很好地识别，那在出现电子元件故障或者是软件错误时，是否依然能对产品进行有效的保护呢？这些都需要进行精心的设计和验证。

对于上述召回的产品过热原因，从理论上分析看，应为发热线在长时间使用后出现单个或多个“断点”，而控制器未能进行有效的保护。而出现电击风险的产品，原因就是发热线的绝缘出现磨损，未能维持其绝缘的效果。如果可以对故障产品进行实例分析，一定可以找到更确切的证据，分析出更细致的原因。

针对发热线可能的故障，控制器可能存在的问题，UL Solutions在进行产品安全认证时对产品进行怎样的检测呢？以加热垫为例，介绍如下：

对发热线，测试主要包含以下：