韋平安

(拉薩師范高等?？茖W(xué)校，西藏 拉薩 850007)

一種防止電動(dòng)自行車充電口短路的電路設(shè)計(jì)

韋平安

(拉薩師范高等?？茖W(xué)校，西藏 拉薩 850007)

本文通過(guò)在電動(dòng)自行車充電口部分中引入一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用電路，通過(guò)改進(jìn)后的電路方式，對(duì)預(yù)防由于充電口電路短路故障引發(fā)的安全隱患有一定的作用，增強(qiáng)了電動(dòng)自行車使用過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。

電動(dòng)自行車；充電口；短路；安全

1 概述

電動(dòng)自行車，是指在普通自行車的基礎(chǔ)上以蓄電池作為輔助能源，安裝了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把等部件的一種個(gè)人交通工具。隨著近年來(lái)關(guān)鍵技術(shù)方面的突破，以及電動(dòng)自行車的性能不斷完善，加上電動(dòng)自行車具有快捷方便、綠色環(huán)保和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，不論是在城市或者農(nóng)村，電動(dòng)自行車逐漸替代摩托車和自行車，成為很多家庭的出行代步工具，給人們的日常生活帶來(lái)了極大的便利。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市面上的電動(dòng)車都普遍存在一個(gè)問(wèn)題：電動(dòng)車充電口的線路是直接連接蓄電池的正負(fù)極，在某些情況下一些導(dǎo)電材料接觸到充電口時(shí)有可能會(huì)造成電路短路并引發(fā)燒傷、火災(zāi)的安全事故。針對(duì)這一隱患，本文提出了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的解決方法。

2 電路設(shè)計(jì)

為了解決充電口的安全隱患，我們以48V20AH蓄電池為例設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的充電口電路。電路如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的電路

其中B1為48 V電池，F(xiàn)U1為快速熔斷保險(xiǎn)絲，SW1、SW2為開(kāi)關(guān)，SW1參與電路安全保護(hù)，SW2只是參與電路演示，實(shí)際電路中不使用。D1為紅色發(fā)光二極管，R1為限流電阻。

2.1 短路保護(hù)電路

短路保護(hù)電路由兩個(gè)電子元器件組成，分別是開(kāi)關(guān)SW1和保險(xiǎn)絲FU1，其電路工作原理是：開(kāi)關(guān)SW1接在蓄電池和充電接口之間，當(dāng)電動(dòng)車充電完成后，或者在平時(shí)使用電動(dòng)車的時(shí)候，將開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)，使得蓄電池和充電接口之間形成開(kāi)路狀態(tài)，這樣在充電口不小心發(fā)生正負(fù)極短接(開(kāi)關(guān)SW2閉合)時(shí)就不會(huì)發(fā)生短路的情況。當(dāng)忘記斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW1的時(shí)候，同樣會(huì)引發(fā)短路，因此在SW1和蓄電池之間加入FU1快速熔斷保險(xiǎn)絲，當(dāng)充電口發(fā)生短路(開(kāi)關(guān)SW2閉合)的時(shí)候，保險(xiǎn)絲快速自熔斷，使得電路處于開(kāi)路狀態(tài)，防止短路故障惡化，如圖2所示。48V20AH蓄電池的充電電流一般為2 A，而且隨著充電時(shí)間的推進(jìn)，充電電流會(huì)逐漸變小，選用熔斷電流為3 A(大于充電電流2 A，有一定的富余量)的保險(xiǎn)絲，以避免給電動(dòng)車充電時(shí)保險(xiǎn)絲發(fā)生有害熔斷。

圖2 保險(xiǎn)絲熔斷

2.2 保護(hù)開(kāi)關(guān)忘關(guān)警示

為了防止忘記斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW1，選用紅色(紅色光比較醒目，警示更明顯)發(fā)光二極管D1和限流電阻R1組成一個(gè)開(kāi)關(guān)忘關(guān)提示電路。工作原理如下：當(dāng)安全保護(hù)開(kāi)關(guān)SW1忘記斷開(kāi)時(shí)，紅色D1燈亮起(電動(dòng)車進(jìn)行充電的時(shí)候D1也會(huì)亮)，提示SW1開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)，如圖3所示。當(dāng)斷開(kāi)SW1后紅色警示燈熄滅。

圖3 燈光警示電路

關(guān)于限流電阻取值選取：一般情況下發(fā)光二極管的壓降Uf是比較固定的，紅色為1.6 V左右，綠色有2 V和3 V兩種，黃色和橙色約為2.2 V，藍(lán)色為3.2 V左右[1]。對(duì)于常用的幾毫米大小的發(fā)光二極管，其工作電流I一般在2 mA至20 mA之間，一般不超過(guò)25 mA，電流越大亮度越高，電流過(guò)大的話會(huì)燒壞發(fā)光管，所以必須在電路中增加一個(gè)限流電阻。限流電阻的計(jì)算公式如式(1)所示，用電源電壓U減去二極管的壓降Uf，再除以設(shè)定的工作電流I，就得出限流電阻R的阻值[3]。

R=(U-Uf)/I.

(1)

假定I=10 mA，Uf=1.6 V，U=48 V；代入公式(1)：

R=(48-1.6)V/10 mA=4.64 kΩ .

所以我們選取標(biāo)準(zhǔn)電阻中的4.7 kΩ作為限流電阻。

3 進(jìn)一步完善電路

圖1的電路確實(shí)一定程度上防止了充電口短路，但是當(dāng)SW1忘記斷開(kāi)的時(shí)候，也有可能發(fā)生短路，從而引起FU1熔斷，安全系數(shù)仍不夠高。因此我們將圖1電路進(jìn)一步加以改進(jìn)。增加一個(gè)二極管D2，利用二極管正向?qū)ǎ聪蚪刂沟膯蜗驅(qū)щ娞匦訹2]。原理如下：當(dāng)給電動(dòng)車充電時(shí)，D2正向?qū)?，此時(shí)電瓶充電。當(dāng)充電器接口短接時(shí)，D2在電路中反向截止，避免了短路故障的發(fā)生，如圖4所示。D2的選用：盡量選擇正向?qū)妷盒〉亩O管，以

減少二極管壓降對(duì)充電電路的影響，要確保其正向額定電流是電動(dòng)車充電電流1.5倍以上。反向耐壓值是蓄電池標(biāo)稱電壓的1.5倍以上(對(duì)于48 V電池，應(yīng)選用反向耐壓值大于等于80 V的二極管)。因?yàn)殡妱?dòng)車的電池電壓各不相同，可以根據(jù)實(shí)際情況選用合適的元件。因?yàn)槎O管的加入，在充電過(guò)程中，必然會(huì)消耗一定的電量，但是相對(duì)于安全來(lái)說(shuō)，其影響是次要的。

圖4 進(jìn)一步改進(jìn)后的電路

4 總結(jié)

針對(duì)傳統(tǒng)充電接口的安全缺陷，改進(jìn)后的電路，只需要5個(gè)元器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，大大降低了短路事故的發(fā)生；能夠很好地改善電動(dòng)車的安全性能，同時(shí)對(duì)電動(dòng)車使用者提供了更完善的安全用電保障；是一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電路。只要有一定的實(shí)踐動(dòng)手能力就可以自己對(duì)現(xiàn)行的電動(dòng)車接口線路進(jìn)行改裝，我們更希望電動(dòng)車的廠家在生產(chǎn)的時(shí)候?qū)㈩愃频谋Ｗo(hù)功能添加到車輛的系統(tǒng)中。該電路也不是很完善，還可以進(jìn)一步的改進(jìn)。比如電路中只有燈光警示，今后還可以增加聲音報(bào)警功能等。

[1] 韓雪濤，韓廣興，吳瑛.電子電路識(shí)圖元器件檢測(cè)速成全圖解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.1.

[2] 孫立群.電子元器件識(shí)別與檢測(cè)完全掌握[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.6.

[3] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第5版.北京：高等教育出版社，2015.7.

A Circuit Design to Prevent Short Circuit of Electric Bicycle Charge Jack

Wei Pingan

(LhasaNormalCollege,TibetLhasa850007,China)

This article introduces a simple and practical circuit in the electric bicycle Charge Jack part, by the improved circuit, it can prevent the hidden danger caused by the short circuit fault of Charge Jack, and enhance the security and stability in the using process of electric bicycle.

electric bicycle; Charge Jack; Short circuit; security

2017-01-09

韋平安(1981- )，男，廣西賓陽(yáng)人，講師，研究方向：數(shù)字信號(hào)處理。

1674- 4578(2017)01- 0054- 02

TM645

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