電動(dòng)車安全充電裝置

摘 要：電動(dòng)車的充電裝置存在充電插口不安全和不能自動(dòng)斷電等安全隱患。通過給充電插口加裝帶有探針的微動(dòng)開關(guān)，能有效地避免充電插口短路和觸電等安全事故。通過給充電器增加自動(dòng)斷電功能，當(dāng)蓄電池充滿電或達(dá)到設(shè)定的充電時(shí)間后，充電器能自動(dòng)切斷電源，提高充電器的安全性能。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車；安全插口；自動(dòng)斷電

通過了解和調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)目前電動(dòng)車充電裝置存在一些安全隱患。

其一，充電插口不安全。因?yàn)槌潆姴蹇陔妷憾酁?8伏或60伏，超過安全電壓（36伏），所以會造成觸電事故。若充電插口的正負(fù)插腳被硬幣等導(dǎo)體碰到，如圖1，會因嚴(yán)重的短路造成劇烈的放熱，損壞設(shè)備，甚至引起火災(zāi)，危及人身安全。媒體報(bào)道小孩子因觸碰充電插口造成的電傷、燙傷等安全事故屢見不鮮。

其二，充電器不能自動(dòng)斷電?，F(xiàn)在，電動(dòng)車充電器大多具備防過充、防過溫和防反接等保護(hù)功能，但是沒有自動(dòng)斷開220V電源的功能，可能會因長時(shí)間通電而發(fā)生火災(zāi)等情況。有資料顯示，2009年至2011年，電動(dòng)車火災(zāi)以年均50%左右的速度上升。如果按社會保有量1.5億輛，年發(fā)生火災(zāi)概率十萬分之一計(jì)算，每年發(fā)生電動(dòng)車火災(zāi)約1500起。

現(xiàn)在，我國電動(dòng)車保有量已超過2.5億輛，提高電動(dòng)車充電裝置的安全性很有現(xiàn)實(shí)意義。

1 電動(dòng)車安全充電裝置的設(shè)計(jì)

針對上述問題，對充電裝置進(jìn)行以下兩個(gè)方面的改進(jìn)和創(chuàng)新。

1.1 安全充電插口

為了解決普通充電插口（如圖2）存在的上述安全問題，又不影響充電器對蓄電池的準(zhǔn)確監(jiān)測，可以采用在充電插口后面串聯(lián)一個(gè)加裝探針的微動(dòng)開關(guān)（如圖3）的辦法。

將充電插口座體的后壁中間取一個(gè)小孔，孔的大小能使探針自由通過即可，如圖4所示。將微動(dòng)開關(guān)固定在充電插口座體的后面，使傳動(dòng)桿上的探針能自由通過小孔。探針的長度要合適，不能太長，以充電插頭插入充電插口時(shí)，能可靠地將傳動(dòng)桿頂至微動(dòng)開關(guān)能閉合即可。

安全充電插口的電路原理如圖5所示：

圖5中，S是微動(dòng)開關(guān)。當(dāng)電動(dòng)車沒有充電的時(shí)候，微動(dòng)開關(guān)將充電插口的電路斷開，使充電插口的金屬引腳之間不再存在輸出電壓，從而防止出現(xiàn)人身觸電事故和短路的發(fā)生。

當(dāng)電動(dòng)車充電的時(shí)候，充電插頭的插入將充電插口中的探針頂起，探針帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)S的傳動(dòng)桿將開關(guān)閉合，接通電路，實(shí)現(xiàn)正常充電過程。普通充電器的額定電流一般為3A左右，所以微動(dòng)開關(guān)的額定電流值不能小于3A。

1.2 實(shí)現(xiàn)充電器自動(dòng)斷電功能

為了避免充電器長時(shí)間通電帶來的危害，可以給充電器增加自動(dòng)斷電功能。實(shí)現(xiàn)蓄電池充滿電后，充電器能自動(dòng)切斷220V電源；實(shí)現(xiàn)定時(shí)（12小時(shí)內(nèi)）充電，自動(dòng)切斷220V電源等功能。電路如圖6所示。

圖6中，R1是50KΩ的可變電阻，R2是10KΩ的定值電阻，C是10μF電容器，V是C8050三極管，J1是12V單開繼電器，S1是J1的常閉開關(guān)，J2是220V雙開繼電器，S2-1和S2-2是J2的常開開關(guān)，D是1N4007二極管，St是12小時(shí)機(jī)械定時(shí)開關(guān)，+12VDC電源取自充電器冷卻風(fēng)扇電源。

工作原理是：

（1）啟動(dòng)充電：按下啟動(dòng)按鈕S，繼電器J2得電，常開開關(guān)S2-1和S2-2閉合，充電器可以正常給蓄電池充電。同時(shí)，S2-2使啟動(dòng)電路處于自鎖狀態(tài)。

（2）自動(dòng)斷電：當(dāng)充電器“充滿指示”燈（綠燈）亮起時(shí)，輸出一個(gè)高電壓（2.4V左右），經(jīng)過R1和R2分壓后，給三極管V一個(gè)0.7V左右的電壓，使三極管V導(dǎo)通，繼電器J1得電，常閉開關(guān)S1斷開，繼電器J2斷電，開關(guān)S2-1斷開，充電器徹底斷電。

（3）定時(shí)充電：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械定時(shí)旋鈕St，充電時(shí)間可在0～12小時(shí)之間任意設(shè)定。設(shè)定時(shí)間到后，開關(guān)St斷開，繼電器J2斷電，開關(guān)S2-1斷開，充電器徹底斷電。

2 研究結(jié)果

通過研究和實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車安全充電裝置的可行方案，能有效地避免充電插口短路和觸電等安全事故；實(shí)現(xiàn)了蓄電池充滿電或達(dá)到設(shè)定的充電時(shí)間后，充電器能自動(dòng)切斷電源，提高了充電器的安全性能。

圖7是充電器加裝自動(dòng)斷電功能后的外觀圖。在實(shí)際使用中，效果好，可靠性高。

3 創(chuàng)新意義

提高了普通電動(dòng)車充電裝置的安全性能，能有效地杜絕因觸碰充電插口、電動(dòng)車充電時(shí)過載、充電時(shí)間過長等而造成的安全事故。我國電動(dòng)車保有量大，此項(xiàng)創(chuàng)新的受益面廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯小梅，龔劍.高中科技創(chuàng)新與研究課性學(xué)習(xí)教程.杭州：浙江大學(xué)出版社，2009第2版.

[2]張孫瑋，呂伯昇，張迅.科技論文寫作入門.第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：張高晨（2002-），男，漢族，浙江臺州人，臺州市第一中學(xué)學(xué)生，椒江區(qū)科學(xué)院小院士，獲得2項(xiàng)國家專利?！镀囕o助保安器》獲第31屆浙江省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)；本作品獲第32屆浙江省青少年科技創(chuàng)新二等獎(jiǎng)。