電動自行車自燃分析（一）

葉震濤　黃曉東

摘要：針對電動自行車自燃現(xiàn)狀，開展自燃研究;發(fā)現(xiàn)存在斷路器缺陷，通過標志檢查、試驗驗證、標準分析，認為當前斷路器結(jié)構(gòu)屬于室內(nèi)使用產(chǎn)品，不適用于電動自行車產(chǎn)品。

關(guān)鍵字：斷路器;短路脫扣;過載脫扣;試驗;標準

目前銷售和在用的電動自行車產(chǎn)品中，大部分產(chǎn)品均裝有低壓斷路器（以下簡稱“斷路器”），俗稱空氣開關(guān)。該部件連于電池與控制器之間，為電機正常運行提供保護;當電路異常時，該部件實施過載保護或短路保護;平時斷路器處于常連狀態(tài)。

近期收到某企業(yè)發(fā)來的斷路器不能正常工作的視頻。該試驗選擇了市場上某款斷路器，在斷路器斷開狀態(tài)下，將其兩端直接連通48V20Ah電池的正負極;而后將斷路器閉合，此時電路處于短路狀態(tài)（見圖1）。在1s內(nèi)，電線立即燃燒;時間經(jīng)過3s后，斷路器還沒有脫扣。

為此，與業(yè)內(nèi)同仁交流，均反饋斷路器質(zhì)量良莠不齊。召開相關(guān)事項討論會議，參會專家提及：在運行過程中，有斷路器易脫扣情況發(fā)生;但總體鮮有斷路器售后退回的情況。表象看，斷路器質(zhì)量很穩(wěn)定;但實際，沒有很好地評估斷路器工作質(zhì)量是否正常。為此，我們開展了斷路器質(zhì)量研究，從結(jié)構(gòu)分析和試驗數(shù)據(jù)反映，斷路器產(chǎn)品質(zhì)量堪憂。

1 工作原理

斷路器是一種開關(guān)裝置，能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、開斷異?；芈窏l件下電流。斷路器具有過載、短路（和欠電壓）保護功能，實現(xiàn)對電路和電源的保護。

斷路器—般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成（見圖2）。當短路時，大電流產(chǎn)生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構(gòu)動作，開關(guān)瞬時跳閘。當過載時，電流變大，發(fā)熱加劇，雙金屬片變形進而推動機構(gòu)動作。[1]

2原因排查

為了解斷路器產(chǎn)品質(zhì)量，我們利用企業(yè)和市場抽查的16只斷路器（其中部分樣品來自整車，部分樣品是與電動自行車配套的），這些抽查牽涉到的整車企業(yè)涵蓋了大中小型規(guī)模。刪除相同企業(yè)生產(chǎn)的4只斷路器后，選擇了其中1 1只斷路器（見圖3），分析其產(chǎn)品質(zhì)量?？紤]到抽查的片面性，我們刪除了企業(yè)信息，旨在了解產(chǎn)品的平均質(zhì)量水平。檢查發(fā)現(xiàn)目前部分企業(yè)只是購買斷路器，未考慮使用范圍。具體問題如下：

2.1 錯誤使用標準：斷路器—般標注執(zhí)行標準為GB10963.，1-2005《電氣附件家用及類似場所用過電流保護斷路器第1部分：用于交流的斷路器》、GB 10963.2-2008《家用及類似場所用過電流保護斷路器第2部分：用于交流和直流的斷路器》。抽查了11只斷路器，其中3只標注執(zhí)行標準為GB10963.，1-2005，4只標注執(zhí)行標準為GB10963.2-2008，4只沒有標注;這意味著，有近30%的產(chǎn)品用于交流電，不適用于電動自行車。

2.2 產(chǎn)品范圍不清，企業(yè)無從選擇。

2.2.1 功率范圍寬：有一產(chǎn)品電壓范圍從12～100 V，功率范圍從350～1 200 W;

2.2.2無脫扣范圍：抽查的1 1只產(chǎn)品中有30%未標注脫扣形式;而有2只按GB 10963.2-2008規(guī)定B級脫扣形式，直流瞬時脫扣范圍在41n

3試驗分析

為了便于比對，從16只斷路器中，挑選了6只40A的斷路器;選擇1.5倍、2.0倍、2.25倍、2.5倍、3倍額定電流進行試驗，對應的試驗電流分別為60 A、80 A、90 A、100 A、120 A。根據(jù)電動自行車使用狀態(tài)，試驗選擇常態(tài)、振動、高溫、低溫四種條件下，在雅迪科技集團有限公司，利用該企業(yè)設備進行試驗。

3.1常溫試驗

該試驗是模擬在正常使用條件下，測試斷路器脫扣時間。試驗數(shù)據(jù)如表1。

試驗數(shù)據(jù)顯示：相同規(guī)格斷路器，短路脫扣電流不同;有1只斷路器在60A以下電流時，短路脫扣;有1只斷路器在60～ 80A電流時，短路脫扣;有1只斷路器在100～120A電流時，短路脫扣;有2只斷路器在120A以上電流時，短路脫扣。

對于在60A未短路脫扣的4只斷路器，其脫扣時間有顯著差異，其中有一只斷路器可能不會脫扣。

3.2振動試驗

該試驗是模擬在正常使用條件下，測試斷路器脫扣時間。試驗數(shù)據(jù)如下：

將斷路器放置在車架前管部位，裝配方向與實際裝配方向基本相同;參考行業(yè)標準QB/T，1880-2008《自行車車架》中電動自行車車架振動方法，以19.6m/s2加速度，振動10萬次;然后在常溫下，檢測脫扣時間。[3]試驗數(shù)據(jù)如表2。

試驗數(shù)據(jù)顯示：在60 A試驗電流下，脫扣時間均明顯變化;有1只斷路器，變?yōu)闊o法短路脫扣狀態(tài)，該斷路器在振動過程中，可能性能發(fā)生變化;有2只斷路器，過載脫扣時間明顯變短，有1只斷路器過載脫扣時間明顯延長。

斷路器過載時，通過雙金屬片變形，帶動一個接近25 mm長的懸臂式銅片移動，進而推動機構(gòu)動作。該銅片過長.振動過程中會發(fā)生形變;裝配位置的不同，會導致形變方向不同，進而造成脫扣時間的變化。為此，該類斷路器不適用于電動自行車。

3.3高低溫試驗

該試驗是模擬在夏天高溫或冬天低溫環(huán)境的使用情況。選擇60℃高溫6h，-20℃低溫2h，進行試驗。試驗數(shù)據(jù)如表3。

試驗數(shù)據(jù)顯示：高溫狀態(tài)下，斷路器相對容易脫扣;低溫狀態(tài)下，斷路器相對難以脫扣。在低溫環(huán)境下，有2只斷路器，短路脫扣電流明顯變大，其短路脫扣功能可能失效。

電動自行車整車屬于戶外使用的交通工具，環(huán)境溫度變化明顯，冬季溫度一般在0℃以下，夏季高溫可達50℃;而斷路器的脫扣時間隨著溫度變化發(fā)生變化，不適用于電動自行車產(chǎn)品。

為進一步了解試驗溫度恢復到常溫狀態(tài)后，脫扣時間的變化情況。再次放置—天后進行常溫試驗，試驗結(jié)果顯示2只斷路器短路脫扣電流在60 A以下，2只斷路器過載脫扣時間明顯減少，與原先的狀態(tài)完全不一致。在進行共25次脫扣試驗后，部分斷路器已失效。

4標準分析 （直流）斷路器執(zhí)行標準為GB，10963.2-2008《家用及類似場所用過電流保護斷路器第2部分：用于交流和直流的斷路器》。其中單極斷路器額定直流電壓不超過220 V，額定電流不超過125 A，額定直流短路能力不超過10 000 A。[2]

其中第7條“使用的標準工作條件”規(guī)定，周圍空氣溫度不超過40℃，下限溫度-5℃，與電動自行車工作狀態(tài)不一致。

其中第5.3.5條“瞬時脫扣”范圍如下表4。

該瞬時脫扣直流范圍過高，如果選用這類規(guī)格，導線的配線規(guī)格需要調(diào)整。

5綜述

通過對16只斷路器明示檢查、部分斷路器的性能指標檢測;這些試驗數(shù)據(jù)雖然偏少，但能反映斷路器的總體質(zhì)量趨勢。建議如下：

斷路器一般用于室內(nèi)靜置場所，目前此類結(jié)構(gòu)的斷路器不適用于電動自行車;在電動自行車上，僅起到開關(guān)作用;需重新開發(fā)斷路器，建議采用熔斷器（見圖4）形式作為最終保護手段。熔斷器的使用，可參考汽車標準QC/T420-2004《汽車用熔斷器》，平板式熔斷器的特性數(shù)據(jù)和熔斷特性進行指標設定;建議熔斷器額定指標應低于電路中最大電流。

參考文獻：

[1]夏天偉，丁明道電器學[M]北京：機械工業(yè)出版社，2011

[2]全國低壓電器標準化技術(shù)委員會家用及類似場所用過電流保護斷路器第2部分：用于交流和直流的斷路器：GB，10963.2-2008[S]北京：中國標準出版社，2010

[3]全國自行車標準化中心自行車車架：QB/T，1880 -2008[S]北京：中國輕工業(yè)出版社，2008