能耗報警自充式電動車增程裝置

我堂哥是個外賣員，曾經兩次因電動車掉電自動減速，沒能按時將快餐送達被顧客投訴，差點失去工作。得知這件事后，我就思考：怎樣才能使電動車在騎行時不掉電？

我從摩托車的正副油箱得到啟發，思考能否為電動車增設一個副電池來增加電池容量。在老師的指導下，我開始了本項目的研究。

一、設計目的

當電動車蓄電池容量下降到60%時，可進行能耗報警；研制蓄電池自充式充電器，方便在行駛途中就地給電動車充電，達到增程目的。

二、結構設計

（一）第一次設計

副電池用3.7 V的18650鋰電池，通過升壓電路使電壓升高到48 V，給電動車蓄電池充電。一節3.7 V的18650鋰電池輸出電流為2.5 A，而電動車放電電流在起步、爬坡、越坎時的電流為11 A左右，勻速行駛時電流為7 A左右。

本方案的輸出電流約為輸入電流的4倍，易損傷電池，輸出電壓也不穩定，且升壓電路用分立元件，可靠性低、功耗高、故障多，不宜用于電動車的增程設計。在科技老師的指導下，我開始第二次設計。

（二）第二次設計

我拜訪了電動車控制器供應商唐叔叔，了解電動車的充電電路，并采納了他的建議：將輸入電壓提高到12 V并穩定在一定范圍內，保證穩定的DC升壓電路模塊的輸入電壓；采用濾波電容對輸入電壓進行濾波，減少輸入電壓的紋波，使電壓更平穩。

通過改變開關管的開關頻率，可調節升壓電路模塊的輸出電壓。當開關頻率增加時，電感中儲存的電能更快地釋放，產生更高的輸出電壓；當開關頻率降低時，電感中儲存的電能會緩慢地釋放，產生更低的輸出電壓。我更換較大功率的DC-DC升壓模塊LT8390 IC，優化電子設備中的電路結構，使負載電流分布更均勻。此電路可輸出多種電壓，是一種較理想的升壓電路。

我還研制了電能消耗報警器、電能補給裝置，通過連接和組裝以上主要部件，能耗報警自充式電動車增程裝置就做好了。

三、裝置制作

我繪制了DC升壓模塊設計圖，請專業人員制作DC升壓模塊。我觀察到其具體制作步驟為：制作線路板，將微小型電子元器件貼在線路板上，將帶引腳的電子元器件焊接到線路板上。

將輸入限流保護器的兩個端口分別接在電源負極、DC升壓模塊的輸入端。將輸入顯示器的三個端口分別接在電源正極、輸入限流保護器的輸出端、DC升壓模塊的輸入端。用導線將DC升壓模塊與輸入、輸出限流保護器連接。將輸出限流保護器的兩個端口分別接在電源正極、DC升壓模塊的輸出端。將輸出顯示器的三個端口分別接在電源負極、輸出限流保護器的輸出端、DC升壓模塊的輸出端。

在萬能線路板上焊接電阻（10千歐、56千歐）、電容（0.01 uF、1 uF）、蜂鳴器、RC觸發器NE555、電壓比較器和電源。

用導線連接手剎、繼電器、電機、LED燈泡、電源連接頭并固定在平板上，將飛輪（大飛輪直徑10 cm，小飛輪直徑5 cm）固定，并用皮帶連接小飛輪與電機。

四、測試

（一）實驗室電子負載模擬測試

將電流表、電壓表接在充放電升壓裝置的輸入、輸出電路中，接通10 V電源，給備用低電壓蓄電池充電，測試充放電升壓裝置負載時的輸入及輸出的電流、電壓等。

通過實驗室測試后計算得知，充放電升壓裝置的工作效率高，能耗小，適用于電動車的增程技術。

（二）能耗報警自充式電動車增程裝置實地測試

測試前，我走訪了平江縣小戴電動車行戴正軍師傅，得知電動車每節12 V電池的飽和電壓高達14 V。如24 V的電動車充滿電后電壓約為28 V，80%的容量時，電壓為25.2 V，浮充電壓約為27 V；60%的容量時，電壓約為23.4 V，浮充電壓約為26 V。

我以常見電動車車型的24 V、48 V蓄電池為例，進行實地測試。當電池容量降到80%或60%時，將增程裝置安裝在電動車上，將電池轉換開關撥到電動車蓄電池端，接通蓄電池與增程裝置。用一字螺絲刀擰電壓調節旋鈕，調節輸出電壓，擰加電旋鈕，讓電動車運行。記錄運行和未充電時輸入、輸出顯示器上的電流、電壓、功率值。

通過對電動車實地測試后計算得知，能耗報警自充式電動車增程裝置的工作效率高、能耗小，適用于電動車的增程技術。

（三）電動車續航里程測試

平江縣小戴電動車行老板為我聯系到6名電動車車主，又提供了10臺全新的某品牌電動車讓我做測試，并同意在該電動車行建立平江二中科研基地。同時唐叔叔公司的專業人員按照我提供的樣板加工了9套增程裝置，免費提供給我用于測試。

我將副電池儲能至滿容量后安裝在電動車上，在包含5段50 m的20°斜坡的柏油路面上進行測試。

將10臺充滿電的新電動車分別按1—10號編號，將加工好的增程裝置安裝在電動車上，電池轉換開關撥到電動車蓄電池檔，記錄電動車行駛前里程表讀數。挑選60 kg±1 kg體質量相當的測試駕駛員10名，分別駕駛電動車在既定的線路上行駛。

當第一次聽到電能消耗報警器報警時，記錄此時電動車里程表讀數。將電池轉換開關撥至增程裝置，副電池給蓄電池充電，電動車正常行駛。當再次聽到報警時，記錄第二次報警時電動車里程表的讀數。

用第一次報警時里程表的讀數減去行駛前里程表的讀數，就等于電動車正常行駛的里程。用第二次報警時里程表的讀數減去第一次報警時里程表的讀數，就等于電動車增加的里程。

通過實地測試續航里程并計算得知，某品牌的電動車能正常行駛60 km左右，安裝能耗報警自充式電動車增程裝置后，可增加12.5 km里程。

五、創新點

本裝置基于DC升壓和蓄電池充電、放電原理，實現了電動車增程。

設計電能消耗報警器，當電池容量達到下限時能進行能耗預報警；探究了電動車增程裝置中的能量來源、轉換、儲存，實現了節約、環保的設計理念；基于電子電路的增程設計、機械能轉換成電能的自充式設計，以及峰鳴器預警結構的電能消耗報警設計組合，對電動車的發展具有積極意義。

因電能有限，能耗報警自充式電動車增程裝置目前只適用于電動自行車的供能增程。后期我將探究用于電動公交車、電動私家車的增程裝置。（指導老師：朱擁軍" "曾尚林" "劉海寬）

專家點評

喻濤林同學的一種能耗報警自充式電動車增程裝置，是一件改進型的發明作品。從其發明的選題方式分析，屬于缺點列舉法，即運用批判性思維，針對現有電動車行駛過程中電能消耗情況未知，因電能耗盡后減速或突然停止等缺點，進行改進發明的思路。從其解題方式分析，其借助已有的電子報警、摩托車雙油箱結構等，主要運用移植發明法、組合發明法與集成式創新法等，使該項目達到較高的技術與應用水準。

這里特別指出的是，喻濤林同學有著良好的科技視野，遠離“閉門造車”窠臼，將“自動充電電動車”“一種電動車增程裝置”“一種電動車快充增程裝置”等新專利技術、原理、結構等，在項目中進行集成式地創新應用。

這種集成式創新方法不是模仿、抄襲或簡單復制，而是廣泛吸納多種資源為項目所用，把各種簡單的技術要素和技術思路集成在一起，取得“1+1＞2”的效果。它在現代企業中已普遍應用，我們不妨也一顯身手。

（欄目編輯" 秦銀銀）