電動車充電器過溫報警保護系統設計的關鍵技術和思路分析*

阮 立 葉帥宏 朱苡瓊 陳 林 石 建 傅萬進

（臺州市質量技術監督檢測研究院 浙江 臺州 318000）

引言

電動車充電器過溫報警保護系統的設計，能夠很好地保護電動車充電系統，使其在充電過程中可以更加高效、安全地運行。而從目前來看，由于電動車較為廉價，開發商并不愿意投入很多資金研究電動車充電器的保護系統。針對此種情況，本文就深入研究電動車充電器過溫報警保護系統設計的關鍵技術和思路。

1 電動車充電器過溫報警保護系統設計的必要性

從目前來看，我國電動車的數量在不斷增多，且價格也在不斷降低，其以低廉的價格和較小的體積，駕駛較為簡單，得到了市場的廣泛青睞，成為了普通消費者日常生活非常重要的交通工具。然而，隨著我國電動車數量的不斷增多，一些安全事故也時常出現，其中電動車在充電時有較大的火災風險，火災事故的頻繁發生也給人們安全使用電動車帶來了很大的隱患，且在全國各地均有案例發生，為我們敲響了安全警鐘[1-2]。數據顯示，80%的電動車火災發生在充電過程中，造成人員傷亡的火災幾乎全都發生在電動車充電時段，其中，66.7%的電動車火災發生在20時至次日05時。電動車一般夜間停放時充電，需要6～8 h，如果從 20～21 時充電，02～03 時基本充滿，如果繼續充電，充電器、電池就會過充、發熱，有可能引起火災。正因為如此，如何有效保護電動車充電過程中免于事故災害，提升充電的安全性，無疑是當前人們廣泛關注的問題。而想要實現這一點，不但要做好消防安全措施，提高電動車整車產品質量和電氣性能安全外，還要從電動車充電的重要部件—充電器本身加以研究和改進，大多數情況下，充電引發的火災，首當其沖的原因便是充電器問題。然而目前市場上所銷售的電動車充電器幾乎沒有針對可能引發火災的提前預防報警斷電保護功能，因此，研究一種過溫可報警可自動切斷電源的電動車充電器并在市場上推廣應用已刻不容緩。本次研究立足于此，深入探討電動車充電器過溫報警保護系統設計思路和關鍵技術，為電動車充電提供更好的保護，無疑具有非常重要的現實意義。

2 電動車充電器過溫報警保護系統設計的關鍵技術

對電動車充電器過溫報警保護系統的設計，需要整體加以把控，其由溫度采集電路、蜂鳴報警電路、市電輸入保護電路3大核心電路組成。溫度采集電路能夠有效采集充電器的外殼溫度，并且將收集到的溫度進行信號傳輸；蜂鳴報警電路則起到非常好的過溫報警保護作用，如果充電器的溫度過高，且達到了設定值時，此時蜂鳴報警電路就可以及時進行報警；市電輸入保護電路在應用過程中，可以起到很好的保護作用。如果電動車充電器的溫度過高，超過了設定值之后，該系統就會自動切斷輸入電源，起到及時有效的預防保護作用。在實際應用過程中，3個分電路由智能控制器來協調動作，有效控制相應元器件動作的完成[3-5]。

在設計過程中，應立足電動車充電器過溫報警保護系統的基礎構造，針對性地設定各個環節，在設計時一定要設定最優的溫度限定值X，值得注意的是，X值既不能過高，也不能過低，如果過高，就會使得系統的報警功能出現滯后性，充電器開始過熱燃燒后，系統可能還沒有進行報警。如果溫度過低，系統往往會出現報警斷電問題，這無疑會影響電動車充電的正常運行，雖然安全得到了保障，但是卻無法有效維持正常的充電操作。因此，一定要設置最佳的X值。從客觀應用情況來看，這是系統設定十分關鍵的一環，只有這一環設置好，才能夠真正使得系統具備預警的能力。為此，在設計過程中，一定要做好試驗，應該多次進行反復試驗，同時充分結合充電器各個元器件特別是關鍵元器件的應用參數及性能指標，從而合理確定X數值。同時，在設定電動車充電器過溫報警保護系統時，設定為在充電器接入電池的情況下才可以工作。并且只有電池接入后才能提供電壓給溫度傳感器、智能控制器及市電輸入通斷器，市電輸入通斷器接通后，充電器充電功能才能正常工作。與此同時，在合理設定溫度傳感器時，要安裝于合理的位置，要通過客觀分析，尋找可以作為及時有效且準確反映外殼真實溫度的位置，然后在此部位安裝溫度傳感器，從而提升傳感器發揮作用的效果。而針對傳感器的選擇問題，在進行選擇時，一定要有效保障傳感器的溫度值采樣是客觀的、可靠的。同樣地，在選擇報警器的過程中，要合理測試最優的分貝數值，選擇能夠讓周圍人員可以很好地聽到報警器報警的聲音，同時也不宜讓報警器報警聲音過大。另外，對于繼電器的選擇問題，設計過程中需要對繼電器的耐壓功率和壽命有清楚的認識，然后做出正確的選擇，提升系統設計的有效性。

3 電動車充電器過溫報警保護系統核心電路的設計

電動車充電器過溫報警保護系統各個部分的元器件核心電路的設計至關重要，需要做好相應的工作，從而使保護系統更好地運轉。具體分析，保護系統核心電路的設計主要集中于以下3個方面。

3.1 溫度采集電路的設計

溫度采集電路采用5 V供電設計，溫度傳感器RT2以及分壓電阻5.1 kΩ。在設計過程中，根據采樣到的模擬信號TEMP傳送給智能控制器，在此過程中，智能控制器會相應地將模擬信號進行轉換，變為數字信號，然后設計人員對轉換所得的數字信號進行分析，然后以此判斷溫度值的大小。在此過程中，傳感器在不同溫度條件下的電阻值大小需要參考對應廠家的手冊。具體如圖1所示。

圖1 溫度采樣電路

3.2 報警電路的設計

對報警電路的設計，采用蜂鳴器12 V供電，BEEP信號來自智能控制器，Q9三極管作為開關，智能控制器通過控制三極管的通斷來控制蜂鳴器報警。在設計過程中，在智能控制器輸出BEEP信號5 V高電平時，Q9三極管導通，蜂鳴器工作并報警，當智能控制器輸出BEEP信號0 V低電平時，Q9三極管斷開，蜂鳴器停止工作，保持靜音狀態。具體如圖2所示。

圖2 蜂鳴器報警電路

3.3 市電輸入保護電路的設計

當繼電器12 V供電，其作為開關控制市電的通斷，同樣NPN三極管作為開關，控制繼電器的工作，RELAY信號來自智能控制器，當RELAY信號為5 V高電平時，三極管導通，繼電器工作吸合，市電接通，充電器就會工作，當RELAY信號為0 V低電平時，三極管斷開，繼電器不工作斷開，市電斷開，充電器就會停止工作。具體如圖3所示。

圖3 市電輸入保護電路

總體而言，電路是連接電動車充電器過溫報警保護系統各個環節的重要路徑，只有保障其暢通性，提升線路運轉的有效性，從而為系統的有效運行提供必要的支持。

4 電動車充電器過溫報警保護系統核心組成部件設計

電動車充電器過溫報警保護系統核心組成部件設計是本系統設計的關鍵所在，這些核心組成部件直接承擔著重要的職責，通過進行有效整合，共同形成系統的過溫報警功能體系。具體來說，核心組成部件設計主要包括4個方面。

4.1 溫度傳感器的設計

所謂溫度傳感器指的是可以有效感受到溫度，同時可以將溫度數據轉換成為能夠直接輸出信號的傳感元器件。從市面上來看，溫度測量儀有接觸式和非接觸式2大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶2類。在選擇過程中，不可盲目選擇，而是應該通過具體的試驗，并對試驗效果進行分析總結，然后選擇最適合的傳感器類型。

4.2 智能控制器的設計

智能控制器對于電動車充電器過溫報警保護系統的多個環節元器件起到良好的控制作用，從而讓整個系統可以整體運行。總體而言，智能控制器由主控芯片（單片機）及其外圍器件組成。其中，單片機是重要的部分。單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，通過應用超大規模集成電路技術加以運行，通過將具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統。由此可見，單片機的應用性能非常高，將其設計到電動車充電器過溫報警保護系統中無疑可以很好地提升系統運行的智能化水平。在電動車充電器過溫報警保護系統設計過程中，可以根據電動車充電器的運行需要，設定充電控制芯片，通過設置相應的軟件程序，讓其更好地發揮作用。該芯片還能夠基于不同客戶的需求進行必要的調整，以此提升芯片應用的效果和靈活性。在系統設計過程中，讓充電控制芯片能夠有效采樣充電電壓情況以及充電電流情況，同時可以對溫度做好采樣工作，能夠有效控制充電器的散熱風機，起到很好的散熱控制作用。與此同時，充電控制芯片還要可以有效控制充電狀態下的指示燈、報警器、市電輸入通斷器、充電時間定時、充電電壓溫度補償等，具體如圖4所示。

圖4 電動車充電器充電控制芯片

4.3 報警器的設計

電動車充電器過溫報警保護系統設計過程中，要強化對報警器的有效設計，可以采用蜂鳴器設備，并且通過應用直流電壓進行供電，并針對性地選擇壓電式蜂鳴器或者電磁式蜂鳴器，為電動車充電器過溫報警保護系統提供必要的報警服務幫助。

4.4 市電輸入通斷器的設計

4控于智能控制器，對控制器發來的信號能夠迅速做出反應，能夠及時準確地斷開電源電壓。可見，市電輸入通斷器是重要的保護裝置，在設計過程中，通過合理應用其具有的控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動，有效實現利用小電流來控制大電流，從而形成一種自動開關，當系統出現過溫警報時，市電輸入通斷器便可以進行自動調節，轉換相應的電路，從而起到非常好的保護作用，這也是電動車充電器過溫報警保護系統最終想要達到的目標。

5 產業化前景

電動車充電器過溫報警保護系統具有非常好的產業化發展前景。目前，電動車商家為了迅速占領市場，打開銷路，會積極推出價格低廉的電動車，這些電動車的安全性較差，且商家為了降低成本，并不會投入資金去完善安全保護措施。同時，很多商家在開發電動車時，將研發的重點放在了提速、美觀方面，對于安全性能方面的考慮有所欠缺。在這種情況下，電動車充電引發火災的問題較為常見，成為社會廣泛關注的問題，這也使得人們開始高度重視充電安全問題，尤其是能夠預防引起火災的電動車充電器更是用戶迫切所需。

電動車充電器過溫報警保護系統的有效設計，并不需要非常復雜的技術，只需要通過完成保護系統的設計工作，然后有效嵌入到充電器上即可。在該系統的支持下，可以在可能引發火災之前預防報警并及時切斷電源，起到保護防范的目的，且操作非常簡單快捷，需要的研發和生產成本也非常低，開發難度小，量產的難度也很小，因此無疑具有非常好的市場。此系統一經推出使用，能夠有效保障電動車的充電安全，也可以得到消費者和市場的認可，進而提升商家的良好形象，因此擁有很好的產業前景和良好的經濟效益。

6 結束語

電動車充電器過溫報警保護系統設計理念較為簡單，但是作用卻非常大，在設計過程中，合理搭配多個核心元器件，做好系統的整體協調，充分發揮各個部件的作用，能夠起到非常顯著的預防效果，值得進一步研發推廣。