電動車安全充電裝置

摘 要：電動車的充電裝置存在充電插口不安全和不能自動斷電等安全隱患。通過給充電插口加裝帶有探針的微動開關，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斷電功能，當蓄電池充滿電或達到設定的充電時間后，充電器能自動切斷電源，提高充電器的安全性能。

關鍵詞：電動車；安全插口；自動斷電

通過了解和調查研究，發現目前電動車充電裝置存在一些安全隱患。

其一，充電插口不安全。因為充電插口電壓多為48伏或60伏，超過安全電壓（36伏），所以會造成觸電事故。若充電插口的正負插腳被硬幣等導體碰到，如圖1，會因嚴重的短路造成劇烈的放熱，損壞設備，甚至引起火災，危及人身安全。媒體報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，充電器不能自動斷電。現在，電動車充電器大多具備防過充、防過溫和防反接等保護功能，但是沒有自動斷開220V電源的功能，可能會因長時間通電而發生火災等情況。有資料顯示，2009年至2011年，電動車火災以年均50%左右的速度上升。如果按社會保有量1.5億輛，年發生火災概率十萬分之一計算，每年發生電動車火災約1500起。

現在，我國電動車保有量已超過2.5億輛，提高電動車充電裝置的安全性很有現實意義。

1 電動車安全充電裝置的設計

針對上述問題，對充電裝置進行以下兩個方面的改進和創新。

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確監測，可以采用在充電插口后面串聯一個加裝探針的微動開關（如圖3）的辦法。

將充電插口座體的后壁中間取一個小孔，孔的大小能使探針自由通過即可，如圖4所示。將微動開關固定在充電插口座體的后面，使傳動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，能可靠地將傳動桿頂至微動開關能閉合即可。

安全充電插口的電路原理如圖5所示：

圖5中，S是微動開關。當電動車沒有充電的時候，微動開關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，從而防止出現人身觸電事故和短路的發生。

當電動車充電的時候，充電插頭的插入將充電插口中的探針頂起，探針帶動微動開關S的傳動桿將開關閉合，接通電路，實現正常充電過程。普通充電器的額定電流一般為3A左右，所以微動開關的額定電流值不能小于3A。

1.2 實現充電器自動斷電功能

為了避免充電器長時間通電帶來的危害，可以給充電器增加自動斷電功能。實現蓄電池充滿電后，充電器能自動切斷220V電源；實現定時（12小時內）充電，自動切斷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，J2是220V雙開繼電器，S2-1和S2-2是J2的常開開關，D是1N4007二極管，St是12小時機械定時開關，+12VDC電源取自充電器冷卻風扇電源。

工作原理是：

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

（2）自動斷電：當充電器“充滿指示”燈（綠燈）亮起時，輸出一個高電壓（2.4V左右），經過R1和R2分壓后，給三極管V一個0.7V左右的電壓，使三極管V導通，繼電器J1得電，常閉開關S1斷開，繼電器J2斷電，開關S2-1斷開，充電器徹底斷電。

（3）定時充電：轉動機械定時旋鈕St，充電時間可在0～12小時之間任意設定。設定時間到后，開關St斷開，繼電器J2斷電，開關S2-1斷開，充電器徹底斷電。

2 研究結果

通過研究和實踐活動，實現了電動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；實現了蓄電池充滿電或達到設定的充電時間后，充電器能自動切斷電源，提高了充電器的安全性能。

圖7是充電器加裝自動斷電功能后的外觀圖。在實際使用中，效果好，可靠性高。

3 創新意義

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

參考文獻：

[1]湯小梅，龔劍.高中科技創新與研究課性學習教程.杭州：浙江大學出版社，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：化學工業出版社，2009.

作者簡介：張高晨（2002-），男，漢族，浙江臺州人，臺州市第一中學學生，椒江區科學院小院士，獲得2項國家專利。《汽車輔助保安器》獲第31屆浙江省青少年科技創新大賽一等獎；本作品獲第32屆浙江省青少年科技創新二等獎。