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狀，開展自燃研究;發現存在斷路器缺陷，通過標志檢查、試驗驗證、標準分析，認為當前斷路器結構屬于室內使用產品，不適用于電動自行車產品。

關鍵字：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品中，大部分產品均裝有低壓斷路器（以下簡稱“斷路器”），俗稱空氣開關。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。

近期收到某企業發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（見圖1）。在1s內，電線立即燃燒;時間經過3s后，斷路器還沒有脫扣。

為此，與業內同仁交流，均反饋斷路器質量良莠不齊。召開相關事項討論會議，參會專家提及：在運行過程中，有斷路器易脫扣情況發生;但總體鮮有斷路器售后退回的情況。表象看，斷路器質量很穩定;但實際，沒有很好地評估斷路器工作質量是否正常。為此，我們開展了斷路器質量研究，從結構分析和試驗數據反映，斷路器產品質量堪憂。

1 工作原理

斷路器是一種開關裝置，能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關合、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，實現對電路和電源的保護。

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

2原因排查

為了解斷路器產品質量，我們利用企業和市場抽查的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涵蓋了大中小型規模。刪除相同企業生產的4只斷路器后，選擇了其中1 1只斷路器（見圖3），分析其產品質量?？紤]到抽查的片面性，我們刪除了企業信息，旨在了解產品的平均質量水平。檢查發現目前部分企業只是購買斷路器，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只標注執行標準為GB10963.，1-2005，4只標注執行標準為GB10963.2-2008，4只沒有標注;這意味著，有近30%的產品用于交流電，不適用于電動自行車。

2.2 產品范圍不清，企業無從選擇。

2.2.1 功率范圍寬：有一產品電壓范圍從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只產品中有30%未標注脫扣形式;而有2只按GB 10963.2-2008規定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。根據電動自行車使用狀態，試驗選擇常態、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。試驗數據如表1。

試驗數據顯示：相同規格斷路器，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。試驗數據如下：

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]試驗數據如表2。

試驗數據顯示：在60 A試驗電流下，脫扣時間均明顯變化;有1只斷路器，變為無法短路脫扣狀態，該斷路器在振動過程中，可能性能發生變化;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，進而推動機構動作。該銅片過長.振動過程中會發生形變;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境的使用情況。選擇60℃高溫6h，-20℃低溫2h，進行試驗。試驗數據如表3。

試驗數據顯示：高溫狀態下，斷路器相對容易脫扣;低溫狀態下，斷路器相對難以脫扣。在低溫環境下，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生變化，不適用于電動自行車產品。

為進一步了解試驗溫度恢復到常溫狀態后，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，如果選用這類規格，導線的配線規格需要調整。

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;這些試驗數據雖然偏少，但能反映斷路器的總體質量趨勢。建議如下：

斷路器一般用于室內靜置場所，目前此類結構的斷路器不適用于電動自行車;在電動自行車上，僅起到開關作用;需重新開發斷路器，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據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：機械工業出版社，2011

[2]全國低壓電器標準化技術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：中國輕工業出版社，2008