一种防止电动自行车充电口短路的电路设计

韦平安

(拉萨师范高等专科学校，西藏 拉萨 850007)

一种防止电动自行车充电口短路的电路设计

韦平安

(拉萨师范高等专科学校，西藏 拉萨 850007)

本文通过在电动自行车充电口部分中引入一个简单实用电路，通过改进后的电路方式，对预防由于充电口电路短路故障引发的安全隐患有一定的作用，增强了电动自行车使用过程中的安全性和稳定性。

电动自行车；充电口；短路；安全

1 概述

电动自行车，是指在普通自行车的基础上以蓄电池作为辅助能源，安装了驱动电机、控制器、蓄电池、转把等部件的一种个人交通工具。随着近年来关键技术方面的突破，以及电动自行车的性能不断完善，加上电动自行车具有快捷方便、绿色环保和性价比高等优点，不论是在城市或者农村，电动自行车逐渐替代摩托车和自行车，成为很多家庭的出行代步工具，给人们的日常生活带来了极大的便利。据调查发现，市面上的电动车都普遍存在一个问题：电动车充电口的线路是直接连接蓄电池的正负极，在某些情况下一些导电材料接触到充电口时有可能会造成电路短路并引发烧伤、火灾的安全事故。针对这一隐患，本文提出了一个比较简单的解决方法。

2 电路设计

为了解决充电口的安全隐患，我们以48V20AH蓄电池为例设计了一个简单的充电口电路。电路如图1所示。

图1 改进后的电路

其中B1为48 V电池，FU1为快速熔断保险丝，SW1、SW2为开关，SW1参与电路安全保护，SW2只是参与电路演示，实际电路中不使用。D1为红色发光二极管，R1为限流电阻。

2.1 短路保护电路

短路保护电路由两个电子元器件组成，分别是开关SW1和保险丝FU1，其电路工作原理是：开关SW1接在蓄电池和充电接口之间，当电动车充电完成后，或者在平时使用电动车的时候，将开关SW1断开，使得蓄电池和充电接口之间形成开路状态，这样在充电口不小心发生正负极短接(开关SW2闭合)时就不会发生短路的情况。当忘记断开开关SW1的时候，同样会引发短路，因此在SW1和蓄电池之间加入FU1快速熔断保险丝，当充电口发生短路(开关SW2闭合)的时候，保险丝快速自熔断，使得电路处于开路状态，防止短路故障恶化，如图2所示。48V20AH蓄电池的充电电流一般为2 A，而且随着充电时间的推进，充电电流会逐渐变小，选用熔断电流为3 A(大于充电电流2 A，有一定的富余量)的保险丝，以避免给电动车充电时保险丝发生有害熔断。

图2 保险丝熔断

2.2 保护开关忘关警示

为了防止忘记断开开关SW1，选用红色(红色光比较醒目，警示更明显)发光二极管D1和限流电阻R1组成一个开关忘关提示电路。工作原理如下：当安全保护开关SW1忘记断开时，红色D1灯亮起(电动车进行充电的时候D1也会亮)，提示SW1开关未断开，如图3所示。当断开SW1后红色警示灯熄灭。

图3 灯光警示电路

关于限流电阻取值选取：一般情况下发光二极管的压降Uf是比较固定的，红色为1.6 V左右，绿色有2 V和3 V两种，黄色和橙色约为2.2 V，蓝色为3.2 V左右[1]。对于常用的几毫米大小的发光二极管，其工作电流I一般在2 mA至20 mA之间，一般不超过25 mA，电流越大亮度越高，电流过大的话会烧坏发光管，所以必须在电路中增加一个限流电阻。限流电阻的计算公式如式(1)所示，用电源电压U减去二极管的压降Uf，再除以设定的工作电流I，就得出限流电阻R的阻值[3]。

R=(U-Uf)/I.

(1)

假定I=10 mA，Uf=1.6 V，U=48 V；代入公式(1)：

R=(48-1.6)V/10 mA=4.64 kΩ .

所以我们选取标准电阻中的4.7 kΩ作为限流电阻。

3 进一步完善电路

图1的电路确实一定程度上防止了充电口短路，但是当SW1忘记断开的时候，也有可能发生短路，从而引起FU1熔断，安全系数仍不够高。因此我们将图1电路进一步加以改进。增加一个二极管D2，利用二极管正向导通，反向截止的单向导电特性[2]。原理如下：当给电动车充电时，D2正向导通，此时电瓶充电。当充电器接口短接时，D2在电路中反向截止，避免了短路故障的发生，如图4所示。D2的选用：尽量选择正向导通电压小的二极管，以

减少二极管压降对充电电路的影响，要确保其正向额定电流是电动车充电电流1.5倍以上。反向耐压值是蓄电池标称电压的1.5倍以上(对于48 V电池，应选用反向耐压值大于等于80 V的二极管)。因为电动车的电池电压各不相同，可以根据实际情况选用合适的元件。因为二极管的加入，在充电过程中，必然会消耗一定的电量，但是相对于安全来说，其影响是次要的。

图4 进一步改进后的电路

4 总结

针对传统充电接口的安全缺陷，改进后的电路，只需要5个元器件，结构简单，成本低廉，大大降低了短路事故的发生；能够很好地改善电动车的安全性能，同时对电动车使用者提供了更完善的安全用电保障；是一个比较经济实用的电路。只要有一定的实践动手能力就可以自己对现行的电动车接口线路进行改装，我们更希望电动车的厂家在生产的时候将类似的保护功能添加到车辆的系统中。该电路也不是很完善，还可以进一步的改进。比如电路中只有灯光警示，今后还可以增加声音报警功能等。

[1] 韩雪涛，韩广兴，吴瑛.电子电路识图元器件检测速成全图解[M].北京：化学工业出版社，2014.1.

[2] 孙立群.电子元器件识别与检测完全掌握[M].北京：化学工业出版社，2014.6.

[3] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第5版.北京：高等教育出版社，2015.7.

A Circuit Design to Prevent Short Circuit of Electric Bicycle Charge Jack

Wei Pingan

(LhasaNormalCollege,TibetLhasa850007,China)

This article introduces a simple and practical circuit in the electric bicycle Charge Jack part, by the improved circuit, it can prevent the hidden danger caused by the short circuit fault of Charge Jack, and enhance the security and stability in the using process of electric bicycle.

electric bicycle; Charge Jack; Short circuit; security

2017-01-09

韦平安(1981- )，男，广西宾阳人，讲师，研究方向：数字信号处理。

1674- 4578(2017)01- 0054- 02

TM645

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