电动自行车自燃分析（一）

叶震涛　黄晓东

摘要：针对电动自行车自燃现状，开展自燃研究;发现存在断路器缺陷，通过标志检查、试验验证、标准分析，认为当前断路器结构属于室内使用产品，不适用于电动自行车产品。

关键字：断路器;短路脱扣;过载脱扣;试验;标准

目前销售和在用的电动自行车产品中，大部分产品均装有低压断路器（以下简称“断路器”），俗称空气开关。该部件连于电池与控制器之间，为电机正常运行提供保护;当电路异常时，该部件实施过载保护或短路保护;平时断路器处于常连状态。

近期收到某企业发来的断路器不能正常工作的视频。该试验选择了市场上某款断路器，在断路器断开状态下，将其两端直接连通48V20Ah电池的正负极;而后将断路器闭合，此时电路处于短路状态（见图1）。在1s内，电线立即燃烧;时间经过3s后，断路器还没有脱扣。

为此，与业内同仁交流，均反馈断路器质量良莠不齐。召开相关事项讨论会议，参会专家提及：在运行过程中，有断路器易脱扣情况发生;但总体鲜有断路器售后退回的情况。表象看，断路器质量很稳定;但实际，没有很好地评估断路器工作质量是否正常。为此，我们开展了断路器质量研究，从结构分析和试验数据反映，断路器产品质量堪忧。

1 工作原理

断路器是一种开关装置，能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、开断异常回路条件下电流。断路器具有过载、短路（和欠电压）保护功能，实现对电路和电源的保护。

断路器—般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成（见图2）。当短路时，大电流产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热加剧，双金属片变形进而推动机构动作。[1]

2原因排查

为了解断路器产品质量，我们利用企业和市场抽查的16只断路器（其中部分样品来自整车，部分样品是与电动自行车配套的），这些抽查牵涉到的整车企业涵盖了大中小型规模。删除相同企业生产的4只断路器后，选择了其中1 1只断路器（见图3），分析其产品质量。考虑到抽查的片面性，我们删除了企业信息，旨在了解产品的平均质量水平。检查发现目前部分企业只是购买断路器，未考虑使用范围。具体问题如下：

2.1 错误使用标准：断路器—般标注执行标准为GB10963.，1-2005《电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器》、GB 10963.2-2008《家用及类似场所用过电流保护断路器第2部分：用于交流和直流的断路器》。抽查了11只断路器，其中3只标注执行标准为GB10963.，1-2005，4只标注执行标准为GB10963.2-2008，4只没有标注;这意味着，有近30%的产品用于交流电，不适用于电动自行车。

2.2 产品范围不清，企业无从选择。

2.2.1 功率范围宽：有一产品电压范围从12～100 V，功率范围从350～1 200 W;

2.2.2无脱扣范围：抽查的1 1只产品中有30%未标注脱扣形式;而有2只按GB 10963.2-2008规定B级脱扣形式，直流瞬时脱扣范围在41n

3试验分析

为了便于比对，从16只断路器中，挑选了6只40A的断路器;选择1.5倍、2.0倍、2.25倍、2.5倍、3倍额定电流进行试验，对应的试验电流分别为60 A、80 A、90 A、100 A、120 A。根据电动自行车使用状态，试验选择常态、振动、高温、低温四种条件下，在雅迪科技集团有限公司，利用该企业设备进行试验。

3.1常温试验

该试验是模拟在正常使用条件下，测试断路器脱扣时间。试验数据如表1。

试验数据显示：相同规格断路器，短路脱扣电流不同;有1只断路器在60A以下电流时，短路脱扣;有1只断路器在60～ 80A电流时，短路脱扣;有1只断路器在100～120A电流时，短路脱扣;有2只断路器在120A以上电流时，短路脱扣。

對于在60A未短路脱扣的4只断路器，其脱扣时间有显著差异，其中有一只断路器可能不会脱扣。

3.2振动试验

该试验是模拟在正常使用条件下，测试断路器脱扣时间。试验数据如下：

将断路器放置在车架前管部位，装配方向与实际装配方向基本相同;参考行业标准QB/T，1880-2008《自行车车架》中电动自行车车架振动方法，以19.6m/s2加速度，振动10万次;然后在常温下，检测脱扣时间。[3]试验数据如表2。

试验数据显示：在60 A试验电流下，脱扣时间均明显变化;有1只断路器，变为无法短路脱扣状态，该断路器在振动过程中，可能性能发生变化;有2只断路器，过载脱扣时间明显变短，有1只断路器过载脱扣时间明显延长。

断路器过载时，通过双金属片变形，带动一个接近25 mm长的悬臂式铜片移动，进而推动机构动作。该铜片过长.振动过程中会发生形变;装配位置的不同，会导致形变方向不同，进而造成脱扣时间的变化。为此，该类断路器不适用于电动自行车。

3.3高低温试验

该试验是模拟在夏天高温或冬天低温环境的使用情况。选择60℃高温6h，-20℃低温2h，进行试验。试验数据如表3。

试验数据显示：高温状态下，断路器相对容易脱扣;低温状态下，断路器相对难以脱扣。在低温环境下，有2只断路器，短路脱扣电流明显变大，其短路脱扣功能可能失效。

电动自行车整车属于户外使用的交通工具，环境温度变化明显，冬季温度一般在0℃以下，夏季高温可达50℃;而断路器的脱扣时间随着温度变化发生变化，不适用于电动自行车产品。

为进一步了解试验温度恢复到常温状态后，脱扣时间的变化情况。再次放置—天后进行常温试验，试验结果显示2只断路器短路脱扣电流在60 A以下，2只断路器过载脱扣时间明显减少，与原先的状态完全不一致。在进行共25次脱扣试验后，部分断路器已失效。

4标准分析 （直流）断路器执行标准为GB，10963.2-2008《家用及类似场所用过电流保护断路器第2部分：用于交流和直流的断路器》。其中单极断路器额定直流电压不超过220 V，额定电流不超过125 A，额定直流短路能力不超过10 000 A。[2]

其中第7条“使用的标准工作条件”规定，周围空气温度不超过40℃，下限温度-5℃，与电动自行车工作状态不一致。

其中第5.3.5条“瞬时脱扣”范围如下表4。

该瞬时脱扣直流范围过高，如果选用这类规格，导线的配线规格需要调整。

5综述

通过对16只断路器明示检查、部分断路器的性能指标检测;这些试验数据虽然偏少，但能反映断路器的总体质量趋势。建议如下：

断路器一般用于室内静置场所，目前此类结构的断路器不适用于电动自行车;在电动自行车上，仅起到开关作用;需重新开发断路器，建议采用熔断器（见图4）形式作为最终保护手段。熔断器的使用，可参考汽车标准QC/T420-2004《汽车用熔断器》，平板式熔断器的特性数据和熔断特性进行指标设定;建议熔断器额定指标应低于电路中最大电流。

参考文献：

[1]夏天伟，丁明道电器学[M]北京：机械工业出版社，2011

[2]全国低压电器标准化技术委员会家用及类似场所用过电流保护断路器第2部分：用于交流和直流的断路器：GB，10963.2-2008[S]北京：中国标准出版社，2010

[3]全国自行车标准化中心自行车车架：QB/T，1880 -2008[S]北京：中国轻工业出版社，2008