電動(dòng)自行車(chē)自燃分析（一）

葉震濤　黃曉東

摘要：針對(duì)電動(dòng)自行車(chē)自燃現(xiàn)狀，開(kāi)展自燃研究;發(fā)現(xiàn)存在斷路器缺陷，通過(guò)標(biāo)志檢查、試驗(yàn)驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)分析，認(rèn)為當(dāng)前斷路器結(jié)構(gòu)屬于室內(nèi)使用產(chǎn)品，不適用于電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)品。

關(guān)鍵字：斷路器;短路脫扣;過(guò)載脫扣;試驗(yàn);標(biāo)準(zhǔn)

目前銷(xiāo)售和在用的電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)品中，大部分產(chǎn)品均裝有低壓斷路器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“斷路器”），俗稱(chēng)空氣開(kāi)關(guān)。該部件連于電池與控制器之間，為電機(jī)正常運(yùn)行提供保護(hù);當(dāng)電路異常時(shí)，該部件實(shí)施過(guò)載保護(hù)或短路保護(hù);平時(shí)斷路器處于常連狀態(tài)。

近期收到某企業(yè)發(fā)來(lái)的斷路器不能正常工作的視頻。該試驗(yàn)選擇了市場(chǎng)上某款斷路器，在斷路器斷開(kāi)狀態(tài)下，將其兩端直接連通48V20Ah電池的正負(fù)極;而后將斷路器閉合，此時(shí)電路處于短路狀態(tài)（見(jiàn)圖1）。在1s內(nèi)，電線立即燃燒;時(shí)間經(jīng)過(guò)3s后，斷路器還沒(méi)有脫扣。

為此，與業(yè)內(nèi)同仁交流，均反饋斷路器質(zhì)量良莠不齊。召開(kāi)相關(guān)事項(xiàng)討論會(huì)議，參會(huì)專(zhuān)家提及：在運(yùn)行過(guò)程中，有斷路器易脫扣情況發(fā)生;但總體鮮有斷路器售后退回的情況。表象看，斷路器質(zhì)量很穩(wěn)定;但實(shí)際，沒(méi)有很好地評(píng)估斷路器工作質(zhì)量是否正常。為此，我們開(kāi)展了斷路器質(zhì)量研究，從結(jié)構(gòu)分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映，斷路器產(chǎn)品質(zhì)量堪憂。

1 工作原理

斷路器是一種開(kāi)關(guān)裝置，能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、開(kāi)斷異常回路條件下電流。斷路器具有過(guò)載、短路（和欠電壓）保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路和電源的保護(hù)。

斷路器—般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成（見(jiàn)圖2）。當(dāng)短路時(shí)，大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘。當(dāng)過(guò)載時(shí)，電流變大，發(fā)熱加劇，雙金屬片變形進(jìn)而推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。[1]

2原因排查

為了解斷路器產(chǎn)品質(zhì)量，我們利用企業(yè)和市場(chǎng)抽查的16只斷路器（其中部分樣品來(lái)自整車(chē)，部分樣品是與電動(dòng)自行車(chē)配套的），這些抽查牽涉到的整車(chē)企業(yè)涵蓋了大中小型規(guī)模。刪除相同企業(yè)生產(chǎn)的4只斷路器后，選擇了其中1 1只斷路器（見(jiàn)圖3），分析其產(chǎn)品質(zhì)量。考慮到抽查的片面性，我們刪除了企業(yè)信息，旨在了解產(chǎn)品的平均質(zhì)量水平。檢查發(fā)現(xiàn)目前部分企業(yè)只是購(gòu)買(mǎi)斷路器，未考慮使用范圍。具體問(wèn)題如下：

2.1 錯(cuò)誤使用標(biāo)準(zhǔn)：斷路器—般標(biāo)注執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB10963.，1-2005《電氣附件家用及類(lèi)似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)斷路器第1部分：用于交流的斷路器》、GB 10963.2-2008《家用及類(lèi)似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)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(biāo)注執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB10963.，1-2005，4只標(biāo)注執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB10963.2-2008，4只沒(méi)有標(biāo)注;這意味著，有近30%的產(chǎn)品用于交流電，不適用于電動(dòng)自行車(chē)。

2.2 產(chǎn)品范圍不清，企業(yè)無(wú)從選擇。

2.2.1 功率范圍寬：有一產(chǎn)品電壓范圍從12～100 V，功率范圍從350～1 200 W;

2.2.2無(wú)脫扣范圍：抽查的1 1只產(chǎn)品中有30%未標(biāo)注脫扣形式;而有2只按GB 10963.2-2008規(guī)定B級(jí)脫扣形式，直流瞬時(shí)脫扣范圍在41n

3試驗(yàn)分析

為了便于比對(duì)，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(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)電流分別為60 A、80 A、90 A、100 A、120 A。根據(jù)電動(dòng)自行車(chē)使用狀態(tài)，試驗(yàn)選擇常態(tài)、振動(dòng)、高溫、低溫四種條件下，在雅迪科技集團(tuán)有限公司，利用該企業(yè)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1常溫試驗(yàn)

該試驗(yàn)是模擬在正常使用條件下，測(cè)試斷路器脫扣時(shí)間。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：相同規(guī)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(shí)，短路脫扣;有1只斷路器在60～ 80A電流時(shí)，短路脫扣;有1只斷路器在100～120A電流時(shí)，短路脫扣;有2只斷路器在120A以上電流時(shí)，短路脫扣。

對(duì)于在60A未短路脫扣的4只斷路器，其脫扣時(shí)間有顯著差異，其中有一只斷路器可能不會(huì)脫扣。

3.2振動(dòng)試驗(yàn)

該試驗(yàn)是模擬在正常使用條件下，測(cè)試斷路器脫扣時(shí)間。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

將斷路器放置在車(chē)架前管部位，裝配方向與實(shí)際裝配方向基本相同;參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T，1880-2008《自行車(chē)車(chē)架》中電動(dòng)自行車(chē)車(chē)架振動(dòng)方法，以19.6m/s2加速度，振動(dòng)10萬(wàn)次;然后在常溫下，檢測(cè)脫扣時(shí)間。[3]試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：在60 A試驗(yàn)電流下，脫扣時(shí)間均明顯變化;有1只斷路器，變?yōu)闊o(wú)法短路脫扣狀態(tài)，該斷路器在振動(dòng)過(guò)程中，可能性能發(fā)生變化;有2只斷路器，過(guò)載脫扣時(shí)間明顯變短，有1只斷路器過(guò)載脫扣時(shí)間明顯延長(zhǎng)。

斷路器過(guò)載時(shí)，通過(guò)雙金屬片變形，帶動(dòng)一個(gè)接近25 mm長(zhǎng)的懸臂式銅片移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。該銅片過(guò)長(zhǎng).振動(dòng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生形變;裝配位置的不同，會(huì)導(dǎo)致形變方向不同，進(jìn)而造成脫扣時(shí)間的變化。為此，該類(lèi)斷路器不適用于電動(dòng)自行車(chē)。

3.3高低溫試驗(yàn)

該試驗(yàn)是模擬在夏天高溫或冬天低溫環(huán)境的使用情況。選擇60℃高溫6h，-20℃低溫2h，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：高溫狀態(tài)下，斷路器相對(duì)容易脫扣;低溫狀態(tài)下，斷路器相對(duì)難以脫扣。在低溫環(huán)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(dòng)自行車(chē)整車(chē)屬于戶外使用的交通工具，環(huán)境溫度變化明顯，冬季溫度一般在0℃以下，夏季高溫可達(dá)50℃;而斷路器的脫扣時(shí)間隨著溫度變化發(fā)生變化，不適用于電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)品。

為進(jìn)一步了解試驗(yàn)溫度恢復(fù)到常溫狀態(tài)后，脫扣時(shí)間的變化情況。再次放置—天后進(jìn)行常溫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)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(guò)載脫扣時(shí)間明顯減少，與原先的狀態(tài)完全不一致。在進(jìn)行共25次脫扣試驗(yàn)后，部分?jǐn)嗦菲饕咽А?/p>

4標(biāo)準(zhǔn)分析 （直流）斷路器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB，10963.2-2008《家用及類(lèi)似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)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(guò)220 V，額定電流不超過(guò)125 A，額定直流短路能力不超過(guò)10 000 A。[2]

其中第7條“使用的標(biāo)準(zhǔn)工作條件”規(guī)定，周?chē)諝鉁囟炔怀^(guò)40℃，下限溫度-5℃，與電動(dòng)自行車(chē)工作狀態(tài)不一致。

其中第5.3.5條“瞬時(shí)脫扣”范圍如下表4。

該瞬時(shí)脫扣直流范圍過(guò)高，如果選用這類(lèi)規(guī)格，導(dǎo)線的配線規(guī)格需要調(diào)整。

5綜述

通過(guò)對(duì)16只斷路器明示檢查、部分?jǐn)嗦菲鞯男阅苤笜?biāo)檢測(cè);這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然偏少，但能反映斷路器的總體質(zhì)量趨勢(shì)。建議如下：

斷路器一般用于室內(nèi)靜置場(chǎng)所，目前此類(lèi)結(jié)構(gòu)的斷路器不適用于電動(dòng)自行車(chē);在電動(dòng)自行車(chē)上，僅起到開(kāi)關(guān)作用;需重新開(kāi)發(fā)斷路器，建議采用熔斷器（見(jiàn)圖4）形式作為最終保護(hù)手段。熔斷器的使用，可參考汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)QC/T420-2004《汽車(chē)用熔斷器》，平板式熔斷器的特性數(shù)據(jù)和熔斷特性進(jìn)行指標(biāo)設(shè)定;建議熔斷器額定指標(biāo)應(yīng)低于電路中最大電流。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏天偉，丁明道電器學(xué)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[2]全國(guó)低壓電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)家用及類(lèi)似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010

[3]全國(guó)自行車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化中心自行車(chē)車(chē)架：QB/T，1880 -2008[S]北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008