电动自行车频发火灾原因分析-中国江苏国际新能源电动车及零部件交易会
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电动自行车频发火灾原因分析

来源:      2018-4-20 16:13:19      点击:

      电动自行车的社会保有量已过亿,电动自行车自燃引起火灾的现象虽然相对几率较低,但由于社会保有量基数大,绝对数量还是不少。电动自行车燃烧的事故时有发生,造成社会不安定因素和给消费者带来巨大的损失。这对电动自行车整个行业来说,负面影响是不可低估的。我们的电动自行车整车制造商不能再麻木、再听之任之,不能再用自己强势的地位将大部分电动自行车燃烧的事故责任,推给充电器、电池的生产者来承受,从而规避自己的直接经济损失。
电动自行车频发生燃烧事故,决对不是正常现象, 为什么我们不查找、不分析电动自行车频发燃烧事故的内在原因,从而对症采取措施,从根本上杜绝电动自行车燃烧的事故呢?这对整个电动自行车行业健康发展也是十分重要的。我们的行业主管部门应在这问题上有所作为,电动自行车频发生燃烧而引起火灾已成为社会问题。
从我们对以下电动自行车引起火灾原因的分析,除制造工艺质量以外,我们认为电动自行车电路结构上存在安全隐患,问题出在系统设计上。

一、电动自行车不关闭主电源是引发火灾的主要原因

电动自行车在停止使用时,电门锁开关仅切断控制回路电源,电池的输出线始终与电动自行车上的电路处于接通带电状态。在这种电门锁仅关闭控制部分的电源,而不切断主电源的情况下,如果电路中有局部绝缘不好而引起短路、或电子元器件击穿引起短路,都会有引起火灾的可能。如果电门开关能切断电池与电路的联接,就几乎不可能引起电动自行车燃烧起火。

  为什么我们现在的电动自行车不关断主电源呢?这要从电动自行车的电机配置说起。在电动自行车发展的前期,我们使用的是有刷电机,电门锁开关必须通过继电器切断主电源,这是因为在有刷控制器损坏后,开关管穿通,电机与电源直通,在骑行时无法使电机停下来,形成“飞车”,引发交通事故。有刷电动自行车在关闭电门锁时,电池就会与电路脱离,电机就会停下来,避免电机失控造成严重后果。
而无刷电机就不一样了,电池电压直接加在无刷电机上是不会工作的,要通过无刷控制中的三组开关轮流导通才行。无刷控制器中的开关管损坏穿通时,无刷电机停止工作,不会产生“飞车”故障。再加上无刷电机功率比有刷电机大,适合无刷电动自行车的继电器市场上很少,于是所有的无刷电动自行车电门开关都不切断主电源。这样在整车带电的情况下,局部的故障就会引起电动自行车起火燃烧。
二、电动自行车上的空气开关不可能很好的起保护作用
也许有人会说,电动自行车的电池输出端与电路之间串接了空气过流开关,在发生短路故障时,空气开关会脱扣保护,切断电池和电路的联接。
空气开关在电动自行车上能起到短路保护作用吗?我们先了解一下空气开关特性。空气开关上标称的电流数是额定电流,并不是脱扣电流数,空气开关的脱扣电流不是一个固定的确切数字,与流过空气开关的电流大小有关。
下面图一是电动自行车上普遍采用的DZ47—63 空气开关的脱扣的曲线:

  

  

                   图一  DZ47 -63空气开关过流脱扣特性

空气开关由热敏脱扣和磁敏脱扣两部分组成。在图一中,Y轴是脱扣需要的时间,X轴是通过空气开关的电流I与额定电流In的比值。
在磁敏脱扣前,是由热敏脱扣控制的。这一阶段的特性与常见的熔断保险丝相近,工作电流的大小决定脱扣时间。从图一中可看到,2倍的额定电流时,脱扣时间是5-100秒。只有达到5-10倍额定电流,磁敏脱扣时,脱扣时间才能达到毫秒级,在电动自行车上才能很好地起到短路保护作用。
电动自行车上的空气开关如用数秒钟才脱扣,短路故障处的塑料护套线早烧起来了。电动自行车上只有与电池相连接的主干路短路,铅酸电池的内阻极小,短路电流可达几百安以上,这时空气开关才会以毫秒级的速度脱扣,迅速切断电池与电动车上的电路连接,起到短路保护的作用。
电动自行车上分支电路导线较细,线路上还有接插件,存在接触电阻,分支电路局部短路时,短路电流比电池正负极直接短路小得多,空气开关的脱扣时间就可能要数秒时间,等到空气开并脱扣时,短路回路中的塑料护套线早起火燃烧了。
如果无刷控制器损坏,开关管穿通时,就等于无刷电机的定子线圈直接连在电池正负极之间,这时的短路电流应和无刷电机的堵转电流相当,大约五、六十安,空气开关脱扣时间也是秒级的。回路着火燃烧也是可能的。
所以空气开关并不能完全起到短路故障保护的作用,有可能在电路短路起火前,来不及切断电源。

三、为什么往往电动自行车在充电时起火燃烧
充电器单独给电池充电时,燃烧的可能是极小的,除非电池内部汇流排、极板短路。充电器内部设有各种保护,自身起火燃烧的几率不大。到目前为止,那种把电池从电动车上取下来充电的简易款,还不大听说有引起火灾的例子,出事大多在轻摩化的车型上就足以证明起火燃烧与充电器和电池关系不大。
现在电动自行车结构上不切断电池和电路的连接。在充电时整个电路上的工作电压会随充电压而升高,以48V的车型为例,电路上的电压从48V一直要升到59V,控制器是按48V额定电压设计的,控制器的供给电压就会由48V升到59V,就很难保证有没有电子元器件击穿而会引起短路故障。
再说,轻摩化的电动自行车上电路永不断电,控制器中驱动电机运转的开关管始终接在通电回路中,开关管遇到品质有问题或早期失效的怎么办,我们不可能保证百分之百不坏。只要开关管失效穿通,就会形成电源回路短路,产生短路电流。这样的隐患在我们的设计中是不能允许存在的。

四、电池组内部连接也是问题之一
电池组内部电池是串联的,为方便维护和更换电池,连接线和电池电极端子不能用焊接的工艺,只能采用可装御的接插方式。由于随车骑行时震动和电池端子“爬酸”氧化,联接处的接触电阻增大,往往在骑行感不到有影响,遇有外线路短路时,由于接触电阻存在,短路电流有可能达不到5-10倍额定电流的电磁脱扣电流,端子接点处的导线先烧起来。
 如果有继电器切断电池与系统的连接,充电时这类的燃烧就不可能发生。在烧车事故中,这种由于电池电极端子接触不好而引起燃烧的比列较高。这里也提醒我们要很好的解决电池端子的连接问题,最好用紧固件固定。现在电动自行车上采用的电池正负瑞子构造是套用标准电池的,没有考虑随车行驶震动和大电流放电,如改用成紧固件连接方式,就可避免这类烧车事故。
五、电池充电器插座有安全隐患。
铅酸电池电动自行车的电池和充电接口的连接应加隔离二极管,就像锂电池那样。如图二所示

         

                                  图二
电阻R是为带安规的充电器提供检测电压。加了二极管以后,电池就不可能对外放电。这点很重要,已发生过好几起儿童拿金属硬币捣充电器接口插座,充电器接口一般没有保险丝,巨大的短路电流使硬币爆熔,儿童受到极其严重伤害的案例。
加了隔离二极管附带的好处是充电器正负极性反了,不会损坏充电器。
综上所述几点,都是关系到电动自行车的重大安全问题,我们建议和呼吁“全国电动自行车分标委会”在新的电动自行车国家标准中增加如下四条:
1、电动自行车的电池组输出端必须通过继电器与电路相连接,在停止骑行时应确保电池与电路脱离。
2、电池组内部连接线与每节电池的端子保证接触良好,不得松动。最好采用紧固件接线方式。
3、电动自行车的充电接口和电池组之间应设有隔离二极管,防止电池通过充电接口对外放电。(充电和放电共用同一接口的除外)
4、电池电极端子应采用紧固件接线方式。