电动车充电器过温报警保护系统设计的关键技术和思路分析*

阮 立 叶帅宏 朱苡琼 陈 林 石 建 傅万进

（台州市质量技术监督检测研究院 浙江 台州 318000）

引言

电动车充电器过温报警保护系统的设计，能够很好地保护电动车充电系统，使其在充电过程中可以更加高效、安全地运行。而从目前来看，由于电动车较为廉价，开发商并不愿意投入很多资金研究电动车充电器的保护系统。针对此种情况，本文就深入研究电动车充电器过温报警保护系统设计的关键技术和思路。

1 电动车充电器过温报警保护系统设计的必要性

从目前来看，我国电动车的数量在不断增多，且价格也在不断降低，其以低廉的价格和较小的体积，驾驶较为简单，得到了市场的广泛青睐，成为了普通消费者日常生活非常重要的交通工具。然而，随着我国电动车数量的不断增多，一些安全事故也时常出现，其中电动车在充电时有较大的火灾风险，火灾事故的频繁发生也给人们安全使用电动车带来了很大的隐患，且在全国各地均有案例发生，为我们敲响了安全警钟[1-2]。数据显示，80%的电动车火灾发生在充电过程中，造成人员伤亡的火灾几乎全都发生在电动车充电时段，其中，66.7%的电动车火灾发生在20时至次日05时。电动车一般夜间停放时充电，需要6～8 h，如果从 20～21 时充电，02～03 时基本充满，如果继续充电，充电器、电池就会过充、发热，有可能引起火灾。正因为如此，如何有效保护电动车充电过程中免于事故灾害，提升充电的安全性，无疑是当前人们广泛关注的问题。而想要实现这一点，不但要做好消防安全措施，提高电动车整车产品质量和电气性能安全外，还要从电动车充电的重要部件—充电器本身加以研究和改进，大多数情况下，充电引发的火灾，首当其冲的原因便是充电器问题。然而目前市场上所销售的电动车充电器几乎没有针对可能引发火灾的提前预防报警断电保护功能，因此，研究一种过温可报警可自动切断电源的电动车充电器并在市场上推广应用已刻不容缓。本次研究立足于此，深入探讨电动车充电器过温报警保护系统设计思路和关键技术，为电动车充电提供更好的保护，无疑具有非常重要的现实意义。

2 电动车充电器过温报警保护系统设计的关键技术

对电动车充电器过温报警保护系统的设计，需要整体加以把控，其由温度采集电路、蜂鸣报警电路、市电输入保护电路3大核心电路组成。温度采集电路能够有效采集充电器的外壳温度，并且将收集到的温度进行信号传输；蜂鸣报警电路则起到非常好的过温报警保护作用，如果充电器的温度过高，且达到了设定值时，此时蜂鸣报警电路就可以及时进行报警；市电输入保护电路在应用过程中，可以起到很好的保护作用。如果电动车充电器的温度过高，超过了设定值之后，该系统就会自动切断输入电源，起到及时有效的预防保护作用。在实际应用过程中，3个分电路由智能控制器来协调动作，有效控制相应元器件动作的完成[3-5]。

在设计过程中，应立足电动车充电器过温报警保护系统的基础构造，针对性地设定各个环节，在设计时一定要设定最优的温度限定值X，值得注意的是，X值既不能过高，也不能过低，如果过高，就会使得系统的报警功能出现滞后性，充电器开始过热燃烧后，系统可能还没有进行报警。如果温度过低，系统往往会出现报警断电问题，这无疑会影响电动车充电的正常运行，虽然安全得到了保障，但是却无法有效维持正常的充电操作。因此，一定要设置最佳的X值。从客观应用情况来看，这是系统设定十分关键的一环，只有这一环设置好，才能够真正使得系统具备预警的能力。为此，在设计过程中，一定要做好试验，应该多次进行反复试验，同时充分结合充电器各个元器件特别是关键元器件的应用参数及性能指标，从而合理确定X数值。同时，在设定电动车充电器过温报警保护系统时，设定为在充电器接入电池的情况下才可以工作。并且只有电池接入后才能提供电压给温度传感器、智能控制器及市电输入通断器，市电输入通断器接通后，充电器充电功能才能正常工作。与此同时，在合理设定温度传感器时，要安装于合理的位置，要通过客观分析，寻找可以作为及时有效且准确反映外壳真实温度的位置，然后在此部位安装温度传感器，从而提升传感器发挥作用的效果。而针对传感器的选择问题，在进行选择时，一定要有效保障传感器的温度值采样是客观的、可靠的。同样地，在选择报警器的过程中，要合理测试最优的分贝数值，选择能够让周围人员可以很好地听到报警器报警的声音，同时也不宜让报警器报警声音过大。另外，对于继电器的选择问题，设计过程中需要对继电器的耐压功率和寿命有清楚的认识，然后做出正确的选择，提升系统设计的有效性。

3 电动车充电器过温报警保护系统核心电路的设计

电动车充电器过温报警保护系统各个部分的元器件核心电路的设计至关重要，需要做好相应的工作，从而使保护系统更好地运转。具体分析，保护系统核心电路的设计主要集中于以下3个方面。

3.1 温度采集电路的设计

温度采集电路采用5 V供电设计，温度传感器RT2以及分压电阻5.1 kΩ。在设计过程中，根据采样到的模拟信号TEMP传送给智能控制器，在此过程中，智能控制器会相应地将模拟信号进行转换，变为数字信号，然后设计人员对转换所得的数字信号进行分析，然后以此判断温度值的大小。在此过程中，传感器在不同温度条件下的电阻值大小需要参考对应厂家的手册。具体如图1所示。

图1 温度采样电路

3.2 报警电路的设计

对报警电路的设计，采用蜂鸣器12 V供电，BEEP信号来自智能控制器，Q9三极管作为开关，智能控制器通过控制三极管的通断来控制蜂鸣器报警。在设计过程中，在智能控制器输出BEEP信号5 V高电平时，Q9三极管导通，蜂鸣器工作并报警，当智能控制器输出BEEP信号0 V低电平时，Q9三极管断开，蜂鸣器停止工作，保持静音状态。具体如图2所示。

图2 蜂鸣器报警电路

3.3 市电输入保护电路的设计

当继电器12 V供电，其作为开关控制市电的通断，同样NPN三极管作为开关，控制继电器的工作，RELAY信号来自智能控制器，当RELAY信号为5 V高电平时，三极管导通，继电器工作吸合，市电接通，充电器就会工作，当RELAY信号为0 V低电平时，三极管断开，继电器不工作断开，市电断开，充电器就会停止工作。具体如图3所示。

图3 市电输入保护电路

总体而言，电路是连接电动车充电器过温报警保护系统各个环节的重要路径，只有保障其畅通性，提升线路运转的有效性，从而为系统的有效运行提供必要的支持。

4 电动车充电器过温报警保护系统核心组成部件设计

电动车充电器过温报警保护系统核心组成部件设计是本系统设计的关键所在，这些核心组成部件直接承担着重要的职责，通过进行有效整合，共同形成系统的过温报警功能体系。具体来说，核心组成部件设计主要包括4个方面。

4.1 温度传感器的设计

所谓温度传感器指的是可以有效感受到温度，同时可以将温度数据转换成为能够直接输出信号的传感元器件。从市面上来看，温度测量仪有接触式和非接触式2大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶2类。在选择过程中，不可盲目选择，而是应该通过具体的试验，并对试验效果进行分析总结，然后选择最适合的传感器类型。

4.2 智能控制器的设计

智能控制器对于电动车充电器过温报警保护系统的多个环节元器件起到良好的控制作用，从而让整个系统可以整体运行。总体而言，智能控制器由主控芯片（单片机）及其外围器件组成。其中，单片机是重要的部分。单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，通过应用超大规模集成电路技术加以运行，通过将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。由此可见，单片机的应用性能非常高，将其设计到电动车充电器过温报警保护系统中无疑可以很好地提升系统运行的智能化水平。在电动车充电器过温报警保护系统设计过程中，可以根据电动车充电器的运行需要，设定充电控制芯片，通过设置相应的软件程序，让其更好地发挥作用。该芯片还能够基于不同客户的需求进行必要的调整，以此提升芯片应用的效果和灵活性。在系统设计过程中，让充电控制芯片能够有效采样充电电压情况以及充电电流情况，同时可以对温度做好采样工作，能够有效控制充电器的散热风机，起到很好的散热控制作用。与此同时，充电控制芯片还要可以有效控制充电状态下的指示灯、报警器、市电输入通断器、充电时间定时、充电电压温度补偿等，具体如图4所示。

图4 电动车充电器充电控制芯片

4.3 报警器的设计

电动车充电器过温报警保护系统设计过程中，要强化对报警器的有效设计，可以采用蜂鸣器设备，并且通过应用直流电压进行供电，并针对性地选择压电式蜂鸣器或者电磁式蜂鸣器，为电动车充电器过温报警保护系统提供必要的报警服务帮助。

4.4 市电输入通断器的设计

4控于智能控制器，对控制器发来的信号能够迅速做出反应，能够及时准确地断开电源电压。可见，市电输入通断器是重要的保护装置，在设计过程中，通过合理应用其具有的控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动，有效实现利用小电流来控制大电流，从而形成一种自动开关，当系统出现过温警报时，市电输入通断器便可以进行自动调节，转换相应的电路，从而起到非常好的保护作用，这也是电动车充电器过温报警保护系统最终想要达到的目标。

5 产业化前景

电动车充电器过温报警保护系统具有非常好的产业化发展前景。目前，电动车商家为了迅速占领市场，打开销路，会积极推出价格低廉的电动车，这些电动车的安全性较差，且商家为了降低成本，并不会投入资金去完善安全保护措施。同时，很多商家在开发电动车时，将研发的重点放在了提速、美观方面，对于安全性能方面的考虑有所欠缺。在这种情况下，电动车充电引发火灾的问题较为常见，成为社会广泛关注的问题，这也使得人们开始高度重视充电安全问题，尤其是能够预防引起火灾的电动车充电器更是用户迫切所需。

电动车充电器过温报警保护系统的有效设计，并不需要非常复杂的技术，只需要通过完成保护系统的设计工作，然后有效嵌入到充电器上即可。在该系统的支持下，可以在可能引发火灾之前预防报警并及时切断电源，起到保护防范的目的，且操作非常简单快捷，需要的研发和生产成本也非常低，开发难度小，量产的难度也很小，因此无疑具有非常好的市场。此系统一经推出使用，能够有效保障电动车的充电安全，也可以得到消费者和市场的认可，进而提升商家的良好形象，因此拥有很好的产业前景和良好的经济效益。

6 结束语

电动车充电器过温报警保护系统设计理念较为简单，但是作用却非常大，在设计过程中，合理搭配多个核心元器件，做好系统的整体协调，充分发挥各个部件的作用，能够起到非常显著的预防效果，值得进一步研发推广。