我堂哥是個(gè)外賣員，曾經(jīng)兩次因電動(dòng)車掉電自動(dòng)減速，沒能按時(shí)將快餐送達(dá)被顧客投訴，差點(diǎn)失去工作。得知這件事后，我就思考：怎樣才能使電動(dòng)車在騎行時(shí)不掉電？

我從摩托車的正副油箱得到啟發(fā)，思考能否為電動(dòng)車增設(shè)一個(gè)副電池來增加電池容量。在老師的指導(dǎo)下，我開始了本項(xiàng)目的研究。

一、設(shè)計(jì)目的

當(dāng)電動(dòng)車蓄電池容量下降到60%時(shí)，可進(jìn)行能耗報(bào)警；研制蓄電池自充式充電器，方便在行駛途中就地給電動(dòng)車充電，達(dá)到增程目的。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）第一次設(shè)計(jì)

副電池用3.7 V的18650鋰電池，通過升壓電路使電壓升高到48 V，給電動(dòng)車蓄電池充電。一節(jié)3.7 V的18650鋰電池輸出電流為2.5 A，而電動(dòng)車放電電流在起步、爬坡、越坎時(shí)的電流為11 A左右，勻速行駛時(shí)電流為7 A左右。

本方案的輸出電流約為輸入電流的4倍，易損傷電池，輸出電壓也不穩(wěn)定，且升壓電路用分立元件，可靠性低、功耗高、故障多，不宜用于電動(dòng)車的增程設(shè)計(jì)。在科技老師的指導(dǎo)下，我開始第二次設(shè)計(jì)。

（二）第二次設(shè)計(jì)

我拜訪了電動(dòng)車控制器供應(yīng)商唐叔叔，了解電動(dòng)車的充電電路，并采納了他的建議：將輸入電壓提高到12 V并穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，保證穩(wěn)定的DC升壓電路模塊的輸入電壓；采用濾波電容對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波，減少輸入電壓的紋波，使電壓更平穩(wěn)。

通過改變開關(guān)管的開關(guān)頻率，可調(diào)節(jié)升壓電路模塊的輸出電壓。當(dāng)開關(guān)頻率增加時(shí)，電感中儲(chǔ)存的電能更快地釋放，產(chǎn)生更高的輸出電壓；當(dāng)開關(guān)頻率降低時(shí)，電感中儲(chǔ)存的電能會(huì)緩慢地釋放，產(chǎn)生更低的輸出電壓。我更換較大功率的DC-DC升壓模塊LT8390 IC，優(yōu)化電子設(shè)備中的電路結(jié)構(gòu)，使負(fù)載電流分布更均勻。此電路可輸出多種電壓，是一種較理想的升壓電路。

我還研制了電能消耗報(bào)警器、電能補(bǔ)給裝置，通過連接和組裝以上主要部件，能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置就做好了。

三、裝置制作

我繪制了DC升壓模塊設(shè)計(jì)圖，請(qǐng)專業(yè)人員制作DC升壓模塊。我觀察到其具體制作步驟為：制作線路板，將微小型電子元器件貼在線路板上，將帶引腳的電子元器件焊接到線路板上。

將輸入限流保護(hù)器的兩個(gè)端口分別接在電源負(fù)極、DC升壓模塊的輸入端。將輸入顯示器的三個(gè)端口分別接在電源正極、輸入限流保護(hù)器的輸出端、DC升壓模塊的輸入端。用導(dǎo)線將DC升壓模塊與輸入、輸出限流保護(hù)器連接。將輸出限流保護(hù)器的兩個(gè)端口分別接在電源正極、DC升壓模塊的輸出端。將輸出顯示器的三個(gè)端口分別接在電源負(fù)極、輸出限流保護(hù)器的輸出端、DC升壓模塊的輸出端。

在萬能線路板上焊接電阻（10千歐、56千歐）、電容（0.01 uF、1 uF）、蜂鳴器、RC觸發(fā)器NE555、電壓比較器和電源。

用導(dǎo)線連接手剎、繼電器、電機(jī)、LED燈泡、電源連接頭并固定在平板上，將飛輪（大飛輪直徑10 cm，小飛輪直徑5 cm）固定，并用皮帶連接小飛輪與電機(jī)。

四、測(cè)試

（一）實(shí)驗(yàn)室電子負(fù)載模擬測(cè)試

將電流表、電壓表接在充放電升壓裝置的輸入、輸出電路中，接通10 V電源，給備用低電壓蓄電池充電，測(cè)試充放電升壓裝置負(fù)載時(shí)的輸入及輸出的電流、電壓等。

通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試后計(jì)算得知，充放電升壓裝置的工作效率高，能耗小，適用于電動(dòng)車的增程技術(shù)。

（二）能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置實(shí)地測(cè)試

測(cè)試前，我走訪了平江縣小戴電動(dòng)車行戴正軍師傅，得知電動(dòng)車每節(jié)12 V電池的飽和電壓高達(dá)14 V。如24 V的電動(dòng)車充滿電后電壓約為28 V，80%的容量時(shí)，電壓為25.2 V，浮充電壓約為27 V；60%的容量時(shí)，電壓約為23.4 V，浮充電壓約為26 V。

我以常見電動(dòng)車車型的24 V、48 V蓄電池為例，進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。當(dāng)電池容量降到80%或60%時(shí)，將增程裝置安裝在電動(dòng)車上，將電池轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到電動(dòng)車蓄電池端，接通蓄電池與增程裝置。用一字螺絲刀擰電壓調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)輸出電壓，擰加電旋鈕，讓電動(dòng)車運(yùn)行。記錄運(yùn)行和未充電時(shí)輸入、輸出顯示器上的電流、電壓、功率值。

通過對(duì)電動(dòng)車實(shí)地測(cè)試后計(jì)算得知，能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置的工作效率高、能耗小，適用于電動(dòng)車的增程技術(shù)。

（三）電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程測(cè)試

平江縣小戴電動(dòng)車行老板為我聯(lián)系到6名電動(dòng)車車主，又提供了10臺(tái)全新的某品牌電動(dòng)車讓我做測(cè)試，并同意在該電動(dòng)車行建立平江二中科研基地。同時(shí)唐叔叔公司的專業(yè)人員按照我提供的樣板加工了9套增程裝置，免費(fèi)提供給我用于測(cè)試。

我將副電池儲(chǔ)能至滿容量后安裝在電動(dòng)車上，在包含5段50 m的20°斜坡的柏油路面上進(jìn)行測(cè)試。

將10臺(tái)充滿電的新電動(dòng)車分別按1—10號(hào)編號(hào)，將加工好的增程裝置安裝在電動(dòng)車上，電池轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到電動(dòng)車蓄電池檔，記錄電動(dòng)車行駛前里程表讀數(shù)。挑選60 kg±1 kg體質(zhì)量相當(dāng)?shù)臏y(cè)試駕駛員10名，分別駕駛電動(dòng)車在既定的線路上行駛。

當(dāng)?shù)谝淮温牭诫娔芟膱?bào)警器報(bào)警時(shí)，記錄此時(shí)電動(dòng)車?yán)锍瘫碜x數(shù)。將電池轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至增程裝置，副電池給蓄電池充電，電動(dòng)車正常行駛。當(dāng)再次聽到報(bào)警時(shí)，記錄第二次報(bào)警時(shí)電動(dòng)車?yán)锍瘫淼淖x數(shù)。

用第一次報(bào)警時(shí)里程表的讀數(shù)減去行駛前里程表的讀數(shù)，就等于電動(dòng)車正常行駛的里程。用第二次報(bào)警時(shí)里程表的讀數(shù)減去第一次報(bào)警時(shí)里程表的讀數(shù)，就等于電動(dòng)車增加的里程。

通過實(shí)地測(cè)試?yán)m(xù)航里程并計(jì)算得知，某品牌的電動(dòng)車能正常行駛60 km左右，安裝能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置后，可增加12.5 km里程。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

本裝置基于DC升壓和蓄電池充電、放電原理，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車增程。

設(shè)計(jì)電能消耗報(bào)警器，當(dāng)電池容量達(dá)到下限時(shí)能進(jìn)行能耗預(yù)報(bào)警；探究了電動(dòng)車增程裝置中的能量來源、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念；基于電子電路的增程設(shè)計(jì)、機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的自充式設(shè)計(jì)，以及峰鳴器預(yù)警結(jié)構(gòu)的電能消耗報(bào)警設(shè)計(jì)組合，對(duì)電動(dòng)車的發(fā)展具有積極意義。

因電能有限，能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置目前只適用于電動(dòng)自行車的供能增程。后期我將探究用于電動(dòng)公交車、電動(dòng)私家車的增程裝置。（指導(dǎo)老師：朱擁軍" "曾尚林" "劉海寬）

專家點(diǎn)評(píng)

喻濤林同學(xué)的一種能耗報(bào)警自充式電動(dòng)車增程裝置，是一件改進(jìn)型的發(fā)明作品。從其發(fā)明的選題方式分析，屬于缺點(diǎn)列舉法，即運(yùn)用批判性思維，針對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)車行駛過程中電能消耗情況未知，因電能耗盡后減速或突然停止等缺點(diǎn)，進(jìn)行改進(jìn)發(fā)明的思路。從其解題方式分析，其借助已有的電子報(bào)警、摩托車雙油箱結(jié)構(gòu)等，主要運(yùn)用移植發(fā)明法、組合發(fā)明法與集成式創(chuàng)新法等，使該項(xiàng)目達(dá)到較高的技術(shù)與應(yīng)用水準(zhǔn)。

這里特別指出的是，喻濤林同學(xué)有著良好的科技視野，遠(yuǎn)離“閉門造車”窠臼，將“自動(dòng)充電電動(dòng)車”“一種電動(dòng)車增程裝置”“一種電動(dòng)車快充增程裝置”等新專利技術(shù)、原理、結(jié)構(gòu)等，在項(xiàng)目中進(jìn)行集成式地創(chuàng)新應(yīng)用。

這種集成式創(chuàng)新方法不是模仿、抄襲或簡(jiǎn)單復(fù)制，而是廣泛吸納多種資源為項(xiàng)目所用，把各種簡(jiǎn)單的技術(shù)要素和技術(shù)思路集成在一起，取得“1+1＞2”的效果。它在現(xiàn)代企業(yè)中已普遍應(yīng)用，我們不妨也一顯身手。

（欄目編輯" 秦銀銀）