汽車電源系統(tǒng)熔斷器布置方案的探討

林元新

（安徽長豐揚子汽車制造有限責(zé)任公司，安徽 滁州 239064）

據(jù)報道，汽車整車供電需求平均每10年增加10%～15%。日益增加的用電量，對汽車線路設(shè)計也提出更高的要求，由于現(xiàn)代汽車分為12 V和24 V兩種，用電量的增加體現(xiàn)在線路中的電流增加，而導(dǎo)體的電阻還是一樣存在，大的電流在導(dǎo)線中必然產(chǎn)生更多熱量，設(shè)計缺陷或者盲目改裝、加裝用電器，都會導(dǎo)致線路過熱而被燒毀，甚至燒毀車輛。為了在異常情況下有效保護(hù)線路和用電設(shè)備，線路上布置有不同規(guī)格、不同熔斷特性的熔斷器。本文探討蓄電池正極和發(fā)電機(jī)輸出端之間的熔斷器以及3種典型電路的特點。

1 熔熔斷器布置的3種方案

圖1為汽車電源系統(tǒng)熔斷器布置的3種方案，其中， I1和I2為整車用電負(fù)載 （假定I1＞I2）， Ic為蓄電池充電電流，Ib為發(fā)電機(jī)輸出電流，Ir為流過發(fā)電機(jī)熔斷器的電流。

汽車電源系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、蓄電池、用電負(fù)載構(gòu)成。汽車上的所有電能由發(fā)電機(jī)提供，現(xiàn)代汽車由于配備的用電負(fù)載的增加，發(fā)電機(jī)的功率也不斷提升，其最大輸出電流一般大于90 A。圖1所示的3種接線方案中，在車輛使用中都存在以下3種情形。

1）當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池放電。典型情形是發(fā)動機(jī)未起動、正在起動，蓄電池向起動機(jī)及其他用電負(fù)載供電。

2）當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓高于蓄電池電壓時，發(fā)電機(jī)對蓄電池充電，同時為用電負(fù)載提供電源。典型情況是汽車正常運轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)向所有用電負(fù)載供電 （起動機(jī)除外）。

3）用電負(fù)載用電量過大，超過發(fā)電機(jī)的供電能力，由蓄電池、發(fā)電機(jī)共同供電。

1.1 3種方案中Ir的大小

下面我們來看看3種不同接線情況下，流過發(fā)電機(jī)熔斷器的電流大小及方向的區(qū)別。

1）方案1 ①蓄電池單獨為起動機(jī)及其他用電設(shè)備供電:Ir=0；②發(fā)電機(jī)對蓄電池充電，同時為用電負(fù)載提供電源:Ir=I1+I2+Ic；③由蓄電池、發(fā)電機(jī)共同供電: Ir＜I1+I2。

2）方案2 ①蓄電池單獨為起動機(jī)及其他用電設(shè)備供電:Ir=I2；②發(fā)電機(jī)對蓄電池充電，同時為用電負(fù)載提供電源:Ir=I1+Ic；③由蓄電池、發(fā)電機(jī)共同供電: Ir＜I1， Ir＜ I2。

3）方案3 ①蓄電池單獨為起動機(jī)及其他用電設(shè)備供電:Ir=I1+I2；②發(fā)電機(jī)對蓄電池充電，同時為用電負(fù)載提供電源:Ir=Ic；③由蓄電池、發(fā)電機(jī)共同供電: Ir＜ I1+I2。

1.2 對3種方案的分析

從上面可以看出，3種方案流過發(fā)電機(jī)熔斷器的最大電流分別為:方案1中Ir=I1+I2+Ic，方案2中Ir=I1+Ic， 方案3中Ir=I1+I2。 可見方案1的電流Ir最大，方案3的電流Ir次之，方案2的電流Ir最小。按照正常道路車輛的使用情況，方案1的最大電流Ir的工作時間也最長。

流過熔斷器的電流過大總是不好的，大的電流一是降低保護(hù)作用，二是會增加熱量，引起導(dǎo)體過熱老化，導(dǎo)體性能下降，進(jìn)一步增加熱量，最終會發(fā)生燒毀。從這個方面考慮，流過熔斷器的電流Ir最大值越小、持續(xù)時間越短越理想。但是另一方面，在發(fā)生異常情況時熔斷器是否有效保護(hù)也是值得關(guān)注的。

有一種異常情況必須要考慮，就是由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障導(dǎo)致輸出電壓不受調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)輸出電壓失調(diào)，輸出電壓隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加而增加，引起蓄電池充電電流急劇增加，這時我們可以看看熔斷器的保護(hù)效果。由于電流過大導(dǎo)致熔斷器熔斷，線路斷開，此時3種不同方案的電路情形如下:方案1用電負(fù)載1、2等所有用電負(fù)載都得到有效保護(hù)，免受發(fā)電機(jī)高壓沖擊；方案2用電負(fù)載1得到有效保護(hù)，用電負(fù)載2仍然受發(fā)電機(jī)高壓沖擊；方案3用電負(fù)載1、2等所有用電負(fù)載都沒有得到有效保護(hù)，仍然受發(fā)電機(jī)高壓沖擊。

這種高電壓對于電子控制器這類含有大量電子元器件的用電負(fù)載是致命打擊，其用電負(fù)載回路上布置的其他熔斷器并不能起到很好的保護(hù)作用，在很短時間內(nèi)這些電子控制器就可能損壞。這種情況在電路設(shè)計上是要盡量避免的。當(dāng)然如果電子控制器內(nèi)部已經(jīng)有壓敏電阻等高壓保護(hù)措施，這種致命破壞可以避免。

2 不不同車型的熔斷器布置方案

以上可見各種方案有利有弊，這也是本人在實際工作中經(jīng)常遇到的電路設(shè)計上的困惑。查閱一些成熟車型的電路設(shè)計，以及本人參與設(shè)計的國產(chǎn)皮卡車型，其發(fā)電機(jī)回路保護(hù)熔斷器采用方案2的很普遍，部分車型采用方案1，方案3很少見。如上海大眾new polo采用本文分類中的方案1，如圖2所示。發(fā)電機(jī)B+輸出的電流經(jīng)過150A熔斷器SA1到蓄電池，然后所有的用電負(fù)載都接到蓄電池，也就是熔斷器SA1后面。

長城車系長城風(fēng)駿采用本文分類中的方案2，如圖3所示。發(fā)電機(jī)B+輸出的電流經(jīng)過100 A熔斷器L3到蓄電池，熔斷器L3兩端都有接用電負(fù)載。

而奇瑞部分車型 （如奇瑞QQ）采用完全不同的另一種方案，如圖4所示。發(fā)電機(jī)與蓄電池并沒有保護(hù)熔斷器而是在電路上直接相連。

這些車型實際電路可以查閱對應(yīng)車型維修服務(wù)手冊電路部分。由于每種方案的利弊都有，仁者見仁智者見智，具體設(shè)計可能也是一種權(quán)衡，在這里本人無法下定論，僅供參考。