汽車電源分配介紹

白樹立，劉永艷，王靜毅，王秀錦

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

汽車電源分配介紹

白樹立，劉永艷，王靜毅，王秀錦

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為了增加整車舒適性和安全性，電器設(shè)備在整車上的運(yùn)用也越來越廣泛，因此在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中計(jì)算出合理汽車電器電源分配，是保障整車所有用電器件安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)保證整車電器配置原理設(shè)計(jì)的正確很重要。文中詳細(xì)介紹了整車電源分配策略，通過具體實(shí)例說明了整車電源分配架構(gòu)。

電器配置；電源分配；原理設(shè)計(jì)

0 前言

由整車的成本目標(biāo)和競爭車型的電器功能方面的分析，電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員需掌握該新開發(fā)車型電器方面的技術(shù)要求，確定此車的不同配置車型 （基本型、舒適型、豪華型）的電器配置，并確定該車有可能的改型車的電器方面的配置要求，在整車電源分配上盡可能地考慮預(yù)留、通用，這樣就可以在改型車后期滿足電器設(shè)備用電量預(yù)留。

1 電源分配控制策略

在概念設(shè)計(jì)期間，需要勾畫出整車的控制策略框架，計(jì)算整車電路系統(tǒng)大概包括哪些用電單元，功率多大，用電單元采取何種控制方式，如何控制？需體現(xiàn)出保險(xiǎn)絲、繼電器及其所掛負(fù)載的連接關(guān)系，同時(shí)需要對(duì)整車的用電器進(jìn)行初步確定，并設(shè)計(jì)整車電源分配圖，計(jì)算出需要的電源分配中心、電源系統(tǒng)來滿足整車電器的需求。

電源分配圖是反映整車熔斷絲以及繼電器同用電設(shè)備之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖紙。常規(guī)電源分配圖一般由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火開關(guān)、熔斷絲、繼電器、導(dǎo)線、負(fù)載等幾個(gè)部分組成，各部分注意事項(xiàng)如下：

（1）熔斷絲應(yīng)標(biāo)明名稱、容量和類型；

（2）繼電器應(yīng)注明功率、繪制出控制圖；

（3）導(dǎo)線應(yīng)注明導(dǎo)線截面積，如有可能線號(hào)及顏色可以標(biāo)注上去；

（4）在圖紙繪制布局時(shí)盡量保證同一熔斷絲控制單元電路繪制在一起，避免交叉布置，這樣可以為后期熔斷絲盒的設(shè)計(jì)提供很大便利。

2 電源分配設(shè)計(jì)架構(gòu)

對(duì)于一個(gè)新開發(fā)車型，一般按照?qǐng)D1所示流程逐步完成整車電源分配流程圖，根據(jù)整車的配置、性能指標(biāo)、功能，完成電源系統(tǒng)功能分解，其功能是：整車供電、充電、起動(dòng)機(jī)等。圖2所示為某車型電源系統(tǒng)分配架構(gòu)示例。

2.1 配置表

配置表是一項(xiàng)至關(guān)重要的文件，它對(duì)該新車型的所有子系統(tǒng)的開發(fā)都起到至關(guān)重要的作用。就整車電器而言，配置表分解會(huì)影響到整車電器零部件采用情況，幫助設(shè)計(jì)者在項(xiàng)目初期對(duì)整車電器有總體上的、較為具體的把握，同時(shí)為整車控制策略的確定、電器盒的選型、電源分配、原理設(shè)計(jì)、三維線束布線、二維線束圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等方面，同時(shí)為整車電器控制策略的確定、負(fù)載選型提供依據(jù)。

就電源分配設(shè)計(jì)而言，要對(duì)配置表逐條進(jìn)行分析，所有涉及電路部分均應(yīng)被單獨(dú)羅列出來，以便下一步的負(fù)載設(shè)備確定，在配置分析時(shí)要注意以下幾項(xiàng)：

（1）分析整理用電設(shè)備應(yīng)以配置表上的最高配置來實(shí)施，電源分配圖是后期進(jìn)行配電盒設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，一般來說高配車型所用到的繼電器盒熔斷絲數(shù)量要高于低配車型，如果按照低配車型設(shè)計(jì)電源分配，在設(shè)計(jì)高配車型時(shí)，配電盒預(yù)留的熔斷絲和繼電器數(shù)量就無法滿足。

（2）低配車型所用到的熔斷絲或繼電器反而比高配車型多的情況比較少見，但也不代表沒有，隨著電氣技術(shù)模塊化、集成化，繼電器和熔斷絲由模塊自帶，而低配車型無此模塊需要繼電器盒提供安裝位置，這也是在電源系統(tǒng)分配設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素。

2.2 負(fù)載設(shè)備確定

2.2.1 負(fù)載設(shè)備室

對(duì)整車電器系統(tǒng)作進(jìn)一步分析，為電源分配圖提供更直接依據(jù)，該步需要從用電設(shè)備單元原理圖知道該設(shè)備采用的電源控制方式及控制邏輯。以收音機(jī)為例說明負(fù)載設(shè)備繼電器和保險(xiǎn)絲的確定過程，如表1所示。

表1 收音機(jī)配置信息

收音機(jī)是把電臺(tái)發(fā)射的無線電波中的音頻信號(hào)取出來，加以放大，然后通過揚(yáng)聲器還原出聲音。具體講：從天線接收到電臺(tái)的高頻信號(hào)，通過輸入回路選出其中需要的電臺(tái)信號(hào)送入變頻級(jí)的基極，同時(shí)，由本機(jī)振蕩器產(chǎn)生高頻等幅波信號(hào)，其頻率高于被選電臺(tái)載波送入變頻級(jí)的發(fā)射極，二者通過晶體管的非線性變換，將高頻調(diào)幅波變換成中頻調(diào)幅波信號(hào)。變換后的中頻信號(hào)通過變頻級(jí)集電極接的LC并聯(lián)回路，被送到中頻放大器，放大后，再送入檢波器進(jìn)行幅度檢波，然后通過低頻電壓放大和功率放大，再去推動(dòng)揚(yáng)聲器，還原出聲音。此系統(tǒng)工作由設(shè)備電路板內(nèi)部處理完成，所以該系統(tǒng)沒有用到繼電器保護(hù)。

2.2.2 搭鐵點(diǎn)負(fù)載確定

示意圖上需表達(dá)出搭鐵點(diǎn)在整車上所處的大致位置，同時(shí)需附加表格以表達(dá)出某搭鐵點(diǎn)上所掛負(fù)載，如圖3所示某車型搭鐵示意圖。

2.2.3 接地分配

接地點(diǎn)分配，主要遵循以下幾個(gè)原則：

整車電器件采用就近共用搭鐵點(diǎn)的原則，但針對(duì)ECU、安全氣囊、ABS等影響整車安全性的電器件和音響、油位傳感器等對(duì)干擾較敏感的電器件，要求單獨(dú)搭鐵。大電流負(fù)載 （電機(jī)等）和小電流負(fù)載 （傳感器等）要求分開搭鐵。

搭鐵位置的確定應(yīng)遵循：

（1）搭鐵點(diǎn)盡量布置在容易維護(hù)的地方，便于搭鐵點(diǎn)維護(hù)；

（2）選擇就近搭鐵。即在用電器附近搭鐵，這樣就可以將在某一范圍內(nèi)的用電器的地線合并在一起；

（3）對(duì)燈具、風(fēng)扇等電器電路中的搭鐵，可以在線束中設(shè)計(jì)一個(gè)打卡點(diǎn)，然后再連接到車身上搭鐵點(diǎn)，就可以減少導(dǎo)線的使用，降低線束的直徑與質(zhì)量；

（4）對(duì)于控制單元、傳感器、儀表等電路的搭鐵，為避免搭鐵信號(hào)的干擾，應(yīng)直接從電器件引線到搭鐵點(diǎn)；

（5）搭鐵位置優(yōu)先選擇在各主要的梁上，除非特殊情況外，不允許使用支架搭鐵，避免搭鐵不良；

（6）遵守一些電器件搭鐵的特殊要求。如發(fā)動(dòng)機(jī)的搭鐵要求在距離控制模塊200 mm以內(nèi)，應(yīng)該優(yōu)先滿足。

2.3 回路保護(hù)分級(jí)

以表2所示某車型發(fā)電機(jī)正極回路熔斷絲為例 （前艙電器盒部分）。

（1） 一級(jí)保護(hù)

表2 前艙電器盒一級(jí)保護(hù)

（2） 二級(jí)保護(hù)

表3所示為儀表電器盒總?cè)蹟嘟z次級(jí)保護(hù) （儀表電器盒部分）。

（3） 三級(jí)保護(hù)

表4所示為點(diǎn)火開關(guān)熔斷絲次級(jí)保護(hù) （點(diǎn)火開關(guān)部分）。

表4 點(diǎn)火開關(guān)熔斷絲次級(jí)保護(hù)

2.4 建立電源屬性表

建立電器屬性表是一個(gè)數(shù)據(jù)收集過程，收集數(shù)據(jù)只是為了更好地設(shè)計(jì)電源分配圖，屬性表內(nèi)容應(yīng)至少包括供應(yīng)商信息，各針腳額定電壓／電流、峰值電壓／電流、堵轉(zhuǎn)電流 （電動(dòng)機(jī)類），接插件型號(hào)、供電模式等。

2.5 整車電源功率表確定

表5所示為某車型電源功率確定表示例 （前艙部分）。

表5 某車型電源功率確定

各電器件具體采用何種工作電源模式需由工程師同供應(yīng)商討論確定，可參考上述常用電器件的分配原則。同時(shí)要考慮到點(diǎn)火開關(guān)的耐電流值是有限的，故在進(jìn)行電源分配時(shí)要將額定工作電流較大的電器件采用繼電器控制的方法掛到相應(yīng)的開關(guān)擋位上，這樣既可以滿足該件對(duì)電源的要求，也不會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火開關(guān)的工作電流過大，從而導(dǎo)致開關(guān)燒蝕的現(xiàn)象。待電源模式確定后即可進(jìn)行保險(xiǎn)絲及繼電器的選型設(shè)計(jì)

點(diǎn)火開關(guān)各擋位負(fù)載分配原則及各負(fù)載如下：

常電 （30電）。由蓄電池直接供電，無論點(diǎn)火開關(guān)處于何種位置這些設(shè)備均通電 （常電意思是不受點(diǎn)火開關(guān)控制），如防盜控制器、室內(nèi)燈、喇叭、小燈、危險(xiǎn)報(bào)警等；

ACC。該擋位負(fù)載分為兩類：一類是模塊ACC信號(hào)；另一類是功率負(fù)載。如BCM、天窗模塊、音響主機(jī)、點(diǎn)煙器、空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)等；

IGN1（15電）。該擋位負(fù)載主要為模塊的IGN信號(hào)。如儀表、安全氣囊模塊、診斷口、空調(diào)控制面板、EPS、倒車?yán)走_(dá)、制動(dòng)燈開關(guān)、IMMO、EMS、ABS、發(fā)電機(jī)、倒車燈等；

IGN2（75電）。該擋位負(fù)載為功率負(fù)載。如電動(dòng)后視鏡、前雨刮電機(jī)、前雨刮洗滌電機(jī)等；

ST。啟動(dòng)機(jī)或啟動(dòng)繼電器的控制電源，啟動(dòng)馬達(dá)，釋放后鑰匙將回到ON擋；

LOCK。發(fā)動(dòng)機(jī)停止并且方向盤被鎖定，只有該位置才能取下鑰匙。

2.6 負(fù)載設(shè)備位置分析

負(fù)載設(shè)備分布位置分析的主要目的是依據(jù)負(fù)載的位置確定其熔斷絲和繼電器的合理位置。位置分析是否到位關(guān)系到整車線束，關(guān)系到整車導(dǎo)線的用量以及負(fù)載設(shè)備的電器性能。在設(shè)計(jì)過程中需要貫徹的原則：適當(dāng)?shù)匮娱L控制線路長度，以盡可能地使起執(zhí)行作用的導(dǎo)線最短。這樣做的目的是盡可能地使電源到負(fù)載時(shí)電損耗最小，同時(shí)，起執(zhí)行作用的導(dǎo)線一般線徑較粗，這樣也能節(jié)約一定的成本，降低整車質(zhì)量。

負(fù)載布置注意以下幾項(xiàng)：

（1）負(fù)載布置直接影響整車線束的布置方式、線束在整車中的走向、線束直徑的大小，進(jìn)一步影響著車身的結(jié)構(gòu)與線束布置方案以及整車的質(zhì)量。合理的布置還可以節(jié)約一定的線束成本；

（2）負(fù)載設(shè)備可維修性考慮。對(duì)于整車電器系統(tǒng)，不可避免地會(huì)存在維護(hù)工作，如不同線束間的連接器、電器盒熔斷絲、繼電器的更換、OBD接口的使用、ECU的檢測(cè)維護(hù)等；

（3）要根據(jù)設(shè)備特性、環(huán)境要求進(jìn)行布置。

2.7 熔斷絲和繼電器確定2.7.1 選定熔斷絲的流程

（1）決定熔斷絲種類、額定電流。①計(jì)算使用回路的負(fù)載電流；②確認(rèn)負(fù)載波形的模式；③從負(fù)載規(guī)格選定熔斷絲種類；④從負(fù)載電流值、通電模式計(jì)算出熔斷絲容量。

一般情況下導(dǎo)線的工作電流按照在常溫 （25℃）下選擇額定電流的75%為工作電流，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，熔斷絲的載流能力會(huì)下降，下面有經(jīng)驗(yàn)公式可以在確定保險(xiǎn)絲容量時(shí)作為參考：式中：If為保險(xiǎn)絲的理想值；RR為溫度折減系數(shù)；In為正常工作電流值。

例如：一個(gè)快熔保險(xiǎn)絲在90℃條件下工作，并在1.5 A時(shí)工作，溫度折減率RR是95%。那么保險(xiǎn)絲理想值是：

這種情況下根據(jù)保險(xiǎn)絲的實(shí)際規(guī)格可以選擇3 A的保險(xiǎn)絲來保護(hù)線路。

（2）選定連接電線尺寸、確認(rèn)上限長度。

（3） 測(cè)試確認(rèn)

溫度上升、短路測(cè)試。確保待測(cè)物的可靠度；確認(rèn)零部件均在溫度范圍內(nèi)使用及有無異常上升。

2.7.2 選定熔斷絲種類

（1） 小電流負(fù)載；

（2）短時(shí)間電流脈沖負(fù)載；

（3） 大電流負(fù)載；

（4）長時(shí)間電流脈沖負(fù)載；

（5） 鎖電流負(fù)載。

在選用保險(xiǎn)絲種類過程中，需要對(duì)保險(xiǎn)絲做以上5項(xiàng)試驗(yàn)，在確保規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及負(fù)載下確認(rèn)零部件無異常問題發(fā)生。

2.7.3 繼電器確定

（1）繼電器有如下幾種作用：①擴(kuò)大控制范圍。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路；②放大。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路；③綜合信號(hào)。例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果；④自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)。例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

（2）繼電器的選擇：①按使用環(huán)境選型，使用環(huán)境條件主要指溫度 （最大與最?。穸?（一般指40℃下的最大相對(duì)濕度）、低氣壓 （使用高度1 000 m以下可不考慮）、振動(dòng)和沖擊；②按輸入信號(hào)不同確定繼電器種類，若整機(jī)供給繼電器線圈是恒定的電流應(yīng)選用電流繼電器，是恒定電壓值則選用電壓繼電器；③繼電器額定電流的選擇，繼電器額定電流的70%不應(yīng)該小于負(fù)載的平時(shí)的正常工作電流；例如：工作電流為10.5 A的負(fù)載應(yīng)選用額定容量不小于15 A的繼電器，這樣繼電器才能長久地可靠地工作。確定所選用的繼電器各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足電路設(shè)計(jì)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求；④根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點(diǎn)的種類和容量。國內(nèi)外長期實(shí)踐證明，約70%的故障發(fā)生在觸點(diǎn)上，這足見正確選擇和使用繼電器觸點(diǎn)非常重要；⑤繼電器線圈參數(shù)的選定，繼電器動(dòng)作后，如果降低保持電壓會(huì)減弱產(chǎn)品的抗震性，有可能在汽車顛簸時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。推薦使用的保持電壓應(yīng)高于80%的額定電壓。繼電器的釋放電壓一般為10%的額定電壓，當(dāng)線路上殘余電壓過大時(shí)，會(huì)造成繼電器不釋放。為保證低動(dòng)作電壓 （60%額定電壓）的要求，線圈一般設(shè)計(jì)功耗較高，長期施加在線圈上的最大工作電壓一般應(yīng)小于120%額定電壓，以防止高溫老化、線圈匝間短路而使繼電器失效。

2.8 電源分配架構(gòu)圖

對(duì)整車電源前期工作均已完成，車型類型不同、配置不同，文中將不做深入描述。

3 小結(jié)

汽車電源分配是整車的基礎(chǔ)，對(duì)后期車型的配置擴(kuò)展及改型很重要，同時(shí)需要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工作中逐漸地摸索和總結(jié)，找到并遵循更加合理的設(shè)計(jì)分配，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中不斷完善細(xì)節(jié)。

【1】汽車保險(xiǎn)絲應(yīng)用技術(shù).太平洋精工國際會(huì)社，2009（9）：8.

【2】王勝利.汽車電路電源分配的設(shè)計(jì)［J］.汽車電器，2013（11）：1－7.

【3】汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).QC／T 695?2002汽車通用繼電器［S］. 2003.

Introduction of Automobile Power Allocation

BAIShuli，LIU Yongyan，WANG Jingyi，WANG Xiujin
（Ordos Branch，Chery Automobile Co.，Ltd.，Ordos Inner Mongolia 017000，China）

With the development of electronic technology，in order to increase the com fortand safety，electricalequipments aremore and more widely used in vehicle.So reasonable power distribution in design and development process is basis to protect safe and reliable operation of all the electrical appliances，and it is important to ensure the vehicle electrical appliance configuration design principle is correct.The vehi?cle power distribution strategy was discussed，and the vehicle power distribution architecture was illustrated by example.

Electrical configuration；Power distribution；Principle design

2015－03－09

白樹立 （1986—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囯娖?。E?mail：yu0714＠126.com。