汽車電器盒小型化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

盧正坤，申艷芳，劉鳳軍，晉利兵，盧長紅，王志廣

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

為保證車輛各用電器或?qū)Ь€在斷路或過載情況下的安全性，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)車輛功能的電源分配，當(dāng)前汽車都要用到一個(gè)或多個(gè)電器盒，內(nèi)部可容納各類繼電器、熔斷絲、二極管、斷路器及智能模塊等零部件 （圖1），并且根據(jù)具體需求可放置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙、儀表板、底盤、行李廂等位置。

圖1 汽車電器盒

隨著人們對智能化、舒適性等方面的要求不斷提高，當(dāng)今汽車的發(fā)展正朝著高度集成的方向發(fā)展，越來越多的技術(shù)融入汽車行業(yè)，各種各樣的控制單元、執(zhí)行器及輔助零部件占據(jù)更多的空間，汽車的總布置部門對汽車電器盒的體積要求越來越小。針對這種局面，汽車電器盒的小型化問題呼之欲出，對于當(dāng)前市場主流的電器盒，較為常見的主要從幾個(gè)方面考慮。

1 熔斷絲的小型化

當(dāng)前汽車電器盒用到的熔斷絲分為快熔型式和慢熔型式，快熔型式的熔斷絲通常有Mini型 （圖2）、Auto型 （圖3）等。由于Auto型體積較Mini型大，目前在乘用車上已很少使用，就不再贅述。那么對于使用較為普遍的Mini型熔斷絲，以實(shí)際需求回路24路為例，其所占空間為44.9 mm×65.8 mm=2 954.42 mm2（圖4）。

圖2 Mini型熔斷絲

采用小型的MICRO2熔斷絲（圖5），體積更小，平面布置的情況下，其所占面積為65.8 mm×37.1 mm=2 441.18 mm2，相比Mini型熔斷絲空間面積節(jié)約18% （圖6）。

而采用更小型的MICRO3（圖7）后，其所占面積50.2 mm×

36.4 mm=2 045.68 mm2，相比Mini型熔斷絲空間面積節(jié)約30% （圖8）。

圖3 Auto型熔斷絲

圖4 Mini型熔斷絲24路所占面積

圖5 MICRO2熔斷絲

圖6 Mini與MICRO2所占面積對比

對于慢熔熔斷絲，由于承載能力的限制，慢熔熔斷絲的體積相對還是要大點(diǎn) （圖9），不過超小型的慢熔熔斷絲（圖10）近幾年也逐步開始在用，相比同類熔斷絲，體積明顯占有優(yōu)勢，體積減小約超過50%。另外，還有組合式的慢熔熔斷絲 （圖11），將多個(gè)慢熔集于一體，并且可根據(jù)客戶要求定制，體積上也有一定優(yōu)勢，目前其應(yīng)用情況在國內(nèi)外差異較大，國外電器盒應(yīng)用較廣，而由于成本高、后期維修更換麻煩等因素，國內(nèi)主機(jī)廠采用較少，即使采用也局限在蓄電池熔斷絲盒等大電流集中的部位。

圖7 MICRO3型熔斷絲

圖9 慢熔熔斷絲

圖8 Mini與MICRO3所占面積對比

圖10 超小型的慢熔熔斷絲

圖11 組合式的慢熔熔斷絲

上述的快熔熔斷絲是基于全部采用同類熔斷絲的排布對比，這樣更直觀，實(shí)際的汽車電器盒通常都是混合使用多種類型熔斷絲，但總體來看，小型化熔斷絲能不同程度地減小電器盒體積是一定的。

2 繼電器的小型化

相比熔斷絲，繼電器的體積要大很多，也是近年制約汽車電器盒輕量化、小型化的一個(gè)主要原因。尤其考慮到噪音對駕駛舒適性的嚴(yán)重影響，越來越多的繼電器被轉(zhuǎn)移到發(fā)動(dòng)機(jī)艙或其他部位，造成繼電器非常集中，電器盒的體積及質(zhì)量進(jìn)一步增加，不利于后期項(xiàng)目通用化的長期規(guī)劃。

目前行業(yè)內(nèi)的繼電器種類根據(jù)不同承載能力有很多規(guī)格，包括插裝、焊接等多種使用方式，體積也是從大到小不等 （圖12），由于功能及電流不同，這里就不對單體進(jìn)行對比，但縱觀當(dāng)前電器盒的發(fā)展，各廠家及配套主機(jī)廠對整車原理分配、電器負(fù)載校核研究越來越精細(xì)化，以往的過分預(yù)留繼電器安全余量，繼電器種類選型保守等現(xiàn)象有很大改觀。根據(jù)具體功能充分細(xì)化繼電器類型，從小于10 A到大于50 A的各類繼電器充分得到應(yīng)用，體積也從 2 280 mm3到13 000 mm3不等。

圖12 繼電器不同規(guī)格

3 集成式電器盒

上文提到的是對單純零部件的介紹，根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)電器盒的發(fā)展?fàn)顩r，采用Z向排布的方法，小范圍內(nèi)熔斷絲和繼電器等零部件的集成也是減小繼電器體積的一種方法，如圖13所示，將多個(gè)繼電器整合為一個(gè)模塊，為便于維修更換熔斷絲，將熔斷絲放置于模塊的頂部，體積大大減小的同時(shí)，也可以作為標(biāo)準(zhǔn)模塊實(shí)現(xiàn)通用化。

圖13 熔斷絲和繼電器集成

另外，基于傳統(tǒng)繼電器的體積和功能單一性和智能化的發(fā)展趨勢，行業(yè)內(nèi)部分技術(shù)實(shí)力雄厚的電器盒廠商將更多地采用集成的方式。除了以往集成BCM模塊功能外，電器盒自身的元器件也將發(fā)生變化，向另外一個(gè)技術(shù)層面躍遷，比如在產(chǎn)品一致性及可靠性得到保障的前提下，超小型的MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）的應(yīng)用將會(huì)越來越多 （圖14），目前成熟的MOSFET制造商完全有能力保證產(chǎn)品在車輛生命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，MOSFET的應(yīng)用與其他控制單元或配套電路的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自我診斷或保護(hù)、故障報(bào)警及提示等功能，更容易實(shí)現(xiàn)CAN總線技術(shù)的應(yīng)用。CAN總線技術(shù)引入后，極大地節(jié)省導(dǎo)線及相應(yīng)配套連接器的用量，加上模塊內(nèi)與傳統(tǒng)PCB電器盒內(nèi)繼電器等元器件直接連接，導(dǎo)線及配對連接器也可以節(jié)省，這樣在高度集成的基礎(chǔ)上，電器盒的體積、可靠性、靜音性能等多方面得到很大提升。雖然目前MOSFET的承載能力和成本是其應(yīng)用的瓶頸，但隨著加工工藝及科技的進(jìn)步，這些問題最終會(huì)得到解決。

圖14 超小型的MOSFET

4 總結(jié)

綜上，從單一的元器件到多種元器件的集合對電器盒的體積小型化做了淺顯分析。雖然當(dāng)前很多客戶一直致力于整車輕量化，但綜合成本、技術(shù)水平等因素考慮，傳統(tǒng)的熔斷絲及繼電器仍然占有一定的市場優(yōu)勢。傳統(tǒng)的電器盒 （PCB式、直插式、匯流條式）、部分集成式電器盒和全集成式的智能電器盒在很長一段時(shí)間內(nèi)還將共存，但隨著人工智能、車載互聯(lián)網(wǎng)等信息化網(wǎng)絡(luò)在汽車領(lǐng)域的大面積普及，傳統(tǒng)電器盒匹配的線束體積和質(zhì)量將會(huì)成為制約整車輕量化發(fā)展的一大瓶頸。汽車電器盒堅(jiān)定不移地向小型化、輕量化方向發(fā)展勢不可擋，CAN總線及LIN總線技術(shù)將與小型化的智能電器盒緊密聯(lián)系起來，更大限度降低線束成本及質(zhì)量。另一方面，智能電器盒還將從儀表電器盒向智能發(fā)動(dòng)機(jī)艙電器盒等整車其他部位延伸，進(jìn)一步提高集成度，減小電器盒體積。