一種車用導(dǎo)線的選用方法

張春虎，徐洪友，鄭風(fēng)云

一種車用導(dǎo)線的選用方法

張春虎，徐洪友，鄭風(fēng)云

（貴州長江汽車有限公司，貴州 貴陽 550008）

汽車行業(yè)作為國家的支柱行業(yè)，已經(jīng)有了翻天覆地的變化。汽車的發(fā)展方向是安全、便捷、可靠、智能化，要想達(dá)到這樣的目的，電器部件起著至關(guān)重要的作用。尤其是智能化網(wǎng)聯(lián)汽車，電器部件就更加復(fù)雜。導(dǎo)線作為各個電器部件之間連接的樞紐，其安全性、裝配便捷性、可靠性就顯得尤為重要。電器部件多種多樣，需要各種各樣的導(dǎo)線，這些導(dǎo)線最核心的差異就在于截面積不同。文章主要講述了導(dǎo)線的選用方法，即通過計算、查表、判斷輸出等一系列過程，可以準(zhǔn)確的為廣大汽車設(shè)計人員推薦符合要求的導(dǎo)線，還通過例證闡述了該方法，可以使技術(shù)人員快速的掌握該方法，最后介紹了如何利用計算機(jī)軟件輔助選用導(dǎo)線的方法。

汽車設(shè)計；汽車電器；導(dǎo)線截面積

前言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，電器部件在車上的應(yīng)用越來越多，而導(dǎo)線作為電器部件之間的連接元素起著至關(guān)重要的作用。不同的電器部件需采用不同的導(dǎo)線進(jìn)行連接，車用的導(dǎo)線大多采用銅芯線，而這些導(dǎo)線最大的不同，就在于截面積之間的差異。為了方便導(dǎo)線的制作，導(dǎo)線的截面積采用離散分布的形式，即0.5mm2、0.8 mm2、1.5 mm2等。在導(dǎo)線設(shè)計時，選用的實(shí)質(zhì)就是在選擇導(dǎo)線的截面積，那么到底應(yīng)該用哪一種截面積，就是設(shè)計人員必須重視的問題，若選擇的截面積過小，則容易引起導(dǎo)線熔斷，若選擇的截面積過大，則造成浪費(fèi)，導(dǎo)致整車成本上升?，F(xiàn)階段大多采用的是經(jīng)驗(yàn)法，該種方法對設(shè)計人員的要求較高，對于新手很難快速適應(yīng)。雖然經(jīng)驗(yàn)法對于大多數(shù)車用電器是適用的，但是隨著汽車的電器化發(fā)展，會有更多的電器融合到汽車，此時的經(jīng)驗(yàn)法就不能完全適用。本文主要講述了導(dǎo)線截面積的計算方式，無需經(jīng)驗(yàn)，即便是剛?cè)胄械男鲁蓡T也可以準(zhǔn)確的選定導(dǎo)線，且適用更加廣泛。

1 選用導(dǎo)線截面積的方法

1.1 確定電器部件的額定電流

每個電器部件都會標(biāo)出額定功率，根據(jù)車型的不同，會有不同的供電電壓，一般情況下，大型車輛會采用24V供電，小型車輛會12V供電。此時，便可以根據(jù)下列公式計算得出該電器部件的額定電流。

I=P/U （1）

I---電器部件的額定電流（A）；

P---電器的額定功率（W）；

U---電器的供電電壓（V）。

1.2 確定線路上的最大電壓損失

電流的形成，需要兩個條件，一個是電壓，一個閉環(huán)回路。電壓在閉環(huán)回路中會有一個分配的過程，一部分是導(dǎo)線所產(chǎn)生的電壓降，另一部分是端子處的電壓降，剩下的才是電器部件的電壓，故電器部件的電壓一般都低于供電電壓。綜上可知，線路上的最大電壓損失為導(dǎo)線所產(chǎn)生的電壓降與端子處的電壓降之和，即：

ΔU=ΔU1+ΔU2（2）

ΔU---線路上的最大電壓損失（V）；

ΔU1---線路上的電壓降（V）；

ΔU2---端子處的電壓降（V）。

1.3 初定導(dǎo)線截面積

導(dǎo)線的截面積影響因素有額定電流、導(dǎo)線電阻率、導(dǎo)線長度和線路上的最大電壓損失，具體可用下面公式計算得出。

S=I*ρ*L/ΔU （3）

S---初定的導(dǎo)線截面積（mm2）；

ρ---導(dǎo)線電阻率（Ω·mm2/m）；

L---導(dǎo)線長度（m）。

1.4 導(dǎo)線可承受的最大電流

眾所周知，導(dǎo)線的截面積越大，可承受的最大電流就越大，具體的對應(yīng)關(guān)系可用下列公式進(jìn)行計算而知。

Imax=（10*S+8）/2 （4）

Imax---導(dǎo)線可承受的最大電流（A）。

1.5 查表初定標(biāo)稱電流

汽車導(dǎo)線為了方便制作等原因，其截面積采用標(biāo)準(zhǔn)化的制作方法，呈離散型分布，通常稱為標(biāo)稱截面積。待導(dǎo)線制作完成后，會進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，通過試驗(yàn)可以確定相應(yīng)導(dǎo)線截面積所對應(yīng)的最大可承受電流，通常稱為標(biāo)稱電流。由此便可以構(gòu)成標(biāo)稱截面積和標(biāo)稱電流的對應(yīng)表，詳見表1。

表1 標(biāo)稱截面積和標(biāo)稱電流對應(yīng)表

查詢附表1時，應(yīng)選擇較導(dǎo)線可承受的最大電流較大的最小一級數(shù)據(jù)作為初定標(biāo)稱電流，例如Imax=12.1A，應(yīng)選取最大標(biāo)稱電流Ib=15A，對應(yīng)的標(biāo)稱截面積Sb=1.0mm2。

1.6 折算后導(dǎo)線可承受的最大電流

圖1 車用導(dǎo)線

由于車用導(dǎo)線基本上全部是由多股線組成的，如附圖1所示，該種組合方式會導(dǎo)致導(dǎo)線可承受的最大電流降低，而且隨著環(huán)境溫度的變化也會導(dǎo)致導(dǎo)線可承受的最大電流降低，故查表得出最大標(biāo)稱電流，還需通過計算得出折算后的最大承受電流，再與導(dǎo)線可承受的最大電流進(jìn)行比較才能得出最終的導(dǎo)線截面積。具體如下：

Iz=Ib*α*β （5）

Iz---折算后導(dǎo)線可承受的最大電流；

Ib---標(biāo)稱電流（A）；

α---導(dǎo)線集數(shù)帶來的電流減小系數(shù)；

β---環(huán)境溫度帶來的電流減小系數(shù)。

1.7 判斷并輸出導(dǎo)線截面積

1.7.1 判斷

若Iz＞Imax，

則Ib即為最終確定的標(biāo)稱電流Ibz；

若Iz≤Imax，

則Ib選取下一級的標(biāo)稱電流，繼續(xù)執(zhí)行上一步的判斷，知道Iz＞Imax，此時的Ib為最終確定的標(biāo)稱電流Ibz。

1.7.2 輸出

根據(jù)1.7.1的判斷得出Ibz，然后查詢附表1，找到Ibz所對應(yīng)的標(biāo)稱截面積Sb，即為所需選定的導(dǎo)線截面積。

1.8 小結(jié)

本節(jié)主要講述了車用導(dǎo)線截面積選擇的原理和流程，根據(jù)本節(jié)內(nèi)容，汽車設(shè)計人員可以根據(jù)已知的條件，順利的選取合適的導(dǎo)線。

2 舉例說明

2.1 已知條件

某電器部件的額定功率P=70W，供電電壓U=12V，線路上的電壓降ΔU1=0.1V，端子處的電壓降ΔU2=0.2V，導(dǎo)線長度L=2m，導(dǎo)線采用銅質(zhì)材料（對應(yīng)導(dǎo)線電阻率ρ=0.01851Ω·mm2/m）、導(dǎo)線集數(shù)帶來的電流減小系數(shù)α=0.9、環(huán)境溫度帶來的電流減小系數(shù)β=0.9。

2.2 計算過程

2.2.1 初定導(dǎo)線截面積

將式（1）和式（2）代入式（3）可得：

S=P*ρ*L/(U*(ΔU1+ΔU2)) （6）

2.2.2 確定導(dǎo)線最大可承受電流

將式（6）代入式（4）可得：

Imax=（10* P*ρ*L/(U*(ΔU1+ΔU2))+8）/2 （7）

將已知數(shù)值，即P=70W、U=12V、ΔU1=0.1V、ΔU2=0.2V、L=2m、ρ=0.01851代入式（7）可得：

Imax=（10×70×0.01851×2/（12×（0.1+0.2））+8）/2=7.60（A）。

2.2.3 查表

查詢附表1可得：

Ib=9（A）

2.2.4 判斷輸出

再將α=0.9，β=0.9代入式（5）可得：

Iz= Ib*α*β=9*0.9*0.9=7.29（A）≤7.60（A）；

則Ib取下一個，即Ib=12（A），代入式（5）可得：

Iz=Ib*α*β=12*0.9*0.9=9.72（A）＞7.60（A）；

故輸出標(biāo)稱截面積：

Sb=0.8 （mm2）。

2.3 小結(jié)

本節(jié)通過舉例的方式，闡述了導(dǎo)線截面積的選擇方法，可以讓設(shè)計人員更好的理解并應(yīng)用該方法。

3 利用Excel的輔助選擇方法

3.1 表格制作

圖2 輸入輸出參數(shù)結(jié)果

在表格中輸入8個已知參數(shù)如圖2所示，具體如下：

在E3框中輸入：=C3/C4；

在E4框中輸入：=C5+C6；

在E5框中輸入：=E3*C8*C7/E4；

在E6框中輸入：=(10*E5+8)/2；

在E7框中查詢附表1后手動輸入標(biāo)稱電流；

在E8框中輸入：=E7*C9*C10；

在E9框中輸入：=IF(E8>E6,E7,"請選較大一級Ib")；

在E10框中輸入：=IF(E9=9,0.5,IF(E9=12,0.8, IF(E9=15, 1,IF(E9=20,1.5,IF(E9=28,2.5,IF(E9=38,4,IF(E9=50,6,IF(E9=70,10,IF(E9=100,16,"請選擇合適的Ib")))))))))。

3.2 例證

選用2.1中的已知參數(shù)輸入到Excel表格的相應(yīng)位置，具體如下：

在C3框中輸入額定功率P（W）：70；

在C4框中輸入供電電壓U（V）：12；

在C5框中輸入線路上的電壓降ΔU1（V）：0.1；

在C6框中端子處的電壓降ΔU2（V）：0.2；

在C7框中輸入導(dǎo)線長度L（m）：2；

在C8框中輸入導(dǎo)線電阻率ρ（Ω·mm2/m）：0.0185；

在C9框中輸入導(dǎo)線集數(shù)帶來的電流減小系數(shù)α：0.9；

在C10框中輸入環(huán)境溫度帶來的電流減小系數(shù)β：0.9；

則會在輸出欄中自動輸出相應(yīng)的結(jié)果，具體如下：

在E3框中輸出電器部件的額定電流I（A）：5.83；

在E4框中輸出線路上的最大電壓損失ΔU（V）：0.30；

在E5框中輸出初定的導(dǎo)線截面積S（mm2）：0.72；

在E6框中輸出導(dǎo)線可承受的最大電流Imax（A）：7.60；

在E7框中查詢附表1后手動輸出標(biāo)稱電流Ib（A）：9；

在E8框中輸出折算后導(dǎo)線可承受的最大電流Iz（A）：7.29；

在E9框中輸出最終標(biāo)稱電流Ibz（A）：請選擇較大一級標(biāo)稱電流Ib；

在E10框中輸出標(biāo)稱截面積Sb（mm2）：請選擇合適的Ib；

由于標(biāo)稱電流Ib選擇不合適，應(yīng)選擇較大一級的標(biāo)稱電流，故進(jìn)行如下操作：

在E7框中查詢附表1后手動輸出標(biāo)稱電流Ib（A）：12；

在E8框中輸出折算后導(dǎo)線可承受的最大電流Iz（A）：9.72；

在E9框中輸出最終標(biāo)稱電流Ibz（A）：12；

在E10框中輸出標(biāo)稱截面積Sb（mm2）：0.8。

由此可以確定該部件需要采用的導(dǎo)線截面積為0.8 mm2。

3.3 小結(jié)

本節(jié)主要通過Excel表格的輔助快速選擇導(dǎo)線截面積的方法，利用該方法可以進(jìn)一步降低對人員的要求。

4 總結(jié)

本文主要講述了車用導(dǎo)線截面積的選用方法，然后通過舉例說明的方式讓設(shè)計人員更加容易理解該方法，最后利用Excel表格來幫助設(shè)計人員更加快速的掌握該方法。

A way to choose wires of vehicle

Zhang Chunhu, Xu Hongyou, Zheng Fengyun

（Guizhou Changjiang vehicle Co. Ltd., Guizhou Guiyang 550008）

As a major industry, vehicle design have had a great change. The vehicle is developing towords safety, convenient method, reliability, Intelligence. Electrical equipments is important in developping. Especially Intelligence internet vehicle, Electrical equipments are more complex. As a connect hub of all Electrical equipments, the safety, assembling convenient,dependence of wires are very important. All sorts of Electrical equipments need very kinds of wires, and the mojor difference of the wires is the cross-Sectional areas. In this article, we primarily introduce wires choosing method, it can accurately provide matching wires for vehicle design engineer by calculating, checking table, judgement and conclusion. The vehicle design engineer can master that approach soon by the examples, at last, it introduces how to use computer aided design to choose wires.

vehicle design; vehicle Electrical equipments; Cross-Sectional areas of wire

U463.6

A

1671-7988(2019)13-217-03

U463.6

A

1671-7988(2019)13-217-03

張春虎（1986-），男，汽車產(chǎn)品設(shè)計工程師，就職于貴州長江汽車有限公司汽車工程研究院。主要從事汽車產(chǎn)品設(shè)計與研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.073