汽車導(dǎo)線與熔斷絲的匹配選型

韓光杰 劉瑩瑩 陶瑩

【摘? 要】本文介紹導(dǎo)線和熔斷部件的基礎(chǔ)性能、分類，根據(jù)導(dǎo)線和熔斷性能特點(diǎn)、使用工況、匹配的負(fù)荷特性不同等，給出較為細(xì)致的選用原則及流程介紹。熔斷絲的選用首先需計(jì)算出額定負(fù)荷電流，根據(jù)不同使用溫度引入熔斷溫度折減系數(shù)、導(dǎo)線減低系數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)容量衰減匹配計(jì)算，設(shè)定合理的安全余量，對(duì)特殊的脈沖電流負(fù)載還需依據(jù)I2t校核熔斷絲使用壽命。導(dǎo)線的選用依據(jù)使用環(huán)境、傳輸信號(hào)等對(duì)種類和線經(jīng)進(jìn)行選擇計(jì)算，滿足線徑載流能力。為避免起火風(fēng)險(xiǎn)，通過發(fā)煙電流曲線，輔助判斷導(dǎo)線與熔斷絲匹配合理情況。最終根據(jù)校核計(jì)算，確定熔斷絲與導(dǎo)線的匹配可滿足不同負(fù)荷類型、不同使用溫度，導(dǎo)線允許電流、回路負(fù)荷電流、熔斷絲適配電流三者相匹配，使得電路設(shè)計(jì)安全可靠。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)線;熔斷絲;脈沖;發(fā)煙

中圖分類號(hào)：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）05-0058-04

【Abstract】This paper introduces the basic performance and classification of conductor and fuse components，and gives a detailed introduction to the selection principle and process according to the characteristics of conductor and fuse performance，operating conditions，matching load characteristics，etc. For the selection of fuse，the rated load current shall be calculated first，the fuse temperature reduction factor and wire reduction factor shall be introduced according to different operating temperatures，the detailed capacity attenuation matching calculation shall be carried out，and the reasonable safety margin shall be set. For special pulse current loads，the fuse service life shall be checked according to I2t. The selection of conductor shall be based on the use environment，transmission signal，etc. The type and diameter of conductor shall be selected and calculated to meet the current carrying capacity of conductor. In order to avoid the risk of fire，the smoke current curve is used to help judge the reasonable matching of the conductor and the fuse. Finally，according to the check calculation，it is determined that the matching of fuse and wire can meet the requirements of different load types，different service temperatures，and the matching of wire allowable current，loop load current，and fuse adaptive current，making the circuit design safe and reliable.

【Key words】wires;fuse;pulse;smoke

作者簡(jiǎn)介

韓光杰（1987—），男，工程師，電氣技術(shù)經(jīng)理，從事汽車線束系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作。

1? 前言

汽車導(dǎo)線是車內(nèi)各用電設(shè)備供電的主體，沒有導(dǎo)線也就無法實(shí)現(xiàn)汽車起動(dòng)、行駛，車內(nèi)用電設(shè)備如MP5、空調(diào)等也無法正常工作。隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，汽車電路愈發(fā)龐大和復(fù)雜，電路安全保護(hù)器——熔斷絲對(duì)于整車的電氣系統(tǒng)安全起著至關(guān)重要的作用，它不僅要對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)還要保護(hù)用電器的正常工作。熔斷絲的選擇必須合理，否則可能導(dǎo)致線路過載使得線束發(fā)熱過大，造成事故。

2? 熔斷絲的設(shè)計(jì)選用

熔斷絲是一個(gè)熱能響應(yīng)元件，它是為了保護(hù)線束而有意設(shè)計(jì)和制造成線路中最弱的一部分。根據(jù)熔斷特性不同，可以把熔斷絲分成快熔型和慢熔型。要實(shí)現(xiàn)熔斷絲保護(hù)導(dǎo)線的功能，需要保證熔斷絲在正常負(fù)荷電流工況下，熔斷絲不會(huì)熔斷，而在過載或短路情況下，熔斷絲必須熔斷。即流經(jīng)熔斷絲的電流必須大于某個(gè)特定的電流值后，熔斷絲才會(huì)熔斷，這個(gè)特定電流值稱為熔斷絲必要額定電流，必要額定電流與負(fù)荷余量率，即熔斷絲種類有關(guān)。

2.1? 熔斷絲選用的原則

負(fù)載工作方式?jīng)Q定熔斷絲的類型，負(fù)荷電流的大小及熔斷絲的類型又決定了熔斷絲的容量，即熔斷絲規(guī)格額定電流的大小，熔斷絲容量的選擇同時(shí)還受到布置位置周圍溫度的影響。

2.2? 確認(rèn)負(fù)載的負(fù)荷類型

電器負(fù)載根據(jù)其工作電流特性，主要分為感性負(fù)載與阻性負(fù)載。根據(jù)其工作特點(diǎn)，又分為間歇負(fù)載與連續(xù)負(fù)載。熔斷絲選型時(shí)，需根據(jù)負(fù)荷特性選擇合適的熔斷絲類型。

2.3? 熔斷絲類型選擇

熔斷絲的工作原理就是熔斷絲通過電流時(shí)發(fā)熱，當(dāng)溫度上升到熔點(diǎn)時(shí)熔斷絲熔化，熔化積累最終熔斷，這是一個(gè)溫度積累的過程。電機(jī)類電器件起動(dòng)或關(guān)閉時(shí)都會(huì)有大電流脈沖，造成熔斷絲局部熔化降低使用壽命。慢熔就是對(duì)這些脈沖反應(yīng)較為遲鈍的一類熔斷絲，有較好的耐沖擊能力。

大電流負(fù)載、長(zhǎng)時(shí)間脈沖電流負(fù)載、堵轉(zhuǎn)電流負(fù)載建議選用慢熔熔斷絲;小電流負(fù)載、阻性負(fù)載或短時(shí)間脈沖電流負(fù)載建議選用快熔熔斷絲。

2.4? 共用熔斷絲回路規(guī)范

從安全及線束成本等方面考慮，每個(gè)電源回路最好單獨(dú)采用熔斷絲，但整車電路有很多的用電器和回路，而受成本、布置等限制不可能每個(gè)回路都單獨(dú)分配一個(gè)熔斷絲，也就存在幾個(gè)回路、用電器共用一個(gè)熔斷絲的情況。熔斷絲分配時(shí)要遵循以下原則。

1）對(duì)行車安全或可靠性要求極高的如ECU、ABS、遠(yuǎn)光燈、近光燈、制動(dòng)燈等要單獨(dú)給熔斷絲甚至增加分熔斷絲，以保證一路故障發(fā)生時(shí)不至于整個(gè)系統(tǒng)功能失效。

2）易受其他設(shè)備干擾的負(fù)載建議單設(shè)熔斷絲，如音響和儀表。

3）信號(hào)回路避免與大功率回路或電機(jī)類負(fù)載回路如雨刮、玻璃升降、喇叭等共用熔斷絲，因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)或關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生劇烈的電流電壓沖擊，會(huì)對(duì)信號(hào)回路造成一定的干擾。

4）小電流回路避免與大功率回路共用熔斷絲，為滿足大功率回路的用電需求，其熔斷絲容量的選擇一般較大，如熔斷絲下游有小電流回路，它的導(dǎo)線為滿足熔斷絲的匹配要求必然較粗，造成不必要的浪費(fèi)。

5）安全等級(jí)高的負(fù)載不能和等級(jí)低的負(fù)載共用熔斷絲。

6）相互干擾不敏感的負(fù)載，可以共用熔斷絲，如報(bào)警燈與外部照明燈。

7）同一系統(tǒng)負(fù)載可共用熔斷絲，如喇叭、開關(guān)、喇叭繼電器。

8）電氣性質(zhì)相似的負(fù)載，可共用熔斷絲，如雨刮電機(jī)、噴水電機(jī)。

9）安全等級(jí)相同的負(fù)載，可共用熔斷絲，如舒適性負(fù)載。

2.5? 熔斷絲容量選擇

1）確定負(fù)載的總額定功率：總額定功率=負(fù)載1額定功率+負(fù)載2額定功率+…

2）計(jì)算負(fù)荷電流：負(fù)載（用電器）工作時(shí)回路流通的電流稱為負(fù)荷電流，為保證熔斷絲的壽命，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)會(huì)設(shè)置熔斷絲負(fù)荷余量率，其值為負(fù)荷電流上限與熔斷絲周圍溫度額定電流的比值。負(fù)荷余量率與熔斷絲種類有關(guān)，快熔熔斷絲一般設(shè)定為70%，慢熔熔斷絲一般設(shè)定為50%。

負(fù)荷額定電流=×

3）計(jì)算熔斷絲必要額定電流：

必要額定電流（A）=

4）匹配選擇熔斷絲容量：根據(jù)熔斷絲必要額定電流值選出一個(gè)大于它又最接近于它的熔斷絲規(guī)格額定電流值，根據(jù)熔斷絲規(guī)格額定電流值和周圍工作溫度計(jì)算出熔斷絲周圍溫度額定電流。

熔斷絲周圍溫度額定電流（A）=熔斷絲規(guī)格額定電流（A）×溫度折減系數(shù)

式中：熔斷絲周圍溫度額定電流——熔斷絲環(huán)境溫度為某一值時(shí)，其額定電流值;熔斷絲規(guī)格額定電流——熔斷絲在周圍溫度25℃時(shí)的額定電流值，也是廠家標(biāo)稱的規(guī)格額定電流值，簡(jiǎn)稱熔斷絲容量;溫度折減系數(shù)——1+（T-25℃）×溫度折減速率。

溫度折減系數(shù)隨環(huán)境溫度變化而變化，由溫度折減速率決定，溫度折減速率為負(fù)值，快熔熔斷絲溫度折減速率：-0.15%/℃，慢熔熔斷絲溫度折減速率：-0.14%/℃;熔斷絲溫度折減系數(shù)與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線如圖1所示。

要求：熔斷絲必要額定電流≦熔斷絲周圍溫度額定電流。如結(jié)果不滿足，那么熔斷絲容量選擇上升一檔，重新計(jì)算比較。最終選擇的熔斷絲容量即為匹配的熔斷絲容量。

2.6計(jì)算熔斷絲壽命

對(duì)于有脈沖電流的熔斷絲匹配，需計(jì)算所選熔斷絲耐脈沖電流沖擊次數(shù)，即計(jì)算熔斷絲壽命。脈沖電流不包含穩(wěn)態(tài)工作電流，如圖2所示，相應(yīng)熔斷絲必須保證承受足夠的脈沖次數(shù)，此種特性的負(fù)載可以通過脈沖電流I2t和熔斷絲熔斷I2t的比值，即相對(duì)I2t來校核。脈沖電流I2t可通過圖3計(jì)算。熔斷絲熔斷I2t可通過圖4計(jì)算，實(shí)際使用時(shí)可從熔斷絲供應(yīng)商處得到。

相對(duì)I2t對(duì)熔斷絲壽命的影響可以利用承受脈沖周期曲線來預(yù)測(cè)熔斷絲的壽命，例如，給定脈沖達(dá)到熔斷絲41%相對(duì)I2t時(shí)，熔斷絲可以承受4500次這樣的脈沖沖擊，見圖5。

通常建議相對(duì)I2t<30%，此時(shí)熔斷絲可以承受10萬次以上的脈沖沖擊，典型脈沖電流I2t的計(jì)算公式見表1。

2.7? 熔斷絲分?jǐn)鄷r(shí)間

熔斷絲分?jǐn)鄷r(shí)間是指熔斷絲從熔斷體熔化到電路分?jǐn)嗟臅r(shí)間。

熔斷絲分?jǐn)鄷r(shí)間=熔化時(shí)間+電弧時(shí)間

熔斷絲在額定工作電流固定倍率下，其分?jǐn)鄷r(shí)間需符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，可依據(jù)此判斷回路熔斷絲與導(dǎo)線選型是否合理，如圖6所示。

2.8? 熔斷絲選型流程（圖7）

3? 導(dǎo)線的設(shè)計(jì)選用

導(dǎo)線在整車中的作用是將電器系統(tǒng)的電源信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)等及時(shí)傳遞和交換，選擇時(shí)需要根據(jù)使用工況、機(jī)械性能、負(fù)載匹配等進(jìn)行綜合考慮，一般先選導(dǎo)線種類，再選導(dǎo)線線經(jīng)。

3.1? 導(dǎo)線種類的選擇

3.1.1? 根據(jù)使用環(huán)境選擇

導(dǎo)線的選用必須考慮其所處的環(huán)境，如發(fā)動(dòng)機(jī)周圍環(huán)境溫度很高，腐蝕性氣體和液體也很多，此時(shí)一定要使用耐液壓油、耐高溫的導(dǎo)線，特別是排氣管附近更需要用耐高溫的導(dǎo)線（布線時(shí)盡量避免）。ABS傳感器、制動(dòng)蹄片報(bào)警等線束由于處于車輪附近經(jīng)常遭到泥水、沙石的飛濺，必須使用外部有較厚、耐磨的橡膠材料、柔韌性較好的導(dǎo)線。起動(dòng)機(jī)線、發(fā)電機(jī)輸出線、蓄電池線束等必須承受大電流，所以要求導(dǎo)線絕緣層的散熱性良好。另外，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上電控產(chǎn)品增加、微弱信號(hào)增多，為保證數(shù)據(jù)傳遞的可靠性，需要采用雙絞線、屏蔽線加以保護(hù)。車門線束考慮運(yùn)動(dòng)問題，需考慮采用柔性線等。

3.1.2? 根據(jù)耐溫等級(jí)選擇

1）按照耐溫等級(jí)，根據(jù)JASO D611標(biāo)準(zhǔn)將日標(biāo)導(dǎo)線分為：①普通導(dǎo)線，耐溫80℃，如AV、AVS、AVSS、CAVS等;②耐溫導(dǎo)線，耐溫100℃，如AVX、AVSX、AVSSX等，耐溫120℃，如AEX、AESSX等。

2）按照耐溫等級(jí)，根據(jù)ISO 6722標(biāo)準(zhǔn)將德標(biāo)導(dǎo)線分為：①耐溫105℃，如FLRY、FLR11Y等;②耐溫125℃，如FLR9Y、FLR2X、FLR31Y等;③耐溫150℃，如FLR13Y、FLR91X、FLR7Y等;④耐溫180℃，如FL2G、FLR7Y等。

3.1.3? 根據(jù)傳輸信號(hào)選擇

1）普通導(dǎo)線：用于傳輸一般的電源信號(hào)或者比較強(qiáng)、不易受干擾的信號(hào)。

2）雙絞線：用于傳輸某些弱的信號(hào)或者易受干擾的信號(hào)，作用為降低線間電容，一般總線等數(shù)字信號(hào)回路需雙絞，一般在每米20-40絞。

3）屏蔽導(dǎo)線：用于傳輸某些弱的信號(hào)或者易受干擾的信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的品質(zhì)要求特別高時(shí)采用，一般為模擬信號(hào)回路。

3.2? 導(dǎo)線線徑的選擇

導(dǎo)線類型確定后，需要根據(jù)回路電流計(jì)算并校核導(dǎo)線的線徑，再根據(jù)熔斷絲特性進(jìn)行導(dǎo)線匹配，其計(jì)算匹配流程如圖8所示。

根據(jù)導(dǎo)線電流參數(shù)，選擇導(dǎo)線線徑，要求導(dǎo)線允許電流大于回路負(fù)荷電流且導(dǎo)線允許電流大于熔斷絲適配電流（額定電流×余量系數(shù)），如不滿足，則導(dǎo)線線徑提升一級(jí)。

3.3? 發(fā)煙電流曲線對(duì)導(dǎo)線的輔助選擇

導(dǎo)線本身具有電阻，當(dāng)電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱，當(dāng)熱量集聚超過其絕緣層的耐溫后，會(huì)引起導(dǎo)線損壞或起火。對(duì)于不同規(guī)格的導(dǎo)線，供應(yīng)商通常對(duì)其某一溫度下的耐受電流做了規(guī)定。實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)線的容許電流需考慮環(huán)境溫度及線束中同時(shí)工作電源線的相互影響：導(dǎo)線容許電流（A）=周圍溫度容許電流（A）*導(dǎo)線減低系數(shù)。導(dǎo)線減低系數(shù)見表2。

導(dǎo)線通過電流高于其允許電流后，隨著電流的增加，熱集聚過程加快，其發(fā)煙時(shí)間就會(huì)縮短，日標(biāo)導(dǎo)線在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其通過電流與發(fā)煙時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系作了規(guī)定，該電流時(shí)間曲線即為導(dǎo)線發(fā)煙電流曲線。通過發(fā)煙電流曲線，可以輔助判斷導(dǎo)線與熔斷絲匹配合理情況。

4? 熔斷絲規(guī)格確定

通過上述步驟，完成了熔斷絲的大分類選擇和容量的確定，其具體規(guī)格受熔斷盒的限制。常見的慢熔熔斷絲有：JCASE、BF1、MEGA、HSB、CF等;常見的快熔熔斷絲有：MINI、ATO等。根據(jù)熔斷盒的狀態(tài)，最終確定選用熔斷絲的具體規(guī)格。

5? 結(jié)束語

導(dǎo)線是一種傳遞信號(hào)和能量的媒質(zhì)，在整個(gè)電路設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)線設(shè)計(jì)占據(jù)著很重要的位置。電源回路中設(shè)置熔斷絲，目的是為了保護(hù)導(dǎo)線，防止因短路或過載引起的導(dǎo)線損壞，發(fā)煙起火。導(dǎo)線的選型，需與周邊環(huán)境及熔斷絲匹配，以達(dá)到安全設(shè)計(jì)的目的。

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（編輯? 楊? 景）