浅析汽车电气接线盒的过载设计和验证方法

浅析汽车电气接线盒的过载设计和验证方法刘茂龙。孔艳奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241006摘要汽车电气接线盒是电源分配的关键部件，其设计的可靠性直接关系到汽车的安全性。电气接线盒设计之后的验证有很多项目，其中的过电流试验主要验证回路的承载能力。本文主要讨论电气接线盒过电流的验证方法。关键词电气接线盒；过载测试中图分类号U46361文献标识码A文章编号10038639201512004503OVERLOADDESIGNANDVERINCATIONMETHODOFVEHICLEELECTRICALJUNCTIONBOXLIUMAOLONG，KONGYANCHERYAUTOMOBILECOLTD，WUHU241006，CHINAABSTRACTVEHICLEELECTRICALJUNCTIONBOXISAKEYCOMPONENTFORPOWERDISTRIBUTION，WHICHRELIABILITYDIRECTLYAFFECTSTHEVEHICLESSAFETYPERFORMANCETHEREAREMANYTESTPROJECTSAFTERTHEBOXISDESIGNEDINWHICHTHEOVERLOADTESTMAINLYVERIFIESTHECIRCUITCARRYINGCAPACITYTHEOVERLOADVERIFICATIONMETHODOFTHEBOXISMAINLYDISCUSSEDHEREKEYWORDSELECTRICALJUNCTIONBOX；OVERLOAD；TEST随着汽车的竞争越来越激烈，汽车的配置越来越高，汽车上电子产品的应用也越来越多，汽车电路系统变得越来越复杂。汽车电气接线盒作为电源分配和电路保护的关键部件。内部电路设计的难度也越来越大。很多电机类或者灯的负载，在正常启动工作的时候，存在冲击电流，冲击电流会高于电路的额定值因此，除了要承载正常的额定电流之外。还要能够承担一定的冲击，也就是抗过载电流的能力。过载主要发生在电路中的设备出现故障的时候或者负载的工作特性存在瞬间的浪涌电流，超过了导线、设备规定的额定工作电流值，长期过载会导致设备或者导线发热导线绝缘层融化，最终导致烧车。1电气接线盒中的元器件汽车电气接线盒内部包含的元器件主要包括继电器、熔断丝、PCB板、汇流条、端子、外围接口、正极螺栓、熔断丝安装螺栓、壳体等。其中继电器、熔断丝、PCB板、端子、汇流条是组成电气回路的主要部件，电气回路中的每个元器件在设计时均要考虑到过载的情况。1继电器主要用于驱动较大电流的负载，比如风扇等。其控制回路电流较小。一般是在100200MA之间，触点回路会承载较大的电流，一般与熔断丝串联形成对回路导线的保护。继电器的应用，根据具体负载进行分析，如果是电机类负载，就需要具备除了可以承载额定稳态的工作电流之外，还有承受过载电流的能力。表1为某款继电器的规格书的部分内容，触点的参数中就包括了抗冲击电流的能力。在电动机负载的条件下，ANO、AGSNO2IN0都能达到较高的电寿命的要求，但是AGSNOZLN0有较高的接触电阻，同时因为IN材料比较贵，所以在电动机负载的条件下，推荐使用AGSNO继电器触点材料_1。此数值是继电器厂家根表1继电器触点参数示例寿命测试后最大触点压降在负羔开KE和LV常IN闭间切常开200MV测量前先在常开和常闭间切”换10A负载电流机械寿命107收稿日期20151009修回日期20151024作者简介刘茂龙1982一，男，工程师，从事整车电路系统的设计开发工作。汽车电器2O15年第12期糍1湘IE1阚据负载的波形，用试验的方法测试出来的能力这与工作的频次、环境温度等均有关联，在选型的时候，可以将负载波形、工作形式、应用环境等因素与供应商交流，选择适合的继电器。2熔断丝是对电流比较敏感的元器件。有意设计在整条电气回路的最薄弱的环节。当电气回路的负载为灯负载或者电机类负载时，负载的工作电流存在一定的冲击性，但是熔断丝不能因为负载的固有冲击特性而熔断，因此，熔断丝要具备一定的承受过载能力，而在短路的时候，又要保证在一定的时间内熔断，以保护导线不受损害。熔断丝的时间一电流特性曲线代表了熔断丝对过载的响应程度。以力特熔断丝手册上的内容为例，如图1所示，对于30A的过载电流，MINI型额定电流为10A的熔断丝在02S熔断，而额定电流为15A的熔断丝在07S熔断。相同类型的熔断丝，额定电流值越大，抗过载的能力越强。而不同类型的熔断丝，相同的额定电流值，能够承受过载的能力也不同。如图2所示，同为30A的熔断丝，承受过载的能力MAXI比MINI的强。器时间S图1MINI熔断丝特性曲线。0OL011101OO1OOO时间S图2MINI与MAXI对比曲线3端子是电气回路连接的一个重要环节，端子规格书中一般会有降额曲线用于描述端子载流能力与环境温度的关系以及温升曲线用于描述端子承载电流与发热量的关系。图3和图4分别为某厂家的63片宽的FASTON型的端子降额曲线和温升曲线。压接的是3MM导线，端子载流能力与环境温度、压接导线的线径有关，端子会随着温度的提高。达到一定的限制后，载流能力明显下降。这司汽车电器2O15年第12期里需要注意的是一般只有母端的端予才具备这种特性曲线因为母端端子具备弹性的结构而弹性结构的压紧力受温度的影响，接触面积有所变化所以载流能力也就随之变化。负责信号传递或者转接回路的端子不需要考虑过载的工况。与熔断丝匹配403020翡10O环境温度图3降额曲线电流负载A图4温升曲线的端子。在选型的时候，需要把回路承受过载能力的范围一并考虑进去。比如10A的MINI熔断丝，匹配28片宽的BOX型端子，在端子规格书中可查询到最大承受电流为30A，当回路通11A电流1H，或者通135A电流和20A电流直至熔断丝熔断的时候端子符合要求。4汇流条主要承载大电流，一般用于将正极电源进来的电流引到其它继电器的30针脚以及分配常电的熔断丝上。载流能力与环境温度、温升、厚度、宽度等参数有关，这里不详细介绍。汇流条在设计的时候根据汽车电气接线盒兼容的负载进行计算设计，并预留一定的余量。5PCB是汽车电气接线盒内部承载电流的主要载体如果是PCB式电气接线盒，其长度对于载流能力的影响可忽略不计口，而覆铜的厚度以及回路的宽度决定了承载的能力。铜箔厚度是一定的，一般情况下105M或者140IXM，所以宽度是决定承载能力的关键因素，但是PCB的面积受到限制，每条回路的宽度需要根据实际负载的额定电流来设计，但是还要具备承受一定的过载的能力。因此，过电流的测试对验证回路的性能是非常关键的。如果是直插式电气接线盒，那么回路的承载能力主要由端子和导线来决定。2电气接线盒总成抗过载能力验证以PCB式电气接线盒为例分析过电流试验的验证工作。过电流试验验证的目的是电路中出现过载电流的时候，电气接线盒的抗过载能力。但是由于回路中熔断丝存在熔断特性，所以只要验证熔断丝熔断之前，电气接线盒能够保持完好即可，因此选择带熔断丝的回路，其它信号转接以及控制回路不做测试。首先，将装配好的电气接线盒放在能显示数值的专门做过电流的试验台上。对装配好的电气接线盒含熔断丝和继电器选择测试的回路每次只测试一条回路，长时间工作的回路必须测试，短时间工作的回路根据具体情况决定，不强制要求做。试验后，不得出现对连接器、端子、电线、PCB等造成损坏，比如变形、变色、熔化等，电气接线盒不应该出现融化的现象。按照熔断丝的类型，主要有3种加载方式。1片式熔断丝加载2倍电流直至熔断、加载135倍电流直至熔断、加载11倍电流60MIN。这里的片式熔断丝主要包括MINI、MAXI、ATO等。表2为MINI熔断丝时间一电流熔断特性表。通11倍电流60MIN，熔断丝是不会熔断的，这对回路承受低过载的能力提出了比较苛刻的要求，所以在回路设计的时候，要考虑与熔断丝的匹配关系。如果在此期间出现了熔断丝熔断的情况。那么可以更换熔断丝后继续进行验证。而当通135倍电流的时候最长的熔断时间为10MIN，通2倍电流的时候，最长熔断时间为5S。这里模拟的是当出现过载情况下，熔断丝熔断之前，电气接线盒内部回路的承载能力。表2MINI熔断丝时间一电流熔断特性表22箱式慢熔熔断丝加载135倍电流直至熔断、加载2倍电流直至熔断。这里的慢熔熔断丝主要包括JCASE等。以JCASE熔断丝为例，额定电流范围一般从2060A，电气接线盒要保证在通135倍电流时，30MIN之内不会烧蚀；通2倍电流时，1MIN之内不会烧蚀见表3。表3JCASE熔断丝时间一电流熔断特性表3平板式慢熔熔断丝加载2倍电流直至熔断。平板式熔断丝一般包括MIDI和MEGA两类。主要用于较大电流的负载，额定电流值都在150A以上，比如发电机、起动机等。MIDI和MEGA熔断丝仅用于短路的保护，对低过载工况不敏感，不适用于低过载工况的保护，因此只做2倍电流的过载试验。MIDI熔断丝30125A范围内的熔断特性与150200A的熔断特性有所差异，见表4。而MEGA熔断丝40250A范围内的熔断特性与300500A范围内熔断特性也有所差异，见表5。表4MIDI熔断丝时间一电流熔断特性表表5MEGA熔断丝时间一电流熔断特性表【2关于电气接线盒过电流试验项目的要求，各大主机厂均有所不同。有的是针对熔断丝类型的不同细化出不同的加载方式。有的则是统一要求通135倍额定电流或者2倍额定电流不区分熔断丝类型直至熔断丝熔断。这取决于对电路设计的目标制定，如果侧重电路对于低过载的承受能力。PCB板的布线会占用更多的空间或者增加铜条来增强回路的承载能力，这样势必造成电气接线盒成本的上升以及设计难度的增加。3结束语电气接线盒的设计目标决定了验证的手段，