汽车导线与熔断丝的匹配选型

2023年11月5日系统设计评论2字数 4199阅读模式

【摘要】本文介绍导线和熔断部件的基础性能、分类，根据导线和熔断性能特点、使用工况、匹配的负荷特性不同等，给出较为细致的选用原则及流程介绍。熔断丝的选用首先需计算出额定负荷电流，根据不同使用温度引入熔断温度折减系数、导线减低系数，进行详细容量衰减匹配计算，设定合理的安全余量，对特殊的脉冲电流负载还需依据 I2t 校核熔断丝使用寿命。导线的选用依据使用环境、传输信号等对种类和线经进行选择计算，满足线径载流能力。为避免起火风险，通过发烟电流曲线，辅助判断导线与熔断丝匹配合理情况。最终根据校核计算，确定熔断丝与导线的匹配可满足不同负荷类型、不同使用温度，导线允许电流、回路负荷电流、熔断丝适配电流三者相匹配，使得电路设计安全可靠。

01文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

前言文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

汽车导线是车内各用电设备供电的主体，没有导线也就无法实现汽车起动、行驶，车内用电设备如MP5、空调等也无法正常工作。随着汽车智能化、网联化的快速发展，汽车电路愈发庞大和复杂，电路安全保护器———熔断丝对于整车的电气系统安全起着至关重要的作用，它不仅要对导线进行保护，同时还要保护用电器的正常工作。熔断丝的选择必须合理，否则可能导致线路过载使得线束发热过大，造成事故。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

02文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

熔断丝的设计选用文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

熔断丝是一个热能响应元件，它是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分。根据熔断特性不同，可以把熔断丝分成快熔型和慢熔型。要实现熔断丝保护导线的功能，需要保证熔断丝在正常负荷电流工况下，熔断丝不会熔断，而在过载或短路情况下，熔断丝必须熔断。即流经熔断丝的电流必须大于某个特定的电流值后，熔断丝才会熔断，这个特定电流值称为熔断丝必要额定电流，必要额定电流与负荷余量率，即熔断丝种类有关。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

2.1 熔断丝选用的原则文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

负载工作方式决定熔断丝的类型，负荷电流的大小及熔断丝的类型又决定了熔断丝的容量，即熔断丝规格额定电流的大小，熔断丝容量的选择同时还受到布置位置周围温度的影响。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

2.2 确认负载的负荷类型文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

电器负载根据其工作电流特性，主要分为感性负载与阻性负载。根据其工作特点，又分为间歇负载与连续负载。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/matching-and-selection-of-automotive-wires-and-fuses/

熔断丝选型时，需根据负荷特性选择合适的熔断丝类型。

2.3 熔断丝类型选择

熔断丝的工作原理就是熔断丝通过电流时发热，当温度上升到熔点时熔断丝熔化，熔化积累最终熔断，这是一个温度积累的过程。电机类电器件起动或关闭时都会有大电流脉冲，造成熔断丝局部熔化降低使用寿命。慢熔就是对这些脉冲反应较为迟钝的一类熔断丝，有较好的耐冲击能力。

大电流负载、长时间脉冲电流负载、堵转电流负载建议选用慢熔熔断丝；小电流负载、阻性负载或短时间脉冲电流负载建议选用快熔熔断丝。

2.4 共用熔断丝回路规范

从安全及线束成本等方面考虑，每个电源回路最好单独采用熔断丝，但整车电路有很多的用电器和回路，而受成本、布置等限制不可能每个回路都单独分配一个熔断丝，也就存在几个回路、用电器共用一个熔断丝的情况。熔断丝分配时要遵循以下原则。

1）对行车安全或可靠性要求极高的如ECU、ABS、远光灯、近光灯、制动灯等要单独给熔断丝甚至增加分熔断丝，以保证一路故障发生时不至于整个系统功能失效。

2）易受其他设备干扰的负载建议单设熔断丝，如音响和仪表。

3）信号回路避免与大功率回路或电机类负载回路如雨刮、玻璃升降、喇叭等共用熔断丝，因为电机的起动或关闭会产生剧烈的电流电压冲击，会对信号回路造成一定的干扰。

4）小电流回路避免与大功率回路共用熔断丝，为满足大功率回路的用电需求，其熔断丝容量的选择一般较大，如熔断丝下游有小电流回路，它的导线为满足熔断丝的匹配要求必然较粗，造成不必要的浪费。

5）安全等级高的负载不能和等级低的负载共用熔断丝。

6）相互干扰不敏感的负载，可以共用熔断丝，如报警灯与外部照明灯。

7）同一系统负载可共用熔断丝，如喇叭、开关、喇叭继电器。

8）电气性质相似的负载，可共用熔断丝，如雨刮电机、喷水电机。

9）安全等级相同的负载，可共用熔断丝，如舒适性负载。

2.5 熔断丝容量选择

1）确定负载的总额定功率：总额定功率=负载1额定功率+负载2额定功率+…

2）计算负荷电流：负载（用电器）工作时回路流通的电流称为负荷电流，为保证熔断丝的寿命，一般根据经验会设置熔断丝负荷余量率，其值为负荷电流上限与熔断丝周围温度额定电流的比值。负荷余量率与熔断丝种类有关，快熔熔断丝一般设定为70％，慢熔熔断丝一般设定为50％。

3）计算熔断丝必要额定电流：

4）匹配选择熔断丝容量：根据熔断丝必要额定电流值选出一个大于它又最接近于它的熔断丝规格额定电流值，根据熔断丝规格额定电流值和周围工作温度计算出熔断丝周围温度额定电流。

熔断丝周围温度额定电流（A）=熔断丝规格额定电流（A）×温度折减系数

式中：熔断丝周围温度额定电流———熔断丝环境温度为某一值时，其额定电流值；熔断丝规格额定电流———熔断丝在周围温度25℃时的额定电流值，也是厂家标称的规格额定电流值，简称熔断丝容量；温度折减系数———1+（T-25℃）×温度折减速率。

温度折减系数随环境温度变化而变化，由温度折减速率决定，温度折减速率为负值，快熔熔断丝温度折减速率：-0.15%/℃，慢熔熔断丝温度折减速率：-0.14%/℃；熔断丝温度折减系数与环境温度的关系曲线如图1所示。

要求：熔断丝必要额定电流≦熔断丝周围温度额定电流。如结果不满足，那么熔断丝容量选择上升一档，重新计算比较。最终选择的熔断丝容量即为匹配的熔断丝容量。

2.6 计算熔断丝寿命

对于有脉冲电流的熔断丝匹配，需计算所选熔断丝耐脉冲电流冲击次数，即计算熔断丝寿命。脉冲电流不包含稳态工作电流，如图2所示，相应熔断丝必须保证承受足够的脉冲次数，此种特性的负载可以通过脉冲电流I2t和熔断丝熔断I2t的比值，即相对I2t来校核。脉冲电流I2t可通过图3计算。熔断丝熔断I2t可通过图4计算，实际使用时可从熔断丝供应商处得到。

相对I2t对熔断丝寿命的影响可以利用承受脉冲周期曲线来预测熔断丝的寿命，例如，给定脉冲达到熔断丝41%相对I2t时，熔断丝可以承受4500次这样的脉冲冲击，见图5。

通常建议相对I2t＜30%，此时熔断丝可以承受10万次以上的脉冲冲击，典型脉冲电流I2t的计算公式见表1。

2.7 熔断丝分断时间

熔断丝分断时间是指熔断丝从熔断体熔化到电路分断的时间。

熔断丝分断时间=熔化时间+电弧时间

熔断丝在额定工作电流固定倍率下，其分断时间需符合标准规定要求，可依据此判断回路熔断丝与导线选型是否合理，如图6所示。

2.8 熔断丝选型流程（图7）

导线的设计选用

导线在整车中的作用是将电器系统的电源信号和数据信号等及时传递和交换，选择时需要根据使用工况、机械性能、负载匹配等进行综合考虑，一般先选导线种类，再选导线线经。

3.1 导线种类的选择

3.1.1 根据使用环境选择

导线的选用必须考虑其所处的环境，如发动机周围环境温度很高，腐蚀性气体和液体也很多，此时一定要使用耐液压油、耐高温的导线，特别是排气管附近更需要用耐高温的导线（布线时尽量避免）。ABS传感器、制动蹄片报警等线束由于处于车轮附近经常遭到泥水、沙石的飞溅，必须使用外部有较厚、耐磨的橡胶材料、柔韧性较好的导线。起动机线、发电机输出线、蓄电池线束等必须承受大电流，所以要求导线绝缘层的散热性良好。另外，随着汽车电子技术的发展，汽车上电控产品增加、微弱信号增多，为保证数据传递的可靠性，需要采用双绞线、屏蔽线加以保护。车门线束考虑运动问题，需考虑采用柔性线等。

3.1.2 根据耐温等级选择

1）按照耐温等级，根据JASO D611标准将日标导线分为：①普通导线，耐温80℃，如AV、AVS、AVSS、CAVS等；②耐温导线，耐温100℃，如AVX、AVSX、AVSSX等，耐温120℃，如AEX、AESSX等。

2）按照耐温等级，根据ISO 6722标准将德标导线分为：①耐温105℃，如FLRY、FLR11Y等；②耐温125℃，如FLR9Y、FLR2X、FLR31Y等；③耐温150℃，如FLR13Y、FLR91X、FLR7Y等；④耐温180℃，如FL2G、FLR7Y等。

3.1.3 根据传输信号选择

1）普通导线：用于传输一般的电源信号或者比较强、不易受干扰的信号。

2）双绞线：用于传输某些弱的信号或者易受干扰的信号，作用为降低线间电容，一般总线等数字信号回路需双绞，一般在每米20-40绞。

3）屏蔽导线：用于传输某些弱的信号或者易受干扰的信号，系统对信号的品质要求特别高时采用，一般为模拟信号回路。

3.2 导线线径的选择

导线类型确定后，需要根据回路电流计算并校核导线的线径，再根据熔断丝特性进行导线匹配，其计算匹配流程如图8所示。

根据导线电流参数，选择导线线径，要求导线允许电流大于回路负荷电流且导线允许电流大于熔断丝适配电流（额定电流×余量系数），如不满足，则导线线径提升一级。

3.3 发烟电流曲线对导线的辅助选择

导线本身具有电阻，当电流通过时会发热，当热量集聚超过其绝缘层的耐温后，会引起导线损坏或起火。对于不同规格的导线，供应商通常对其某一温度下的耐受电流做了规定。实际应用中，导线的容许电流需考虑环境温度及线束中同时工作电源线的相互影响：导线容许电流（A）=周围温度容许电流（A）*导线减低系数。导线减低系数见表2。