汽車上的導(dǎo)線可分為蓄電池線、高壓導(dǎo)線(新能源汽車用,耐壓等級(jí)DC大于60V小于600V),同軸電纜、低壓導(dǎo)線(耐壓等級(jí)DC<60V或AC<25V)等,同時(shí),這里所說(shuō)的低壓導(dǎo)線,也是車上使用數(shù)量最多,承擔(dān)為整車所有電器提供低壓電源以及信號(hào)傳輸?shù)淖饔谩O旅鎻脑O(shè)計(jì)角度分析一下低壓導(dǎo)線選型的方法:
1.
首先從下面導(dǎo)線選型的路線圖,了解導(dǎo)線選型應(yīng)該考慮的因素:
①導(dǎo)線的溫度等級(jí)
②絕緣層厚度
③導(dǎo)體材料
④絕緣層材質(zhì)
⑤導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
⑥導(dǎo)線截面積
2.
導(dǎo)線的溫度等級(jí)選擇主要考慮兩個(gè)因素:
①導(dǎo)線使用的外部環(huán)境溫度
Ⅰ、機(jī)艙域:不包括發(fā)動(dòng)機(jī),距離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管300mm以上,溫度范圍:Minimum=-40℃,continuous=100℃, Excursion=110℃
Ⅱ、發(fā)動(dòng)機(jī)域:位于發(fā)動(dòng)機(jī)上,距離排氣管在300mm內(nèi),溫度范圍:
Minimum=-40℃,continuous=120℃, Excursion=130℃
Ⅲ、高溫區(qū)域:距離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管小于150mm,溫度范圍:
Minimum=-40℃,continuous=130℃, Excursion=150℃
Ⅳ、座艙和底盤(pán)區(qū)域:駕駛艙和底盤(pán)距離排氣管150mm以上區(qū)域,溫度范圍:
Minimum=-40℃,continuous=80℃, Excursion=100℃
②導(dǎo)線因承載電流所引起的溫升
根據(jù)ISO導(dǎo)線溫度等級(jí)的劃分,目前新車型通常將位于座艙和機(jī)艙的導(dǎo)線溫度等級(jí)定位Class B,將發(fā)動(dòng)機(jī)線的溫度等級(jí)定義為Class C,對(duì)于靠近排氣管區(qū)域的導(dǎo)線通常采用隔熱鋁箔膠帶的防護(hù),以杜絕發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱輻射。
3.
絕緣層厚度的選擇,通常從耐磨性、柔韌性以及耐壓能力等方面考慮:
①厚壁導(dǎo)線:通常用在底盤(pán)如輪速傳感器等需要高耐磨性的區(qū)域,同時(shí)要考慮彎曲半徑。
②薄壁導(dǎo)線:通常用于整車所有區(qū)域的導(dǎo)線(除去底盤(pán)部分)。
③超薄壁導(dǎo)線:目前基本很少使用。
4.
導(dǎo)體材質(zhì)選型:
①純銅(退火):車用導(dǎo)線的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體材質(zhì)。
②銅合金:一般應(yīng)用在0.13mm2,為了增加的拉伸強(qiáng)度,壓接性能。
③鍍錫銅:通常應(yīng)用在Pigtail端。
④鍍銀銅:通常應(yīng)用在高溫場(chǎng)合(200.C+).
⑤鍍鎳銅:通常應(yīng)用在高溫區(qū)域(O2傳感器)225.C+。
⑥鋁:通常應(yīng)用在蓄電池線,減重降成本,但是鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電性不如銅,同時(shí)在空氣中容易發(fā)生腐蝕。
5.
導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的選擇
①導(dǎo)線截面積在0.13mm2——〉2.0mm2 內(nèi)的,通常采用Type A導(dǎo)體,便于剝線和端子壓接。
②導(dǎo)體截面積〉2.5mm2, Type A 和Type B 都有用。
③對(duì)于柔韌性要求比較高的地方,例如門(mén)鉸鏈位置,轉(zhuǎn)向管住,電調(diào)座椅等,通常采用TypeC。
6.
導(dǎo)線截面積的選擇:
①下面有兩個(gè)理論計(jì)算公式,表示了負(fù)載電流、導(dǎo)線參數(shù)與溫升的關(guān)系
公式一:
Kt:叫做綜合散熱系數(shù),它與導(dǎo)線所處的環(huán)境有關(guān),與導(dǎo)線材料有關(guān),與導(dǎo)線外部包覆的絕緣材料材質(zhì)、厚度和顏色都有關(guān);
г:是溫升,M1截面周長(zhǎng),S截面面積;
ρο:導(dǎo)線在零攝氏度時(shí)的電阻率;
導(dǎo)線的截面積是S;
導(dǎo)線的電阻溫度系數(shù)是α;
導(dǎo)線的實(shí)際溫度值是θ,θ的單位是攝氏度℃。
公式二:
T1:導(dǎo)線允許的工作溫度;
T2:為環(huán)境溫度;
R:為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的熱阻;
r :為單位導(dǎo)線長(zhǎng)度的電阻;
②在導(dǎo)線溫度等級(jí)、環(huán)境溫度以及負(fù)載電流確定的可利用上述公式初步計(jì)算導(dǎo)體的截面積。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,一般通過(guò)查表即可選擇相應(yīng)的導(dǎo)線截面積。
③在初步選擇完保險(xiǎn)和導(dǎo)線后(保險(xiǎn)選型可參閱我寫(xiě)的另一篇文章),需要進(jìn)行保險(xiǎn)和導(dǎo)線的匹配校核,即導(dǎo)線的發(fā)煙特性曲線位于保險(xiǎn)的熔斷特性曲線之上并且無(wú)交叉,保證導(dǎo)線在任意發(fā)煙電流下的發(fā)煙時(shí)間大于保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間。此過(guò)程需借助供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的匹配軟件來(lái)完成,在沒(méi)有軟件的情況下,也可以選取兩個(gè)點(diǎn),選取負(fù)載電流為保險(xiǎn)額定容量的135%、200%的點(diǎn),查詢保險(xiǎn)和導(dǎo)線廠家提供的保險(xiǎn)熔斷曲線和導(dǎo)線發(fā)煙曲線,保證在這兩個(gè)點(diǎn)導(dǎo)線的發(fā)煙時(shí)間大于保險(xiǎn)的熔斷時(shí)間。
④完成保險(xiǎn)和導(dǎo)線的匹配校核后,對(duì)于有線阻、壓降要求的用電器需要進(jìn)行線阻和壓降的計(jì)算,導(dǎo)體的線阻可通過(guò)導(dǎo)體單位長(zhǎng)度的導(dǎo)體電阻(可查閱導(dǎo)線參數(shù)表)及導(dǎo)線長(zhǎng)度計(jì)算,有線阻和負(fù)載電流可計(jì)算導(dǎo)線壓降。
⑤短路電流校核。
根據(jù)導(dǎo)線長(zhǎng)度計(jì)算導(dǎo)線的電阻再加上端子壓接的阻抗、接觸阻抗、Splice的阻抗及為回路的總阻抗,在由此計(jì)算短路電流,為確保保險(xiǎn)絲在短路情況下可以完全斷開(kāi),一般短路電流的值應(yīng)大于保險(xiǎn)絲額定電流的350%。
⑥更為簡(jiǎn)單的方法,可根據(jù)負(fù)載電流,查詢企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),選取對(duì)應(yīng)的保險(xiǎn)、導(dǎo)線類型。
總結(jié)
上述只是導(dǎo)線選型的一般方法,導(dǎo)線選型考慮的其他因素還包括端子壓接要求,共保險(xiǎn)負(fù)載電源線徑一致要求等。另外,整車電源系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后,要進(jìn)行各項(xiàng)電性能的測(cè)試,包括單負(fù)載、全負(fù)載、135%過(guò)載、200%過(guò)載、短路測(cè)試等,驗(yàn)證保險(xiǎn)和導(dǎo)線設(shè)計(jì)的合理性,只有通過(guò)測(cè)試的設(shè)計(jì)才算是合理的設(shè)計(jì)。