汽車上的導線可分為蓄電池線、高壓導線(新能源汽車用,耐壓等級DC大于60V小于600V),同軸電纜、低壓導線(耐壓等級DC<60V或AC<25V)等,同時,這裡所說的低壓導線,也是車上使用數量最多,承擔為整車所有電器提供低壓電源以及信号傳輸的作用。下面從設計角度分析一下低壓導線選型的方法:
1.
首先從下面導線選型的路線圖,了解導線選型應該考慮的因素:
①導線的溫度等級
②絕緣層厚度
③導體材料
④絕緣層材質
⑤導體結構
⑥導線截面積
2.
導線的溫度等級選擇主要考慮兩個因素:
①導線使用的外部環境溫度
Ⅰ、機艙域:不包括發動機,距離發動機排氣管300mm以上,溫度範圍:Minimum=-40℃,continuous=100℃, Excursion=110℃
Ⅱ、發動機域:位于發動機上,距離排氣管在300mm内,溫度範圍:
Minimum=-40℃,continuous=120℃, Excursion=130℃
Ⅲ、高溫區域:距離發動機排氣管小于150mm,溫度範圍:
Minimum=-40℃,continuous=130℃, Excursion=150℃
Ⅳ、座艙和底盤區域:駕駛艙和底盤距離排氣管150mm以上區域,溫度範圍:
Minimum=-40℃,continuous=80℃, Excursion=100℃
②導線因承載電流所引起的溫升
根據ISO導線溫度等級的劃分,目前新車型通常将位于座艙和機艙的導線溫度等級定位Class B,将發動機線的溫度等級定義為Class C,對于靠近排氣管區域的導線通常采用隔熱鋁箔膠帶的防護,以杜絕發動機排氣的熱輻射。
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厚壁導線:通常用在底盤如輪速傳感器等需要高耐磨性的區域,同時要考慮彎曲半徑。
②薄壁導線:通常用于整車所有區域的導線(除去底盤部分)。
③超薄壁導線:目前基本很少使用。
4.
導體材質選型:
①純銅(退火):車用導線的标準導體材質。
②銅合金:一般應用在0.13mm2,為了增加的拉伸強度,壓接性能。
③鍍錫銅:通常應用在Pigtail端。
④鍍銀銅:通常應用在高溫場合(200.C ).
⑤鍍鎳銅:通常應用在高溫區域(O2傳感器)225.C 。
⑥鋁:通常應用在蓄電池線,減重降成本,但是鋁導體的導電性不如銅,同時在空氣中容易發生腐蝕。
5.
導體結構的選擇
①導線截面積在0.13mm2——〉2.0mm2 内的,通常采用Type A導體,便于剝線和端子壓接。
②導體截面積〉2.5mm2, Type A 和Type B 都有用。
③對于柔韌性要求比較高的地方,例如門鉸鍊位置,轉向管住,電調座椅等,通常采用TypeC。
6.
導線截面積的選擇:
①下面有兩個理論計算公式,表示了負載電流、導線參數與溫升的關系
公式一:
Kt:叫做綜合散熱系數,它與導線所處的環境有關,與導線材料有關,與導線外部包覆的絕緣材料材質、厚度和顔色都有關;
г:是溫升,M1截面周長,S截面面積;
ρο:導線在零攝氏度時的電阻率;
導線的截面積是S;
導線的電阻溫度系數是α;
導線的實際溫度值是θ,θ的單位是攝氏度℃。
公式二:
T1:導線允許的工作溫度;
T2:為環境溫度;
R:為單位長度導線的熱阻;
r :為單位導線長度的電阻;
②在導線溫度等級、環境溫度以及負載電流确定的可利用上述公式初步計算導體的截面積。但在實際工程設計過程中,一般通過查表即可選擇相應的導線截面積。
③在初步選擇完保險和導線後(保險選型可參閱我寫的另一篇文章),需要進行保險和導線的匹配校核,即導線的發煙特性曲線位于保險的熔斷特性曲線之上并且無交叉,保證導線在任意發煙電流下的發煙時間大于保險絲的熔斷時間。此過程需借助供應商開發的匹配軟件來完成,在沒有軟件的情況下,也可以選取兩個點,選取負載電流為保險額定容量的135%、200%的點,查詢保險和導線廠家提供的保險熔斷曲線和導線發煙曲線,保證在這兩個點導線的發煙時間大于保險的熔斷時間。
④完成保險和導線的匹配校核後,對于有線阻、壓降要求的用電器需要進行線阻和壓降的計算,導體的線阻可通過導體單位長度的導體電阻(可查閱導線參數表)及導線長度計算,有線阻和負載電流可計算導線壓降。
⑤短路電流校核。
根據導線長度計算導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,在由此計算短路電流,為确保保險絲在短路情況下可以完全斷開,一般短路電流的值應大于保險絲額定電流的350%。
⑥更為簡單的方法,可根據負載電流,查詢企業标準,選取對應的保險、導線類型。
總結
上述隻是導線選型的一般方法,導線選型考慮的其他因素還包括端子壓接要求,共保險負載電源線徑一緻要求等。另外,整車電源系統在設計完成後,要進行各項電性能的測試,包括單負載、全負載、135%過載、200%過載、短路測試等,驗證保險和導線設計的合理性,隻有通過測試的設計才算是合理的設計。
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