48 V 負極線束發(fā)熱故障分析與解決

夏鳴春 周 慧 盧 云 范生北

（吉利汽車研究院有限公司 浙江 寧波 315315）

引言

引起線束發(fā)熱的因素有許多，如線束線徑與保險絲容量不匹配、端子能承受的載流與設(shè)備所需電流不匹配、端子和導(dǎo)線壓接不良、固定線束端子的凸焊螺母和螺栓匹配不良、線束端子裝配轉(zhuǎn)矩偏小等[1]。

1 48 V BSG 電路與控制策略

BSG（Belt-driven Starter Generator），即利用皮帶傳動兼顧起動和發(fā)電的一體機[2]。48 V BSG 系統(tǒng)包含BSG 電機、48 V 電池包和直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）。在起動瞬間，48 V 電池包提供電流，使BSG 電機起動，BSG 電機通過皮帶帶動發(fā)動機運行。同時，BSG 電機產(chǎn)生的電能通過直流轉(zhuǎn)換器將48V 轉(zhuǎn)換為12V，供電給整車所有負載。在汽車制動等情況下，能量通過BSG 電機給48 V 電池包充電。

48V BSG 系統(tǒng)電器架構(gòu)圖[3]如圖1 所示。

圖1 48 V BSG 系統(tǒng)電器架構(gòu)圖

2 發(fā)熱故障分析

2.1 設(shè)計選型分析

2.1.1 保險絲容量與線束線徑匹配分析

根據(jù)48 V 電池包額定電流和峰值電流，電池包內(nèi)部保險絲容量為300A MEGA，則采用300A MEGA保險絲對線束進行保護。根據(jù)保險絲容量與導(dǎo)線線徑匹配計算，選擇線徑為35 mm2的FLRY-B 導(dǎo)線。保險絲熔斷與導(dǎo)線發(fā)煙匹配如圖2 所示。從圖2 可以得出，保險絲容量與線束線徑匹配正常。

圖2 保險絲熔斷與導(dǎo)線發(fā)煙匹配圖

根據(jù)FLRY-B 導(dǎo)線性能，得出FLRY-B 導(dǎo)線的溫升與額定電流的對應(yīng)關(guān)系如圖3 所示。

圖3 FLRY-B 導(dǎo)線溫升與電流關(guān)系曲線圖

根據(jù)35 mm2FLRY-B 導(dǎo)線溫升與電流的關(guān)系曲線，可以得出不同環(huán)境溫度下導(dǎo)線的額定電流。35 mm2FLRY-B 導(dǎo)線的工作溫度范圍在-40～105 ℃，在環(huán)境溫度為40℃的情況下，導(dǎo)線可以承受的最大溫升為65℃，對應(yīng)的額定電流為210 A。

35 mm2FLRY-B 導(dǎo)線的額定電流與環(huán)境溫度的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 35 mm2 FLRY-B 導(dǎo)線額定電流

同時，通過監(jiān)測整車電流，發(fā)現(xiàn)整車穩(wěn)態(tài)電流小于150 A。雖然整車最大電流可以達到350 A，但是其持續(xù)時間都在毫秒級別。因此，選擇35 mm2FLRY-B 導(dǎo)線，可以滿足整車供/用電需求。

2.1.2 端子選型分析

按照端子能承載的電流為12.25 A/mm2的原則進行端子選型，端子的載流值見表2。可知，端子A和端子B 均能承受48 V BSG 系統(tǒng)所需的電流。

表2 端子載流值

2.1.3 凸焊螺母和螺栓匹配分析

凸焊螺母為自帶螺紋螺母，而實車匹配的螺栓為自攻螺栓，2 者匹配性存在問題。當自攻螺栓裝配到凸焊螺母中，會損傷凸焊螺母的內(nèi)螺紋，使2 者存在部分間隙而不能確保100%嚙合在一起，使螺栓和凸焊螺母接觸電阻變大，長期積熱會使螺栓和凸焊螺母溫度異常，最終導(dǎo)致與其相連的負極線束出現(xiàn)發(fā)熱故障。

2.1.4 電流傳輸分析

電流傳輸為鈑金支架C→凸焊螺母D→自攻螺栓→端子B→48 V 負極線束→端子A→48 V 電池包，接觸面積與承載電流的關(guān)系見表3。通過分析得知，凸焊螺母只有4 個角焊接在鈑金支架C 上，2 者有效接觸面積不到10 mm2。由于接觸面積偏小，不能長期承受大電流，長期積熱會讓凸焊螺母溫度異常，導(dǎo)致與其相連的負極線束出現(xiàn)發(fā)熱故障。

表3 接觸面積與承載電流的關(guān)系

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析

對負極線束的端子壓接（圖4）、拉拔力和電壓降進行測試，發(fā)現(xiàn)端子壓接、拉拔力和電壓降均未發(fā)現(xiàn)異常。

圖4 端子壓接剖面圖

2.3 總裝裝配工藝分析

對負極線束裝配工藝和螺母是否存在殘留異物等（如油漆）進行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

3 解決方案和臺架驗證

將自帶螺紋的凸焊螺母更改為無螺紋的凸焊螺母，確保無螺紋的凸焊螺母和自攻螺栓能100%嚙合在一起。另外，將無螺紋的凸焊螺母在鈑金支架上的焊接結(jié)構(gòu)由4 角焊接更改為全面焊接，增大凸焊螺母和鈑金支架的有效接觸面積，如表4 所示。

表4 凸焊螺母類型更改

對原方案和更改方案分別進行臺架測試，每種方案持續(xù)通250 A 電流，監(jiān)測導(dǎo)線端子壓接處、凸焊螺母焊接處、螺栓和導(dǎo)線絕緣層4 個測量點的溫升情況。臺架測試圖如圖5 所示。

圖5 臺架測試圖

原方案和更改方案的臺架測試結(jié)果分別如圖6和圖7 所示。

圖6 原方案的臺架測試結(jié)果

圖7 更改方案的臺架測試結(jié)果

從圖6 和圖7 可以看出，與原方案相比，更改方案中，凸焊螺母焊接處溫度降低21.5℃，螺栓溫度降低49.4 ℃，說明更改方案可以解決負極線束發(fā)熱故障問題。

4 結(jié)論

本文對線束設(shè)計、線束質(zhì)量和總裝裝配工藝進行了全面排查，最終鎖定凸焊螺母和螺栓匹配選型不良以及凸焊螺母焊接在鈑金支架接觸面積較小導(dǎo)致螺栓和凸焊螺母溫度異常，從而使負極線束出現(xiàn)發(fā)熱故障。

解決方案是：將自帶螺紋的凸焊螺母更改為無螺紋的凸焊螺母，確保無螺紋的凸焊螺母和自攻螺栓能100%嚙合在一起。另外，將無螺紋的凸焊螺母在鈑金支架上的焊接結(jié)構(gòu)由4 角焊接更改為全面焊接，增大凸焊螺母和鈑金支架的有效接觸面積。

臺架測試結(jié)果表明，相比于原方案，更改方案中，凸焊螺母焊接處溫度降低21.5℃，螺栓溫度降低49.4℃，說明更改方案可以有效解決負極線束發(fā)熱故障問題。