汽車導線與熔斷絲的匹配選型

韓光杰 劉瑩瑩 陶瑩

【摘? 要】本文介紹導線和熔斷部件的基礎性能、分類，根據導線和熔斷性能特點、使用工況、匹配的負荷特性不同等，給出較為細致的選用原則及流程介紹。熔斷絲的選用首先需計算出額定負荷電流，根據不同使用溫度引入熔斷溫度折減系數、導線減低系數，進行詳細容量衰減匹配計算，設定合理的安全余量，對特殊的脈沖電流負載還需依據I2t校核熔斷絲使用壽命。導線的選用依據使用環境、傳輸信號等對種類和線經進行選擇計算，滿足線徑載流能力。為避免起火風險，通過發煙電流曲線，輔助判斷導線與熔斷絲匹配合理情況。最終根據校核計算，確定熔斷絲與導線的匹配可滿足不同負荷類型、不同使用溫度，導線允許電流、回路負荷電流、熔斷絲適配電流三者相匹配，使得電路設計安全可靠。

【關鍵詞】導線;熔斷絲;脈沖;發煙

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）05-0058-04

【Abstract】This paper introduces the basic performance and classification of conductor and fuse components，and gives a detailed introduction to the selection principle and process according to the characteristics of conductor and fuse performance，operating conditions，matching load characteristics，etc. For the selection of fuse，the rated load current shall be calculated first，the fuse temperature reduction factor and wire reduction factor shall be introduced according to different operating temperatures，the detailed capacity attenuation matching calculation shall be carried out，and the reasonable safety margin shall be set. For special pulse current loads，the fuse service life shall be checked according to I2t. The selection of conductor shall be based on the use environment，transmission signal，etc. The type and diameter of conductor shall be selected and calculated to meet the current carrying capacity of conductor. In order to avoid the risk of fire，the smoke current curve is used to help judge the reasonable matching of the conductor and the fuse. Finally，according to the check calculation，it is determined that the matching of fuse and wire can meet the requirements of different load types，different service temperatures，and the matching of wire allowable current，loop load current，and fuse adaptive current，making the circuit design safe and reliable.

【Key words】wires;fuse;pulse;smoke

作者簡介

韓光杰（1987—），男，工程師，電氣技術經理，從事汽車線束系統的開發設計工作。

1? 前言

汽車導線是車內各用電設備供電的主體，沒有導線也就無法實現汽車起動、行駛，車內用電設備如MP5、空調等也無法正常工作。隨著汽車智能化、網聯化的快速發展，汽車電路愈發龐大和復雜，電路安全保護器——熔斷絲對于整車的電氣系統安全起著至關重要的作用，它不僅要對導線進行保護，同時還要保護用電器的正常工作。熔斷絲的選擇必須合理，否則可能導致線路過載使得線束發熱過大，造成事故。

2? 熔斷絲的設計選用

熔斷絲是一個熱能響應元件，它是為了保護線束而有意設計和制造成線路中最弱的一部分。根據熔斷特性不同，可以把熔斷絲分成快熔型和慢熔型。要實現熔斷絲保護導線的功能，需要保證熔斷絲在正常負荷電流工況下，熔斷絲不會熔斷，而在過載或短路情況下，熔斷絲必須熔斷。即流經熔斷絲的電流必須大于某個特定的電流值后，熔斷絲才會熔斷，這個特定電流值稱為熔斷絲必要額定電流，必要額定電流與負荷余量率，即熔斷絲種類有關。

2.1? 熔斷絲選用的原則

負載工作方式決定熔斷絲的類型，負荷電流的大小及熔斷絲的類型又決定了熔斷絲的容量，即熔斷絲規格額定電流的大小，熔斷絲容量的選擇同時還受到布置位置周圍溫度的影響。

2.2? 確認負載的負荷類型

電器負載根據其工作電流特性，主要分為感性負載與阻性負載。根據其工作特點，又分為間歇負載與連續負載。熔斷絲選型時，需根據負荷特性選擇合適的熔斷絲類型。

2.3? 熔斷絲類型選擇

熔斷絲的工作原理就是熔斷絲通過電流時發熱，當溫度上升到熔點時熔斷絲熔化，熔化積累最終熔斷，這是一個溫度積累的過程。電機類電器件起動或關閉時都會有大電流脈沖，造成熔斷絲局部熔化降低使用壽命。慢熔就是對這些脈沖反應較為遲鈍的一類熔斷絲，有較好的耐沖擊能力。

大電流負載、長時間脈沖電流負載、堵轉電流負載建議選用慢熔熔斷絲;小電流負載、阻性負載或短時間脈沖電流負載建議選用快熔熔斷絲。

2.4? 共用熔斷絲回路規范

從安全及線束成本等方面考慮，每個電源回路最好單獨采用熔斷絲，但整車電路有很多的用電器和回路，而受成本、布置等限制不可能每個回路都單獨分配一個熔斷絲，也就存在幾個回路、用電器共用一個熔斷絲的情況。熔斷絲分配時要遵循以下原則。

1）對行車安全或可靠性要求極高的如ECU、ABS、遠光燈、近光燈、制動燈等要單獨給熔斷絲甚至增加分熔斷絲，以保證一路故障發生時不至于整個系統功能失效。

2）易受其他設備干擾的負載建議單設熔斷絲，如音響和儀表。

3）信號回路避免與大功率回路或電機類負載回路如雨刮、玻璃升降、喇叭等共用熔斷絲，因為電機的起動或關閉會產生劇烈的電流電壓沖擊，會對信號回路造成一定的干擾。

4）小電流回路避免與大功率回路共用熔斷絲，為滿足大功率回路的用電需求，其熔斷絲容量的選擇一般較大，如熔斷絲下游有小電流回路，它的導線為滿足熔斷絲的匹配要求必然較粗，造成不必要的浪費。

5）安全等級高的負載不能和等級低的負載共用熔斷絲。

6）相互干擾不敏感的負載，可以共用熔斷絲，如報警燈與外部照明燈。

7）同一系統負載可共用熔斷絲，如喇叭、開關、喇叭繼電器。

8）電氣性質相似的負載，可共用熔斷絲，如雨刮電機、噴水電機。

9）安全等級相同的負載，可共用熔斷絲，如舒適性負載。

2.5? 熔斷絲容量選擇

1）確定負載的總額定功率：總額定功率=負載1額定功率+負載2額定功率+…

2）計算負荷電流：負載（用電器）工作時回路流通的電流稱為負荷電流，為保證熔斷絲的壽命，一般根據經驗會設置熔斷絲負荷余量率，其值為負荷電流上限與熔斷絲周圍溫度額定電流的比值。負荷余量率與熔斷絲種類有關，快熔熔斷絲一般設定為70%，慢熔熔斷絲一般設定為50%。

負荷額定電流=×

3）計算熔斷絲必要額定電流：

必要額定電流（A）=

4）匹配選擇熔斷絲容量：根據熔斷絲必要額定電流值選出一個大于它又最接近于它的熔斷絲規格額定電流值，根據熔斷絲規格額定電流值和周圍工作溫度計算出熔斷絲周圍溫度額定電流。

熔斷絲周圍溫度額定電流（A）=熔斷絲規格額定電流（A）×溫度折減系數

式中：熔斷絲周圍溫度額定電流——熔斷絲環境溫度為某一值時，其額定電流值;熔斷絲規格額定電流——熔斷絲在周圍溫度25℃時的額定電流值，也是廠家標稱的規格額定電流值，簡稱熔斷絲容量;溫度折減系數——1+（T-25℃）×溫度折減速率。

溫度折減系數隨環境溫度變化而變化，由溫度折減速率決定，溫度折減速率為負值，快熔熔斷絲溫度折減速率：-0.15%/℃，慢熔熔斷絲溫度折減速率：-0.14%/℃;熔斷絲溫度折減系數與環境溫度的關系曲線如圖1所示。

要求：熔斷絲必要額定電流≦熔斷絲周圍溫度額定電流。如結果不滿足，那么熔斷絲容量選擇上升一檔，重新計算比較。最終選擇的熔斷絲容量即為匹配的熔斷絲容量。

2.6計算熔斷絲壽命

對于有脈沖電流的熔斷絲匹配，需計算所選熔斷絲耐脈沖電流沖擊次數，即計算熔斷絲壽命。脈沖電流不包含穩態工作電流，如圖2所示，相應熔斷絲必須保證承受足夠的脈沖次數，此種特性的負載可以通過脈沖電流I2t和熔斷絲熔斷I2t的比值，即相對I2t來校核。脈沖電流I2t可通過圖3計算。熔斷絲熔斷I2t可通過圖4計算，實際使用時可從熔斷絲供應商處得到。

相對I2t對熔斷絲壽命的影響可以利用承受脈沖周期曲線來預測熔斷絲的壽命，例如，給定脈沖達到熔斷絲41%相對I2t時，熔斷絲可以承受4500次這樣的脈沖沖擊，見圖5。

通常建議相對I2t<30%，此時熔斷絲可以承受10萬次以上的脈沖沖擊，典型脈沖電流I2t的計算公式見表1。

2.7? 熔斷絲分斷時間

熔斷絲分斷時間是指熔斷絲從熔斷體熔化到電路分斷的時間。

熔斷絲分斷時間=熔化時間+電弧時間

熔斷絲在額定工作電流固定倍率下，其分斷時間需符合標準規定要求，可依據此判斷回路熔斷絲與導線選型是否合理，如圖6所示。

2.8? 熔斷絲選型流程（圖7）

3? 導線的設計選用

導線在整車中的作用是將電器系統的電源信號和數據信號等及時傳遞和交換，選擇時需要根據使用工況、機械性能、負載匹配等進行綜合考慮，一般先選導線種類，再選導線線經。

3.1? 導線種類的選擇

3.1.1? 根據使用環境選擇

導線的選用必須考慮其所處的環境，如發動機周圍環境溫度很高，腐蝕性氣體和液體也很多，此時一定要使用耐液壓油、耐高溫的導線，特別是排氣管附近更需要用耐高溫的導線（布線時盡量避免）。ABS傳感器、制動蹄片報警等線束由于處于車輪附近經常遭到泥水、沙石的飛濺，必須使用外部有較厚、耐磨的橡膠材料、柔韌性較好的導線。起動機線、發電機輸出線、蓄電池線束等必須承受大電流，所以要求導線絕緣層的散熱性良好。另外，隨著汽車電子技術的發展，汽車上電控產品增加、微弱信號增多，為保證數據傳遞的可靠性，需要采用雙絞線、屏蔽線加以保護。車門線束考慮運動問題，需考慮采用柔性線等。

3.1.2? 根據耐溫等級選擇

1）按照耐溫等級，根據JASO D611標準將日標導線分為：①普通導線，耐溫80℃，如AV、AVS、AVSS、CAVS等;②耐溫導線，耐溫100℃，如AVX、AVSX、AVSSX等，耐溫120℃，如AEX、AESSX等。

2）按照耐溫等級，根據ISO 6722標準將德標導線分為：①耐溫105℃，如FLRY、FLR11Y等;②耐溫125℃，如FLR9Y、FLR2X、FLR31Y等;③耐溫150℃，如FLR13Y、FLR91X、FLR7Y等;④耐溫180℃，如FL2G、FLR7Y等。

3.1.3? 根據傳輸信號選擇

1）普通導線：用于傳輸一般的電源信號或者比較強、不易受干擾的信號。

2）雙絞線：用于傳輸某些弱的信號或者易受干擾的信號，作用為降低線間電容，一般總線等數字信號回路需雙絞，一般在每米20-40絞。

3）屏蔽導線：用于傳輸某些弱的信號或者易受干擾的信號，系統對信號的品質要求特別高時采用，一般為模擬信號回路。

3.2? 導線線徑的選擇

導線類型確定后，需要根據回路電流計算并校核導線的線徑，再根據熔斷絲特性進行導線匹配，其計算匹配流程如圖8所示。

根據導線電流參數，選擇導線線徑，要求導線允許電流大于回路負荷電流且導線允許電流大于熔斷絲適配電流（額定電流×余量系數），如不滿足，則導線線徑提升一級。

3.3? 發煙電流曲線對導線的輔助選擇

導線本身具有電阻，當電流通過時會發熱，當熱量集聚超過其絕緣層的耐溫后，會引起導線損壞或起火。對于不同規格的導線，供應商通常對其某一溫度下的耐受電流做了規定。實際應用中，導線的容許電流需考慮環境溫度及線束中同時工作電源線的相互影響：導線容許電流（A）=周圍溫度容許電流（A）*導線減低系數。導線減低系數見表2。

導線通過電流高于其允許電流后，隨著電流的增加，熱集聚過程加快，其發煙時間就會縮短，日標導線在標準中對其通過電流與發煙時間的對應關系作了規定，該電流時間曲線即為導線發煙電流曲線。通過發煙電流曲線，可以輔助判斷導線與熔斷絲匹配合理情況。

4? 熔斷絲規格確定

通過上述步驟，完成了熔斷絲的大分類選擇和容量的確定，其具體規格受熔斷盒的限制。常見的慢熔熔斷絲有：JCASE、BF1、MEGA、HSB、CF等;常見的快熔熔斷絲有：MINI、ATO等。根據熔斷盒的狀態，最終確定選用熔斷絲的具體規格。

5? 結束語

導線是一種傳遞信號和能量的媒質，在整個電路設計過程中，導線設計占據著很重要的位置。電源回路中設置熔斷絲，目的是為了保護導線，防止因短路或過載引起的導線損壞，發煙起火。導線的選型，需與周邊環境及熔斷絲匹配，以達到安全設計的目的。

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（編輯? 楊? 景）