CN103116700A

CN103116700A - 汽车熔断器与连接导线的精确匹配方法

Info

Publication number: CN103116700A
Application number: CN201310033051XA
Authority: CN
Inventors: 程福明; 黄玉华; 张晶峰; 毛勇; 强小文; 严雯; 刘正勇; 李小乐; 杨永宁; 杨连军; 李波; 夏鹏飞
Original assignee: Dongfeng Automobile Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Automobile Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103116700B

Abstract

本发明公开了一种汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，包括以下步骤：首先根据汽车熔断器及其连接导线在工作过程中的发热和传热机理建立连接导线额定工作电流的数学模型；其次建立国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库；最后根据所述国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库对所述连接导线额定工作电流数学模型中的熔断器及其连接导线的理论匹配结果进行修正，得到汽车电器系统设计熔断器与连接导线的精确匹配结果。使用本发明方法能够使汽车熔断器及连接导线间的参数匹配精度大幅提高，使得两者之间的匹配更加合理，提高汽车电器系统开发效率，具有相当的经济效益及社会效益。

Description

汽车熔断器与连接导线的精确匹配方法

技术领域

本发明涉及汽车电器系统中的电子器件之间的匹配，具体地指一种汽车熔断器与连接导线的精确匹配方法。

背景技术

随着汽车电子电器化程度的不断提升，使得整车熔断器及线束不断增加，从而使得线束的重量不断增加，因此需要针对熔断器对线束进行轻量化设计，同时还要满足汽车电气系统中线束的安全性。

目前，国内各汽车主机厂的汽车开发大多依托国外成熟的汽车平台进行开发，关于汽车熔断器及连接导线的匹配没有系统的方法，仅仅在成熟车型上做更改而成。各主机厂对汽车在熔断器及连接导线计算的自助研发设计上还是较为粗矿，而国内也没有统一标准进行指导，因此，无法满足当前电气系统中熔断器及连接导线的精确分析和计算的要求，从而无法实现熔断器与连接导线的精确匹配。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种汽车熔断器与连接导线的精确匹配方法，该方法满足电气系统中线束轻量化的同时又能保证线束中连接导线与熔断器连接的安全。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，包括以下步骤：

根据汽车熔断器及其连接导线在工作过程中的发热和传热机理建立连接导线额定工作电流的数学模型和连接导线额定过载电流限值的瞬态数学模型

建立国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库；

根据所述国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库对所述连接导线额定工作电流数学模型中的熔断器及其连接导线的理论匹配结果进行修正，得到汽车电器系统设计熔断器与连接导线的精确匹配结果。

本发明使得汽车熔断器及连接导线间的参数匹配精度大幅提高，使得二者之间的匹配更加合理，从而提高了汽车电器系统的开发效率，具有相当的经济效益及社会效益。

附图说明

图1为本发明汽车熔断器与连接导线的精确匹配方法的流程图。

图2为图1中对熔断器及其连接导线进行修正的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，包括以下步骤：

步骤S101、根据汽车熔断器及其连接导线在工作过程中的发热和传热机理建立连接导线额定工作电流的数学模型和连接导线额定过载电流限值的瞬态数学模型。根据连接导线的发热和传热与连接导线的材料、截面积、绝缘层材料、绝缘层外径和环境温度之间的温度建立连接导线额定工作电流的第一数学模型，建立的第一数学模型如下：

I^{2} r_{T 1} = \frac{T_{1} - T_{2}}{R} - - - (1)

R＝R₁+R₂（2）

R_{1} = (\frac{P_{1}}{2 π}) \ln (\frac{d_{1}}{d_{2}}) - - - (3)

式（1）中，I为连接导线中流过的电流，r_T1为连接导线在温度T₁时的电阻，T₁为连接导线的耐温等级上限值，T₂为环境温度，R为连接导线热阻，R₁为连接导线外绝缘层热阻，P₁为绝缘层固有热阻，d₁为连接导线的外径，d₂为绝缘层的外径，R₂为连接导线表面总的换热热阻。

根据导线瞬态传热学方程确定连接导线额定过载电流限值的第二数学模型如下：

I^{2} r_{T 1} = \frac{T_{1} - T_{2}}{R (1 - e^{- αt})} - - - (4)

τ＝C*R（5）

C=ΣW*H（6）

式中，I为连接导线中流过的电流，r_T1为连接导线在环境温度T₂时的电阻，T₁连接导线的耐温等级上限值（即为冒烟时导线的温度），T₂为环境温度，R为热阻，a为热时间常数τ的倒数，C为热容量，W为连接导线各组成部分单位长度的质量，本实施例中，对铜为8.96g/cm³×导体截面积，对聚氯乙烯PVC为1.54g/cm³×绝缘体截面积；对聚乙烯PE为0.94g/cm³×绝缘体截面积。H为连接导线各组成部分的热容量，铜为0.39，聚氯乙烯PVC为1.43，聚乙烯PE为2.3。聚氯乙烯PVC，

a = \frac{1}{R ({0.39 W}_{ou} + {1.43 W}_{pue})},

聚乙烯PE，

a = \frac{1}{R ({0.39 W}_{ou} + {2.3 W}_{pe})} .

步骤S102、建立国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库，本实施例中包括标准导线热阻数据库、理论电阻数据库和标准导线额定电流数据库。

步骤S103、根据所述国标汽车用低压导线的基础数据库对所述连接导线额定工作电流数学模型中的熔断器及其连接导线进行修正，得到熔断器与连接导线的精确匹配结果。具体包括以下步骤：

步骤S201、确定负载类型，根据负载类型确定熔断器类型及额定电流，并计算所述熔断器的动作电流。

其中，通过下式计算负载电流：

I_{L} = \frac{U_{N}}{U_{R}} \times \frac{P}{U_{R}}

式（7）中，I_L为负载电流，U_N为额定电压，U_R为标称电压，P为负载功率；

通过下式计算熔断器的额定电流：

I_{FR} = \frac{I_{OL}}{0.75 {\times R}_{R}} - - - (8)

式（8）中，I_FR为熔断器额定电流，I_OL为熔断器最佳负载电流，R_R为熔断器温度修正系数，本实施例中所用熔断器温度修正系数如表1所示。

环境温度	快熔保险%	慢熔保险%
			-40	107.51	116.41
-20	105	112.36
			0	102.49	107.35
23	100	100
			40	98.64	93.39
60	97.33	84.63
			70	96.66	80
80	95.9	75.24
			90	95	70
100	93.92	63.93
			120	91.37	50

表1：熔断器温度修正系数

步骤S202、根据电器负载的工作环境温度、线束中同时通电的连接导线数量，参照如表2所示的成束连接导线额定电流的修正（缩减）系数表选择修正系数，然后再根据式（1）、（2）和（3）计算能够承受额定电流（通过负载额定电流I_L除以修正系数得到）的最小连接导线的外径。根据外径计算即得到能够承受负载额定电流I_L的最小连接导线截面积S1。

表2：成束连接导线额定电流的修正（缩减）系数

步骤S203、以负载额定电流I_L作为熔断器最佳负载电流输入条件，根据式（8）匹配出与负载对应的熔断器额定电流I_RF，并通过式（1）计算能够承受熔断器额定电流的最小连接导线的外径，即得到能够承受熔断器额定电流的最小连接导线的截面积S2。

步骤S204、根据式（4）、（5）和（6）计算出截面积为S1的连接导线限值过载电流I_O，并通过下式计算出熔断器额定电流I_RF对应的动作电流I_AC。

I_{AC} = \begin{matrix} 2 * I_{RF} & (I_{RF} < = 30 A . h) \\ 5 * I_{RF} & (I_{RF} > 30 A . h) \end{matrix} - - - (9)

即本实施例中熔断器动作条件如表3所示，

熔断器类型	动作时间（S）	动作电流（A）
			中小型熔断器	5	2I_FR
大电流熔断器	3	5I_FR

表3

步骤S205、将所述连接导线限值过载电流I_O与熔断器的动作电流I_AC比较。

如果所述连接导线限值过载电流I_O大于所述熔断器的动作电流I_AC，则选取S1和S2中值较大的作为连接导线截面积S及熔断器额定电流I_RF与所述负载匹配；

如果所述连接导线限值过载电流I_O小于所述熔断器的动作电流I_AC，则以动作电流I_AC作为限值过载电流I_O输入条件，由式（4）计算出匹配的导线截面积S3，以S3的值作为连接导线截面积S及熔断器额定电流I_RF与所述负载匹配。

步骤S206、调用国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库，从中选取大于截面积S，且最接近当前截面积S的连接导线与熔断器匹配。

本发明根据汽车熔断器及其连接导线在工作过程中的发热、传热机理，建立相应的数学模型。然后结合汽车各路用电器的负载类型、工作环境温度等参数，分别构建国标汽车用熔断器、国标汽车用低压导线的不同环境参数下的额定工作电流基础数据库。可通过可视化编程语言将数学模型转化为算法，结合数据库和编程技术对数学模型进行修正，输出符合工程实际的熔断器及连接导线精确匹配信息。该方法在电器系统开发过程中应用后，通过台架及路试验证表明，汽车熔断器及连接导线间的参数匹配精度大幅提高，使得两者之间的匹配更加合理，提高汽车电器系统开发效率，具有相当的经济效益及社会效益。

Claims

1.一种汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据汽车熔断器及其连接导线在工作过程中的发热和传热机理建立连接导线额定工作电流的第一数学模型和连接导线额定过载电流限值的第二数学模型；

建立国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库；

2.根据权利要求1所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，根据导线稳态传热学方程确定连接导线额定工作电流的第一数学模型如下：

I^{2} r_{T 1} = \frac{T_{1} - T_{2}}{R} - - - (1)

R＝R₁+R₂（2）

R_{1} = (\frac{P_{1}}{2 π}) \ln (\frac{d_{1}}{d_{2}}) - - - (3)

3.根据权利要求2所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，根据导线瞬态传热学方程确定连接导线额定过载电流限值的第二数学模型如下：

I^{2} r_{T 1} = \frac{T_{1} - T_{2}}{R (1 - e^{- αt})} - - - (4)

τ＝C*R（5）

C=ΣW*H（6）

式中，I为连接导线中流过的电流，r_T1为连接导线在环境温度T₂时的电阻，T₁连接导线的耐温等级上限值，T₂为环境温度，R为热阻，a为热时间常数τ的倒数，C为热容量，W为连接导线各组成部分单位长度的质量，H为连接导线各组成部分的热容量。

4.根据权利要求3所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，对所述连接导线额定工作电流数学模型中的熔断器及其连接导线进行修正包括以下步骤：

1）通过下式计算负载额定电流：

I_{L} = \frac{U_{N}}{U_{R}} \times \frac{P}{U_{R}} - - - (7)

式（7）中，I_L为负载额定电流，U_N为额定电压，U_R为标称电压，P为负载功率；

通过下式计算熔断器的额定电流：

I_{FR} = \frac{I_{OL}}{0.75 \times R_{R}} - - - (8)

式（8）中，I_FR为熔断器额定电流，I_OL为熔断器最佳负载电流，R_R为熔断器温度修正系数；

2）根据线束中同时通电的连接导线数量由式（1）、（2）和（3）计算能够承受负载额定电流I_L的最小连接导线的外径，计算得到能够承受负载额定电流I_L的最小连接导线截面积S1；

3）以负载额定电流I_L作为熔断器最佳负载电流输入条件，根据式（8）计算出与负载匹配的熔断器额定电流I_RF，并通过式（1）计算能够承受熔断器额定电流的最小连接导线的外径，计算得到能够承受熔断器额定电流的最小连接导线的截面积S2；

4）根据式（4）、（5）和（6）计算出截面积为S1的连接导线限值过载电流I_O，并计算出熔断器额定电流I_RF对应的动作电流I_AC；

5）将所述连接导线限值过载电流I_O与熔断器的动作电流I_AC比较，

6）调用国标汽车用低压导线、熔断器的基础数据库，从中选取大于截面积S和熔断器额定电流大于I_RF，且最接近当前截面积S和当前熔断器额定电流I_RF的国标标准的熔断器及连接导线与负载匹配。

5.根据权利要求4所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，步骤2）中，从成束连接导线额定电流的修正（缩减）系数表中选择修正系数，然后再根据式（1）、（2）和（3）计算成束导线能够承受额定电流的最小连接导线的外径。

6.根据权利要求5所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，所述成束导线能够承受额定电流通过负载额定电流I_L除以所述修正系数得到。

7.根据权利要求4所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于，步骤4）中，所述熔断器额定电流的动作电流I_AC通过下式计算：

I_{AC} = \begin{matrix} 2 * I_{RF} & (I_{RF} < = 30 A . h) \\ 5 * I_{RF} & (I_{RF} > 30 A . h) \end{matrix} - - - (9)

8.根据权利要求1~7任一项所述汽车熔断器及连接导线的精确匹配方法，其特征在于：所述国标汽车用低压导线的基础数据库包括标准导线热阻数据库、理论电阻数据库和标准导线额定电流数据库。