汽车电源分配的基本设计方法

汽车电源分配的基本设计方法
贾承前;宋海健;顾越;付文刚;吴祥凤;曹丞
【摘要】The correct design flow and method is introduced here, aiming at the power distribution of electrical devices in the electrical development of whole vehicle.%针对整车电气开发过程中存在的电器设备的电源合理分配问题。

详细讲述正确的设计流程和方法。

【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】4页(P12-15)
【关键词】汽车;电器件;电源分配;熔断器;继电器
【作者】贾承前;宋海健;顾越;付文刚;吴祥凤;曹丞
【作者单位】上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209;上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209;上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209;上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209;上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209;上海世科嘉车辆技术研发有限公司,上海201209
【正文语种】中文
【中图分类】U463.63
随着汽车工业的飞速发展，汽车的配置也越加丰富，其中车载电器设备的数量也越来越多，因此对整车的电气电路系统的性能、可靠性的要求也就更高。

如何安全又
合理地对众多的电器设备的电源进行有效的管理和分配，对于整车电气系统开发来讲，成为非常重要的一项工作。

本文分三部分对汽车的电源分配的设计进行详细的分析和研究。

1 电源分配设计流程
图1是基于整车开发大背景下定义的电源分配系统开发的流程。

以下分别就流程
中的6个过程进行详细的解析。

图1 电源分配设计流程
2 电源分配设计内容
2.1 配置表分析
第一步进行配置表的分析。

主要内容是提取所有和电气相关的配置，为其后的工作进行范围的界定。

配置表描述了开发车型的各项配置和功能，对整车项目的开发进行了全方位的定义和定位。

对于电气系统开发，配置表是非常重要的依据。

配置表内容范围较广，包含动力、底盘、内外饰、电子等的定义。

其中几乎所有的系统都和电气有关。

如：动力系统的EMS（Engine Management System，发
动机管理系统），TMS（Transmission Management System，变速器管理系统）；底盘系统的ABS（Anti-lock Brake System，防抱死制动系统），EPS （Electric Power Steering，电动助力转向）和EPB（Electric Parking Brake，
电子驻车制动）等；其他如电动天窗，自动前照灯，自动空调，安全气囊，电动座椅等。

对配置表中的项目逐条分析后，进行分类和汇总，如表1所示。

2.2 电器件选用
第一项工作结束后，整车的电气配置更加清晰和详细，下一步工作是选用电器件来实现相应的配置，此项工作需要平台车型的电器件信息和相关系统开发构想的输入。

表1 电气系统配置表（示例）注：●标准配置；○选装配置；-无此配置。

系统制动控制配置车内灯光外后视镜内后视镜项目防抱死制动门开报警灯前室内灯后室内
灯手套箱灯行李厢灯电动折叠电动调节集成转向灯电子防炫目1······-
··◦2··········3··········4··········5··········
如：四门玻璃防夹。

如果平台车型中是通过玻璃电动机自带防夹来实现此项功能的，一般情况下，会沿用此件来实现所需要的功能。

需要注意的是，任何功能的实现需要请求→处理→执行3个环节来完成。

又如：座椅加热功能的实现，其实现过程如图2所示。

图2 座椅加热功能实现过程图
一般情况，实现功能请求的电器件主要为开关、传感器等；实现功能处理的电器件主要为控制模块、继电器等；实现功能执行的电器件主要为灯、电机等。

在功能分析的过程中，须注意每个环节相对应的电器件，不能有遗漏。

2.3 电器盒布置
根据各用电器的布局和其他因素（线束走向等）考虑电器盒的布置。

通常电器盒按照其布置区域分为前舱电器盒和仪表板电器盒，复杂的车型还有主熔断器盒和后部电器盒。

图3为某车型整车用电器布局及线束走向图。

1）主熔断器盒一般布置在蓄电池附近。

所配熔断器都为40 A以上的平板式大熔
断器，熔断器的数量不会超过10个。

这些大熔断器主要保护蓄电池、发电机、EPS（Electric Power Steering，电动助力转向）等大负载的线束。

2）前舱电器盒主要用于给前舱电器件分配电源，如风窗玻璃刮水器电动机、前照灯、冷却风扇等。

前舱电器盒分PCB和硬插式两种。

PCB式电器盒优点：在装配上无需预装在线束上，有很强的纠错性，不会插错。

同时PCB上很方便增加线束
间的过线，从而可以省去很多线束间的插件。

缺点：成本高，散热性差。

图3 某车型用电器布局及线束走向图
硬插式电器盒优点：结构简单、成本低、散热性好。

缺点：需预装在线束上，装配工时长，纠错性差，易插错。

3）仪表板电器盒主要用于给仪表板、乘客舱、行李舱的电器件分配电源，如组合仪表、中控门锁、行李厢灯。

仪表板电器盒也存在PCB和硬插式两种。

当然整车具体需要用几个电器盒，用什么类型的电器盒，还要根据每个车型实际状态来定，如布置空间、整车电气配置的复杂程度、成本预算等。

由以上各步骤，可以得出整车有几个电器盒，以及每个电器盒的电源分配图。

2.4 电源模式确定
主要确定每个电器件分别在什么电源模式下工作。

一般情况，整车用电器的供电模式有以下几种。

1）蓄电池/发电机直接供电需要记忆功能的模块以及需要相对稳定干净电源的电器件由蓄电池和发电机直接供电。

如防盗模块、BCM（Body Control Module，车身控制）、电子钟等。

2）通过点火开关ACC（Accessory，附件）档供电行车前需要用到的电器件和音响娱乐系统由ACC供电，如外后视镜、点烟器、收放机等。

3）通过点火开关IGN1（Ignition1，点火1）档供电发动机工作时必须工作的电器件（主继电器控制以外的）以及行车时需要用到的灯光信号系统和仪表系统由IGN1档供电，如点火线圈、倒车灯、转向灯、组合仪表等。

4）通过点火开关IGN2（Ignition2，点火2）档供电功率比较大的，不是发动机工作时必须工作的电器件由IGN2档供电，此档在发动机起动瞬间处于断电状态，如空调、座椅加热、后除霜等。

5）通过点火开关START（起动）档供电起动机由START档控制。

如果子系统对供电模式有特殊要求，则按照其要求提供供电模式；如果无特殊要求的尽量按照上面的原则对每个电器件确定供电模式。

每个电器件的供电模式确定后，电源的一级分配、二级分配基本可以成型。

2.5 电器件功率评估
此项工作是评估和确定每个电器件的功率大小，为其后的熔断器和继电器的选择做前期准备。

针对不同的电器件，对其功率信息进行收集和分析。

如果只是档位信号或其他开关信号的传输，功率可以忽略，如巡航控制等开关信号。

表2为外部灯光系统的功率评估示例。

表2 外部灯光系统功率评估电器件灯光开关倒车灯开关制动开关近光灯远光灯电器件前雾灯后雾灯倒车灯制动灯功率/W可忽略可忽略可忽略55×2 55×2功率/W 55×2 21×2 21×2 21×2
2.6 熔断器和继电器选择
当电器件的功率和电源模式确定后，就可以据此进行熔断器和继电器的选择。

2.6.1 熔断器的选择
2.6.1.1 熔断器的类型
熔断器的类型大致可以分为Mega、Maxi、J-case、Auto、Mini。

各熔断器的特性及适用范围如下。

1）Mega熔断器用于保护电流较大且不太稳定的电器件，最大可保护500A的负载，规格40～500A。

主要适用于蓄电池、发电机保护。

2）Maxi熔断器相对Auto熔断器和Mini熔断器熔断时间长，规格20~100 A。

主要适用于电流较大的负载，如风窗玻璃刮水器电动机、天窗电动机等。

由于Maxi熔断器的体积较大，且要求电器盒的对接端子为母端子。

如经常插拔，电器盒的母端子会变松，影响电器盒的性能，可维护性差。

因此逐步被J-case熔断器所替代。

3）J-case熔断器熔断时间与Maxi熔断器相当，且体积小，要求电器盒的配对端
子为公端子，对电器盒的小型化和可维护性都有利。

规格20~60 A。

主要适用于
后风挡玻璃除霜、空调鼓风机、冷却风扇等大电流负载。

4）Auto熔断器的特性与Mini熔断器相类似，相对于以上3种熔断器的熔断时间要短，规格3~30 A。

适用于电流不超过30 A的负载，如内外灯具、安全气囊等。

5）Mini熔断器特性与Auto熔断器类似，目前几乎完全替代Auto熔断器。

2.6.1.2 熔断器容量的选择
要通过计算流经负载的总的额定电流来进行熔断器的选择，并按照经验留有
20%~30%的余量，同时要考虑熔断器的环境温度对其容量的影响。

举例说明：对图4中熔断器1的容量进行选择。

图4 熔断器1回路示例图
首先计算通过熔断器1的总电流I总=4+4+4+1=13A。

总电流大小不能超过熔断器容量的70%~80%，即留20%~30%的余量。

选择留30%的余量，则：
13/70%=18.57A，即可以选择容量最小为20 A的熔断器（基于Littlefuse公司
生产的熔断器系列）。

接下来确认20 A的熔断器随温度变化的情况。

因为熔断器在乘客舱，我们把温度定义为50℃，通过查温度修正曲线，Mini熔断器在50℃的时候修正等级为97%，则容量修正为：20×97%=19.4A。

仍留30%的余量，则：19.4×70%=13.58A，仍然大于通过熔断器1的总的额定
电流值。

所以容量为20A，可以满足要求。

如果负载电流是脉冲型电流，则需要用热能（I2t）的方法进行计算和选择。

《汽车电器》中已有相关的分析，这里不再赘述。

2.6.2 继电器的选择
继电器的用途是小电流控制大电流，通过使用继电器可以实现对某些大功率负载，或很多负载的间接控制。

继电器的类型大致可分为PCB、Micro、Mini。

其特性、
规格和适用范围如下。

1）PCB继电器的特点是价格相对其它类型的继电器便宜，体积小。

缺点是承受电流不大，且可维修性差。

适用于电流小于或等于15 A的负载，如喇叭、位置灯、雾灯等。

2）Micro继电器又分Ultra Micro和Hi Current Micro。

Ultra Micro能承受小于等于20 A的负载，插拔方便，适用范围广，如油泵、压缩机等。

Hi Current Micro能够承受小于等于35 A的负载，几乎可以替代普通的Mini继电器，通常可用于起动机、发动机主继电器等。

3）Mini继电器可分为普通的Mini和Hi Current Mini。

普通Mini继电器除了体积略大点，其它电气特性与Hi Current Micro类似，因此几乎可以被Hi Current Micro取代。

Hi Current Mini可以承受小于等于50A的电流，通常可以用于冷却风扇、空调鼓风机等大功率负载。

选择继电器和熔断器后，可以画出简易的整车电源分配图，图5为灯光系统的部分示例。

图5 远近光电源分配示例
3 结论
1）以上，只是前期设计的整个过程。

在实际的项目开发中，还要经过多轮的模拟和实物测试验证，对设计结果反复修正。

2）如何对整车电源进行合理分配，是一项非常重要、非常复杂的系统工作。

每一个电气系统设计人员需要在实际工作中不断地摸索和总结，对设计方法和流程不断地进行完善。

参考文献：
［1］中国汽车研究中心标准化研究所.汽车用熔断器［S］.QC/T 420-2004.2004-03-12.
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［5］伏军锋.汽车电气系统设计［J］.汽车电器，2010，(1):1-5.。