谈谈汽车保险丝的工作机理及设计原则

2019年11月25日 评论 574 2013字

经常线束工程师公众号的朋友应该已经对车用保险丝的选用方法不在陌生,在我整理的系列文章里面有系统分类导航页里面也有,新老朋友都可以去看看。本文主要是介绍一下保险丝的工作机理及正确的设置方法。

1 保险丝的工作机理

保险丝是一种热能响应装置,它是对导线保护的元件。保险丝具有一定电阻,在流过电流时导体会发热,随着时间增加发热量增加,电流与电阻也增加了产热速度,保险丝的构造与其安装确定了散热速度。

若: 产热速度< 散热速度,保险丝是不会熔断的;

若: 产热速度 = 散热速度,在相当长时间内也不会熔断;

若: 产热速度> 散热速度,热量聚集,当温升达到保险丝的熔点以上保险丝就发生了熔断,这就是保险丝的工作原理[12][13]。

从这个原理可知,保险丝有三方面因素保证其作用的合理发挥:

1) 材料物理特性 + 几何尺寸的一致性----设计制造保证;

2) 合理空间 + 正确安装----配电盒设计制造保证;

3) 通过电流的合理性----主机厂设计电路保证。

一款车设计完成后保险丝的散热速度便是确定因素,保险丝结构确定后其电阻就是定值,产热速度就只决定流过电流。

保险丝被串在电路电源侧,当负载过电流﹑器件或导线短路,电流产生的热量在保险丝截面积较小的部分达到熔点而熔断,保护了该回路的导线,下图就是保险丝的熔断过程示意图。

谈谈汽车保险丝的工作机理及设计原则

2 车用保险丝错误实用举例

随着汽车发展,汽车的功能配置不断的增多,汽车上保险丝的使用量也呈现出上升的趋势,合理的使用保险丝是保障整车线路安全最基本的前提。

谈谈汽车保险丝的工作机理及设计原则

当下,保险丝不合理的使用情况主要有以下几点:

a 电气回路上的位置设计不合理 ,发生短路故障时,保险丝不起作用

保险丝设置在负载前,开关后,短路保护的范围仅仅是保险丝与负载之间的一小段电路,电源至熔断器的大部分电路不在短路保护范围内,没有充分发挥熔断器的保护功能,其保护效果极差。

保险丝设置在负载之后,即搭铁线上。当电源与负载之间的电路上任何一点搭铁短路时,短路电流都不会通过熔断器,这样保险丝没有任何短路保护功能,只有过载保护功能。但是在汽车电路中,短路故障出现的几率远远大于过载保护,所以这种保险丝的作用不大。

b 有些电路中未设置保险丝

这种情况危险系数更高,相当于根本没有任何保护措施。

c 保险丝的熔断特性与所保护导线的截面积不匹配,发生短路故障时,导线已烧毁,保险丝却未熔断;

c 用户使用了伪劣保险丝

发生短路故障时,伪劣保险丝根本不会熔断,劣质保险丝在发生短路时的情况图片:

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3 保险丝的共用的设计原则

保险丝的作用是保护导线。 保险丝容量的选择依据电气设备的容量及其负荷的状态属性而定。一只保险丝
可以保护一段导线,也可以同时保护若干条导线,这要依据负荷的重要程度而定。

注意当环境温度升高时,保险丝的载流能力会下降。一般情况下,将用电负荷按重要程度分为三类:

1) 重要件

包括发动机控制单元(PCM)、刹车防抱死系统控制单元(ABS)及安全气囊系统控制单元(SAS)及其它涉及整车安全的控制单元。该类电负荷不仅对于整车性能及安全至关重要,而且该类电气设备属敏感设备,易受其它用电设备干扰。因此,对于该类用电设备必须单设保险丝。

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2) 一般重要件

包括发动机各类传感器、各类报警信号灯和外部照明灯、前风档清洗装置、喇叭等等。

该类电负荷同样对于整车性能及安全至关重要,但该类电负荷对相互之间的干扰并不敏感,因此,对于该类电负荷可以根据情况相互组合,共同使用一个保险丝。

3) 普通件

包括汽车音响系统、电加热座椅、杂物箱照明、电动后视镜、电举窗系统等等。

该类电负荷对于整车而言,重要性并不是很大。一般为增进司乘人员的舒适性而加设的电气设备。因此,对于该类电负荷可以根据情况相互组合,共同使用一个保险丝。

需要注意的是,保险丝的容量选取不可过大,否则,会造成保险丝成本的无谓的增加,也导致相应的导线线径无谓的加大,从而增加了导线的使用量,造成成本的增加。

最后根据整车的布置情况,同时根据保险丝的容量,确定是采用常规保险丝,还是慢熔类保险丝以及其它类型的保险丝等。

根据上述分类,给出保险丝的共用整合设计原则

1、安全等级相同的电气回路可使用同一保险丝,必须杜绝由于非重要回路导致保险丝断掉,造成汽车无谓的熄火。

2、行车必须使用的负载一定设计在点火开关点火档,保证与起动同步供电。

3、冲击负载要与安全等级高的控制器分开使用保险丝。

4、冲击负载与感性负载可用同一保险丝,不能与弱电流负载合用同一保险丝。

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补充:主保险丝前连接负载的原则

1、行车不能缺少的负载一定连接在该回路,如果主保险丝意外断掉凭借蓄电池的能量可保证汽车行驶到维修站,如:发动机防盗控制器、主继电器触点后的负载(PCM、点火线圈、可变进气道阀、碳罐电磁阀、前后氧传感器加热、 鼓风机、闪光器、喇叭、点火开关 IG1 档供电、大灯、油
泵、喷嘴、 二次空气泵、变速箱控制单元等)。

2、大功率负载尽量不要连接在该回路。

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