整车电源分配的设计研究

张秋新，祖润青

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

整车电源分配的设计研究

张秋新，祖润青

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

针对电子电气架构开发过程中电器件电源分配存在的问题，详细论述整车电源分配流程及设计要点。关键词：电源分配；配置表；继电器；熔断丝

随着越来越多的电子设备被应用于汽车，使得汽车总电气功率越来越大。因此，对整车电源进行合理的分配设计，至关重要。电源分配是反映整车电源系统、熔断器及继电器同用电设备之间的对应关系，主要由发电机、蓄电池、点火开关、熔断器、继电器、导线、负载等几部分组成。

1 整车电源分配定义及电源模式划分

电源分配是根据整车功能分配和实现的，设计电源、熔断器及继电器同负载之间的连接关系。根据点火开关的挡位区别，将电源分为以下几种类型。

1）ACC电 由点火钥匙在ACC挡或者ACC继电器供电，一般也称为KL-R。由于点火开关在此挡位时发动机还没有运转，接通ACC电的负载，实际上是在消耗蓄电池的电量，而在ST挡位时，ACC是断开的，因此通过ACC挡可以实现发动机点火时的用电器卸荷，通常能接ACC电的用电器有收放机、电动后视镜、点烟器等。

2）ON挡电 分为IG1电和IG2电，由点火开关ON挡或者IG1继电器和IG2继电器提供的电，一般也称为15电（KL15）。这个挡位通常有IG1和IG2两种状态，在某些车型上IG1与IG2的状态是相同的（即同时有电或没电），而有些车型又是不同的。区别在于：在ST挡位时，IG1有电，而IG2没电。原因是在起动机起动时可以卸掉一些与起动无关而且功率较大的负载，如后风窗玻璃升降器、鼓风机等。

3）30电 即常电，是直接从蓄电池正极取的电。这部分电源所接负载一般都是汽车的安全件、重要件或大电流器件。

4）ST挡电 用于给起动机供电，起动发动机。

2 整车电源分配设计流程

电源分配设计流程主要有配置分析、电器件识别、电源分配图设计、设计评审、文档释放等步骤，流程如图1所示。下面就电源分配的设计流程进行详细分析。

2.1 配置表分析

配置表示例见表1。作为重要的输入文件，配置表对新车型的整车电源分配设计起到至关重要的作用。通过对配置表的深入分析，可以帮助设计者设计出合理的整车电源分配，同时为整车电器控制策略的确定、负载选型提供依据。在配置分析时要注意以下几点。

表1 整车配置表（示例）

一般来讲，分析整理用电器应依据车型的最高配置考虑，但这并不是一成不变的。有时，继电器可由高配车型中集成化程度较高的模块自带，而无此模块的低配车型却需要配电盒来提供继电器的安装位置。

分析配置表时应基于功能分析，从成本、品质、周期方面考虑用电器类型，筛选出最优化的用电器，方便后续电气原理图的设计。

国家强制性电器设备以及部分汽车基本电器设备一般都不会列到配置表中，但在设计电源分配图时也必须考虑。

2.2 电器零部件电气参数表

整车配置表分析完成后，下一步工作就是根据配置表分析识别的用电器并建立电气参数表，电气参数表示例见表2。

2.3 熔断丝选型

在选择熔断丝时，优先选用已经平台化的成熟产品和供应商推荐的产品，在此之外可以通过下面的方法计算选择熔断丝。

1）分析负载（用电器）的参数和特性 选择熔断丝需考虑的负载参数主要有负载正常工作的电流（负载额定电流）、额定电压和冲击电流。熔断丝的额定电流并不等于负载正常工作的电流，一般情况下，熔断丝的电流额定值通常要减少25%以避免有害熔断。熔断丝的额定电压值必须等于或大于负载电路的有效电压。汽车低压用电器一般额定电压为12 V，在车辆起动和行驶过程中的工作电压（受发电机特性限制）一般也小于15 V。汽车用低压熔断丝一般标准电压额定值为32 V，可满足电压要求。

另一个影响熔断丝选择的因素是负载开启时的冲击电流。可根据冲击电流特性和各类熔断丝的熔断特性进行初步选择熔断丝，在相同规格下，慢熔熔断丝的抗冲击电流能力要明显优于快熔熔断丝。所以负载电路有较大（或较长时间）的冲击电流时，应优先考虑插入式、平板式和旋紧式等慢熔熔断器；而冲击电流较小（或冲击时间短）时，可以选用片式熔断器等快熔熔断丝。

表2 电气参数表（示例）

2）确定熔断丝安装位置和环境温度 环境温度的高低可以影响熔断丝的电流承载能力，环境温度越高，熔断丝的工作温度就越高，其熔断丝的电流承载能力就越低，寿命也就越短。

大电流熔断丝盒和机舱熔断丝盒在发动机舱内，属于高温区，熔断丝工作时环境温度取110 ℃；位于驾驶室的熔断丝盒，属于低温区域，计算时一般取70 ℃左右。在确定熔断丝工作环境温度后，通过熔断丝的温度折算率图，确定熔断丝的温度修正系数K的值。

3）熔断丝额定电流值计算 熔断丝的额定电流值是根据所带负载的额定电流大小确定的，公式如下

式中：If——额定理想电流值，A；In——负载额定电流，A；K——温度修正系数。

计算出理想额定电流值后，再结合熔断丝的规格，选择最接近处高一级别的熔断丝。

4）最终确定规格 考虑到负载起动时的冲击电流，判断计算所得熔断丝规格是否合适。

2.4 继电器选型

继电器的选用应参考负载类型、负载工作电流曲线（冲击电流及持续时间、稳定电流）、使用环境、使用寿命等。在参数确定后，优先选用公司常用继电器平台上产品。

1）选择触点类型 根据电气控制原理确定触点类型（触点常开型、触点常闭型和双触点转换型)以及触点组数。因同一款继电器，不同的触点材料所适用的负载种类或范围略有不同。为减少车辆继电器的使用种类，对于车辆上常见的阻性负载、灯负载、感性负载和容性负载的继电器触点材料优先选用AgSnO2材料，闪光灯负载选用特殊AgSnO2材料。所以在选用继电器时，需要先对负载种类进行确认，汽车常用负载种类见表3。

2）继电器额定电流确定 继电器额定电流、耐冲击电流及持续时间均需大于负载的冲击电流及持续时间和稳定工作电流。但一般来说，继电器额定电流的70%不应该小于负载的平时工作电流。

3）环境温度 一般在环境温度不超出说明书中所规定的范围时，继电器均可正常工作。在选取继电器时，对于持续工作的负载，为避免继电器端子引出脚和继电器线圈温升较高，影响继电器的使用寿命，对继电器触点的额定电流应考虑降额使用。本公司使用的继电器引出脚温升要求小于130 ℃，继电器线圈温升要求小于160 ℃。

表3 汽车继电器常用负载

4）继电器防护选择 在较大湿度（甚至会凝露）以及粉尘多的环境下，为避免结构零件锈蚀，推荐使用塑封型继电器。在含有有机硅的环境下，推荐使用密封型产品，因为有机硅会使继电器加速触点失效。

5）继电器使用寿命 继电器使用寿命主要参考因素是触点的电耐久性，一般选用继电器的电耐久性大于1×105，如果负载对此有特殊要求，那么选用时就需要优先满足。

6）瞬态抑制 与普通继电器相比，瞬态抑制型继电器是在线圈两端并联了一个电阻或二极管，这样可以很好地消除线圈的自感电动势。对没有特殊要求的继电器（如喇叭、除霜器、雾灯等），一般优先选用汽车普通继电器（成本低）。控制电路对继电器线圈自感电动势有特殊要求时，选用瞬态抑制型继电器（成本高）。

2.5 电源分配设计

梳理完电气参数表后，下面就可以按照电气参数表绘制整车电源分配图了，整车电源分配图示例见图2。在绘制电源分配图时需要注意以下几点。

1）整车电源分配应满足整车配置，并进行电能平衡的计算，以及与起动机、发电机、蓄电池的匹配计算。

2）重要安全件应使用独立熔断丝。比如发动机ECU、ABS、EPS、ABM等对整车性能及安全影响大，必须单设回路。

3）设计整车电源分配时应考虑对静态电流的影响。由于ECU接常电，整车休眠后，会有暗电流（静态电流）产生。因此为了降低整车静态电流，就必须考虑在实现功能要求下，是否可以接ON挡电或ACC电。比如门窗开关模块，就可以由接常电改成由BCM控制门窗继电器给门窗模块供电，同样也可实现门窗礼貌延时功能。其中礼貌延时功能是指系统电源由IGN ON模式切换到非IGN ON模式，BCM启动30 s计时。30 s计时时间内，若任一门打开，则在BCM清除30 s计时的同时，断开车窗电源延时继电器；等30 s计时时间一到，BCM就会断开车窗电源延时继电器。

4）安全件、非安全件不可共用熔断丝。目的是为了防止因非安全件回路短路而导致熔断丝熔断，造成安全件不可工作的不良后果。比如远光灯与发动机控制器就不可共用熔断丝。

5）电阻型的负载与电感型/电容性的负载尽量避免在同一回路上。由于感性/容性负载在电路通断瞬间会产生感应电动势，如果将ECU等模块也接在感性/容性电路上，会造成ECU不能正常工作的风险。

6）不同时工作的负载可以共用熔断丝。车辆的有些设备是不会同时工作的，在此情况下，就可共用熔断丝，以提高熔断丝的利用率。如门锁电机及行李厢解锁电机。

7）灯光照明回路设计要符合国标《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》中相关规定。

8）工作电流超过30 A、起动电流、峰值电流较大的负载应选用慢熔熔断丝，如鼓风机、车窗电机、EPS、ESP、电子扇电机等。

图2 某车型电源分配图示例

3 结束语

电源分配作为整车电气原理图设计过程中的重要组成部分，对后期子系统电气原理图设计很重要。同时，设计者还要经过多次对设计结果反复修正，总结经验，设计出成本最低、品质最优、开发周期最短的电源分配方案。

［1］ 白树立，刘永艳，王静毅，等.汽车电源分配介绍［J］.汽车零部件，2015（8）：58-62.

［2］ 卢雁.整车电源分配设计要点［J］.汽车电器，2014（4）：27-29.

［3］ 凌永成，李淑英.汽车电气设备（第2版）［M］.北京：北京大学出版社，2010.

（编辑 凌 波）

Design of Auto Power Distribution

ZHANG Qiu-xin， ZU Run-qing
（R&D Center of Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， Baoding 071000， China）

This paper mainly focuses on the power distribution during development of electronic and electrical structure. The vehicle electricity distribution process and design points are also discussed.

power distribution； feature list； relay； fuse

U463.63

A

1003-8639（2017）05-0057-04

2016-09-26；

2017-03-08

张秋新（1974-），男，河北保定人，工程师，主要从事汽车空调及整车电子电气架构设计工作；祖润青（1979-），男，河北保定人，工程师，主要从事汽车空调设计、电子电气架构开发及管理工作。