基于EC5发动机新增STT系统电器架构分析与线束设计

夏鸣春，张建海，李建勋，欧阳敏

（1.吉利汽车研究院有限公司，浙江 宁波 315315；

2.神龙汽车有限公司，湖北 武汉 430056）

基于EC5发动机新增STT系统电器架构分析与线束设计

夏鸣春1，张建海2，李建勋2，欧阳敏2

（1.吉利汽车研究院有限公司，浙江 宁波 315315；

2.神龙汽车有限公司，湖北 武汉 430056）

叙述EC5发动机的非STT系统和STT系统电器架构，简要分析STT系统中中央稳压器、起动控制接口盒、蓄电池充电状态盒和起停按钮电器设备控制策略，阐述STT系统中相关设备的线径计算方法与熔断丝容量大小确定方法，最后给出EC5发动机非STT系统线束拓扑图和STT系统线束拓扑图与线束3D图。

EC5发动机；STT系统；电器架构；线束拓扑图

STT（Start and stop）系统为起停系统，其主要原理是为了减少汽车CO2的排放和降低汽车油耗，在车辆怠速低转速的时候让发动机停止运行，然后在驾驶员需要时重起发动机。

1 EC5发动机STT系统电器架构分析

1.1 EC5发动机非STT系统和STT系统电器架构区别

EC5发动机非STT系统和STT系统电器架构图分别如图1、图2所示。EC5发动机非STT系统和STT系统电器架构相比，STT系统电器架构新增了中央稳压器、起动控制接口盒、蓄电池充电状态盒和起停按钮电器设备。同时，升级了发动机舱继电器熔断丝盒、智能伺服盒、多功能发动机控制和蓄电池等电器设备的硬件和软件。

图1 EC5发动机非STT系统电器架构图

图2 EC5发动机STT系统电器架构图

1.2 EC5发动机STT系统电器控制策略

1.2.1 中央稳压器

为了减少CO2的排放和油耗，在等待红灯等情况下，EC5发动机STT系统车型会自动关闭发动机，因此重起发动机次数明显增加。为了稳定电器设备端的输入电压，在蓄电池和发动机舱继电器熔断丝盒之间增加中央稳压器设备。中央稳压器通过推挽式转换器在发动机重起动时候稳定网络输出电压。另外，在STT系统非激活的情况下，为了保持电路的电流通畅，在中央稳压器中增加分流器来实现。中央稳压器原理图如图3所示。中央稳压器电器架构图如图4所示。

1.2.2 起动控制接口盒

起动控制接口盒采用MOSFET晶体管来控制起动机起动状态，与传统的继电器控制方式相比，其耐久性有所提高。同时起动控制接口盒有一个集成诊断电路，可以诊断当车辆不能正常进入再起动模式，可以避免车辆进入到停车模式。起动控制接口盒电器架构图如图5所示。

多功能发动机控制装置将起动-再起动请求和批准信号传输给起动控制接口盒，当这2个信号同时达到正确情况时，起动控制接口盒输出起动机增强控制信号，让起动机线圈得电，此时起动机正常工作。同时，起动控制接口盒中的集成诊断电路将诊断信号反馈给多功能发动机控制装置，来保证起动控制接口盒出现故障时STT系统能正常工作。

1.2.3 蓄电池充电状态盒

蓄电池充电状态盒是测量蓄电池电荷状态（剩余电量/总电量）、电压和温度参数，其固定在蓄电池负极上，属于蓄电池负极电缆的子件。蓄电池充电状态盒电器架构图如图6所示。

蓄电池充电状态盒将测量蓄电池电荷状态、电压和温度参数，通过LIN线传输给智能伺服盒，然后智能伺服盒将相关数据传输给多功能发动机控制装置。在多功能发动机控制装置内部有电压控制装置，该电压控制装置通过多功能发动机控制装置和发电机两者的LIN线通信来控制发电机的电压，从而降低蓄电池能量损耗。

图3 中央稳压器原理图

图4 中央稳压器电器架构图

图5 起动控制接口盒电器架构图

蓄电池充电状态盒有3种工作模式，其工作模式如图7所示。第1种工作模式是激活模式，它是在LIN激活时，每隔100 ms将测量到的数据（蓄电池电荷状态，电压和温度参数）通过LIN线传输给智能伺服盒；第2种工作模式是局部苏醒模式，它是在LIN非激活和I蓄电池＜-500 mA或者I蓄电池＞50 mA时进入该工作模式，在该工作模式下将测量蓄电池电荷状态、电压和温度参数，同时每小时对其参数进行计算更新；第3种工作模式是休眠模式，它是在LIN非激活时等待进入每分钟周期性的局部苏醒模式，在休眠模式中没有任何工作。

1.2.4 起停按钮

驾驶员可以通过起停按钮来开启或关闭起停功能。

图6 蓄电池充电状态盒电器架构图

2 线束线径计算和熔断丝容量确定方法

2.1 线束阻值计算

线束电阻计算公式如下

表1 接触电阻［1］

图7 蓄电池充电状态盒电器工作模式图

2.2 温度对导线阻值的影响

表2 压接电阻［2］

温度对导线的影响不可忽视，因导线的阻值和温度是成正比关系，所以导线在高温下工作时，须考虑温度对其的影响，导线的阻值和温度的关系见公式（2）。

式中：RH（t）——在温度t时的电阻，mΩ；RH（20）——在20°C时，每单位米导线的电阻，mΩ/m；l——导线的长度，m；t：——导线的环境温度，℃。

2.3 导线的短路电流

一般情况下，导线的短路电流要求大于3.5倍熔断器额定电流值。

2.4 熔断器的特性与选取

1）熔断器熔断时间为熔断器的熔化时间和电弧时间之和。

2）环境温度对熔断器的电气性能影响：高温使熔断器分断时间加快，低温使熔断器分断时间减慢。

3）熔断器额定电流值计算公式如下

式中：If——熔断器额定电流值；In——电路工作电流；Rr——熔断器环境温度修正系数，其与温度成反比。

4）熔断器的熔断电流计算公式如下

式中：如果是片式熔断器，则d=2；如果是其它型号熔断器，则d=6。

2.5 熔断器容量与导线线径匹配性

除了考虑导线线径满足电路允许的电流之外，还要考虑导线线径与熔断器容量之间的匹配性。因为在进行导线线径优化过程中，如果导线的线径降低，从而电路电阻增加，则电路电流降低，最终导致电路中熔断器的熔断时间增加。这会导致导线在任意发烟电流下的发烟时间可能会存在小于熔断器的熔断时间。而在考虑熔断器与导线线径匹配性时，要求导线的发烟特性曲线位于熔断器的熔断特性曲线上方，同时两曲线没有交叉，如图8所示。

图8 熔断器熔断曲线与导线发烟曲线示意图

因此在对导线线径进行优化时，必须确保导线在任意发烟电流下的发烟时间大于熔断器的熔断时间。

2.6 导线的传热计算

导线由线芯和绝缘层组成，其能承载最大电流与导线的绝缘层能承受最大温度差成正比。导线的导热微分方程与边界条件如下［3］

式中：λ——绝缘层的导热系数，W/（m·k）；l——导线长度，m；R——电阻，W；t1——绝缘层能承受的最高温度，℃；t2——绝缘层能承受的最低温度，℃；r1——线芯的半径，m；r2——导线的半径，m。

公式（12）也可以等效为

从式（13）看出，最大电流和电阻率、线芯的半径、导线的半径、绝缘层的导热系数、绝缘层能承受的最高与最低温度有关。

2.7 线束线径计算和熔断丝容量确定

计算电路由蓄电池、连接蓄电池到发动机舱继电器熔断丝盒的阻抗R1（2.328 mΩ）、发动机舱继电器熔断丝盒的内阻抗Rint（3 mΩ）、发动机舱继电器熔断丝盒的熔断丝F23（ATO40A）、起动控制接口盒的供电线（BM23）、起动控制接口盒电器设备（1004A）和起动控制接口盒的搭铁线（M1004）组成。起动控制盒电路图见图9。其中：起动控制接口盒的Imax=36 A，TImax=1 s，Inom=0.3A，Umin=9 V。

图9 起动控制接口盒电路图

根据图9和上述公式，可以计算得出起动控制接口盒电路总阻抗RH=34.57 mΩ，起动控制接口盒电路总电压损耗为0.767 V，达到了起动控制接口盒最小电压要求。熔断丝熔断曲线图见图10。在正常工作时，导线BM23实际温升曲线和耐最大温度示意图见图11。短路工作时，导线BM23短路曲线和熔断丝熔断示意见图12，实际温升曲线和耐最大温度示意图见图13。

图10 熔断丝熔断曲线图

根据图10可以看出，起动控制接口盒的熔断丝选为ATO-40 A是可行的。

根据图11可以看出，在正常工作情况下，导线BM23的稳定温度在85 ℃，其最大温度为85.36 ℃，因此选择T3（-40 ℃～125 ℃）导线，可以满足正常工作条件。

图11 导线BM23实际温升曲线和耐最大温度线图（在正常工作时）

根据图12可以看出，在短路工作情况下，导线BM23的短路电流的起始值为341.42 A，终止值为340.49 A，而熔断丝在0.055 s时熔断。

根据图13可以看出，在短路工作情况下，如果该电路没有熔断丝，导线的最大温度为300 ℃。而该电路有ATO-40A熔断丝进行电路保护，在0.055 s时就熔断，导线BM23的温度上升到87.40 ℃就停止，因此选择T3（-40 ℃～125 ℃）导线可以满足短路工作条件。

图13 导线BM23实际温升曲线和耐最大温度线图（在短路工作时）

同理，可以计算出STT系统中其他电器的线径大小与熔断丝容量是否匹配。

3 EC5发动机STT系统线束定义设计

EC5发动机STT系统和非STT系统线束拓扑图分别见图14、15。EC5发动机STT系统线束3D图见图16。

图14 EC5发动机STT系统线束拓扑图

图15 EC5发动机非STT系统线束拓扑图

图16 EC5发动机STT系统线束3D图

线束拓扑图中，“9049发电机LIN线，C3_0.50_2150”表示该回路的导线编码为9049，功能为发电机和多功能发动机控制装置通过LIN线进行通信，导线为C类导线，导线温度等级为T3（-40 ℃～125 ℃），导线截面积为0.50 mm2，导线长度为2 150 mm。

4 总结

本文叙述EC5发动机的非STT系统和STT系统电器架构，简单分析了电器设备控制策略，给出了线径计算方法与熔断丝容量大小确定方法及线束定义设计方法，对发动机新增电器设备或者系统提供了借鉴方案。

［1］ CONNECTORSGENERAL REQUIREMENTS［S］．PSAPeugeot Citroen，2009．

［2］ CONNECTORS CRIMPING［S］.PSAPeugeot Citroen， 2008．

［3］ 杨世铭，陶文铨．传热学（第4版）［M］．北京：高等教育出版社，2006．

（编辑心 翔）

Electrical Architecture Analysis and Wiring Harness Design of New STT System Based on EC5 Engine

XIA Ming-chun1， ZHANG Jian-hai2， LI Jian-xun2， OUYANG Min2
(1. Geely Automobile Research Centre， Ningbo 315315；
2. Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China)

This article demonstrates the electrical architecture of Non STT system and STT system based on EC5 (1.6-litre naturally aspirated) engine， and analyzes the control strategy of DMTR device， BICD device， BECB device， and STT button in STT system；expounds methods of wire section calculation and fuse capacity confirmation of relevant devices in STT system；finally， the topology drawing of Non STT system harness and the 3D drawing of STT system harness are provided.

EC5 engine；engine；STT system；electrical architecture；topology drawing of wiring harness

U463.6

A

1003-8639（2017）08-0035-06

2016-10-17；

2016-11-23

夏鸣春（1985-），男，湖北武汉人，工程师，主要从事线束设计开发工作；张建海（1976-），男，湖北武汉人，工程师，主要从事电器架构设计工作；李建勋（1979-），男，湖北嘉鱼人，工程师，主要从事线束设计开发工作；欧阳敏（1985-），男，湖北荆门人，工程师，主要从事线束设计开发工作。