一種熔斷絲與導線匹配的仿真驗證方法

康金燦 焦一帆 崔海領 夏瑞陽 游國強 任朝瑞

【摘? 要】針對線束原理設計中的元件選型問題，本文提出一種利用仿真軟件實現熔斷絲與導線匹配的仿真分析方法，能夠在設計前期規避風險，提高設計可靠性，并通過實例驗證其可行性。

【關鍵詞】元件選型；仿真；熔斷絲；導線

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0080-03

【Abstract】Based on the issue of component selection in the schematic design of wire harness，this paper presents a simulation analysis method of fuse and wire matching by using simulation software，which can avoid risks in the early stage and improve the reliability of design，and verify its feasibility through examples.

【Key words】component selection；simulation；fuse；cable

1? 背景

隨著汽車電子技術的發展，整車功能越來越復雜，對安全性能的要求也越來越高，不同主機廠提出了很多平臺化方案來規范管理設計輸出，規避設計風險。對于原理設計來說，元件選型是一項非常重要的工作。以導線選型為例，某個回路根據用電器電流的類型與大小選定熔斷絲之后，選擇的導線是否合適，將直接影響到整車的安全性能和成本。對于導線的選擇，要求既能滿足用電器的工作需求，在熔斷絲熔斷之前不發煙，絕緣層不融化，又能夠兼顧成本，避免設計上的冗余。

熔斷絲與導線的匹配目前在行業內沒有特別可靠、精確的方法，傳統的匹配方法是選定熔斷絲規格后，再利用公式進行計算選擇合適的導線，過程較為繁瑣，不僅費時費力，還有出現人為錯誤的可能。因此，利用仿真軟件創建了一種熔斷絲與導線匹配的仿真驗證分析方法，可以仿真出一定環境條件下熔斷絲與導線的匹配情況。

2? 準備工作

進行仿真分析首先要具備相應的模型。熔斷絲與導線的匹配需要比較相同條件下熔斷絲的熔斷時間和導線的發煙時間，需要有相應規格的熔斷絲、導線模型以及電源模型提供電壓、電流。我司在仿真建設初期與各廠家溝通交流，根據產品特性參數完成了各類線束元器件的建模工作，創建了天海線束仿真相關的專業仿真模型庫，可以提供不同廠家、不同規格的熔斷絲模型、導線模型等，直接應用于仿真工作當中。

3? 仿真驗證分析

由于需要較大電流范圍的導線溫升結果，如果按照實際將熔斷絲與導線連接在同一回路內，那么當熔斷絲熔斷后，電路斷開，無電流通過，將無法觀測到導線后續的溫升情況，所以將熔斷絲與導線分開兩個回路分別進行仿真。

從模型庫中選擇合適的電源、熔斷絲、導線和搭鐵等搭建線束回路，如圖1所示，回路從左到右分別是蓄電池負極搭鐵、電池、熔斷絲或導線、可變電流源以及搭鐵模型，其中可變電流源模型的輸出電流與內阻可變，用于模擬負載不同工況下的電流特性。在此需要注意的是，熔斷絲與導線的測量回路中其它所有模型的輸出以及環境條件等都應保持一致，否則結果將不具有參考意義。

3.1? 熔斷絲熔斷曲線

在軟件工具欄打開參數掃描功能，在Param欄找到熔斷絲所在回路的可變電流源，選擇電流值并在下方設置合理的電流變化范圍及步長，再對仿真測試的時間進行設置。這里的時間指的是線束回路通電的時長，但軟件進行仿真分析的實際運行時間很短。點擊運行，可以清楚看到仿真工程運行的進度和完整過程，完成測試后，在結果工具欄出現所有數據結果。

打開熔斷絲的溫升數據，可以在同一坐標軸下顯示不同電流值對應的溫升曲線，如圖2所示。

通過測量工具截取出熔斷絲熔斷（熔絲達到熔斷溫度）時通過的電流及對應的時間值，將截取出的所有數據點在新坐標軸中顯示并連接起來，得到使熔斷絲達到熔斷溫度時的電流-時間曲線，即熔斷曲線，如圖3所示。

3.2? 導線發煙曲線

同樣是使用參數掃描的方法，在Param欄找到導線所在回路的可變電流源，選擇電流值，對各參數進行設置后，運行仿真工程，可以得到導線相關的測試結果。

打開導線的溫升數據，在同一坐標軸下顯示不同電流值下導線的溫升曲線，如圖4所示。

通過測量工具截取出導線達到發煙溫度時通過的電流及對應的時間值，將截取出的所有數據點在新坐標軸中顯示并連接起來，得到導線達到發煙溫度時的電流-時間曲線，即發煙曲線，如圖5所示。

3.3? 熔斷絲與導線的匹配

將得到的熔斷絲熔斷曲線與導線發煙曲線在同一坐標軸中顯示。為了觀測方便，可以將曲線變化方式改為對數，同時對曲線外觀進行一系列的設置，得到熔斷絲與導線匹配的結果。如圖6所示，其中粉色曲線是熔斷絲熔斷曲線，藍色曲線是導線發煙曲線。

觀察某一電流值對應的熔斷絲熔斷時間和導線發煙時間，如果熔斷絲的熔斷時間小于導線發煙的時間，即熔斷絲在導線發煙之前熔斷，那么在該電流值下，熔斷絲可以保護導線。從整體上來看，如果導線的發煙曲線全部位于熔斷絲熔斷曲線上方，則任意電流情況下都可以保證熔斷絲的熔斷快于導線發煙，熔斷絲可以保護導線，該組熔斷絲和導線的匹配通過；如果兩曲線存在交點，那么以交點為界，右側電流區間內在熔斷絲熔斷前，導線已經發煙，存在風險，該組熔斷絲和導線的匹配無法通過，需要提升線徑或者更換耐溫等級更高的導線再次進行驗證。

4? 應用案例

該方法主要應用于線束原理開發階段的設計選型工作，可以快速驗證導線的選型是否合理，以下是應用案例。

1）案例1：環境溫度40℃，40A的JCASE熔斷絲匹配4.0mm2的FLRY導線，如圖7所示，導線的發煙曲線全部位于熔斷絲熔斷曲線上方，該方案通過驗證。

2）案例2：環境溫度40℃，30A的MINI熔斷絲匹配1.0mm2的FLRY導線，如圖8所示，導線的發煙曲線與熔斷絲熔斷曲線存在交點，該方案未通過驗證。

根據大量數據的整理和分析，仿真結果基本貼合實際，具有一定的參考意義。

5? 結束語

本文介紹了一種利用仿真軟件實現熔斷絲與導線匹配的仿真驗證分析方法，包括如何得到熔斷絲熔斷曲線和導線發煙曲線，如何對測試結果進行分析等，能夠在線束開發過程中提前規避一些設計風險，支持原理設計工作。

天海有國家認可的實驗室，依托于實驗室提供的大量實測數據的支持，仿真模型不斷迭代，已經組建了專業的仿真團隊，制定了相應的標準。在以后的規劃當中，實驗室測試將與仿真相輔相成，實現天海的設計、仿真、測試閉環。

（編輯? 楊? 景）