高防護等級車用熔斷絲盒的防護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案探討

【摘" 要】文章詳細介紹高防護等級車用熔斷絲盒的防護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，旨在探討該類型熔斷絲盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用，以確保在惡劣環(huán)境下其正常工作和長期穩(wěn)定性，滿足現(xiàn)代汽車對高可靠性和安全性的需求。經(jīng)實際產(chǎn)品驗證，此結(jié)構(gòu)可靠實用，且可應(yīng)用于其他需要高防護性的產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】防護等級（IP代碼）；車用熔斷絲盒；防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：U463.6"""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1003-8639（2025）01-0072-04

Discussion on the Design Scheme of Protective Structure of High Protection Grade Automotive Fuse Box

AO Debin，HE Jiaxi，HE Zhiying

（Ya'an Xiaohang Electric Co.，Ltd.，Chengdu 610100，China）

【Abstract】This paper introduces in detail the protection structure design scheme of high protection grade automotive fuse box，aiming to discuss the structural design and application of this type of fuse box，in order to ensure its normal operation and long-term stability under harsh environment，and meet the needs of modern vehicles for high reliability and safety. This structure is proved to be reliable and practical，and can be applied to other products requiring high protection.

【Key words】protection level（IP code）；car fuse box；protective structure design

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車輛電氣系統(tǒng)日益復(fù)雜，車載電子設(shè)備不斷增加。作為電氣系統(tǒng)安全裝置的車輛熔斷絲盒，其熔斷絲路數(shù)和盒體體積也持續(xù)增大。由于車身布置和安裝空間的限制，部分熔斷絲盒會布置在高暴露環(huán)境中，尤其是商用車等工作環(huán)境惡劣的車種，如礦山、工地等。因此，對產(chǎn)品本身的防護性能要求也相應(yīng)提高，熔斷絲盒的防護結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，直接影響產(chǎn)品可靠性。

1" 熔斷絲盒基本結(jié)構(gòu)

車用熔斷絲盒的結(jié)構(gòu)發(fā)展至今主要經(jīng)歷了3個階段。

1）第1階段：內(nèi)部為電線束結(jié)構(gòu)，通過線束與端子鉚接后卡接在塑料外殼上進行電路分配。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于改動內(nèi)部電路原理，重復(fù)開發(fā)成本低；缺點是制造工藝一致性差，不便于自動化生產(chǎn)，已逐漸邊緣化，目前國內(nèi)老車型仍在使用。線束式熔斷絲盒如圖1所示。

2）第2階段：內(nèi)部為匯流條式結(jié)構(gòu)，通過沖壓成型的銅質(zhì)匯流條與接線端子插接裝配在塑料外殼內(nèi)部。優(yōu)點是過電流能力強，散熱性好，產(chǎn)品可靠性高；缺點是開發(fā)初期模具投入大，后期原理調(diào)整不便且費用高。匯流條式熔斷絲盒如圖2所示。

3）第3階段：內(nèi)部為PCBA式，產(chǎn)品內(nèi)部為焊接了插接端子、插針和各種元器件的PCBA。電路集成度高，可帶熔斷絲熔斷指示燈，自動化程度高且品質(zhì)穩(wěn)定性好，內(nèi)部電路原理調(diào)整較匯流條式熔斷絲盒更方便。PCBA式熔斷絲盒如圖3所示。

這些普通車用熔斷絲盒需外插繼電器、熔斷絲等，外殼上會有很多縫隙，因此其本身防護等級不高，基本都處于IP50級別，僅能安裝于密閉空間中。

2" 熔斷絲盒防護性能要求

2.1" IP代碼的組成及含義

評價產(chǎn)品防護性能的國際標準為防護等級（IP代碼）。國內(nèi)標準基本與國際標準相同。本文采用GB/T 30038—2013《道路車輛 電氣電子設(shè)備防護等級（IP代碼）》中的規(guī)定。

針對設(shè)備的防護，IP代碼例如“IP67”，其中IP為防護等級代碼字母，從左至右，第1位數(shù)字（特征碼）代表外來物防護，第2位數(shù)字（特征碼）代表水防護。具體含義見表1。

2.2" 防護等級的確定

現(xiàn)階段車用熔斷絲盒除駕駛室中的中央熔斷絲盒外，還有布置在底盤上的熔斷絲盒，用于保護底盤電器設(shè)備。底盤環(huán)境惡劣，特別是商用車，底盤設(shè)備常面對高揚塵、涉水等場景。根據(jù)GB/T 30028—2013標準推薦的防護等級（表2），目前客戶對車用底盤熔斷絲盒的防護要求基本達到IP6K7，這對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

同時，熔斷絲盒自身因為需要插接熔斷絲、繼電器等損耗品，其本身結(jié)構(gòu)就有很多縫隙，如需達到較高防護等級，需增加更多防護結(jié)構(gòu)。

3" 車用熔斷絲盒防護結(jié)構(gòu)

3.1" 傳統(tǒng)常用防護結(jié)構(gòu)

3.1.1" 線束式熔斷絲盒

熔斷絲盒A為一款線束式熔斷絲盒，安裝于卡車底盤蓄電池箱內(nèi)，蓄電池箱對熔斷絲盒有保護作用，但仍需要一定的防護性能，要求為IP5K5。如圖4所示，熔斷絲盒A由盒蓋部件、盒體部件、底蓋部件、線束部件組成。因有防護要求，所以熔斷絲、繼電器等易損件全部使用蓋板進行遮擋、保護。盒體上下開口處，均使用蓋板扣合。盒蓋采用卡扣結(jié)構(gòu)與盒體扣合；底蓋采用螺栓緊固。裝配后，盒蓋、底蓋中裝配的O形圈受到盒體上對應(yīng)筋條的擠壓，發(fā)生變形起到密封的效果。

線束出線孔處采用橡膠圈填補盒體出線孔與線束之間間隙。線束端子與插接件護套連接處用橡膠套包裹。橡膠套與線束接口處用膠帶包裹。

該熔斷絲盒結(jié)構(gòu)從試驗來看，能滿足IP5K5防護性能要求。這種結(jié)構(gòu)防水薄弱處位于線束部分。盒體出線孔處雖有橡膠圈防護，但線束的拉動、卷曲都可能造成線束與橡膠圈之間產(chǎn)生空隙，影響防護性。另外插件護套尾部與橡膠套配合處也是薄弱處，橡膠套對護套尾部的包裹力不大，影響防護性。

3.1.2" 匯流條式熔斷絲盒

熔斷絲盒B為匯流條式熔斷絲盒，安裝環(huán)境同樣是處于底盤蓄電池箱中，要求防護等級為IP5K5。如圖5所示，該熔斷絲盒由盒蓋、防水硅膠圈、盒體部件組成。熔斷絲等易損件也是全部布置在盒體內(nèi)部，用盒蓋進行遮擋、保護。盒蓋防護用異形的防水硅膠圈取代了O形圈。

盒蓋扣合后橫截面如圖6所示，防水硅膠圈不再采用O形圈，其橫截面成L形，盒體上的筋頂部擠壓防水硅膠圈，側(cè)面也擠壓了防水硅膠圈側(cè)面凸起的防水筋。比O形圈更多一層防護，提升了此處的防護能力。

插接件護套直接從盒體塑料外殼上一體成型，插針從插接件護套預(yù)留孔位穿出。插件護套造型采用IP67防護等級的防水插件，與線束端護套配合后能達到IP67級防護。相對于熔斷絲盒A（外殼線束穿出孔）減少了一個開孔防護薄弱處。

該熔斷絲盒實際測試能滿足IP5K5要求。從實際使用情況來看，售后出現(xiàn)進水故障的概率較熔斷絲盒A低，充分說明該結(jié)構(gòu)的防護效果優(yōu)于熔斷絲盒A的防護結(jié)構(gòu)。

3.2" 高防護等級的結(jié)構(gòu)設(shè)計

上述兩種結(jié)構(gòu)的熔斷絲盒雖達到IP5K5防護等級，但不能滿足產(chǎn)品日益提高的品質(zhì)要求。因此上述熔斷絲盒防護結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷改進和調(diào)整防護結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了熔斷絲盒C，其防護等級能達到IP6K7以上，即產(chǎn)品在1m深水中浸泡30min以上，熔斷絲盒內(nèi)部無進水情況發(fā)生。

新結(jié)構(gòu)方案改進點主要集中在傳統(tǒng)防護結(jié)構(gòu)的薄弱點——盒蓋位置和與線束對插位置。

3.2.1" 盒蓋位置

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，盒蓋和盒體扣合后，通過擠壓O形圈達到防護目的。因目前熔斷絲盒盒體尺寸均較大，而當盒體開口處尺寸單邊緣大于10cm時，塑料成型的盒體、盒蓋易出現(xiàn)翹曲，不同位置對O形圈的擠壓程度可能出現(xiàn)差異。經(jīng)試驗測得，該防水結(jié)構(gòu)的防護等級無法滿足IPX7等級浸水試驗的要求。

高等級防護結(jié)構(gòu)采用了橫截面U形的膠圈（圖7），該U形的膠圈表面設(shè)置有若干凸起的條狀結(jié)構(gòu)，可以增加防護等級，增加緊實度；將防水膠圈形狀定為U形膠圈側(cè)面帶凸起的條狀結(jié)構(gòu)的防水筋，與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相比，將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的上下擠壓彈性膠圈改為上下擠壓+兩側(cè)面擠壓U形膠圈防水筋的方式，防護能力強（可高于IP6K7級以上），增加產(chǎn)品的可靠性。

同時，將盒體與盒蓋的扣合結(jié)構(gòu)由卡扣緊固結(jié)構(gòu)更改為螺栓緊固結(jié)構(gòu)。螺栓緊固結(jié)構(gòu)可以降低裝配時的難度并提升盒蓋盒體裝配后的牢固程度，保證膠圈被擠壓到位，不出現(xiàn)防護薄弱點。

3.2.2" 線束對插位置

與線束端配合插接件均選用IP6K7防護等級以上的對配插件護套。熔斷絲盒一端的護套直接成型在熔斷絲盒盒體上，保證盒體的完整性。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在插接件插針穿出殼體位置沒有防護結(jié)構(gòu)。插接件部分的防護全靠與線束端護套對配之后形成密封腔進行防護。熔斷絲盒本身因為插針部分空隙無法達到IP6K7以上的防護等級。

高等級防護結(jié)構(gòu)將盒體的殼體與插針部件的形狀調(diào)整為相互配合的結(jié)構(gòu)，裝配后能形成一個空腔，如圖8所示。同時在殼體插件護套底部正面開一個注膠孔和一個溢膠孔。

裝配完成后，從盒體插件護套正面的注膠孔注入密封膠，當有膠從溢膠孔溢出時停止注入。此時，密封膠已將空腔完全填滿，確保了插針部分的防護等級符合要求。注膠過程與塑料件的注塑成型過程類似，既能夠保證密封膠完全填滿空腔，又能確保注膠參數(shù)的穩(wěn)定與一致性。

以上兩個結(jié)構(gòu)改進措施，彌補了傳統(tǒng)熔斷絲盒防護結(jié)構(gòu)中的兩處短板。經(jīng)試驗實際測試，采用高防護等級結(jié)構(gòu)設(shè)計的熔斷絲盒在經(jīng)過1m水深、4h的泡水測試后，打開蓋子后未發(fā)現(xiàn)盒體內(nèi)部有進水現(xiàn)象，完全達到并超越了IP6K7防護等級要求。

目前，改進后的防護結(jié)構(gòu)已應(yīng)用到我司新開發(fā)的熔斷絲盒上，效果良好，滿足了客戶對高防護等級熔斷絲盒的品質(zhì)需求。

4" 總結(jié)

本文提出了一種高防護等級熔斷絲盒防護結(jié)構(gòu)的解決方案，有力地提升了車用熔斷絲盒的防護水平。該防護結(jié)構(gòu)還能夠應(yīng)用于其他需要高防護等級的車用電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，具有較廣泛的應(yīng)用范圍。

參考文獻

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（編輯" 凌" 波）