一种熔断丝与导线匹配的仿真验证方法

康金灿 焦一帆 崔海领 夏瑞阳 游国强 任朝瑞

【摘  要】针对线束原理设计中的元件选型问题，本文提出一种利用仿真软件实现熔断丝与导线匹配的仿真分析方法，能够在设计前期规避风险，提高设计可靠性，并通过实例验证其可行性。

【关键词】元件选型；仿真；熔断丝；导线

中图分类号：U463.62    文献标志码：A    文章编号：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

随着汽车电子技术的发展，整车功能越来越复杂，对安全性能的要求也越来越高，不同主机厂提出了很多平台化方案来规范管理设计输出，规避设计风险。对于原理设计来说，元件选型是一项非常重要的工作。以导线选型为例，某个回路根据用电器电流的类型与大小选定熔断丝之后，选择的导线是否合适，将直接影响到整车的安全性能和成本。对于导线的选择，要求既能满足用电器的工作需求，在熔断丝熔断之前不发烟，绝缘层不融化，又能够兼顾成本，避免设计上的冗余。

熔断丝与导线的匹配目前在行业内没有特别可靠、精确的方法，传统的匹配方法是选定熔断丝规格后，再利用公式进行计算选择合适的导线，过程较为繁琐，不仅费时费力，还有出现人为错误的可能。因此，利用仿真软件创建了一种熔断丝与导线匹配的仿真验证分析方法，可以仿真出一定环境条件下熔断丝与导线的匹配情况。

2  准备工作

进行仿真分析首先要具备相应的模型。熔断丝与导线的匹配需要比较相同条件下熔断丝的熔断时间和导线的发烟时间，需要有相应规格的熔断丝、导线模型以及电源模型提供电压、电流。我司在仿真建设初期与各厂家沟通交流，根据产品特性参数完成了各类线束元器件的建模工作，创建了天海线束仿真相关的专业仿真模型库，可以提供不同厂家、不同规格的熔断丝模型、导线模型等，直接应用于仿真工作当中。

3  仿真验证分析

由于需要较大电流范围的导线温升结果，如果按照实际将熔断丝与导线连接在同一回路内，那么当熔断丝熔断后，电路断开，无电流通过，将无法观测到导线后续的温升情况，所以将熔断丝与导线分开两个回路分别进行仿真。

从模型库中选择合适的电源、熔断丝、导线和搭铁等搭建线束回路，如图1所示，回路从左到右分别是蓄电池负极搭铁、电池、熔断丝或导线、可变电流源以及搭铁模型，其中可变电流源模型的输出电流与内阻可变，用于模拟负载不同工况下的电流特性。在此需要注意的是，熔断丝与导线的测量回路中其它所有模型的输出以及环境条件等都应保持一致，否则结果将不具有参考意义。

3.1  熔断丝熔断曲线

在软件工具栏打开参数扫描功能，在Param栏找到熔断丝所在回路的可变电流源，選择电流值并在下方设置合理的电流变化范围及步长，再对仿真测试的时间进行设置。这里的时间指的是线束回路通电的时长，但软件进行仿真分析的实际运行时间很短。点击运行，可以清楚看到仿真工程运行的进度和完整过程，完成测试后，在结果工具栏出现所有数据结果。

打开熔断丝的温升数据，可以在同一坐标轴下显示不同电流值对应的温升曲线，如图2所示。

通过测量工具截取出熔断丝熔断（熔丝达到熔断温度）时通过的电流及对应的时间值，将截取出的所有数据点在新坐标轴中显示并连接起来，得到使熔断丝达到熔断温度时的电流-时间曲线，即熔断曲线，如图3所示。

3.2  导线发烟曲线

同样是使用参数扫描的方法，在Param栏找到导线所在回路的可变电流源，选择电流值，对各参数进行设置后，运行仿真工程，可以得到导线相关的测试结果。

打开导线的温升数据，在同一坐标轴下显示不同电流值下导线的温升曲线，如图4所示。

通过测量工具截取出导线达到发烟温度时通过的电流及对应的时间值，将截取出的所有数据点在新坐标轴中显示并连接起来，得到导线达到发烟温度时的电流-时间曲线，即发烟曲线，如图5所示。

3.3  熔断丝与导线的匹配

将得到的熔断丝熔断曲线与导线发烟曲线在同一坐标轴中显示。为了观测方便，可以将曲线变化方式改为对数，同时对曲线外观进行一系列的设置，得到熔断丝与导线匹配的结果。如图6所示，其中粉色曲线是熔断丝熔断曲线，蓝色曲线是导线发烟曲线。

观察某一电流值对应的熔断丝熔断时间和导线发烟时间，如果熔断丝的熔断时间小于导线发烟的时间，即熔断丝在导线发烟之前熔断，那么在该电流值下，熔断丝可以保护导线。从整体上来看，如果导线的发烟曲线全部位于熔断丝熔断曲线上方，则任意电流情况下都可以保证熔断丝的熔断快于导线发烟，熔断丝可以保护导线，该组熔断丝和导线的匹配通过；如果两曲线存在交点，那么以交点为界，右侧电流区间内在熔断丝熔断前，导线已经发烟，存在风险，该组熔断丝和导线的匹配无法通过，需要提升线径或者更换耐温等级更高的导线再次进行验证。

4  应用案例

该方法主要应用于线束原理开发阶段的设计选型工作，可以快速验证导线的选型是否合理，以下是应用案例。

1）案例1：环境温度40℃，40A的JCASE熔断丝匹配4.0mm2的FLRY导线，如图7所示，导线的发烟曲线全部位于熔断丝熔断曲线上方，该方案通过验证。

2）案例2：环境温度40℃，30A的MINI熔断丝匹配1.0mm2的FLRY导线，如图8所示，导线的发烟曲线与熔断丝熔断曲线存在交点，该方案未通过验证。

根据大量数据的整理和分析，仿真结果基本贴合实际，具有一定的参考意义。

5  结束语

本文介绍了一种利用仿真软件实现熔断丝与导线匹配的仿真验证分析方法，包括如何得到熔断丝熔断曲线和导线发烟曲线，如何对测试结果进行分析等，能够在线束开发过程中提前规避一些设计风险，支持原理设计工作。

天海有国家认可的实验室，依托于实验室提供的大量实测数据的支持，仿真模型不断迭代，已经组建了专业的仿真团队，制定了相应的标准。在以后的规划当中，实验室测试将与仿真相辅相成，实现天海的设计、仿真、测试闭环。

（编辑  杨  景）