汽車線束中導(dǎo)線選型方法及使用壽命解讀

據(jù)統(tǒng)計，在近10年發(fā)生的機動車火災(zāi)中，由電氣故障引發(fā)的火災(zāi)占50%。在電氣線路及電氣設(shè)備上由于各種不同原因，使電氣線路相接或相碰，電流突然增大，超過導(dǎo)線正常工作發(fā)熱量，或是受到擠壓，絕緣層破損，造成電氣設(shè)備故障發(fā)熱或?qū)⒔^緣層引燃起火。從設(shè)計層面，電氣線路超負荷是其中一個重要原因，長時間過載，導(dǎo)線溫度就會超過最高允許溫度，會加快導(dǎo)線絕緣老化、損壞，引起火災(zāi)。在汽車電線運行過程中，電線絕緣受熱的作用性能逐步退化、直至失效。電線應(yīng)保證在車輛壽命期內(nèi)絕緣材料具有需要的機械性能。本文從正向設(shè)計層面對導(dǎo)線壽命進行理論分析，保證電線束導(dǎo)線壽命滿足整車要求。

1.導(dǎo)體溫升和負荷電流的關(guān)系

絕緣受到的熱作用主要來自于電線的使用環(huán)境以及導(dǎo)體通過電流產(chǎn)生的溫升，因而電線的載流量受環(huán)境溫度的限制。電流過大則電線溫度超過允許值，從而無法保證在設(shè)計使用壽命內(nèi)的安全使用；而電流偏小使導(dǎo)線材料不能得到充分的應(yīng)用。這就需要我們確定導(dǎo)體溫升與電流的關(guān)系，以額定溫度推算導(dǎo)線的允許載流量。根據(jù)焦耳定律單位長度導(dǎo)體運行時會產(chǎn)生熱量：

的導(dǎo)體電阻，Ω/m；t——時間，s。產(chǎn)生的熱量使導(dǎo)體的溫度升高，熱量從高溫向低溫擴散，熱量擴散的速度和溫度差成正比，溫度差越高，散熱越大。單位長度電線的散熱Q2見式（2），導(dǎo)線散熱示意如圖1所示。

2.導(dǎo)線集束造成的額定電流的降低系數(shù)

把多根電線捆在一起使用時，額定電流乘以降低系數(shù)（表1），不過此降低系數(shù)只適用于同時通電的電線根數(shù)，與集束整體根數(shù)無關(guān)。另外，像控制電路，電子電路不產(chǎn)生溫度上升的小電流電線不含通電根數(shù)。

3.臨界過電流

臨界過電流的計算方法

4.導(dǎo)線老化壽命

目前，絕緣材料的熱壽命評估一般是采用常規(guī)法，即對絕緣材料的試樣分別在數(shù)個溫度點下做老化試驗，對每個溫度點下的試樣失效時間進行記錄或估算，然后應(yīng)用線性回歸法確定老化方程，最后

試驗合格標準：①進行卷繞試驗，卷繞后，進行絕緣目視檢查，目視不露導(dǎo)體；②進行耐電壓試驗，在耐電壓期間不發(fā)生擊穿。

從以上可知，從熱老化角度，如提高電線束導(dǎo)線壽命，可進行如下工作。

1）降低導(dǎo)線溫升。對于整車電源線，將線心截面增大一個等級。當導(dǎo)線截面積增大時，導(dǎo)線電阻變小，電流密度下降，根據(jù)焦耳定律單位長度導(dǎo)體運行時產(chǎn)生熱量降低，即可增加導(dǎo)線耐熱劣化壽命。

2）增加導(dǎo)線耐溫等級。對于整車電源線，將耐溫增大一個等級。當導(dǎo)線耐溫等級提高時，根據(jù)導(dǎo)線耐熱劣化壽命曲線可知，導(dǎo)線壽命將提高。

3）選擇輻照交聯(lián)導(dǎo)線。交聯(lián)方法是提高材料耐熱性的重要手段，熱塑性材料由線性高分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成體型網(wǎng)狀高分子，由熱塑性轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦?，材料的機械性能、耐熱性能、耐液體性能都得到改善。

5.設(shè)計實例

本文以某乘用車為例，假定汽車每天行駛3h，導(dǎo)線設(shè)計壽命10年，導(dǎo)線在設(shè)計上的累計通電時間約為10000h，由此計算導(dǎo)線溫升要求和導(dǎo)線承載電流要求，作為導(dǎo)線設(shè)計選型參考。

本車型選用日標導(dǎo)線，導(dǎo)線耐熱劣化壽命曲線如圖4所示。由圖4可知，如采用AVSS（超薄壁型PVC絕緣低壓電線），滿足10年設(shè)計壽命要求（累計通電時間約為10000h），導(dǎo)線額定溫度不允許超過80℃，根據(jù)公式（3），即可知導(dǎo)線在相應(yīng)環(huán)境溫度下承載電流要求。如表3所示。

如本車型導(dǎo)線設(shè)計壽命要求提高，從熱老化角度，可以進行如下工作。

1）增大導(dǎo)線截面積。見表3，選用公稱0.85導(dǎo)線代替原設(shè)計方案中0.5導(dǎo)線，如環(huán)境溫度30℃，承載電流12A情況下，公稱0.5導(dǎo)線溫升50℃，而公稱0.85導(dǎo)線溫升約為30℃，故0.85導(dǎo)線額定溫度為60℃；由圖4耐熱劣化壽命曲線可知，導(dǎo)線累計通電時間提高至超過5年。

2）選用耐溫等級較高的交聯(lián)導(dǎo)線。見圖4，將AVSS（超薄壁型PVC絕緣低壓電線）導(dǎo)線替換成AVSSX（超薄壁交聯(lián)PVC絕緣低壓電線），導(dǎo)線累計通電時間提高至超過5年。

6.結(jié)束語

本文對導(dǎo)體溫升與負荷電流關(guān)系、導(dǎo)線集束系數(shù)、臨界過電流、導(dǎo)線壽命等進行理論分析，并從設(shè)計層面對如何提高電線束導(dǎo)線壽命及選型提供依據(jù)，提出相應(yīng)建議。整車電線束可靠性及壽命需從整車電線束布置、防護、固定、配電原則優(yōu)化、用戶改裝、成本等多個維度進行綜合考慮，以保證電線束壽命滿足整車需要，提高整車競爭力。