范存建，張明柱

（1. 河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2. 河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030 ）

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒的設(shè)計(jì)研究

范存建1，2，張明柱2

（1. 河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2. 河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030 ）

通過對(duì)PCB板和匯流條導(dǎo)電能力的研究，提出一種PCB板與匯流條組合式方案；通過試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠解決單獨(dú)PCB板承載電流能力低的問題。

PCB板；匯流條；組合式

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的功能模塊也越來越多，而汽車電器盒作為諸多功能模塊的電源分配中心，其壓力也越來越大［1］。汽車電器盒在國內(nèi)外主要的結(jié)構(gòu)形式有匯流條式、直插式和PCB板式［2］。在現(xiàn)有的幾種結(jié)構(gòu)形式中，PCB板式電器盒作為當(dāng)前汽車電器盒的發(fā)展主流，隨著汽車配置的逐步增加，其承載電流方面的壓力也相應(yīng)增大，解決其自身承載電流能力低的問題已迫不及待。

1 常用汽車電器盒類型和特點(diǎn)

1.1 匯流條式電器盒

匯流條式電器盒見圖1，采用幾層沖壓的銅條疊加的方式來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電路的連接控制，因銅條導(dǎo)電性好、橫截面較大，又有絕緣物固定，所以發(fā)熱量不是很大，一般不會(huì)因發(fā)熱變形造成短路，故相對(duì)可靠性較好［3］。但這種形式的電器盒由于其制作工藝比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)變更不容易實(shí)現(xiàn)，制造成本也相對(duì)比較高，加上其自身的質(zhì)量會(huì)比其它形式的同等功能電器盒要重，因此，在現(xiàn)代汽車電器盒選型時(shí)都不采用這種類型。

1.2 直插式電器盒

直插式電器盒見圖2，由壓線端子和若干銅條組成，通過銅條和導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電源的分配和電路的布置，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單、更改適用性強(qiáng)、成本相對(duì)低、電氣性能較好［4］，但由于電器盒與導(dǎo)線連接在一起，安裝和更換起來比較麻煩，維修成本較大。

圖1 匯流條式電器盒

圖2 直插式電器盒

1.3 PCB板式電器盒

PCB板式電器盒見圖3，是用電路板將熔斷絲、焊接端子和繼電器等集成在一起， 起到集中控制、線路簡潔、易于安裝維修的作用。該電器盒整體性能優(yōu)于直插式和匯流條式電器盒，并且針對(duì)不同車型該電器盒電路板可改進(jìn)，有很大的市場應(yīng)用前景，也被各大汽車廠商廣泛采用。

圖3 PCB式電器盒

2 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒特征及設(shè)計(jì)要求

2.1 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒結(jié)構(gòu)特征

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒見圖4，匯流條通過焊接的方式與PCB板連接，實(shí)現(xiàn)兩者間的電路導(dǎo)通。

圖4 PCB板與匯流條組合式電器盒

電器盒設(shè)計(jì)時(shí)將大電流功能負(fù)載布置在匯流條上，通過匯流條連接熔斷絲或繼電器，然后直接輸出至功能模塊；對(duì)于中小電流功能負(fù)載的設(shè)計(jì)，可以充分利用PCB板的優(yōu)勢(shì)，在PCB板上合理布置，然后借助于焊接端子，與熔斷絲或繼電器連接，最后輸出至功能模塊。

2.2 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒設(shè)計(jì)要求

2.2.1 PCB板導(dǎo)電能力

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒要求將中小電流功能負(fù)載布置在PCB板上，這就要求我們先對(duì)PCB導(dǎo)電能力充分了解，然后在布置PCB板時(shí)才能游刃有余。目前，對(duì)PCB板導(dǎo)電能力的研究主要是考慮一定寬度、一定厚度的覆銅在特定溫度下的承載電流值，而且行業(yè)已有很多數(shù)據(jù)可參考。但當(dāng)前汽車電器盒在發(fā)展中逐漸對(duì)電器盒溫升提出嚴(yán)格要求，這就要求我們?cè)谝欢囟认拗茥l件下考慮PCB板承載能力，進(jìn)而迫使我們對(duì)PCB板導(dǎo)電能力做更深入的研究，以便更能適應(yīng)電器盒的發(fā)展。

2.2.2 匯流條導(dǎo)電能力

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒要求將大電流功能負(fù)載布置在匯流條上，所以對(duì)匯流條導(dǎo)電能力的研究也是設(shè)計(jì)的前提。與PCB板導(dǎo)電能力研究的要求相同，匯流條導(dǎo)電能力也需要研究不同銅材、在一定溫度限制條件下，不同橫截面積的承載電流能力，以適應(yīng)當(dāng)前電器盒對(duì)溫升的要求。

2.3 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒優(yōu)點(diǎn)

1）提升整個(gè)電器盒的電流承載能力，優(yōu)化電器盒整體性能。

2）匯流條可以根據(jù)大電流功能負(fù)載的分布進(jìn)行不同形狀的設(shè)計(jì)，能改善PCB板不利于進(jìn)行不規(guī)則形狀設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。

3）匯流條可以通過設(shè)計(jì)成多個(gè)插腳對(duì)PCB板進(jìn)行多點(diǎn)供電，避免PCB板從一點(diǎn)供電的局限性，提升了電器盒性能，同時(shí)也可以使整個(gè)電器盒布置更規(guī)則。

3 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒設(shè)計(jì)案例

以下是針對(duì)某汽車廠設(shè)計(jì)的一款前艙電器盒，因電器盒要求的功能及大電流負(fù)載較多，如鼓風(fēng)機(jī)電流為16.7A，高速風(fēng)扇為15A，IP BOX電流為26A，點(diǎn)火開關(guān)電流為16A等，單獨(dú)的PCB板電器盒很難實(shí)現(xiàn)，所以，電器盒設(shè)計(jì)為PCB板與匯流條組合式結(jié)構(gòu)，如圖5a所示。

電器盒設(shè)計(jì)時(shí)P C B板一端焊接匯流條，將大電流負(fù)載（如EPS、高速風(fēng)扇、IP BOX、點(diǎn)火開關(guān)等）布置在匯流條上，借助匯流條承擔(dān)大電流負(fù)載，另一端設(shè)計(jì)中小電流負(fù)載，最終通過PCB板與匯流條的組合設(shè)計(jì)，達(dá)到電器盒熱源的均勻分布。

圖5 PCB板與匯流條組合式電器盒試驗(yàn)圖片

按照汽車廠的電器盒標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組合式電器盒進(jìn)行了加載溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下：首先組裝電器盒，焊接熱電偶；然后連接線束，對(duì)電器盒加載電流；最終通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儀采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總，測試試驗(yàn)如圖5b、5c所示。溫升測試結(jié)果如表1所示。

表1 溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)表 ℃

按照汽車廠的電器盒標(biāo)準(zhǔn)要求：試驗(yàn)溫升值最大不超過55 ℃，測試結(jié)果表明：PCB板與匯流條組合式電器盒不僅符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且在加載大電流負(fù)載后體現(xiàn)了良好的性能。

4 結(jié)束語

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒集匯流條式電器盒和PCB板式電器盒兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體，承載能力大且體積小、使用方便，是當(dāng)前最實(shí)用的汽車電器盒。目前，PCB板與匯流條組合式電器盒已推廣到各大汽車廠并得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)贏取了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 谷孝衛(wèi)， 王勝利，陳海濤，等.汽車中央配電器的設(shè)計(jì)和開發(fā)［J］. 汽車電器， 2013（2）：8-12.

［2］ 劉鳳軍， 張獻(xiàn)軍，康翠伶，等.汽車電器盒用PCB導(dǎo)電能力的研究［J］. 汽車電器， 2014（8）：38-40.

［3］ 劉占峰，范新煥，劉團(tuán)結(jié).車用中央電氣接線盒分類及發(fā)展［J］.汽車電器，2009（6）：13-15.

［4］ 檀銀學(xué).一種汽車中央電器盒：中國，200620076010.4［P］.2007-10-10.

（編輯 凌 波）

Research on Vehicle Electrical Box Combining PCB Board and Bus-bar

FAN Cun-jian1，2， ZHANG Ming-zhu2
(1. Mechanical Engineering School， Henan Technology University， Luoyang 471023；2. Henan THB Electric Co.， Ltd.， Hebi 458030， China)

Based on the study of electricity conductivity of PCB board and Bus-bar， a combination design scheme is put forward. Through experimental validation， this scheme is proved capable to solve the low current load issue on single PCB board.

PCB board；bus-bar；combined type

U463.6

A

1003-8639（2017）07-0044-03

2017-03-27

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51375145）

范存建（1983-），男，河南商丘人，碩士，從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開發(fā)工作。