起動機(jī)線束設(shè)計(jì)研究

屈 穎，王素豐，郝麗惠

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

1 研究的意義

車輛的起動性能是判斷車輛是否合格的關(guān)鍵性指標(biāo)。環(huán)境溫度、蓄電池容量、起動機(jī)性能、發(fā)動機(jī)拖動最低轉(zhuǎn)速等因素都影響起動性能。起動系統(tǒng)由起動機(jī)、蓄電池、起動繼電器、點(diǎn)火開關(guān)等部件組成［1］。蓄電池提供起動機(jī)端電壓，端電壓的大小直接影響到起動性能。

起動機(jī)線束規(guī)格的選擇，影響起動機(jī)線束的導(dǎo)線壓降，起動過程中起動電流很大，起動機(jī)線束的壓降在一定程度上影響了起動機(jī)端電壓，從而影響了起動性能。

2 計(jì)算公式

2.1 導(dǎo)線截面積計(jì)算

SAE J541 《Voltage Drop for Starting Motor Circuits》中對起動回路允許壓降的最大值要求見表1。

表1 允許壓降最大值

從表1中可以看出，對12 V系統(tǒng)的車輛來說，起動過程中起動開關(guān)回路的壓降每百安不能超過0.2 V。

導(dǎo)線截面積計(jì)算公式見式 (1)［2］

式中：ρ——銅的電阻率，20℃時為0.0172 Ω·mm2/m；T——起動機(jī)線束工作環(huán)境溫度，本文T取105℃；I——通過起動機(jī)線束的電流；L——起動機(jī)線束導(dǎo)線長度；U線——導(dǎo)線的電壓降。

考慮到SAE J541標(biāo)準(zhǔn)，起動機(jī)回路導(dǎo)線U線=I/100×U100，U100為導(dǎo)線經(jīng)過100 A電流時的電壓降，起動回路導(dǎo)線截面積公式如下

2.2 SAE J541標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出導(dǎo)線U100的要求

起動開關(guān)回路包含起動機(jī)正極線束、起動機(jī)負(fù)極線束，每根線束都包含1根導(dǎo)線和2個端子。每100 A電流回路電壓降如下

式中：U100——導(dǎo)線經(jīng)過100A電流時的電壓降；U壓接——端子壓接經(jīng)過100 A電流時的電壓降；U總=0.2 V。

經(jīng)過測試，不同線徑下100A電流時U壓接計(jì)算值如表2所示。

將ρ、T、U100代入到公式 (1)中，得到如下簡化公式

表2 不同線徑下100 A電流時U壓接計(jì)算值

當(dāng)起動機(jī)負(fù)極線束和正極線束線徑相同時，根據(jù)以上簡化公式得到表3結(jié)果。

3 應(yīng)用

某公司5款車型起動機(jī)正負(fù)極線束設(shè)計(jì)應(yīng)用以上簡化公式之后，線束線徑優(yōu)化和電壓降計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 從導(dǎo)線長度選取線徑

從表4可以看出，A車型正負(fù)極線束線徑設(shè)計(jì)合理，B、C車型正負(fù)極線束較短但線徑較大，用30 mm2導(dǎo)線造成浪費(fèi)，可以將線徑分別降為20 mm2和25 mm2。D、E車型正負(fù)極線束較長但線徑較小，在一定程度上影響了起動的可靠性，需要將線徑分別改為30 mm2和40 mm2。其中E車型，蓄電池布置在后備廂下方，故正極線束較長。

表4 5款車型起動機(jī)正負(fù)極線束線徑優(yōu)化和電壓降計(jì)算

4 考慮起動電流與導(dǎo)線的發(fā)煙曲線

對于汽油車，平均起動電流一般在400 A以下。20 mm2及以上的導(dǎo)線，從導(dǎo)線的發(fā)煙曲線可以得到20 s時間內(nèi)400 A電流都能承受。對于起動電流小的車型，也可以選用16 mm2導(dǎo)線。

對于柴油車，平均起動電流一般在500 A以下。25 mm2及以上的導(dǎo)線，從導(dǎo)線的發(fā)煙曲線可以得到30 s時間內(nèi)500 A電流都能承受。

圖1為不同線徑導(dǎo)線的發(fā)煙開始時間和過電流曲線。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)校核驗(yàn)證

5.1 A車型起動曲線 (圖2)

時刻1(紫色線)：電流320 A，蓄電池電壓8.6 V，起動機(jī)電壓8.1 V，起動回路每100 A壓降：(8.6-8.1)/320×100=0.15 V，小于0.2 V，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

時刻2(黃色線)：電流280 A，蓄電池電壓8.88 V，起動機(jī)電壓8.42 V，起動回路每100 A壓降：(8.88-8.42)/280×100=0.16 V，小于0.2 V，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 發(fā)煙開始時間和過電流曲線 （105℃環(huán)境溫度）

5.2 D車型起動曲線 (圖3)

時刻1(紫色線)：電流310 A，蓄電池電壓9.1 V，起動機(jī)電壓8.2 V，起動回路每100 A壓降：(9.1-8.2)/310×100=0.29 V，大于0.2 V，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 A車型起動曲線

圖3 D車型起動曲線

時刻2(黃色線)：電流355 A，蓄電池電壓8.7 V，起動機(jī)電壓7.7 V，起動回路每100 A壓降：(8.7-7.7)/355×100=0.28 V，大于0.2 V，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

從以上分析可以看出，試驗(yàn)結(jié)果和簡化公式計(jì)算的結(jié)果一致。

6 總結(jié)

本文給出計(jì)算起動機(jī)線束線徑的簡化公式，在5款車型上應(yīng)用并對線徑提出了優(yōu)化建議。線徑的選擇考慮了起動電流和導(dǎo)線的發(fā)煙曲線，最后用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了依據(jù)簡化公式設(shè)計(jì)的線束滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，為起動機(jī)線束的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。