新一代汽車的電路保護方案

提高燃油經(jīng)濟性和減少二氧化碳排放的全球化行動向汽車行業(yè)提出了巨大的挑戰(zhàn)，減輕汽車重量是目前制造商采取的最常見策略之一。由于電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)也可用于解決全球的能源與碳排放危機，汽車制造商和電池制造商正在迅速開發(fā)新的材料和解決方案以推進這些技術(shù)的發(fā)展。

聯(lián)網(wǎng)生活方式也已經(jīng)滲透到汽車中，并已極大地影響新的汽車設(shè)計。消費者需求和競爭壓力迫使汽車制造商在汽車上增加了越來越多的功能和特性，這些功能和特性進而影響到汽車的電子/電氣架構(gòu)和所用的元器件。

更環(huán)保、更輕的設(shè)計

對今天的汽車工程師來說，提高燃油經(jīng)濟性和減少溫室氣體(GHG)排放已經(jīng)成為重要的設(shè)計準則。顯而易見，電動汽車和混合動力汽車是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的解決方案，但減輕汽車重量的技術(shù)也能提供一些明顯的好處，因為減輕汽車重量和滾動阻力可以降低對能源的需求，并有效地減少二氧化碳排放。

除了提高元器件集成度和使用先進材料有助于汽車制造商減輕汽車重量之外，線束重量也是一個讓人特別感興趣的領(lǐng)域，并已經(jīng)吸引設(shè)計工程師重新審視他們的設(shè)計方案，以防止汽車電源功能因大電流故障情況而受損。

設(shè)計工程師面臨的一個挑戰(zhàn)是保留和/或增加電路保護器件，它們有助于保護汽車電子系統(tǒng)因可能的過載情況而受損，同時降低總體成本和重量。由于一輛汽車通?？赡馨瑪?shù)百個電路和超過一公里的導(dǎo)線，布線系統(tǒng)的復(fù)雜性可能使得傳統(tǒng)電路設(shè)計技術(shù)難以使用，并可能導(dǎo)致不必要的過度設(shè)計。

圖1：典型的集中式架構(gòu)。

許多制造商已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將分布式架構(gòu)和可復(fù)位聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)過流保護器件結(jié)合使用可以顯著減輕汽車重量。圖1和圖2顯示了傳統(tǒng)集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)之間的差異。集中式方案要求每個模塊由接線盒中一個獨立的熔絲保護，見圖中黃色部分。在這種“星形”架構(gòu)中，每個功能也要求獨立的導(dǎo)線，因而增加了重量和成本。相反，在由電源總線供電多個接線盒的分布式架構(gòu)中，從接線盒出來的每根導(dǎo)線都可以得到一個可復(fù)位電路保護器件的保護。

圖2：典型的分布式架構(gòu)。

過去，機械強度規(guī)定汽車中使用的最細導(dǎo)線直徑為0.35平方毫米(22 AWG)，它能承載的電流范圍從8A至10A。這個限制在一定程度上抵消了低電流信號電路(如8A以下)中使用PPTC器件帶來的好處。不過，目前的導(dǎo)線材料技術(shù)可以在給定載流能力下支持更小直徑的導(dǎo)線，包括直徑0.13平方毫米(26 AWB)、最大電流為5A的導(dǎo)線。當使用分布式架構(gòu)和PPTC過流保護時，這種先進技術(shù)可以減輕更多的重量。

可替代的電源系統(tǒng)

雖然電動汽車完全成為主流還需要一定的時間，但一些制造商深信面向大眾市場的零排放汽車時代已經(jīng)來臨。當談到針對未來交通開發(fā)的技術(shù)時，電動汽車和電池產(chǎn)業(yè)毫無疑問是焦點所在，當前研發(fā)工作重點放在提高電池存儲容量和加快電池充電時間。通過與汽車和電池制造商的合作，TE Connectivity公司目前正在為這一新興市場領(lǐng)域開發(fā)新的技術(shù)和解決方案。

圖3顯示了PPTC技術(shù)如何應(yīng)用于混合動力汽車和電動汽車電池模塊中的過溫檢測。該例使用了一個熱敏傳感器陣列來監(jiān)視單節(jié)電池故障。由于給PPTC器件加熱會使器件電阻迅速非線性上升，因此這種解決方案可以實現(xiàn)快速、精確的電池溫度感測。如圖所示，一節(jié)發(fā)熱的電池由于迅速上升到指定檢測溫度而被“標記”了出來。

圖3：用于混合動力汽車和電動汽車電池模塊的熱指示陣列。在本例中，紅色電池溫度超過了指定閾值，PPTC器件進入高阻狀態(tài)。