PCB板与汇流条组合式汽车电器盒的设计研究

范存建，张明柱

（1. 河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471023；2. 河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030 ）

PCB板与汇流条组合式汽车电器盒的设计研究

范存建1，2，张明柱2

（1. 河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471023；2. 河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030 ）

通过对PCB板和汇流条导电能力的研究，提出一种PCB板与汇流条组合式方案；通过试验验证，能够解决单独PCB板承载电流能力低的问题。

PCB板；汇流条；组合式

随着汽车技术的飞速发展，汽车的功能模块也越来越多，而汽车电器盒作为诸多功能模块的电源分配中心，其压力也越来越大［1］。汽车电器盒在国内外主要的结构形式有汇流条式、直插式和PCB板式［2］。在现有的几种结构形式中，PCB板式电器盒作为当前汽车电器盒的发展主流，随着汽车配置的逐步增加，其承载电流方面的压力也相应增大，解决其自身承载电流能力低的问题已迫不及待。

1 常用汽车电器盒类型和特点

1.1 汇流条式电器盒

汇流条式电器盒见图1，采用几层冲压的铜条叠加的方式来实现内部电路的连接控制，因铜条导电性好、横截面较大，又有绝缘物固定，所以发热量不是很大，一般不会因发热变形造成短路，故相对可靠性较好［3］。但这种形式的电器盒由于其制作工艺比较复杂，设计变更不容易实现，制造成本也相对比较高，加上其自身的质量会比其它形式的同等功能电器盒要重，因此，在现代汽车电器盒选型时都不采用这种类型。

1.2 直插式电器盒

直插式电器盒见图2，由压线端子和若干铜条组成，通过铜条和导线实现电源的分配和电路的布置，其优点是结构较简单、更改适用性强、成本相对低、电气性能较好［4］，但由于电器盒与导线连接在一起，安装和更换起来比较麻烦，维修成本较大。

图1 汇流条式电器盒

图2 直插式电器盒

1.3 PCB板式电器盒

PCB板式电器盒见图3，是用电路板将熔断丝、焊接端子和继电器等集成在一起， 起到集中控制、线路简洁、易于安装维修的作用。该电器盒整体性能优于直插式和汇流条式电器盒，并且针对不同车型该电器盒电路板可改进，有很大的市场应用前景，也被各大汽车厂商广泛采用。

图3 PCB式电器盒

2 PCB板与汇流条组合式汽车电器盒特征及设计要求

2.1 PCB板与汇流条组合式汽车电器盒结构特征

PCB板与汇流条组合式汽车电器盒见图4，汇流条通过焊接的方式与PCB板连接，实现两者间的电路导通。

图4 PCB板与汇流条组合式电器盒

电器盒设计时将大电流功能负载布置在汇流条上，通过汇流条连接熔断丝或继电器，然后直接输出至功能模块；对于中小电流功能负载的设计，可以充分利用PCB板的优势，在PCB板上合理布置，然后借助于焊接端子，与熔断丝或继电器连接，最后输出至功能模块。

2.2 PCB板与汇流条组合式汽车电器盒设计要求

2.2.1 PCB板导电能力

PCB板与汇流条组合式汽车电器盒要求将中小电流功能负载布置在PCB板上，这就要求我们先对PCB导电能力充分了解，然后在布置PCB板时才能游刃有余。目前，对PCB板导电能力的研究主要是考虑一定宽度、一定厚度的覆铜在特定温度下的承载电流值，而且行业已有很多数据可参考。但当前汽车电器盒在发展中逐渐对电器盒温升提出严格要求，这就要求我们在一定温度限制条件下考虑PCB板承载能力，进而迫使我们对PCB板导电能力做更深入的研究，以便更能适应电器盒的发展。

2.2.2 汇流条导电能力

PCB板与汇流条组合式汽车电器盒要求将大电流功能负载布置在汇流条上，所以对汇流条导电能力的研究也是设计的前提。与PCB板导电能力研究的要求相同，汇流条导电能力也需要研究不同铜材、在一定温度限制条件下，不同横截面积的承载电流能力，以适应当前电器盒对温升的要求。

2.3 PCB板与汇流条组合式汽车电器盒优点

1）提升整个电器盒的电流承载能力，优化电器盒整体性能。

2）汇流条可以根据大电流功能负载的分布进行不同形状的设计，能改善PCB板不利于进行不规则形状设计的缺点。

3）汇流条可以通过设计成多个插脚对PCB板进行多点供电，避免PCB板从一点供电的局限性，提升了电器盒性能，同时也可以使整个电器盒布置更规则。

3 PCB板与汇流条组合式汽车电器盒设计案例

以下是针对某汽车厂设计的一款前舱电器盒，因电器盒要求的功能及大电流负载较多，如鼓风机电流为16.7A，高速风扇为15A，IP BOX电流为26A，点火开关电流为16A等，单独的PCB板电器盒很难实现，所以，电器盒设计为PCB板与汇流条组合式结构，如图5a所示。

电器盒设计时P C B板一端焊接汇流条，将大电流负载（如EPS、高速风扇、IP BOX、点火开关等）布置在汇流条上，借助汇流条承担大电流负载，另一端设计中小电流负载，最终通过PCB板与汇流条的组合设计，达到电器盒热源的均匀分布。

图5 PCB板与汇流条组合式电器盒试验图片

按照汽车厂的电器盒标准对组合式电器盒进行了加载温升试验，试验过程如下：首先组装电器盒，焊接热电偶；然后连接线束，对电器盒加载电流；最终通过数据存储仪采集数据并进行数据的汇总，测试试验如图5b、5c所示。温升测试结果如表1所示。

表1 温升试验数据表 ℃

按照汽车厂的电器盒标准要求：试验温升值最大不超过55 ℃，测试结果表明：PCB板与汇流条组合式电器盒不仅符合标准要求，而且在加载大电流负载后体现了良好的性能。

4 结束语

PCB板与汇流条组合式汽车电器盒集汇流条式电器盒和PCB板式电器盒两者的优点于一体，承载能力大且体积小、使用方便，是当前最实用的汽车电器盒。目前，PCB板与汇流条组合式电器盒已推广到各大汽车厂并得到广泛应用，为企业赢取了可观的经济效益。

［1］ 谷孝卫， 王胜利，陈海涛，等.汽车中央配电器的设计和开发［J］. 汽车电器， 2013（2）：8-12.

［2］ 刘凤军， 张献军，康翠伶，等.汽车电器盒用PCB导电能力的研究［J］. 汽车电器， 2014（8）：38-40.

［3］ 刘占峰，范新焕，刘团结.车用中央电气接线盒分类及发展［J］.汽车电器，2009（6）：13-15.

［4］ 檀银学.一种汽车中央电器盒：中国，200620076010.4［P］.2007-10-10.

（编辑 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

国家自然科学基金资助项目（51375145）

范存建（1983-），男，河南商丘人，硕士，从事产品设计、项目开发工作。