宋國華 仵少陽 安寶選 李宇鵬 樊榮 李鋒

摘 要：電磁式電源總開關具備安裝方便和可遠距離操控通斷等優(yōu)點，應用前景越來越廣泛。國家法規(guī)明文規(guī)定，道路運輸?；奋囕v必須強制安裝電磁式電源總開關。文章介紹了電磁式電源總開關的結構和工作原理，并依據產品的結構和原理分析引起電磁式電源總開關失效的原因，通過一系列的高低溫專項試驗，給出解決低溫不導通的試驗分析和解決辦法。

關鍵詞：電磁式電源總開關;失效;觸點;結冰

中圖分類號：U472.42 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）20-89-03

Abstract： The main switch of electromagnetic power supply has the advantages of convenient installation， long-distance operation and on-off， etc.， and it is used more and more widely. Road Transport of explosives and highly toxic chemicals vehicles must be mandatory installation of electromagnetic power master switch. This paper introduces the structure and working principle of the main switch of electromagnetic power supply， analyzes the cause of the failure of the main switch of electromagnetic power supply according to the structure and principle of the product， and through a series of high and low temperature special tests， the test analysis and solution of low temperature non-conduction are given.

Keywords： Electromagnetic power supply master switch; Failure; Contact; Icing

CLC NO.： U472.42 ?Document Code： A ?Article ID：1671-7988（2020）20-89-03

1 電磁式電源總開關的介紹

電磁式電源總開關因其防護等級高IP67、功耗低、過載能力強、安裝方便和可遠距離操作控制等優(yōu)點，目前已經廣泛應于各類汽車整車。其主要作用是控制汽車整車電源通斷，防止汽車在靜止狀態(tài)下蓄電池虧電車輛無法起動;在遇到緊急情況（電氣線路短路或電氣火災）下，駕駛員可在駕駛室內對整車電源進行快速切斷，以保證汽車整車的安全。國家法規(guī)也明文規(guī)定，道路運輸爆炸品和劇毒化學品車輛必須強制安裝電磁式電源總開關，其前景應用非常廣泛。

2 電磁式電源總開關的結構及工作原理

本次所介紹的電磁式電源總開關是單穩(wěn)態(tài)結構，產品由基座部件、接觸組件、電磁組件（電磁線圈有二組）、彈簧、觸橋彈簧、底蓋和PCBA控制組件等零件組成，產品防護等級IP67，具體結構如圖1。其工作原理是：當電磁開關加上24V電源后，線圈1和線圈2同時工作，產生磁場力推動觸橋支架向上運動，觸橋觸點與兩個接線螺栓閉合，開關接通;同時由PCBA控制的線圈1（高功耗）斷開，由線圈2（低功耗）繼續(xù)保持工作;當斷開電源后，線圈2的磁場消失，接觸組在復位彈簧的反作用力下，推動接觸組復位，產品斷開，停止工作。

3 電磁式電源總開關目前的應用問題

3.1 統(tǒng)計數據分析

通過對近一年的數據進行分類統(tǒng)計，該產品在每年的冬季故障率數量較多，對故障件區(qū)域分布統(tǒng)計發(fā)現，在寒區(qū)故障數量最多，占比達24%，所以此次我們重點對寒區(qū)的失效件進行分析。

3.2 故障復現

通過該地區(qū)的故障件進行功能復測，功能正常;打開蓋子后，觸點表面光亮，無異常，故障未能復現。我們模擬最嚴酷的使用環(huán)境，取故障件10只放入烘箱，設定溫度90℃，存放3小時，使溫度達到平衡后。將在-20℃下凍結的冰塊分別放置在電磁開關的螺栓上，同時將產品放置在-40℃的低溫試驗箱內存放4h后，給電磁開關線圈施加DC28V電壓，檢測主觸點的通斷性能。

測試過程如下：

3.3 測試結果

十只開關在上電過程中均有吸合動作，七只主觸點導通正常，三只主觸點不導通，打開后蓋發(fā)現接線螺栓表面有冰晶，如下右圖。初步可以判斷，造成開關主觸點接通不良的原因是觸點結冰所導致。

3.4 原因分析

這和車輛在寒區(qū)的主要故障模式吻合，均為客戶使用過程中，車在常溫工況或者非極寒地區(qū)，開關功能正常，均可成功點火;而在-20℃以下低溫情況下停車時間超過一定時間，則電源開關失效，發(fā)動機無法啟動。

首先排查蓄電池電壓25.8V正常，而電源開關正負極無電流輸出，在啟動點火開關時能聽到開關吸合的聲音，但無法導通，經現場拆解電磁式電源開關，發(fā)現在靜觸點上有霜，這是因為車輛停放時間過長，內外溫差大，靜觸點與外部正負極接頭為一體，導致電磁開關內部水分在溫度驟降情況下在靜觸點處形成霜。

根據此故障現象可以看出，在寒區(qū)區(qū)域工作的車輛，正常運轉時，電磁線圈發(fā)熱，電磁開關內腔溫度較高;而一旦車輛停放時間較長，由于開關正負極端頭溫度驟降，會迅速將低溫傳遞到開關的靜觸點，導致靜觸點溫度驟降。由于電源開關是密封結構，冷熱交換，會在靜觸點形成冷凝水而結冰。雖然電磁開關已閉合，但因動靜觸點間有冰層，電流不能導通，車輛無法啟動。這也是在非寒區(qū)區(qū)域的車輛電磁電源總開關能夠正常使用，而到冬天或寒區(qū)區(qū)域的車輛失效的癥結所在。

根據我們到哈爾濱市場調研的情況和實驗故障復現的結果分析如下：車輛處于寒冷環(huán)境下，電磁開關在吸合工作的時候，因為電磁線圈會產生一定量的功耗，會發(fā)熱，而在電磁開關腔體內部本身存在空氣，空氣中含有水分，因此會產生水蒸氣，此時觸點表面是不會接冰的;當車輛熄火后，電磁開關會隨著外界寒冷環(huán)境而冷卻，帶有導線的端子及接線柱會比電磁開關的其余部位冷卻的更快，水蒸氣會在觸點處冷凝并結冰，冰晶導致動靜觸點隔離，所以開關有吸合動作卻不能接通，當我們用熱風槍對接線柱加溫后，冰晶融化，觸點又可以正常工作了。

4 電磁式電源總開關的解決措施

根據上述失效原因，是由于電磁開關腔體內外溫差較大且內外空氣無法流通，造成型腔內空氣凝華結冰導致開關不能接通。由于現有產品設計是IP67防護等級，產品是全密封結構，不存在內外氣體的交換，因此在產品側面增開了φ4的小孔，與內部相通，并貼上透氣不透水的PTFE膜。這個變更更改了開關密閉環(huán)境，保持型腔內外部空氣迅速流通，避免出現接觸面冷凝結冰現象。如圖所示。

5 電磁式電源總開關的試驗及驗證

根據以上改進措施，改制10只樣件，同樣按照3.2故障復現試驗模式，重新進行測試測試結果如下：

通過此次試驗驗證，此次改進方案有效，有效降低開關在低溫環(huán)境下觸點結冰失效的故障率。

參考文獻

[1] 麻友良.汽車電器與電子控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2006.