石紅偉， 張廣勇， 程智敏， 盧 云， 熊英男

（吉利汽車(chē)研究院（寧波） 有限公司， 浙江 寧波 315315）

繼電器是使用廣泛的電器產(chǎn)品，若能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的繼電器實(shí)現(xiàn)工作可靠性評(píng)估及失效預(yù)測(cè)，不僅能避免“納偽”造成的系統(tǒng)故障，又能減少“棄真”帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義[1]。繼電器作為自動(dòng)控制電路中的一種常用元器件，可以控制一組開(kāi)關(guān)的通斷，或通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行控制，或是通過(guò)磁、聲、光、熱形式來(lái)控制，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、電力、航空、汽車(chē)等行業(yè)電器的控制。在實(shí)車(chē)的性能測(cè)試中，經(jīng)常發(fā)生繼電器失效導(dǎo)致回路不能正常通斷，從而造成電器功能的不正常。本文將通過(guò)汽車(chē)用繼電器的選型、繼電器的失效案例總結(jié)分析幾種常見(jiàn)的失效模型，以便在車(chē)用繼電器使用中規(guī)避潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，提高整車(chē)電器的可靠性。

1 繼電器的構(gòu)造和基本原理

繼電器一般由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、回位彈簧、觸點(diǎn)等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繼電器的結(jié)構(gòu)

繼電器工作原理如圖2所示。當(dāng)電磁繼電器線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓或電流，線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通過(guò)鐵芯、軛鐵、銜鐵、磁路工作氣隙組成磁路。在磁場(chǎng)的作用下，銜鐵被吸向鐵芯極靴面，從而推動(dòng)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，機(jī)械反力使銜鐵回到初始位置，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。

圖2 繼電器工作原理

2 繼電器的選型原則

2.1 分類(lèi)

1） 按裝配方式分類(lèi)：PCB 板繼電器、Plug in繼電器。其中，Plug in繼電器又分為ISO（Micro ISO、Mini ISO、Power mini ISO）、280（Ultra 280、Micro 280和Mini 280）兩種。

2） 按觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)分類(lèi)：?jiǎn)蔚秵螖S型（SPST） 和單刀雙擲型（SPDT），如圖3所示。

2.2 選型原則

1） 繼電器電性能使用壽命選擇：根據(jù)負(fù)載類(lèi)型選擇繼電器，常規(guī)負(fù)載用電器要求繼電器壽命在10萬(wàn)次以上，真空泵頻繁啟動(dòng)的負(fù)載選用80萬(wàn)次電耐久的繼電器。

2） 繼電器線(xiàn)圈端電壓類(lèi)型選擇：繼電器線(xiàn)圈電壓有12VDC和24VDC兩類(lèi)，汽車(chē)?yán)^電器一般選擇12VDC。

3） 繼電器觸點(diǎn)形式選擇：根據(jù)負(fù)載和原理設(shè)計(jì)情況選擇，一般除雨刮繼電器、電機(jī)正反轉(zhuǎn)負(fù)載選擇一組轉(zhuǎn)換形式外，其他均選擇一組常開(kāi)形式。

4） 繼電器封裝形式選擇：繼電器封裝形式有塑封型（S） 和防塵罩型，塑封型防水性能好，適合濕區(qū)選擇，而防塵罩型散熱性能好。

5） 繼電器觸點(diǎn)材料選擇：繼電器觸點(diǎn)必須具備抗熔焊、耐電弧燒蝕、耐氧化等性能，觸點(diǎn)材料依據(jù)不同的負(fù)載電流和耐久次數(shù)會(huì)添加其他微量金屬元素，例如銦。

6） 繼電器開(kāi)關(guān)端接通及斷開(kāi)電流大小選擇：繼電器負(fù)載有3種，分別是阻性負(fù)載（后除霜、點(diǎn)煙器、常規(guī)負(fù)載）、感性負(fù)載（鼓風(fēng)機(jī)、油泵、電機(jī)） 和燈負(fù)載。根據(jù)用電器類(lèi)型和電氣性能選擇，繼電器接通及斷開(kāi)電流必須大于負(fù)載的啟動(dòng)峰值電流及工作電流，小電流小于0.3A的負(fù)載需要使用特殊信號(hào)類(lèi)繼電器。

7） 線(xiàn)圈功率。線(xiàn)圈功耗是考察控制端對(duì)繼電器的能力，線(xiàn)圈控制引腳的電流能力要大于線(xiàn)圈功耗。宏發(fā)繼電器型號(hào)如圖4所示。

圖4 宏發(fā)繼電器型號(hào)

3 常見(jiàn)失效問(wèn)題類(lèi)型

繼電器常見(jiàn)失效問(wèn)題類(lèi)型按照回路通斷來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，主要分為繼電器長(zhǎng)閉失效、繼電器無(wú)法正常閉合失效和繼電器閉合不導(dǎo)通。下文針對(duì)這3種類(lèi)型一一進(jìn)行介紹。

1） 繼電器長(zhǎng)閉失效：主要為繼電器觸點(diǎn)粘連，即接入過(guò)電流、開(kāi)關(guān)頻率超過(guò)繼電器額定開(kāi)關(guān)頻率、觸點(diǎn)部位異常振動(dòng)等情況都可能導(dǎo)致觸點(diǎn)粘連。

2） 繼電器無(wú)法正常閉合失效：一般為繼電器線(xiàn)圈端故障導(dǎo)致繼電器無(wú)法吸合接通，失效的主要原因有過(guò)電壓或超聲波清洗導(dǎo)致的線(xiàn)圈斷線(xiàn)，或電壓不符合繼電器要求導(dǎo)致的吸合力不足。

3） 繼電器閉合不導(dǎo)通失效：主要發(fā)生的故障點(diǎn)在閉合觸點(diǎn)因異常導(dǎo)致的不導(dǎo)通，異常點(diǎn)主要有閉合接觸點(diǎn)沾污、結(jié)構(gòu)缺陷（間隙不合理、連接簧片斷裂）、連接件鉚接虛脫。

4 失效案例分析

1） 觸點(diǎn)粘連失效：某試驗(yàn)車(chē)在高溫耐久試驗(yàn)中發(fā)生車(chē)輛熄火后風(fēng)扇長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)診斷確認(rèn)全車(chē)無(wú)故障碼。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)是高速風(fēng)扇繼電器輸出端始終有電壓，通過(guò)拆解，發(fā)現(xiàn)繼電器的動(dòng)靜觸點(diǎn)因高溫熔融，從而導(dǎo)致觸點(diǎn)粘連失效。如圖5所示。

圖5 觸點(diǎn)粘連失效

2） 線(xiàn)圈斷裂失效：某試驗(yàn)車(chē)在跑耐久試驗(yàn)的過(guò)程中使用空調(diào)功能時(shí)，發(fā)現(xiàn)空調(diào)不出風(fēng)。經(jīng)排查，給鼓風(fēng)機(jī)繼電器線(xiàn)圈端模擬控制信號(hào)時(shí)，繼電器輸出端無(wú)電壓，懷疑繼電器線(xiàn)圈端故障損壞。通過(guò)拆解，發(fā)現(xiàn)繼電器線(xiàn)圈漆包線(xiàn)受力后擠壓斷裂，線(xiàn)圈無(wú)法導(dǎo)通，導(dǎo)致繼電器無(wú)法吸合。線(xiàn)圈斷點(diǎn)如圖6所示。

圖6 線(xiàn)圈斷點(diǎn)

3） 繼電器閉合不導(dǎo)通失效故障：某車(chē)型在耐久路試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)整車(chē)存在偶發(fā)不能起動(dòng)或熄火的問(wèn)題，經(jīng)排查，為電器盒中的油泵繼電器無(wú)電壓輸出導(dǎo)致，如圖7所示。對(duì)故障繼電器進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)動(dòng)觸點(diǎn)存在沾污（圖8），通過(guò)能譜分析沾污主要成分含有Na（鈉）、K（鉀） 元素，該元素導(dǎo)電率低，長(zhǎng)期聚集在動(dòng)觸點(diǎn)，導(dǎo)致無(wú)法接通，從而發(fā)生油泵繼電器無(wú)法正常工作的問(wèn)題。

圖7 油泵繼電器無(wú)電壓輸出

圖8 動(dòng)觸點(diǎn)存在沾污

5 總結(jié)

結(jié)合實(shí)車(chē)發(fā)生的繼電器失效問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題現(xiàn)象分析發(fā)生問(wèn)題的原因，最終將問(wèn)題解決。因繼電器會(huì)影響到整車(chē)的電器功能，需要明確繼電器的構(gòu)造、工作原理和失效模式，以便在汽車(chē)用繼電器的選型中提供簡(jiǎn)單的指導(dǎo)，從而提升整車(chē)電器性能的可靠性。