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(guān)具備安裝方便和可遠(yuǎn)距離操控通斷等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景越來越廣泛。國家法規(guī)明文規(guī)定，道路運(yùn)輸?；奋囕v必須強(qiáng)制安裝電磁式電源總開關(guān)。文章介紹了電磁式電源總開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并依據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和原理分析引起電磁式電源總開關(guān)失效的原因，通過一系列的高低溫專項(xiàng)試驗(yàn)，給出解決低溫不導(dǎo)通的試驗(yàn)分析和解決辦法。

關(guān)鍵詞：電磁式電源總開關(guān);失效;觸點(diǎn);結(jié)冰

中圖分類號：U472.42 ?文獻(xiàn)標(biāo)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(guān)的介紹

電磁式電源總開關(guān)因其防護(hù)等級高IP67、功耗低、過載能力強(qiáng)、安裝方便和可遠(yuǎn)距離操作控制等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)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?fàn)顟B(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(zāi)）下，駕駛員可在駕駛室內(nèi)對整車電源進(jìn)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(yùn)輸爆炸品和劇毒化學(xué)品車輛必須強(qiáng)制安裝電磁式電源總開關(guān)，其前景應(yīng)用非常廣泛。

2 電磁式電源總開關(guān)的結(jié)構(gòu)及工作原理

本次所介紹的電磁式電源總開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)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(chǎn)品防護(hù)等級IP67，具體結(jié)構(gòu)如圖1。其工作原理是：當(dāng)電磁開關(guān)加上24V電源后，線圈1和線圈2同時工作，產(chǎn)生磁場力推動觸橋支架向上運(yùn)動，觸橋觸點(diǎn)與兩個接線螺栓閉合，開關(guān)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(dāng)斷開電源后，線圈2的磁場消失，接觸組在復(fù)位彈簧的反作用力下，推動接觸組復(fù)位，產(chǎn)品斷開，停止工作。

3 電磁式電源總開關(guān)目前的應(yīng)用問題

3.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析

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

3.2 故障復(fù)現(xiàn)

通過該地區(qū)的故障件進(jìn)行功能復(fù)測，功能正常;打開蓋子后，觸點(diǎn)表面光亮，無異常，故障未能復(fù)現(xiàn)。我們模擬最嚴(yán)酷的使用環(huán)境，取故障件10只放入烘箱，設(shè)定溫度90℃，存放3小時，使溫度達(dá)到平衡后。將在-20℃下凍結(jié)的冰塊分別放置在電磁開關(guān)的螺栓上，同時將產(chǎn)品放置在-40℃的低溫試驗(yàn)箱內(nèi)存放4h后，給電磁開關(guān)線圈施加DC28V電壓，檢測主觸點(diǎn)的通斷性能。

測試過程如下：

3.3 測試結(jié)果

十只開關(guān)在上電過程中均有吸合動作，七只主觸點(diǎn)導(dǎo)通正常，三只主觸點(diǎn)不導(dǎo)通，打開后蓋發(fā)現(xiàn)接線螺栓表面有冰晶，如下右圖。初步可以判斷，造成開關(guān)主觸點(diǎn)接通不良的原因是觸點(diǎn)結(jié)冰所導(dǎo)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(guān)功能正常，均可成功點(diǎn)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(guān)失效，發(fā)動機(jī)無法啟動。

首先排查蓄電池電壓25.8V正常，而電源開關(guān)正負(fù)極無電流輸出，在啟動點(diǎn)火開關(guān)時能聽到開關(guān)吸合的聲音，但無法導(dǎo)通，經(jīng)現(xiàn)場拆解電磁式電源開關(guān)，發(fā)現(xiàn)在靜觸點(diǎn)上有霜，這是因?yàn)檐囕v停放時間過長，內(nèi)外溫差大，靜觸點(diǎn)與外部正負(fù)極接頭為一體，導(dǎo)致電磁開關(guān)內(nèi)部水分在溫度驟降情況下在靜觸點(diǎn)處形成霜。

根據(jù)此故障現(xiàn)象可以看出，在寒區(qū)區(qū)域工作的車輛，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電磁線圈發(fā)熱，電磁開關(guān)內(nèi)腔溫度較高;而一旦車輛停放時間較長，由于開關(guān)正負(fù)極端頭溫度驟降，會迅速將低溫傳遞到開關(guān)的靜觸點(diǎn)，導(dǎo)致靜觸點(diǎn)溫度驟降。由于電源開關(guān)是密封結(jié)構(gòu)，冷熱交換，會在靜觸點(diǎn)形成冷凝水而結(jié)冰。雖然電磁開關(guān)已閉合，但因動靜觸點(diǎn)間有冰層，電流不能導(dǎo)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(guān)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(jié)所在。

根據(jù)我們到哈爾濱市場調(diào)研的情況和實(shí)驗(yàn)故障復(fù)現(xiàn)的結(jié)果分析如下：車輛處于寒冷環(huán)境下，電磁開關(guān)在吸合工作的時候，因?yàn)殡姶啪€圈會產(chǎn)生一定量的功耗，會發(fā)熱，而在電磁開關(guān)腔體內(nèi)部本身存在空氣，空氣中含有水分，因此會產(chǎn)生水蒸氣，此時觸點(diǎn)表面是不會接冰的;當(dāng)車輛熄火后，電磁開關(guān)會隨著外界寒冷環(huán)境而冷卻，帶有導(dǎo)線的端子及接線柱會比電磁開關(guān)的其余部位冷卻的更快，水蒸氣會在觸點(diǎn)處冷凝并結(jié)冰，冰晶導(dǎo)致動靜觸點(diǎn)隔離，所以開關(guān)有吸合動作卻不能接通，當(dāng)我們用熱風(fēng)槍對接線柱加溫后，冰晶融化，觸點(diǎn)又可以正常工作了。

4 電磁式電源總開關(guān)的解決措施

根據(jù)上述失效原因，是由于電磁開關(guān)腔體內(nèi)外溫差較大且內(nèi)外空氣無法流通，造成型腔內(nèi)空氣凝華結(jié)冰導(dǎo)致開關(guān)不能接通。由于現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計是IP67防護(hù)等級，產(chǎn)品是全密封結(jié)構(gòu)，不存在內(nèi)外氣體的交換，因此在產(chǎn)品側(cè)面增開了φ4的小孔，與內(nèi)部相通，并貼上透氣不透水的PTFE膜。這個變更更改了開關(guān)密閉環(huán)境，保持型腔內(nèi)外部空氣迅速流通，避免出現(xiàn)接觸面冷凝結(jié)冰現(xiàn)象。如圖所示。

5 電磁式電源總開關(guān)的試驗(yàn)及驗(yàn)證

根據(jù)以上改進(jìn)措施，改制10只樣件，同樣按照3.2故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，重新進(jìn)行測試測試結(jié)果如下：

通過此次試驗(yàn)驗(yàn)證，此次改進(jìn)方案有效，有效降低開關(guān)在低溫環(huán)境下觸點(diǎn)結(jié)冰失效的故障率。

參考文獻(xiàn)

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