盧晨　覃麗超　葛俊良　姚慧　黃祖朋　練朝春

摘 要：純電動汽車動力蓄電池故障是用戶抱怨的重點之一，而其中由于繼電器問題引起的故障又占據(jù)了很大比例。因此，本文選取了電磁繼電器開路故障問題進行研究，從現(xiàn)象描述開始逐步解析其失效的模式、并提出了相應(yīng)的對策措施。

關(guān)鍵詞：動力蓄電池 電磁繼電器 開路 觸點

1 引言

電磁繼電器在電路中起到控制和保護的功能，是典型的基礎(chǔ)元器件之一[1]，目前在純電動汽車的動力蓄電池中幾乎都會用到。隨著純電動汽車保有量逐年增加，繼電器開路失效故障逐漸成為售后維修中的主要案例之一。為了找到產(chǎn)品失效的內(nèi)在原因，本文對繼電器開路失效進行了深入分析。

2 繼電器設(shè)計

2.1 常見繼電器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成

（1）繼電器外形

繼電器常見外形有方形和圓形，但外觀功能性區(qū)域主要有三個：①高壓連接觸點，常見內(nèi)螺紋連接和螺柱連接;②線圈驅(qū)動端口，常見為連接器接口或直接導(dǎo)線引出;③固定支架點，常見為通孔。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成

產(chǎn)品內(nèi)部布局有塑料外殼、電磁系統(tǒng)、密封系統(tǒng)（包含推桿機構(gòu)）和塑料蓋組等（圖1）。

2.2 繼電器性能指標

電動汽車繼電器需要根據(jù)車輛需求如車輛電壓平臺、車輛設(shè)計壽命、車輛使用環(huán)境、外部電路環(huán)境等來進行選型，繼電器性能指標至少需包含以下內(nèi)容（表1）：

3 繼電器開路故障現(xiàn)象及排查

3.1 故障現(xiàn)象描述

繼電器開路，常在整車上表現(xiàn)為預(yù)充失敗，所有高壓用電器無法獲得電源，車輛無法行駛或者充電;數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為：繼電器閉合指令發(fā)出后，電池外部電壓以及同回路上其他高壓用電器的電壓檢測點電壓數(shù)據(jù)均為0V。

3.2 故障確認排查方法

此類問題確認的方法可按照如下步驟進行：

（1）將動力電池與整車上其他高壓用電器斷開連接后，連接12V低壓電源，通過特定的指令直接控制繼電器閉合，使用萬用表測試電池輸出端電壓，當測得為0V時即可確認電池內(nèi)部高壓回路存在異常;

（2）將相關(guān)繼電器線圈驅(qū)動端口與12V連接，使其閉合;用萬用表直接測量繼電器上方兩個高壓連接觸點是否導(dǎo)通。若不導(dǎo)通，則可最終確認為繼電器開路。

4 繼電器開路原因分析

導(dǎo)致繼電器開路的原因較多，主要有以下幾種原因。

4.1 驅(qū)動線圈回路異常

驅(qū)動線圈是電磁繼電器電磁系統(tǒng)的重要組成結(jié)構(gòu)。它的作用是產(chǎn)生控制磁通，為銜鐵提供原動力。線圈一般由骨架、漆包線、包扎薄膜、引出線等組成。有些繼電器為了減少體積，將漆包線直接繞在鐵芯上，在鐵芯兩端用擋板限位，起到骨架作用[2]。

（1）線圈斷線或未連接到位

繼電器線圈斷線，即使有12V驅(qū)動電壓供電，也無法形成電流回路，從而無法驅(qū)動繼電器內(nèi)部動觸點動作，繼電器仍處于斷開狀態(tài)。

（2）線圈引出連接器異常

線圈需要通過引出線在繼電器外壓接接插件，而接插件常常會出現(xiàn)壓接不到位、公端針腳歪、母端插孔擴孔等現(xiàn)象，這些均會導(dǎo)致線圈供電不良，最終體現(xiàn)為繼電器無法閉合，從而開路。

4.2 推動機構(gòu)異常

推動機構(gòu)是電磁繼電器實現(xiàn)信息傳遞、狀態(tài)切換等功能的執(zhí)行機構(gòu)，因此，其結(jié)構(gòu)特征及其動作特性將直接反映繼電器的性能指標[3]。

（1）推動機構(gòu)行程不足

推動機構(gòu)行程不足，即線圈通電后推桿動作，但無法與定觸點接觸，二者之間存在間隙，實質(zhì)上仍為斷開狀態(tài)。

（2）推桿組卡滯

在繼電器內(nèi)部推桿組與多個部件存在間隙配合，例如下部推桿與電磁系統(tǒng)之間以及動觸點與密封系統(tǒng)內(nèi)部陶瓷壁之間。若存在推桿歪斜、動觸點側(cè)面存在毛刺、推桿或陶瓷壁表面過于粗糙等異常，都有可能導(dǎo)致推桿無法動作到位，致使動靜觸點無法接觸，引起繼電器開路。

4.3 觸點存在異物

觸點是繼電器完成導(dǎo)通/分斷功能的載體，繼電器的可靠性和電壽命直接與觸點材料的電性能有著緊密聯(lián)系。一旦觸點之間存在異物，異物自身的導(dǎo)電性會極大地影響動靜觸點間的接觸電阻。

對實際工作中發(fā)現(xiàn)的因內(nèi)部雜質(zhì)導(dǎo)致的繼電器開路案例（圖2）進行雜質(zhì)成分分析，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)成分多與EPE包裝碎屑、屏蔽軸毛刺、塑料殼碎屑成分相似，此類異物也是繼電器產(chǎn)線常用工裝、限位材料，以及繼電器的包裝材料。

5 繼電器開路解決措施

從上述分析來看，電磁繼電器的線圈、推桿和觸點存在異常時均會導(dǎo)致繼電器開路故障的發(fā)生，因此需要從生產(chǎn)管控和產(chǎn)線清潔度角度持續(xù)改進繼電器線圈的裝配工藝，提高產(chǎn)品的可靠性。

5.1 驅(qū)動線圈回路工藝控制

針對電磁繼電器線圈開路失效，措施之一是要加強檢測，通過對線圈電阻進行測量可以發(fā)現(xiàn)此故障。對于較為隱蔽的故障，可通過載一定溫度下施加交變應(yīng)力、長時間高低溫應(yīng)力等方法來可加速暴露線圈缺陷[2]。措施之二是加強工藝管控，將線圈繞線、引線連接、引線接插件組裝作為關(guān)鍵控制點，規(guī)范工藝參數(shù)，加強操作員工技能培訓(xùn)和質(zhì)量意識。

5.2 推動機構(gòu)工藝控制

推動機構(gòu)組成部件多，且與其他部件的配合多，設(shè)計階段需詳細論證推桿行程，保證其合理性，杜絕行程不夠產(chǎn)生的繼電器開路問題。此外，需要對繼電器內(nèi)部推桿安裝、動觸點成型以及各組合件間的相對粗糙度進行量化、可操作的工藝管控及質(zhì)量檢查。

5.3 產(chǎn)線清潔度控制

針對由異物導(dǎo)致的故障問題，繼電器清洗工藝需進一步提高，應(yīng)從“人、機、料、法、環(huán)、測”等方面著手，層層把關(guān)，進而降低由異物引起的產(chǎn)品失效。人員方面，需對零部件點焊鏡檢人員、總裝點焊鏡檢人員和產(chǎn)品套罩（壓罩）前鏡檢人員按崗位控制重點進行培訓(xùn)，人員持證上崗。設(shè)備方面，推薦使用超聲波清洗機，并分槽多次清洗[4]，且在繼電器套罩封殼前，采用靜電噴吹裝置，吹去內(nèi)部靜電吸附的多余物。材料方面，線圈包扎可傳統(tǒng)的生料帶改為聚四氟乙烯薄膜。方法方面，可采用滾光等方法去除機械加工零件的易落毛刺，另外，還需加強多余物控制的檢查力度。環(huán)境方面，操作人員進入潔凈室前必須用干凈的清水將手清洗干凈，除操作所需工具和裝配所需輔料外，其它無關(guān)物品不得帶入潔凈室。

6 結(jié)語

本文對電磁繼電器的開路失效模式進行了分析，制定可行的控制方法，多重并舉，將繼電器開路故障發(fā)生的概率最大程度降低，期望可以減少用戶在用車過程中抱怨，提升產(chǎn)品滿意度。

基金項目：廣西創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展專項資金資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃資助項目（2019AD10202）

參考文獻：

[1]佟勝民 繼電器清洗工藝研究[J] 電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（5）：164-165，170.

[2]王征，賈曉，劉豫東，張義.電磁繼電器線圈開路失效模式的篩選方法研究[J] 質(zhì)量與可靠性，2013，2.

[3]任萬濱，韋健民，金建炳，羅福彪.電磁繼電器內(nèi)推桿式觸簧系統(tǒng)動作過程的模擬試驗研究[J] 電器與能效管理技術(shù)，2015，20.

[4]文尚暉，程綱，唐宏基，廖家旺.高頻超聲波技術(shù)在繼電器清洗中的應(yīng)用探討[J].機電元件，2020，1.