卢晨　覃丽超　葛俊良　姚慧　黄祖朋　练朝春

摘 要：纯电动汽车动力蓄电池故障是用户抱怨的重点之一，而其中由于继电器问题引起的故障又占据了很大比例。因此，本文选取了电磁继电器开路故障问题进行研究，从现象描述开始逐步解析其失效的模式、并提出了相应的对策措施。

关键词：动力蓄电池 电磁继电器 开路 触点

1 引言

电磁继电器在电路中起到控制和保护的功能，是典型的基础元器件之一[1]，目前在纯电动汽车的动力蓄电池中几乎都会用到。随着纯电动汽车保有量逐年增加，继电器开路失效故障逐渐成为售后维修中的主要案例之一。为了找到产品失效的内在原因，本文对继电器开路失效进行了深入分析。

2 继电器设计

2.1 常见继电器的外形及内部结构组成

（1）继电器外形

继电器常见外形有方形和圆形，但外观功能性区域主要有三个：①高压连接触点，常见内螺纹连接和螺柱连接;②线圈驱动端口，常见为连接器接口或直接导线引出;③固定支架点，常见为通孔。

（2）内部结构组成

产品内部布局有塑料外壳、电磁系统、密封系统（包含推杆机构）和塑料盖组等（图1）。

2.2 继电器性能指标

电动汽车继电器需要根据车辆需求如车辆电压平台、车辆设计寿命、车辆使用环境、外部电路环境等来进行选型，继电器性能指标至少需包含以下内容（表1）：

3 继电器开路故障现象及排查

3.1 故障现象描述

继电器开路，常在整车上表现为预充失败，所有高压用电器无法获得電源，车辆无法行驶或者充电;数据上表现为：继电器闭合指令发出后，电池外部电压以及同回路上其他高压用电器的电压检测点电压数据均为0V。

3.2 故障确认排查方法

此类问题确认的方法可按照如下步骤进行：

（1）将动力电池与整车上其他高压用电器断开连接后，连接12V低压电源，通过特定的指令直接控制继电器闭合，使用万用表测试电池输出端电压，当测得为0V时即可确认电池内部高压回路存在异常;

（2）将相关继电器线圈驱动端口与12V连接，使其闭合;用万用表直接测量继电器上方两个高压连接触点是否导通。若不导通，则可最终确认为继电器开路。

4 继电器开路原因分析

导致继电器开路的原因较多，主要有以下几种原因。

4.1 驱动线圈回路异常

驱动线圈是电磁继电器电磁系统的重要组成结构。它的作用是产生控制磁通，为衔铁提供原动力。线圈一般由骨架、漆包线、包扎薄膜、引出线等组成。有些继电器为了减少体积，将漆包线直接绕在铁芯上，在铁芯两端用挡板限位，起到骨架作用[2]。

（1）线圈断线或未连接到位

继电器线圈断线，即使有12V驱动电压供电，也无法形成电流回路，从而无法驱动继电器内部动触点动作，继电器仍处于断开状态。

（2）线圈引出连接器异常

线圈需要通过引出线在继电器外压接接插件，而接插件常常会出现压接不到位、公端针脚歪、母端插孔扩孔等现象，这些均会导致线圈供电不良，最终体现为继电器无法闭合，从而开路。

4.2 推动机构异常

推动机构是电磁继电器实现信息传递、状态切换等功能的执行机构，因此，其结构特征及其动作特性将直接反映继电器的性能指标[3]。

（1）推动机构行程不足

推动机构行程不足，即线圈通电后推杆动作，但无法与定触点接触，二者之间存在间隙，实质上仍为断开状态。

（2）推杆组卡滞

在继电器内部推杆组与多个部件存在间隙配合，例如下部推杆与电磁系统之间以及动触点与密封系统内部陶瓷壁之间。若存在推杆歪斜、动触点侧面存在毛刺、推杆或陶瓷壁表面过于粗糙等异常，都有可能导致推杆无法动作到位，致使动静触点无法接触，引起继电器开路。

4.3 触点存在异物

触点是继电器完成导通/分断功能的载体，继电器的可靠性和电寿命直接与触点材料的电性能有着紧密联系。一旦触点之间存在异物，异物自身的导电性会极大地影响动静触点间的接触电阻。

对实际工作中发现的因内部杂质导致的继电器开路案例（图2）进行杂质成分分析，发现杂质成分多与EPE包装碎屑、屏蔽轴毛刺、塑料壳碎屑成分相似，此类异物也是继电器产线常用工装、限位材料，以及继电器的包装材料。

5 继电器开路解决措施

从上述分析来看，电磁继电器的线圈、推杆和触点存在异常时均会导致继电器开路故障的发生，因此需要从生产管控和产线清洁度角度持续改进继电器线圈的装配工艺，提高产品的可靠性。

5.1 驱动线圈回路工艺控制

针对电磁继电器线圈开路失效，措施之一是要加强检测，通过对线圈电阻进行测量可以发现此故障。对于较为隐蔽的故障，可通过载一定温度下施加交变应力、长时间高低温应力等方法来可加速暴露线圈缺陷[2]。措施之二是加强工艺管控，将线圈绕线、引线连接、引线接插件组装作为关键控制点，规范工艺参数，加强操作员工技能培训和质量意识。

5.2 推动机构工艺控制

推动机构组成部件多，且与其他部件的配合多，设计阶段需详细论证推杆行程，保证其合理性，杜绝行程不够产生的继电器开路问题。此外，需要对继电器内部推杆安装、动触点成型以及各组合件间的相对粗糙度进行量化、可操作的工艺管控及质量检查。

5.3 产线清洁度控制

针对由异物导致的故障问题，继电器清洗工艺需进一步提高，应从“人、机、料、法、环、测”等方面着手，层层把关，进而降低由异物引起的产品失效。人员方面，需对零部件点焊镜检人员、总装点焊镜检人员和产品套罩（压罩）前镜检人员按岗位控制重点进行培训，人员持证上岗。设备方面，推荐使用超声波清洗机，并分槽多次清洗[4]，且在继电器套罩封壳前，采用静电喷吹装置，吹去内部静电吸附的多余物。材料方面，线圈包扎可传统的生料带改为聚四氟乙烯薄膜。方法方面，可采用滚光等方法去除机械加工零件的易落毛刺，另外，还需加强多余物控制的检查力度。环境方面，操作人员进入洁净室前必须用干净的清水将手清洗干净，除操作所需工具和装配所需辅料外，其它无关物品不得带入洁净室。

6 结语

本文对电磁继电器的开路失效模式进行了分析，制定可行的控制方法，多重并举，将继电器开路故障发生的概率最大程度降低，期望可以减少用户在用车过程中抱怨，提升产品满意度。

基金项目：广西创新驱动发展专项资金资助项目（桂科AA18242039）;柳州市科学研究与技术开发计划资助项目（2019AD10202）

参考文献：

[1]佟胜民 继电器清洗工艺研究[J] 电子元器件与信息技术，2020，4（5）：164-165，170.

[2]王征，贾晓，刘豫东，张义.电磁继电器线圈开路失效模式的筛选方法研究[J] 质量与可靠性，2013，2.

[3]任万滨，韦健民，金建炳，罗福彪.电磁继电器内推杆式触簧系统动作过程的模拟试验研究[J] 电器与能效管理技术，2015，20.

[4]文尚晖，程纲，唐宏基，廖家旺.高频超声波技术在继电器清洗中的应用探讨[J].机电元件，2020，1.