汽车用继电器常见失效类型分析

2023-10-25石红伟张广勇程智敏熊英男

汽车电器 2023年10期

石红伟，张广勇，程智敏，卢云，熊英男

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江宁波 315315）

继电器是使用广泛的电器产品，若能对现场使用的继电器实现工作可靠性评估及失效预测，不仅能避免“纳伪”造成的系统故障，又能减少“弃真”带来的经济损失，具有重要的经济意义[1]。继电器作为自动控制电路中的一种常用元器件，可以控制一组开关的通断，或通过电信号进行控制，或是通过磁、声、光、热形式来控制，广泛应用在工业、电力、航空、汽车等行业电器的控制。在实车的性能测试中，经常发生继电器失效导致回路不能正常通断，从而造成电器功能的不正常。本文将通过汽车用继电器的选型、继电器的失效案例总结分析几种常见的失效模型，以便在车用继电器使用中规避潜在的失效风险，提高整车电器的可靠性。

1 继电器的构造和基本原理

继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、回位弹簧、触点等组成，具体结构如图1所示。

图1 继电器的结构

继电器工作原理如图2所示。当电磁继电器线圈两端加上一定的电压或电流，线圈产生的磁通过铁芯、轭铁、衔铁、磁路工作气隙组成磁路。在磁场的作用下，衔铁被吸向铁芯极靴面，从而推动常闭触点断开，常开触点闭合；当线圈断电时，机械反力使衔铁回到初始位置，常开触点断开，常闭触点接通。

图2 继电器工作原理

2 继电器的选型原则

2.1 分类

1）按装配方式分类：PCB 板继电器、Plug in继电器。其中，Plug in继电器又分为ISO（Micro ISO、Mini ISO、Power mini ISO）、280（Ultra 280、Micro 280和Mini 280）两种。

2）按触点结构分类：单刀单掷型（SPST）和单刀双掷型（SPDT），如图3所示。

2.2 选型原则

1）继电器电性能使用寿命选择：根据负载类型选择继电器，常规负载用电器要求继电器寿命在10万次以上，真空泵频繁启动的负载选用80万次电耐久的继电器。

2）继电器线圈端电压类型选择：继电器线圈电压有12VDC和24VDC两类，汽车继电器一般选择12VDC。

3）继电器触点形式选择：根据负载和原理设计情况选择，一般除雨刮继电器、电机正反转负载选择一组转换形式外，其他均选择一组常开形式。

4）继电器封装形式选择：继电器封装形式有塑封型（S）和防尘罩型，塑封型防水性能好，适合湿区选择，而防尘罩型散热性能好。

5）继电器触点材料选择：继电器触点必须具备抗熔焊、耐电弧烧蚀、耐氧化等性能，触点材料依据不同的负载电流和耐久次数会添加其他微量金属元素，例如铟。

6）继电器开关端接通及断开电流大小选择：继电器负载有3种，分别是阻性负载（后除霜、点烟器、常规负载）、感性负载（鼓风机、油泵、电机）和灯负载。根据用电器类型和电气性能选择，继电器接通及断开电流必须大于负载的启动峰值电流及工作电流，小电流小于0.3A的负载需要使用特殊信号类继电器。

7）线圈功率。线圈功耗是考察控制端对继电器的能力，线圈控制引脚的电流能力要大于线圈功耗。宏发继电器型号如图4所示。

图4 宏发继电器型号

3 常见失效问题类型

继电器常见失效问题类型按照回路通断来进行分类，主要分为继电器长闭失效、继电器无法正常闭合失效和继电器闭合不导通。下文针对这3种类型一一进行介绍。

1）继电器长闭失效：主要为继电器触点粘连，即接入过电流、开关频率超过继电器额定开关频率、触点部位异常振动等情况都可能导致触点粘连。

2）继电器无法正常闭合失效：一般为继电器线圈端故障导致继电器无法吸合接通，失效的主要原因有过电压或超声波清洗导致的线圈断线，或电压不符合继电器要求导致的吸合力不足。

3）继电器闭合不导通失效：主要发生的故障点在闭合触点因异常导致的不导通，异常点主要有闭合接触点沾污、结构缺陷（间隙不合理、连接簧片断裂）、连接件铆接虚脱。

4 失效案例分析

1）触点粘连失效：某试验车在高温耐久试验中发生车辆熄火后风扇长时间运转，通过诊断确认全车无故障码。经排查，发现是高速风扇继电器输出端始终有电压，通过拆解，发现继电器的动静触点因高温熔融，从而导致触点粘连失效。如图5所示。

图5 触点粘连失效

2）线圈断裂失效：某试验车在跑耐久试验的过程中使用空调功能时，发现空调不出风。经排查，给鼓风机继电器线圈端模拟控制信号时，继电器输出端无电压，怀疑继电器线圈端故障损坏。通过拆解，发现继电器线圈漆包线受力后挤压断裂，线圈无法导通，导致继电器无法吸合。线圈断点如图6所示。

图6 线圈断点

3）继电器闭合不导通失效故障：某车型在耐久路试过程中发现整车存在偶发不能起动或熄火的问题，经排查，为电器盒中的油泵继电器无电压输出导致，如图7所示。对故障继电器进行拆解，发现动触点存在沾污（图8），通过能谱分析沾污主要成分含有Na（钠）、K（钾）元素，该元素导电率低，长期聚集在动触点，导致无法接通，从而发生油泵继电器无法正常工作的问题。