汽車繼電器淺說

王力人，陳 霖，張 耀

(1.上海滬工汽車電器有限公司上海 201804;2.陜西群力電工有限責任公司，陜西寶雞 721300)

汽車繼電器淺說

王力人1，陳 霖2，張 耀2

(1.上海滬工汽車電器有限公司上海 201804;2.陜西群力電工有限責任公司，陜西寶雞 721300)

本文依據國內汽車行業的發展趨勢，結合國內汽車繼電器企業的實際生產現狀，對汽車繼電器的基本要求和發展方向，進行了簡要敘述。

汽車繼電器;基本要求;發展趨勢

1 引言

亞博汽車產業分析師朱琦先生在“對十二五期間我國汽車產業發展的幾點看法”一文中認為，入世(WTO)十年來，對外開放成就了中國汽車工業的輝煌。從2000年到現在，中國汽車產量提高了8倍多(2000年中國的汽車產量約為200多萬輛)，產值提高了近10倍。2011年我國汽車產量1842萬輛、銷量1851萬輛，同比增長分別達到了0.84%和2.45%。預計，2012年汽車產、銷量可望達到2000萬輛水平。

2011年，我國千人汽車擁有量為70輛，遠遠低于世界平均水平。因此，預測十二五期間，我國汽車產業的產銷增速應該在5～10%左右，到2020年，國人的57%應該都買得起汽車。屆時，我國的汽車保有量將超過2億輛。如是，市場對汽車繼電器的需求可想而知!

2 汽車繼電器現狀

據報導近幾十年來，國際汽車繼電器市場的年產和銷量均已超過了1～2×109只繼電器的規模，當然這主要得益于汽車繼電器優越的功能。

2.1 對汽車繼電器的基本要求

汽車一般分為客車、商用車輛(重型車和汽車)、摩托車和建筑設備用車等。車輛電氣系統使用的蓄電池和發動機作為動力源，其電壓為12V DC或24V DC(未來這個電壓將為42VDC)，電源從0.5U～1.33U。在需要電氣切換功能時，車輛上就需要配置相應的繼電器。這樣，就有了下列要求:繼電器應用于引擎箱內的時候，其環境溫度可高達125℃;繼電器應用于門鎖等組件時，必須能夠耐受高達490m/s2的沖擊;繼電器安裝于引擎上時，要求能夠耐受高達294 m/s2的振動等。下表為整車對汽車繼電器的一般要求。

2.2 一般汽車繼電器

大多數汽車繼電器設計成單穩態，觸點形式多為動合(form A)、轉換(form C)、橋式(form U)以及24V系統的雙動合(form X)。其負載可達30A或更高。接觸系統一般使用銅合金簧片，如負載較高時，則使用彈簧鋼片或銅編織帶(線)。因為在這種情況下，如果使用銅片的話，就會大大減少其使用壽命。接觸簧片及拉簧一般設計成一種簧片組合，最為常用的觸點材料是AgNi0.15或AgSnO2。它們有不同的類型及添加劑;其閃光器的接點一般使用鈀觸點。系統接口設計為快速連接型或焊接型，在較高負載電流時，也采用螺紋連接。繼電器外形及引線腳都采用標準化設計，多數直插式繼電器符合ISO7588標準(其他標準為SAE J1744及280雙列直插式引線腳排列)以及JIS 5011標準。PCB式汽車繼電器已經實現標準化。各整車制造商差不多都有自己要求的外形尺寸和引出端形式。大多數PCB繼電器設計成THT(通孔技術)，并采用波峰焊工藝，而采用回流焊技術可以使所有的電氣及電子元件的焊接一次性焊到PCB板上面。市場上也有SMT(表面安裝技術)的繼電器。不過，這對有較大負載電流的繼電器來說是不適用的。由于這些原因，未來的發展趨勢是回流焊和HTH式繼電器。回流焊要求材料有較高的耐熱性，一般的PA或PBT工程塑料不適合作汽車繼電器外罩，同樣對于無鉛焊接工藝也有相同的耐熱要求問題。

表1 汽車繼電器的一般要求

2.3 汽車繼電器標準

汽車繼電器行業不像工控、通訊等繼電器行業那樣產品都必須具有UL、CSA或VDE的等通常的認證要求，每一個OEM對某種供應的零件有自己的標準和規范。現有的幾種用于電氣和電子元件的國際標準和試驗規范，通常在OEM零件規范中也僅僅是作為參考文件。表2列出了用于汽車繼電器的最重要的標準和規范。

2.4 汽車繼電器的應用

在汽車電氣功能需要進行控制時，一般需要使用繼電器。其應用范圍可分為阻性負載、電容性負載和感性負載。負載電壓及負載電流在通常情況下是在阻性負載下做出的規定。另外，燈負載也常作為電容性負載，這是因為其冷態燈絲比熱態燈絲的電阻低得多的緣故。感性負載的特征是負載電流會成指數形式增加并伴有強電弧產生，所以在開斷這樣的負載時，常采用磁吹滅弧的方法。大功率繼電器(如斷開燈負載的繼電器)有時會同時用來開斷混合型的不同負載。感性和阻性負載的電路一般就是接通和斷開，而馬達負載電路的開斷就比較復雜。相關具體信息請參見US工程師繼電器手冊(2006第六版)汽車繼電器一章。

2.5 應用趨勢

由于電氣及電子功能在汽車中的應用(例如:X－線及使用無鑰匙開門)在不斷增長，因此，對電流及蓄電池的應用和處理就變得更為廣泛，對蓄電池的耦合問題(雙蓄電池系統)以及降低繼電器的功耗就顯得更為重要了。與此同時，對42V的車輛以及預期出現的電動車輛、混合型車輛的幾百伏的問題也亟待解決。對于有低功耗要求的，可使用自保持式繼電器，以便使部分問題得以解決。實際上，磁保持繼電器已經在通訊行業里廣泛使用了。目前，大多數電氣功能都是由處理器進行控制的。在電源接通、斷開時，保持式繼電器的切換狀態得到了安全的控制。最新型的保持式繼電器有良好的耐沖擊性能，因而就解決了它在ECU上面的應用問題。由于要求整體具有的診斷功能(指功能板)，越來越多的半導體可能會替代機電式繼電器參與其中。但是，即使在將來，目前使用的機械式電磁繼電器仍然具有外型、價格、載流能力、斷弧效應等諸多方面的優勢，因此可以肯定地說，在一個相當時間里機電式汽車繼電器仍然會得到廣泛的應用。

表2 汽車繼電器標準

3 發展趨勢

小型化、大負載、低功耗、高靈敏(吸合值常常僅為額定值的55～60%左右)、高可靠、長壽命、抗沖擊和振動、功能化〔如雨刮繼電器(刮水繼電器)、閃光器與電子線路組合成為刮水器控制器、閃光器等〕、低成本、輕量化、具有電磁兼容性、阻燃性、多用途和表面貼裝化以及有非常好的抗惡劣環境和抗電磁干擾功能等是今后汽車繼電器發展的總體趨勢。

3.1 智能化組合繼電器日漸流行

智能化組合繼電器將傳統的開關繼電器與微電子技術、信息技術相結合成為汽車繼電器最新研發方向之一。在汽車故障診斷系統、自動檢測系統、遇險報警系統中都大量地使用功能不同的組合繼電器。

3.2 42V汽車繼電器發展迅速

鑒于14V汽車電源系統已經不適應汽車向操縱自動化、電氣化方向發展，迫切要求把汽車電源系統電壓提高到42V。這是因為42V系統可以使汽車線束采用更小尺寸，可以給予電子驅動的啟動器－交流發電機、交流壓縮機、內部空氣加熱器、催化劑加熱器、油泵、水泵、渦輪發動機以及線控駕駛(X－by－wire)、懸吊系統和動力方向盤等系統有大的功率支持。引擎負載的減少再加上避免使用有損耗皮帶輪，可以獲得更好的燃油效率。據測算，采用42V電源系統，將使負載和布線重量減少1/3、損耗降低1/9。預計到2015年，世界近13%的汽車將使用42V電源系統。42V汽車繼電器的開發與研制是一個非常重要的課題。目前，世界著名的汽車制造商已經開始采用14/42V雙電壓電氣系統，這將是汽車繼電器結構調整的一個新方向。

3.3 對靜音及電磁兼容等性能指標的嚴格要求

目前，整車廠商以及消費者對繼電器靜音指標要求越來越嚴格，同時隨著汽車電子設備使用數量的不斷增加，要求汽車繼電器具備更好的電磁兼容性能。一方面要求繼電器能夠承受、抵抗其他電子器件的電磁干擾保持正常工作;另一方面也要求繼電器本身的電磁干擾系數盡可能的小，不會對其他電子產品產生干擾。

3.4 電動汽車的推廣對汽車繼電器提出更新的要求

電動汽車是世界汽車工業的一次革命。它從根本上解決了汽車對環境的污染，是改變汽車對地球上有限石油資源消耗的最有效方法。世界各大汽車公司都在加速開發研制，我國也是一樣。鋰電池已經投入小批量生產，并已投入實際使用中。電動汽車三大系統(電力驅動系統、主能源系統、輔助控制系統)對汽車繼電器負載等技術參數必然會提出新的要求。

3.5 ISO/TS16949標準對汽車繼電器配套廠家提出更高要求

ISO/TS16949包含福特的質量規范、通用和克萊斯勒的QS－9000、德國汽車制造商的VDA6.1、法國的EAQF和意大利汽車標準AVSQ等都在質量系統的基礎上對部分要求做了細化，在減少供應鏈波動的同時強調供應商的持續改進和失效預防。

3.6 有用SSR替代目前廣泛使用的開關式繼電器的趨勢

在國外，一些比較大的公司如VALEO＇HELLER＇DANSO＇德國INFIEON半導體公司業已開發出多款≧600V、≧400A，接觸電阻≦1mΩ的MOSFET。其主要原因是歐共體對排放的要求。新能源要求低功耗、小體積、長壽命、過壓、過流、過熱、自動檢測并自動采取措施進行重點關斷或馬上通過總線通訊進行報警等，這些傳統的開關繼電器是無法辦到的。SSR繼電器的汽車中的采用比率會逐年增長。

10.3969/j.issn.1000－6133.2013.02.013

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1000－6133(2013)02－0056－04

2013－03－26