汽車線束繼電器燒蝕故障分析與研究

嚴 榮，王亞坤

（1.同濟大學，上海 201804 ；2.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 案例背景

本次發生故障的車輛為某合資品牌的某款PHEV車型，該車型正處于PVS（Produktion Versuchs Serie）批量試生產階段，該階段是在零批量0S（批量生產前總演習，批產的全面驗證）前進行的試驗性生產，是批量投產的預演練，以檢驗原計劃的批量投產過程是否符合技術、物流和品質的要求，提前發現問題，并在零批量0S，最遲在批量投產前解決發現的問題。這個階段的試驗車基本上用作開發和品質方面的試驗驗證，所搭載的零件以批量模具生產出的零件為主。

此階段，線束的模具工裝等設備基本上已經就位，但是由于線束系統的復雜性和項目決策的不確定性，線束仍然有一些潛在的更改點，需要持續關注，既要滿足決策層對于裝備變更的要求，又要盡早發現線束內部的設計缺陷，進行針對性的優化和改進。本文將從PVS階段發現的一起線束繼電器燒蝕的案例出發，進行詳細的原因分析和故障排查，希望能對線束開發工程師的工作有一些啟發。

2 故障現象

根據現場專業科室的反饋，該車輛經C-NCAP 64 km/h ODB碰撞后無明顯異常，經過一晚靜置，第2天早上發現車輛無法KL15（點火開關轉至ON擋）上電，經檢查發現發動機艙發動機線束的繼電器嚴重燒蝕，如圖1所示。

3 線束狀態初步檢查

1）首先確認燒蝕最嚴重的部位，位于圖2所示繼電器處，繼電器附近的導線有少量的燒蝕痕跡，遠端的導線無燒蝕現象。

圖1 發動機線束的繼電器嚴重燒蝕

圖2 燒蝕的繼電器

2）這些繼電器是發動機線束的下級散件，因此繼續檢查發動機線束圖紙，確認燒蝕中心為起動機的繼電器，其原理如圖3所示。

圖3 起動機繼電器原理圖

3）檢查此繼電器的上級熔斷絲，此熔斷絲值為40 A，未發生熔斷。

4 故障原因初步分析

按照線束的設計規范，熔斷絲是用來保護導線的，此處的導線線徑為6 mm2，沒有發生明顯的燒蝕現象，并且熔斷絲也沒有熔斷，證明其持續的電流并沒有達到熔斷絲的熔斷電流。

對此處的熔斷絲和線徑匹配情況進行核查，根據企業內部標準，40 A的JCase熔斷絲在高溫情況下（105℃）所匹配的最小線徑為6 mm2，初步檢查此處符合設計要求。

檢查此處的繼電器選型，根據繼電器的零件圖紙得知此繼電器的負載電流為40 A，再對熔斷絲的熔斷曲線進行檢查，如圖4所示。由圖4可知，在電流為40 A的情況下，此熔斷絲可以長期工作而不發生熔斷，而如果電流為50 A時，則會在大約40 s時熔斷。

圖4 熔斷絲的熔斷曲線

由此得知，此處繼電器燒蝕時的電流應該不超過40 A，否則熔斷絲會熔斷從而斷開回路。根據燒蝕最嚴重的位置處于繼電器內部，推測可能是繼電器內部有持續或者間斷的小電流流通，導致繼電器引腳反復吸合從而過熱，進而引發整個繼電器的燒蝕。

繼續檢查此處的回路設計，原理如圖5所示。

圖5 回路設計

此處起動機的電源來自于KL15，而控制起動機工作的為發動機控制器，根據此處設計狀態可以確認，在碰撞完畢，KL15斷開的情況下，此回路不應存在有電流的可能性，從目前圖紙設計的角度無法找到可能的原因，因此考慮對線束進行進一步的拆解分析。

5 線束拆解及分析

將整車主線束從碰撞車上拆下后進行拆解分析，并與線束圖紙進行對比核查，發現另外一處熔斷絲盒內出現了導線連線錯誤，如圖6所示，其中的1號熔斷絲的進線端和2號熔斷絲的出線端直接相連了。

圖6 導線連線錯誤

2號熔斷絲所處的回路為KL15，與發生燒蝕的線路通過線束的壓接點進行連接。檢查此處1號熔斷絲的電源屬性，為KL30（蓄電池常電），即與蓄電池正極直接相連。再次對此處的原理圖進行分析，如圖7所示。

圖7 原理圖

對1號熔斷絲的回路進行深入分析，此回路使用的熔斷絲為5 A，連接到熱管理控制器，所以1號熔斷絲的回路中應該是存在持續小電流流通的。將其熔斷絲上游直接與2號熔斷絲的下游相連的話，則電流會在KL15未上電的情況下，通過線束壓接點流通到發生燒蝕的起動機回路中。由于2號熔斷絲的額定電流和1號熔斷絲一致，所以2號熔斷絲也未出現熔斷的現象。起動機的繼電器由發動機控制器給出的信號進行控制，如果ECU在發生碰撞后，控制起動機的引腳出現了高低電平之間的變化，則即使在不上電的情況下，此處的繼電器也會由于存在持續電流，從而發生頻繁吸合。繼電器在進行頻繁吸合的情況下，因為引腳處的電阻較大，極易在引腳處引起熱量堆積，進而導致過熱燒蝕。

6 原因分析及后續措施

此線束出現了一例線束實物與設計不符的情況，再結合之前進行燒蝕線束檢查時所發現的，發熱源應該來自于繼電器內部，我們認為此處的線束燒蝕并非由于通常意義上的持續大電流導致的，而是起動機的繼電器因為引腳處溫度堆積，進而引發整個繼電器和附近線束燒蝕的推斷是符合實際情況的。因為線束改線或者生產的錯誤，這樣的品質問題，導致起動機的繼電器在不上電的情況下，也存在持續電流。在任何情況下，如果ECU的相應引腳出現了低電平，則會導致此處繼電器吸合，而由于起動機本身的額定電流較大，因此回路所選用的線徑和熔斷絲都較大，在有小電流持續流通時，只要不發生短路，電流不超過額定熔斷電流，即使繼電器發生頻繁吸合，也不會引發熔斷絲熔斷。

因此，此燒蝕故障在以下條件均滿足的情況下才會發生：首先線束接線出現錯誤，導致此回路存在常電；其次ECU控制起動機繼電器的引腳出現頻繁的高低電平切換。

ECU在碰撞發生后的內部控制邏輯還需進一步研究，線束方面后續已要求線束供應商對提供的樣線進行200%的電測臺檢驗，同時要求在整車廠的生產線陪伴人員不得對線束進行隨意的修改，截止SOP后續的試驗車輛未再出現此類問題。

7 總結

1）在遇到線束燒蝕故障時，通常要先對導線線徑和熔斷絲的選型進行檢查，大多數的這類問題是由于熔斷絲無法保護導線所導致的。

2）在遇到熔斷絲選型正確且未熔斷，但是發生線束燒蝕的情況，可以考慮回路中出現了一個較大的電阻，導致此處熱量堆積進而引發燒蝕。

3）在進行熔斷絲排布設計時，如果條件允許的情況下，盡量將相同電源類型的熔斷絲排布在相近的位置，以避免本案例中出現的改線或者線束生產錯誤引發嚴重的后果。

4）線束開發工程師在線束的預批量生產階段，應該對線束供應商的生產線和工裝設備進行現場檢查確認，以保證線束實物的品質。