繼電器粘連原因分析①

段海艦 李廣義

(1.德納（北京）電機有限公司 北京 101118；2.通遼市產品質量計量檢測所 內蒙古通遼 028000)

1 現象描述

2015年某公司生產純電動公交車，車輛投入運營近一年，行駛里程在2～5萬km之間，出現繼電器批量失效故障。通過和駕駛員溝通了解到，車輛運營中，會出現行駛過程中異常掉高壓的現象。其中繼電器在使用過程中多次出現粘連的情況。

2 繼電器故障現象及原因

2.1 故障現象闡述

故障現象：繼電器觸點粘連，且觸點邊沿表面發黃嚴重。粘連有兩種情況：（1）繼電器上電后觸點不導通；（2）觸點兩端常閉合；從損壞的繼電器來看，（1）比（2）的比例約為3:1。且基本是車輛運行到半年以上才開始批量出現繼電器粘連故障。我們選擇一個出現粘連的電機繼電器來做分析，其在解剖前線圈供 24V電壓，用萬用表測量觸點間接觸電阻：為無窮大，表示不導通；因此這兩個繼電器的粘連狀，并且為繼電器上電后觸點不導通。如圖1所示。

圖1 故障繼電器解剖圖

圖2 示波器采集上電時序

通過對粘連繼電器進行解剖發現，繼電器的內部觸點都出現較為嚴重的燒蝕現象，動簧片的觸頭大面積燒蝕，從而導致繼電器上電不導通而出現故障。

2.2 故障繼電器原因分析

初步分析使觸點產生嚴重燒蝕的故障原因為：繼電器在使用過程中存在帶有較大電流的帶載切斷或者預充不合理產生大的沖擊電流，帶載切斷會使動靜觸頭兩端存在拉弧，拉弧燒蝕觸頭使觸頭產生麻點，減少了觸點閉合時的接觸面積，增大了觸點兩端的接觸電阻，長時間通電流后觸點產生較大溫升，同時使觸點間產生微小間隙，進一步加速燒蝕以及觸頭邊沿環氧老化，導致漏氣，使得分斷能力降低，又長期存在帶電流帶載切斷，加快粘接，最后使得觸點兩邊形貌差異較大，無法閉合。

3 帶載切斷繼電器原因分析

導致繼電器存在帶載切斷和大沖擊電流的原因較多，分析主要有以下幾種原因。

3.1 電機及其控制器

電機控制器的工作特性是大電流，所以如存在帶載切斷，則對繼電器的損壞是最大的，應對繼電器的控制更為嚴謹。當車輛在運行過程中出現較嚴重系統故障時，整車控制器廠家的控制如果沒有做好，使驅動電機還處于驅動或回饋時就切斷電機控制器繼電器或總正繼電器，這時候就存在大電流帶載切斷了。

圖3 示波器采集故障下電時序

3.2 繼電器線圈供電電壓不穩

在行車過程中，如果鉛酸電池 24V 電壓供電不穩，或者線路接觸不良，出現電壓瞬時跌落至 6V 以下再回升，這時候繼電器就會存在帶載切斷又帶載閉合的情況。

3.3 預充策略不合理

預充控制策略不合理會導致繼電器承受很大的沖擊電流和帶載吸合，這將嚴重影響繼電器的電氣壽命，通過示波器采集上電時序和上位機軟件采集上電時序。得知上電過程中不存在問題，先閉合MCU繼電器，然后閉合預充繼電器，待電壓達到一定閾值時，閉合主正繼電器，上高壓過程結束。

3.4 故障處理策略分析

行車過程中的由于故障導致異常下電的邏輯測試，模擬BMS一級故障，發到CAN總線，模擬行車一級故障時的下電邏輯。車速度約50km/h，司機輕踩剎車，模擬一級故障。一級故障的處理策略是“當報出一級故障后，首先將車速降到30km/h以下，然后延時30s后，首先切斷電控繼電器，然后切斷主正繼電器”。通過示波器采集此數據，并且實際對繼電器的控制符合邏輯，滿足要求[2]。

4 采取的方案措施

4.1 監測觸點狀態判斷繼電器切斷狀態

采集絕緣檢測儀和CAN 報文，采集繼電器粘連問題嚴重車輛的報文，長期進行監測判斷總正繼電器和電機繼電器是否存在觸點瞬間彈開或帶載切斷。

4.2 排查故障車低壓線路

對高壓配電柜內部故障嚴重部位線路進行排查。定期查詢車輛的整車故障信息記錄，檢查是否存在大的故障記錄。

4.3 檢查控制策略

必要時需要整車廠要求整車控制器廠家，更改上高壓過程對繼電器的控制策略或控制時序[3]。

5 結語

車輛在使用過程中路況復雜，某些零部件在使用過程中出現意想不到的失效，需要工程師們耐心分析，仔細排查，熟練使用設備采集數據進行故障分析。