淺談汽車用繼電器及選型原則

李俊嶺，杜家勝

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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淺談汽車用繼電器及選型原則

李俊嶺1，杜家勝2

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章主要介紹了汽車用繼電器的工作原理，繼電器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)功能，同時重點介紹在汽車開發(fā)過程中如何對繼電器進行選型。

關(guān)鍵詞：汽車用繼電器；工作原理；選型原則

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.053

CLC NO.: U463.6Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-148-03

引言

在汽車整車電路控制中，為了保護相關(guān)的電器元件和實現(xiàn)相關(guān)控制功能，一般會在電路中增加一個繼電器控制，從而實現(xiàn)用較小的小電流控制大電流電路。所以繼電器廣泛用于車輛的各種電器控制之中，

本研究是介紹汽車用繼電器基本特性及在整車開發(fā)過程繼電器的選型計算原則。

1、繼電器工作原理及電磁力計算公式

汽車用繼電器一般有鐵心、線圈、銜鐵、軛鐵、動簧片、動觸點、靜出點組成的。繼電器結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1　繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

繼電器工作原理：在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵心，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回到原來的位置。

下圖為繼電器電磁力計算公式：

圖2　繼電器電磁力關(guān)鍵數(shù)據(jù)

NI—線圈匝數(shù)；

A—鐵心截面積；

X—未吸合時銜鐵與鐵心間的距離；

R0—磁路中的磁阻。

2、繼電器功能及分類

根據(jù)繼電器形式不同，主要完成下列功能： 分隔電子控制和功率負載；分隔直流和交流電路（即通過直流控制信號切換交流通路，反之亦然）；信號放大以及增加開關(guān)通路數(shù)目；多種切換功能；延遲、整形或改變外加信號。

繼電器負載電流分為額定負載電流和過載電流，額定負載電流是正常工作下的電流，過載電流是允許的瞬時負載電流，是超過額定電流的。

⑴根據(jù)繼電器形式不同，主要完成以下功能： ①分隔電子控制和功率負載；②分隔直流和交流電路（即通過直流控制信號切換交流通路，反之亦然）；③信號放大以及增加開關(guān)通路數(shù)目； ④ 多種切換功能；⑤⑥延遲、整形或改變外加信號。

⑵繼電器的一般分類：①電磁式繼電器：通過電氣激勵線圈，來履行切換功能且輸入與輸出隔離，機械地斷開或閉合觸點，實現(xiàn)控制功能的繼電器；②混合繼電器：將電磁繼電器和電子元件混合在一起，來履行切換功能且具有輸入與輸出隔離和使用機電輸出的一種繼電器。切換特性由機電繼電器的技術(shù)規(guī)范決定；③固體繼電器：完全由電子元器件履行其切換功能，輸入與輸出隔離且無運動零部件的繼電器。

⑶按觸點形式分：①動合型（H型）：線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合；②動斷型（D型）：線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開； ③轉(zhuǎn)換型（Z型）：這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，達到轉(zhuǎn)換的目的。目前車輛上大多數(shù)應(yīng)用機電式繼電器。

⑷繼電器按負載特性，主要分①阻性負載（Resistive）、②電機負載（Motor）、③燈負載（Lamp）、④感性負載（Inductance）。

3、繼電器一般要求

繼電器的工作電壓應(yīng)符合表1的規(guī)定：

表1

繼電器的外形及安裝尺寸按QC/T 78-1993中的規(guī)定進行，如有特殊要求，需要針對具體情況實際設(shè)計外形及安裝。

繼電器標(biāo)志應(yīng)清晰，塑料零件應(yīng)無裂紋，塑料罩殼的外觀質(zhì)量應(yīng)不低于JB/T 4159-1999中2.4.3二級要求，繼電氣金屬零件應(yīng)由可靠的防腐層或使用具有耐腐蝕性的材料制造，電鍍層和化學(xué)處理層應(yīng)均勻，不露基底，無裂紋和缺陷。接插式小型繼電器，插片與底座間應(yīng)結(jié)合牢固，當(dāng)插片受到縱向擠壓后底板不應(yīng)凹陷變形。繼電器主要技術(shù)參數(shù) ：額定電壓：12V DC；工作溫度：-40℃~+90℃；工作電壓：9V~16V；線圈電阻或電流：＞70Ω或＜175mA（含并聯(lián)電阻）；吸合電壓：≤8.5V； 釋放電壓：1.5V~4.8V；介質(zhì)耐壓：500V AC、1mA、1min；絕緣電阻：＞10MΩ、500V DC；負載：燈負載、馬達負載、電阻負載20A~70A/14V DC；電壽命：100000次/工作頻率：on：3s~off：3s；機械壽命：1000000次。

4、繼電器性能及試驗要求

在無負載的情況下，檢測繼電器吸合電壓，釋放電壓應(yīng)符合表2規(guī)定：

表2

繼電器的吸合電壓、釋放電壓、觸點電壓降應(yīng)符合表3規(guī)定：

表3

4.1 絕緣耐壓試驗

各互不連接的導(dǎo)電零部件之間及導(dǎo)電零部件對機殼之間應(yīng)能耐受50Hz、550V正弦波形電壓歷時1min的試驗，絕緣不被擊穿。（在大批量生產(chǎn)時，可用電壓660V，歷時1s代替）。

4.2 耐溫度性能試驗

繼電器應(yīng)能在下圖表4所規(guī)定的下限或上限工作溫度下按規(guī)定的要求工作；并應(yīng)按所選的下限或上限儲存溫度進行8h的低溫/高溫試驗，恢復(fù)至室溫后繼電器吸合電壓、釋放電壓及觸點電壓降應(yīng)滿足要求。

表4

4.3 溫度變化試驗

表5

按規(guī)定的方法進行溫度變化及組合循環(huán)試驗，試驗后將繼電器置于室溫下1h后性能應(yīng)符合要求。下圖表5為繼電器吸合電壓隨溫度變化圖。

備注：溫度每升高1℃，繼電器吸合電壓升高0.4%。

4.4振動試驗

繼電器在不工作情況下，應(yīng)承受X、Y、Z三個方向的掃頻振動試驗，試驗后繼電器吸合電壓、釋放電壓及電壓降均應(yīng)滿足要求。

4.5 鹽霧試驗

繼電器在不工作情況下，進行48h鹽霧試驗，試驗后繼電器的吸合電壓、釋放電壓應(yīng)能符合吸合、釋放電壓要求。

4.6耐久性試驗

將繼電器按規(guī)定的接線方式及負載性能參數(shù)在專用試驗臺上進行耐久性試驗，試驗時通電2s和斷電3s為1周期（或1次），試驗后性能應(yīng)符合：繼電器耐久性工作次數(shù)不小于100000次，耐久性試驗后繼電器吸合電壓、釋放電壓應(yīng)符合要求，除電壓降與表3相比，可增加50%。

5、繼電器選型原則

汽車系統(tǒng)采用的是直流電，負載回路的繼電器觸點在斷開時候容易產(chǎn)生電弧。且不同的負載，由于特性一致，在回路接通瞬間，產(chǎn)生的沖擊電流或則浪涌電流大小和頻率都不一樣。對繼電器負載回路的影響也不一樣，觸點穩(wěn)態(tài)負載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。計算公式：負荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)]*[電源電壓(V)/公稱電壓(V)]。公稱電壓為12V，電源電壓為13.5V。

5.1 外形及安裝方式

⑴汽車?yán)^電器的安裝方式有PCB板式、ISO插座安裝式、ISO 280插座安裝式和外殼固定、卡裝安裝方式。

⑵對主回路穩(wěn)態(tài)電流超過20A的繼電器，一般選用插座快速連接式。

⑶對體積大的繼電器，可選用外殼安裝式，防止在沖擊、振動條件下，安裝腳損壞。

5.2 觸點負載類型

部分汽車?yán)^電器的負載能力，只標(biāo)稱阻性負載，但汽車?yán)^電器實際使用的往往不是阻性負載，而是感性負載、燈負載、電機負載，因存在較高的沖擊電流，觸點穩(wěn)態(tài)負載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。下面對幾種負載進行說明：

⑴ 燈負載：由于汽車大燈冷態(tài)電阻很小，接通瞬間的浪涌電流為穩(wěn)態(tài)電流的5倍-10倍。大的浪涌電流會使觸點產(chǎn)生熔焊失效。

⑵電機負載：電機負載主要有風(fēng)機、油泵、雨刮電機等，電機負載在啟動時有4倍左右沖擊電流，持續(xù)時間300ms左右，容易造成觸點沾接。

⑶感性負載：電磁鐵、喇叭接通瞬間會出現(xiàn)浪涌電流，關(guān)斷時，產(chǎn)生較高的反向電壓，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點間燃弧消耗掉，這將導(dǎo)致觸點燒蝕，金屬轉(zhuǎn)移、粘接。

⑷ 阻性負載：阻性負載主要是電加熱設(shè)備。

5.3 以某一具體車型為例，車輛所用繼電器如下

表6

全車共使用21個繼電器，其中9個電機類負載，5個燈負載，2阻性負載，4個感性負載。

根據(jù)車輛繼電器需求，根據(jù)每個部件的額定功率，計算出負荷電流，然后根據(jù)負載特性選擇合適的繼電器。

以大燈繼電器為例：負載電流=110W*13.5V/12V/12V= 10.3A，由于是燈負載電流，浪涌電流在50-100A之間，可以選用阻性電流為40A,的繼電器，抗沖擊電流在120A以下。

冷凝風(fēng)扇電機負載電流=500W*13.5V/12V/12V=46A,由于是電機負載，浪涌電流在180A左右，可以選用阻性電流為70A的繼電器，抗沖擊電流在150A以下。

電喇叭負載電流=80W*13.5V/12V/12V=7.5A，由于是感性負載，浪涌電流不是很大，但根據(jù)特性，繼電器內(nèi)要并聯(lián)電阻，吸收反向電壓，繼電器選型為阻性是20A,抗沖擊電流在40A以下。

后除霜負載電流=200W*13.5V/12V/12V=19A，由于是阻性負載，繼電器選型為30A的繼電器即可。根據(jù)次原則，對整車所用繼電器進行選型。

6、結(jié)論

本文通過對繼電器介紹、及繼電器的選型原則，指導(dǎo)汽車電器設(shè)計人員合理匹配繼電器。

參考文獻

[1] 繼電器百度百科.Http://baike.baidu.com.

[2] 鄭天丕. 繼電器制造、工藝、作用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.

[3] 魏春源譯. BOSCH汽車工程手冊[J].北京理工大學(xué)出版社, 2009.

中圖分類號：U463.6

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-148-03

作者簡介：李俊嶺，就職于(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

On the automotiverelaysandselection principles

Li Junling, Du Jiasheng
( AnHui JiangHuai Automobile CO., LTD.Technical Center, Anhui Hefei 230601 )

Abstract:This paper describes the working principle automotive relay, relay structure and related functions, while focusing on the development process in the car how to relay selection.

Keywords:Car selection; The working principle; Selection principle