一個(gè)疑似銀離子遷移所致故障案例的分析

張建平

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二六研究所，上海，201100）

1 產(chǎn)品故障分析

故障現(xiàn)象表現(xiàn)為，產(chǎn)品設(shè)置為停止工作檔（即產(chǎn)品簡(jiǎn)化電路圖中SA手動(dòng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)）進(jìn)行貯存，在保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)部電池組輸出電壓低于規(guī)定值。電池組共有兩路輸出，即產(chǎn)品簡(jiǎn)化電路圖中的VCC1和VCC2，所有故障電池組的VCC1電壓低于規(guī)定值，而VCC2電壓滿足規(guī)定值。針對(duì)這一故障現(xiàn)象，主要從內(nèi)因和外因兩方面進(jìn)行分析。

圖1 產(chǎn)品簡(jiǎn)化電路圖

1.1 內(nèi)因

電池本身就存在自放電的情況，而電池的采購也可能良莠不齊，電池組的組裝生產(chǎn)過程若不符合規(guī)范也會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，出于以上各種因素的考慮，首先從電池組本身進(jìn)行故障分析檢測(cè)。

對(duì)故障產(chǎn)品的電池組進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)短路斷路的情況，絕緣檢測(cè)結(jié)果為正常，電池組內(nèi)部線路連接全部正確可靠，因此可以排除電池組裝存在問題。

1.2 外因

若電池組本身不存在問題，則電路部分成為重要考察對(duì)象。能造成電池電壓下降，說明外部電路必然存在漏電現(xiàn)象。因此采用穩(wěn)壓電源模擬電池供電，并采用毫安表對(duì)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)外部電路進(jìn)行檢測(cè)。

取三個(gè)故障產(chǎn)品，編號(hào)分別為A、B、C。另取當(dāng)年新生產(chǎn)的合格產(chǎn)品，編號(hào)為D。將四個(gè)產(chǎn)品全部置停止工作檔，用穩(wěn)壓電源供電，對(duì)故障路（即VCC1）串接毫安表進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)，將30分鐘內(nèi)檢測(cè)到的穩(wěn)定電流值記錄于表1所示。

表1 電流監(jiān)測(cè)結(jié)果

已知故障路電池組容量為5.8Ah，若表1中漏電電流值一直穩(wěn)定存在，則A、B、C三個(gè)產(chǎn)品的電池將分別在1.9年、0.9年、1.3年后耗盡，這一結(jié)果也與發(fā)現(xiàn)故障時(shí)間相吻合。據(jù)此可以判斷外部電路漏電，是造成電池組故障的主要原因。

采用穩(wěn)壓電源供電，毫安表進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)多個(gè)故障產(chǎn)品的電路進(jìn)行故障排查。

最終確定K3、K5繼電器是導(dǎo)致電池故障的主要原因，電池漏電的路徑有兩條。一條為：VCC1——＞K4線圈——＞K3靜觸點(diǎn)——＞K3繼電器——＞K3線圈——＞等效電阻——＞電源地。另一條為：VCC1——＞K5靜觸點(diǎn)——＞K5繼電器——＞K5線圈——＞等效電阻——＞電源地。

2 繼電器故障機(jī)理分析

取三只故障繼電器編號(hào)為1、2、3，另取一只與故障產(chǎn)品同批次采購的同型號(hào)繼電器，編號(hào)為4。用100V兆歐表，測(cè)量四只繼電器靜觸點(diǎn)與線圈間的絕緣電阻值，記錄于表2。測(cè)量四只繼電器靜觸點(diǎn)與繼電器金屬外殼間的絕緣電阻值，記錄于表3。測(cè)量四只繼電器線圈與繼電器金屬外殼間的絕緣電阻值，記錄于表4。

表2 靜觸點(diǎn)與線圈間的絕緣電阻測(cè)量結(jié)果

表3 靜觸點(diǎn)與殼體的絕緣電阻測(cè)量結(jié)果

表4 線圈與殼體的絕緣電阻測(cè)量結(jié)果

根據(jù)以上測(cè)量結(jié)果可知，繼電器安裝在產(chǎn)品中一段時(shí)間后，出現(xiàn)觸點(diǎn)、殼體、線圈間絕緣下降的情況。

引起繼電器絕緣下降的原因可歸為以下幾個(gè)方面：密封失效、環(huán)境應(yīng)力、異物卡阻、機(jī)械形變、電弧放電、銀離子遷移。為了能確切找出繼電器絕緣下降的原因，并排出其他原因，做了如下試驗(yàn)。

將庫存的與故障產(chǎn)品同批次同型號(hào)的繼電器，進(jìn)行絕緣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均為正常。另取故障繼電器，進(jìn)行24小時(shí)溫箱烘干處理，然后進(jìn)行絕緣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為異常。由此可以排出密封失效、應(yīng)力釋放而發(fā)生變形導(dǎo)致繼電器絕緣下降的可能性。

取五個(gè)新生產(chǎn)的產(chǎn)品，設(shè)置為停止工作檔，采用穩(wěn)壓電源供電，并用毫安表對(duì)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。取五個(gè)故障產(chǎn)品，設(shè)置為停止工作檔，采用穩(wěn)壓電源供電，并用毫安表對(duì)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。按照產(chǎn)品試驗(yàn)大綱，進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中依然有穩(wěn)定的漏電流存在。并將故障繼電器拆開檢查，未發(fā)現(xiàn)異物卡阻情況，因此可以排出異物卡阻導(dǎo)致繼電器絕緣下降的可能性。取五個(gè)新生產(chǎn)的產(chǎn)品，進(jìn)行停止檔與工作檔的連續(xù)性切換，切換次數(shù)為50次（該次數(shù)遠(yuǎn)大于產(chǎn)品使用過程中可能用到的次數(shù)），然后進(jìn)行漏電流檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為正常。將產(chǎn)品設(shè)置為工作檔，模擬控制產(chǎn)品的K3、K5繼電器分別動(dòng)作50次，然后進(jìn)行漏電流檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為正常。因此可以排出機(jī)械形變、電弧放電導(dǎo)致繼電器絕緣下降的可能性。

圖2 銀離子遷移試驗(yàn)電路

經(jīng)過與繼電器廠家溝通知道，所用繼電器是用錫封處理，且繼電器引腳全部經(jīng)過鍍銀處理。對(duì)繼電器引腳端進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)引腳附近為暗黑色，有明顯的金屬污物存在。結(jié)合之前的試驗(yàn)結(jié)果，銀離子遷移成為引起繼電器絕緣下降的最可能原因。

為了驗(yàn)證銀離子遷移是引起繼電器絕緣下降的原因，并為產(chǎn)品故障找出一個(gè)合理解決方案，做如下試驗(yàn)。

取10只與故障繼電器同型號(hào)的新繼電器，隨機(jī)分為兩組，按圖2進(jìn)行電路連接，編號(hào)為E組和F組，其中E組為采用穩(wěn)壓電源供電，并用毫安表進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)，F(xiàn)組則不接電源。取10只新型號(hào)繼電器（該繼電器為熔封處理，且引腳未進(jìn)行鍍銀處理，繼電器干凈整潔無金屬污物），隨機(jī)分為兩組，按圖3進(jìn)行電路連接，編號(hào)為G組和H組，其中G組為采用穩(wěn)壓電源供電，并用毫安表進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)，H組則不接電源。將該4組試驗(yàn)電路放在與產(chǎn)品儲(chǔ)存條件相同的環(huán)境下，定期進(jìn)行漏電流檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果為大概三個(gè)月后只有E組存在漏電流，且一直穩(wěn)定存在。之后在為期一年的檢測(cè)中，只有E組存在漏電流。由此可以判斷引起繼電器絕緣下降的原因疑似為銀離子遷移，且新型號(hào)繼電器可用于替換處理。

3 故障處理及注意事項(xiàng)

通過以上的故障分析可知導(dǎo)致產(chǎn)品故障的原因?yàn)槔^電器絕緣下降，而引起繼電器絕緣下降的原因疑似為銀離子遷移。解決這一故障的處理方法為采用不含銀的新型號(hào)繼電器進(jìn)行替換處理。今后應(yīng)注意，在斷電控制時(shí)，要保證斷電的可靠性，杜絕微弱的漏電情況存在，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免用含銀繼電器進(jìn)行供電控制。