電動(dòng)車高壓繼電器粘連失效機(jī)理分析與研究

何清泉 劉文豪 陳文凱

天津金箭電動(dòng)車有限公司 天津 301741

引言

近年來，電動(dòng)車在我們的現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)到處可見，而且還為我們的日常生活帶來了極其大的便利，既方便又沒有什么污染，所以電動(dòng)車這一交通工具備受人們的青睞。但是，有些時(shí)候我們也會(huì)聽說一些有關(guān)電動(dòng)車出故障而引發(fā)的一系列事故，而這其中，電動(dòng)車突然失靈是比較常見的突發(fā)故障，究其原因，便是由于電動(dòng)車高壓繼電器失效而導(dǎo)致失靈。高壓繼電器作為動(dòng)力電池輸入輸出的連接樞紐，通過繼電器的開閉來進(jìn)行輸入輸出的通與斷。現(xiàn)實(shí)生活中比較常見的電動(dòng)車高壓繼電器失效模式主要分為兩類：粘連與開路，而本篇文章主要對(duì)電動(dòng)車高壓繼電器粘連失效模式進(jìn)行了分析與研究。

1 電動(dòng)車高壓繼電器粘連失效機(jī)理分析

1.1 融性接通粘連失效

1.1.1 接通浪涌電流的產(chǎn)生。由于電動(dòng)車高壓繼電器在整個(gè)動(dòng)力母線上均有容性負(fù)載，因而當(dāng)電動(dòng)車高壓繼電器接通電源的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生接通浪涌電流，尤其是設(shè)計(jì)不太符合科學(xué)性的保護(hù)方式有很大可能會(huì)直接使得電動(dòng)車高壓繼電器接收到遠(yuǎn)大于額定電流的沖擊。

1.1.2 觸點(diǎn)粘接形成。每當(dāng)觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)的時(shí)候，觸點(diǎn)回跳所引發(fā)的反復(fù)拉弧很有可能會(huì)在比較短的一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極其巨大的熱量（尤其以遠(yuǎn)大于額定電壓為主的時(shí)候），由于導(dǎo)致接觸面局部快速加熱、軟化、熔化，而后快速冷卻、凝固，導(dǎo)致觸點(diǎn)材料連接成為一體，因而在分?jǐn)噙^程中阻止觸點(diǎn)脫離接觸，這樣就會(huì)使得電動(dòng)車高壓繼電器發(fā)生融性接通粘連失效，進(jìn)而導(dǎo)致電動(dòng)車動(dòng)力中斷而發(fā)生事故。

1.2 分?jǐn)嗾尺B失效

1.2.1 大電流分?jǐn)?。?dāng)電動(dòng)車高壓繼電器發(fā)生大電流分?jǐn)鄷r(shí)，觸頭分?jǐn)嗟哪且凰查g會(huì)形成非常大的電弧，導(dǎo)致觸頭能在瞬間熔融，這樣一來，本來應(yīng)該處于斷開狀態(tài)的觸頭就會(huì)重新粘連在一起。如果在回路中并聯(lián)了二極管，繼電器釋放時(shí)間就會(huì)變長，使得拉弧時(shí)間變長，導(dǎo)致燒蝕更加嚴(yán)重。

1.2.2 長期帶載切斷。與此相同的是，長時(shí)間的帶載切斷會(huì)造成燒蝕的積累，進(jìn)而導(dǎo)致分?jǐn)嗄芰档?。此外，長期帶載切斷造成的燒蝕累積會(huì)使得腔體中分布許許多多的蒸散物，導(dǎo)致絕緣性能降低，這樣的話，所產(chǎn)生的電弧就會(huì)很難被滅掉，而分?jǐn)鄷r(shí)觸頭熔融也會(huì)導(dǎo)致粘接，這樣一來，電動(dòng)車高壓繼電器就會(huì)發(fā)生分段粘連失效，導(dǎo)致電動(dòng)車動(dòng)力中斷而發(fā)生事故。

1.3 不導(dǎo)通失效

1.3.1 早期—異物。早期不導(dǎo)通失效的典型例子是生產(chǎn)過程中工藝污染使得觸點(diǎn)部分被外來異物侵蝕，導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良，接觸電阻不穩(wěn)定。每當(dāng)觸點(diǎn)材料的表面層被氧化、受到化學(xué)腐蝕抑或觸點(diǎn)表面受到污染等一系列因素時(shí)都會(huì)使得電動(dòng)車高壓繼電器的接觸電阻變大。當(dāng)觸點(diǎn)吸合時(shí)，因?yàn)槲廴径a(chǎn)生的表面膜或外來異物的存在，會(huì)使觸點(diǎn)間的接觸電阻變得不穩(wěn)定，這樣一來，整個(gè)電路就可能產(chǎn)生時(shí)通時(shí)斷的現(xiàn)象，或者根本無法導(dǎo)通，導(dǎo)致電動(dòng)車高壓繼電器失效。

1.3.2 末期—燒蝕。由于使用時(shí)間慢慢地在變長，電動(dòng)車高壓繼電器在經(jīng)歷了長時(shí)間的接通、耐受和分?jǐn)嘁院?，就?huì)產(chǎn)生老化的現(xiàn)象，還會(huì)產(chǎn)生觸點(diǎn)表面燒蝕，缺損凹凸不平等一系列的故障，進(jìn)而使得觸點(diǎn)接觸不良或不能導(dǎo)通導(dǎo)致電動(dòng)車高壓繼電器失效，最終使得電動(dòng)車動(dòng)力中斷而引發(fā)事故[1]。

2 電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效消除的思路分析

2.1 預(yù)充異常

在電動(dòng)車高壓繼電器上電的過程中，需要通過預(yù)充回路和動(dòng)力電池為電動(dòng)車的其他有容性負(fù)載部件進(jìn)行預(yù)充電，進(jìn)而避免了電動(dòng)車高壓部件受損。預(yù)充異常又可以分為多種情況：比如預(yù)充參數(shù)設(shè)置不合理，預(yù)充時(shí)序異常等多種現(xiàn)象。預(yù)充時(shí)，我們比較常用的邏輯為：首先應(yīng)當(dāng)閉合主負(fù)繼電器，而后閉合預(yù)充繼電器進(jìn)行預(yù)充（也可以先閉合預(yù)充繼電器，而后閉合主負(fù)繼電器）。當(dāng)符合預(yù)先設(shè)定的預(yù)充閾值的時(shí)候，再來關(guān)閉主正繼電器，使其延長一定的時(shí)間后再斷開預(yù)充繼電器。如果時(shí)序不對(duì)很有可能會(huì)造成沒有預(yù)充的情況。沒有預(yù)充的時(shí)候，主繼電器閉合時(shí)電動(dòng)車整個(gè)回路相當(dāng)于處于短路狀態(tài)，會(huì)有極其大的沖擊電流產(chǎn)生。而預(yù)充如果沒有完全的時(shí)候，比如預(yù)充電流過小或預(yù)充時(shí)間過短，則母線電壓與電池電壓壓差值過于巨大，所以這個(gè)時(shí)候閉合繼電器也會(huì)產(chǎn)生。

2.2 帶載切斷導(dǎo)致繼電器粘連

電動(dòng)車高壓繼電器分?jǐn)嗟臅r(shí)候通常不帶載也有可能只有小負(fù)載，規(guī)格不一樣的電動(dòng)車高壓繼電器會(huì)有一定的差異，但通常需要把控在20A之內(nèi)。當(dāng)制作整車控制模式的時(shí)候，需要把控電動(dòng)車高壓繼電器切斷時(shí)的電流大小。在正常下電時(shí)，應(yīng)當(dāng)先把整車電流降低，然后才可以發(fā)出繼電器斷開的指令。除非發(fā)生了特級(jí)故障，不然的話應(yīng)當(dāng)依據(jù)車速以及電流等各種情況綜合進(jìn)行評(píng)估，盡量去防止大電流帶載切斷。

2.3 高壓回路中存在大電流

當(dāng)整車運(yùn)行時(shí)，如果電動(dòng)車的某個(gè)高壓部件發(fā)生異常，很有可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)車高壓回路中出現(xiàn)大極其大的電流。而當(dāng)其超過電動(dòng)車高壓繼電器所能承載的電流時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)粘連，這個(gè)時(shí)候很有可能會(huì)伴隨著一些其他的問題，比如回路中的熔絲發(fā)生熔斷現(xiàn)象等。在現(xiàn)實(shí)生活中的故障處理中，發(fā)生過空調(diào)短路或者M(jìn)CU直通故障，電動(dòng)車回路中出現(xiàn)極其大的電流，導(dǎo)致電動(dòng)車高壓繼電器發(fā)生粘連，同時(shí)還伴隨著熔斷器熔斷等種種不利現(xiàn)象。短路造成的電動(dòng)車高壓繼電器粘連，通常表現(xiàn)為觸點(diǎn)燒蝕嚴(yán)重，同時(shí)腔體內(nèi)陶瓷表面出現(xiàn)濺射物及蒸散物。這個(gè)問題的原理可以參考短路粘連失效原理。

2.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路功率不足或繼電器驅(qū)動(dòng)電路異常通斷

如果電動(dòng)車高壓繼電器驅(qū)動(dòng)電路功率設(shè)計(jì)余量過小，很有可能會(huì)無法保持電動(dòng)車高壓繼電器閉合的狀態(tài)，發(fā)生帶載切斷的情況;或者會(huì)存在電動(dòng)車高壓繼電器彈跳等情況，發(fā)生帶載斷開以及沒有預(yù)充閉合種種不利情況。同樣，如果驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，出現(xiàn)不正常通斷的情況，也會(huì)出現(xiàn)帶載斷開以及無預(yù)充閉合的現(xiàn)象。

2.5 繼電器本體存在異常

電動(dòng)車高壓繼電器本體出現(xiàn)異常也會(huì)使得電動(dòng)車高壓繼電器發(fā)生粘連。比如，當(dāng)電動(dòng)車高壓繼電器組件中存在線圈繞組與線束需要焊接或者線束插接部分的時(shí)候，在插接或者焊接沒能到位時(shí)，則必然會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)車高壓繼電器無法閉合、延長閉合或者彈跳等種種不利現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)車高壓繼電器延長閉合時(shí)間的時(shí)候，就等同于回路無預(yù)充即閉合繼電器，與此對(duì)應(yīng)的故障模式為容性接通粘連;而當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)車高壓繼電器彈跳時(shí)，就等同于帶載切斷加上無預(yù)充閉合，這個(gè)時(shí)候粘連的可能性會(huì)大大增加[2]。

3 消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的措施

3.1 調(diào)高過流保護(hù)繼電器的鑒定值

為了解決電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的相關(guān)部門可以通過調(diào)高過流保護(hù)繼電器的鑒定值來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效與電動(dòng)機(jī)高壓繼電器所流經(jīng)的電流有關(guān)，所流經(jīng)的電流過低的話，就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效，所以可以通過調(diào)高過流保護(hù)器的鑒定值來實(shí)現(xiàn)。但是在通過調(diào)高過流保護(hù)器的鑒定值的過程中，一定要注意不能將過流保護(hù)器的鑒定值調(diào)節(jié)過高，如果調(diào)節(jié)使過流保護(hù)器的鑒定值調(diào)節(jié)過高的話，將會(huì)影響過流保護(hù)器的靈敏度。雖然消除了電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象，但是“顧此失彼”導(dǎo)致了過流保護(hù)器的靈敏度，影響了過流保護(hù)器的正常運(yùn)行。

例如：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生企業(yè)為了消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效，可以調(diào)高電動(dòng)機(jī)的過流保護(hù)繼電器的鑒定值來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)高壓繼電器粘連失效的時(shí)候，就開始適當(dāng)調(diào)高過流保護(hù)器的鑒定值，就可以立刻消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效。

3.2 把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔

通過把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔的方法，同樣也可以消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繼電器的觸點(diǎn)出現(xiàn)燒毛黏結(jié)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)繼電器的粘連效果出現(xiàn)問題，使電動(dòng)機(jī)繼電器粘連失效。所以可以通過把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的消除。但是通過把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔這種措施來消除高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象，往往是“治標(biāo)不治本”，在對(duì)觸電打磨光潔之后的一段時(shí)間，該觸電又會(huì)出現(xiàn)燒毛。所以這種方法往往在一些情況之下才會(huì)使用，在一般情況下不宜使用。

例如：當(dāng)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器出現(xiàn)粘連失效的時(shí)候，如果情況緊急，可以嘗試通過把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔來實(shí)現(xiàn)。

3.3 整體更換繼電器

電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效不只是外部因素造成的，內(nèi)部也有一些問題。為了解決內(nèi)部問題引起的電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象，可以通過更換繼電器來實(shí)現(xiàn)，有了新的繼電器進(jìn)行工作之后，保證可以在很長時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象。這種方法能夠在短時(shí)間內(nèi)徹底消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的現(xiàn)象，但是成本比較高。

例如：當(dāng)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效的時(shí)候，可以嘗試更換繼電器來消除電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效。在更換繼電器的過程中，為了保障安全，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于更換過程的操作規(guī)范，不斷提升技術(shù)人員的安全意識(shí)。由于繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵和觸點(diǎn)簧片組成，通過在線圈兩端施加電壓的形式，借助電磁效應(yīng)，使得銜鐵能夠克服阻力被吸向鐵芯，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)的相結(jié)合。在更換繼電器作業(yè)前，應(yīng)該做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，核對(duì)繼電器的數(shù)量和型號(hào)是否與安裝計(jì)劃一致，并對(duì)于新設(shè)備進(jìn)行目測(cè)檢查，保證設(shè)備外殼的完整性，做到封閉良好，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。同時(shí)應(yīng)該檢查端子板和線圈架表面是否有影響機(jī)械強(qiáng)度的破損及裂紋，防止對(duì)于繼電器的使用壽命產(chǎn)生影響。同時(shí)，應(yīng)該對(duì)于接點(diǎn)是否有嚴(yán)重?zé)龘p或發(fā)黑的情況進(jìn)行檢查，保證作業(yè)過程的有效性。最后要召開安全操作會(huì)議，向技術(shù)人員詳細(xì)講解更換繼電器的安全措施，從人員安排、工具儀表準(zhǔn)備和重要操作事項(xiàng)以及聯(lián)鎖試驗(yàn)項(xiàng)目要求入手，進(jìn)行詳細(xì)的解釋，從而提升作業(yè)前準(zhǔn)備工作的有效性。在繼電器更換的過程中，應(yīng)該打開繼電器的防松條和卡簧，按照拔一個(gè)換一個(gè)的原則，逐個(gè)更換。同時(shí)在插拔繼電器的過程中，應(yīng)該注意繼電器鑒別銷位置是否對(duì)應(yīng)，控制操作力度，不能通過蠻力插拔，防止造成底座彈簧片損壞，為繼電器的安裝留下隱患[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器的工作效率和質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的相關(guān)部門應(yīng)該對(duì)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效引起足夠的重視，并且采取一些行之有效的措施來對(duì)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效進(jìn)行消除。而電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)需要對(duì)電動(dòng)機(jī)高壓繼電器粘連失效消除的思路有一定的了解，然后根據(jù)這些思路來采取相應(yīng)的措施，可以通過調(diào)高過流保護(hù)繼電器的鑒定值、把燒毛黏結(jié)的觸點(diǎn)打磨光潔、整體更換繼電器等措施來消除電動(dòng)機(jī)繼電器粘連失效的現(xiàn)象。