鼓風(fēng)機(jī)繼電器失效分析

何永利，李北文

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著世界汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，汽車電子產(chǎn)品以及元器件數(shù)量不斷增加，汽車?yán)^電器數(shù)量不斷增多。對于這種使用率非常高、涉及范圍比較廣及通用性非常強(qiáng)的汽車電子產(chǎn)品的品質(zhì)問題，需要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及使用環(huán)境等方面綜合進(jìn)行考慮。

1 繼電器工作原理

繼電器分類眾多，本文僅針對汽車最常用的直插式電磁繼電器。

根據(jù)繼電器形式不同，車用繼電器主要具有以下功能。

1）開關(guān)類：分隔電子控制和功率負(fù)載，即小電流控制大電流，對電子控制器進(jìn)行保護(hù)，防止控制模塊過熱及瞬變脈沖對控制模塊造成干擾。

2）信號轉(zhuǎn)換類：可以供信號電位需求不同的電子模塊同時(shí)采集或電位轉(zhuǎn)換。

如圖1所示的倒車燈繼電器即用于信號轉(zhuǎn)換。注意這種4腳轉(zhuǎn)換繼電器可以通過更改模塊策略節(jié)省掉，只是受限于開發(fā)時(shí)間、成本等因素保留。

圖1 用于信號轉(zhuǎn)換的倒車燈繼電器

如圖2所示，85、86作為線圈端，一 端 接 電（控制器高有效則 接 搭 鐵），一端接電子控制器，30接 常 電，87接用電器。電子控制器發(fā)出有效電平后，觸點(diǎn)吸合，則87后的用電器開始工作，這就是電子控制器利用繼電器實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流的原理。

圖2 常見的4腳電磁繼電器

因繼電器87腳后的用電器常常是大功率型，繼電器燒蝕成為路試驗(yàn)證的高故障事件。

2 故障實(shí)例

在乘用車綜合可靠性試驗(yàn)里程至11927km時(shí)，某CVT車輛日常檢查發(fā)現(xiàn)開啟空調(diào)后出風(fēng)口無風(fēng)。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)繼電器失效（繼電器型號M4N），更換繼電器后故障消失。繼續(xù)路試28602km后，日常檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電器再次出現(xiàn)燒蝕（圖3），同時(shí)熔斷絲盒內(nèi)該87端電源線出現(xiàn)高溫熔化痕跡，如圖4所示。

圖3 兩個(gè)故障件的87腳殼體有燒蝕、融化痕跡

圖4 87端電源線出現(xiàn)燒融痕跡

3 過程分析

3.1 故障件測試及拆解

故障件生產(chǎn)批號2021年43周為最近生產(chǎn)產(chǎn)品。對故障件進(jìn)行電氣參數(shù)測試（圖5），繼電器線圈電阻值正常，驅(qū)動線圈繼電器有動作，無顯示吸合、釋放電壓，說明觸點(diǎn)不導(dǎo)通。

圖5 故障件電氣參數(shù)測試

如圖6所示，檢查故障件發(fā)現(xiàn)87腳有明顯變色。進(jìn)一步拆解故障繼電器發(fā)現(xiàn)87腳與底座結(jié)合處塑料有熔痕，塑料燒熔后，87腳端子移位后傾，繼電器通電后動作，但是觸點(diǎn)無法接觸而造成電流不導(dǎo)通，如圖7所示。

圖6 相比其他引腳87腳有明顯發(fā)熱變色

圖7 殼體塑料燒融87腳端子移位后傾

3.2 繼電器對接母端檢查

如圖8所示，檢查繼電器對接端子外形無變形，黃色鎖片無高溫變色，故障發(fā)生后工程師用繼電器公端子去匹配測試，未發(fā)現(xiàn)燒蝕引腳端子配合松動現(xiàn)象。

圖8 繼電器對接端無異常

3.3 實(shí)車鼓風(fēng)機(jī)電流測試

如圖9所示，故障車鼓風(fēng)機(jī)最高擋工作電流為18.9A，以最高擋開機(jī)最大沖擊電流為62.80A，非故障車最高擋工作電流為18.6A，最大沖擊電流為66.7A，電流差異不大。

圖9 故障車鼓風(fēng)機(jī)以最高擋啟動后電流曲線圖

3.4 環(huán)境溫度測試

實(shí)車測試，機(jī)艙熔斷絲盒內(nèi)空氣溫度最大90℃左右，滿足繼電器使用環(huán)境溫度要求。故障車前艙（熔斷絲盒布置位置）溫度曲線如圖10所示。

圖10 故障車前艙（熔斷絲盒布置位置）溫度曲線圖

3.5 繼電器選型

鼓風(fēng)機(jī)為感性負(fù)載，I（19A）×200%=38A，選用的繼電器額定電流為40A MINI繼電器，符合感性負(fù)載繼電器選型原則。

4 原因分析

針對繼電器塑料燒融后，87腳端子移位后傾導(dǎo)致的端子觸點(diǎn)無法接觸而造成電流不導(dǎo)通進(jìn)行溫升測試分析。

1）試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度90℃，電流19A。

2）分成兩組進(jìn)行：組①繼電器匹配母線端子接插（圖11）；組②繼電器直接跟端子焊接（圖12）。樣件各3個(gè)，分別進(jìn)行引腳溫升測試，觸點(diǎn)負(fù)載電流為19A，達(dá)到熱平衡測數(shù)據(jù)，確認(rèn)是否存在溫升變化。組①與組②繼電器樣品、導(dǎo)線溫升圖分別如圖13、圖14所示。

圖11 繼電器匹配母線端子接插后進(jìn)行熱敏頭焊接

圖12 繼電器直接跟母線端子進(jìn)行熱敏頭焊接

圖13 組①繼電器樣品、導(dǎo)線溫升圖

圖14 組②繼電器樣品、導(dǎo)線溫升圖

3）組①與組②內(nèi)部各自橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)：30引腳溫度比87腳溫度高，而87腳溫升表現(xiàn)比30腳差，87腳固定結(jié)構(gòu)比30腳差。

4）組①與組②縱向?qū)Ρ?，繼電器匹配母線端子接插后，30引腳相差8.82℃，87引腳相差26.69℃，測試的溫度數(shù)據(jù)差異大；繼電器直接跟母線端子焊接，30引腳相差4.14℃，87引腳相差3.49℃，溫度數(shù)據(jù)差異很小。組②電器直接跟母線端子焊接溫升表現(xiàn)比組①繼電器匹配母線端子接插表現(xiàn)好，直接焊接，降低接觸電阻R值可以降低溫升

（Q=IRt）。

5）87引腳插入到底座孔內(nèi)，引腳外露點(diǎn)通過外翻與殼體塑料固定，如圖15所示。鼓風(fēng)機(jī)持續(xù)負(fù)載，發(fā)熱引腳使周邊塑料受熱變形后，87腳移位后傾，觸點(diǎn)無法接觸而造成電流不導(dǎo)通。30引腳與軛鐵鉚接固定后再插入到底座孔內(nèi)，引腳與軛鐵比熱容相似，與底座殼體塑料不存在緊固關(guān)系，30引腳發(fā)熱不會引起松動，如圖16所示。

圖15 87腳通過引腳外翻固定

圖16 30引腳與軛鐵鉚接固定

5 解決方案

綜合考慮開發(fā)時(shí)間和成本，87引腳增加點(diǎn)膠（環(huán)氧樹脂，耐溫190℃），加強(qiáng)強(qiáng)度，防止引腳溫度過高，導(dǎo)致靜簧強(qiáng)度不足歪斜、觸點(diǎn)無法接觸情況出現(xiàn)。87引腳增加點(diǎn)膠后的測試結(jié)果如圖17所示。

圖17 87引腳增加點(diǎn)膠后的測試結(jié)果

6 結(jié)束語

繼電器技術(shù)發(fā)展總體趨勢瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平發(fā)展大趨勢，向著小型化、高靈敏化、模塊化、多功能化方向發(fā)展，同時(shí)要提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性等。做好繼電器故障模式分析，不斷提高其可靠性，讓繼電器故障不再成為用電器的使用制約。