淺析車用繼電器診斷

周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析車用繼電器診斷

周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了滿足汽車電子電路和安全問題的嚴(yán)格化要求，可采用電子監(jiān)控診斷方法來監(jiān)控繼電器開關(guān)觸點(diǎn)。本文講述通過繼電器內(nèi)部的觸點(diǎn)系統(tǒng)的橋接方式和線圈系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的變化對(duì)觸點(diǎn)的電阻變化進(jìn)行判斷的診斷方法。此種采用電子監(jiān)控的方式來監(jiān)控線圈驅(qū)動(dòng)器的繼電器診斷方法，可及時(shí)提供電路狀態(tài)信息，提高了汽車電路的安全性。

繼電器；觸點(diǎn)電阻；診斷方法

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

隨著汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)電氣系統(tǒng)的可靠性要求越來越高。繼電器在電氣系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，其作用至關(guān)重要，其一旦損壞會(huì)導(dǎo)致某項(xiàng)功能喪失、影響車輛正常使用，給使用者造成不便，若油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU等繼電器損壞有可能造成安全事故。電子電路及安全要求的嚴(yán)格化，造就了用診斷方法來監(jiān)控繼電器開關(guān)觸點(diǎn)成為技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。在線診斷繼電器各項(xiàng)參數(shù)，由參數(shù)變化分析性能及可靠性趨勢(shì)，當(dāng)參數(shù)變化分析出繼電器可能將損毀時(shí)，作為故障，提醒提前修理、更換，避免繼電器損壞后導(dǎo)致某項(xiàng)功能喪失才去修理、更換。

車用繼電器的設(shè)計(jì)初衷是利用12VDC（或24VDC）的負(fù)載電壓以及1 A以上的負(fù)載電流來切換實(shí)際汽車電器負(fù)載（例如電機(jī)、油泵、ECU、車燈、加熱系統(tǒng)等）。若診斷電流和電壓過低，則會(huì)導(dǎo)致對(duì)繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)的理解錯(cuò)誤。本文講述了繼電器觸點(diǎn)系統(tǒng)、線圈系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)性能的技術(shù)背景，并就相應(yīng)的診斷方法給出了建議。

1、繼電器診斷原理

1.1 觸點(diǎn)系統(tǒng)

車用繼電器的最常用觸點(diǎn)材料是細(xì)粒銀(AgNi0.15)及銀氧化錫(AgSn02)。兩種材料均可硫化和氧化。這些氧化物層、硫化物層及其它化合物層在吸收環(huán)境大氣中的氣體分子后，將在非常短的時(shí)間內(nèi)形成在金屬觸點(diǎn)表面。這些材料層能夠增加觸點(diǎn)電阻。這些材料層的電阻取決于其厚度、有效接觸面積以及接觸材料/層的電阻率。若要實(shí)現(xiàn)可靠的電氣接觸，則必須破壞這些材料層。可通過機(jī)械、電氣或熱力破壞的方式，達(dá)到這一目的。機(jī)械破壞要求具有較大的接觸力。由于車用繼電器的尺寸非常小，因此難以安全地獲得這樣的接觸力，尤其是對(duì)于常閉觸點(diǎn)而言。電氣破壞要求具有一定的擊穿電壓和毫流。這種破壞方式被稱作A熔。

擊穿電壓取決于材料層的厚度和電阻率，理論上可達(dá)數(shù)百伏。在實(shí)際的車用繼電器中，擊穿電壓可達(dá)3VDC。要產(chǎn)生A熔，電流至少應(yīng)為10mA。電氣擊穿之后，一小股電流將強(qiáng)制通過材料層中非常薄的通道。因此產(chǎn)生的局部高電流密度能夠快速加熱導(dǎo)電通道，破壞材料層，直到最終實(shí)現(xiàn)（幾毫秒內(nèi)）金屬與金屬之間的橋接。這種方式被稱作B熔。B熔電壓也取決于材料層的厚度和電阻率，在實(shí)際的車用繼電器中，可達(dá)300mV。熱力破壞要求溫度較高，只能通過大接觸電流或電弧（隔離有感負(fù)載）的方式來實(shí)現(xiàn)。只有在電氣破壞結(jié)束后才能使用熱力破壞。

1.2 線圈系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)性能

車用繼電器線圈用于直流電壓。開關(guān)時(shí)間（即開啟時(shí)間或打開時(shí)間以及斷開時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間）通常較短（以毫秒為單位）。開啟時(shí)間取決于所施加的線圈電壓。圖3為開啟時(shí)間與線圈電壓的關(guān)系圖，涉及實(shí)際吸合電壓。在環(huán)境溫度為23℃的情況下，圖中的標(biāo)稱電壓為實(shí)際吸合電壓的170%（例如7VDC吸合電壓對(duì)應(yīng)12VDC標(biāo)稱電壓）。若線圈溫度增加，則會(huì)增加吸合電壓，進(jìn)而延長(zhǎng)相同線圈電壓下的開啟時(shí)間。若將可能存在的觸點(diǎn)顫動(dòng)計(jì)算在內(nèi)，則開啟時(shí)間是數(shù)據(jù)表所示典型值的3倍。

斷開時(shí)間一般僅取決于所使用的線圈抑制裝置。

若采用的是與繼電器線圈并聯(lián)的低電阻器件（例如二極管），則可使斷開時(shí)間增至數(shù)據(jù)表所示典型值的4倍。

1.3 線圈電阻

車用繼電器的電感可超過（在非飽和范圍內(nèi)）1H。這樣，時(shí)間常數(shù)tau便為1—50ms，以便實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流激增（跳變響應(yīng)）。若通過4極測(cè)量的方式來測(cè)量線圈電阻，則在通電后感應(yīng)電流增加的過程中測(cè)得的電阻值將不正確。

1.4 診斷方法

觸點(diǎn)診斷方法必須符合如下規(guī)定：

注意，觸點(diǎn)電阻可能為非線性。由于存在上述熔接現(xiàn)象，因此觸點(diǎn)電阻可能為非線性。也就是說，在低壓、低電流情況下測(cè)得的觸點(diǎn)電阻（例如利用標(biāo)準(zhǔn)萬用表測(cè)得）可能遠(yuǎn)高于實(shí)際狀況（例如提供100W負(fù)載）下的觸點(diǎn)電阻。我們建議根據(jù)實(shí)際應(yīng)用及實(shí)際連接的車載電網(wǎng)電壓來執(zhí)行診斷。

提供足夠的電壓和電流，強(qiáng)制執(zhí)行A熔。若不能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用及電壓情況來執(zhí)行診斷，則測(cè)量電壓必須能夠保證擊穿可能存在材料層。我們建議電壓至少為5VDC，電流至少為100mA，時(shí)間至少為1ms。

若壓降可為300mV，則合格。B熔是一種物理現(xiàn)象，只能在所有銀基觸點(diǎn)上發(fā)生。若為信號(hào)燈，則可使用專用信號(hào)繼電器。我們建議將每個(gè)繼電器觸點(diǎn)的診斷電壓閾值設(shè)為500mV（對(duì)于H電橋或串聯(lián)觸點(diǎn)而言，尤其重要）。

注意最大開關(guān)時(shí)間。若診斷時(shí)必須切換觸點(diǎn)狀態(tài)（通電或斷電繼電器），則必須在達(dá)到既定觸點(diǎn)狀態(tài)后才能開始診斷。根據(jù)環(huán)境條件（溫度、電壓、線圈電路），這個(gè)時(shí)間值可能遠(yuǎn)大于規(guī)定的典型時(shí)間值。我們建議延遲時(shí)間至少是典型開關(guān)時(shí)間的10倍，或者在至少110%的吸合電壓下首次切換觸點(diǎn)狀態(tài)后，延遲時(shí)間至少是典型開關(guān)時(shí)間的20倍。

線圈診斷方法必須符合如下規(guī)定：

確保在診斷過程中觸點(diǎn)狀態(tài)不被切換。如果采用電子監(jiān)控的方式來監(jiān)控線圈驅(qū)動(dòng)器，則線圈的通電／斷電時(shí)間不得引起觸點(diǎn)意外閉合或打開。我們建議時(shí)間最長(zhǎng)為0.5ms。

1.5 診斷說明

①在汽車使用壽命期間，由于觸點(diǎn)侵蝕、磨蝕及松弛等老化作用的影響，繼電器參數(shù)可能改變。此外，車內(nèi)環(huán)境要求（溫度、振動(dòng)等）高于在線或離線試驗(yàn)。因此，我們建議車內(nèi)診斷時(shí)，采用較高的電壓閾值（約3VDC）及較長(zhǎng)的延遲時(shí)間（至少為典型開關(guān)時(shí)間的15倍）。

②由繼電器控制開斷的大多數(shù)應(yīng)用中，不涉及安全問題。若檢測(cè)到可能存在繼電器故障，則我們建議不要阻斷繼電器隨后的動(dòng)作，只需將故障情況寫入錯(cuò)誤存儲(chǔ)器即可。

2、結(jié)束語

繼電器診斷采用電子監(jiān)控技術(shù)，是為了解決汽車電子電路的安全問題，利用觸點(diǎn)電阻的變化做為繼電器診斷點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，可靠性高，是目前汽車?yán)^電器診斷的發(fā)展方向。

[1] 周云旭. 不同負(fù)載條件下航天繼電器接觸失效機(jī)理分析. 低壓電器，2013，（23）：14-19.

[2] 王淑娟，余瓊，翟國富. ．電磁電器接觸失效機(jī)理判別方法研究.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005，（03）：91-97.

[3] 高同輝，王鍵. 基于CPLD的繼電器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì). 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，（01）：94-98.

[4] 李東俠. 淺談繼電器常見電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及分析. 機(jī)電元件，2014，（02）：10-15.

On The Vehicle Diagnostic Relay

Zhou Jimao
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

To meet the stringent requirements of automotive electronic circuits and security issues, diagnostic methods can be used to monitor electronic monitoring relay switch contacts. This article describes changes in the dynamic performance of the relay contacts inside the system by bridging mode and coil system for the diagnosis of contact resistance variation method to determine the conduct. This by way of the electronic monitoring device to monitor a relay coil driver diagnostic method, the status of the circuit to provide timely information to improve the safety of the vehicle circuit.

Relay; Contact resistance; Diagnostic methods

U463.6

A

1671-7988(2015)03--

周積茂，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事汽車電氣系統(tǒng)研究和電器部件開發(fā)、設(shè)計(jì)工作。