一個疑似銀離子遷移所致故障案例的分析

張建平

（中國船舶重工集團公司第七二六研究所，上海，201100）

1 產品故障分析

故障現象表現為，產品設置為停止工作檔（即產品簡化電路圖中SA手動開關處于斷開狀態）進行貯存，在保質期內出現內部電池組輸出電壓低于規定值。電池組共有兩路輸出，即產品簡化電路圖中的VCC1和VCC2，所有故障電池組的VCC1電壓低于規定值，而VCC2電壓滿足規定值。針對這一故障現象，主要從內因和外因兩方面進行分析。

圖1 產品簡化電路圖

1.1 內因

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，電池組的組裝生產過程若不符合規范也會造成產品質量下降，出于以上各種因素的考慮，首先從電池組本身進行故障分析檢測。

對故障產品的電池組進行檢測，未發現短路斷路的情況，絕緣檢測結果為正常，電池組內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象。能造成電池電壓下降，說明外部電路必然存在漏電現象。因此采用穩壓電源模擬電池供電，并采用毫安表對電流進行監測，對外部電路進行檢測。

取三個故障產品，編號分別為A、B、C。另取當年新生產的合格產品，編號為D。將四個產品全部置停止工作檔，用穩壓電源供電，對故障路（即VCC1）串接毫安表進行電流監測，將30分鐘內檢測到的穩定電流值記錄于表1所示。

表1 電流監測結果

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定存在，則A、B、C三個產品的電池將分別在1.9年、0.9年、1.3年后耗盡，這一結果也與發現故障時間相吻合。據此可以判斷外部電路漏電，是造成電池組故障的主要原因。

采用穩壓電源供電，毫安表進行電流監測的方法，對多個故障產品的電路進行故障排查。

最終確定K3、K5繼電器是導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——＞K3繼電器——＞K3線圈——＞等效電阻——＞電源地。另一條為：VCC1——＞K5靜觸點——＞K5繼電器——＞K5線圈——＞等效電阻——＞電源地。

2 繼電器故障機理分析

取三只故障繼電器編號為1、2、3，另取一只與故障產品同批次采購的同型號繼電器，編號為4。用100V兆歐表，測量四只繼電器靜觸點與線圈間的絕緣電阻值，記錄于表2。測量四只繼電器靜觸點與繼電器金屬外殼間的絕緣電阻值，記錄于表3。測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 靜觸點與線圈間的絕緣電阻測量結果

表3 靜觸點與殼體的絕緣電阻測量結果

表4 線圈與殼體的絕緣電阻測量結果

根據以上測量結果可知，繼電器安裝在產品中一段時間后，出現觸點、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方面：密封失效、環境應力、異物卡阻、機械形變、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。

將庫存的與故障產品同批次同型號的繼電器，進行絕緣檢測，檢測結果均為正常。另取故障繼電器，進行24小時溫箱烘干處理，然后進行絕緣檢測，檢測結果為異常。由此可以排出密封失效、應力釋放而發生變形導致繼電器絕緣下降的可能性。

取五個新生產的產品，設置為停止工作檔，采用穩壓電源供電，并用毫安表對電流進行監測。取五個故障產品，設置為停止工作檔，采用穩壓電源供電，并用毫安表對電流進行監測。按照產品試驗大綱，進行振動試驗。在實驗過程中依然有穩定的漏電流存在。并將故障繼電器拆開檢查，未發現異物卡阻情況，因此可以排出異物卡阻導致繼電器絕緣下降的可能性。取五個新生產的產品，進行停止檔與工作檔的連續性切換，切換次數為50次（該次數遠大于產品使用過程中可能用到的次數），然后進行漏電流檢測，檢測結果為正常。將產品設置為工作檔，模擬控制產品的K3、K5繼電器分別動作50次，然后進行漏電流檢測，檢測結果為正常。因此可以排出機械形變、電弧放電導致繼電器絕緣下降的可能性。

圖2 銀離子遷移試驗電路

經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過鍍銀處理。對繼電器引腳端進行觀察，發現引腳附近為暗黑色，有明顯的金屬污物存在。結合之前的試驗結果，銀離子遷移成為引起繼電器絕緣下降的最可能原因。

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

取10只與故障繼電器同型號的新繼電器，隨機分為兩組，按圖2進行電路連接，編號為E組和F組，其中E組為采用穩壓電源供電，并用毫安表進行電流監測，F組則不接電源。取10只新型號繼電器（該繼電器為熔封處理，且引腳未進行鍍銀處理，繼電器干凈整潔無金屬污物），隨機分為兩組，按圖3進行電路連接，編號為G組和H組，其中G組為采用穩壓電源供電，并用毫安表進行電流監測，H組則不接電源。將該4組試驗電路放在與產品儲存條件相同的環境下，定期進行漏電流檢測。檢測結果為大概三個月后只有E組存在漏電流，且一直穩定存在。之后在為期一年的檢測中，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，且新型號繼電器可用于替換處理。

3 故障處理及注意事項

通過以上的故障分析可知導致產品故障的原因為繼電器絕緣下降，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繼電器進行替換處理。今后應注意，在斷電控制時，要保證斷電的可靠性，杜絕微弱的漏電情況存在，在產品設計時應盡量避免用含銀繼電器進行供電控制。