汽车继电器的构造和工作原理

01 引 言

继电器是使用广泛的电器产品，若能对现场使用的继电器实现工作可靠性评估及失效预测，不仅能避免“纳伪”造成的系统故障，又能减少“弃真”带来的经济损失，具有重要经济意义。[1]其作为自动控制电路中的一种常用元器件，可以控制一组开关的通与断，或通过电信号进行控制，或是通过磁、声、光、热形式来控制，广泛应用在工业、电力、航空、汽车等行业电器的控制。在实车的性能测试中经常发生继电器失效导致的回路不能正常通断，从而造成电器功能的不正常。本文将通过汽车用继电器的选型、继电器的失效案例总结分析几种常见的失效模型，以期在车型的继电器使用中规避潜在的失效风险，提高整车电器的可靠性。

02 继电器的构造和工作原理

2.1继电器的构造：

继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、回位弹簧、触点等组成，具体结构如下图所示：

2.2继电器工作原理：

当电磁继电器线圈两端加上一定的电压或电流，线圈产生的磁通过铁心、轭铁、衔铁、磁路工作气隙组成的磁路。在磁场的作用下，衔铁被吸向铁心极靴面，从而推动常闭触点断开，常开触点闭合；当线圈断电时，机械反力使衔铁回到初始位置，常开触点断开，常闭触点接通，如下图所示：

03 继电器的选型原则

3.1 继电器分类

1）按装配方式分类：PCB板继电器，Plug in继电器；Plug in继电器又分为：ISO(Micro ISO,Mini ISO，Power mini ISO )，280（Ultra 280，Micro 280和Mini 280）

2）按触点结构分类：单刀单掷型(SPST)和单刀双掷型(SPDT)，如下图所示：

SPST和SPDT继电器

3.2继电器选型

1）继电器电性能使用寿命选择

根据负载类型选择继电器，常规负载用电器要求继电器寿命在10万次以上，真空泵频繁启动的负载选用80万次电耐久的继电器。

2）继电器线圈端电压类型选择

继电器线圈电压有12VDC和24VDC两类，汽车继电器一般选择12VDC.

3）继电器触点形式选择

根据负载和原理设计情况选择，一般除雨刮继电器、电机正反转负载选择一组转换形式外，其他均选择一组常开形式。

4）继电器封装形式选择

继电器封装形式有塑封型（S）和防尘罩型，塑封型防水性能好，适合湿区选择，防尘罩型散热性能好。

5)继电器触点材料选择

继电器触点必须具备抗熔焊及耐电弧烧蚀，耐氧化等性能，触点材料依据不同的负载电流和耐久次数会添加其他微量金属元素，例如铟。

6）继电器开关端接通及断开电流大小选择

继电器负载有三种：阻性负载（后除霜，点烟器，常规负载）；感性负载（鼓风机，油泵，电机）；灯负载。根据用电器类型和电气性能选择，继电器接通及断开电流必须大于负载的启动峰值电流及工作电流，小电流小于0.3A 的负载需要使用特殊信号类继电器。

7）线圈功率

线圈功耗是考察控制端对继电器的能力，线圈控制引脚的电流能力要大于线圈功耗

注：宏发继电器型号如下图：

04 常见失效问题类型

继电器按照回路通断来进行分类，主要分为继电器长闭失效、继电器无法正常闭合失效和继电器闭合不导通，针对这三类进行介绍：

4.1继电器长闭失效：

主要为继电器触点粘连，即接入过电流、开关频率超过继电器额定开关频率、触点部位异常震动等情况都可能导致触点粘连。

4.2继电器无法正常闭合失效：

一般为继电器线圈端故障导致继电器无法吸合接通，失效的主要原因有过电压或超声波清洗导致的线圈断线、电压不符合继电器要求导致的吸合力不足。

4.3继电器闭合不导通失效：

主要发生的故障点在闭合触点因异常导致的不导通，异常点主要有：闭合接触点沾污、结构缺陷（间隙不合理、连接簧片断裂）、连接件铆接虚脱。

05 失效案例分析

5.1 触点粘连失效：

某试验车在高温耐久试验中发生车辆熄火后风扇长时间运转，通过诊断确认全车无故障码。

5.1.1故障原因分析：

经排查发现是高速风扇继电器输出端始终有电压，通过拆解发现继电器的动静触点因高温熔融，从而导致触点黏连失效。

5.2线圈断裂失效：

某试验车在跑耐久试验的过程中在使用空调功能时，发现空调不出风。

5.2.1故障原因分析：

经排查给鼓风机继电器线圈端模拟控制信号，继电器输出端无电压，怀疑继电器线圈端故障损坏。通过拆解发现继电器线圈漆包线受力后挤压断裂，线圈无法导通，导致继电器无法吸合 。

5.3继电器闭合不导通失效故障：

某车型在耐久路试过程中发现整车存在偶发不能起动或熄火的问题，经排查为电器盒中的油泵继电器无电压输出导致，具体入下图所示：

5.3.1故障原因分析：

对故障继电器进行拆解，发现动触点存在沾污，通过能谱分析沾污主要成分含有Na （钠）、K（钾）元素，该元素导电率低，长期聚集在动触点导致无法接通，从而发生油泵继电器无法正常工作的问题。

06 总 结

结合实车发生的继电器问题，通过问题现象分析发生问题的原因，最终将问题解决。因继电器会影响到整车的电器功能，需要明确继电器的构造、工作原理和失效模式，以期在汽车用继电器的选型中提供简单的指导，从而提升整车电器性能的可靠性。