一种继电器单元的设计与应用

孙丰超，王春芝，张艳楠，李荫荣，王政

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230022）

一种继电器单元的设计与应用

孙丰超，王春芝，张艳楠，李荫荣，王政

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230022）

继电器为整车电气设计的关键零部件，目前，传统继电器在整车中有广泛的应用，文章创新设计了一种新型继电器单元，具有传统继电器的功能的同时，还具有结构紧凑、集成功能多、通用性好、综合成本低、应用范围广的优势。

继电器；继电器单元；优势

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-147-04

前言

随着汽车技术的发展，汽车信息化、智能化程度越来越高，伴随着汽车功能、电气设备越来越多，整车需要更多的继电器来满足整车功能的需要。由于传统汽车电气盒内的继电器为四脚或五脚通用继电器，仅实现单路开关功能的控制。当整车功能增加时，目前仅能通过增加继电器数目、扩大电器盒安装空间的方式解决，此种方式有极大的局限性。而本文通过创新设计一种继电器单元，在有限的空间内，实现了多个继电器功能的集成，功能翻倍，优势明显，且可实现广泛应用。

1、传统继电器结构

1.1 传统五脚继电器介绍

五脚继电器：控制回路（针脚85、针脚86），非工作状态下，针脚30、针脚87A导通，针脚30、针脚87回路断开状态。（图1为传统五脚继电器图）

图1

图2

工作状态下，控制回路（针脚85、针脚86）带电，针脚30、针脚87A回路由导通状态变为断开状态。针脚30、针脚87回路由断开状态变为导通状态。（图2为传统五脚继电器原理图）

1.2 传统四脚继电器介绍

四脚继电器：通过流经针脚85、针脚86这一回路的控制电流，实现对针脚30、针脚87通断控制。图3为传统四脚继电器图。（图3为传统五脚继电器图，图4为传统四脚继电器原理图）

普通四（五）脚继电器插片结构，相对简单，没有复杂的设计结构特征，一般针脚与内部线圈焊接连接上即可。（图5为传统四脚继电器内部线圈实物图，图6、图7为传统四脚继电器三维图）

图3

图4

图5

图6

图7

1.3 传统继电器缺点

继电器实现功能少，汽车功能增加，只能靠增加继电器数目解决，同时需要增加继电器布置空间，严重限制整车功能的拓展。

2、继电器单元设计

2.1 设计目标

为解决上述传统继电器缺点，本文通过设计一种继电器单元，就是在不增大安装空间的情况下（28mm×28mm），将2个继电器功能整合入一个继电器内，实现功能扩展，满足整车的使用要求。

2.2 设计思路

本文重点设计的是九脚继电器单元，考虑的是在一个传统五脚继电器的通用安装范围（28mm×28mm）内，实现了两个五脚继电器功能，即范围不扩大，功能翻倍。同理可知，不局限于九脚继电器单元，例如在28mm×56mm范围内，就可以设计出18脚继电器。

继电器单元内部电路板优先集成两个五脚继电器，五脚继电器在四脚继电器基础上，多一路功能输出，所以集成两个五脚继电器就会比集成一个五脚继电器、一个四脚继电器能够实现的功能更多，应用范围更广。设计也考虑了本继电器单元的通用化，当整车需要使用 ①一个四脚继电器、②一个五脚继电器、③一个四脚继电器、一个五脚继电器 ④两个四脚继电器、⑤两个五脚继电器时，都可以用此继电器单元取代。

2.3 继电器单元原理图构建

图8为继电器单元原理图。

图8

针脚1、针脚2、针脚4、针脚9功能执行输出端，针脚3、针脚5功能执行电源输入端，针脚7为控制电源输入端，针脚6、针脚8控制电源输出端。

2.4 继电器单元实体设计

图9

图10

继电器单元构成：九脚继电器单元由外壳a（图9）和功能执行部分b（图10）构成。

继电器单元外壳为塑料壳体，材料PA66,长方体结构。壳体为注塑一体成型件，有2处卡接结构，卡接结构为倒三角结构，实现外壳a及功能执行部分b的卡接。（图9继电器外壳a、图10为功能执行部分b）

继电器模块功能执行部分b由焊接MINI继电器21、22、塑料台面23、9个金属引出脚24、PCB板25构成。9脚继电器单元特征：壳体尺寸长×宽×高=28mm×28mm× 60mm，在通用28mm×28mm的继电器尺寸范围内新设计1、3、7、9针脚(针脚标注序号见继电器正视图)，针脚长度（9 ±0.5）mm，宽度（2.8±0.1）mm，铜制材料，四个针脚对称分布。（图11为继电器正视图、图12为继电器俯视图）

图11

图12

继电器针脚与PCB连接通过锡焊连接，针脚接触片上有圆孔设计，限位设计，继电器插片安装于电器盒后，会与电器盒内端子连接，端子上设计有圆形凸台，便于卡接牢固。直径1.65mm，边缘倒角设计。

针脚1、针脚2、针脚3、针脚4、针脚6、针脚7、针脚9接触片为平行关系，与针脚5、针脚8为垂直关系，针脚5与针脚8两者间为平行关系。

针脚2、针脚4、针脚5、针脚6、针脚8位置关系遵循传统五脚继电器排布规律设计。针脚1、针脚3、针脚7、针脚9设计为对称排布，分布于另外五个针脚的周围，针脚1、针脚7与针脚3、针脚9优选设计为平行关系。

图13

继电器单元针脚特征在于（关键设计点）：针脚1（针脚4）接触片平面与PCB板平行设计，中间弯折设计，角度45度，针脚1中间连接过渡部分横跨针脚2、针脚3（针脚6）设计。

针脚2接触片平面与PCB板平行设计，中间弯折设计，角度90度。

针脚3、针脚6、针脚9接触片平面与PCB板平行设计，与PCB版接触部位为“T型”结构设计。

针脚5接触片平面与PCB板垂直设计，中间连接过渡部分横跨针脚6设计。

针脚7接触片平面与PCB板平行设计，中间弯折设计，角度90度，针脚7中间连接过渡部分横跨针脚9设计。

针脚8接触片平面与PCB板垂直设计，中间连接过渡部分横跨针脚9设计。（图13为继电器单元针脚布置图）

图14

继电器塑料台面特征（图14）设计：塑料台面为上下两层设计，分上台面和下台面，两者注塑一体成型，台面有针脚安装孔H1，贯穿上下两层，下层孔大小与针脚片外围尺寸相等，尺寸大小关系满足d1=d2，h1=h2,d3=d4，同理，类比其他针脚同样满足，上层孔与针脚片的延伸部分匹配设计，上层台面孔大小大于下层台面孔大小，针脚安装后，嵌入塑料台面，与针脚外形尺寸相匹配，每个台面设计有针脚安装支撑限位特征T1。（图14为继电器单元塑料台面图）

图15

针脚的形状、结构、高度、数量设计特点：针脚布置排布原则是在如此小的空间内，以能够安全、合理布置下9个针脚为原则布置的，凸起结构形状上以达到彼此平行关系为原则设计，实现彼此间的安全间隙大于3mm。针脚1、针脚2、针脚4、针脚7经过一定的角度弯折设计后，这样，继电器单元内部所有针脚延伸部分构成平行关系，并保持与 PCB面的垂直关系。高度上：有相应的横跨设计，上下高度差为3mm，针脚1、针脚2、针脚4、针脚5、针脚7、针脚8在与PCB接触部位实现等高设计，针脚3、针脚6、针脚9在与PCB接触部位实现等高设计，9个针脚在PCB板的连接处为上下排布关系。针脚载流设计能力可以满足大小为的30A电流通过。（图15为继电器单元内部针脚排布图）

3、继电器单元应用

3.1 继电器单元应用分析

图16

针脚7为控制电源输入端，提供电源后，针脚6、针脚8控制电源输出端在收到信号后，控制回路接通，MINI继电器K1、K2吸合后，1、5回路断开，2、5回路接通；与此同时，3、4回路断开，3、9回路接通，连接于3、9回路（2、5回路）的用电器正常工作。（图16为继电器单元原理图）

根据整车功能需求，本继电器单元可组合出如下功能，并满足整车应用需求。

3.1.1 应用1，取代两个单独五脚继电器，实现其功能

整车需求两个五脚继电器时，按照上文原理图，完成针脚1到针脚9的接线工作，工作状态为：针脚7为控制电源输入端，针脚6、针脚8控制电源输出端在收到信号，控制回路接通，MINI继电器K1、K2吸合，1、5回路断开，2、5回路接通，与此同时，3、4回路断开，3、9回路接通，于是，2、5回路和3、9回路的用电器正常工作，1、5回路、3、4回路上的电源切断，用电器停止工作。（或停止信号输出）

3.1.2 应用2，取代两个单独四脚继电器，实现其功能

整车需求两个四脚继电器功能时，停止使用针脚1和针脚4，此时针脚2、针脚5、针脚6、针脚7构成四脚继电器回路；针脚3、针脚7、针脚8、针脚9构成四脚继电器功能回路，按照接线路完成接线工作，实现两个四脚继电器功能。

3.1.3 应用3，取代一个四脚继电器和一个五脚继电器，实现其功能

整车需求一个四脚继电器和一个五脚继电器时，停止使用针脚1，此时针脚2、针脚5、针脚6、针脚7构成四脚继电器功能回路；针脚3、针脚4、针脚7、针脚8、针脚9构成五脚继电器功能回路，按照接线路完成接线工作。

3.1.4 应用4，取代一个五脚继电器，实现其功能

整车需求一个五脚继电器功能时，仍旧可以使用此继电器单元。针脚1、针脚2、针脚5、针脚6、针脚7构成五脚继电器功能回路；或针脚3、针脚4、针脚7、针脚8、针脚9构成的五脚继电器功能回路。

3.1.5 应用5，取代一个四脚继电器，实现其功能

整车需求四脚继电器功能时，针脚2、针脚5、针脚6、针脚7构成四脚继电器回路；或针脚3、针脚7、针脚8、针脚9构成四脚继电器功能回路。

3.2 继电器单元应用范围及优势分析

除了整车开发过程中的使用，本继电器单元对改装市场、售后服务市场也具有广阔的应用前景。对于像水泥搅拌车、消防车等由改装公司实施的改装车辆，本继电器单元开发过程中使用一个五脚继电器功能，安装后，悬空的四个针脚（即另一组五脚继电器）用于车辆功能的加装。无需外加继电器，也无需考虑继电器的固定位置及如何固定，安装应用方便。同时还具有以下优势：

1）改装车使用时，因为是借用整车已有的继电器单元，避免个人加装不符合要求继电器带来的整车安全隐患。

2）避免改装市场随意布置继电器带来的整车安全隐患。在改装市场，针对传统继电器在电器盒内没用继电器布置位置的情况，使用此种继电器单元，可实现继电器在电器盒内的布置。

3）本继电器单元，一旦一路继电器损坏造成电器盒盒体损坏无法修复时，可以设计应用本继电器单元的备用回路，解决车辆出现的故障。

4、结论

本九脚继电器单元，在传统继电器同样大小的安装空间（28mm×28mm）内，实现继电器功能增倍，可以最多满足于两个五脚继电器的功能需求，解决传统继电器应用缺点，优势明显。本继电器单元可以在整车开发过程中使用，也可在改装及售后服务市场使用，有效解决改装及专用车市场存在改装、加装不规范带来的整车安全隐患问题，应用前景广阔。

[1] 中华人民共和国国家标准 Q/JQ 3735-2010汽车通用继电器技术条件.

The Design And Application Of A Relay Unit

Sun Fengchao, Wang Chunzhi, Zhang Yannan, Li Yinrong, Wang Zheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230022 )

Relay is the key component of the electrical design. At present, the traditional relay is widely applied in the vehicle. The new type of relay unit mentioned in this paper, has the function of traditional relay，but also has compact structure, integrated function, good generality, low comprehensive cost, the advantages of wide application.

Relay; Relay unit; Advantage

U462.1

A

1671-7988(2016)07-147-04

孙丰超，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.046