电动车高压继电器粘连失效机理分析与研究

何清泉 刘文豪 陈文凯

天津金箭电动车有限公司 天津 301741

引言

近年来，电动车在我们的现实生活中已经到处可见，而且还为我们的日常生活带来了极其大的便利，既方便又没有什么污染，所以电动车这一交通工具备受人们的青睐。但是，有些时候我们也会听说一些有关电动车出故障而引发的一系列事故，而这其中，电动车突然失灵是比较常见的突发故障，究其原因，便是由于电动车高压继电器失效而导致失灵。高压继电器作为动力电池输入输出的连接枢纽，通过继电器的开闭来进行输入输出的通与断。现实生活中比较常见的电动车高压继电器失效模式主要分为两类：粘连与开路，而本篇文章主要对电动车高压继电器粘连失效模式进行了分析与研究。

1 电动车高压继电器粘连失效机理分析

1.1 融性接通粘连失效

1.1.1 接通浪涌电流的产生。由于电动车高压继电器在整个动力母线上均有容性负载，因而当电动车高压继电器接通电源的时候，就会产生接通浪涌电流，尤其是设计不太符合科学性的保护方式有很大可能会直接使得电动车高压继电器接收到远大于额定电流的冲击。

1.1.2 触点粘接形成。每当触点处于闭合状态的时候，触点回跳所引发的反复拉弧很有可能会在比较短的一段时间内产生极其巨大的热量（尤其以远大于额定电压为主的时候），由于导致接触面局部快速加热、软化、熔化，而后快速冷却、凝固，导致触点材料连接成为一体，因而在分断过程中阻止触点脱离接触，这样就会使得电动车高压继电器发生融性接通粘连失效，进而导致电动车动力中断而发生事故。

1.2 分断粘连失效

1.2.1 大电流分断。当电动车高压继电器发生大电流分断时，触头分断的那一瞬间会形成非常大的电弧，导致触头能在瞬间熔融，这样一来，本来应该处于断开状态的触头就会重新粘连在一起。如果在回路中并联了二极管，继电器释放时间就会变长，使得拉弧时间变长，导致烧蚀更加严重。

1.2.2 长期带载切断。与此相同的是，长时间的带载切断会造成烧蚀的积累，进而导致分断能力降低。此外，长期带载切断造成的烧蚀累积会使得腔体中分布许许多多的蒸散物，导致绝缘性能降低，这样的话，所产生的电弧就会很难被灭掉，而分断时触头熔融也会导致粘接，这样一来，电动车高压继电器就会发生分段粘连失效，导致电动车动力中断而发生事故。

1.3 不导通失效

1.3.1 早期—异物。早期不导通失效的典型例子是生产过程中工艺污染使得触点部分被外来异物侵蚀，导致触点接触不良，接触电阻不稳定。每当触点材料的表面层被氧化、受到化学腐蚀抑或触点表面受到污染等一系列因素时都会使得电动车高压继电器的接触电阻变大。当触点吸合时，因为污染而产生的表面膜或外来异物的存在，会使触点间的接触电阻变得不稳定，这样一来，整个电路就可能产生时通时断的现象，或者根本无法导通，导致电动车高压继电器失效。

1.3.2 末期—烧蚀。由于使用时间慢慢地在变长，电动车高压继电器在经历了长时间的接通、耐受和分断以后，就会产生老化的现象，还会产生触点表面烧蚀，缺损凹凸不平等一系列的故障，进而使得触点接触不良或不能导通导致电动车高压继电器失效，最终使得电动车动力中断而引发事故[1]。

2 电动机高压继电器粘连失效消除的思路分析

2.1 预充异常

在电动车高压继电器上电的过程中，需要通过预充回路和动力电池为电动车的其他有容性负载部件进行预充电，进而避免了电动车高压部件受损。预充异常又可以分为多种情况：比如预充参数设置不合理，预充时序异常等多种现象。预充时，我们比较常用的逻辑为：首先应当闭合主负继电器，而后闭合预充继电器进行预充（也可以先闭合预充继电器，而后闭合主负继电器）。当符合预先设定的预充阈值的时候，再来关闭主正继电器，使其延长一定的时间后再断开预充继电器。如果时序不对很有可能会造成没有预充的情况。没有预充的时候，主继电器闭合时电动车整个回路相当于处于短路状态，会有极其大的冲击电流产生。而预充如果没有完全的时候，比如预充电流过小或预充时间过短，则母线电压与电池电压压差值过于巨大，所以这个时候闭合继电器也会产生。

2.2 带载切断导致继电器粘连

电动车高压继电器分断的时候通常不带载也有可能只有小负载，规格不一样的电动车高压继电器会有一定的差异，但通常需要把控在20A之内。当制作整车控制模式的时候，需要把控电动车高压继电器切断时的电流大小。在正常下电时，应当先把整车电流降低，然后才可以发出继电器断开的指令。除非发生了特级故障，不然的话应当依据车速以及电流等各种情况综合进行评估，尽量去防止大电流带载切断。

2.3 高压回路中存在大电流

当整车运行时，如果电动车的某个高压部件发生异常，很有可能会导致电动车高压回路中出现大极其大的电流。而当其超过电动车高压继电器所能承载的电流时，则会出现粘连，这个时候很有可能会伴随着一些其他的问题，比如回路中的熔丝发生熔断现象等。在现实生活中的故障处理中，发生过空调短路或者MCU直通故障，电动车回路中出现极其大的电流，导致电动车高压继电器发生粘连，同时还伴随着熔断器熔断等种种不利现象。短路造成的电动车高压继电器粘连，通常表现为触点烧蚀严重，同时腔体内陶瓷表面出现溅射物及蒸散物。这个问题的原理可以参考短路粘连失效原理。

2.4 继电器驱动电路功率不足或继电器驱动电路异常通断

如果电动车高压继电器驱动电路功率设计余量过小，很有可能会无法保持电动车高压继电器闭合的状态，发生带载切断的情况;或者会存在电动车高压继电器弹跳等情况，发生带载断开以及没有预充闭合种种不利情况。同样，如果驱动电路发生故障，出现不正常通断的情况，也会出现带载断开以及无预充闭合的现象。

2.5 继电器本体存在异常

电动车高压继电器本体出现异常也会使得电动车高压继电器发生粘连。比如，当电动车高压继电器组件中存在线圈绕组与线束需要焊接或者线束插接部分的时候，在插接或者焊接没能到位时，则必然会出现电动车高压继电器无法闭合、延长闭合或者弹跳等种种不利现象。当出现电动车高压继电器延长闭合时间的时候，就等同于回路无预充即闭合继电器，与此对应的故障模式为容性接通粘连;而当出现电动车高压继电器弹跳时，就等同于带载切断加上无预充闭合，这个时候粘连的可能性会大大增加[2]。

3 消除电动机高压继电器粘连失效的措施

3.1 调高过流保护继电器的鉴定值

为了解决电动机高压继电器粘连失效的现象，电动机生产企业的相关部门可以通过调高过流保护继电器的鉴定值来实现。因为电动机高压继电器粘连失效与电动机高压继电器所流经的电流有关，所流经的电流过低的话，就会导致电动机高压继电器粘连失效，所以可以通过调高过流保护器的鉴定值来实现。但是在通过调高过流保护器的鉴定值的过程中，一定要注意不能将过流保护器的鉴定值调节过高，如果调节使过流保护器的鉴定值调节过高的话，将会影响过流保护器的灵敏度。虽然消除了电动机高压继电器粘连失效的现象，但是“顾此失彼”导致了过流保护器的灵敏度，影响了过流保护器的正常运行。

例如：电动机产生企业为了消除电动机高压继电器粘连失效，可以调高电动机的过流保护继电器的鉴定值来实现。当电动机一旦出现高压继电器粘连失效的时候，就开始适当调高过流保护器的鉴定值，就可以立刻消除电动机高压继电器粘连失效。

3.2 把烧毛黏结的触点打磨光洁

通过把烧毛黏结的触点打磨光洁的方法，同样也可以消除电动机高压继电器粘连失效。因为电动机继电器的触点出现烧毛黏结，会使电动机继电器的粘连效果出现问题，使电动机继电器粘连失效。所以可以通过把烧毛黏结的触点打磨光洁，来实现对电动机高压继电器粘连失效的消除。但是通过把烧毛黏结的触点打磨光洁这种措施来消除高压继电器粘连失效的现象，往往是“治标不治本”，在对触电打磨光洁之后的一段时间，该触电又会出现烧毛。所以这种方法往往在一些情况之下才会使用，在一般情况下不宜使用。

例如：当电动机高压继电器出现粘连失效的时候，如果情况紧急，可以尝试通过把烧毛黏结的触点打磨光洁来实现。

3.3 整体更换继电器

电动机高压继电器粘连失效不只是外部因素造成的，内部也有一些问题。为了解决内部问题引起的电动机高压继电器粘连失效的现象，可以通过更换继电器来实现，有了新的继电器进行工作之后，保证可以在很长时间内不会出现电动机高压继电器粘连失效的现象。这种方法能够在短时间内彻底消除电动机高压继电器粘连失效的现象，但是成本比较高。

例如：当电动机高压继电器粘连失效的时候，可以尝试更换继电器来消除电动机高压继电器粘连失效。在更换继电器的过程中，为了保障安全，应该加强对于更换过程的操作规范，不断提升技术人员的安全意识。由于继电器一般由铁芯、线圈、衔铁和触点簧片组成，通过在线圈两端施加电压的形式，借助电磁效应，使得衔铁能够克服阻力被吸向铁芯，从而实现动触点和静触点的相结合。在更换继电器作业前，应该做好相关准备工作，核对继电器的数量和型号是否与安装计划一致，并对于新设备进行目测检查，保证设备外壳的完整性，做到封闭良好，避免出现质量问题。同时应该检查端子板和线圈架表面是否有影响机械强度的破损及裂纹，防止对于继电器的使用寿命产生影响。同时，应该对于接点是否有严重烧损或发黑的情况进行检查，保证作业过程的有效性。最后要召开安全操作会议，向技术人员详细讲解更换继电器的安全措施，从人员安排、工具仪表准备和重要操作事项以及联锁试验项目要求入手，进行详细的解释，从而提升作业前准备工作的有效性。在继电器更换的过程中，应该打开继电器的防松条和卡簧，按照拔一个换一个的原则，逐个更换。同时在插拔继电器的过程中，应该注意继电器鉴别销位置是否对应，控制操作力度，不能通过蛮力插拔，防止造成底座弹簧片损坏，为继电器的安装留下隐患[3]。

4 结束语

综上所述，电动机高压继电器粘连失效会对电动机高压继电器的工作效率和质量产生影响，所以电动机生产企业的相关部门应该对电动机高压继电器粘连失效引起足够的重视，并且采取一些行之有效的措施来对电动机高压继电器粘连失效进行消除。而电动机生产企业需要对电动机高压继电器粘连失效消除的思路有一定的了解，然后根据这些思路来采取相应的措施，可以通过调高过流保护继电器的鉴定值、把烧毛黏结的触点打磨光洁、整体更换继电器等措施来消除电动机继电器粘连失效的现象。