鼓风机继电器失效分析

何永利，李北文

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

随着世界汽车产业迅速发展，汽车电子产品以及元器件数量不断增加，汽车继电器数量不断增多。对于这种使用率非常高、涉及范围比较广及通用性非常强的汽车电子产品的品质问题，需要从产品设计、生产工艺及使用环境等方面综合进行考虑。

1 继电器工作原理

继电器分类众多，本文仅针对汽车最常用的直插式电磁继电器。

根据继电器形式不同，车用继电器主要具有以下功能。

1）开关类：分隔电子控制和功率负载，即小电流控制大电流，对电子控制器进行保护，防止控制模块过热及瞬变脉冲对控制模块造成干扰。

2）信号转换类：可以供信号电位需求不同的电子模块同时采集或电位转换。

如图1所示的倒车灯继电器即用于信号转换。注意这种4脚转换继电器可以通过更改模块策略节省掉，只是受限于开发时间、成本等因素保留。

图1 用于信号转换的倒车灯继电器

如图2所示，85、86作为线圈端，一 端 接 电（控制器高有效则 接 搭 铁），一端接电子控制器，30接 常 电，87接用电器。电子控制器发出有效电平后，触点吸合，则87后的用电器开始工作，这就是电子控制器利用继电器实现小电流控制大电流的原理。

图2 常见的4脚电磁继电器

因继电器87脚后的用电器常常是大功率型，继电器烧蚀成为路试验证的高故障事件。

2 故障实例

在乘用车综合可靠性试验里程至11927km时，某CVT车辆日常检查发现开启空调后出风口无风。进一步检查发现鼓风机继电器失效（继电器型号M4N），更换继电器后故障消失。继续路试28602km后，日常检查时发现继电器再次出现烧蚀（图3），同时熔断丝盒内该87端电源线出现高温熔化痕迹，如图4所示。

图3 两个故障件的87脚壳体有烧蚀、融化痕迹

图4 87端电源线出现烧融痕迹

3 过程分析

3.1 故障件测试及拆解

故障件生产批号2021年43周为最近生产产品。对故障件进行电气参数测试（图5），继电器线圈电阻值正常，驱动线圈继电器有动作，无显示吸合、释放电压，说明触点不导通。

图5 故障件电气参数测试

如图6所示，检查故障件发现87脚有明显变色。进一步拆解故障继电器发现87脚与底座结合处塑料有熔痕，塑料烧熔后，87脚端子移位后倾，继电器通电后动作，但是触点无法接触而造成电流不导通，如图7所示。

图6 相比其他引脚87脚有明显发热变色

图7 壳体塑料烧融87脚端子移位后倾

3.2 继电器对接母端检查

如图8所示，检查继电器对接端子外形无变形，黄色锁片无高温变色，故障发生后工程师用继电器公端子去匹配测试，未发现烧蚀引脚端子配合松动现象。

图8 继电器对接端无异常

3.3 实车鼓风机电流测试

如图9所示，故障车鼓风机最高挡工作电流为18.9A，以最高挡开机最大冲击电流为62.80A，非故障车最高挡工作电流为18.6A，最大冲击电流为66.7A，电流差异不大。

图9 故障车鼓风机以最高挡启动后电流曲线图

3.4 环境温度测试

实车测试，机舱熔断丝盒内空气温度最大90℃左右，满足继电器使用环境温度要求。故障车前舱（熔断丝盒布置位置）温度曲线如图10所示。

图10 故障车前舱（熔断丝盒布置位置）温度曲线图

3.5 继电器选型

鼓风机为感性负载，I（19A）×200%=38A，选用的继电器额定电流为40A MINI继电器，符合感性负载继电器选型原则。

4 原因分析

针对继电器塑料烧融后，87脚端子移位后倾导致的端子触点无法接触而造成电流不导通进行温升测试分析。

1）试验条件：环境温度90℃，电流19A。

2）分成两组进行：组①继电器匹配母线端子接插（图11）；组②继电器直接跟端子焊接（图12）。样件各3个，分别进行引脚温升测试，触点负载电流为19A，达到热平衡测数据，确认是否存在温升变化。组①与组②继电器样品、导线温升图分别如图13、图14所示。

图11 继电器匹配母线端子接插后进行热敏头焊接

图12 继电器直接跟母线端子进行热敏头焊接

图13 组①继电器样品、导线温升图

图14 组②继电器样品、导线温升图

3）组①与组②内部各自横向对比发现：30引脚温度比87脚温度高，而87脚温升表现比30脚差，87脚固定结构比30脚差。

4）组①与组②纵向对比，继电器匹配母线端子接插后，30引脚相差8.82℃，87引脚相差26.69℃，测试的温度数据差异大；继电器直接跟母线端子焊接，30引脚相差4.14℃，87引脚相差3.49℃，温度数据差异很小。组②电器直接跟母线端子焊接温升表现比组①继电器匹配母线端子接插表现好，直接焊接，降低接触电阻R值可以降低温升

（Q=IRt）。

5）87引脚插入到底座孔内，引脚外露点通过外翻与壳体塑料固定，如图15所示。鼓风机持续负载，发热引脚使周边塑料受热变形后，87脚移位后倾，触点无法接触而造成电流不导通。30引脚与轭铁铆接固定后再插入到底座孔内，引脚与轭铁比热容相似，与底座壳体塑料不存在紧固关系，30引脚发热不会引起松动，如图16所示。

图15 87脚通过引脚外翻固定

图16 30引脚与轭铁铆接固定

5 解决方案

综合考虑开发时间和成本，87引脚增加点胶（环氧树脂，耐温190℃），加强强度，防止引脚温度过高，导致静簧强度不足歪斜、触点无法接触情况出现。87引脚增加点胶后的测试结果如图17所示。

图17 87引脚增加点胶后的测试结果

6 结束语

继电器技术发展总体趋势瞄准世界先进水平发展大趋势，向着小型化、高灵敏化、模块化、多功能化方向发展，同时要提高产品的环境适应性、高可靠性等。做好继电器故障模式分析，不断提高其可靠性，让继电器故障不再成为用电器的使用制约。