淺析車用繼電器診斷

周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析車用繼電器診斷

周積茂

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了滿足汽車電子電路和安全問題的嚴格化要求，可采用電子監(jiān)控診斷方法來監(jiān)控繼電器開關觸點。本文講述通過繼電器內部的觸點系統(tǒng)的橋接方式和線圈系統(tǒng)的動態(tài)性能的變化對觸點的電阻變化進行判斷的診斷方法。此種采用電子監(jiān)控的方式來監(jiān)控線圈驅動器的繼電器診斷方法，可及時提供電路狀態(tài)信息，提高了汽車電路的安全性。

繼電器；觸點電阻；診斷方法

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

隨著汽車技術的迅猛發(fā)展，對電氣系統(tǒng)的可靠性要求越來越高。繼電器在電氣系統(tǒng)中應用廣泛，其作用至關重要，其一旦損壞會導致某項功能喪失、影響車輛正常使用，給使用者造成不便，若油泵、發(fā)動機ECU等繼電器損壞有可能造成安全事故。電子電路及安全要求的嚴格化，造就了用診斷方法來監(jiān)控繼電器開關觸點成為技術發(fā)展趨勢。在線診斷繼電器各項參數(shù)，由參數(shù)變化分析性能及可靠性趨勢，當參數(shù)變化分析出繼電器可能將損毀時，作為故障，提醒提前修理、更換，避免繼電器損壞后導致某項功能喪失才去修理、更換。

車用繼電器的設計初衷是利用12VDC（或24VDC）的負載電壓以及1 A以上的負載電流來切換實際汽車電器負載（例如電機、油泵、ECU、車燈、加熱系統(tǒng)等）。若診斷電流和電壓過低，則會導致對繼電器觸點狀態(tài)的理解錯誤。本文講述了繼電器觸點系統(tǒng)、線圈系統(tǒng)及動態(tài)性能的技術背景，并就相應的診斷方法給出了建議。

1、繼電器診斷原理

1.1 觸點系統(tǒng)

車用繼電器的最常用觸點材料是細粒銀(AgNi0.15)及銀氧化錫(AgSn02)。兩種材料均可硫化和氧化。這些氧化物層、硫化物層及其它化合物層在吸收環(huán)境大氣中的氣體分子后，將在非常短的時間內形成在金屬觸點表面。這些材料層能夠增加觸點電阻。這些材料層的電阻取決于其厚度、有效接觸面積以及接觸材料/層的電阻率。若要實現(xiàn)可靠的電氣接觸，則必須破壞這些材料層?？赏ㄟ^機械、電氣或熱力破壞的方式，達到這一目的。機械破壞要求具有較大的接觸力。由于車用繼電器的尺寸非常小，因此難以安全地獲得這樣的接觸力，尤其是對于常閉觸點而言。電氣破壞要求具有一定的擊穿電壓和毫流。這種破壞方式被稱作A熔。

擊穿電壓取決于材料層的厚度和電阻率，理論上可達數(shù)百伏。在實際的車用繼電器中，擊穿電壓可達3VDC。要產生A熔，電流至少應為10mA。電氣擊穿之后，一小股電流將強制通過材料層中非常薄的通道。因此產生的局部高電流密度能夠快速加熱導電通道，破壞材料層，直到最終實現(xiàn)（幾毫秒內）金屬與金屬之間的橋接。這種方式被稱作B熔。B熔電壓也取決于材料層的厚度和電阻率，在實際的車用繼電器中，可達300mV。熱力破壞要求溫度較高，只能通過大接觸電流或電?。ǜ綦x有感負載）的方式來實現(xiàn)。只有在電氣破壞結束后才能使用熱力破壞。

1.2 線圈系統(tǒng)及動態(tài)性能

車用繼電器線圈用于直流電壓。開關時間（即開啟時間或打開時間以及斷開時間或關斷時間）通常較短（以毫秒為單位）。開啟時間取決于所施加的線圈電壓。圖3為開啟時間與線圈電壓的關系圖，涉及實際吸合電壓。在環(huán)境溫度為23℃的情況下，圖中的標稱電壓為實際吸合電壓的170%（例如7VDC吸合電壓對應12VDC標稱電壓）。若線圈溫度增加，則會增加吸合電壓，進而延長相同線圈電壓下的開啟時間。若將可能存在的觸點顫動計算在內，則開啟時間是數(shù)據(jù)表所示典型值的3倍。

斷開時間一般僅取決于所使用的線圈抑制裝置。

若采用的是與繼電器線圈并聯(lián)的低電阻器件（例如二極管），則可使斷開時間增至數(shù)據(jù)表所示典型值的4倍。

1.3 線圈電阻

車用繼電器的電感可超過（在非飽和范圍內）1H。這樣，時間常數(shù)tau便為1—50ms，以便實現(xiàn)感應電流激增（跳變響應）。若通過4極測量的方式來測量線圈電阻，則在通電后感應電流增加的過程中測得的電阻值將不正確。

1.4 診斷方法

觸點診斷方法必須符合如下規(guī)定：

注意，觸點電阻可能為非線性。由于存在上述熔接現(xiàn)象，因此觸點電阻可能為非線性。也就是說，在低壓、低電流情況下測得的觸點電阻（例如利用標準萬用表測得）可能遠高于實際狀況（例如提供100W負載）下的觸點電阻。我們建議根據(jù)實際應用及實際連接的車載電網(wǎng)電壓來執(zhí)行診斷。

提供足夠的電壓和電流，強制執(zhí)行A熔。若不能根據(jù)實際應用及電壓情況來執(zhí)行診斷，則測量電壓必須能夠保證擊穿可能存在材料層。我們建議電壓至少為5VDC，電流至少為100mA，時間至少為1ms。

若壓降可為300mV，則合格。B熔是一種物理現(xiàn)象，只能在所有銀基觸點上發(fā)生。若為信號燈，則可使用專用信號繼電器。我們建議將每個繼電器觸點的診斷電壓閾值設為500mV（對于H電橋或串聯(lián)觸點而言，尤其重要）。

注意最大開關時間。若診斷時必須切換觸點狀態(tài)（通電或斷電繼電器），則必須在達到既定觸點狀態(tài)后才能開始診斷。根據(jù)環(huán)境條件（溫度、電壓、線圈電路），這個時間值可能遠大于規(guī)定的典型時間值。我們建議延遲時間至少是典型開關時間的10倍，或者在至少110%的吸合電壓下首次切換觸點狀態(tài)后，延遲時間至少是典型開關時間的20倍。

線圈診斷方法必須符合如下規(guī)定：

確保在診斷過程中觸點狀態(tài)不被切換。如果采用電子監(jiān)控的方式來監(jiān)控線圈驅動器，則線圈的通電／斷電時間不得引起觸點意外閉合或打開。我們建議時間最長為0.5ms。

1.5 診斷說明

①在汽車使用壽命期間，由于觸點侵蝕、磨蝕及松弛等老化作用的影響，繼電器參數(shù)可能改變。此外，車內環(huán)境要求（溫度、振動等）高于在線或離線試驗。因此，我們建議車內診斷時，采用較高的電壓閾值（約3VDC）及較長的延遲時間（至少為典型開關時間的15倍）。

②由繼電器控制開斷的大多數(shù)應用中，不涉及安全問題。若檢測到可能存在繼電器故障，則我們建議不要阻斷繼電器隨后的動作，只需將故障情況寫入錯誤存儲器即可。

2、結束語

繼電器診斷采用電子監(jiān)控技術，是為了解決汽車電子電路的安全問題，利用觸點電阻的變化做為繼電器診斷點，實現(xiàn)實時監(jiān)控，可靠性高，是目前汽車繼電器診斷的發(fā)展方向。

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On The Vehicle Diagnostic Relay

Zhou Jimao
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

To meet the stringent requirements of automotive electronic circuits and security issues, diagnostic methods can be used to monitor electronic monitoring relay switch contacts. This article describes changes in the dynamic performance of the relay contacts inside the system by bridging mode and coil system for the diagnosis of contact resistance variation method to determine the conduct. This by way of the electronic monitoring device to monitor a relay coil driver diagnostic method, the status of the circuit to provide timely information to improve the safety of the vehicle circuit.

Relay; Contact resistance; Diagnostic methods

U463.6

A

1671-7988(2015)03--

周積茂，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事汽車電氣系統(tǒng)研究和電器部件開發(fā)、設計工作。