電源總開關故障診斷及研究

毛紅安，李海明

（陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200）

前言

電源總開關根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為機械式、扳柄式、旋轉(zhuǎn)式、電磁式。電磁式為控制開關接通電磁線圈回路，利用電磁吸力將動觸點與靜觸點連接，從而將整車電器負載與整車電源接通；機械式為用人力扳動開關手柄將動觸點與靜觸點連接，接通整車電源。

電源總開關的可靠性直接影響著整車的使用性能，當整車電路發(fā)生故障時（短路、起火等）不能及時切斷整車電源，造成整車燒毀、人身傷害等惡性事件發(fā)生，嚴重影響車輛安全性能。

1 質(zhì)量現(xiàn)狀分析

通過對失效件機械式操作力矩及耐久性試驗分析，故障模式診斷為扳柄斷裂、觸點燒蝕、內(nèi)部進水、變形。

圖1 故障示意圖

圖2 機械式操作力矩及耐久試驗

2 故障原因診斷

2.1 試驗分析（以下試驗按照標準QC/T427-2013進行）

表1

2.1.1 內(nèi)部進水故障分析

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成分析，有以下幾個位置可能進水：

圖3 進水示意圖

經(jīng)過試驗驗證，水通過兩個螺釘?shù)穆菁y進入，密封墊高度（1.6+0.1mm）不足，紅色印痕不清晰，且密封有斷點，密封性不能滿足實際需要。

圖4 防水試驗圖

2.1.2 扳柄斷裂故障分析

扳柄外殼理化檢測

1）材質(zhì)檢測：通過紅外光譜檢測，外殼主體材質(zhì)為：PBT，符合圖紙要求。

2）斷面宏觀形貌：

斷面宏觀形貌見圖5， 為力矩較大、應力較集中部位，斷面呈現(xiàn)脆性斷裂狀態(tài)，另外斷面有部分缺陷，氣孔，見圖5。

圖5 斷面宏觀形貌

3）分析結(jié)論

外殼材料選用不當：外殼為PBT（剛性材質(zhì)）阻燃材料，優(yōu)點：耐高溫（因產(chǎn)品工作電流較大，長時間接通會產(chǎn)生高溫）；缺點：韌性差，易斷裂（特別是加入阻燃劑后）。設計時，沒有對外殼容易受力處的強度進行加固，不能滿足實際需要。

圖6 扳柄結(jié)構(gòu)圖

2.1.3 觸點燒蝕故障分析

1）開關的觸點外觀形貌：

送檢的三家失效電源總開關的觸點外觀形貌見下圖。A產(chǎn)品開關觸點變色且外表面有銅綠，B開關觸點未發(fā)生變色，C開關觸點變色但無銅綠。

2）開關的觸點材質(zhì)檢測見下表：

表2

3）分析結(jié)論

壓緊彈簧設計不合理：材料為琴鋼絲，彈簧力較小，觸點接觸壓力小，造成電壓降(拉弧)增大，觸點燒蝕加快，無法滿足實際需要；接觸螺釘材料選用不當：純銅棒，表面鍍銀厚度≥20μm。接觸鉚釘材料選用不當：純銅棒，表面鍍銀厚度≥20μm；產(chǎn)品標稱電壓24V，額定電流250A，動、靜觸點材料選擇時，盡量選用同一種材料。因不同材料的導電率不一，長時間工作會造成觸點脫落。

3 方案提出及驗證

通過結(jié)構(gòu)的試驗分析研究，確定以下可靠性提升方案：

1）內(nèi)部進水優(yōu)化方案

密封墊的厚度由1.6+0.1mm改為2+0.2mm；修改手柄和外殼模具，增加 O型密封圈；通過鹽霧試驗及防水等級 IP65試驗對產(chǎn)品解析，沒有發(fā)現(xiàn)進水痕跡，試驗合格，能滿足實際需要。

圖7 試驗后未進水示意圖

2）扳柄斷裂優(yōu)化方案

外殼修模，增加R1的圓弧過渡，增加加強筋。

圖8 外殼結(jié)構(gòu)示意圖

3）觸點燒蝕優(yōu)化方案

重新設計壓緊彈簧、接觸鉚釘材料由純銅棒鍍銀改為銀氧化錫、接觸螺釘材料由純銅棒鍍銀改為銀氧化錫，并通過了50000耐久試驗（檢測方法及技術要求：將樣品正確的安裝在電源總開關耐久試驗臺上，施加100A的額定負載，進行50000 次的耐久試驗，試驗中、試驗后應能正常工作，其壓降不得大于100mV）。

表3 耐久試驗前數(shù)據(jù)

表4 耐久試驗后數(shù)據(jù)

圖8 改進前后示意圖

4 結(jié)論

通過對失效件耐久試驗、防水試驗等方面的研究，對試驗數(shù)據(jù)及失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計研究，就其電源總開關的防水結(jié)構(gòu)、觸點材質(zhì)、外殼材料等方面提出了故障診斷及優(yōu)化方案，有效解決了商用車電源總開關常見故障問題，可作為電源總開關設計及故障排查的參考依據(jù)。