汽车继电器浅说

王力人，陈 霖，张 耀

(1.上海沪工汽车电器有限公司上海 201804;2.陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡 721300)

汽车继电器浅说

王力人1，陈 霖2，张 耀2

(1.上海沪工汽车电器有限公司上海 201804;2.陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡 721300)

本文依据国内汽车行业的发展趋势，结合国内汽车继电器企业的实际生产现状，对汽车继电器的基本要求和发展方向，进行了简要叙述。

汽车继电器;基本要求;发展趋势

1 引言

亚博汽车产业分析师朱琦先生在“对十二五期间我国汽车产业发展的几点看法”一文中认为，入世(WTO)十年来，对外开放成就了中国汽车工业的辉煌。从2000年到现在，中国汽车产量提高了8倍多(2000年中国的汽车产量约为200多万辆)，产值提高了近10倍。2011年我国汽车产量1842万辆、销量1851万辆，同比增长分别达到了0.84%和2.45%。预计，2012年汽车产、销量可望达到2000万辆水平。

2011年，我国千人汽车拥有量为70辆，远远低于世界平均水平。因此，预测十二五期间，我国汽车产业的产销增速应该在5～10%左右，到2020年，国人的57%应该都买得起汽车。届时，我国的汽车保有量将超过2亿辆。如是，市场对汽车继电器的需求可想而知!

2 汽车继电器现状

据报导近几十年来，国际汽车继电器市场的年产和销量均已超过了1～2×109只继电器的规模，当然这主要得益于汽车继电器优越的功能。

2.1 对汽车继电器的基本要求

汽车一般分为客车、商用车辆(重型车和汽车)、摩托车和建筑设备用车等。车辆电气系统使用的蓄电池和发动机作为动力源，其电压为12V DC或24V DC(未来这个电压将为42VDC)，电源从0.5U～1.33U。在需要电气切换功能时，车辆上就需要配置相应的继电器。这样，就有了下列要求:继电器应用于引擎箱内的时候，其环境温度可高达125℃;继电器应用于门锁等组件时，必须能够耐受高达490m/s2的冲击;继电器安装于引擎上时，要求能够耐受高达294 m/s2的振动等。下表为整车对汽车继电器的一般要求。

2.2 一般汽车继电器

大多数汽车继电器设计成单稳态，触点形式多为动合(form A)、转换(form C)、桥式(form U)以及24V系统的双动合(form X)。其负载可达30A或更高。接触系统一般使用铜合金簧片，如负载较高时，则使用弹簧钢片或铜编织带(线)。因为在这种情况下，如果使用铜片的话，就会大大减少其使用寿命。接触簧片及拉簧一般设计成一种簧片组合，最为常用的触点材料是AgNi0.15或AgSnO2。它们有不同的类型及添加剂;其闪光器的接点一般使用钯触点。系统接口设计为快速连接型或焊接型，在较高负载电流时，也采用螺纹连接。继电器外形及引线脚都采用标准化设计，多数直插式继电器符合ISO7588标准(其他标准为SAE J1744及280双列直插式引线脚排列)以及JIS 5011标准。PCB式汽车继电器已经实现标准化。各整车制造商差不多都有自己要求的外形尺寸和引出端形式。大多数PCB继电器设计成THT(通孔技术)，并采用波峰焊工艺，而采用回流焊技术可以使所有的电气及电子元件的焊接一次性焊到PCB板上面。市场上也有SMT(表面安装技术)的继电器。不过，这对有较大负载电流的继电器来说是不适用的。由于这些原因，未来的发展趋势是回流焊和HTH式继电器。回流焊要求材料有较高的耐热性，一般的PA或PBT工程塑料不适合作汽车继电器外罩，同样对于无铅焊接工艺也有相同的耐热要求问题。

表1 汽车继电器的一般要求

2.3 汽车继电器标准

汽车继电器行业不像工控、通讯等继电器行业那样产品都必须具有UL、CSA或VDE的等通常的认证要求，每一个OEM对某种供应的零件有自己的标准和规范。现有的几种用于电气和电子元件的国际标准和试验规范，通常在OEM零件规范中也仅仅是作为参考文件。表2列出了用于汽车继电器的最重要的标准和规范。

2.4 汽车继电器的应用

在汽车电气功能需要进行控制时，一般需要使用继电器。其应用范围可分为阻性负载、电容性负载和感性负载。负载电压及负载电流在通常情况下是在阻性负载下做出的规定。另外，灯负载也常作为电容性负载，这是因为其冷态灯丝比热态灯丝的电阻低得多的缘故。感性负载的特征是负载电流会成指数形式增加并伴有强电弧产生，所以在开断这样的负载时，常采用磁吹灭弧的方法。大功率继电器(如断开灯负载的继电器)有时会同时用来开断混合型的不同负载。感性和阻性负载的电路一般就是接通和断开，而马达负载电路的开断就比较复杂。相关具体信息请参见US工程师继电器手册(2006第六版)汽车继电器一章。

2.5 应用趋势

由于电气及电子功能在汽车中的应用(例如:X－线及使用无钥匙开门)在不断增长，因此，对电流及蓄电池的应用和处理就变得更为广泛，对蓄电池的耦合问题(双蓄电池系统)以及降低继电器的功耗就显得更为重要了。与此同时，对42V的车辆以及预期出现的电动车辆、混合型车辆的几百伏的问题也亟待解决。对于有低功耗要求的，可使用自保持式继电器，以便使部分问题得以解决。实际上，磁保持继电器已经在通讯行业里广泛使用了。目前，大多数电气功能都是由处理器进行控制的。在电源接通、断开时，保持式继电器的切换状态得到了安全的控制。最新型的保持式继电器有良好的耐冲击性能，因而就解决了它在ECU上面的应用问题。由于要求整体具有的诊断功能(指功能板)，越来越多的半导体可能会替代机电式继电器参与其中。但是，即使在将来，目前使用的机械式电磁继电器仍然具有外型、价格、载流能力、断弧效应等诸多方面的优势，因此可以肯定地说，在一个相当时间里机电式汽车继电器仍然会得到广泛的应用。

表2 汽车继电器标准

3 发展趋势

小型化、大负载、低功耗、高灵敏(吸合值常常仅为额定值的55～60%左右)、高可靠、长寿命、抗冲击和振动、功能化〔如雨刮继电器(刮水继电器)、闪光器与电子线路组合成为刮水器控制器、闪光器等〕、低成本、轻量化、具有电磁兼容性、阻燃性、多用途和表面贴装化以及有非常好的抗恶劣环境和抗电磁干扰功能等是今后汽车继电器发展的总体趋势。

3.1 智能化组合继电器日渐流行

智能化组合继电器将传统的开关继电器与微电子技术、信息技术相结合成为汽车继电器最新研发方向之一。在汽车故障诊断系统、自动检测系统、遇险报警系统中都大量地使用功能不同的组合继电器。

3.2 42V汽车继电器发展迅速

鉴于14V汽车电源系统已经不适应汽车向操纵自动化、电气化方向发展，迫切要求把汽车电源系统电压提高到42V。这是因为42V系统可以使汽车线束采用更小尺寸，可以给予电子驱动的启动器－交流发电机、交流压缩机、内部空气加热器、催化剂加热器、油泵、水泵、涡轮发动机以及线控驾驶(X－by－wire)、悬吊系统和动力方向盘等系统有大的功率支持。引擎负载的减少再加上避免使用有损耗皮带轮，可以获得更好的燃油效率。据测算，采用42V电源系统，将使负载和布线重量减少1/3、损耗降低1/9。预计到2015年，世界近13%的汽车将使用42V电源系统。42V汽车继电器的开发与研制是一个非常重要的课题。目前，世界著名的汽车制造商已经开始采用14/42V双电压电气系统，这将是汽车继电器结构调整的一个新方向。

3.3 对静音及电磁兼容等性能指标的严格要求

目前，整车厂商以及消费者对继电器静音指标要求越来越严格，同时随着汽车电子设备使用数量的不断增加，要求汽车继电器具备更好的电磁兼容性能。一方面要求继电器能够承受、抵抗其他电子器件的电磁干扰保持正常工作;另一方面也要求继电器本身的电磁干扰系数尽可能的小，不会对其他电子产品产生干扰。

3.4 电动汽车的推广对汽车继电器提出更新的要求

电动汽车是世界汽车工业的一次革命。它从根本上解决了汽车对环境的污染，是改变汽车对地球上有限石油资源消耗的最有效方法。世界各大汽车公司都在加速开发研制，我国也是一样。锂电池已经投入小批量生产，并已投入实际使用中。电动汽车三大系统(电力驱动系统、主能源系统、辅助控制系统)对汽车继电器负载等技术参数必然会提出新的要求。

3.5 ISO/TS16949标准对汽车继电器配套厂家提出更高要求

ISO/TS16949包含福特的质量规范、通用和克莱斯勒的QS－9000、德国汽车制造商的VDA6.1、法国的EAQF和意大利汽车标准AVSQ等都在质量系统的基础上对部分要求做了细化，在减少供应链波动的同时强调供应商的持续改进和失效预防。

3.6 有用SSR替代目前广泛使用的开关式继电器的趋势

在国外，一些比较大的公司如VALEO＇HELLER＇DANSO＇德国INFIEON半导体公司业已开发出多款≧600V、≧400A，接触电阻≦1mΩ的MOSFET。其主要原因是欧共体对排放的要求。新能源要求低功耗、小体积、长寿命、过压、过流、过热、自动检测并自动采取措施进行重点关断或马上通过总线通讯进行报警等，这些传统的开关继电器是无法办到的。SSR继电器的汽车中的采用比率会逐年增长。

10.3969/j.issn.1000－6133.2013.02.013

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2013－03－26