浅析车用继电器诊断

周积茂

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅析车用继电器诊断

周积茂

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

为了满足汽车电子电路和安全问题的严格化要求，可采用电子监控诊断方法来监控继电器开关触点。本文讲述通过继电器内部的触点系统的桥接方式和线圈系统的动态性能的变化对触点的电阻变化进行判断的诊断方法。此种采用电子监控的方式来监控线圈驱动器的继电器诊断方法，可及时提供电路状态信息，提高了汽车电路的安全性。

继电器；触点电阻；诊断方法

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

前言

随着汽车技术的迅猛发展，对电气系统的可靠性要求越来越高。继电器在电气系统中应用广泛，其作用至关重要，其一旦损坏会导致某项功能丧失、影响车辆正常使用，给使用者造成不便，若油泵、发动机ECU等继电器损坏有可能造成安全事故。电子电路及安全要求的严格化，造就了用诊断方法来监控继电器开关触点成为技术发展趋势。在线诊断继电器各项参数，由参数变化分析性能及可靠性趋势，当参数变化分析出继电器可能将损毁时，作为故障，提醒提前修理、更换，避免继电器损坏后导致某项功能丧失才去修理、更换。

车用继电器的设计初衷是利用12VDC（或24VDC）的负载电压以及1 A以上的负载电流来切换实际汽车电器负载（例如电机、油泵、ECU、车灯、加热系统等）。若诊断电流和电压过低，则会导致对继电器触点状态的理解错误。本文讲述了继电器触点系统、线圈系统及动态性能的技术背景，并就相应的诊断方法给出了建议。

1、继电器诊断原理

1.1 触点系统

车用继电器的最常用触点材料是细粒银(AgNi0.15)及银氧化锡(AgSn02)。两种材料均可硫化和氧化。这些氧化物层、硫化物层及其它化合物层在吸收环境大气中的气体分子后，将在非常短的时间内形成在金属触点表面。这些材料层能够增加触点电阻。这些材料层的电阻取决于其厚度、有效接触面积以及接触材料/层的电阻率。若要实现可靠的电气接触，则必须破坏这些材料层。可通过机械、电气或热力破坏的方式，达到这一目的。机械破坏要求具有较大的接触力。由于车用继电器的尺寸非常小，因此难以安全地获得这样的接触力，尤其是对于常闭触点而言。电气破坏要求具有一定的击穿电压和毫流。这种破坏方式被称作A熔。

击穿电压取决于材料层的厚度和电阻率，理论上可达数百伏。在实际的车用继电器中，击穿电压可达3VDC。要产生A熔，电流至少应为10mA。电气击穿之后，一小股电流将强制通过材料层中非常薄的通道。因此产生的局部高电流密度能够快速加热导电通道，破坏材料层，直到最终实现（几毫秒内）金属与金属之间的桥接。这种方式被称作B熔。B熔电压也取决于材料层的厚度和电阻率，在实际的车用继电器中，可达300mV。热力破坏要求温度较高，只能通过大接触电流或电弧（隔离有感负载）的方式来实现。只有在电气破坏结束后才能使用热力破坏。

1.2 线圈系统及动态性能

车用继电器线圈用于直流电压。开关时间（即开启时间或打开时间以及断开时间或关断时间）通常较短（以毫秒为单位）。开启时间取决于所施加的线圈电压。图3为开启时间与线圈电压的关系图，涉及实际吸合电压。在环境温度为23℃的情况下，图中的标称电压为实际吸合电压的170%（例如7VDC吸合电压对应12VDC标称电压）。若线圈温度增加，则会增加吸合电压，进而延长相同线圈电压下的开启时间。若将可能存在的触点颤动计算在内，则开启时间是数据表所示典型值的3倍。

断开时间一般仅取决于所使用的线圈抑制装置。

若采用的是与继电器线圈并联的低电阻器件（例如二极管），则可使断开时间增至数据表所示典型值的4倍。

1.3 线圈电阻

车用继电器的电感可超过（在非饱和范围内）1H。这样，时间常数tau便为1—50ms，以便实现感应电流激增（跳变响应）。若通过4极测量的方式来测量线圈电阻，则在通电后感应电流增加的过程中测得的电阻值将不正确。

1.4 诊断方法

触点诊断方法必须符合如下规定：

注意，触点电阻可能为非线性。由于存在上述熔接现象，因此触点电阻可能为非线性。也就是说，在低压、低电流情况下测得的触点电阻（例如利用标准万用表测得）可能远高于实际状况（例如提供100W负载）下的触点电阻。我们建议根据实际应用及实际连接的车载电网电压来执行诊断。

提供足够的电压和电流，强制执行A熔。若不能根据实际应用及电压情况来执行诊断，则测量电压必须能够保证击穿可能存在材料层。我们建议电压至少为5VDC，电流至少为100mA，时间至少为1ms。

若压降可为300mV，则合格。B熔是一种物理现象，只能在所有银基触点上发生。若为信号灯，则可使用专用信号继电器。我们建议将每个继电器触点的诊断电压阈值设为500mV（对于H电桥或串联触点而言，尤其重要）。

注意最大开关时间。若诊断时必须切换触点状态（通电或断电继电器），则必须在达到既定触点状态后才能开始诊断。根据环境条件（温度、电压、线圈电路），这个时间值可能远大于规定的典型时间值。我们建议延迟时间至少是典型开关时间的10倍，或者在至少110%的吸合电压下首次切换触点状态后，延迟时间至少是典型开关时间的20倍。

线圈诊断方法必须符合如下规定：

确保在诊断过程中触点状态不被切换。如果采用电子监控的方式来监控线圈驱动器，则线圈的通电／断电时间不得引起触点意外闭合或打开。我们建议时间最长为0.5ms。

1.5 诊断说明

①在汽车使用寿命期间，由于触点侵蚀、磨蚀及松弛等老化作用的影响，继电器参数可能改变。此外，车内环境要求（温度、振动等）高于在线或离线试验。因此，我们建议车内诊断时，采用较高的电压阈值（约3VDC）及较长的延迟时间（至少为典型开关时间的15倍）。

②由继电器控制开断的大多数应用中，不涉及安全问题。若检测到可能存在继电器故障，则我们建议不要阻断继电器随后的动作，只需将故障情况写入错误存储器即可。

2、结束语

继电器诊断采用电子监控技术，是为了解决汽车电子电路的安全问题，利用触点电阻的变化做为继电器诊断点，实现实时监控，可靠性高，是目前汽车继电器诊断的发展方向。

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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--

周积茂，助理工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，从事汽车电气系统研究和电器部件开发、设计工作。