浅谈汽车用继电器及选型原则

李俊岭，杜家胜

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）



浅谈汽车用继电器及选型原则

李俊岭1，杜家胜2

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章主要介绍了汽车用继电器的工作原理，继电器的结构及相关功能，同时重点介绍在汽车开发过程中如何对继电器进行选型。

关键词：汽车用继电器；工作原理；选型原则

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.053

CLC NO.: U463.6Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-148-03

引言

在汽车整车电路控制中，为了保护相关的电器元件和实现相关控制功能，一般会在电路中增加一个继电器控制，从而实现用较小的小电流控制大电流电路。所以继电器广泛用于车辆的各种电器控制之中，

本研究是介绍汽车用继电器基本特性及在整车开发过程继电器的选型计算原则。

1、继电器工作原理及电磁力计算公式

汽车用继电器一般有铁心、线圈、衔铁、轭铁、动簧片、动触点、静出点组成的。继电器结构如下图所示：

图1　继电器内部结构图

继电器工作原理：在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁心，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回到原来的位置。

下图为继电器电磁力计算公式：

图2　继电器电磁力关键数据

NI—线圈匝数；

A—铁心截面积；

X—未吸合时衔铁与铁心间的距离；

R0—磁路中的磁阻。

2、继电器功能及分类

根据继电器形式不同，主要完成下列功能： 分隔电子控制和功率负载；分隔直流和交流电路（即通过直流控制信号切换交流通路，反之亦然）；信号放大以及增加开关通路数目；多种切换功能；延迟、整形或改变外加信号。

继电器负载电流分为额定负载电流和过载电流，额定负载电流是正常工作下的电流，过载电流是允许的瞬时负载电流，是超过额定电流的。

⑴根据继电器形式不同，主要完成以下功能： ①分隔电子控制和功率负载；②分隔直流和交流电路（即通过直流控制信号切换交流通路，反之亦然）；③信号放大以及增加开关通路数目； ④ 多种切换功能；⑤⑥延迟、整形或改变外加信号。

⑵继电器的一般分类：①电磁式继电器：通过电气激励线圈，来履行切换功能且输入与输出隔离，机械地断开或闭合触点，实现控制功能的继电器；②混合继电器：将电磁继电器和电子元件混合在一起，来履行切换功能且具有输入与输出隔离和使用机电输出的一种继电器。切换特性由机电继电器的技术规范决定；③固体继电器：完全由电子元器件履行其切换功能，输入与输出隔离且无运动零部件的继电器。

⑶按触点形式分：①动合型（H型）：线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合；②动断型（D型）：线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开； ③转换型（Z型）：这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。目前车辆上大多数应用机电式继电器。

⑷继电器按负载特性，主要分①阻性负载（Resistive）、②电机负载（Motor）、③灯负载（Lamp）、④感性负载（Inductance）。

3、继电器一般要求

继电器的工作电压应符合表1的规定：

表1

继电器的外形及安装尺寸按QC/T 78-1993中的规定进行，如有特殊要求，需要针对具体情况实际设计外形及安装。

继电器标志应清晰，塑料零件应无裂纹，塑料罩壳的外观质量应不低于JB/T 4159-1999中2.4.3二级要求，继电气金属零件应由可靠的防腐层或使用具有耐腐蚀性的材料制造，电镀层和化学处理层应均匀，不露基底，无裂纹和缺陷。接插式小型继电器，插片与底座间应结合牢固，当插片受到纵向挤压后底板不应凹陷变形。继电器主要技术参数 ：额定电压：12V DC；工作温度：-40℃~+90℃；工作电压：9V~16V；线圈电阻或电流：＞70Ω或＜175mA（含并联电阻）；吸合电压：≤8.5V； 释放电压：1.5V~4.8V；介质耐压：500V AC、1mA、1min；绝缘电阻：＞10MΩ、500V DC；负载：灯负载、马达负载、电阻负载20A~70A/14V DC；电寿命：100000次/工作频率：on：3s~off：3s；机械寿命：1000000次。

4、继电器性能及试验要求

在无负载的情况下，检测继电器吸合电压，释放电压应符合表2规定：

表2

继电器的吸合电压、释放电压、触点电压降应符合表3规定：

表3

4.1 绝缘耐压试验

各互不连接的导电零部件之间及导电零部件对机壳之间应能耐受50Hz、550V正弦波形电压历时1min的试验，绝缘不被击穿。（在大批量生产时，可用电压660V，历时1s代替）。

4.2 耐温度性能试验

继电器应能在下图表4所规定的下限或上限工作温度下按规定的要求工作；并应按所选的下限或上限储存温度进行8h的低温/高温试验，恢复至室温后继电器吸合电压、释放电压及触点电压降应满足要求。

表4

4.3 温度变化试验

表5

按规定的方法进行温度变化及组合循环试验，试验后将继电器置于室温下1h后性能应符合要求。下图表5为继电器吸合电压随温度变化图。

备注：温度每升高1℃，继电器吸合电压升高0.4%。

4.4振动试验

继电器在不工作情况下，应承受X、Y、Z三个方向的扫频振动试验，试验后继电器吸合电压、释放电压及电压降均应满足要求。

4.5 盐雾试验

继电器在不工作情况下，进行48h盐雾试验，试验后继电器的吸合电压、释放电压应能符合吸合、释放电压要求。

4.6耐久性试验

将继电器按规定的接线方式及负载性能参数在专用试验台上进行耐久性试验，试验时通电2s和断电3s为1周期（或1次），试验后性能应符合：继电器耐久性工作次数不小于100000次，耐久性试验后继电器吸合电压、释放电压应符合要求，除电压降与表3相比，可增加50%。

5、继电器选型原则

汽车系统采用的是直流电，负载回路的继电器触点在断开时候容易产生电弧。且不同的负载，由于特性一致，在回路接通瞬间，产生的冲击电流或则浪涌电流大小和频率都不一样。对继电器负载回路的影响也不一样，触点稳态负载大小应根据冲击电流的大小降额使用。计算公式：负荷电流(A) = [额定功率(W)/公称电压(V)]*[电源电压(V)/公称电压(V)]。公称电压为12V，电源电压为13.5V。

5.1 外形及安装方式

⑴汽车继电器的安装方式有PCB板式、ISO插座安装式、ISO 280插座安装式和外壳固定、卡装安装方式。

⑵对主回路稳态电流超过20A的继电器，一般选用插座快速连接式。

⑶对体积大的继电器，可选用外壳安装式，防止在冲击、振动条件下，安装脚损坏。

5.2 触点负载类型

部分汽车继电器的负载能力，只标称阻性负载，但汽车继电器实际使用的往往不是阻性负载，而是感性负载、灯负载、电机负载，因存在较高的冲击电流，触点稳态负载大小应根据冲击电流的大小降额使用。下面对几种负载进行说明：

⑴ 灯负载：由于汽车大灯冷态电阻很小，接通瞬间的浪涌电流为稳态电流的5倍-10倍。大的浪涌电流会使触点产生熔焊失效。

⑵电机负载：电机负载主要有风机、油泵、雨刮电机等，电机负载在启动时有4倍左右冲击电流，持续时间300ms左右，容易造成触点沾接。

⑶感性负载：电磁铁、喇叭接通瞬间会出现浪涌电流，关断时，产生较高的反向电压，贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉，这将导致触点烧蚀，金属转移、粘接。

⑷ 阻性负载：阻性负载主要是电加热设备。

5.3 以某一具体车型为例，车辆所用继电器如下

表6

全车共使用21个继电器，其中9个电机类负载，5个灯负载，2阻性负载，4个感性负载。

根据车辆继电器需求，根据每个部件的额定功率，计算出负荷电流，然后根据负载特性选择合适的继电器。

以大灯继电器为例：负载电流=110W*13.5V/12V/12V= 10.3A，由于是灯负载电流，浪涌电流在50-100A之间，可以选用阻性电流为40A,的继电器，抗冲击电流在120A以下。

冷凝风扇电机负载电流=500W*13.5V/12V/12V=46A,由于是电机负载，浪涌电流在180A左右，可以选用阻性电流为70A的继电器，抗冲击电流在150A以下。

电喇叭负载电流=80W*13.5V/12V/12V=7.5A，由于是感性负载，浪涌电流不是很大，但根据特性，继电器内要并联电阻，吸收反向电压，继电器选型为阻性是20A,抗冲击电流在40A以下。

后除霜负载电流=200W*13.5V/12V/12V=19A，由于是阻性负载，继电器选型为30A的继电器即可。根据次原则，对整车所用继电器进行选型。

6、结论

本文通过对继电器介绍、及继电器的选型原则，指导汽车电器设计人员合理匹配继电器。

参考文献

[1] 继电器百度百科.Http://baike.baidu.com.

[2] 郑天丕. 继电器制造、工艺、作用[M].北京:电子工业出版社,1996.

[3] 魏春源译. BOSCH汽车工程手册[J].北京理工大学出版社, 2009.

中图分类号：U463.6

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-148-03

作者简介：李俊岭，就职于(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

On the automotiverelaysandselection principles

Li Junling, Du Jiasheng
( AnHui JiangHuai Automobile CO., LTD.Technical Center, Anhui Hefei 230601 )

Abstract:This paper describes the working principle automotive relay, relay structure and related functions, while focusing on the development process in the car how to relay selection.

Keywords:Car selection; The working principle; Selection principle