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[摘 要]： 某车型试验车在耐久试验过程中发生汽车散热器的风扇常转无法关闭问题，经检查为风扇继电器触点发生粘连导致风扇电源无法断开。本文目的为梳理问题的原因及归档解决方案。
[关键词]： 继电器，触点，风扇，感性负载，冲击电流
前言
电子扇为当代汽车水冷式散热器中常用的风扇种类，发动机控制模块（EMS）通过安装在散热器水管或散热器上的温度传感器检测冷却水温度，控制风扇电机运转。目前市场上常见的风扇电机控制方式有PWM控制和恒定转速控制等。
PWM控制方式通过占空比信号实现风扇转速控制，EMS可根据发动机水温对风扇电机转速实施线性调节。此控制方式冷却效果好、节能，但是相对成本较高。
恒定转速控制方式通过控制电子扇工作时长实现水温控制，为兼顾发动机冷却效果和节能效果，汽车电子扇设计为低俗和高速两挡，发动机水温较低时，使用低速风扇，发动机水温较高或空调开启时，使用高速风扇。此控制方式硬件成本较PWM风扇更低，被各汽车主机厂广泛采用。
1.问题背景
某试验车进行综合耐久试验，试验过程中发现散热器风扇常转不停，使用汽车诊断仪检测无故障码反馈，初步判断为物理故障。此车型使用继电器控制高低速风扇形式，在对风扇电源回路检查过程中发现摇动高速继电器后风扇停止运转，重新测试风扇恢复正常工作。更换继电器后故障未复现。因风扇继电器为常开继电器，只有继电器线圈通电时才会工作，可以排除继电器与线束端子接触不良问题，故障直接原因判断为继电器内部损坏。
2.原因分析
2.1、继电器故障分析：
对故障继电器进行X-Ray检查发现继电器动触点存在烧蚀（图1），拆解检查触点存在严重烧蚀（图2），对簧片、衔铁、漆包线、引脚焊接、漆包线焊接等电气参数和机械参数进行检查无异常，对触点材质检查无异常。判断为过流引起的触点烧蚀和粘连。
此继电器连接的风扇电机负载属于感性负载，继电器触点负载最大接通电流150A，最大断开电流50A。
2.2、负载电流分析：
高低速风扇电机理论工作电流32A，启动瞬间电流112A，通过对车辆不同工况下风扇启动/关闭过程中继电器通断电流进行测试如下：
工况电流分析：
工况1-4：风扇的开闭是经过低速再到高速，其接通电流为55-59A，断开电流在27-33.5A，均符合继电器最大接通电流150A，最大断开电流50A的要求。
工况5：从实测车辆运行状态下启停高速风扇继电器情况看;接通最大电流114.5A，0.4秒后断开，还未达到稳态电流就断开，断开时电流为87.5A（超过触点断开最大承受电流50A），9.1s后又开始上一状态的接通断开循环（图3）;高速风扇继电器接通在电流冲击阶段断开，且断开后短时间又开始上一个接通断开循环;频繁接通断开且断开电流87.5A超过继电器最大承受的断开电流50A，断开的电流越大，触点受到电弧烧蚀的程度越大，故继电器提前出现寿命终结。
理论分析结论：大的冲击电流在车辆运行中的启停状态下发生，故障件经短时间（0.4s）接通断开后频繁发生（9.1s），断开电流超过触点最大承载断开电流，触点在受到电弧烧蚀磨损结束时出现触点粘连。
2.3、台架验证复现：
验证试验概述：
按照实测电流114.5A接通，0.4秒后87.5A断开;9.1秒后再次循环;对8只继电器做模拟试验。
测试条件：
测试方法：按IEC 61810-7的4.30（*1）
环境条件：85℃±0.3℃
激励条件：额定电压（13.5Vd.c.）
负载条件：NO触点，电压13.5Vd.c.，接通冲击电流约为114.5A，断开电流约为87.5A，通断比约为0.4s接通，9.1s断开，试验至失效为止;
监测方式：持续监测
失效判据：试验过程中不允许出线接触故障，试验过程中触点电压降不得超过1V，触点开路电压不小于80%的负载电压。试验后等效线圈电阻、动作电压、触点电压降、释放电压、接触电压降、绝缘电阻应符合标准要求。
其他要求：试验过程中以第一次发生失效的循环次数作为判定节点
测试结果：
8只继电器分别在11870、12037、12291、12599、6004、7438、8375、8416次出现粘连。
试验结论：台架验证试验结果稳定复现，各继电器均在试验过程中出现触点粘连。
3.解决措施
更改EMS软件标定策略，在车辆运行48V启停时规避直接开启高速风扇，避免启停过程中频繁开关高速风扇产生的电流冲击。
4. 經验总结
综上，通过对故障继电器拆解分析、车辆不同工况下继电器通断电流的测试以及台架复现，对汽车散热器风扇继电器触点粘连问题进行了深入分析。
通过对该问题的解析与反思可知，继电器在控制感性负载过程中，因为感性负载的电流冲击特性，在电流冲击过程中负载断开时，存在工作电流大于继电器触点断开电流的情况，大电流导致继电器动触点与静触点之间发生剧烈拉弧，超出触点承载能力发生触点烧蚀和粘连。感性负载的控制策略设计过程中应注意规避此问题。
参考文献：
[1] IEC 61810-7-2006（E）：Electromechanical Elementary Relays - Part 7： Test And Measurement Procedures
[关键词]： 继电器，触点，风扇，感性负载，冲击电流
前言
电子扇为当代汽车水冷式散热器中常用的风扇种类，发动机控制模块（EMS）通过安装在散热器水管或散热器上的温度传感器检测冷却水温度，控制风扇电机运转。目前市场上常见的风扇电机控制方式有PWM控制和恒定转速控制等。
PWM控制方式通过占空比信号实现风扇转速控制，EMS可根据发动机水温对风扇电机转速实施线性调节。此控制方式冷却效果好、节能，但是相对成本较高。
恒定转速控制方式通过控制电子扇工作时长实现水温控制，为兼顾发动机冷却效果和节能效果，汽车电子扇设计为低俗和高速两挡，发动机水温较低时，使用低速风扇，发动机水温较高或空调开启时，使用高速风扇。此控制方式硬件成本较PWM风扇更低，被各汽车主机厂广泛采用。
1.问题背景
某试验车进行综合耐久试验，试验过程中发现散热器风扇常转不停，使用汽车诊断仪检测无故障码反馈，初步判断为物理故障。此车型使用继电器控制高低速风扇形式，在对风扇电源回路检查过程中发现摇动高速继电器后风扇停止运转，重新测试风扇恢复正常工作。更换继电器后故障未复现。因风扇继电器为常开继电器，只有继电器线圈通电时才会工作，可以排除继电器与线束端子接触不良问题，故障直接原因判断为继电器内部损坏。
2.原因分析
2.1、继电器故障分析：
对故障继电器进行X-Ray检查发现继电器动触点存在烧蚀（图1），拆解检查触点存在严重烧蚀（图2），对簧片、衔铁、漆包线、引脚焊接、漆包线焊接等电气参数和机械参数进行检查无异常，对触点材质检查无异常。判断为过流引起的触点烧蚀和粘连。
此继电器连接的风扇电机负载属于感性负载，继电器触点负载最大接通电流150A，最大断开电流50A。
2.2、负载电流分析：
高低速风扇电机理论工作电流32A，启动瞬间电流112A，通过对车辆不同工况下风扇启动/关闭过程中继电器通断电流进行测试如下：
工况电流分析：
工况1-4：风扇的开闭是经过低速再到高速，其接通电流为55-59A，断开电流在27-33.5A，均符合继电器最大接通电流150A，最大断开电流50A的要求。
工况5：从实测车辆运行状态下启停高速风扇继电器情况看;接通最大电流114.5A，0.4秒后断开，还未达到稳态电流就断开，断开时电流为87.5A（超过触点断开最大承受电流50A），9.1s后又开始上一状态的接通断开循环（图3）;高速风扇继电器接通在电流冲击阶段断开，且断开后短时间又开始上一个接通断开循环;频繁接通断开且断开电流87.5A超过继电器最大承受的断开电流50A，断开的电流越大，触点受到电弧烧蚀的程度越大，故继电器提前出现寿命终结。
理论分析结论：大的冲击电流在车辆运行中的启停状态下发生，故障件经短时间（0.4s）接通断开后频繁发生（9.1s），断开电流超过触点最大承载断开电流，触点在受到电弧烧蚀磨损结束时出现触点粘连。
2.3、台架验证复现：
验证试验概述：
按照实测电流114.5A接通，0.4秒后87.5A断开;9.1秒后再次循环;对8只继电器做模拟试验。
测试条件：
测试方法：按IEC 61810-7的4.30（*1）
环境条件：85℃±0.3℃
激励条件：额定电压（13.5Vd.c.）
负载条件：NO触点，电压13.5Vd.c.，接通冲击电流约为114.5A，断开电流约为87.5A，通断比约为0.4s接通，9.1s断开，试验至失效为止;
监测方式：持续监测
失效判据：试验过程中不允许出线接触故障，试验过程中触点电压降不得超过1V，触点开路电压不小于80%的负载电压。试验后等效线圈电阻、动作电压、触点电压降、释放电压、接触电压降、绝缘电阻应符合标准要求。
其他要求：试验过程中以第一次发生失效的循环次数作为判定节点
测试结果：
8只继电器分别在11870、12037、12291、12599、6004、7438、8375、8416次出现粘连。
试验结论：台架验证试验结果稳定复现，各继电器均在试验过程中出现触点粘连。
3.解决措施
更改EMS软件标定策略，在车辆运行48V启停时规避直接开启高速风扇，避免启停过程中频繁开关高速风扇产生的电流冲击。
4. 經验总结
综上，通过对故障继电器拆解分析、车辆不同工况下继电器通断电流的测试以及台架复现，对汽车散热器风扇继电器触点粘连问题进行了深入分析。
通过对该问题的解析与反思可知，继电器在控制感性负载过程中，因为感性负载的电流冲击特性，在电流冲击过程中负载断开时，存在工作电流大于继电器触点断开电流的情况，大电流导致继电器动触点与静触点之间发生剧烈拉弧，超出触点承载能力发生触点烧蚀和粘连。感性负载的控制策略设计过程中应注意规避此问题。
参考文献：
[1] IEC 61810-7-2006（E）：Electromechanical Elementary Relays - Part 7： Test And Measurement Procedures