原創(chuàng)作者：http://baijiahao.baidu.com/s?id=1587761676701906625&wfr=spider&for=pc

最近項目中遇到繼電器粘連的問題，借此機會了解了一下有關(guān)基礎(chǔ)知識，網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)這篇文章寫的很好，簡單易理解，我就收藏了。

一、為什么要監(jiān)測繼電器狀態(tài)

1.1 一個事故

在資料中看到這樣一個案例。一輛樣車，在試運行幾天以后的一個早上，試車員初次上電時，出現(xiàn)故障，打開高壓箱，發(fā)現(xiàn)熔斷器，正負極繼電器全部燒毀，預(yù)充繼電器和電阻沒有什么損傷。經(jīng)過逐步分析確認，推測事故的發(fā)生的過程如下：

前一天傍晚，試車員駕駛樣車路試回停車場，偶然發(fā)生了緊急情況，本應(yīng)該踩剎車制動，情急之下，除了剎車還拍了緊急停車按鈕。這個按鈕的權(quán)限很高，可以直接斷高壓。車子正常停住了，重新上電后，并沒有什么異常，開回了停車場。然后出現(xiàn)前面說的早晨上電故障問題。

急停開關(guān)拍下去以后，系統(tǒng)直接斷高壓，正負極繼電器被要求先后斷開，此時車輛高速行駛中，回路中負荷著較大的工作電流。表面上看，急停后高壓下電正常（設(shè)計中沒有繼電器檢測功能），但實際上繼電器已經(jīng)嚴重損傷；分斷后，馬上重新上電，損傷較嚴重的正極動靜觸頭隨之融焊到一起。

早晨再次上電，按照正常策略，應(yīng)該先閉合負極，再閉合預(yù)充繼電器進行預(yù)充。然而正極已經(jīng)是接通狀態(tài)，負極剛剛接通，大電流發(fā)生，熔斷器熔斷，負極繼電器進一步損壞。下面是一個簡圖，K1預(yù)充電繼電器，K2,正極繼電器；K3負極繼電器；R預(yù)充電電阻。

1.2? 繼電器狀態(tài)不明確的危害

如果繼電器發(fā)生粘連，而管理系統(tǒng)并不了解這個情形，則有可能發(fā)生前面故障案例中提到的問題，繼電器粘連，造成預(yù)充電回路失效，回路中發(fā)生了大電流沖擊；如果繼電器粘連發(fā)生在系統(tǒng)正在工作的狀態(tài)，收到斷開信號而不能斷開，輕則系統(tǒng)不能正常下電，需要維修；重則，在遇到碰撞事故時不能及時斷開，發(fā)生人員觸電或者增加電池整體熱失控風(fēng)險。

如果繼電器的問題不是粘連，只是接觸電阻增大，也會輕重兩個極端。后果輕微的情形，是接觸電阻消耗了電池的能量，使得能量效率降低，續(xù)航里程減??；嚴重的后果，接觸電阻大，如果再疊加大電流工作情形，則很可能進一步引發(fā)粘連的發(fā)生。繼電器電阻檢測還不是太普遍。

二、 繼電器為什么會粘連

下圖所示，為單一常開觸點繼電器。參考圖中各個組成部分的名稱，閱讀下文。

1 線圈； 2 鐵芯； 3 空氣隙； 4 銜鐵； 5 動觸點； 6 定觸點； 7 彈簧； 8 止擋

繼電器的粘連最容易發(fā)生在閉合階段和剛剛分斷短時間又重新閉合的情形下。具體的原因有下面幾類。

負載電流過大

某些種類的繼電器，為了提高大電流分斷能力，將動靜觸頭系統(tǒng)設(shè)計成斥力觸頭。在正常工作狀態(tài)，電流比較小，斥力雖然存在，但與吸合力相比過于微弱，因而不會發(fā)揮太大的作用。當回路出現(xiàn)短路電流時，較大的電流使得觸頭之間的斥力能夠協(xié)助機械機構(gòu)實現(xiàn)速分斷。

當系統(tǒng)中承載了超過繼電器負荷能力的電流時，這種斥力作用也會變得比較顯著，抵消了一部分動靜觸頭之間的接觸壓力，觸頭之間的電阻增大，配合大電流，使得觸頭之間的熱量產(chǎn)量增加；大的負荷電流，也有可能造成循環(huán)合分的情況，出現(xiàn)短距離拉弧。這些都提高了粘連發(fā)生的風(fēng)險。

吸合電壓不穩(wěn)定

電動汽車主回路中常用的繼電器類型是常開觸點，回路閉合需要給繼電器線圈供電，克服觸頭彈簧的拉力。線圈電源不穩(wěn)定，產(chǎn)生的吸合力就會忽大忽小，觸頭之間的電阻也跟著忽大忽小，甚至出現(xiàn)微小的距離變化，出現(xiàn)拉弧情形，進而發(fā)生前面大電流帶來的類似現(xiàn)象，增加融焊幾率。

大負載分斷

回路正在大功率工作的時候，突然斷開繼電器，是對繼電器最嚴酷的考驗。動靜觸頭分開的瞬間，觸頭表面正處于高溫狀態(tài)，高電壓擊穿介質(zhì)，將電子發(fā)射到對面觸頭表面，形成電??；電弧的燃燒又會進一步電力周邊介質(zhì)，形成更大的離子通道。只有當動靜觸頭的距離拉開足夠遠，弧阻足夠大，回路電流才會降下來，進而熄滅，達到真正的斷開狀態(tài)。電弧燃燒的過程中，觸頭表面被損壞，金屬近似熔融狀態(tài)。即使第一次分斷正常分開，如果在短時間內(nèi)重新閉合，則觸頭非常容易融焊到一起。

在2017年12月10號的文章《動力電池包高壓繼電器怎樣考慮分斷能力 》中主要討論了繼電器分斷大負載的問題，可以參考閱讀。

三、 怎樣防止繼電器黏連

防止繼電器粘連的發(fā)生，一方面，選擇分斷能力、負載能力高的繼電器，減小前面所述幾種粘連情形發(fā)生的可能。更重要的一個方面是，設(shè)計合理的上下電流程和運行安全策略，盡量避免帶載分斷和大電流沖擊情況的發(fā)生?？刂评砟畈煌?，關(guān)注的安全項目不同，管理系統(tǒng)具備的功能不同，策略差距會比較大，此處僅作為一個案例。

高壓上電

整車控制器接收到ACC信號，高壓上電過程啟動。管理系統(tǒng)首先進行初始化和自檢。自檢的內(nèi)容包括系統(tǒng)串并數(shù)，電壓、電量、溫度等基本參數(shù)；如果自檢出錯，則發(fā)出故障報警等待人工處理，否則系統(tǒng)判斷自檢步驟完成，進入下一步；

高壓互鎖檢測，如果出現(xiàn)連接故障，則報警，否則進入下一步；

高壓繼電器狀態(tài)檢測，繼電器均處于常開狀態(tài)，狀態(tài)有誤，報警；否則，進入下一步；

按此方式再完成絕緣檢測，無故障，則閉合總負和預(yù)充繼電器，給電機控制器進行預(yù)充電，過程時長一般在幾百毫秒。

當電機控制器并聯(lián)電容電壓達到設(shè)定值，一般是系統(tǒng)電壓的90%以上，以電壓值為依據(jù)判斷預(yù)充電結(jié)束。也有按照時間結(jié)束預(yù)充電過程的控制策略，但可能會發(fā)生預(yù)充達不到要求電壓的情形，需要重新進行預(yù)充過程。

系統(tǒng)判斷預(yù)充電過程結(jié)束后，閉合主正繼電器，上電過程結(jié)束。上電之前對繼電器狀態(tài)及其他高壓安全因素的檢測，是避免文章開始所描述事故的重要方法。

高壓運行

電動汽車運行過程中，整車控制器按照幾個模式去管理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，起步模式、正常驅(qū)動模式、制動模式、失效保護模式、空檔模式、充電模式等，根據(jù)輸入輸出參數(shù)，判斷參數(shù)符合哪種模式，控制車輛的整體運行狀態(tài)。

與這些模式并行的高壓安全系統(tǒng)，在車輛運行過程中，其主要責任是檢查系統(tǒng)關(guān)注的高壓安全狀態(tài)，比如高壓互鎖狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、絕緣電阻等，并處理相應(yīng)故障。故障處理的方式是否恰當，則直接影響繼電器的工作狀態(tài)和使用壽命。

故障斷開控制策略

電動汽車系統(tǒng)故障有很多種，但在系統(tǒng)設(shè)計完成時，已經(jīng)對每種故障分配固定的故障等級，一般按照2級或者3級故障執(zhí)行。等級低的故障，一般采取報警提示駕駛員即可；中等故障，除了報警提示以外，系統(tǒng)可能需要執(zhí)行臨時處理措施，比如溫度比較高時，系統(tǒng)會自動降功率運行；遇到故障等級最高的特殊情形，為了保護人員安全，節(jié)約處理反饋時間，則系統(tǒng)有權(quán)限自動下電，比如發(fā)生碰撞事故。

系統(tǒng)自動下電過程中，比較理想的方式是先指令負載停止工作，再指令繼電器分斷。如果遇到不能兩全的情形，則只能犧牲繼電器。

在指令繼電器斷開過程中，還需要考慮繼電器并不能夠執(zhí)行斷開動作的情形，配合繼電器狀態(tài)檢測功能，對不能完成命令的情形必須報警提示駕駛員。

高壓下電

正常的下電過程比較簡單，先要求負載停止工作，再進行高壓繼電器斷開動作，避免繼電器帶載斷開的情形。另外如果動力電池溫度過高，則繼續(xù)運行冷卻程序，直至達到可以下電條件，再斷開高壓繼電器。

4 怎樣檢測繼電器狀態(tài)

趙春明在他的文章《電動汽車高壓電系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測》中介紹了一種繼電器觸點監(jiān)測方法，按照檢測方法、應(yīng)用實例和在線監(jiān)測的順序表述。

4.1 檢測方法

高壓回路繼電器，有很多種情形都可能造成繼電器的損壞，可以說繼電器是高壓回路上的一個比較脆弱而重要的環(huán)節(jié)。監(jiān)控繼電器的狀態(tài)，確保它出現(xiàn)故障，不能正常執(zhí)行指令的時候能夠及時發(fā)現(xiàn)，提前處理，則是高壓安全的重要手段

繼電器狀態(tài)檢測，當前主要有兩種方法，其一是檢測繼電器線圈帶電情形；其二是直接檢測繼電器觸點狀態(tài)。

方法一，檢測低壓線圈電壓，采用直接測量的方式就可以實現(xiàn)；

方法二，原理如下圖所示。圖中開關(guān)K為待測繼電器，測量結(jié)果由電壓表顯示。如果電壓表無法測量到輔助回路電源電壓，則繼電器處于斷開狀態(tài)；電壓表可以測得電壓，則繼電器處于閉合狀態(tài)。

4.2 方法二的實際應(yīng)用

作者設(shè)計了一個模擬應(yīng)用的實驗。采用64V鉛酸電池作為主回路電源，測量回路選擇12V電池作為輔助電源，R0取200kΩ，實際測量結(jié)果如下表所示。測量結(jié)果顯示，采用這個測試方法，可以準確區(qū)分繼電器的接通和斷開兩個狀態(tài)，并且驗證了主回路電流對電壓測量值的影響并不顯著。

4.3 在線監(jiān)測應(yīng)用

將上述方法應(yīng)用到實際運行的電動汽車中。作者認為，當電機處于工作狀態(tài)時，系統(tǒng)不需要進行繼電器監(jiān)測，因為系統(tǒng)必然是通路。只有在母線電流為0時，系統(tǒng)才需要對繼電器狀態(tài)進行確認，監(jiān)測周期500ms；可以檢測到近似輔助電源，電壓說明繼電器閉合；無法檢測到近似輔助電源電壓，繼電器斷開。作者的方法已經(jīng)被應(yīng)用于自己的項目。

參考資料

1 申彩英，純電動汽車高壓預(yù)充電研究；

2 龍成冰，電動汽車高壓電預(yù)充智能管理探索；

3 李東艷，電動汽車高壓上下電控制電路及系統(tǒng)研究；

4 宋炳雨，總純電動汽車高壓電安全管理系統(tǒng)研究與設(shè)計；

5 張俊，總純電動汽車高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)研究；

6 喬鑫磊，高壓直流大功率繼電器觸頭動熔焊現(xiàn)象研究；

7 趙春明，電動汽車高壓電系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測；

8 符興鋒，增程式純電動汽車動力電池高壓電安全管理；

（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)公開資料）

愿你出走半生，歸來仍是少年…