纯电动车辆电磁式电源总开关低温失效问题研究.pdf

QICHEJISHU汽车技术HEAVY TRUCK重型汽车29纯电动车辆电磁式电源总开关纯电动车辆电磁式电源总开关低温失效问题研究低温失效问题研究后，批量出现电磁式电源总开关无法正常开启的问题。从已运营车辆中、A 批次（未装车）、改进 B（未装车）批次零件中随机选取 12 个样品，采用高、低温静置试验、快速高低温叠加冲击和开关接线柱接触冰块三种方式进行测试，并对失效样品进行观察及拆解，针对其出现的通断失效问题从机械结构和电器两个方面进行深入分析研究，并针对该问题提出有效的解决方案。1 故障现象描述1 故障现象描述该纯电动汽车故障现象如下：冬季车辆白天不间断运营运 8 12h 后，停放一晚，第二天发现电磁式电源总开关不工作，车辆整车无电，无法启动；部分车辆开打电磁式电源总开关510分钟后，可正常通电；其余车辆无法正常通电，更换新零件后故障解决；车辆运行半个月左右，再次出现相同的故障。2 测试对象与方法2.1 测试对象据此，本次测试选取批量运行的22 辆该型纯电动车辆选取 4 件，从厂里库存件中领取 4 件，生产厂家发过来4 件改进型样件，共计 12 件样品进行故障原因分析。该型纯电动汽车的电磁式电源总开关数模图如图 1 及参数如表1 所示。图 1 电磁式电源总开关数模图片图 1 电磁式电源总开关数模图片表 1 电磁式电源总开关性能参数表 1 电磁式电源总开关性能参数名称参数工作环境温度-40 65额定工作电压24V额定工作电流0.5A额定负载电流150A吸合电压（启动）17V释放电压（断开）工作于电磁控制模式下寿命1 10V通断 5 万次2.2 测试方法2.2.1 将被测试对象分为三个组A 组：实车上拆卸件 4 个，编号分别为 A1、A2、A3、A4；B 组：库房领取的原状态件 4 个，编号分别为 B1、B2、B3、B4；C 组：供应商提供的改进状态新件4 个，C1、C2、C3、C4。2.2.2 故障条件模拟方法1)恒温恒湿箱设置高温 90、湿前言前言纯电动、混合动力汽车已经成为汽车产业发展的主流方向，汽车零部件的电气化正在加速，且越来越智能化、专业化。城市运输作业场景的车型也逐步被替换为新能源车型。纯电动轻型物流车中，很多车型配备了电磁式电源总开关，且有快速增加的趋势。电磁式电源总开关属于电气化的总开关零件，近两三年才批量应用到电动汽车中，其原理是通过一路低压电源，控制其内部的总开关通断。因其操作使用方便，司机每次下车前只需按下驾驶室内部的红色按钮就可以实现整车电源的通断，很受司机欢迎。但是整车所有控制器、保险等所有的用电器均受到此开关的控制，它是车辆的总电源开关，所有的用电回路都经过它。车辆的使用环境，包括温度、湿度、尘埃、南北方的气候差异、海拔、车辆的颠簸等都会影响其可靠性。一旦电磁式电源总开关无法正常开启或者接触不良，就会导致整车断电，所有的控制器就停止工作，从而影响车辆正常启动或整个 CAN 通讯中断，严重影响行车安全，甚至可能导致交通事故的发生。本文主要解决是冬季车辆停放一晚文文/候海贵 吴苗苗（陕西汽车控股有限责任公司候海贵 吴苗苗（陕西汽车控股有限责任公司）【摘 要摘 要】电磁式电源总开关是整车低压电器的供电开关，它工作是否正常直接影响车辆的安全。车辆的使用环境、】电磁式电源总开关是整车低压电器的供电开关，它工作是否正常直接影响车辆的安全。车辆的使用环境、南北气候差异、早中晚的温差变化等对电磁式电源总开关的可靠性提出了很高的要求。本文对批量使用的电磁式电南北气候差异、早中晚的温差变化等对电磁式电源总开关的可靠性提出了很高的要求。本文对批量使用的电磁式电源总开关的失效形式进行还原，从实车、A 批次，改进 B 批次零件中随机选取 12 个样品，采用高、低温静置试验、源总开关的失效形式进行还原，从实车、A 批次，改进 B 批次零件中随机选取 12 个样品，采用高、低温静置试验、快速高低温叠加冲击和开关接线柱接触冰块三种方式进行测试，并对失效样品进行观察及拆解，查明了失效的原因，快速高低温叠加冲击和开关接线柱接触冰块三种方式进行测试，并对失效样品进行观察及拆解，查明了失效的原因，并通过更改结构、增加密封的方式，成功解决了纯电动车辆电磁式电源总开关失效的问题。并通过更改结构、增加密封的方式，成功解决了纯电动车辆电磁式电源总开关失效的问题。【关键词关键词】电动汽车；电磁式电源总开关；失效电动汽车；电磁式电源总开关；失效重型汽车HEAVY TRUCK30度 90%，保持 4 小时，模拟电磁式电源总开关正常工作时的条件。2)恒温恒湿箱设置低温-25，保持 4 小时，模拟电磁式电源总开关正常工作后，在低温条件下停车休息的条件。3)电磁式电源总开关接线柱接触冰模拟停车后电线迅速散热的实际状况。2.3 进行测试故障条件模拟结束后，恒温箱保持低温，实验样品分别给电磁线圈通电，观察线圈电流，听到线圈吸合声音后，使用万用表测量主接线柱通断，如图 2。图 2 电磁式电源总开关电阻测试图片图 2 电磁式电源总开关电阻测试图片3 测试结果测试结果1)所有的电磁式电源总开关在湿度较大的情况下，经过先高温后低温各 4小时后均工作正常。2)所有的电磁式电源总开关在湿度较大的情况下，经过先低温后高温各 4小时后均工作正常。3)电磁式电源总开关高温后，接线柱短时触冰（模拟停车时的环境温度），出现约 25%的零部件工作不正常。4)电磁式电源总开关高温后，接线柱放入冰块，-25静置 4h 后，全部的电磁式电源总开关都无法正常工作。4 问题分析与解决4.1 问题分析图 3 电磁式电源总开关电路原理图 3 电磁式电源总开关电路原理电磁式电源总开关，顾名思义就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。其设计原理是通过小电流通到电磁铁线圈，电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推动或者拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路，电路原理图如图 3。从上面的试验结果来看，在湿度90%的情况下，经过 90高温静止 4小时后或者经过-25静止 4 小时后或者接触冰块，通电测试，电磁线圈都能吸合，说明电磁线圈的工作都没有问题。即图 3 所示的 85、86 线束针脚到电磁线圈回路都正常工作，电磁线圈所连接的拉动开关也已经闭合。接触冰块后（高温后迅速降温）才出现触点不导通的情况，此时已经出现25%的故障；如果再进行-25静置 4小时，则全部出现触点不导通。试验过程中电磁式电源总开关失效过程为：高温静止 4h，冰块冷却，低温静置 4h，触点不导通，开关失效。从以上的故障过程可以看出，接触冰块后电磁式电源总开关产生失效，即热冷叠加冲击后产生失效，失效结果为触点不导通。通过拆解发现，电磁式电源总开关壳体内部出现结霜及薄冰，接触铜片表面附着一层薄冰，开关内部其余部分正常。观察电磁式电源总开关壳体外部，发现壳体中上部有 2mm 的透气孔，其余部分密封良好。再结合故障现象中描述的“部分车辆开打电磁式电源总开关 5 10 分钟后，可以正常通电”进行分析，结合试验的测试结果，可得出车辆运行中电磁式电源总开关的失效过程为：冬季车辆运行完成，停放一夜，触点不导通，开关失效，打开通电开关510分钟，开关正常。从以上的失效过程可以得出，电磁式电源总开关在车辆运营中的故障应为，车辆运行后，电磁式电源总开关升温，晚上停车冷空气从透气孔侵入，带入水蒸气进入开关内部，水蒸气遇到高温的开关铜片后，在铜片表面形成一层水雾，在电磁式电源总开关冷却过程中，结成薄冰附着在铜片表面。当打开电磁式电源总开关控制按钮后，控制电路引导电磁线圈产生磁力，推动开关触片闭合。闭合动作已经完成，但由于两边接触开关的铜片都附着有薄冰，而冰又不导电，最终导致开关失效。故障描述中的“部分车辆开打电磁式电源总开关 5 10 分钟后，可以正常通电”的原因为通电后，电磁式电源总开关会产生温升，冰被融化成水蒸气后，开关就正常工作了。4.2 解决方案经过分析研究，解决纯电磁式电源总开关失效问题核心是防止结冰出现，或者出现结冰后能快速消融冰块。具体可以通过更改结构，取消壳体上的透气孔或者通过 S 透气型引导，避免水蒸气凝结在铜片触点上。还可以在接触开关的引导动作及接触的形式设计上避免此问题。例如，开关与与发热元件隔离，减少热传递，或者接触动作擦除薄冰。本次更改方案采用的是堵塞透气孔，堵塞后，用相同的办法测试，均未出现故障。实车测试 10 天，也未再次出现故障。5 结语电磁式电源总开关是车辆总电源的控制开关，其可靠性直接影响整车的供电安全，导致车辆无法正常工作，严重的可能导致人身伤亡。本文所研究的是纯电动车辆批量运营过程中出现的车辆冬季停放后无法启动的问题。通过对比试验的方法进行失效过程还原，并通过试验现象、问题件拆解等过程，最终发现问题产生的原因，并选取最简单可行的解决办法。我们可以通过更改触点结构，提高触点接触力、整体进行密封等措施，以提高电磁式电源总开关的可靠性。此外，零部件生产厂家也可通过此试验方法来进行测试，提高零部件冷热冲击可靠性及极寒天气适应性，也可有效避免此类问题的出现。参考文献略。