一：继电器粘连失效机理

根据近期统计的五例某纯电车型发生的继电器粘连故障，其中两例为容性接通导致粘连，三例为外部短路异常大电流冲击。下面将进行试验对比，通过测试数据与市场案例形貌分析，初步判断继电器粘连原因以及该工况下产生类似形貌的原因，进一步根据故障树推导整车工况下导致继电器粘连的根本原因。需要特别指出的是，继电器粘连后的形貌没有定量指标，只能提供一种初步分析粘连故障原因的方向，具体粘连的原因还需要结合整车工况，电池管理系统系统记录的数据详细分析和定位，如表 1 所示。

1、容性接通粘连失效机理

1.1.1 接通浪涌电流的产生

动力母线的容性负载特性在新能源汽车的电气系统中是一个不可忽视的挑战。当高压继电器闭合时，这些容性负载会瞬间要求大量电荷，从而引**涌电流的现象。这种浪涌电流往往远远超出了继电器的正常工作电流范围，从而对继电器的触点造成极大的冲击和电气应力。如果不通过合适的控制策略来管理这种浪涌现象，继电器可能会遭受损坏，甚至缩短其使用寿命。在整车工况上主要场景为在未闭合预充继电器时直接闭合主正、主负继电器和预充不充分时闭合主正继电器等。

1.1.2 触点粘接形成及形貌特征

在新能源汽车的高压电气系统中，容性负载的接通是一个复杂且关键的过程。当容性负载接通时，触点在闭合过程中会经历一系列动态变化，这些变化可能导致触点的损坏和失效。具体来说，触点在闭合过程中可能会发生回跳现象，即触点在接触后瞬间分离，然后再次接触。这一过程会反复发生，导致触点之间的电弧反复产生。这种高速的、反复的拉弧行为会在极短的时间内在接触区域生成剧烈的热能累积。这个过程不仅会产生高温，而且可能伴随有电蚀作用，即电弧产生的高温导致接触材料的表面快速加热、软化乃至熔化，而在随后的快速冷却过程中又迅速凝固，最终导致触点黏连在一起造成粘连。测试试验台如图 1 所示，通过模拟测试，容性负载接通冲击导致的粘连形貌特征如表 2 所示。

1.2 分断粘连失效机理

1.2.1 短路大电流冲击

在高压继电器闭合后，如果外部发生短路会造成电池瞬间短路产生大电流冲击。主要的场景有充电时充电桩功率模块损坏、电驱或直流转直流 (Direct Curent-Direct Curent, DC-DC) 高压部件故障、高压部件有水汽等导致外部产生短路。触点在载流过程中发生短路大电流，瞬间产生巨大的热量集中在接触点，使接触点局部软化、熔化，受到触点压力作用挤压，形成熔坑。通过模拟测试，短路工况时发生异常电流粘连形貌特征如表 3 所示。

1.2.2 带载切断

触点在分断过程中，触头分断瞬间会产生很大的电弧，触点间产生的电弧受到外部磁场力的作用往两侧拉弧，电弧在触点上形成扫略过的痕迹。主要场景是外部负载没有停止工作或者电池有紧急故障时直接带载切断了继电器，带载切断导致的继电器粘连形貌特征如表 4 所示。

二：排查思路

2.1 整车工况确认

调查整车工况，检测继电器在不同工况下的电流和电压，读取电池管理系统 (Battery Management System, BMS) 记录的故障及冻结帧数据，以确定是否存在异常波动、异常电流等。

2.2 触点状态评估

通过拆解继电器观察触点状态，评估触点损伤程度和粘连情况。通过高压继电器粘连后的形貌分析可能导致继电器粘连的原因，如图 2 所示，按照因子分析 (Factor Analysis, FA) 法逐级拆解，快速定位导致粘连的具体原因 (见图 3 - 图 5)。

2.3 优化措施

2.3.1 实施措施

针对可能导致粘连的风险，从 BMS 软硬件控制及继电器本体等多方面进行优化及提升。针对 X1-X7 可能由硬件异常导致的继电器误动作，BMS 硬件层面增加双路控制，主正主负继电器高边和低边分别使用不同芯片进行驱动，如图 6 所示，降低单芯片失效导致误动作继电器的可能。继电器供电和 BMS 供电分多路供电，降低单路电源失效时引起的继电器异常动作。针对 X8-X19 可能软件导致的问题，BMS 软件上增加时序流监控、异常工况及电流监控，防止软件误动作继电器，记录带载切断继电器次数及异常电流数据，以提升诊断可靠性。针对 X20-X22 可能是线束异常导致的继电器异常，在现场更换继电器前做相关线束检查和拍照确认，电池包产线装包时增加相关安装过程数据记录。针对 X23 和 X24 由于外部短路导致的继电器粘连，增加大数据后台监控及车端异常电流监控，在故障发生后可以回溯工况信息。另外，继电器本体提升抗粘性，优化触头材料，改善静触头有效接触面积和动铁芯粗糙度，增加散热，提升继电器载流能力。

2.3.2 实施效果

通过以上相关措施优化后，市场继电器失效率由 57.4 降低到 10.9，部分试验内容和对比结果见表 5，同样的测试工况下，优化后的继电器在抗粘性能上有明显提升，验证了优化措施的有效性。

三：结束语

电动汽车高压继电器作为动力系统的关键组件，其性能和可靠性直接关系到车辆的安全性和用户的信任度。高压继电器的粘连问题作为一种常见的故障模式，不仅影响车辆的正常运行，更对乘员安全构成潜在威胁。为了有效预防和解决粘连问题，制定一套系统的排查策略至关重要。通过分析粘连失效机理和制定有效的排查策略，能有效预防和解决粘连问题，提高电动汽车的可靠性和安全性。未来的研究应进一步探索新材料和新技术，以提高继电器的性能和寿命。例如，开发具有更高耐热性、抗腐蚀性和导电性的触点材料，可以显著提高继电器的性能和寿命。此外，引入智能控制技术，如基于传感器的实时监测和预测性维护系统，能够进一步提升继电器的可靠性和安全性。通过这些综合措施，市场上高压继电器粘连案例明显减少，可以有效减少高压继电器的粘连问题，为电动汽车的广泛应用和可持续发展提供坚实保障。

注：文章中引用数据和图片来源网络