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最近项目中遇到继电器粘连的问题，借此机会了解了一下有关基础知识，网上发现这篇文章写的很好，简单易理解，我就收藏了。

一、为什么要监测继电器状态

1.1 一个事故

在资料中看到这样一个案例。一辆样车，在试运行几天以后的一个早上，试车员初次上电时，出现故障，打开高压箱，发现熔断器，正负极继电器全部烧毁，预充继电器和电阻没有什么损伤。经过逐步分析确认，推测事故的发生的过程如下：

前一天傍晚，试车员驾驶样车路试回停车场，偶然发生了紧急情况，本应该踩刹车制动，情急之下，除了刹车还拍了紧急停车按钮。这个按钮的权限很高，可以直接断高压。车子正常停住了，重新上电后，并没有什么异常，开回了停车场。然后出现前面说的早晨上电故障问题。

急停开关拍下去以后，系统直接断高压，正负极继电器被要求先后断开，此时车辆高速行驶中，回路中负荷着较大的工作电流。表面上看，急停后高压下电正常（设计中没有继电器检测功能），但实际上继电器已经严重损伤；分断后，马上重新上电，损伤较严重的正极动静触头随之融焊到一起。

早晨再次上电，按照正常策略，应该先闭合负极，再闭合预充继电器进行预充。然而正极已经是接通状态，负极刚刚接通，大电流发生，熔断器熔断，负极继电器进一步损坏。下面是一个简图，K1预充电继电器，K2,正极继电器；K3负极继电器；R预充电电阻。

1.2  继电器状态不明确的危害

如果继电器发生粘连，而管理系统并不了解这个情形，则有可能发生前面故障案例中提到的问题，继电器粘连，造成预充电回路失效，回路中发生了大电流冲击；如果继电器粘连发生在系统正在工作的状态，收到断开信号而不能断开，轻则系统不能正常下电，需要维修；重则，在遇到碰撞事故时不能及时断开，发生人员触电或者增加电池整体热失控风险。

如果继电器的问题不是粘连，只是接触电阻增大，也会轻重两个极端。后果轻微的情形，是接触电阻消耗了电池的能量，使得能量效率降低，续航里程减小；严重的后果，接触电阻大，如果再叠加大电流工作情形，则很可能进一步引发粘连的发生。继电器电阻检测还不是太普遍。

二、 继电器为什么会粘连

下图所示，为单一常开触点继电器。参考图中各个组成部分的名称，阅读下文。

1 线圈； 2 铁芯； 3 空气隙； 4 衔铁； 5 动触点； 6 定触点； 7 弹簧； 8 止挡

继电器的粘连最容易发生在闭合阶段和刚刚分断短时间又重新闭合的情形下。具体的原因有下面几类。

负载电流过大

某些种类的继电器，为了提高大电流分断能力，将动静触头系统设计成斥力触头。在正常工作状态，电流比较小，斥力虽然存在，但与吸合力相比过于微弱，因而不会发挥太大的作用。当回路出现短路电流时，较大的电流使得触头之间的斥力能够协助机械机构实现速分断。

当系统中承载了超过继电器负荷能力的电流时，这种斥力作用也会变得比较显著，抵消了一部分动静触头之间的接触压力，触头之间的电阻增大，配合大电流，使得触头之间的热量产量增加；大的负荷电流，也有可能造成循环合分的情况，出现短距离拉弧。这些都提高了粘连发生的风险。

吸合电压不稳定

电动汽车主回路中常用的继电器类型是常开触点，回路闭合需要给继电器线圈供电，克服触头弹簧的拉力。线圈电源不稳定，产生的吸合力就会忽大忽小，触头之间的电阻也跟着忽大忽小，甚至出现微小的距离变化，出现拉弧情形，进而发生前面大电流带来的类似现象，增加融焊几率。

大负载分断

回路正在大功率工作的时候，突然断开继电器，是对继电器最严酷的考验。动静触头分开的瞬间，触头表面正处于高温状态，高电压击穿介质，将电子发射到对面触头表面，形成电弧；电弧的燃烧又会进一步电力周边介质，形成更大的离子通道。只有当动静触头的距离拉开足够远，弧阻足够大，回路电流才会降下来，进而熄灭，达到真正的断开状态。电弧燃烧的过程中，触头表面被损坏，金属近似熔融状态。即使第一次分断正常分开，如果在短时间内重新闭合，则触头非常容易融焊到一起。

在2017年12月10号的文章《动力电池包高压继电器怎样考虑分断能力 》中主要讨论了继电器分断大负载的问题，可以参考阅读。

三、 怎样防止继电器黏连

防止继电器粘连的发生，一方面，选择分断能力、负载能力高的继电器，减小前面所述几种粘连情形发生的可能。更重要的一个方面是，设计合理的上下电流程和运行安全策略，尽量避免带载分断和大电流冲击情况的发生。控制理念不同，关注的安全项目不同，管理系统具备的功能不同，策略差距会比较大，此处仅作为一个案例。

高压上电

整车控制器接收到ACC信号，高压上电过程启动。管理系统首先进行初始化和自检。自检的内容包括系统串并数，电压、电量、温度等基本参数；如果自检出错，则发出故障报警等待人工处理，否则系统判断自检步骤完成，进入下一步；

高压互锁检测，如果出现连接故障，则报警，否则进入下一步；

高压继电器状态检测，继电器均处于常开状态，状态有误，报警；否则，进入下一步；

按此方式再完成绝缘检测，无故障，则闭合总负和预充继电器，给电机控制器进行预充电，过程时长一般在几百毫秒。

当电机控制器并联电容电压达到设定值，一般是系统电压的90%以上，以电压值为依据判断预充电结束。也有按照时间结束预充电过程的控制策略，但可能会发生预充达不到要求电压的情形，需要重新进行预充过程。

系统判断预充电过程结束后，闭合主正继电器，上电过程结束。上电之前对继电器状态及其他高压安全因素的检测，是避免文章开始所描述事故的重要方法。

高压运行

电动汽车运行过程中，整车控制器按照几个模式去管理系统的运行状态，起步模式、正常驱动模式、制动模式、失效保护模式、空档模式、充电模式等，根据输入输出参数，判断参数符合哪种模式，控制车辆的整体运行状态。

与这些模式并行的高压安全系统，在车辆运行过程中，其主要责任是检查系统关注的高压安全状态，比如高压互锁状态、继电器状态、绝缘电阻等，并处理相应故障。故障处理的方式是否恰当，则直接影响继电器的工作状态和使用寿命。

故障断开控制策略

电动汽车系统故障有很多种，但在系统设计完成时，已经对每种故障分配固定的故障等级，一般按照2级或者3级故障执行。等级低的故障，一般采取报警提示驾驶员即可；中等故障，除了报警提示以外，系统可能需要执行临时处理措施，比如温度比较高时，系统会自动降功率运行；遇到故障等级最高的特殊情形，为了保护人员安全，节约处理反馈时间，则系统有权限自动下电，比如发生碰撞事故。

系统自动下电过程中，比较理想的方式是先指令负载停止工作，再指令继电器分断。如果遇到不能两全的情形，则只能牺牲继电器。

在指令继电器断开过程中，还需要考虑继电器并不能够执行断开动作的情形，配合继电器状态检测功能，对不能完成命令的情形必须报警提示驾驶员。

高压下电

正常的下电过程比较简单，先要求负载停止工作，再进行高压继电器断开动作，避免继电器带载断开的情形。另外如果动力电池温度过高，则继续运行冷却程序，直至达到可以下电条件，再断开高压继电器。

4 怎样检测继电器状态

赵春明在他的文章《电动汽车高压电系统状态参数在线监测》中介绍了一种继电器触点监测方法，按照检测方法、应用实例和在线监测的顺序表述。

4.1 检测方法

高压回路继电器，有很多种情形都可能造成继电器的损坏，可以说继电器是高压回路上的一个比较脆弱而重要的环节。监控继电器的状态，确保它出现故障，不能正常执行指令的时候能够及时发现，提前处理，则是高压安全的重要手段

继电器状态检测，当前主要有两种方法，其一是检测继电器线圈带电情形；其二是直接检测继电器触点状态。

方法一，检测低压线圈电压，采用直接测量的方式就可以实现；

方法二，原理如下图所示。图中开关K为待测继电器，测量结果由电压表显示。如果电压表无法测量到辅助回路电源电压，则继电器处于断开状态；电压表可以测得电压，则继电器处于闭合状态。

4.2 方法二的实际应用

作者设计了一个模拟应用的实验。采用64V铅酸电池作为主回路电源，测量回路选择12V电池作为辅助电源，R0取200kΩ，实际测量结果如下表所示。测量结果显示，采用这个测试方法，可以准确区分继电器的接通和断开两个状态，并且验证了主回路电流对电压测量值的影响并不显著。

4.3 在线监测应用

将上述方法应用到实际运行的电动汽车中。作者认为，当电机处于工作状态时，系统不需要进行继电器监测，因为系统必然是通路。只有在母线电流为0时，系统才需要对继电器状态进行确认，监测周期500ms；可以检测到近似辅助电源，电压说明继电器闭合；无法检测到近似辅助电源电压，继电器断开。作者的方法已经被应用于自己的项目。

参考资料

1 申彩英，纯电动汽车高压预充电研究；

2 龙成冰，电动汽车高压电预充智能管理探索；

3 李东艳，电动汽车高压上下电控制电路及系统研究；

4 宋炳雨，总纯电动汽车高压电安全管理系统研究与设计；

5 张俊，总纯电动汽车高压电安全监控系统研究；

6 乔鑫磊，高压直流大功率继电器触头动熔焊现象研究；

7 赵春明，电动汽车高压电系统状态参数在线监测；

8 符兴锋，增程式纯电动汽车动力电池高压电安全管理；

（图片来自互联网公开资料）

愿你出走半生，归来仍是少年…