电源总开关故障诊断及研究

毛红安，李海明

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

前言

电源总开关根据其结构可分为机械式、扳柄式、旋转式、电磁式。电磁式为控制开关接通电磁线圈回路，利用电磁吸力将动触点与静触点连接，从而将整车电器负载与整车电源接通；机械式为用人力扳动开关手柄将动触点与静触点连接，接通整车电源。

电源总开关的可靠性直接影响着整车的使用性能，当整车电路发生故障时（短路、起火等）不能及时切断整车电源，造成整车烧毁、人身伤害等恶性事件发生，严重影响车辆安全性能。

1 质量现状分析

通过对失效件机械式操作力矩及耐久性试验分析，故障模式诊断为扳柄断裂、触点烧蚀、内部进水、变形。

图1 故障示意图

图2 机械式操作力矩及耐久试验

2 故障原因诊断

2.1 试验分析（以下试验按照标准QC/T427-2013进行）

表1

2.1.1 内部进水故障分析

从产品结构组成分析，有以下几个位置可能进水：

图3 进水示意图

经过试验验证，水通过两个螺钉的螺纹进入，密封垫高度（1.6+0.1mm）不足，红色印痕不清晰，且密封有断点，密封性不能满足实际需要。

图4 防水试验图

2.1.2 扳柄断裂故障分析

扳柄外壳理化检测

1）材质检测：通过红外光谱检测，外壳主体材质为：PBT，符合图纸要求。

2）断面宏观形貌：

断面宏观形貌见图5， 为力矩较大、应力较集中部位，断面呈现脆性断裂状态，另外断面有部分缺陷，气孔，见图5。

图5 断面宏观形貌

3）分析结论

外壳材料选用不当：外壳为PBT（刚性材质）阻燃材料，优点：耐高温（因产品工作电流较大，长时间接通会产生高温）；缺点：韧性差，易断裂（特别是加入阻燃剂后）。设计时，没有对外壳容易受力处的强度进行加固，不能满足实际需要。

图6 扳柄结构图

2.1.3 触点烧蚀故障分析

1）开关的触点外观形貌：

送检的三家失效电源总开关的触点外观形貌见下图。A产品开关触点变色且外表面有铜绿，B开关触点未发生变色，C开关触点变色但无铜绿。

2）开关的触点材质检测见下表：

表2

3）分析结论

压紧弹簧设计不合理：材料为琴钢丝，弹簧力较小，触点接触压力小，造成电压降(拉弧)增大，触点烧蚀加快，无法满足实际需要；接触螺钉材料选用不当：纯铜棒，表面镀银厚度≥20μm。接触铆钉材料选用不当：纯铜棒，表面镀银厚度≥20μm；产品标称电压24V，额定电流250A，动、静触点材料选择时，尽量选用同一种材料。因不同材料的导电率不一，长时间工作会造成触点脱落。

3 方案提出及验证

通过结构的试验分析研究，确定以下可靠性提升方案：

1）内部进水优化方案

密封垫的厚度由1.6+0.1mm改为2+0.2mm；修改手柄和外壳模具，增加 O型密封圈；通过盐雾试验及防水等级 IP65试验对产品解析，没有发现进水痕迹，试验合格，能满足实际需要。

图7 试验后未进水示意图

2）扳柄断裂优化方案

外壳修模，增加R1的圆弧过渡，增加加强筋。

图8 外壳结构示意图

3）触点烧蚀优化方案

重新设计压紧弹簧、接触铆钉材料由纯铜棒镀银改为银氧化锡、接触螺钉材料由纯铜棒镀银改为银氧化锡，并通过了50000耐久试验（检测方法及技术要求：将样品正确的安装在电源总开关耐久试验台上，施加100A的额定负载，进行50000 次的耐久试验，试验中、试验后应能正常工作，其压降不得大于100mV）。

表3 耐久试验前数据

表4 耐久试验后数据

图8 改进前后示意图

4 结论

通过对失效件耐久试验、防水试验等方面的研究，对试验数据及失效数据统计研究，就其电源总开关的防水结构、触点材质、外壳材料等方面提出了故障诊断及优化方案，有效解决了商用车电源总开关常见故障问题，可作为电源总开关设计及故障排查的参考依据。