對于混合動力汽車 （EV" target="_blank">HEV） 和電動汽車 （EV），電池管理系統(tǒng) （BMS） 中的配電系統(tǒng)可為車輛的核心功能供電,，還可提供安全斷開高電壓或高電流事件的機制,。隨著對更高電壓、電流,、效率和可靠性的需求持續(xù)增長,，配電系統(tǒng)的兩個核心組件（高壓繼電器和斷開保險絲）面臨越來越多的設計挑戰(zhàn)。圖 1 展示了高壓繼電器和斷開保險絲的概覽,。

　　圖 1：BMS 配電系統(tǒng)中的電池斷開保險絲和高壓繼電器

　　在緊急情況下,，不可復位的電池斷開保險絲將激活，斷開電池與車輛其余部分之間的連接,。高壓繼電器（也稱為接觸器）會在正常運行期間連接和斷開整個 HEV 或 EV 的電源線,。在本文中，我們將討論接觸器和斷開保險絲驅(qū)動器領域的新興技術,，這些技術有助于使 BMS 變得更加智能,、安全和高效。

　　實現(xiàn)快速可靠的電池斷開系統(tǒng)

　　在發(fā)生碰撞時,，需要切斷下游系統(tǒng)的電源,，從而避免出現(xiàn)其他復雜問題或損壞。目前常用的兩種解決方案是熔斷型保險絲和熱熔絲,。熔斷型保險絲會在發(fā)生過流事件的熱條件下觸發(fā),，這些保險絲在出廠時就已經(jīng)預先設置完成。熱熔絲需要電子驅(qū)動器發(fā)送信號來斷開連接,，主要由離散電路或傳統(tǒng)的安全氣囊電爆驅(qū)動器驅(qū)動,。隨著 HEV 和 EV 系統(tǒng)的功率越來越高，熱熔絲能夠提供更高的可靠性,，并更快地進行部署,。但是，為了實現(xiàn)快速反應以及驅(qū)動這些熱熔絲的常用解決方案很容易變得非常復雜,。還需要滿足國際標準化組織 （ISO） ISO26262 的要求,，增加了這些設計的復雜性。

　　為了實現(xiàn)更快響應,，德州儀器 （TI） DRV3901-Q1 熱熔絲驅(qū)動器采用了可以繞過串行外設接口 （SPI） 的直連 2 引腳硬件接口,。DRV3901-Q1 驅(qū)動器能夠與電壓,、電流和電阻 （UIR） 傳感器配對使用，從而進一步加快部署速度,。BQ79631-Q1 器件這樣的 UIR 傳感器可以通過硬件引腳直接與 DRV3901-Q1 驅(qū)動器進行通信,，無需使用 MCU。

　　熱熔絲較為重要的功能之一是在發(fā)生撞車或其他嚴重故障時,，能夠斷開電池與系統(tǒng)其余部分的連接,。系統(tǒng)設計人員必須確保能夠可靠地激活熱熔絲功能。DRV3901-Q1 的內(nèi)置診斷功能可監(jiān)測驅(qū)動器狀態(tài),、熱熔絲運行狀況和備用電源的可用性,。為了監(jiān)控備用電源的可用性，需要測量儲能電容器,。如果電池提供的主電源不再可用,，該電容器將作為熱熔絲系統(tǒng)的備用電源。通過定期檢查該電容器的放電電壓,，DRV3901-Q1 驅(qū)動器和 MCU 能夠檢測其故障，并向車輛發(fā)出警報,，而不必等到需要使用時才發(fā)現(xiàn)無法使用,。

　　保險絲在需要時能夠起效很重要，但保險絲不會錯誤熔斷也同樣重要,。DRV3901-Q1 驅(qū)動器具有集成的安全診斷功能,，可防止熱熔絲意外熔斷。這是通過結合不同功能實現(xiàn)的,，包括單獨的高側和低側驅(qū)動器,、用于硬件直接觸發(fā)的冗余引腳以及串行外設接口上的循環(huán)冗余校驗 （CRC） 保護。

　　改善車輛的整體配電狀況

　　HEV 或 EV 的電源線中常見的連接方式,，是將高壓電池系統(tǒng)連接到牽引逆變器的主接觸器,。也可能存在其他電源軌，例如用于連接充電站與電池的交流/直流充電接觸器,，以及連接車內(nèi)燈或加熱器等其他電氣負載的輔助接觸器,。

　　接觸器是一種低壓電磁閥，用于控制機械繼電器開關,，此開關能夠在高壓下提供高電流,。為了控制功率不斷增加的系統(tǒng)，HEV 和 EV 車輛中的接觸器不斷發(fā)展,。接觸器的低壓電磁閥元件通常由稱為節(jié)能器的控制電路驅(qū)動,。節(jié)能器電路變得日益重要和復雜，以滿足對效率,、可靠性和安全性的更高要求,，還有助于提高大功率條件下的電源效率,。這些電路有助于降低保持接觸器閉合所需的電流消耗。此節(jié)能器可以直接集成到接觸器中,，也可以從外部添加,。在嘗試實現(xiàn)系統(tǒng)級的安全目標時，需要外部節(jié)能器的接觸器很容易變得非常復雜,。

　　完全集成式高功率接觸器驅(qū)動器（如 DRV3946-Q1 驅(qū)動器）可以替代復雜的節(jié)能器設計,。DRV3946-Q1 驅(qū)動器可使接觸器高效導通并安全關斷。為了實現(xiàn)更高效的導通,，DRV3946-Q1 驅(qū)動器具有可編程的峰值和保持電流控制功能,。 圖 2展示了此功能的實際應用情況?？梢栽趩悠陂g提供更大的電流,，以便建立初始連接。建立連接后,，電流可在“保持”階段降低到較低的水平,。能夠?qū)傻姆逯岛捅３窒辔贿M行編程，可使接觸器的開關更加穩(wěn)健,、高效,。

　　圖 2：DRV3946-Q1 中的峰值和保持電流控制

　　關閉接觸器也至關重要，它能夠快速斷開接觸器有助于防止觸點焊接,，并在出現(xiàn)故障時為車輛系統(tǒng)的其余部分提供第一道防線,。常用解決方案利用快速放電功能實現(xiàn)峰值和保持電流控制，但會導致電路變得復雜,。DRV3946-Q1 驅(qū)動器將這兩項功能結合在單個芯片上,，有助于降低系統(tǒng)復雜性，提高效率和安全性,。

　　結語

　　提升接觸器的效率和可靠性有助于增加可駕駛里程,、并增強 HEV 和 EV 日常駕駛的安全性。將熱熔絲驅(qū)動器集成到單芯片解決方案中,，有助于針對何時斷開電池連接做出更智能,、更快速的決策。DRV3901-Q1 熱熔絲驅(qū)動器和 DRV3946-Q1 接觸器驅(qū)動器為系統(tǒng)設計人員提供了多種選項,，可支持他們設計出更智能,、更安全的車輛。

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