对于混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV)，电池管理系统 (BMS) 中的配电系统可为车辆的核心功能供电，还提供安全断开高电压或高电流事件的机制。随着对更高电压、电流、效率和可靠性的需求持续增长，配电系统的两个核心组件（高压继电器和断开保险丝）面临越来越多的设计挑战。图 1 展示了高压继电器和断开保险丝的概览。

图 1 BMS 配电系统中的电池断开保险丝和高压继电器

在紧急情况下，不可复位的电池断开保险丝将激活，断开电池与车辆其余部分之间的连接。高压继电器（也称为接触器）会在正常运行期间连接和断开整个 HEV 或 EV 的电源线。在本文中，我将讨论接触器和断开保险丝驱动器领域的新兴技术，这些技术有助于使 BMS 变得更加智能、安全和高效。

实现快速可靠的电池断开系统

发生碰撞时，需要切断下游系统的电源，从而避免出现其他复杂问题或损坏。目前常用的两种解决方案是熔断型保险丝和热熔丝。熔断型保险丝会在发生过流事件的热条件下触发，这些保险丝在出厂时就已经预先设置完成。热熔丝需要电子驱动器发送信号来断开连接，主要由离散电路或传统的安全气囊电爆驱动器驱动。随着 HEV 和 EV 系统的功率越来越高，热熔丝能够提供更高的可靠性，并更快地进行部署。但是，为了实现快速反应、驱动这些热熔丝的常用解决方案很容易变得非常复杂。还需要满足国际标准化组织 (ISO) ISO26262 的要求，增加了这些设计的复杂性。

为了实现更快响应，DRV3901-Q1 热熔丝驱动器采用了可以绕过串行外设接口 (SPI) 的直连 2 引脚硬件接口。DRV3901-Q1 驱动器能够与电压、电流和电阻 (UIR) 传感器配对使用，从而进一步加快部署速度。BQ79631-Q1 器件这样的 UIR 传感器可以通过硬件引脚直接与 DRV3901-Q1 驱动器进行通信，无需使用 MCU。

热熔丝最重要的功能之一是在发生撞车或其他严重故障时，断开电池与系统其余部分的连接。系统设计人员必须确保能够可靠地激活热熔丝功能。DRV3901-Q1 的内置诊断功能可监测驱动器状态、热熔丝运行状况和备用电源的可用性。为了监控备用电源的可用性，需要测量储能电容器。如果电池提供的主电源不再可用，该电容器将作为热熔丝系统的备用电源。通过定期检查该电容器的放电电压，DRV3901-Q1 驱动器和 MCU 能够检测其故障，并向车辆发出警报，而不必等到需要使用时才发现无法使用。

保险丝在需要时能够起效很重要，但保险丝不会错误熔断同样重要。DRV3901-Q1 驱动器具有集成的安全诊断功能，可防止热熔丝意外熔断。这是通过结合不同功能实现的，包括单独的高侧和低侧驱动器、用于硬件直接触发的冗余引脚以及串行外设接口上的循环冗余校验 (CRC) 保护。

改善车辆的整体配电状况

HEV 或 EV 的电源线中最常见的连接，是将高压电池系统连接到牵引逆变器的主接触器。也可能存在其他电源轨，例如用于连接充电站与电池的交流/直流充电接触器，以及连接车内灯或加热器等其他电气负载的辅助接触器。

接触器是一种低压电磁阀，用于控制机械继电器开关，此开关能够在高压下提供高电流。为了控制功率不断增加的系统，HEV 和 EV 车辆中的接触器不断发展。接触器的低压电磁阀元件通常由称为节能器的控制电路驱动。节能器电路变得日益重要和复杂，以满足对效率、可靠性和安全性的更高要求，还有助于提高大功率条件下的电源效率。这些电路有助于降低保持接触器闭合所需的电流消耗。此节能器可以直接集成到接触器中，也可以从外部添加。在尝试实现系统级的安全目标时，需要外部节能器的接触器很容易变得非常复杂。

完全集成式高功率接触器驱动器（如 DRV3946-Q1 驱动器）可以替代复杂的节能器设计。DRV3946-Q1 驱动器可使接触器高效导通并安全关断。为了实现更高效的导通，DRV3946-Q1 驱动器具有可编程的峰值和保持电流控制功能。 图 2 展示了此功能的实际应用情况。可以在启动期间提供更大的电流，以便建立初始连接。建立连接后，电流可在“保持”阶段降低到较低的水平。能够对集成的峰值和保持相位进行编程，可使接触器的开关更加稳健、高效。

图 2 DRV3946-Q1 中的峰值和保持电流控制

关闭接触器也至关重要；能够快速断开接触器有助于防止触点焊接，并在出现故障时为车辆系统的其余部分提供第一道防线。常用解决方案利用快速放电功能实现峰值和保持电流控制，但会导致电路变得复杂。DRV3946-Q1 驱动器将这两项功能结合在单个芯片上，有助于降低系统复杂性，提高效率和安全性。

结语

提升接触器的效率和可靠性有助于增加可驾驶里程、并增强 HEV 和 EV 日常驾驶的安全性。将热熔丝驱动器集成到单芯片解决方案中，有助于针对何时断开电池连接做出更智能、更快速的决策。DRV3901-Q1 热熔丝驱动器和 DRV3946-Q1 接触器驱动器为系统设计人员提供了多种选项，可支持他们设计出更智能、更安全的车辆。