以爆管和接觸器驅(qū)動器提高HEV/EV電池斷開系統(tǒng)安全性

混合動力電動車（HEV）與電動車（EV）的電池管理系統(tǒng)（BMS）配電可為車輛核心功能提供電力，同時也提供安全中斷高電壓或高電流事件的機制。配電系統(tǒng)的兩個核心組件，高電壓繼電器和斷開保險絲，因支持更高電壓、電流、效率和可靠性的需求與日俱增，使得設(shè)計挑戰(zhàn)更高。圖一顯示了高壓繼電器和斷開保險絲的概述。

 
圖一 : 蓄電池斷開保險絲和 BMS 配電中的高壓繼電器

不可復(fù)位的蓄電池斷開保險絲在緊急情況下啟動，以斷開蓄電池與車輛其他部分之間的連接。在正常運作期間，高電壓繼電器（也稱為接觸器）連接并斷開整個 HEV 或 EV 的電源線路。本文將探討接觸器中新興的技術(shù)，同時斷開保險絲驅(qū)動器的連接，以幫助使 BMS 更加智慧，安全且更有效率。

實現(xiàn)快速可靠的系統(tǒng)效能
發(fā)生碰撞時，需要從下游系統(tǒng)關(guān)閉電源，以防止進(jìn)一步的并發(fā)癥或損壞。目前采用的兩種常見解決方案是熔斷保險絲和高溫保險絲。
熔斷保險絲根據(jù)過電流事件的熱條件觸發(fā)，這些保險絲由工廠預(yù)先設(shè)定。高溫保險絲需要電子驅(qū)動器發(fā)送信號以斷開連接，主要由離散電路或傳統(tǒng)安全氣囊爆管驅(qū)動器驅(qū)動。隨著 HEV和EV系統(tǒng)邁向高功率，高溫保險絲可提供更高的可靠性和更快速的部署。但是，在實現(xiàn)快速反應(yīng)時間的過程中，驅(qū)動這些高溫保險絲的常見解決方案很快變得復(fù)雜。ISO26262 符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）要求的需求，使這些設(shè)計變得越來越復(fù)雜。
為了獲得更快的反應(yīng)時間，DRV3901-Q1高溫保險絲驅(qū)動器采用直接 2 針腳硬件接口，可略過序列并行接口（SPI）。DRV3901-Q1驅(qū)動器可與電壓，電流與電阻（UIR）傳感器配對，加快部署速度。UIR傳感器如 BQ79631- Q1裝置，可透過硬件針腳直接與 DRV3901-Q1驅(qū)動器通訊，無需MCU。
熱熔保險絲最重要的功能之一，是在發(fā)生碰撞或其他嚴(yán)重故障時斷開蓄電池與系統(tǒng)其他部分的連接。系統(tǒng)設(shè)計人員必須確保熱熔器功能可用以可靠地啟動。DRV3901-Q1內(nèi)建診斷功能可監(jiān)控驅(qū)動器狀態(tài)，熱保險絲狀態(tài)和備用電源供應(yīng)狀況。為了監(jiān)控備用電源的可用性，測量儲液罐電容器。當(dāng)蓄電池的主電源不再可用時，此電容器可作為熱熔保險絲系統(tǒng)的備用電源。透過定期檢查此電容器的放電電壓，可讓DRV3901-Q1驅(qū)動器和MCU在需要備份電源前偵測此故障，并警示車輛。
保險絲在需要時展開非常重要，但是保險絲不缺火也同樣重要。DRV3901-Q1驅(qū)動器整合了安全診斷，可防止意外 發(fā)生熱熔斷。這是透過不同的功能來達(dá)成，其中包括獨立的高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動器，直接硬件觸發(fā)的備援針腳，以及序列周邊接口上的循環(huán)冗余檢查（CRC）保護(hù)。

改善整個車輛的配電
HEV或 EV的電源供應(yīng)線路中最常見的連接，是將高電壓電池系統(tǒng)連接至牽引逆變器的主要接觸器；此外，也可能存在其他電源軌，例如從充電站連接至電池的 AC/DC充電接觸器，以及連接車內(nèi)燈或加熱器等其他電力負(fù)載的輔助接觸器。
接觸器是一種低電壓電磁閥，它控制機械繼電器開關(guān)，能夠在高電壓下提供高電流。HEV 和 EV 車輛中的接觸器不斷演進(jìn)，以處理更高的電源系統(tǒng)。接觸器的低壓電磁閥組件通常由一個稱為節(jié)熱器的控制電路驅(qū)動。
節(jié)熱器電路變得越來越重要和復(fù)雜，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率，可靠性和安全性要求，并幫助提升高功率條件下的電源效率。這些電路有助于減少保持接觸器閉合所需的電流消耗。此節(jié)熱器可以直接整合到接觸器中，也可以是外部添加。需要外部節(jié)熱器的接觸器在嘗試實現(xiàn)系統(tǒng)級安全目標(biāo)時，可能會很快變得復(fù)雜。
DRV3946-Q1 驅(qū)動器等完全整合的高功率接觸器驅(qū)動器 ，可取代復(fù)雜的節(jié)熱器設(shè)計。DRV3946-Q1 驅(qū)動器可有效開啟和安全關(guān)閉接觸器。為了讓開啟更有效率， DRV3946-Q1 驅(qū)動器具有可編程的峰值和保持電流控制。圖二顯示此功能正在使用中。?動時可提供更多電流以建立初始連接。連接完成后，電流可以在「保持」階段降低到 較低的水平。能夠?qū)φ系姆逯岛捅３窒辔贿M(jìn)行編程，從而為接觸器提供了更穩(wěn)健，更高效的轉(zhuǎn)向。

 
圖二 : DRV3946-Q1 的峰值和保持電流控制
關(guān)閉接觸器也很重要；能夠快速斷開接觸器有助于防止接觸焊接，并在發(fā)生故障時為車輛其他系統(tǒng)提供第一道防 線。運用快速放電能力實作峰值及保持電流控制的常見解決方案會導(dǎo)致復(fù)雜電路。DRV3946-Q1 驅(qū)動器將這兩種功能整合在單一芯片中，有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜性，提升效率與安全性。
結(jié)論
提升接觸器的效率和可靠性有助于增加可行駛的里程，并提升 HEV 和 EV 日常運作的安全性。將熱熔斷驅(qū)動器整合至單芯片解決方案，有助于更聰明且更快速的決定何時中斷電池聯(lián)機。DRV3901-Q1 高溫保險絲驅(qū)動器和 DRV3946-Q1 接觸器驅(qū)動器提供系統(tǒng)設(shè)計人員選擇，以設(shè)計更智能，更安全的車輛。