MOSFETs in Batteriemanagementsystemen für Elektrofahrzeuge: Kernfunktionalität und Auswahlkriterien

Dieser Artikel beschreibt die Anwendungsszenarien und die Parameterauswahl von MOSFETs in BMS-Systemen, einschließlich Vorladekontrolle, Batterieschutz und Anforderungen an hochfrequentes Schalten. Er richtet sich an EV-OEMs und Modulintegratoren.

I. Hintergrund: Das Wachstum der Elektromobilität treibt die Innovation bei Leistungsbauelementen voran

Aufgrund des rasanten Wachstums des globalen Marktes für Elektrofahrzeuge (EV), insbesondere in China, Europa und Nordamerika, sind Batteriemanagementsysteme (BMS) zu kritischen Teilsystemen geworden. Dies führt zu höheren Anforderungen an Leistung und Zuverlässigkeit von Leistungshalbleiterbauelementen.

MOSFETs (Metal-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) werden aufgrund ihrer hohen Schaltgeschwindigkeiten, ihres niedrigen RDS(on) und ihrer hervorragenden thermischen Eigenschaften zunehmend in BMS eingesetzt – ideal für die Stromsteuerung, das Vorladen und den Batterieschutz.

II. Wichtige Anwendungen von MOSFETs im BMS

1. Steuerung des Lade- und Entladewegs

MOSFETs werden häufig als Hauptstromschalter verwendet, um Lade- und Entladepfade zu steuern. N-Kanal-Bauelemente mit ihrer hohen Leitfähigkeit eignen sich ideal für High-Side- oder Low-Side-Konfigurationen.

Empfohlene Modelle wie Infineon IRF1405PBF und ON Semi NVMFS5C442NL bieten einen niedrigen RDS(on) und automotive-taugliche Zuverlässigkeit.

2. Überspannungs-, Überstrom- und Kurzschlussschutz

In Kombination mit Erkennungs-ICs bilden MOSFETs Schutzschaltungen, die bei anormalen Bedingungen sofort abschalten, um eine Beschädigung der Batterie zu verhindern.

Bauelemente wie TI CSD18510KCS und Vishay Si7336ADP zeichnen sich durch hohe Durchbruchspannung und effektive Wärmeableitung aus.

3. Vorladesteuerung

Vorladeschaltungen steuern den Stromfluss in große Kondensatoren, um Einschaltstromspitzen beim Start zu vermeiden. MOSFETs bieten sanfte und sichere Schaltwege.

ST’s STP75NF75 und ROHM’s R6020ENX sind aufgrund ihrer Spannungsfestigkeit und Schaltleistung weit verbreitet.

III. Wichtige Parameter und Auswahlrichtlinien

Parameter	Definition	Empfehlung
VDSS	Drain-Source-Durchbruchspannung	Höher als das 1,3-fache der maximalen Systemspannung
Identifizierung	Maximaler Drain-Strom	Erfüllt den tatsächlichen Spitzenbetriebsstrom
RDS(on)	Einschaltwiderstand	Je niedriger, desto besser, reduziert den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung
QG	Gate-Ladung	Je kleiner die Größe, desto schneller die Schaltgeschwindigkeit und desto einfacher die Steuerung.
Verpackung	TO-220, DFN, SOP, etc.	Kombinierte Auswahl basierend auf Platz- und Kühlungsanordnung

IV. Fallstudie: MOSFET-Einsatz in einer 400V-EV-BMS-Plattform

Bei einem europäischen Mittelklasse-SUV-Projekt benötigte das BMS einen MOSFET, der einen Dauerstrom von 20 A bewältigen kann und gleichzeitig eine ausreichende Spannungsfestigkeit, thermische Stabilität und EMV-Konformität gewährleistet.

Die gewählte Lösung – Nexperia PSMN2R8-80BS – bietet einen niedrigen RDS(on)-Wert von 5 mΩ sowie ein D2PAK-Gehäuse für eine optimierte Wärmeableitung und Montage.

V. Unser Rundum-sorglos-MOSFET-Angebot

Wir lagern und vertreiben MOSFETs folgender Top-Marken:

● Infineon

● ON Semiconductor

● Texas Instruments (TI)

● STMicroelectronics

● ROHM

● Nexperia

Wir bieten an:

● Automotive-taugliche AEC-Q101-Bauteile

● Mehrwährungs-Zahlung

● Komplette BOM-Abstimmung