新能源汽车 BMS 学习笔记篇——如何选择继电器 MOS 管作为开关

序:继电器和 MOSFET(俗称 MOS 管)都可以用作 BMS(Battery Management System,电池管理系统) 中控制电池充放电的开关,但它们在原理、结构和特性上存在一些区别,以下总结它们之间主要区别及适用场景

 一、继电器 & MOS 管的组成结构及工作原理

1、继电器:由线圈、触点和机械部件组成。当 Control Switch 闭合时,触发继电器的电磁线圈产生磁场,使其吸引或释放触点(Relay Contacts),从而实现开关操作(使 电源 Power Source 与 负载 Load 导通)

 

 图片来源:电子发烧友网站 https://www.elecfans.com

2、MOS 管:

由以下三部分组成

G:gate 栅极;

S:source 源极;

D:drain 漏极

栅极 G 电压的变化会调节绝缘栅氧化物层下形成的沟道的导电性,进而控制漏极 D 和源极 S之间的电流流动。当 G 极和 S 极的压满足一定条件时,MOS 管可处于导通或闭合,利用这个特性,MOS 管也是开关器件的选择之一

图片来源:百度百科 https://baike.baidu.com

注:MOS 管可以细分为 NMOS 和 PMOS 两种,上图展示的是 NMOS。由于两种 MOS 管在结构和用法上存在较大不同,下篇博文再详细介绍

二、继电器 & MOS 管的特性及适用场景

1、继电器:

  • 优点:具有较高的电压和电流承载能力,可适用于大功率的切换操作。故可在汽车动力电池 400V/800V BMS 系统充当控制电池组充放电的开关。
  • 缺点:由于机械结构的限制,继电器开关速度较慢,而且机械磨损也极大的影响了它的寿命,所以它的寿命也会比 MOS 短很多

总结:开关速度慢,寿命短,但电压/电流承载能力强,适用于 400V/800V BMS

2、MOS 管:

  • 优点:具有快速的开关速度(开关速度一般在40~80ns),并且耗能较低(因为其工作是在半导体中进行的),此外 MOS 管还可以实现电压和电流的放大
  • 缺点:MOS 管的电压和电流承载能力通常较低,适用于低功率应用,如 汽车 12V/48V 低压辅助电池的 BMS 系统充当控制电池组充放电的开关

总结:电压/电流承载能力弱,但耗能低,开关速度快,寿命长,12V/48V 低压辅助电池的 BMS

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