Az egyenáramú/egyenáramú átalakító (DC/DC konverter) az elektromos autók egyik legfontosabb eszköze. A DC/DC konverter a vontatóakkumulátorból érkező nagyfeszültséget a rendszer 12 V-os (ritkábban 14 V-os) feszültségére csökkenti. Gyakran nevezik a belső égésű motorral hajtott járművek generátorának megfelelőjének. És ebben van némi igazság, mert a DC/DC konverter, akárcsak a generátor, táplálja a 12 V-os rendszert és tölti az indítóakkumulátort.

Mi az a DC/DC átalakító, és mi a fő feladata?

Egy elektromos autóban kétféle berendezés található – nagyfeszültségű (HV) és alacsony feszültségű (12 V).

Egy elektromos autó akkumulátora 400, 600 vagy 800 V feszültséget használ. A nagyfeszültségű áramot a PDU (áramelosztó egység) osztja el a nagyfeszültségű fogyasztókhoz, például az inverterhez (amely a motort táplálja), az akkumulátort melegítő elektromos hűtőfolyadék-fűtőkhöz, egy nagyfeszültségű kompresszorhoz, az elektromos PTC kabinfűtőkhöz és egy DC/DC átalakítóhoz.

A DC/DC átalakító 400, 600 vagy 800 V-ról 12 V-ra csökkenti a feszültséget, ami egy szabványos elektromos rendszer – akárcsak egy belső égésű motorral hajtott jármű – táplálásához szükséges. Ez a rendszer a következők táplálására szolgál:

• Számítógépek, vezérlők és érzékelők;
• Kijelzők, multimédiás rendszerek, hangrendszer, hangszórók;
• Biztonsági rendszerek;
• Kültéri és beltéri világítás;
• Komfortfelszerelés: pl. fűthető ülések, elektromosan állítható ülések, elektromosan állítható tükrök;
• Ablaktörlő motorok,
• Központi zár és elektromos ablakemelő motorok (aktuátorok);
• További energiafogyasztók USB/szivargyújtó aljzatokon keresztül az utastérben.

És az indítóakkumulátor töltésére is, amely egy elektromos autóban kétféle formában létezhet:

• Standard ólom-savas, EFB vagy AGM akkumulátor;
• Alacsony feszültségű lítium-ion akkumulátor kis kapacitással.

A belső égésű motorral működő autókhoz hasonlóan a BEV autók is reléket használnak annak biztosítására, hogy a megfelelő intenzitású áram folyhasson a meghatározott vevőkhöz.

Hogyan működik egy DC/DC átalakító?

A DC/DC átalakító először gyors elektronikus kapcsolást használ az energia átalakítására, majd ennek megfelelően átalakítja és simítja azt,

Gyakorlatban:

• A vontatóakkumulátorból érkező áram a PDU áramelosztó egységbe, majd a megfelelő HV-kontaktor bekapcsolása után a DC/DC átalakítóba kerül;
• Az áram átfolyik a DC/DC átalakító bemeneti szűrőjén;
• Az áram egy teljesítménytranzisztorokkal ellátott kapcsolóáramkörön keresztülfolyik;
• Az áram egy induktorrendszerrel ellátott nagyfrekvenciás transzformátorba folyik;
• A transzformátorból érkező áram az egyenirányítóba folyik;
• Az egyenirányítóból érkező áram a kimeneti szűrőhöz folyik;
• A kimeneti szűrőből érkező áram a 12 V-os berendezésbe kerül.

Egyes elektromos autók kiegészítő 48 V-os tápegységet is használhatnak. Ebben az esetben egy DC/DC átalakító alakítja át a feszültséget 12 V-ra és 48 V-ra.

Miért van szükség DC/DC átalakítóra? Az akkumulátorból folyó áram egyenáram (DC). Az alacsony feszültségű elektromos rendszerbe folyó áram szintén egyenáram (DC).

A teljes feszültségcsökkentési folyamatot egy elektronikus vezérlés felügyeli. Figyeli a bemeneti feszültséget, a kimeneti feszültséget, és szabályozza a DC/DC átalakító működését.

Hol van beépítve a DC/DC átalakító egy elektromos autóban?

A beszerelés helye a jármű gyártójától függ. A konverter felszerelhető az integrált hajtáslánc közelébe, az integrált teljesítményelektronikai modul belsejébe, az akkumulátor közelébe, a motorháztető alá stb.

A Nissan LEAF ZE1-ben a DC/DC átalakító a PDM modul része, amely az átalakító mellett magában foglalja a PDU-t és a fedélzeti töltőt (OBC) is.

Az olyan integrált modulok, mint a PDM-ek, előnyösek az autógyártók számára (könnyebb telepítés), de hátrányt is jelentenek a vezető számára. Ha a DC/DC átalakító egy különálló modul, akkor potenciálisan javítható (ha rendelkezésre állnak alkatrészek) vagy cserélhető. Ha a DC/DC átalakító egy integrált rendszer része, mint a PDM-ek, a csere költsége elérheti a több millió forintotis.

Milyen alkatrészekből áll egy DC/DC átalakító?

Ez az elektronikus-elektromos egység a következő alkatrészekből áll:

• teljesítmény MOSFET tranzisztorok vagy más félvezető tranzisztorok;
• diódák vagy szinkron egyenirányítók;
• nagyfrekvenciás transzformátorok;
• tekercsek;
• fojtók;
• kondenzátorok;
• EMI szűrők;
• mérési rendszerek;
• elektronikus vezérlő;
• szoftver;
• járműkommunikációs rendszerek;
• túlfeszültség- és túláramvédelem;
• hűtőrendszer, amely az autó hűtőrendszeréhez csatlakozik.

A DC/DC átalakító működés közben felmelegszik, ezért a hűtése nagyon fontos.

Miért romlik el egy DC/DC átalakító?

A leggyakoribb lehetséges okok a következők:

• Túlmelegedés – leggyakrabban a hűtőrendszer meghibásodása vagy szennyeződése miatt, ami nem megfelelő hőelvezetést okoz;
• Túlfeszültségek;
• MOSFET teljesítménytranzisztorok károsodása;
• Kondenzátorok károsodása;
• A háztömítés sérülése miatti korrózió, ami rövidzárlatot és szigetelési problémákat okozhat.

Milyen tünetei vannak a DC/DC meghibásodásnak?

Tipikus kudarctünetek a következők:

• elektromos rendszer meghibásodására utaló üzenet a kijelzőn;
• EV/HEV rendszerhibák;
• problémák a 12 V-os akkumulátor töltésével;
• a 12 V-os akkumulátor lemerülése ugyanazokat a problémákat okozza, mint egy belső égésű motorral működő autóban;
• problémák az autó indításával – az elektronika nem indul működőképes, feltöltött 12 V-os akkumulátor nélkül;
• számos CAN kommunikációs hiba,
• fedélzeti elektronikai problémák,
• néhány eszköz kikapcsolása – például a világítás teljes kikapcsolása;
• az autó vészhelyzeti üzemmódba kapcsol;
• teljesítménykorlátozás;
• problémák a töltés megkezdésével.

Egy DC/DC hiba látszólag egymással nem összefüggő hibák sorozatát okozhatja. A szerelők ismerik ezt a problémát a belső égésű motorral működő autókból. Gyakran nevezik a műszerfalon karácsonyfának, amelyet a lemerült 12 V-os akkumulátor vagy a generátor meghibásodása okoz. Ha a 12 V-os rendszerfeszültség csökkenni kezd, a további vezérlőegységek működése leállhat. Ennek eredményeként a diagnosztikai számítógép ABS-sel, CAN-kommunikációval, komfortrendszerekkel vagy a hajtáslánccal kapcsolatos hibákat regisztrálhat.

Mit javítanak DC/DC-ben?

Ha vannak alkatrészek, kicserélheti a teljesítménytranzisztorokat, diódákat, kondenzátorokat, biztosítékokat, védőelemeket, hibás reléket, vezérlőelemeket, sérült forrasztási kötéseket, NYÁK-vezetékeket, sérült csatlakozókat és a hűtőrendszer alkatrészeit. A probléma az, hogy nem minden modult könnyű javítani. Bizonyos esetekben a gyártó előírja a teljes szerelvény cseréjét. Ilyen esetekben a csere akár több ezer dollárba is kerülhet.