Hochspannungswandler – Elektrifizierung von Fahrzeugen

DC/DC Hochspannungswandler spielen eine zentrale Rolle bei der Elektrifizierung von Fahrzeugen aller Art. In diesem Beitrag betrachten wir einige Besonderheiten, welche beim Betrieb von einem Gleichspannungswandler in Kombination mit einer Niedervoltbatterie berücksichtigt werden sollten.

Hochvolt Bordnetz

Im Zuge der Elektrifizierung der PKW- und LKW-Sparte werden viele bestehende Komponenten obsolet. Viele dieser Komponenten müssen durch alternative Lösungen ersetzt werden. Dies betrifft nicht nur den Verbrennungsmotor. Es betrifft auch die Lichtmaschine, welche als Generator für die Versorgung des 12 VDC bzw. 24 VDC Bordnetzes notwendig war. Diese Aufgabe übernimmt in elektrisch betriebenen Fahrzeugen ein Hochspannungswandler, der die Energie aus einer Hochvoltbatterie entnimmt. Er transformiert die Energie auf die jeweilige Niedervoltspannung.

Um einen Einbruch des Bordnetzes bei deaktiviertem Wandler zu verhindern, wird eine 12 VDC bzw. 24 VDC Bleibatterie verbaut. Dies ist ähnlich wie bei KFZ mit Verbrennungsmotoren. Somit kommt einem verbauten Hochspannungswandler nicht nur die Aufgabe der Versorgung des Niedervoltbordnetzes zu. Er ist auch für die Ladung der dort verbauten Akkus verantwortlich. Die Ladung ist ein komplexer Prozess. Eine falsche Wahl der Parameter kann zu erhöhter Alterung oder Zerstörung der Batterie führen.

Robuste Hochspannungswandler für Elektrofahrzeuge

Bei der Versorgung eines Pb-Akkumulators mit einer fixen sekundärseitigen Spannung am Hochspannungswandler kann es zu verschiedenen ungewollten Reaktionen innerhalb der Batterie kommen:

– Sulfatierung

Unter Sulfatierung versteht man die Bildung schwerlöslicher Bleisulfat-Kristalle. Diese Kristalle bilden sich vornehmlich an den negativen Platten der Batterie. Dies führt zu einer Verminderung der verfügbaren Kapazität des Akkus. Ein Grund für die Sulfatierung kann eine zu niedrig gewählte Versorgungsspannung am Hochspannungswandler sein.

– Säureschichtung

Durch eine zu hoch gewählte Ladespannung ohne Strombegrenzung können hohe Ladeströme auftreten. Dabei kommt es aufgrund eines Widerstandsgradienten über die Elektrodenbereiche zu einem entsprechenden Reaktionsgradienten der verdünnten Schwefelsäure. Die Schwefelsäure dient als Elektrolyt in der Batterie. Dies hat zur Folge, dass ein Dichtegefälle der Säure innerhalb der Batterie auftritt. Das Dichtegefälle beschleunigt weitere ungewollte Reaktionen.

– Gasung

Durch eine zu hohe dauerhaft anliegende Ladespannung kommt es zu einer Überladung der Batterie. Dabei kommt es zu einer elektrolytischen Zersetzung des in der verdünnten Schwefelsäure enthaltenen Wassers. Dies kann zu einer beschleunigten Alterung der Batterie aufgrund von Zellunsymmetrien führen. Außerdem besteht die Gefahr der Korrosion der positiven Elektroden.

Aufgrund dieser Tatsachen sollte ein Hochspannungswandler in der Lage sein, die Ausgangsspannung den Batteriegegebenheiten anzupassen. So kann die Alterung eines Akkus minimiert werden. Gleichzeitig darf die Versorgung des Bordnetzes nicht durch den Ladeprozess beeinträchtigt werden. Dies macht eine Anpassung der Ladeparameter an die jeweiligen Fahrzeuganforderungen notwendig.

Wollen Sie mehr über unseren Hochvolt-DC/DC Wandler erfahren, dann klicken Sie hier.