PDU – Power Distribution Unit – je zařízení, jehož úkolem je rozdělovat vysoké napětí z baterie elektromobilu do vysokonapěťových spotřebičů. Porucha PDU může zcela znehybnit elektromobil nebo znemožnit jeho nabíjení. Oprava je možná, ale neprovádí se vždy. Podíváme se také na to, jak by měla vypadat diagnostika PDU v autoservisu.

Poznámka – někdy se používá jiný název: PDM – Power Delivery Module. Jedná se o tentýž díl. V textu budeme používat název PDU.

V elektromobilu jsou dvě instalace – nízkého a vysokého napětí

Ve vozidle se spalovacím motorem (benzínovém, naftovém) má celá elektrická instalace stálé napětí 12 V. Liší se pouze síla proudu přiváděného k jednotlivým spotřebičům prostřednictvím relé.

V elektromobilu se používají dvě elektrické instalace. První, standardní, stejně jako ve vozidle se spalovacím motorem, má 12 V a slouží k napájení standardních dílů, jako je vnější a vnitřní osvětlení, řídicí jednotky, snímače, displeje, motory stěračů, centrální zamykání a mnoho dalších. Tato instalace je napájena přes DC/DC měnič a 12V akumulátor (může se jednat o standardní olověný akumulátor nebo o nízkonapěťový lithium-iontový akumulátor).

Druhá elektrická instalace je vysokonapěťová. Napájí mimo jiné invertor, vysokonapěťový kompresor (pokud je jím auto vybaveno) a další vysokonapěťové díly. A právě zde pracujeme s PDU – Power Distribution Unit.

Co je to PDU – Power Distribution Unit v elektromobilu?

Power Distribution Unit rozděluje energii z trakční baterie DC (o napětí 400, 600 nebo 800 V) do vysokonapěťových komponentů. Power Distribution Unit pracuje pouze ve vysokonapěťovém okruhu (nemá nic společného s 12V instalací) a odpovídá za připojování a odpojování napájení pro jednotlivé díly. Kromě toho zodpovídá za ochranu systému před poškozením. Power Distribution Unit je jednotka rozvodu energie.

PDU usměrňuje vysokonapěťový proud do takových dílů, jako jsou:

• střídač (invertor), který napájí elektromotor a řídí jeho otáčky – pokud má auto pohon obou náprav, nacházejí se ve vozidle dva střídače a dva elektromotory;
• DC/DC měnič, který přeměňuje vysokonapěťový proud z baterie na 12V proud určený k napájení elektrické instalace a dobíjení startovacího akumulátoru;
• elektrické topné články (PTC), určené k ohřevu chladicí kapaliny v těch okruzích chladicího systému, které obsluhují trakční baterii;
• palubní nabíječka OBC (On-Board Charger);
• vysokovýkonná elektrická topná tělesa pro vytápění kabiny, pokud auto nemá tepelné čerpadlo;
• kompresor klimatizace (High Voltage), který je často propojen s chladicím systémem vozidla (HV kompresor se v elektromobilech nenachází vždy);
• případně další vysokonapěťové díly.

PDU se nejčastěji montuje k obalu akumulátoru, což je nejlogičtější umístění. Může být namontován i uvnitř obalu. Někdy však inženýři dokážou překvapit a PDU se může nacházet v motorovém prostoru.

V těle PDU se nacházejí vysokonapěťové stykače (kontaktory), které spínají proud do jednotlivých dílů. V PDU jsou namontovány také pojistky, které chrání jednotlivé vysokonapěťové okruhy před přepětím.

V těle PDU se nachází rovněž obvod přednabíjení (pre-charge). Jeho úkolem je při spínání vysokonapěťového systému omezit prudký proudový náraz při nabíjení kondenzátorů ve výkonové elektronice. V PDU se mohou nacházet také proudové snímače a snímače kontroly izolace, které chrání uživatele auta před úrazem elektrickým proudem. Pokud je zjištěn průraz nebo svod, snímače odpojí napětí v příslušném okruhu.

Konstrukce PDU – Power Distribution Unit

Z jakých dílů se skládá PDU v elektromobilu? Power Distribution Unit nejčastěji obsahuje:

• vysokonapěťové stykače;
• stykače obvodu přednabíjení (pre-charge);
• vysokonapěťové pojistky;
• přípojnice (sběrnice) neboli tzv. busbary;
• svorky;
• vysokoproudové konektory;
• snímače proudu;
• snímače napětí;
• snímače izolace;
• řídicí prvky;
• komunikační prvky;
• dodatečné prvky související s nabíjením – ne u každého auta.

Konstrukce PDU se může lišit v závislosti na modelu elektromobilu.

Poruchy PDU – kazí se Power Distribution Unit v elektromobilech?

Ano, PDU se může porouchat; mohou se vyřadit z provozu všechny výše uvedené díly, které tvoří součást Power Distribution Unit. Příčinou poruchy mohou být tepelná poškození (při práci s vysokým napětím se PDU silně zahřívá), koroze způsobená vlhkostí, vytopení či problémy s izolací. Někdy PDU nedokáže správně sepnout napájení kvůli poruše jiného dílu vysokonapěťového systému.

Typické příznaky poruchy PDU (Power Distribution Unit) jsou:

• Nemožnost nastartovat vozidlo v důsledku toho, že PDU vůbec nesepne vysoké napětí – na displeji se zobrazují hlášení: EV System Fault a/nebo Check EV System.
• Nemožnost nabíjet baterii – PDU nesepne nabíjecí okruh.
• Omezení výkonu motoru – přechod vozidla do nouzového režimu.
• Úplná ztráta vysokého napětí – nefunguje motor, nefunguje klimatizace, topení ani palubní nabíječka – nejčastější příčinou bývá porucha stykačů v těle PDU.
• Přehřívání PDU – zápach spáleniny, známky přehřátí.
• Uložení chyb v paměti řídicí jednotky. Chybový kód ukazující na PDU však nemusí vždy znamenat, že je poškozená samotná jednotka PDU.

Podobné příznaky poruchy se objevují i při poškození trakční baterie (hlavní baterie auta), střídače (invertoru), palubní nabíječky OBC nebo DC/DC měniče. Proto je k odhalení komponentu odpovědného za poruchu nezbytná důkladná diagnostika – tím spíše, že výměna kteréhokoli z výše uvedených dílů je velmi nákladná.

Jak se diagnostikuje Power Distribution Unit v elektromobilu?

Připomínáme: diagnostiku a opravy elektromobilů a hybridních vozidel typu PHEV mohou provádět pouze automechanici s elektrotechnickou kvalifikací pro práci na zařízeních do 1 kV, kteří zároveň disponují odpovídajícím diagnostickým vybavením určeným pro servis elektromobilů. Je nutné dbát na správně označené pracoviště, ochranný oděv a vhodné nářadí dimenzované pro práci s vysokým napětím.

Jak probíhá profesionální diagnostika Power Distribution Unit u vozidla typu BEV?

• Připojení diagnostického počítače s pokročilým softwarem a vyčtení chyb z řídicích jednotek ve vysokonapěťovém systému.
• Analýza živých dat (reálných parametrů): napětí, stavu stykačů, statusu přednabíjení (pre-charge), napětí před a za jednotlivými díly PDU a také hodnot izolačního odporu.
• Kontrola stavu izolace, zejména se zaměřením na případný průraz na karoserii vozidla.
• Po odpojení napětí se kontroluje stav konektorů, stav kabeláže, známky koroze způsobené vlhkostí, stopy po přehřátí, případně mechanická poškození.
• Provádí se měření napětí, měření úbytků napětí a měření spojitosti obvodů.

Je oprava PDU v elektromobilu možná?

Záleží na modelu auta, stavu PDU, dostupnosti náhradních dílů a možnostech servisu zaměřeného na opravy elektromobilů. Americké a čínské servisy elektromobilů běžně mění pojistky, stykače, rezistory přednabíjení (pre-charge), poškozené (zkorodované) konektory atd. V případě poškození sběrnic, těla/obalu nebo při nedostupnosti náhradních dílů se mění celý modul PDU.

V autorizovaných servisech se většinou rovnou nařizuje velmi drahá výměna celé jednotky PDU. Výsledný rozdíl v cenách opravy bývá obrovský. Oprava v nezávislém autoservisu stojí od několika tisíc do zhruba třiceti tisíc korun (v závislosti na rozsahu poškození). Zahrnuje demontáž, otevření, opravu (výměnu poškozených prvků), testování, montáž a opětovné celkové otestování auta.

Výměna PDU za nový kus v autorizovaném servisu pak může vyjít až na několik set tisíc korun.