Lernfeld 13 · Prüfung Teil 2

Hochvoltbatterie prüfen und instand setzen

Hochvoltbatterie prüfen und instand setzen: Zellchemie, Module, Schütze und Vorladung, Zellspannungen, Symmetrierung und Modultausch.

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Darum geht es

Eine Hochvoltbatterie besteht aus vielen Zellen, die zu Modulen und dann zum Paket verschaltet sind. Reihenschaltung erhöht die Spannung, Parallelschaltung die Kapazität. Verbreitet sind Lithium-Ionen-Zellen mit Nickel-Mangan-Kobalt-Kathode (um 3,6 V Nennspannung) und Lithium-Eisenphosphat (um 3,2 V), als Rund-, prismatische oder Pouchzelle. Im Gehäuse sitzen außerdem Batteriemanagement, Temperatursensoren, Kühlplatten, Sicherung und die Schütze für HV-Plus und HV-Minus.

Beim Einschalten schließt zuerst ein Vorladeschütz über einen Widerstand. Er lädt die Zwischenkreiskondensatoren der Leistungselektronik langsam auf, damit kein hoher Einschaltstrom die Kontakte verschweißt. Erst danach schließt das Hauptschütz. Meldet das Fahrzeug einen Vorladefehler, kommen Widerstand, Schütz, Kondensator oder ein Isolationsfehler in Frage.

Für die Diagnose liest man über das Batteriemanagement Zellspannungen, Temperaturen, Ladezustand und Alterungszustand aus. Entscheidend ist die Streuung: Weicht eine Zellgruppe deutlich ab, ist sie schwach oder die Symmetrierung arbeitet nicht. Passive Symmetrierung verheizt Ladung der vollsten Zellen über Widerstände, aktive verschiebt sie. Viele Hersteller erlauben den Tausch einzelner Module oder Steuergeräte; danach werden die Ladezustände angeglichen und das System angelernt. Arbeiten im geöffneten Batteriegehäuse gelten als Arbeiten unter Spannung, weil die Zellen nicht abschaltbar sind.

Das solltest du dir merken

Reihenschaltung erhöht die Spannung, Parallelschaltung die Kapazität.
Der Vorladekreis schützt die Schütze vor hohem Einschaltstrom.
Die Streuung der Zellspannungen ist aussagekräftiger als die Gesamtspannung.
Im geöffneten Batteriegehäuse wird immer unter Spannung gearbeitet.
Nach Modultausch Ladezustände angleichen und anlernen.

Formeln

Batteriespannung bei Reihenschaltung: $U = n_{s} \cdot U_{Zelle}$; $n_{s}$ Zahl der in Reihe geschalteten Zellgruppen, $U_{Zelle}$ Nennspannung je Zelle in V
Kapazität bei Parallelschaltung: $C = n_{p} \cdot C_{Zelle}$; $n_{p}$ Zahl der parallelen Zellen je Gruppe, $C_{Zelle}$ in Ah
Zeitkonstante der Vorladung: $τ = R_{V} \cdot C_{ZK}$; $R_{V}$ Vorladewiderstand in Ω, $C_{ZK}$ Zwischenkreiskapazität in F; nach etwa $5 τ$ ist der Kondensator nahezu geladen

Typische Fehler in der Prüfung

Nur die Gesamtspannung gemessen und eine einzelne schwache Zellgruppe übersehen.
Einen Vorladefehler sofort dem Schütz zugeschrieben, ohne Isolation und Widerstand zu prüfen.
Nach dem Modultausch die Ladezustände nicht angeglichen.

Tipps aus der Werkstatt

Die Gesamtspannung der Batterie sagt wenig. Lies über das Batteriemanagement alle Zellgruppen aus und vergleiche sie: Eine Gruppe, die deutlich unter den anderen liegt, begrenzt die ganze Batterie. Beim Laden ist sie zuerst leer und beim Entladen zuerst am Limit.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Hochvoltbatterie prüfen und instand setzen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Kfz-Mechatroniker/-in 2013, Lernfeld 13S; KfzMechaAusbV 2013, Ausbildungsrahmenplan Schwerpunkt System- und Hochvolttechnik. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.