Dichtheitsprüfung von Hochvolt-Batterien

Aufgrund der dynamischen Entwicklung der Batterietechnologie sowie der steigenden Praxiserfahrungen, wird sich hinsichtlich der Vorgaben im Umgang mit HV-Akkus im Kfz-Betrieb in Zukunft noch einiges ändern.

Das betrifft sowohl das Lagern als auch das Transportieren von HV-Akkus. Genauso wird das gezielte Entladen und Testen von Hochvoltbatterien in Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen. Erst recht gilt dies für den sogenannten Leckagetest an Hochvoltbatterien, der zum Zeitpunkt dieser Auflage noch ein absolutes Zukunftsthema ist.

Nehmen jedoch die Reparaturen an Batterien (zum Beispiel der Austausch von einzelnen Modulen oder auch von Schützen) in den Kfz-Werkstätten zu, dann könnte sich die Dichtheitsprüfung an der Hochvolt-Batterie durchaus als Standard etablieren.

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Dichtheitsprüfung an der Hochvolt-Batterie – wann, warum, wie?

Während die Automobilhersteller bei Problemen mit der Batterie meist den Austausch empfehlen, um diese dann im Werk oder in speziellen Stützpunkten zu reparieren, ändert sich das mit zunehmender Anzahl der Hybrid- und E-Fahrzeuge. Aus Kosten- und Zeitgründen werden mittelfristig auch darauf spezialisierte Kfz-Betriebe eine HV-Batterie selber öffnen, um defekte Batteriemodule oder fehlerhafte Komponenten vom Thermomanagement oder andere Bauteile zu erneuern.

In solchen Fällen empfiehlt sich nach dem Verschließen der Batterie ein Leckagetest (auch Dichtheitstest) an der Hochvoltbatterie. Da sich die Leistungselektronik (PCU = Power-Control-Unit) ebenfalls öffnen lässt, könnte er auch hier zur Anwendung kommen.

Nur mit einer Dichtheitsprüfung lässt sich sicherstellen, ob eine Hochvoltbatterie oder eine PCU nach der Öffnung wieder absolut dicht verschlossen wurde. Und nur dann ist langfristig eine einwandfreie Funktion des HV-Systems gewährleistet. Denn gelangt Feuchtigkeit in das Batteriegehäuse oder die PCU, kann es zu Korrosion oder verheerenderen Folgen kommen, die das Hochvoltsystem lahmlegen und schlimmstenfalls stark beschädigen.

Damit ist klar: Wird eine Batterieeinheit komplett geöffnet oder eine Wartungsklappe (wenn vorhanden) entfernt, sollte nach dem Wiederverschließen ein Dichtheitstest erfolgen, so wie er „End-of-Line“ im Werk, im Rahmen der Qualitätssicherung, üblich ist.

Dichtheitsprüfung der Hochvolt-Batterie – das Testprozedere

Bei AVL Ditest hat man schon 2021 mit dem HV-Satellite ein Prüfgerät entwickelt, mit dem unter anderem die Isolations- und Potenzialausgleichsprüfung sowie ein Dichtheitstest möglich sind. Dabei ist das Grundprinzip des Leckagetests relativ simpel: Je nach Vorgaben des OEM erzeugt das Testgerät einen Über- oder Unterdruck im Innern der Batterie.

Auch wenn von der physikalischen ­Logik her der Aufbau des Unterdrucks sinnvoller wäre (da ja Feuchtigkeit von außen eindringt), kommt laut AVL Ditest meist der Überdruck zum Einsatz. Das hat im Vergleich zum Aufbau von Unterdruck den Vorteil, dass die Gefahr, dass während der Prüfung an einer undichten Stelle Schmutz in die Batterie gelangt, geringer ist.

Doch so einfach das Grundprinzip der Messung klingt, so sehr liegt der Teufel im Detail. So darf der Druckaufbau nicht zu schnell erfolgen und der Prüfdruck darf nicht zu hoch ausfallen. Das hängt auch damit zusammen, dass die Gehäuse der Hochvoltakkus über ein Druckausgleichs­element verfügen, das etwa bei starker Hitzeentwicklung einen übermäßigen Druckaufbau im Innern verhindern soll. Spätestens jetzt wird offensichtlich, warum eine einfache Pumpe zum Erzeugen eines Unter- oder Überdrucks für den Leckagetest nicht geeignet ist.

Zumal nach dem Druckaufbau und vor dem Beginn des eigentlichen Dichtheitstests eine Stabilisierungsphase notwendig ist, während der sich der Prüfdruck einpegelt. Dies alles übernimmt der HV-Satellite automatisiert.

Wie hoch der Prüfdruck und die Zeitdauer bei einer Prüfung sein müssen, lässt sich pauschal nicht beantworten. Das hängt immer vom jeweiligen Innenraumvolumen der Batterie und natürlich von den Vorgaben – sofern vorhanden – des jeweiligen OEM ab. Jedoch geben die Experten von AVL Ditest an, dass sich die Prüfdrücke in der Regel zwischen 40 und 100 mbar bewegen, in seltenen Fällen können es auch 140 mbar sein. Die Prüfdauer beträgt normalerweise 120 Sekunden. Während dieser Zeit darf der Druckabfall nur wenige mbar betragen.

Wichtig bei alldem: Um ein einwandfreies Prüfergebnis zu erhalten, muss die Prüfung bei Raumtemperatur erfolgen. Ganz einfach deshalb, weil die Temperatur sehr starken Einfluss auf den Druck hat. Zudem darf auch kein Luftzug herrschen.

Knackpunkt bei der Dichtheitsprüfung von Hochvolt-Batterien

Viel mehr Probleme werden in der Werkstattpraxis fehlende Prüfanschlüsse an der Batterie bereiten, sodass der Leckagetester wohl meist an den HV-Anschluss der Batterie zu adaptieren ist. Soll heißen, nachdem der HV-Stecker samt Gehäusedurchführung demontiert ist, muss hier ein Adapter mit einem Anschluss für die Luftdruckleitung des Testers montiert werden.

Eine weitere Möglichkeit ist, das Druckausgleichselement zu demontieren und diese Öffnung als Schnittstelle für die Dichtheitsprüfung zu nutzen.

Das bedeutet für die Praxis: Da sich die Batterien der einzelnen Hersteller und sogar die Modelle unterscheiden, braucht es eine Fülle an verschiedenen Adaptern. Etwas, das es leider nicht einfacher, da kostspieliger macht, den Dichtheitstest mittel- bis langfristig auch im freien Markt zu etablieren