Hochspannend: Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Werkstattpraxis Hochvoltfahrzeuge
Hochspannend:
Hybrid- und Elektrofahrzeuge
Arbeitsschutzrichtlinien, Fachbegriffe, Aufbau und
Komponenten einer Hochvoltanlage (Teil 1)
Kfz-Profis, die künftig Service- und Reparaturarbeiten an Elektro- und Hybridfahrzeugen vornehmen
möchten, müssen sich mit spezifischen Anforderungen und der Technik des neuen Fahrzeugsystems
Hochvoltanlage auseinandersetzen. Um ausführlich darüber informieren zu können, folgte
KRAFTHAND einer Einladung von Honda und nahm an einer Schulung zum Fachkundigen für Arbeiten
an HV-eigensicheren Fahrzeugen teil. Welche Voraussetzungen für Service- und Reparaturarbeiten an
solchen Fahrzeugen gegeben sein müssen, behandelt der erste Teil des Beitrags.
Trotz des Hypes in den Medien und
auf Automobilausstellungen um
Hybridfahrzeuge bewegen sich deren
Verkaufszahlen gegenwärtig auf einem
vergleichsweise niedrigen Niveau. Für
Elektroautos gilt dies erst recht. Folglich
spielen die im Technikjargon auch
als Hochvoltfahrzeuge (HV-Fahrzeuge)
Blitzgescheit: Für das Arbeiten an der Hochvoltanlage eines Hybridfahrzeugs muss der Mitarbeiter
über eine entsprechende Qualifikation verfügen. Bringt er zudem das Bewusstsein mit, die notwendigen
Sicherheitsregeln einzuhalten, besteht keine Gefahr bei derartigen Tätigkeiten. Bild: Schmidt
bezeichneten Automobile im Straßenverkehr
wie auch im Werkstattalltag
kaum eine Rolle. Noch! Denn, selbst
wenn einige Experten aus den ver-
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schiedensten Gründen vor allem das
Elektroauto skeptisch sehen, gibt es
viele Entscheider in der Automobilindustrie,
die genau darin die mobile
Zukunft sehen – zumindest für den
großstädtischen Bereich.
Als Brückentechnologie auf dem
Weg zum Elektroautomobil dienen die
Hybridfahrzeuge. Trotz der noch relativ
niedrigen Verkaufszahlen wächst
durch die stetig zunehmende Modellvielfalt
ihre Verbreitung und nimmt
weiter zu. Aus diesem Grund sollten
sich Kfz-Betriebe mit den spezifischen
Besonderheiten dieser Technologie
auseinandersetzen. Natürlich betrifft
dies derzeit in erster Linie Kfz-Profis in
den Markenbetrieben. Aber auch Pannenhelfer
oder Abschleppdienste müssen
sich mit dieser Thematik befassen –
und mittelfristig werden wohl auch
freie Werkstätten nicht daran vorbei
kommen. Auch dann, wenn sie gar
nicht vorhaben sollten, an einer Hochvoltanlage
selbst zu arbeiten.
Wer darf was?
Wie Thilo Klemm, technischer Trainer
bei der Honda Akademie, seinen Teilnehmern
in der Qualifikation zum
‚Fachkundigen für Arbeiten an HVeigensicheren
Fahrzeugen’ erklärt, sind
in einem Kfz Betrieb Servicetätigkeiten
an Hybrid- und Elektrofahrzeugen
ohne eine entsprechende Einweisung
nicht statthaft. So fordert die Deutsche
Gesetzliche Unfallversicherung beziehungsweise
Berufsgenossenschaft beispielsweise,
dass für alle nicht-elektrotechnischen
Arbeiten – zu denen
beispielsweise Karosseriearbeiten, aber
auch ein Rad- oder Ölwechsel zählen –
der jeweilige Mitarbeiter über mögliche
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vom Hochvoltsystem ausgehende elektrische
Gefährdungen unterwiesen
sein muss. Gleiches gilt für Pannenhelfer,
die etwa auf der Straße eine erste
Schadensfeststellung am Kundenfahrzeug
vornehmen und dazu bestimmte
Demontagearbeiten und Prüftätigkeiten
leisten – zum Beispiel im Motorraum
an der Fahrzeugelektrik.
Verantwortlich für die Einhaltung
dieser Vorgaben ist grundsätzlich der
Unternehmer oder der betriebliche
Vorgesetzte, dem diese Fürsorgepflicht
übertragen wurde. Wird diese nicht
ernstgenommen und es arbeiten
nichtberechtigte Personen an solchen
Fahrzeugen, können zivilrechtliche
Schadenersatzforderungen und sogar
Hochvoltfahrzeuge Werkstattpraxis
Abziehen: Bei
Toyota und Lexus
ist der Service-
Disconnect zum
Trennen des
Hochvoltstromkreises
als Stecker
ausgeführt.
Bilder: Schmidt
strafrechtliche Konsequenzen drohen.
Nicht zuletzt deshalb muss eine jährlich
zu wiederholende und zu dokumentierende
Unterweisung der Mitarbeiter
zu dieser Thematik erfolgen.
Aber wer darf überhaupt unterweisen?
Berechtigt sind Mechatroniker und
Kfz-Meister, die eine Qualifizierung
zum ‚Fachkundigen für Arbeiten an
Hochvoltanlagen’ (ehemals Elektrofachkraft)
erfolgreich abgeschlossen
haben. Gibt es keine solche Fachkraft
im Kfz-Betrieb, muss die Unterweisung
in einer Institution mit entsprechendem
Schulungsangebot erfolgen. Dabei
ist es natürlich sinnvoll, gleich die
zweitägige Qualifizierung zum Fachkundigen
zu absolvieren. Das hat nicht
Umlegen: Honda hat den Service-Disconnect als Schalter ausgeführt. Bild: Schmidt
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nur den Vorteil, selbst unterweisen zu
können, sondern berechtigt den Kfz-
Profi auch, am Hochvoltsystem zu arbeiten.
Dazu allerdings muss er drei
Sicherheitsvorkehrungen in folgender
Reihenfolge getroffen haben:
1. Hochvoltsystem spannungsfrei
schalten (freischalten)
2. Hochvoltsystem gegen Wiedereinschalten
sichern
3. Spannungsfreiheit prüfen.
Im Gegensatz zu einem Fachkundigen
ist es den unterwiesenen Personen
nicht erlaubt, selbstständig an einem
Hochspannungsschütz
Bypasschütz
Ansteuerung
über
Steuergerät
Batteriehauptschalter
/
Service-Disconnect
HV-Sicherung
Signalabgriff
für
Spannungswerte
Signalabgriff
von
Temperatursensor
Schalttafel
Fahrzeughochvoltsystem zu arbeiten.
Diese dürfen nur unter Aufsicht und
auf Anweisung des Fachkundigen
Hand anlegen, etwa um ihn bei der
Demontage von Komponenten zu unterstützen.
Angesichts dieser Tatsachen
kommt über kurz oder lang wohl kaum
eine Reparaturwerkstatt darum herum,
wenigstens einen Mitarbeiter zum
Fachkundigen für Arbeiten an HV-Systemen
zu qualifizieren. Denn es kann
durchaus notwendig sein, für eine normale
Unfallreparatur, den Ausbau des
Hochvoltbatterie
Quelle: Honda © Krafthand
Batteriemodule
Temperatursensoren
Schaltschema: Wie am Beispiel des Honda Civic Hybrid zu erkennen, wird über die Schalttafel
der Stromkreis zwischen Hochvoltbatterie, dem Elektromotor und anderen Komponenten
der Hochvoltanlage geschlossen beziehungsweise getrennt. In der Schalttafel sind der
Hochspannungs- und Bypassschütz untergebracht, über die das Schließen und Trennen
des Hochvoltstromkreises nach dem Einschalten beziehungsweise Ausschalten der Zündung
erfolgt. Die Ansteuerung der Relais übernimmt ein Steuergerät, das mit Bordspannung
(Klemme 15) arbeitet. Zur Schalttafel gehört außerdem der Service-Disconnect zum Trennen
des Batteriestromkreises vor Arbeiten am HV-System. Bild: Honda
Zylinderkopfs oder des Getriebes das
Hochvoltsystem freischalten zu müssen.
Zum Beispiel wenn Komponenten
der Hochvoltanlage beziehungsweise
Hochvoltleitungen ‚stören’ und deshalb
teilweise oder ganz zu demontieren
sind.
Schaltprinzip:
eigensicheres HV-System
Serienmäßige Hybrid- und Elektrofahrzeuge
werden auch als Fahrzeuge
mit eigensicherer Hochvoltanlage oder
HV-eigensichere Fahrzeuge bezeichnet.
Eigensicher bedeutet: Mit dem
Ausschalten der Zündung oder dem
Abklemmen der Batterie schaltet automatisch
die Hochvoltanlage ab. Dazu
muss man wissen: Prinzipiell wird die
Hochvoltanlage über Hauptrelais (auch
Schütze genannt) aktiviert respektive
abgeschaltet. Die Relais wiederum
steuert ein mit normaler Bordspannung
(Klemme 15) arbeitendes Steuergerät
der Hochvoltanlage an. Bleibt die
Spannungsversorgung aus, ist es nicht
mehr funktionsbereit und kann demnach
auch die Hauptrelais der Hochvoltanlage
nicht mehr ansteuern. Auch
wenn es hier natürlich Unterschiede im
Detail gibt, vom Grundsatz her erfolgt
das De-/Aktivieren der HV-Anlage bei
allen Herstellern auf diese Weise.
Damit ist auch gewährleistet, dass
Bergungskräfte durch Ausschalten der
Zündung oder Abklemmen der 12-V-
Batterie bei Unfallfahrzeugen das HV-
System deaktivieren und sich somit vor
Stromschlägen schützen können. Eigensicher
bedeutet aber auch: Ist die
Isolierung einer HV-Leitung beschädigt
und es kommt zu einem Masseschluss,
erkennt die Steuerelektronik
über die Veränderung des Widerstands
dieses Problem. Das HV-System wird
dann automatisch abgeschaltet. Beim
Toyota Prius beispielsweise ist das
auch der Fall, wenn ein Airbag auslöst.
Schutzmaßnahmen
Der Kfz-Profi muss sich stets bewusst
sein, dass sich die Hochvoltbatterie
selbst natürlich nicht spannungsfrei
schalten lässt, sondern eben nur die
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Werkstattpraxis Hochvoltfahrzeuge
Steht allen offen
Für die Ausbildung zum ‚Fachkundigen für Arbeiten an HV-eigensicheren
Fahrzeugen’ steht die Honda Akademie im hessischen Erlensee auch Kfz-
Profis offen, die nicht aus einem Honda-Autohaus kommen. Neben praktischen
Übungen an den verschiedenen Hybridmodellen des Herstellers vermittelt
Trainer Thilo Klemm interessante theoretische Details – auch zu den
Modellen anderer Anbieter – rund um das Thema Hochvolttechnologie.
Dabei spielen unter anderen Begriffe wie Inverter, Gleichstromwechsler,
paralleler oder serieller Hybrid eine Rolle. Übrigens Bauteile, deren Funktion
in der KRAFTHAND 1-2 / 2012 genauso zur Sprache kommen werden
wie der grundsätzliche Aufbau der verschiedenen Hybridsysteme. ts
Auf Hochspannung prüfen: Bevor Fachkundige an einer spannungsfreien
Hochvoltanlage arbeiten dürfen, müssen sie checken, ob tatsächlich keine
Spannung mehr anliegt. Bild: Schmidt
Krafthand
Interview direkt mit
dem Smartphone oder
Tablet-PC hören
www.krafthand-talk.de
Motip Dupli wirbt mit seinem Werkstattsystem
‚Pro Repair’ um Partnerbetriebe für Smartrepair.
Dabei handelt sich aber nicht um ein
Franchisesystem, sondern um eine freie
Partnerschaft, die mit wenigen Investitionen
Kunden und Umsatz bringen möchte, so Verkaufsleiter
Jürgen Miederer im Krafthand-Talk.
Das Interview hören Sie im Krafthand-Talk auf
www.krafthand.de
Komponenten der HV-Anlage. Nicht
zuletzt deshalb haben die Fahrzeughersteller
den sogenannten Service-Disconnect
in den Stromkreis der Hochvoltbatterie
(Grafik Seite 12) integriert.
Dieses als Stecker oder Schalter ausgeführte
Bauteil trennt nach dem Abziehen
respektive in Stellung ‚off‘ nicht
nur den Stromkreis der HV-Anlage,
sondern auch den der Batterie (Grafik
Seite 12) – und das in oder annähernd
in der Mitte. Aber warum gerade hier?
Durch das Trennen der Batteriemodule/-zellen
teilt sich die Kapazität
entsprechend und damit das von der
Batterie ausgehende Gefährdungspotenzial
für einen Stromschlag. Zum
besseren Verständnis: Würde eine
Hochvoltbatterie über sechs Zellen sowie
eine Kapazität von 100 V verfügen
und der Disconnect trennt Zelle drei
und vier voneinander, liegen auf beiden
Seiten nur noch 50 V an. Käme es
dann trotz aller Arbeitsschutzrichtlinien
dennoch zu einem Stromschlag, wären
die Folgen entsprechend geringer als
bei 100 V.
Zum Entfernen/Ausschalten des
Servicesteckers beziehungsweise Batteriehauptschalters
sind grundsätzlich
spezielle Elektrikerhandschuhe zu tragen,
die aufgrund ihres Materials vor
einem eventuellen Lichtbogen und
Stromschlag schützen. So wie es gilt, als
Sicherung gegen Wiedereinschalten
der HV-Anlage den Zündschlüssel und
den Servicestecker abzuziehen und sicher
aufzubewahren, muss auch eine
Wartezeit (je nach Hersteller) vor dem
Prüfen auf Spannungsfreiheit der Anlage
eingehalten werden. Honda beispielsweise
gibt für seine Hybridmodelle
fünf Minuten an. Erst danach ist
sichergestellt, dass die im Inverter enthaltenen
Kondensatoren zum Glätten
des Stroms und Absorbieren von Spannungsspitzen
vollkommen entladen
sind. Für den Prius von Toyota gilt dem
Hersteller zufolge eine Wartezeit von
zehn Minuten.
Zum Prüfen der Spannungsfreiheit
dürfen Fachkundige nur dafür zugelassene
und mit einem GS-Zeichen versehene
Spannungsprüfer benutzen. Hat
der Fahrzeughersteller eine entsprechende
Kontrollleuchte im Cockpit
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Ihr Jürgen Benz
Geschäftsführer
KRAFTHAND-Wissen
Hochvolt
Der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung
beziehungsweise Berufsgenossenschaft
zufolge spricht man von Hochvolt im Fahrzeug,
wenn mehr als 25 V Wechselspannung (AC)
oder 60 V Gleichspannung (DC) an einem
System anliegt. Ab diesen Schwellwerten und
einem Kurzschlussstrom von 3 mA (AC) beziehungsweise
12 mA (DC) geht man von einer
elektrischen Gefährdung aus.
(z.B. BMW X6) platziert, die über das
Freischalten informiert oder hat er einen
Modus installiert, über den die
Spannungsfreiheit mit dem Diagnosetester
festzustellen ist, lässt der Gesetzgeber
auch das zu. Hier wie auch bei
allen anderen Maßnahmen sind natür-
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Auf Prüfzeichen
achten: Zum Arbeitsschutz
für
Arbeiten an Hochvoltanlagen
gehört
es, nur dafür zugelassene
(am GS-Zeichen
zu erkennen)
Prüfinstrumente
sowie spezielle
Elektrikerhandschuhe
zu verwenden.
Bild: Schmidt
lich stets herstellerspezifische Vorschriften
zu beachten. Außerdem soll
an dieser Stelle noch einmal eindringlich
darauf hingewiesen sein, dass nur
ein Kfz-Profi mit dem Nachweis ‚Fach-
Hochvoltfahrzeuge Werkstattpraxis
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kundiger für Arbeiten an HV-eigensicheren
Fahrzeugen‘ auch selbstständig
an der HV-Anlage arbeiten darf.
Torsten Schmidt
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