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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Dichtigkeit eines Gehäuses wenigstens einer elektrischen Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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In der
JP 2007335107 A ist ein Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung einer Blei-Säure-Batterie beschrieben. Die Batterie ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei zur Dichtigkeitsüberprüfung ein Gas durch eine in dem Gehäuse angeordnete Öffnung eingeströmt wird. Anschließend wird ein Druck innerhalb des Gehäuses ermittelt.
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Weiterhin ist in der
DE 10 2013 209 702 A1 eine Anschlussvorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit eines Batteriegehäuses beschrieben. Die Anschlussvorrichtung umfasst ein Aufsatzelement zum dichten Aufsetzen auf ein in das Batteriegehäuse integriertes Druckausgleichselement, und einen Druckanschluss am Aufsatzelement, um das Innere des Batteriegehäuses durch das Druckausgleichselement hindurch mit Über- oder Unterdruck zu beaufschlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Prüfen einer Dichtigkeit eines Gehäuses wenigstens einer elektrischen Komponente, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, hinsichtlich der Vorrichtung mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Fahrzeugs mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem Verfahren zum Prüfen einer Dichtigkeit eines Gehäuses wenigstens einer elektrischen Komponente wird ein Inneres des Gehäuses mit Druck beaufschlagt und anschließend mindestens ein Parameter zum Prüfen des beaufschlagten Drucks erfasst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Komponente in einem Fahrzeug angeordnet wird und der mindestens eine Parameter wenigstens im Betrieb des Fahrzeugs bei Bedarf oder in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt erfasst wird.
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Die elektrische Komponente ist hierbei insbesondere eine Hochvolt-Komponente des Fahrzeugs, z. B. eine Hochvolt-Batterie, die mit elektrischen Spannungen von mindestens 60 Volt betrieben wird. Aufgrund bestimmter Sicherheits- und Qualitätsanforderungen an Hochvolt-Komponenten ist die elektrische Komponente in einem Gehäuse mit einer entsprechenden Dichtigkeit anzuordnen. Unter Dichtigkeit werden eine Gasdichtheit, eine Wasserdichtheit und/oder gegebenenfalls eine Dichtheit gegenüber elektrischer oder elektromagnetischer Strahlung verstanden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine bedarfsgerechte Überwachung einer Dichtigkeit des Gehäuses insbesondere während des Betriebs der elektrischen Komponente möglich. Somit sind Dichtigkeitsüberprüfungen des Gehäuses auch außerhalb von Wartungsarbeiten möglich, wodurch eine Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Komponente gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbessert wird. Zusätzlich ermöglicht das Verfahren eine verbesserte Konstruktionsfreiheit der elektrischen Komponente, welche somit auch an weniger geschützten und/oder überwachten Positionen im Fahrzeug anordenbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als Parameter ein Druck im Inneren des Gehäuses erfasst, was mittels einer einfach durchzuführenden Druckluftmessung, z. B. mittels eines Drucksensors, möglich ist.
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Alternativ oder zusätzlich wird als Parameter eine elektrische Leistung erfasst, die zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Gehäuses verbraucht wird. Insbesondere wird hierbei der Verbrauch einer elektrischen Größe, z. B. eine elektrische Leistung oder ein Strom, erfasst, bis ein vorgegebener Druckwert im Inneren des Gehäuses erreicht ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Parameter über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst, so dass eine Mehrzahl von Werten für den Parameter erfasst wird. Beispielsweise wird aus der Mehrzahl von Werten eine Differenz gebildet, so dass z. B. ein Druckabfall über den erfassten Zeitraum ermittelt werden kann.
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Zum Prüfen der Dichtigkeit des Gehäuses wird eine Differenz zwischen mindestens einem erfassten Wert für den Parameter und einem vorgegebenen Soll-Wert ermittelt. In Abhängigkeit der ermittelten Differenz wird anschließend auf eine Dichtigkeit oder Undichtigkeit geschlossen, woraufhin gegebenenfalls Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise wird die elektrische Komponente deaktiviert, wenn die ermittelte Differenz einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und somit auf eine Undichtigkeit geschlossen wird, die einen weiteren Betrieb der elektrischen Komponente gefährdet oder die eine elektrische Gefährdung z. B. durch einen elektrischen Schlag darstellt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst mindestens einen Aktuator zur Erzeugung eines vorgegebenen Überdrucks im Inneren des Gehäuse, mindestens eine Erfassungseinheit zur Erfassung des mindestens einen Parameters und mindestens eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Aktuators und zur Auswertung von Messergebnissen des mindestens einen erfassten Parameters.
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Die Vorrichtung ist zumindest teilweise in und/oder an dem Gehäuse anordenbar. Der Aktuator ist beispielsweise als eine Pumpe zur Förderung von Umgebungsluft in das Gehäuse ausgebildet und mit einem ausgangsseitigen Ende im oder am Gehäuse angeordnet. Die mindestens eine Erfassungseinheit ist z. B. als ein Drucksensor ausgebildet und vorzugsweise im Gehäuse angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungseinheit auch als Energiezähler ausgebildet sein, welcher einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Größe, z. B. ein Strom, zur Erzeugung des vorgegebenen Überdrucks erfasst.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist für einen Druckausgleich zwischen einem Gehäuseinneren und einer äußeren Gehäuseumgebung eine gasdurchlässige und fluiddichte Membran vorgesehen. Beispielsweise ist die Membran in einer Gehäusewand angeordnet, so dass der Aktuator Umgebungsluft durch die Membran in das Gehäuseinnere fördern kann. Vorzugsweise werden der Aktuator und die Membran zueinander abgedichtet, so dass der Überdruck im Gehäuseinneren während des Verfahrens erhalten bleibt.
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Zur Durchführung des Verfahrens bei Bedarf ist die Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem manuell betätigbaren Betätigungselement verbunden. Das Betätigungselement ist beispielsweise ein in einem Fahrzeuginnenraum angeordneter Taster oder Schalter, dessen Betätigung die Prüfung der Dichtigkeit des Gehäuses initiiert. Alternativ oder zusätzlich ist in der Steuereinheit ein Programmablauf integriert, welcher eine automatische Durchführung des Verfahrens in fest vorgegebenen Zeitabständen umfasst.
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Es ist weiterhin ein Fahrzeug vorgesehen, welches mindestens eine elektrische Komponente mit einem Gehäuse sowie wenigstens eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie als elektrische Komponente, so dass mittels der Vorrichtung eine Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Betriebs des Fahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik verbessert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Komponente und einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen einer Dichtigkeit eines Gehäuses der elektrischen Komponente.
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Die einzige 1 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführung eines Fahrzeugs 1 mit einer elektrischen Komponente 2 und einer Vorrichtung 3 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen einer Dichtigkeit eines Gehäuses 2.1 der elektrischen Komponente 2. Alternativ kann das Fahrzeug 1 auch mehrere elektrische Komponenten 2 umfassen, wobei eine Anzahl von Vorrichtungen 3 beispielsweise mit einer Anzahl von elektrischen Komponenten 2 korrespondiert.
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Die elektrische Komponente 2 ist insbesondere eine Hochvolt-Komponente im Fahrzeug 1, die mit elektrischen Spannungen von mindestens 60 Volt betrieben wird. So ist das Fahrzeug 1 beispielsweise ein Elektrofahrzeug und die elektrische Komponente 2 eine Hochvolt-Batterie, die einen Energiespeicher zum Antrieb des Fahrzeugs 1 darstellt.
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Zum Schutz der elektrischen Komponente 2 vor äußeren Einflüssen ist diese in einem Gehäuse 2.1 angeordnet. Das Gehäuse 2.1 ist gasdicht, insbesondere wasserdicht und/oder gegebenenfalls gegenüber elektrischer und elektromagnetischer Strahlung abgedichtet ausgeführt. Dazu ist das Gehäuse 2.1 beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl gebildet.
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Da die elektrische Komponente 2 im Betrieb des Fahrzeugs 1 gegenüber einem stationären Standort wechselnden Umgebungsbedingungen und mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, sind bestimmte Sicherheits- und Qualitätsanforderungen zu erfüllen, die unter anderem die o. g. Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 bedingen.
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Im Rahmen von Wartungs- oder Montagearbeiten der elektrischen Komponente 2 kann ein Öffnen des Gehäuses 2.1 erforderlich sein. Beispielsweise ist dies beim Wechsel von elektrischen Sicherungen und/oder bei der Montage von elektrischen Zuleitungen der elektrischen Komponente 2 der Fall.
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Das nachträgliche Öffnen des Gehäuses 2.1 führt zu Unsicherheiten bezüglich der Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 und daraus resultierend zu einer Unsicherheit bezüglich einer elektrischen Sicherheit der elektrischen Komponente 2. Beispielsweise kann das Gehäuse 2.1 beim Öffnen und/oder Schließen beschädigt werden, so dass eine elektrische Gefährdung für Personen aufgrund eines potentiellen Zugangs zu spannungsführenden Komponenten der elektrischen Komponente 2 besteht.
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Die Erfindung sieht daher die Vorrichtung 3 vor, mittels welcher auch außerhalb von Wartungs- und Montagearbeiten eine Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 überprüft und gegebenenfalls fortlaufend überwacht werden kann. Damit können zum einen zeitaufwendige Dichtigkeitsprüfungen im Rahmen von Wartungs- und Montagearbeiten entfallen. Zum anderen sind Beschädigungen des Gehäuses 2.1, die erst im Betrieb der elektrischen Komponente 2 ein bestimmtes Ausmaß annehmen, sicher und zuverlässig ermittelbar. Auch eine Konstruktion und Positionierung der elektrischen Komponente 2 innerhalb des Fahrzeugs 1 wird wesentlich vereinfacht.
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Die Vorrichtung 3 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Aktuator 3.1, eine Erfassungseinheit 3.2 und eine Steuereinheit 3.3. Alternativ kann die Vorrichtung 3 auch mehrere Aktuatoren 3.1 und/oder Erfassungseinheiten 3.2 umfassen.
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Der Aktuator 3.1 ist zur Druckbeaufschlagung eines Inneren des Gehäuses 2.1 vorgesehen, wobei ein Überdruck mit einem hinreichend kleinen Wert im Inneren des Gehäuses 2.1 erzeugt wird, bei welchem keine Schädigungen der elektrischen Komponente 2 zu erwarten sind. Beispielsweise ist der Aktuator 3.1 eine Pumpe, welche bei Bedarf oder in vorgegebenen Zeitabständen Umgebungsluft in das Innere des Gehäuses 2.1 fördert, wobei sich ein Druck im Inneren des Gehäuses 2.1 gegenüber der äußeren Umgebung erhöht. Alternativ ist der Aktuator 3.1 als ein Druckluft erzeugender Verdichter ausgebildet.
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Der Aktuator 3.1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine hydrophobe Membran 3.4 mit dem Inneren des Gehäuses 2.1 gekoppelt, welche ein gasdurchlässiges und fluiddichtes Material umfasst. Die Membran 3.4 ist in einer Seitenwand des Gehäuses 2.1 angeordnet und vorzugsweise mit einer umlaufenden Dichtung versehen, wobei die Membran 3.4 mit der Gehäusewand kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt ist. Zwischen dem Aktuator 3.1 und der Membran 3.4 ist ebenfalls eine Dichtung angeordnet, so dass beim Einströmen von Umgebungsluft oder Druckluft in das Innere des Gehäuses 2.1 keine oder nur vernachlässigbar wenig Luft zurück in die Umgebung entweicht. Die Membran 3.4 kann dabei Bestandteil der Vorrichtung 3 sein oder die Membran 3.4 ist bereits Bestandteil der elektrischen Komponente 2 und dient allgemein einem Druckausgleich von Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Gehäuses 2.1 und einer äußeren Umgebung.
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Die Erzeugung der Druckluft im Inneren des Gehäuses 2.1 ist dabei ein erster Schritt des Verfahrens, welches entweder bei Bedarf oder automatisch in vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt wird. Zur Durchführung des Verfahrens bei Bedarf ist die Steuereinheit 3.3 mit einem manuell betätigbaren Betätigungselement 3.5 verbunden, welches beispielsweise ein im Fahrzeuginnenraum angeordneten Taster oder Schalter darstellt. Alternativ oder zusätzlich ist in der Steuereinheit 3.3 ein Programmablauf integriert, welcher eine automatische Durchführung des Verfahrens in fest vorgegebenen Zeitabständen umfasst.
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Zum Prüfen einer Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 umfasst das Verfahren einen an die Überdruckerzeugung anschließenden zweiten Schritt, in welchem mindestens ein Parameter zum mittelbaren oder unmittelbaren Prüfen des Überdrucks im Inneren des Gehäuses 2.1 erfasst wird. Beispielsweise ist der Parameter ein Druck im Inneren des Gehäuses 2.1, welcher über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst wird. Dazu ist die Erfassungseinheit 3.2 vorgesehen, die hierbei als ein Drucksensor ausgebildet ist. Die Erfassungseinheit 3.2 ist beispielsweise mit einer Überwachungselektronik der elektrischen Komponente 2 gekoppelt, wobei dies im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist.
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Ein mittels der Erfassungseinheit 3.2 erfasster Wert für den Parameter wird anschließend durch die Steuereinheit 3.3 ausgewertet, welche den erfassten Wert des Parameters mit einem vorgegebenen Soll-Wert vergleicht. Der Soll-Wert wird beispielsweise im Rahmen eines Herstellungsprozesses der elektrischen Komponente 2 bestimmt und ist somit fest vorgegeben. Der Soll-Wert kann alternativ oder zusätzlich auch im Rahmen von Wartungsarbeiten bestimmt werden.
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Anstelle eines einzelnen Werts für den Druck kann alternativ eine Differenz aus einer über einen vorgegebenen Zeitraum erfassten Mehrzahl von erfassten Werten für den Parameter ermittelt werden, wobei eine Ist-Differenz mit einer vorgegebenen Soll-Differenz verglichen wird. Die Soll-Differenz wird dabei analog zur Bestimmung des Soll-Werts festgelegt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Parameter alternativ oder zusätzlich eine elektrische Leistung erfasst, die der Aktuator 3.1 zur Erzeugung des vorgegebenen Überdrucks im Inneren des Gehäuses 2.1 aufnimmt. Dazu kann die Erfassungseinheit 3.2 z. B. als ein Leistungsmesser ausgebildet sein. Die Erfassungseinheit kann auch als ein Energiezähler ausgebildet sein, welcher eine verbrauchte elektrische Größe, z. B. ein Strom, über einen Zeitraum erfasst, der erforderlich ist, den vorgegebenen Überdruck im Inneren des Gehäuses 2.1 zu erzeugen. Die Erfassungseinheit 3.2 ist hierbei mit dem Aktuator 3.1 gekoppelt.
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Die Steuereinheit 3.3 vergleicht hierbei analog zum erfassten Druck oder der ermittelten Druckdifferenz einen Ist-Wert des Energieverbrauchs mit einem vorgegebenen Soll-Wert.
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In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann anhand eines Vergleichs zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert eine Aussage über die Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 getroffen werden. Dabei werden die Soll-Werte in der Steuereinheit 3.3 hinterlegt und mit einer Information verknüpft. Die Information ist abhängig vom Wert des Soll-Werts und wird gleichzeitig mit dem Soll-Wert, z. B. in Form einer sogenannten Lookup-Tabelle, in der Steuereinheit 3.3 hinterlegt. Beispielsweise enthält die Information, dass das Gehäuse 2.1 dicht ist, solange der Ist-Wert einem Soll-Wert in einem festgelegten Wertebereich entspricht. Überschreitet der Ist-Wert den Wertebereich, so enthält die Information, dass das Gehäuse 2.1 undicht ist.
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Denkbar ist auch, einen sogenannten Toleranzbereich in der Steuereinheit 3.3 zu hinterlegen, innerhalb welchem eine Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert eine Dichtigkeit des Gehäuses 2.1 ergibt. Liegt die Differenz außerhalb des Toleranzbereichs, so wird auf eine Undichtigkeit des Gehäuses 2.1 geschlossen.
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Ermittelt die Steuereinheit 3.3, wie zuvor beschrieben, eine Undichtigkeit des Gehäuses 2.1, können bestimmte Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise wird ein Betrieb der elektrischen Komponente 2 eingestellt oder es wird ein Warnsignal an einen Fahrer des Fahrzeugs 1 ausgegeben. Das Gehäuse 2.1 kann anschließend repariert oder ausgetauscht werden.
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Ein weiterer Vorteil der Dichtigkeitsprüfung im Betrieb der elektrischen Komponente 2 ist, dass aufgrund des Druckausgleichs durch die Membran 3.4 Luft aus dem Inneren des Gehäuses 2.1 in die äußere Umgebung befördert wird. Dadurch kann gegenüber einer Dichtigkeitsprüfung mit einem Unterdruck im Inneren des Gehäuses 2.1 ein Ansaugen von Schmutz und Feuchtigkeit vermieden oder zumindest verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- elektrische Komponente
- 2.1
- Gehäuse
- 3
- Vorrichtung
- 3.1
- Aktuator
- 3.2
- Erfassungseinheit
- 3.3
- Steuereinheit
- 3.4
- Membran
- 3.5
- Betätigungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007335107 A [0002]
- DE 102013209702 A1 [0003]
