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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines elektrischen Testverfahrens für zumindest ein elektrisches Bauteil eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Es ist bereits bekannt, dass Luft- und Kriechstreckenabstände in Hochvolt-Komponenten nach der Norm EC 60664 ausgelegt sind. Dabei werden die Luftabstände zwischen Hochvolt-Potentialen und Hochvolt-Potentialen an Gehäuseteilen, Niedervoltbereichen oder dergleichen auf eine bestimmte Betriebshöhe bezogen auf Normalnull, also Meereshöhe, ausgelegt. Also zum Beispiel wird eine Automotivanwendung auf 4000 m über Normalnull ausgelegt und entsprechend designt.
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Beispielsweise ergeben sich Luftstreckenabstände, die kürzeste Entfernung in Luft zwischen zwei leitenden Teilen von 2 mm bei einer Einsatzhöhe von 4000 m über Normalnull, also Meereshöhe. Der 2 mm Abstand zwischen den leitenden Teilen kann einer maximalen Überspannung von 2500 V Gleichspannung widerstehen, sprich, es kommt bei einer Gleichspannung bis zu 2500 V zu keinem Überschlag.
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Viele Hochvolt-Komponenten, die zum Beispiel für eine nominale, maximale Versorgungsspannung von 500 V Gleichspannung ausgelegt werden, werden einer End-of-Line-Prüfung von 2150 V Gleichspannung unterzogen. Es handelt sich dabei um eine 100%-Prüfung, sprich, jede gefertigte Komponente erfährt mindestens einmalig die hohe Prüfspannung. Dabei werden jeweils die Hochvolt-Potentiale und jeweils die Niedervolt-Potentiale auf jeweils ein gemeinsames Potential gelegt und per Stehspannungsprüfgerät die Spannung aufgeprägt. Übersteigt die Ableitstromhöhe, also der Strom, der während der Stehspannungsprüfung fließt, einen vorgegebenen Schwellwert, so ist die Situation als nicht in Ordnung zu werten. Die Hochvolt-Komponente hat als Resultat den Test nicht bestanden und muss aussortiert werden. Diese Prüfung dient dazu, um herauszufinden, ob sich zum Beispiel in der Hochvolt-Komponente Abweichungen im Fertigungsprozess eingeschlichen haben, Verschmutzungen aufgetreten sind, oder zum Beispiel eine Schraube vergessen wurde.
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Die Stehspannungsprüfung ist in Summe eine wirksame Methode, Abweichungen im Ablaufprozess zu entdecken und dementsprechend Fehler aufzudecken. Jedoch ist die Belastung auf Unterkomponenten hoch, sodass zum Beispiel die Stehspannungsprüfung nur einmalig durchgeführt wird. Bei Nachfolgetests dürfen zum Beispiel schon nicht mehr als 2150 V Gleichspannung als Prüfspannung angelegt werden, sondern nur noch 80%, also beispielsweise 1720 V Gleichspannung.
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Die
EP 2 515 419 A1 beschreibt eine rotierende elektrische Maschine für ein elektrisches Fahrzeug, die in einem Fahrzeug installiert ist und von einer Wechselrichter-Stromquelle angetrieben wird, umfassend eine Teilentladungs-Messvorrichtung, die Teilentladungen misst, die in isolierten Bereichen zwischen Wicklungen, zwischen Phasen und zwischen der rotierten elektrischen Maschine und einer Erde auftreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem verbessert eine Testung zumindest einer elektrischen Komponente eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines elektrischen Testverfahrens für zumindest ein elektrisches Bauteil eines Kraftfahrzeugs, wobei das elektrische Bauteil während des Testverfahrens mit einer vorgegebenen elektrischen Spannung und/oder einem vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird, und wobei das Testverfahren in einer zumindest teilweise evakuierten Umgebung des elektrischen Bauteils durchgeführt wird.
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Es ist dabei vorgesehen, dass als Testverfahren zumindest eine Durchschlagsspannung am elektrischen Bauteil überprüft wird und/oder ein Überspannungstestverfahren am elektrischen Bauteil als das Testverfahren durchgeführt wird.
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Insbesondere können somit hohe Prüfspannungen, die ein Lebensdauerproblem für Hochvolt-Komponenten, beispielsweise für Leistungselektronik darstellen, verhindert werden. Oft werden Vorschädigungen durch die Prüfung erst nach vielen Jahren gemäß dem Stand der Technik sichtbar. Die Lösung liegt dabei in der Anwendung insbesondere des sogenannten Paschen-Gesetzes. Während der Durchführung der Stehspannungsprüfung oder weiterer Prüfungen der Funktions- und Basisisolierung werden die anliegenden Umgebungsdruckverhältnisse per Vakuumkammer variiert.
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Insbesondere werden somit Elektronikbauteile, insbesondere Hochvolt- und Niedervolt-Komponenten bei dem Kraftfahrzeug, beispielsweise eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, nicht mit den normalen erforderlichen Spannungen zur Qualitätssicherung getestet, sondern durch ein Vakuum beziehungsweise eine Absenkung des Drucks beziehungsweise eine Druckminderung die gleichen Isolationsmessungen bei geringeren Spannungen durchgeführt. Damit sind die Bauteile weniger belastet, und die Lebensdauer ist nicht durch die Qualitätstests reduziert.
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Insbesondere werden somit Tests bezüglich der Überspannung und der Durchbruchsspannung durchgeführt, und vor allem werden auch kleine Einzelkomponenten des Kraftfahrzeugs somit getestet.
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Dabei ist es möglich, dass eine Art Vakuumkammer bereitgestellt wird, in der die Komponenten/Bauteile einfach zum Testen einem geringeren Druck ausgesetzt sind oder durch Vakuumierung beispielsweise eines dichten Gehäuses der Komponente an sich die Bauteile getestet werden. Es können dabei sowohl Einzelteile, beispielsweise Kondensatoren oder Platinen bis hin zu Komponenten beziehungsweise Steuervorrichtungen oder sogar ganze Hochvolt-Bordnetze beziehungsweise Kraftfahrzeuge getestet werden.
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Unter Vakuum ist dabei insbesondere kein totales Vakuum zu verstehen, sondern eben eine Druckminderung unter Umgebungsdruck, beispielsweise bezüglich der Meereshöhe, auf einem Unterdruck, der zum Testen der entsprechenden Überspannungen/Isolationen notwendig ist, um diese Sicherheitsgrenzen einhalten zu können und dennoch bei „normalen“ Arbeitsspannungen die Tests durchführen zu können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die evakuierte Umgebung in einer Druckkammer erzeugt.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die evakuierte Umgebung durch Evakuieren eines Gehäuses, in welchem das elektrische Bauteil verbaut ist, durchgeführt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass eine Vielzahl von elektrischen Bauteilen zu einer Einheit verschaltet wird und das Testverfahren in der gesamten Einheit durchgeführt wird.
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Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn zusätzlich ein Isolationstest durchgeführt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines Testverfahrens.
- In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Figur zeigt einen schematischen Testaufbau 10 zum Durchführen eines elektrischen Testverfahrens für zumindest ein elektrisches Bauteil 12. Das elektrische Bauteil 12 kann eine Einzelkomponente, beispielsweise ein Kondensator oder eine Platine sein oder auch als Bauteil bestehend aus mehreren elektrischen Komponenten bis hin zu einem Hochvolt-Bordnetz oder ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das elektrische Bauteil 12 in einer Druckkammer 14 bereitgestellt. Zum Auswerten des Testverfahrens 10 kann beispielsweise eine elektronische Recheneinrichtung 16 vorgesehen sein. Die elektronische Recheneinrichtung 16 kann beispielsweise ein Vakuumsignal 18 erzeugen, um die Vakuumkammer 14 beziehungsweise Druckkammer 14 zu evakuieren. Ferner kann die elektronische Recheneinrichtung 16 beispielsweise eine vorgegebene elektrische Spannung beziehungsweise einen vorgegebenen elektrischen Strom als Signal 20 an das elektrische Bauteil 12 übertragen.
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Bei dem Verfahren zum Durchführen des elektrischen Testverfahrens für das elektrische Bauteil 12 ist vorgesehen, dass das elektrische Bauteil 12 während des Testverfahrens mit der vorgegebenen elektrischen Spannung und/oder dem vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird, wobei das Testverfahren in der zumindest teilweise evakuierten Umgebung 22 des elektrischen Bauteils 12 durchgeführt wird. Insbesondere wird als Testverfahren zumindest eine Durchschlagsspannung an dem elektrischen Bauteil 12 überprüft und/oder ein Überspannungstestverfahren am elektrischen Bauteil 12 als Testverfahren durchgeführt.
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Insbesondere schlägt somit die Erfindung in einer ersten Variante vor, dass an dem elektrischen Bauteil 12, welches insbesondere eine Hochvolt-Komponente darstellt, während der Stehspannungsprüfung ein Unterdruck angelegt wird, sodass geringere Prüfspannungen angelegt werden können. Die Prüfung wird wiederum in der Druckkammer 14, insbesondere ausgebildet als Unterdruckkammer, durchgeführt. Somit kann auf eine hohe, schädigende Prüfspannung verzichtet werden. Um für die Höhe der Prüfspannung in Abhängigkeit von den Unterdruckverhältnissen das passende Maß zu finden, kann insbesondere eine sogenannte Paschen-Kennlinie angewendet werden.
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Eine weitere Möglichkeit ergibt sich, um zum Beispiel Grenzwerte der maximalen Durchschlagsspannung zu ermitteln, indem eine neu entwickelte elektrische Komponente/Bauteil12 einer maximalen Durchschlagprüfung unterzogen wird. Dieser Test dient zum Beispiel zum Herausfinden, ob alle Normen für Luftstrecken im Design eingehalten werden. Jedoch kann es durch hohe Prüfspannungen wiederum zu Problemen innerhalb der Unterkomponenten kommen. Durch Testen in der Druckkammer 14 können die Prüfspannungen relativ klein gehalten werden und trotzdem das passende Ergebnis erzielt werden. Dies gilt zum Beispiel als Schnellidentifizierung, ob alle Kriterien für die Luftstreckenermittlung eingehalten wurden. Der zeitliche Vorteil ist dabei sehr stark, da diese Prüfungen oft noch händisch ablaufen, also viele einzelne Punkte im CAD-Design werden per Abstandsmessung ermittelt und bewertet.
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Ferner kann eine weitere Variante davon ausgehen, dass bei der Stehspannungsprüfung, wie oben beschrieben, die Hochvolt-Potentiale und Niedervolt-Potentiale gegeneinander geprüft werden. Diese Prüfung erfolgt gemäß dem Stand der Technik nie gemeinsam im Betrieb, also zum Beispiel unter Anlegen von Betriebsspannungen und stellen eines Belastungsstroms bei einer Leistungselektronik, beispielsweise dem DC-DC-Wandler, einer Hochvolt-Batterie oder dergleichen. Durch Anlegen eines Unterdrucks zum relativen Anlegen des Atmosphärendrucks können somit die zwei Tests durchgeführt werden. In einer End-of-Line-Belastungsprüfung können normale Betriebsbedingungen geprüft werden und gleichzeitig durch Anlegen eines Unterdrucks durch die Druckkammer 14 auch gleichzeitig die Basisisolierung und Funktionsprüfung geprüft werden. Diese doppelte Prüfung in einem Testverfahren generiert einen Vorteil, da durch die herkömmlichen Stehspannungsprüfungen nur die Basisisolierung geprüft wird. Durch Absenken des Umgebungsdrucks können gleichzeitig während des Betriebs die Basis- und Funktionsprüfung getestet werden. Der Vorteil ist dabei, dass Zeit eingespart wird sowie eine geringere Betriebsbelastung zu verzeichnen ist. Ferner kann der Verzicht auf hohe Prüfspannungen realisiert werden.
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Eine nochmals weitere Variante des Testverfahrens sieht vor, dass bei den Hochvolt-Komponenten, zum Beispiel einer elektrischen Achse, kurz eATS, die Komponente Leistungselektronik und die Komponente Elektromaschine miteinander verheiratet werden. Wird nun ein Remanufacturing-Ansatz verfolgt, also eine Wiederinstandsetzung einer defekten Komponente oder zum Beispiel ein Austausch durch Defekt einer der Komponenten, beispielsweise Leistungselektronik, so wird nach der Wiederinstandsetzung ebenfalls eine Stehspannungsprüfung durchgeführt. Der Nachteil dabei ist, dass zum Beispiel nun die Leistungselektronik ausgetauscht wurde und neu ist jedoch die elektrische Maschine schon viele Jahre aufweist, weshalb diese bereist belastet ist und eine Qualität abgenommen hat. Hierbei kann nun eine Stehspannungsprüfung durchgeführt werden, wobei die Prüfspannungen sehr niedrig sind. Insbesondere würde gemäß dem Stand der Technik die alte Komponente eine Prüfspannung erleiden und eventuell zu einer hohen Belastung führen, was zu einer Zerstörung führen könnte. Ist jedoch die Prüfungsspannung beispielsweise zu gering, werden eventuell Fehler nicht detektiert. Durch die Variation der Prüfspannung unter dem Druck kann somit ein Vorteil entstehen. Durch die Reduzierung der Prüfspannung kann somit das Ergebnis auch durch die Variation der Umgebungsdrücke das erwartete Ergebnis bringen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Testaufbau
- 12
- elektrisches Bauteil
- 14
- Druckkammer
- 16
- elektronische Recheneinrichtung
- 18
- Drucksignal
- 20
- Signal
- 22
- Umgebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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