Moderne elektrische Antriebstechnik in Kraftfahrzeugen erfordert eine zusätzliche Qualifizierung des Werkstattpersonals. Aber auch diejenigen, die in der Herstellung und Entwicklung solcher Systeme mit HV-Technik in Berührung kommen, müssen nach der DGUV Information 209-093 zum/zur "Fachkundigen für Hochvolttechnik in Kraftfahrzeugen" qualifiziert werden. Alle hierfür geforderten Qualifizierungsstufen lassen sich inhaltlich mit dem Christiani HV-Trainer abbilden.
Christiani HV-Trainer - Schulungssystem E-Antriebe und HV-Systeme in Kraftfahrzeugen
Das Schulungssystem E-Antriebe und HV-Systeme in Kraftfahrzeugen besteht aus einem Antriebsmodul und einem Energieversorgungs- und Steuerungsmodul. Das HV-System arbeitet mit einer Betriebsspannung von 96 Volt. Aufgebaut ist eine komplette Energieversorgungseinheit mit elektronischem Batteriemanagementsystem (BMS), ein integriertes Ladegerät für die HV-Batterie, eine Steuereinheit mit Motormanagementsystem, alle erforderlichen Sicherheitskomponenten, Mennekes Ladeanschluss (Typ 2). Die Freischaltung des HV-Systems kann wahlweise über einen Service-Disconnect im 12 V-Kreis oder über einen Service-Disconnect im HV-Kreis (in der HV-Batterie) erfolgen. Zusätzlich dazu verfügt das Lehrsystem über eine Rettungstrennstelle, um die Freischaltung eines verunfallten Fahrzeugs darzustellen. Die HV-Batterie, mit 96 Volt Nominalspannung, ist mit 32 LiFePO4 / 40 Ah Zellen bestückt. Das BMS verfügt über eine Bluetooth-Schnittstelle. Über eine dazugehörige App (Android) kann der Zustand (Spannung, Temperatur, Balancing-Rate während des Ladevorgangs) jeder einzelnen Batteriezelle dargestellt werden.
Antriebsmodul
Das Antriebsmodul besteht aus einem kompletten, fahrzeugelektrischen Antriebsstrang mit 1,6 kW Asynchron-Maschine, Steuerungseinheit mit Controller (E-Car-Box), DC/DC-Wandler, Sicherungen, Hochvolt-Hauptschütz und einer Steuerungssoftware mit mehrstufig einstellbarem Rekuperationsmodus zur Darstellung der Energierückgewinnung sowie einer hydraulischen Bremse zur Lastsimulation (Bergauffahrt).
E-Car-Box
Die E-Car-Box ist das Herzstück des Antriebs. In ihr sind alle wichtigen Komponenten zur Ansteuerung des Motors platzsparend, sicher und EMV-konform eingebaut und nach höchsten Sicherheitsstandards verkabelt. Sie enthält neben dem luftgekühlten Curtis-Controller zur Ansteuerung des Motors auch den Hauptschütz, einen DC/DC-Wandler sowie alle erforderlichen Hoch- und Niederspannungssicherungen.
Batteriemanagementsystem (BMS)
Das Batteriemanagementsystem dient zur Überwachung der im HV-Trainer verbauten Lithium-Eisenphosphat-Batteriezellen und deren Schutz vor Über- und Unterspannung während des Ladevorgangs und während der Fahrt. Dabei kommuniziert die zentrale Steuereinheit via CAN-Schnittstelle mit dem angeschlossenen Ladegerät und dem Motorcontroller. Das BMS verfügt über ein Bluetooth-Modul zur Kommunikation zwischen dem BMS und einem Anzeigeinstrument wie Smartphone, Tablet oder einem Bluetooth fähigen Windows-PC. Mit diesem Modul können der Ladezustand der Batterie und verschiedene andere Parameter überwacht werden. Software für Windows und eine Android-App sind zum Downnload verfügbar.
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Alle Bezeichnungen auf den Messfeldern und Bedienflächen in Englischer Sprache
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Handbuch bzw. Manual in deutscher und englischer Sprache verfügbar
Durchführbare Arbeiten am HV-Funktionsmodell
- Spannungsfreischaltung mit Service-Disconnect Hochvoltkreis
- Spannungsfreischaltung mit Service-Disconnect Niedervoltkreis
- Spannungsfreischaltung mit Rettungstrennstelle
- Spannungsfreiheit feststellen
- Gegen Wiedereinschalten sichern
- Messen der Zwischenkreis-Kondensator Lade- und Entladekurve
- Defekte Batteriezellen messtechnisch lokalisieren
- Austausch von Batteriemodulen
- Connector zwischen den Zellen auf Übergangswiderstand prüfen
- Funktionsprüfung der Schütze
- Prüfen der Sicherheitslinie (Interlockkreis)
- Prüfung des Isolationswächters
- Prüfung von Motor-Encoder und Motortemperaturgeber
- Lastsimulation (Bergauffahrt) sichtbar und messbar darstellen
- Programmierung des HV-Controllers mit Handprogrammer oder PC-Interface
Messmöglichkeiten
- Phasenspannung und Phasensignal (U, V, W) zum E-Motor
- 12 V Bordnetzspannung
- HV-Batteriespannung
- Potenzialausgleichsmessung
- Isolationswiderstandsmessung
- Isolationswächtersignal (PWM-Signal)
- Inverter-Zwischenkreisspannung
- CP-Signal an der Ladesteckdose (Kommunikation mit Ladestation)
- Sicherheitslinie (Interlockkreis und Interlock-Signal-Spannung)
- Eingang DC/DC-Wandler (Plus und Minus)
- Ausgang DC/DC-Wandler (Plus und Minus)
- Temperatur und Spannung einer einzelnen Batteriezelle (über BMS)
- Strom-Sensor-Signal
- E-Motor Drehzahl- und Temperatur-Sensor-Signal
Fehlerschaltungen
Das Schulungssystem verfügt über eine integrierte Fehlerschaltung mit der sich jeweils 10 Fehler im Energieversorgungsmodul und 16 Fehler im Antriebsmodul schalten lassen. Die Fehlerschaltung wird mit einer speziell dafür entwickelten Android-App über Bluetooth mit einem vorkonfigurierten 7-Zoll Tablet (im Lieferumfang enthalten) gesteuert.
- Fehlerschaltung im Antriebsmodul
- Zwischenkreis-Kondensator Restenergie-Entladung funktioniert nicht
- Zwischenkreis Kondensator Restenergie-Entladung zu langsam
- Spule Hauptschütz im Antriebsmodul unterbrochen
- HV-Hauptschütz im Antriebsmodul defekt
- HV-Hauptschütz im Antriebsmodul verklebt/verschweißt
- DC/DC-Wandler schaltet nicht ein
- Motor-Temperatur Sensor defekt
- Motor-Encoder Phasenleitung unterbrochen
- CAN-Bus gestört
- Motorphase (W) unterbrochen
- Isolationsfehler HV+ Warnung
- Isolationsfehler HV+ Alarm
- Isolationsfehler HV- Warnung
- Isolationsfehler HV- Alarm
- Isolationsproblem HV+
- Isolationsproblem HV-
- Fehlerschaltung im Batteriemodul
- Isolationswiderstand unterhalb der Warnschwelle
- Isolationswiderstand unterhalb der Alarmschwelle
- Interlock Service-Disconnect unterbrochen
- Übertemperatur einer Batteriezelle
- Unterbrechung DC-Leitung des Ladegerätes
- HV+ Batterieschütz schließt nicht
- HV+ Batterieschütz verklebt/verschweißt
- Ladekommunikation unterbrochen
- AUX Modul Versorgung HV+ Leitung unterbrochen
- Zellmodul-Kommunikation unterbrochen
- Weitere Fehler:
- Sicherung F3 (DC/DC-Wandler) defekt
- Sicherung F4 (Batterie+ Kl. 30) defekt
- Sicherung F5 (Antriebsmodul-Not-Aus) defekt
- Beachtung der Unfallverhütungsvorschriften
- Vermeidung von Gefahren im Umgang mit elektrischem Strom und Gefahrstoffen
- Auswahl geeigneter und sicherer Prüf- und Messgeräte
- Umgang und Einsatz von Sicherheitsausrüstung
- Anwenden von herstellerspezifischen Prüfroutinen
- Freischalten von Hochvoltkomponenten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit herstellen
- Erkennen von Gefahren die von elektrischen Speichern (Kondensator, Hochvoltbatterien) ausgehen
- Erkennen der allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Elektrotechnik
- Erstellen von System- und Blockschaltbildern
- Identifizieren von elektrischen Größen in Ihrer Wirkung auf den menschlichen Organismus
- Fehlersuche und Interpretation der Diagnose betroffener Systeme
- Analysieren der Funktion und das Zusammenwirken der Bauelemente unter Berücksichtigung des Informationsaustausches zwischen beteiligten Steuergeräten
- Systemzusammenhänge erkennen mit Hilfe von Stromlauf- und Funktionsplänen
- Analysieren von zeitabhängigen Größen und Auswerten von Signalbildern
- Anwendung von Kenntnissen über die Gesetzmäßigkeiten der Spannungserzeugung (Induktion), der Gleichrichtung (Ein- und Mehrweggleichrichtung), des elektromotorischen Prinzips und der Speicherung elektrischer Energie
- Beurteilen von Gefährdungen bei Messungen unter Spannung, Ableitung von Schutzmaßnahmen und Prüfen der Wirksamkeit der elektronischen Schutzmaßnahmen des Hochvoltsystems
- Durchführung von Messungen unter Spannung (Isolations-, Potentialausgleichs- und Spannungsfallmessung, Batteriezellenspannungen, Temperaturbestimmung)
- Funktionsprüfung an Hochvoltsystemen (Ansteuersignale des Elektromotors im Fahrbetrieb)
- Beurteilung von Messwerten und Signalen auf Plausibilität und Erstellung von Prüfprotokollen
- Planen der Diagnose und Instandsetzung des Hochvoltsystems und dessen Komponenten
Lernfelder:
- Grundstufe: Lernfeld 3, 6
- Fachstufe: Lernfeld 13S
- Kraftfahrzeugmechatroniker/-in
- Kraftfahrzeugmechatroniker/-in mit Schwerpunkt System- und Hochvolttechnik
- Modulwagen Antriebs-Modul
- Modulwagen Steuerungs- und Energieversorgungsmodul
- Integrierte Fehlerschaltung mit 26 Fehlern
- Bedienungsanleitung
- Transportverpackung (bestehend aus 2 Kisten)
Zum HV-Trainer wird eine Zubehörbox mit folgendem Inhalt mitgeliefert:
- 1x Ladekabel 16 A 1-phasig Schuko-Mennekes
- 1x Service-Disconnect-Stecker
- 1x Schloss für Service-Disconnect
- 2x Schlüssel für Schloss Service-Disconnect
- 1x Knebel für Batterie-Hauptschalter 12 V
- 1x Interlock-Überbrückungskabel
- 1x Tablet für Fehlerschaltung
- 4x Sicherheitsmessleitungen (2x rot und 2x schwarz, je 1x in 108 cm und 1x in 30 cm)
- 1x Hinweisschild "Hochvolt eingeschaltet" - rot
- 1x Hinweisschild "Hochvolt ausgeschaltet" - weiß
- 1x USB-Ladekabel für Tablet
- 2x Zündschlüssel
- 1x Batterie-Ladegerät 6/12 V 4 A
- 2x Schlüssel für Seitentüren
- 1x CD Software Curtis 1314 inkl. Anschlusskabel
- 1x Warnpyramide
Antriebsmodul:
- Maße: L x B x H: 100 x 90 x 115 cm
- Gewicht: 110 kg
Batteriemodul:
- Maße: L x B x H: 170 x 90 x 140 cm
- Gewicht: 230 kg
- Netzanschluss: 230 Volt / 16 Ampere
