Der Potentialausgleich im Hochvoltsystem: Ein zentrales Element der Hochvoltsicherheit

In jeder Hochvolt-Schulung ist die Messung des Potentialausgleichs eine zentrale Übung. Sowohl der Potentialausgleich innerhalb einer HV-Komponente als auch der Potentialausgleich zwischen zwei beliebigen Hochvoltbauteilen in einem Elektrofahrzeug. Konkret, zwischen den Gehäusen, als den Körpern der jeweiligen Hochvoltkomponenten. Die Ermittlung des Isolationswiderstandes erfolgt mit einem sogenannten Milliohmmeter. Gute Milliohmmeter arbeiten auf der Grundlage der sogenannten Vierleitermessung. (Diese ist nicht mit der Dreileitermessung zu verwechseln, welche zumeist für die Messung von Erdungswiderständen verwendet wird.)

Jede Elektrofachkraft (EFK) sowie Fachkraft für Hochvoltsysteme (FfHV) ist daher den Umgang mit dem Milliohmmeter gewohnt. Nach Abschnitt 5.1 der ECE R 100 muss “der Potentialausgleichswiderstand zwischen zwei beliebigen freiliegenden leitfähigen Teilen weniger als 0,1 Ohm betragen.” Dies ist damit eine recht strenge Vorschrift, deren Bedeutung hier kurz erläutert werden soll.

Das Hochvoltnetz ist ein IT-ähnliches Netz, entsprechend sind sowohl HV+ als auch HV- galvanisch von der Fahrzeugmasse und allen Betriebsmittelkörpern getrennt.

Sollte es also zu einem Körperschluss in einer Hochvoltkomponente kommen (Egal ob von HV+ oder von HV-) bestünde also zunächst keine Gefahr, da durch die galvanische Trennung kein elektrischer Kreislauf geschlossen ist. Dadurch allein ist bereits ein bestimmtes Maß an Sicherheit gegeben. Die Hochvoltsicherheit zeichnet sich aber durch das besonders hohe Maß auch im unwahrscheinlichen Worst-Case aus.

Sollte also ein zweiter Körperschluss des anderen Pols an anderer Stelle passieren, so muss über den Potentialausgleich der Kurzschlussstrom stabil fließen können damit die HV-Sicherung innerhalb der Hochvoltbatterie sicher auslösen kann.

Beispiel: Es entsteht ein Körperschluss von HV+ innerhalb der Leistungselektronik und später ein Körperschluss von HV- an der Hochvoltbatterie selbst.

Da sowohl Fahrzeugmasse, Hochvoltbatteriekörper als auch die Leistungselektronik über den Potentialausgleich leitend miteinander verbunden sind, wird über den Potentialausgleich ein Kurzschlussstrom fließen und die HV-Sicherung der Batterie auslösen können. Der Potentialausgleich muss damit auch entsprechend belastbar sein, was neben dem reinen Widerstandswert ein wichtiger Faktor ist.

Der Potentialausgleich hat jedoch noch eine weitere Aufgabe; er ermöglicht es dem Isolationswächter einen HV-Fehler an jeder Stelle des Fahrzeuges zu ermitteln. Da die Isolationsüberwachung nur an einer Stelle des Fahrzeuges durchgeführt wird, kann ein Fehler gegen jedes Bauteil dank des Potentialausgleichs erkannt werden. Damit werden Fehler frühzeitig erkannt und können lange behoben werden bevor es zu einem Worst-Case kommen kann. Zum Thema Isolationsmessung wird es sicher noch einmal einen eigenen Artikel geben.

Der Potentialausgleich erfüllt damit also zentrale Sicherheitsaufgaben im Hochvoltfahrzeug und stellt deswegen einen so hohen Stellenwert in Hochvolt-Schulungen dar.