KEM Konstruktion Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020

ANTRIEB & KOMPONENTEN
ELEKTROMOBILITÄT
IP67-Leckagetests von Inficon prüfen Gehäuse von Traktionsbatterien auf Wasserdichtheit
Das Gehäusematerial
bestimmt die Grenzleckrate
Batterien und Brennstoffzellen in Elektrofahrzeugen müssen zuverlässig vor Umwelteinflüssen wie Wasser geschützt
werden. Die Hersteller setzen für die Gehäuse der Energieträger auf die Schutzklasse IP67. Deren Anforderungen
in eine exakte Leckrate zu übersetzen, mit der Gehäuse im Fertigungsprozess auf Dichtheit geprüft
werden können, ist nicht trivial. Messtechnikspezialist Inficon bietet hierfür geeignete Prüfmethoden und
-lösungen an, um Wasserdichtheit für Traktionsbatterien gemäß Schutzklasse IP67 zu gewährleisten.
Mark Blaufuß, Application Engineer Alternative Drive Trains, Inficon GmbH, Köln
Einer der größten Feinde der Lithium-Ionen-Batterietechnologie
im Straßenverkehr ist Wasser.
Dringt es in die Batterie, droht ein Kurzschluss
und sogar der Brand von Batterie und Fahrzeug.
Gehäuse mit Schutzklasse IP67 schützen
fach, die Anforderungen der IP67 in eine
exakte Leckrate zu übersetzen.
Bild: Kim/stock.adobe.com
Alternative Antriebskonzepte – ob reines Elektrofahrzeug oder
mit Brennstoffzelle – verwenden Elektromotoren. Und diese
Motoren werden aus Batterien gespeist. Bei deren Fertigung wird
die sorgfältige Qualitätssicherung unverzichtbar. Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit
und Langlebigkeit der Batterie sind für Automobilhersteller
darum so wichtige Kriterien wie für ihre Kunden. Dabei ist
einer der größten Feinde der Lithium-Ionen-Batterietechnologie im
Straßenverkehr praktisch unausweichlich: Wasser. Dringt Wasser in
die Batterie, droht ein Kurzschluss und sogar der Brand von Batterie
und Fahrzeug. Aber nicht nur die Traktionsbatterie muss durch ihr
Gehäuse dauerhaft geschützt sein, auch die Elektronik im Batteriesteuergerät
darf keinem Wasser ausgesetzt werden. Viele Hersteller
orientieren sich darum bei der Fertigung ihrer Gehäuse an der entsprechenden
Schutzklasse IP67. Dabei macht die IP67 keine exakten
Vorgaben, wann genau ein Bauteil ausreichend gegen die Möglichkeit
eines Wassereintritt geschützt ist. Zudem ist es nicht ganz ein-
Schutzklasse IP67 taucht
Komponenten ins Wasser
Eine eingehende Betrachtung verdeutlicht
zwei Dinge. Erstens: Die für einen Schutz
nach IP67 erforderlichen Grenzleckraten sind
üblicherweise nur mit modernen Prüfgasmethoden
zu testen. Zweitens: Das Gehäusematerial
selbst hat einen deutlichen Einfluss
auf die Dichtheitsanforderungen, weil Wassertropfen
sich von manchen Materialien
leichter ablösen und so durch einen Leckkanal
eindringen. Sehr oft werden Batteriegehäuse für Lithium-Ionen-
Akkus oder Gehäuse für die Batteriesteuerelektronik nach IP67 ausgelegt.
Die Prüfung gemäß dieser Schutzklasse verlangt, dass nach
einem Tauchbad von 30 Min. in 1 m Tiefe das Bauteil seine völlige
Funktionsfähigkeit bewahrt haben muss. In manchen Fällen bedeutet
dies, dass keinerlei Wasser in das Bauteil eingedrungen sein darf.
In einem Testaufbau lässt sich anhand verschiedener Glaskapillaren
mit definiertem Durchmesser und mit einer Länge von in unserem
Fall jeweils 10,5 mm ermitteln, bei welchem Durchmesser eines
Leckkanals sich ein Tropfen gerade noch zeigt – ohne sich aber abzulösen.
Der Differenzdruck beträgt dabei 0,1 bar (wie bei einem Gehäuse
in 1 m Wassertiefe). Das Ergebnis: Während sich bei einem
Glas-Leckkanal von 25 μm Durchmesser in einer halben Stunde noch
drei Tropfen ablösen, formt sich bei einem Durchmesser von 20 μm
zwar noch ein Tropfen, löst sich aber erst nach einem Zeitraum von
mehr als 30 Min. ab. Was solch ein Versuchsaufbau zeigt: Wenn der
Durchmesser eines Leckkanals aus Glas etwas weniger als 20 μm
beträgt, ist der Wasserdruck von 0,1 bar mit den Kräften im Gleichgewicht,
die das Wasser an der Oberfläche des Leckkanals haften
lassen. Anders gesagt: Das Bauteil darf als völlig wasserdicht gelten.
46 K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020