„Fehler nicht durch Teiletausch beheben": Alexey Samoilov über die Diagnose von Hochvoltsystemen

Der Spezialist für die Diagnose und Reparatur von Hochvoltsystemen bei Mercedes-Benz und BMW erklärt, wie physikalische Messungen, Fahrzeugdaten und die Wartungshistorie helfen, die tatsächliche Ursache einer Störung zu finden.

Im Februar dieses Jahres begann in Deutschland ein umfangreicher Rückruf von Mercedes-Benz EQA und EQB: 4.677 Fahrzeuge müssen überprüft werden, um ein Risiko im Zusammenhang mit einem möglichen internen Kurzschluss in einer Zelle der Hochvoltbatterie zu beseitigen, der unter bestimmten Bedingungen zu einem thermischen Ereignis führen kann. Diese Situation wirft für Werkstätten eine weitergehende Frage auf: Wie lässt sich die tatsächliche Ursache einer Störung im Hochvoltsystem bestimmen und feststellen, ob die Fehlerquelle wirklich innerhalb der Batterie liegt?

Alexey Samoilov, Experte für die Diagnose und Reparatur von Mercedes-Benz- und BMW-Fahrzeugen einschließlich Hochvoltsystemen, ist der Ansicht, dass ein Diagnosecode auf ein Symptom hinweist, aber nicht zwangsläufig auf die physikalische Ursache des Ausfalls. Um die Ursache einer Störung zu finden, kombiniert Samoilov Prüfdaten aus dynamischen und statischen Tests mit der Wartungshistorie. Den in der Praxis entwickelten und erprobten Diagnosealgorithmus für Hochvoltsysteme beschreibt Alexey in seiner wissenschaftlichen Arbeit „Data-Driven Predictive Diagnostics of High-Voltage Systems in German Electric Vehicles Using CAN Messages, Freeze-Frame Data, and Maintenance History", die im International Journal of Mechanical Engineering veröffentlicht wurde.

Im Interview mit Kfztech.de erklärt Alexey Samoilov, was bei der Diagnose von HV-Systemen geschieht, wenn eine Störung nur sporadisch auftritt, welche Daten dabei helfen, ein Batterieproblem von Fehlern anderer Komponenten abzugrenzen, warum ein einzelner Diagnosecode nicht ausreicht, um über den Austausch eines teuren Bauteils zu entscheiden, und in welchem Maße Methoden der prädiktiven Diagnose die Arbeit von Werkstätten mit dem wachsenden Bestand an Elektrofahrzeugen verändern können.

Alexey Samoilov, Experte für die Diagnose und Reparatur von Mercedes-Benz- und BMW-Fahrzeugen einschließlich Hochvoltsystemen - Bild: prnews

— Alexey, der jüngste Rückruf von Mercedes-Benz EQA und EQB wegen des Risikos eines internen Kurzschlusses in einer Zelle der HV-Batterie hat erneut gezeigt, wie wichtig es ist, die Fehlerquelle präzise zu bestimmen. Inwieweit lässt sich anhand eines Diagnosecodes und der Daten des Batteriemanagementsystems erkennen, dass das Problem tatsächlich innerhalb der Batterie liegt und nicht in einem anderen Teil des Systems?

— Ein einzelner Code des Batteriemanagementsystems reicht fast nie aus, um mit Sicherheit zu sagen, dass die Störung tatsächlich innerhalb der Batterie liegt. Das Battery Management System erkennt sehr gut, was es unmittelbar misst: die Spannung einzelner Zellen, Temperatur, Strom, Zellbalancierung und den Isolationswiderstand an den überwachten Punkten. Wenn beispielsweise eine Zelle unter gleicher Last dauerhaft eine deutlich niedrigere Spannung als die benachbarten Zellen zeigt, ist das bereits ein ernstzunehmender Hinweis auf ein Problem innerhalb der Batterie.

Viele gemeldete Fehler sind jedoch keine direkte Messung einer defekten Zelle, sondern eine Schlussfolgerung des Systems aus den erfassten Daten. Deshalb kann ein und derselbe Fehler ganz unterschiedliche Ursachen haben.

Ein Isolationsfehler kann zum Beispiel nicht durch die Batterie selbst, sondern durch Feuchtigkeit oder Kühlmittel im Stromkreis verursacht werden; ein Kommunikationsverlust mit einem Modul kann nicht am Modul selbst liegen, sondern an einem Steckverbinder, der Verkabelung oder einer Störung im Datenbus. Für eine präzise Diagnose muss man deshalb nicht nur den Fehlercode, sondern auch das Verhalten des gesamten Systems betrachten.

— Welche Daten und Prüfungen nutzen Sie anschließend, um einen internen Batteriedefekt von einem Problem in der Spannungsversorgung, Kommunikation, Kühlung oder einem anderen Teil des Systems abzugrenzen?

— Erstens ist es wichtig, die Zellen und Module miteinander zu vergleichen. Weicht ein einzelnes Modul deutlich von den übrigen ab, spricht das eher für ein lokales Problem innerhalb der Batterie. Zeigt sich dieselbe Abweichung dagegen über die gesamte Batterie hinweg, sollte die Ursache eher außerhalb der Batterie, etwa in der Versorgung, Kommunikation oder Kühlung, gesucht werden.

Zweitens müssen die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen der Fehler auftritt. Wenn er nach einer Fahrzeugwäsche, bei Temperaturänderungen, nach dem Laden oder bei Veränderungen im Zustand des 12-V-Systems auftritt oder verschwindet, kann auch das auf eine externe Ursache hinweisen.

Drittens sollten Softwaredaten möglichst durch physikalische Messungen überprüft werden. So kann der Isolationswiderstand mit einem Megohmmeter geprüft und die Spannung einzelner Module direkt gemessen werden, anstatt sich ausschließlich auf die BMS-Werte zu verlassen.

Und schließlich muss die Fahrzeughistorie berücksichtigt werden: frühere Reparaturen, der Zustand der 12-V-Batterie, das Kühlsystem, möglicher Feuchtigkeitseintritt und mechanische Beschädigungen.

— Können Sie sich an einen beispielhaften Fall aus Ihrer Praxis erinnern, bei dem eine schrittweise Diagnose geholfen hat, die tatsächliche Fehlerursache zu finden und den unnötigen Austausch einer teuren Komponente zu vermeiden?

— Ein Händler importierte einen Smart Fortwo Electric Drive aus den USA. Aus der Vorgeschichte und der Kundenbeanstandung war klar: Eine defekte 12-Volt-Bordnetzbatterie hatte dazu geführt, dass die Bordnetzversorgung nicht mehr aufrechterhalten wurde, was wiederum eine Tiefentladung der Hochvoltbatterie zur Folge hatte.

Der entscheidende Teil der Diagnose begann bereits bei der Aufnahme der Fehlerhistorie: Sobald die 12-Volt-Batterie ausfällt und die Bordnetzversorgung nicht mehr stabil gehalten wird, entlädt sich zwangsläufig auch die Hochvoltbatterie. Das ist ein systemischer Ursache-Wirkungs-Zusammenhang. Nach Herstellervorgabe müsste in einem solchen Fall die Hochvoltbatterie vollständig ersetzt werden. Ohne Garantie hätten die Austauschkosten mehr als 8.000 € betragen, was wirtschaftlich praktisch einem Totalschaden des Fahrzeugs gleichgekommen wäre.

Anstatt die vom Hersteller vorgesehene Austauschentscheidung sofort zu übernehmen, stellten wir eine Hypothese auf: Möglicherweise waren die Zellen physikalisch nicht beschädigt, sondern das BMS hatte aufgrund der kritisch niedrigen Spannung lediglich die Kommunikation mit den Modulen verloren. Das Problem wäre dann elektrischer oder kommunikationstechnischer Natur und nicht auf eine Degradation der Zellen selbst zurückzuführen.

Wir zerlegten die Hochvoltbatterie und luden die einzelnen Module fachgerecht manuell nach. Nach dem Nachladen der Module stellte sich die Kommunikation mit dem Batteriemanagementsystem wieder her. Damit bestätigte sich die Hypothese: Die Zellen waren funktionsfähig und nicht beschädigt. So konnte die ursprüngliche Batterie weiterverwendet und das Fahrzeug mit deutlich geringeren Kosten wieder in Betrieb genommen werden, ohne die teure Reparatur durchführen zu müssen.

— Alexey, Sie arbeiten mit den werkseitigen Diagnosesystemen von Mercedes-Benz und BMW. In welchen Fällen reichen deren Daten nicht aus und Sie müssen die Fehlerursache selbstständig suchen?

— Es gibt tatsächlich intermittierende, sporadisch auftretende Störungen, zum Beispiel einen kurzzeitigen Signalausfall auf dem CAN-/LIN-Bus infolge eines oxidierten Kontakts oder eines Verkabelungsproblems. Das System erfasst den Fehler unter Umständen überhaupt nicht oder erst zu spät, wenn die Ursache bereits nicht mehr aktiv ist. Hinzu kommen Schwierigkeiten im Zusammenspiel mehrerer Systeme. Bei der Hochvoltarchitektur von Mercedes-Benz kann sich beispielsweise ein Fehler in einem Modul als Symptom in einem völlig anderen Modul zeigen, und der werkseitige Algorithmus erkennt diese Verbindung zwischen verschiedenen Domänennetzwerken nicht immer. Mechanische und elektrische Probleme ohne eigenen Fehlercode, etwa ein schlechter Kontakt, eingekoppelte Störungen oder eine nachlassende Abschirmung eines Hochvoltkabels, erzeugen häufig überhaupt keinen konkreten Fehler, solange sie noch nicht kritisch sind.

Gesondert zu berücksichtigen sind auch nicht serienmäßige Umbauten oder Folgen früherer Reparaturen. Wenn zuvor außerhalb der offiziellen Herstellervorgaben in das Fahrzeug eingegriffen wurde, kann die werkseitige Diagnoselogik an einer Abweichung zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Konfiguration scheitern.

In solchen Fällen gehe ich zu manuellen Messungen über: Oszilloskopmessungen am Datenbus, Prüfung von Widerständen und Spannungsabfällen an Steckverbindern, Analyse der tatsächlichen Netzwerktopologie des konkreten Fahrzeugs und schließlich die Bildung einer eigenen Hypothese, die das werkseitige Diagnosesystem nicht liefern kann.

— Wie gehen Sie bei einem Fahrzeug vor, das mit einer schwerwiegenden Beanstandung in die Werkstatt kommt, bei dem der Fehler zum Zeitpunkt der Diagnose aber nicht mehr auftritt?

— Hier ist es wichtig, sich nicht nur auf aktuell aktive Fehlercodes zu verlassen, sondern das Fehlerbild indirekt zu rekonstruieren. Zuerst prüfe ich gespeicherte historische Fehlercodes: Auch wenn der Fehler aktuell nicht aktiv ist, bleibt er fast immer im Steuergerät als „sporadisch" oder „zuvor erkannt" gespeichert, zusammen mit den Bedingungen seines Auftretens. Ich befrage den Kunden ausführlich: Unter welchen Bedingungen trat das Problem auf – bei kaltem oder warmem Motor, bei welcher Geschwindigkeit, bei welchem Wetter oder bei welchem konkreten Fahrmanöver? Ich versuche, die Bedingungen nachzustellen, anstatt nur im Stand einen Scanner anzuschließen, zum Beispiel durch eine Probefahrt, das Simulieren von Vibrationen an Steckverbindern oder das Erwärmen auf Betriebstemperatur. Wenn der Fehlercode nicht erneut gesetzt wird, überwache ich die Parameter über einen längeren Zeitraum in Echtzeit während einer vergleichbaren Fahrsituation; manchmal lasse ich das Diagnosegerät während der Probefahrt im Hintergrund Daten aufzeichnen.

Ein Beispiel aus meiner Praxis: Ein Mercedes (W212) kam mit der Beanstandung, dass der Motor während der Fahrt sporadisch in den Notlauf ging. Zum Zeitpunkt der Diagnose lagen keine aktiven Fehler vor, sondern nur zahlreiche gespeicherte Meldungen über Kommunikationsverluste zwischen Steuergeräten auf dem CAN-Bus des Motor-Datennetzes. Ich schloss im Stand ein Oszilloskop an diesen Bus an – das Signal war vollkommen sauber und ohne Auffälligkeiten. Daraufhin führte ich eine Probefahrt mit angeschlossenem Messgerät durch. In dem Moment, als das Fahrzeug in den Notlauf wechselte, wurde das Bussignal sofort instabil; es traten Störungen und Einbrüche gegen Masse auf. Anschließend arbeitete ich nach dem klassischen Ausschlussverfahren: Über den CAN-Bus-Verteiler trennte ich die Steuergeräte nacheinander vom Bus und beobachtete jeweils das Signal. So konnten wir die Störquelle schließlich lokalisieren: Es war die zusätzliche Getriebeölpumpe des Automatikgetriebes, die für die Start-Stopp-Funktion zuständig ist.

— Alexey, in Ihrer wissenschaftlichen Arbeit untersuchen Sie die Möglichkeit, CAN-Daten, Freeze-Frame-Daten und die Wartungshistorie für die prädiktive Diagnose von Hochvoltsystemen zu nutzen. Inwieweit können solche Methoden Ihrer Einschätzung nach die Arbeit von Kfz-Werkstätten verändern, wenn der Bestand an Elektrofahrzeugen weiter wächst?

— Prädiktive Diagnose kann das Grundprinzip der Werkstattarbeit verändern: Statt zu warten, bis eine Störung den Kunden in die Werkstatt führt, kann der Betrieb frühzeitig Anzeichen eines sich entwickelnden Problems erkennen und die nächsten Schritte planen. In meiner Arbeit wird ein Modell betrachtet, bei dem CAN-Daten, die zum Zeitpunkt des Fehlereintritts gespeicherten Parameter und die Wartungshistorie gemeinsam analysiert werden. Dadurch lässt sich der Zustand des Hochvoltsystems bewerten, Abweichungen können erkannt und Fahrzeuge identifiziert werden, die einer genaueren Prüfung bedürfen.

Für die Werkstatt bedeutet das einen besser vorbereiteten Arbeitsprozess. Wenn das System frühzeitig auf ein erhöhtes Störungsrisiko hinweist, kann die Werkstatt eine Diagnose einplanen, die benötigten Teile vorbereiten und im Voraus festlegen, welche Fachkräfte und wie viel Zeit für die Arbeit erforderlich sind. Ein Prognosemodell darf den Diagnostiker dabei nicht ersetzen: Seine Aufgabe besteht darin, Fahrzeuge und Fälle herauszufiltern, die besondere Aufmerksamkeit benötigen. Die endgültige Entscheidung muss weiterhin durch Diagnosedaten und physikalische Messungen bestätigt werden.

— Sie verfügen über die Qualifikation Ausbildung der Ausbilder, haben bereits 30 Kfz-Mechatroniker im Rahmen des deutschen Berufsbildungssystems ausgebildet und werden ab diesem Herbst an der Prüfung künftiger Kfz-Meister mitwirken. Welche Fähigkeiten halten Sie für die neue Generation von Diagnostikern für besonders wichtig?

— An erster Stelle steht für mich das Verständnis der Architektur von Fahrzeugnetzwerken – nicht auf der Ebene „Was zeigt der Scanner an?", sondern mit Blick darauf, wie die Systeme Daten untereinander austauschen. Dazu kommt die Fähigkeit, Stromlaufpläne zu lesen und selbstständig mit einem Oszilloskop zu arbeiten, ohne sich ausschließlich auf fertige Anweisungen zu stützen. Und der Diagnostiker muss das Fahrzeug als ein zusammenhängendes Netz voneinander abhängiger Systeme begreifen, nicht als Ansammlung einzelner Baugruppen. Außerdem benötigt ein Kfz-Mechatroniker heute ein grundlegendes Verständnis von Softwarelogik und Kalibrierungen, denn viele Störungen liegen inzwischen nicht mehr in der Hardware, sondern in Software und Adaptionen.

Derzeit liegt ein starker Schwerpunkt auf Herstellervorgaben und deutlich weniger auf eigenständiger Diagnoselogik sowie dem Umgang mit nicht offensichtlichen und untypischen Fällen. Es gibt zu wenig Praxis mit echten sporadischen Fehlern: Unter Ausbildungsbedingungen sind fast alle Defekte stabil und leicht reproduzierbar – im realen Werkstattalltag ist das ganz anders.

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