ICCU Schaltungstechnik Achtung Hardcore

[chris_11]

Hallo,

wenn der V2L beim Auftreten des Fehlers aktiv war ist das ein interessanter Datenpunkt. Damit die V2L Steckdose aktiv ist, muss der isolierte 5.5KW DCDC1 rückwärts laufen und eine Phase des PFC boosters macht dann 230V AC daraus. Der DCDC1 Ausgang ist sehr dürftig mit 3.3nF (3x 10nF C270-C272 auf dem MOSFET board in Serie) geblockt. Auf dem nächsten Board sind noch 6nF Folie aber für HF unwirksam. Die DCDC1 und DCDC2 sind 5.5kW LLC Vorwärtswandler. Unüblicherweise benutzt Hyundai MLCC Typ 2 Kondensatoren als Serienresonanzkondensatoren für die LLC. 5x 33nF in serie und 3x parallel macht 20nF. Type 2 MLCC verlieren über Zeit und beschleunigt mit Biasspannung Kapazität. So 10% Kapazitätsverlust sind in einem Jahr durchaus üblich. Als Blockkondensatoren macht das nichts aus aber hier sind das frequenzbestimmende Serienkondensatoren über die 5.5kW Leistung bei 200kHz fließt. In einem LLC Vorwärtswandler wird die übertragende Leistung in Richtung Resonanzfrequenz maximal. Man kann sich zur Leitungsregelung der Frequenz von unten oder von oben nähern. Oder man verändert die Eingangspannung, was bei den PFC Boostern auch ginge. Nur verändert sich hier mit der Zeit die Resonanzfrequenz durch Alterung der MLCC nach oben. Das muss im Design berücksichtigt und ausgeregelt werden. Der Track record von Hyundai in Sachen Software, Design und Layout lässt hier allerdings Zweifel aufkommen. Läuft ein Wandler unkontrolliert zu dicht an die Serienresonanzfrequenz, wird er unweigerlich durch Überstrom und Überspannung zerstört. Da nur der Ausgangsstrom der DCDC1 und DCDC2 gemessen wird, bekommt man das evt. erst verspätet oder gar nicht mit.

Also erstmal klare Empfehlung: V2L nur einschalten, wenn man sie benötigt.

Die Bauteilkühlung ist für den Normalbetrieb ausreichend ausgelegt. Hier muß zur Zerstörung noch etwas anderes passieren.

[chris_11]

C270-C272 Die ganze Blockung des DCDC1 auf dem MOSFET Board.

[chris_11]

Und hier die Serienresonanzkondensatoten des DCDC1 und DCDC2

[mitstrom]

Danke! Das spricht dann aber massiv dafür, dass eine reduzierte AC-Leistung die Probleme zumindest des onboard-chargers reduzieren sollte, oder?
Wenn ich nur mit 90% der Maximalleistung lade, würde ich erwarten, dass die Abwärme und damit das ∆T um den Faktor 0.9² abnimmt, so dass man statt 117K immerhin nur 95K Differenz hätte, ohne es bei der Ladezeit sonderlich zu merken.

edit: Nur der Vollständigkeit halber: Bei 60% Ladeleistung wäre der Faktor dann 0.6², also ∆T=42K.

Das würde ich jetzt in die Schublade "Blinder Aktionismus" stecken.

Wie Du meinem oben geschilderten Ausfallszenario entnehmen kannst, ist der AC-Lader meiner ICCU während der Fahrt ohne jegliche Last gestorben. V2L war aktiv aber nichts eingesteckt.

Wir wissen allerdings von mindestens einem weiteren Ausfallszenario (LVDC).

Ob noch weitere Szenarien existieren ist schlecht abzuschätzen, weil die Szenarien nur selten genau genug beschrieben werden.

[chris_11]

Für den Störpegel in der ICCU und auf dem MOSFET board ist die fehlende Ausführung der Blockkondensatoren auf dem Board das grösste Problem. Die gibt es erst auf dem nächsten Board darüber. Das ist bei langsamen 20kHz IGBT Solarumrichtern noch o.k. aber nicht für schnellschaltende SiC Designs mit 200kHz wie in diesem Fall.
Das haben andere Hersteller auch herausgefunden, das für schnell schaltende SiC Bauteile "alte" Layout Aufbautechniken nicht ausreichen:
Beispiel:
https://www.elektroniknet.de/halbleiter ... 20534.html

[chris_11]

Hier ein Beispiel für ein unsinniges Layout des dreiphasigen PFC. Die Halbbrücken-MOSFETs sollten paarweise als oberer und unterer MOSFET der Halbbrücke mit minimaler Induktivitär=Abstand platziert werden. Das ist für zwei Phasen gelungen.
Die dritte Halbbrücke wird jedoch mit den jeweils äusseren der 6 MOSFET realisiert. Das hätte schon im ersten Layoutreview auffallen müssen.

Blockkondensatoren für die PFC Halbbrücken finden sich erst in der Platine darüber.

[chris_11]

Hier mal das Blockschaltbild des Leistungsteils des DCDC1. Zusätzlich einige simulierbare .asc für LTSpice. Ich verwende Version 24.0.9.

Also der LVDC ist der 3752-2_ICCU...
der DCDC1 usw.
Die ST SiC MOSFETs sind nur so genau wie nötig modeliert. Wenn jemand Zeit hat, nur zu.
Bei den LLC DCDC1 und DCDC2 fahre ich die Frequenz von oben in Richtung Resonanz. In der Simulation geht ja nichts kaputt, da kann man schön sehen was passiert, wenn man weiter Richtung Resonanzpunkt geht.
Ich möchte am Fahrzeug noch messen, wie die Frequenzen der DCDC1 und DCDC2 genau eingesetzt werden. Möglicherweise Spread Spectrum wie beim LVDC was für einen LLC nicht unbedingt eine gute Idee wäre. Dazu mehr wenn ich ein paar Messungen habe.

[niho_de]

...
Du gehst also von einer Kühlmitteltemperatur von bis zu 87°C aus? Für einen Verbrenner ein plausibler Wert. Bei einem BEV würde ich aber deutlich niedrigere Kühlmitteltemperaturen erwarten. Kennt jemand konkrete Werte für die Kühlmitteltemperatur des Ioniq5?

Ich habe mal meine letzten Datenaufzeichnungen vom Carscanner mit möglichst hoher LDC-Temperatur durchsucht.
Ich hoffe, dass ich mit den Datenpunkten "Coolant Temperaturen 2"= Kühlmitteltemperatur und "LDC Temprature" = LDC-Temperatur der ICCU richtig liege.
Maximale Temperatur war 41°.

Es gibt noch viele weitere Datenpunkte zum LDC der ICCU (z.B. Input/Output-Voltage, Output current).

[michelsberg]

Das war doch einfach nur ein Missverständnis bei @mitstrom.

Chris hat doch nur abgeschätzt, dass die MOSFET Dice ca. 117K wärmer als das Kühlmittel werden könnten. Und da deren maximal zulässige junction Temperatur 200°C ist, kann man nicht erwarten, dass diese 200°C erreicht werden, eben weil das Kühlmittel nicht 83°C haben wird.

[mitstrom]

Das war doch einfach nur ein Missverständnis bei @mitstrom.

Chris hat doch nur abgeschätzt, dass die MOSFET Dice ca. 117K wärmer als das Kühlmittel werden könnten. Und da deren maximal zulässige junction Temperatur 200°C ist, kann man nicht erwarten, dass diese 200°C erreicht werden, eben weil das Kühlmittel nicht 83°C haben wird.

Hmmm... Chris schrieb, dass da kaum thermische Reserven bleiben. Und da ist es doch legitim abzuschätzen, wie gross diese Reserven denn so sein könnten.