ICCU Schaltungstechnik Achtung Hardcore

[chris_11]

Ich antworte mal hier auf poti84

"Ich habe mir deine Statistik angesehen: das ganze sieht mir nach einen Lebensdauerproblem aus. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Package der Halbleiter. D.h. Eine Verbindungsschicht degradiert und der Halbleiter stirbt den Hitzetod. Ggf. in Kombination mit einem Pulsstrom der signifikant oberhalb des Nominalstroms liegt. Variante 2: der Halbleiter hat aufgegeben. Bei MOSFETs und IGBTs gibt es Oxide die durch thermische Wechsellast aufbrechen und somit das Bauteil den Geist aufgibt….

Die niedrigen Temperaturen trag ggf. auch dazu bei, da da Fehlersströme durch geringere Temperaturen höher sein können ( Geringerer Widerstand der restlichen Komponenten)"

Package ist sehr unwahrscheinlich da ein bewährtes TO-247 Gehäuse. Der an häufigsten ausfallende SCT20N170 als Hauptschalter im LVDC ist eher klein im Verhältnis zu anderen weit weniger häufig ausfallenden TO-247 SICs in der ICCU vom gleichen Hersteller. Packageprobleme sind auch recht einfach in der Fehleranalyse nachweisbar, und sicher trivial abzustellen. Der Hauptschalter wird im Normalbetrieb nicht sehr stark thermisch belastet, irgendwas um 10-20W Verlustleistung bei Wasserkühlung. SiC halten sehr hohe Temperaturen aus, deutlich jenseits der Glastemperaturen des Packagematerials. Wenn der Schalttransisitor durch thermische Überlastung stirbt, dann sind vorher erhebliche Schaltfehler die z.B. Trafosättigung erzeugen erfolgt. Am ehesten kann ich mir Regelschleifeninstabilität unter bestimmten Lastzuständen vorstellen. Die Gesamtausgangskapazität ist mit 68uF + 3,8uF im Post filter für ein 130A Supply äusserst gering, und macht die Stabilisierung einer Spannungsregelschleife für die 14V Vout sehr schwierig. Aber Stabilität ist eigentlich fast trivial messbar und gehört in jede Schaltungsvalidierung. Die Halbleiter könnten auch einfach ein Herstellungsproblem haben, dagegen sprich allerdings, das es keine signifikante Losabhängigkeit gibt und keine dafür typischen Frühausfälle.

Stabilität einer Spannungsregelschleife ist bei Verwendung von überwiegend Typ II Keramikkondensatoren im Ausgang bei niedrigen Temperaturen meist kritischer, da dann die Phasenreserve am geringsten ist. Die Kapazität von Typ II Keramikkondensatoren geht bei tiefen Temperaturen nach unten und das Gain von MOSFET basierenden IC Verstärkern fast immer rauf. Zudem verlieren Typ II Keramikkondensatoren unter Spannung beschleunigt Kapazität, typisch deutlich über 10% in 1000h biased. Das könnte die höhere Winterausfallrate erklären. Nur ist eigentlich die Stabilität einer Spannungsregelschleife fast trivial zu messen und zu verbessern. Ich kann mir nicht vorstellen das man deshalb mehrere Jahre ohne Ergebnis herumkaspert. Ein paar Bauteile für unter 1 Euro zusätzlich an der richtigen Stelle und gut ist.
Wäre zudem auch trivial an Ausfallgeräten zu verifizieren. Man darf nur nicht an den Keramikkondensatoren herumlöten, da man damit deren Kapazitätsalterung zurücksetzt.

[eddie1654]

Meine z.B. hat sauber geladen und ist direkt zwei Minuten nach Aktivierung der Klimatisierung abgeraucht. Vielleicht hängt es weniger mit der Betriebsdauer als mit der Entladelast zusammen. Dementsprechend wird die ICCU ggfls. im Winter deutlich stärker belastet (vor allem bei nicht Garagenwagen).

[poti84]

Ich antworte mal hier auf poti84

"Ich habe mir deine Statistik angesehen: das ganze sieht mir nach einen Lebensdauerproblem aus. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Package der Halbleiter. D.h. Eine Verbindungsschicht degradiert und der Halbleiter stirbt den Hitzetod. Ggf. in Kombination mit einem Pulsstrom der signifikant oberhalb des Nominalstroms liegt. Variante 2: der Halbleiter hat aufgegeben. Bei MOSFETs und IGBTs gibt es Oxide die durch thermische Wechsellast aufbrechen und somit das Bauteil den Geist aufgibt….

Die niedrigen Temperaturen trag ggf. auch dazu bei, da da Fehlersströme durch geringere Temperaturen höher sein können ( Geringerer Widerstand der restlichen Komponenten)"

Package ist sehr unwahrscheinlich da ein bewährtes TO-247 Gehäuse. Der an häufigsten ausfallende SCT20N170 als Hauptschalter im LVDC ist eher klein im Verhältnis zu anderen weit weniger häufig ausfallenden TO-247 SICs in der ICCU vom gleichen Hersteller. Packageprobleme sind auch recht einfach in der Fehleranalyse nachweisbar, und sicher trivial abzustellen. Der Hauptschalter wird im Normalbetrieb nicht sehr stark thermisch belastet, irgendwas um 10-20W Verlustleistung bei Wasserkühlung. SiC halten sehr hohe Temperaturen aus, deutlich jenseits der Glastemperaturen des Packagematerials. Wenn der Schalttransisitor durch thermische Überlastung stirbt, dann sind vorher erhebliche Schaltfehler die z.B. Trafosättigung erzeugen erfolgt. Am ehesten kann ich mir Regelschleifeninstabilität unter bestimmten Lastzuständen vorstellen. Die Gesamtausgangskapazität ist mit 68uF + 3,8uF im Post filter für ein 130A Supply äusserst gering, und macht die Stabilisierung einer Spannungsregelschleife für die 14V Vout sehr schwierig. Aber Stabilität ist eigentlich fast trivial messbar und gehört in jede Schaltungsvalidierung. Die Halbleiter könnten auch einfach ein Herstellungsproblem haben, dagegen sprich allerdings, das es keine signifikante Losabhängigkeit gibt und keine dafür typischen Frühausfälle.

Stabilität einer Spannungsregelschleife ist bei Verwendung von überwiegend Typ II Keramikkondensatoren im Ausgang bei niedrigen Temperaturen meist kritischer, da dann die Phasenreserve am geringsten ist. Die Kapazität von Typ II Keramikkondensatoren geht bei tiefen Temperaturen nach unten und das Gain von MOSFET basierenden IC Verstärkern fast immer rauf. Zudem verlieren Typ II Keramikkondensatoren unter Spannung beschleunigt Kapazität, typisch deutlich über 10% in 1000h biased. Das könnte die höhere Winterausfallrate erklären. Nur ist eigentlich die Stabilität einer Spannungsregelschleife fast trivial zu messen und zu verbessern. Ich kann mir nicht vorstellen das man deshalb mehrere Jahre ohne Ergebnis herumkaspert. Ein paar Bauteile für unter 1 Euro zusätzlich an der richtigen Stelle und gut ist.
Wäre zudem auch trivial an Ausfallgeräten zu verifizieren. Man darf nur nicht an den Keramikkondensatoren herumlöten, da man damit deren Kapazitätsalterung zurücksetzt.

Hallo Chris
Beim Package muss ich dir widersprechen. SiC ist dreimal so steif wie Silizium. Damit ist der thermomechanische Stress auch 3x höher auf die AVT. Wenn man dazu bedenkt, das bei der gleichen Leistungsdichte der eine Fläche Chip 1/3 bis 1/4 von einem Siliziumchip hat, dann ist da ordentlich Musik drin. Es gibt diverse Fehler die dadurch entstehen. Neben Hitzetot kann das Gehäuse den Chip zerreißen.

Was ich mir auch gut vorstellen kann, dass der MOSFET Treiber falsch ausgelegt ist. Vielleicht schaltet das Bauelement bei niedrigen Temperaturen zu hart und stirbt daran. Durch den Temperaturkoeffizienten der Chipparameter + Vorwiderstände wird das Ding biestiger…

[mitstrom]

Zum Package möchte ich doch noch einmal meine Frage hervorkramen, die irgendwie komplett untergegangen ist.

Wie schaut es aus mit Schäden aufgrund thermischer Ausdehnung? Kalte Lötstellen aufgrund Vibrationen und/oder thermischer Ausdehnung? Ich hatte auch schon Haarrisse auf einem Die.

Früher hat man ja PCs 24/7 betrieben, um die Temperatur möglichst gleichmässig zu halten und dadurch mechanische Beastungen durch thermische Ausdehnung zu minimieren.

Und bei diesem Aufbau:

Die 30 SOT247 zuverlässig auf der wassergekühlten Heatsink anzuschrauben ist sehr schwierig da sie gleichzeitig auch in einer sehr steifen Platine eingelötet sind.

kann ich mir durchaus vorstellen, dass die Packages mechanisch stark gestresst sind und irgendwann dann nicht mehr gasdicht sind. Das würde dann auch gut zur Ausfallstatistik passen.

[chris_11]

Die ICCU hat 28 TO-247 Packages. Davon sind die Dies von 26 TO-247 grösser als der SCT20N170 des LVDC Schalters. Trotzdem hat dieser eine um mindestens zwei Grössenordnungen höhere Ausfallrate, wie die anderen TO-247 Devices des gleichen Herstellers. Die meisten davon sind auch SiC devices.
Gasdicht und diffusionsdicht sind Plastikpackages eh nicht. Gegen Korrosion wird ein Schutzglas auf dem Dice verwendet. Das ist auch bei Si Stand der Technik.
Der single switch active clamp des LVD. schaltet eh hart, aber in die induktive Last eines Trafos. Das LVDC Switch Layout ist auch der einzige Teil der gesamten ICCU, der einigermassen vernünftig niederinduktiv mit Blockung ausgelegt ist.

[poti84]

@chris_11 kannst du bitte mal den Schaltplan nochmals posten (oder Link in den ersten Post). Würde mir das ganze gerne nochmal ansehen.

[chris_11]

Die LTSpice Simulationsfiles findest Du hier in meinem Post vom 30. Sept. 2024.
Den AC Eingangsfilter mit den Umschaltrelais vorne so auf Seite 8 vom 4. April 2024

[v3rd]

Bin mir nicht ganz sicher, ob das hier rein passt, aber ich versuch's trotzdem mal. Wenn das zu sehr Offtopic ist bitte ich die Frage zu entschuldigen.
Für wie wahrscheinlich halten es die Elektronik-Cracks hier im Forum denn, dass im Laufe der Zeit Dritthersteller-ICCUs auf den Markt kommen, die man in den Ioniq5 einbauen kann? Oder ist diese Einheit zu komplex, sodass man immer vom Hyundai-Originalteil abhängig sein wird?

Hintergrund der Frage ist der, ob es sinnvoll ist, die (recht teure) Versicherung zur Garantieverlängerung abzuschließen, oder ob eine realistische Möglichkeit besteht, dass in 5 Jahren auch Fremdanbieter hier günstigeree Lösungen anbieten können. Dann natürlich unter Inkaufnahme, die 8jährige Garantie auf den Akku zu verlieren, klar.

[chris_11]

Dritt oder Zweithersteller kannst Du vergessen, da nicht nur die Spannungs- und Stromlieferfunktionen abgebildet werden müssen, sondern auch die Softwarefunktionalität und die funktionalen Sicherheitsanforderungen. Selbst wenn irgendein Zulieferer / Hersteller so verrückt sein sollte, eine ICCU funktionsfähig nachzuentwickeln, wird er spätestens von der juristischen Seite durch Copyrights sowie Patente/Gebrauchsmuster gestoppt. Das Risiko einer zig Millionen kostenden Entwicklung dafür geht niemand ein.
Was bleibt, ist die Hoffnung, das Hyundai die Probleme mit seiner ICCU irgendwann mal löst. Ansonsten wird die gesamte E-GMP Plattform den Bach runter gehen, da sich niemand so ein Fahrzeug nach der Garantiezeit ans Bein binden wird.

[eddie1654]

@chris_11 geht nach deiner Analyse das Thema in Richtung 2 bzw. 3 Phasen ist kritischer als nur mit einer Phase laden? Oder ist das völlig egal?