Letzte Woche habe ich einen verschrotteten Controller bekommen, um mal zu schauen was da überhaupt verbaut ist und evtl. auch einiges über die Funktion herauszubekommen.
Diesen Beitrag werde ich dann auch in Zukunft bei weiteren Erkenntnissen entsprechend vervollständigen._____________________________________________________________
QUAD-Controller:
Dieser äußerlich baugleich zu dem im Max verbauten aussieht, jedoch auf dem Typenschild nur mit 75A +/-1A angegeben ist (statt 85A beim Max) und das Kabelpaar zur Umschaltung 60V/72V fehlt. 
Unter dem Blech sitzt ein universeller 30-Fet Standard-Controller. Es scheint ein Referenz-Design zu sein, da ich derartige Leiterplatten auch schon bei anderen China-Controllern gesehen habe. Die Kabel werden gebündelt durch einen Gummiring nach außen geführt. Hier trennen andere Hersteller die Leistungskabel von den Steuerkabeln und führen diese getrennt heraus. Trotz der Verklebung der Kabel in der Durchführung und der Dichtung unter dem Blechdeckel würde ich nicht davon ausgehen, das der Controller richtig wasserdicht ist.
Hier hat wohl eine flüssige Lötzinnperle die Ansteuerung der Leistungstransistoren bzw. die Ausgänge vom Steuerschaltkreis geröstet.
Während der Fahrt reagiert der Tacho ähnlich. Ab etwa 30 (GPS)km/h zeigt der Tacho nur noch 60km/h an.
Dieser Controller ist also nur für einen 72V Akkusatz geeignet. Mechanisch ist das Controllergehäuse unten nur mit einer Blechabdeckung versehen, welche mit 12 Schrauben fixiert ist. Zwischen Blech und Gehäuse befindet sich noch eine flache Gummidichtung.
Nach lösen der 4 Schrauben neben und unter dem Typenschild kann man das Innenleben aus dem Gehäuse entfernen. Was dann zu sehen war , war erst einmal recht unschön.
Auf der Innenseite des Gehäuses waren viele Brandspuren. Die Ursache war wohl ein Kurzschluss in den Leitungen für die Alarmanlage.
Da die Kabel einfach so in dem Gehäuse liegen könnte eine Controllerüberhitzung die Ursache für die Kurzschlüsse gewesen sein.
Von den ganzen Anschlussmöglichkeiten werden hier allerdings nur einige benutzt.
Der Aufdruck FOC3SH_30G_F01_v3.72E 12182019 scheint die Firmwarerevision und das entsprechende Datum zu sein. Wie es scheint stammt diese aus dem STM-Baukasten. Leider habe ich dazu noch keine weiteren Informationen gefunden.
Die beiden gelb-grünen Kabel werden auf dem Typenschild als Drehrichtungsumkehr beschrieben. Bei anderen Controllern ähnlicher Bauart haben diese zusätzlich eine Autolernfunktion. Ob das bei diesem auch funktioniert, ist nicht bekannt.
Die Anzeigeprobleme des Tachos ergeben jetzt auch einen Sinn. Sobald man Gas gibt springt der Tacho auf höhere Werte.
Das Signal für den Tacho wird aus der blauen Motorleitung gewonnen (ZY1).
So lange das Fahrzeug rollt wird der Tacho von der Rückinduktion des Motors gespeist. Sobald man Gas gibt wird die Spannung durch die einsetzende Funktion der Endstufe natürlich angehoben. Damit zeigt der Tacho gleich einmal einige km/h mehr an. Die Spannung am Tachosignal dürfte also bis über 80V liegen. Eine reine Impulszählung würde zwar das Problem beseitigen, ist aber wohl in der Software des Tachos nicht vorgesehen.
Das Herz des Controllers ist ein 32-bit ARM®Cortex®-M0 Mikrocontroller STM32 F030C8T6 in der LQFP48 Ausführung.
Die Endstufen bestehen aus 30 Transistoren MDP1991. Diese verbinden in Blöcken von je 5 Stück die Motorleitungen wechselseitig mit der Batteriespannung oder der Masse. Die Transistoren können bis zu 100V und 120A vertragen. Mit den je fünf parallel geschalteten Transistoren wäre theoretisch ein maximaler Motorphasenstrom bis zu 600A möglich.
Die Stromregelung wird über die Shuntwiederstände RSA..RSF in Verbindung mit dem OPV U5 (GS8632) geregelt. Hier sind nur 5 Wiederstände bestückt. Die Strombegrenzung wird softwareseitig eingestellt.
Ein erster Test zeigte Kurzschlüsse in der Verkabelung. Da die Kabel zunächst nicht benötigt werden, wurden diese einfach entfernt. Danach erfolgte ein Test mit steigender Betriebsspannung. Die Versorgung des Controllers, der Hallgeber des Motors und des Gaspedals (+3,3V und +5V) ist noch funktionstüchtig. Die Endstufen sind elektrisch auch noch in Ordnung. Jedoch scheitert ein weiterer Test mit einem kleinen BLDC-Motor an der Überlastung meines Netzteils und vor allem der Motorkabel.
Elektronik arbeitet halt mit Dampf, auch wenn der aus den Motorkabeln meines Testmotors kommt ;-)
Immerhin versuchte der Motor noch kurz anzudrehen.
emobil-bm will mir einen defekten Quad-Motor für die Testzwecke überlassen. 72V mit genügend Ampere zum Test kann mir dann meine Solartankstelle liefern.
Anschlusspads und deren Verwendung (F01_v3.72E):
(Pads mit den Bezeichnungen G1...G14 sind alle auf GND/Akku 0V geschaltet)
Anschluss Kabelfarbe Verwendung
Leistungsteil
VB+ rot Betriebsspannung (+72V Akku)
GND schwarz Betriebsspannung GND
A gelb Motorphase U
B grün Motorphase V
C blau Motorphase W
Zündung
VKey rot Zündung +72V
Alarmanlage (2pol Stecker + 4pol Buchse rot)
+VB1 rot +72V Alarmanlage (Stecker)
G14 schwarz GND (Stecker)
*3 orange Zündungsplus +72V (Buchse)
+VB2 rot +72V Alarmanlage (Buchse)
TB blau Motor Aus Alarmanlage (Buchse)
ZY1 grau Tacho Alarmanlage (Buchse)
Motorhall (6pol Buchse zum Motor)
H+ rot/weis Hall +5V
SA gelb Hall Phase U (A)
SB grün Hall Phase V (B)
SC blau Hall Phase W (C)
H- schwarz Hall GND
Gaspedal (6pol Buchse zum Fahrzeug)
SP+ rot Pedal +5V
SP grün Pedal Signal (~1...4V)
SP- schwarz Pedal GND
Fahrtrichtung (6pol Buchse zum Fahrzeug)
TA rosa Rückwärts (auf GND geschaltet)
TA1 -
G11 schwarz GND (6pol Stecker zum Fahrzeug)
G12 - GND
REP -
Funktion unbekannt (6pol Buchse zum Fahrzeug)
HSD -
G4 - GND
LSD blau Steuersignal gegen GND ?
Low Speed (6pol Stecker zum Fahrzeug)
LD1 -
LD2 -
LD3 -
SL weis Low Speed (auf GND geschaltet)
Handbremse (6pol Stecker zum Fahrzeug)
BKL - Bremspedalsignal (nicht verwendet)
G13 - GND
BKH rot Eingang Bremssignal (+12V)
+5V - +5V
Tachosignal
SD grau Speedsignal von Motorphase W
Drehrichtungsumkehr (Stecker/Buchse)
G9 gelb/grün GND Drehrichtungsumkehr
DIO gelb/grün Drehrichtungsumkehr
unbenutzte Pins
SPA -
G5 - GND
YY -
EBS -
G6 - GND
G8 - GND
CR - (evtl. Cruise Control ?)
YB -
PB1 -
G10 - GND
LEA -
G7 - GND
LV - 60V/72V
MT -
JZ1(4pol) Programmierung STLink
1 - SWDIO (Pin 34)
2 - GND
3 - SWCLK (PIN 37)
4 - +3,3V
JZ2(3pol) USART1
1 - RXD (PIN 43)
2 - TXD (PIN 42)
3 - GND (Bezeichnung CLK)
Der Anschluss JZ1 ist für die Programmierung des Controllers zuständig. Der Zugriff erfolgt über das STLink Protokoll. Allerdings ist der Controller mit einer Sicherung gegen Auslesen geschützt.
Ohne vollständiger Software kommt man da erst einmal nicht weiter.
Der Anschluss JZ2 ist eine serielle Schnittstelle, wird aber von der hier vorhandenen Firmware auch nicht benutzt.
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MAX-Controller:
Der zweite Controller, den ich hier mal öffnen durfte, ist der erste aus unserem Max.
Hier hatte ich von seinem Ableben berichtet. Die 5V fehlten und es klapperte in seinem Inneren. Wegen der Garantie wurde der Controller damals nicht geöffnet. Heute war es so weit und ich konnte nachsehen, was darin klapperte. Meine Vermutung war das es Gehäuseteile des 5V-Reglers sein könnten, da die Spannung fehlte. Hier lag ich meilenweit daneben. In diesem Controller ist das Lötzinn flüssig geworden und an der Leiterplatte heruntergetropft. An den Lötstellen der Motorkabel ist das sehr gut zu erkennen.
Der Controller war also scheinbar vom Design zu schwach für seine Aufgabe.
Der Controller selbst ist eine andere Hardwareversion im Vergleich zum vorherigen Quad-Controller. Dieser hier hat die Bezeichnung FOC3SH-F8x-30G_V5.7C 09152020. Der Quadcontroller ist also scheinbar 9 Monate älter als dieser. Das Layout ist ähnlich, hat aber einen komplett anderen Controller verbaut. Hier steuert ein LKS32MC088C6T8 die ganze Geschichte. Dem Datenblatt nach ist das ein speziell für Motorsteuerungen entwickelter Schaltkreis. Hier steckt ein mit 96 MHz getakteter Cortex-M0 und ein DSP drin, Die Programmieranschlüsse sind wie auch auf dem Quad-Controller herausgeführt. Die Pinbelegung ist aber vollkommen anders.
Der hier verbaute Schaltkreis hat kein CAN-Bus Interface (ist auf der Leiterplatte vorbereitet, aber nicht bestückt), jedoch besteht die Möglichkeit mit einer anderen MCU der Serie dieses auch zu nutzen. Dokumentation und Programmiertools dazu habe ich leider nur in chinesisch gefunden. Bringt uns hier erst einmal nicht weiter. Mit STLink bekommt man nur die Fehlermeldung - unbekannte MCU.
Ein wenig Leben steckt noch in dem Teil, nach Anlegen der Versorgungsspannung blinkt eine rote LED vor sich hin.
Von der 5V-Versorgung sind noch etwa 4V messbar. Damit sollte die Steuerung aber noch funktionieren.
Dort wo die Zinnperlen wahrscheinlich Schaden verursacht haben, die Treiber der Endstufen, kommt man ohne weiteres erst einmal nicht ran, das wird also auf später vertagt.
Anschlusspads und deren Verwendung (F8x_v5.7C):
(Pads mit den Bezeichnungen GDx sind alle auf GND/Akku 0V geschaltet)
Anschluss Kabelfarbe Verwendung
Leistungsteil
VB+ rot Betriebsspannung (+72V Akku)
GND schwarz Betriebsspannung GND
A gelb Motorphase U
B grün Motorphase V
C blau Motorphase W
Zündung
VKey rot Zündung +72V
Alarmanlage (2pol Stecker + 4pol Buchse rot)
+VB1 rot +72V Alarmanlage (Stecker)
G10 schwarz GND (Stecker)
VKEY2 orange Zündungsplus +72V (Buchse)
+VB2 rot +72V Alarmanlage (Buchse)
ZY1 grau Tacho Alarmanlage (Buchse)
Motorhall (6pol Buchse zum Motor)
H+ rot/weis Hall +5V
SA gelb Hall Phase U (A)
SB grün Hall Phase V (B)
SC blau Hall Phase W (C)
H- schwarz Hall GND
Gaspedal (6pol Buchse zum Fahrzeug)
SP+ rot Pedal +5V
SP grün Pedal Signal (~1...4V)
SP- schwarz Pedal GND
Fahrtrichtung (6pol Buchse zum Fahrzeug)
TA rosa Rückwärts (auf GND geschaltet)
GD7 - GND
Funktion unbekannt (6pol Buchse zum Fahrzeug)
XS blau Steuersignal gegen GND ?
Low Speed (6pol Stecker zum Fahrzeug)
SL weis Low Speed (auf GND geschaltet)
GD4 - GND
HSD -
Handbremse (6pol Stecker zum Fahrzeug)
BKL - Bremspedalsignal (nicht verwendet)
BKL1 -
GD3 - GND
BKH rot Eingang Bremssignal (+12V)
Tachosignal
SD grau Speedsignal von Motorphase W
GD1 schwarz GND (6pol Stecker zum Fahrzeug)
GD2 schwarz GND 60V/72V
GD5 -
GD6 gelb/grün GND Drehrichtungsumkehr
GD9 -
DIO gelb/grün Drehrichtungsumkehr
TB blau Motor Aus Alarmanlage (Buchse)
CR -
SPA
LV weis 60V/72V Umschaltung (offen 60V)
weitere unbenutzte Pins
5V1 -
MT -
YY -
LD4 -
LD3 -
LD2 -
LD1 -
REP -
EBS -
TA1 -
GD8 - GND
JZ1(4pol) Programmierung STLink
1 - SWDIO (Pin 41)
2 - GND
3 - SWCLK (PIN 42)
4 - +3,3V
JZ2(3pol) UART0
1 - RXD (PIN 17)
2 - TXD (PIN 18)
3 - GND (Bezeichnung CLK)
Für JZ1 und JZ2 gilt das Gleiche wie für den Quad-Controller. Allerdings kann STLink nichts mit der verbauten MCU anfangen
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Antriebsmotor:
Den Motor, welchen ich hier für meine Tests verwende ist aus einem Quad rausgeflogen, weil er sich manchmal nicht für eine Richtung entscheiden konnte. Die Effekte während der Fahrt sind dann entsprechend geräuschvoll. Auch bei meinen Tests benahm sich der Motor höchst merkwürdig und hatte das Bestreben bei höheren Drehzahlen von der Werkbank zu springen. Mein Kelly-Controller zeigte mir dann das Problem.
Die Impulse der Hallsensoren laufen fortwährend mit der Ankerumdrehung mit. Anhand dieser Impulse erkennt der Controller die Drehrichtung und kann bestimmen wie die Motorwicklungen bestromt werden müssen. Fällt jetzt einer der Sensoren aus, sieht das für den Controller aus, als wenn der Motor verkehrt herum läuft. Das Ergebnis - volle Drehrichtungsumkehr. Bei bis über 6kW Leistungsaufnahme knallt das ordentlich.
Also den Motor mal öffnen und nachschauen wo das Problem steckt. Als erstes den Käfig des Lüfterrades entfernt, da das Sensorkabel dort herauskommt. Dann den Sicherungsring und das Lüfterrad entfernt. Jetzt kommt man an die Abdeckung der Hallsensoren.
Kabel und Abdeckung sind verklebt und der Deckel extra verschraubt. Darunter befinden sich die Sensoren auf einem Plastikrahmen.
Stellung markiert und den Rahmen entfernt. Darunter ist dann der Magnetring zur Ansteuerung der Sensoren
Das Problem des Motors wurde schon beim abnehmen des Sensordeckels sichtbar: Kabel eingeklemmt
.
Kabel nachgesetzt und beim Zusammenbau alles neu abgedichtet. Probelauf ...
läuft. Allerdings bis jetzt ohne Last.
Danach den Quadcontroller zusammengebaut und abgedichtet.
Gleichzeitig mal nachgeschaut was aus dem Controller so als Tachosignal rauskommt.
Im Gleichspannungsbereich sieht man schön wie die Spannung beim Gas-geben bis knapp über 40V steigt. Allerdings sobald man Gas wegnimmt bricht diese Spannung zusammen.
Da die Spannung direkt von der blauen Phase gewonnen wird gibt es auch einen Wechselspannunganteil. Ich denke dieser wird im Tacho ausgewertet, da hier die Spannung schon bei niedrigen Drehzahlen bis auf über 45V steigt und sich kaum Drehzahlabhängig ändert.
Wenn Zeit ist werden wir die Kombination einmal Life testen.
Nachtrag 04.05.2023
In der letzten Woche hatte ich wieder mal einen Max-Controller auf dem Tisch. Schon nach dem ersten Öffnen war klar, das lohnt nicht. Das Problem war wieder eine Überhitzung der Phasenleitungen und der Leiterzüge im Controller. Wieder ist das Zinn flüssig geworden und hat sich auf der Leiterplatte von selbst verteilt. Dieses mal aber mit ordentlich Schaden. Einige Leiterzüge und Transistoranschlüsse sind komplett verdampft. Hier ist so richtig die Post abgegangen. Bei allen Phasenanschlüssen ist das Zinn weggeschmolzen.
Irgendwie sehen die Fehler in allen Controllern gleich aus. Das Design scheint mit extrem heiser Nadel gestrickt. So etwas dürfte im Normalfall nicht passieren, da der Controller aktiv den Strom regelt. Hier sind einfach die Leiterquerschnitte zu gering für die möglichen anliegenden Ströme.
Hier noch ein paar Bilder des Controllers.
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| Das Zinn ist vom Phasenanschluß nach unten gelaufen und hat einen ordentlichen Kurzschluss der Endstufe verursacht |
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| Auch bei den beiden anderen Endstufen das gleiche Bild, zum Glück noch kein Kurzschluss |
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| Die Zinnreste finden sich überall im Gehäuse |
Bei diesem schon sichtbaren Schadensbild habe ich auf ein weiteres Zerlegen verzichtet. Die Reparatur wird definitiv teurer als ein neuer Controller von EF. Außerdem sind nach der Reparatur die Leiterquerschnitte immer noch zu gering und der Controller würde sich unter Last wieder verabschieden.
Dieser Controller wird also maximal noch ein Ersatzteilspender.
... wird fortgesetzt
2 Kommentare:
Moin Carsten, ein sehr interessanter Bericht.
Für mich als nicht elektrikversierter sehr
beeindruckend. Danke!
Ich habe immerhin am WE geschaft das USB Ladegerät einzubauen.
Das hat mal gut geklappt dank deiner Hilfe und deinen tollen Berichten.
Auch hierfür Danke!
Die Motorhaube geht jetzt viel leichter auf,
wo schon fast alle Nasen abgebrochen sind :)
Kann sein dass ich das schon gefragt habe:
Ich suche 12V Dauerstrom auch ohne "Zünd" Schlüssel für
die Innenraumleuchte, hast du da einen Hinweis?
die wollte ich mit einen gut erreichbaren kippschalter
in der dunkelheit schalten.
Freue mich auf deinen nächsten Bericht!!!
Viele Grüße
Reifelholz
Das 12V Dauerplusproblem habe ich angefangen, jedoch sind ein paar andere Dinge dazwischen gekommen. Da ist also im Moment nur der zusätzliche Regler eingebaut, aber noch nicht angeschlossen. Als Schalter für meine Innenbeleuchtung verwende ich den der Nebelschlussleuchte. Diese gibt es ja nicht beim Max und der Anschluss hängt unbenutzt unter dem Batteriekasten. Wenn dann Dauerplus vorhanden ist, kann man an dem Schalter die Lichtleitung abziehen und den Dauerplus aufstecken, dann geht das auch ohne Zündung und Licht.
Für Standlicht und Warnblinker werden die Änderungen etwas umfangreicher ausfallen müssen.
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