22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse

Mit dem NLG664 hat Brusa 2012, als weltweit erster, einen 22kW-Lader in Serie gebaut. Der smart ED3 war das erste Elektrofahrzeug, welches mit ihm Ausgestattet wurde. Andere Hersteller konnten, im gleichen Bauraum, nur 11kW verarbeiten. Besonderes Merkmal des 22kW-Lader ist seine hohe Effizienz und seinen leiser Betrieb, außerdem verfügt er über eine galvanische Trennung zwischen Netz und HV-Batterie und ist VDE zertifiziert. Aus diesem Grund wird er auch im 2.000 PS starken Rimac C_Two eingesetzt.

Der 22kW-Lader kann 1-phasig bis 3-phasig von 6A bis 32A (pro Phase) betrieben werden. Smart hat die Software minimal angepasst um 1-phasig nicht mehr als 16A zu laden, somit werden europaweit die Schieflast-Regelungen eingehalten. Ein weiteres Feature von Brusa's NLG664 ist, dass mehrere Geräte parallel geschaltet werden können. Dies nutzen beispielsweise die mobilen DC-Lader der Firma Designwerk.


Mit Ausnahme der 1. Serie (Vom Serienfehler betroffene 22kW-Lader erkennen), ist der NLG664-Lader mittlerweile als äußerst zuverlässig bekannt. Hier wird ein Lader der 1. Serie analysiert. Im Fazit werde ich aufzeigen, wie man ihn reparieren kann und ob dies Sinn macht.



Schritt 1 - BRUSA NLG664 Teardown


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Hier ist das gute Stück, frisch aus einem smart ED3.


Eingang: 230V-10%...240V+6% 50Hz; 32A eff(3ph) 22kW max

Ausgang: 410V(DC) max; 60A max


Der 22kW-Lader ist sehr kompakt (504mm x 352mm x 84mm) und wiegt gerade einmal 12 kg.


Nach 94.000 km hat dieser 22kW-Lader das Zeitliche gesegnet, weder 1-phasig noch 3-phasig, war er noch dazu zu motivieren, den smart zu laden.


Meinen Erfahrungen nach kann der 22kW-Lader auch an AC 110V laden, wenn gleich dies außerhalb seiner Spezifikationen ist.


Schritt 2 - Unterseite


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Auf der Unterseite des NLG664 sticht die Platte der Wasserkühlung ins Auge, diese ist mit über 40 Schrauben fixiert. Sie sorgen dafür, dass unter allen Umständen, die Platte optimal abdichtet.

  • AC-Eingang
  • DC-Ausgang
  • Erdung
  • Wasserkühlung Eingang
  • Wasserkühlung Ausgang
  • canbus


Schritt 3 - Wasserkühlung


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Und so sieht der Kühlkreislauf dann mit geöffnetem Deckel aus. Das Kühlwasser fließt von links nach rechts und nimmt dabei einen von drei Wegen.


In dem Hauptweg sind die schwarzen Kunststoffteile integriert, diese sorgen dafür, dass die Kühlflüssigkeit verwirbelt wird und möglichst viel Wärme aufnimmt.

Die zu kühlenden Komponenten sind auf der anderen Seite des Gussgehäuses. Direkt unter dem Hauptkühlweg sind 5 Diodenbrücken.



Schritt 4 - Oberseite


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Die komplette Oberseite des NLG664 besteht aus einem Blechdeckel, welcher mit über 30 Schrauben auf das Gussgehäuse geschraubt wurde. Auch hier stellen die vielen Schrauben sicher, dass der 22kW-Lader dicht bleibt. Diesmal wiederum geht es darum, dass keine Feuchtigkeit eindringt.

  • Erdung

Dadurch, dass der Deckel abgedichtet ist und Feuchtigkeit keine Chance hat einzudringen, kann man bei den PCBs auf Beschichtungen verzichten, welche Reparaturen nahezu unmöglich machen würden.



Schritt 5 - Hauptplatine


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Hier zu sehen ist nun die Hauptplatine, sie ist am Gehäuse mit 8 Schrauben fixiert. Auf ihr sitzt die Prozessorplatine, diese ist geschraubt und gesteckt.

  • Hauptplatine
  • Prozessorplatine
  • AC-Eingang
  • DC-Ausgang
  • canbus

Um die Hauptplatine zu entfernen, muss die Prozessorplatine nicht gelöst werden, allerdings drei Kabel, welche von der HV-Platine darunter zur Hauptplatine gehen.



Schritt 6 - HV-Platine lösen


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Nun kommt der anstrengende, zeitintensive und etwas riskante Teil: Um die HV-Platine aus dem Gehäuse zu bekommen, muss man drei Hürden bezwingen:


Als erstes bietet es sich natürlich an die 12 Schrauben zu lösen, mit denen die HV-Platine mit dem Gehäuse verschraubt ist. Daraufhin sind die folgenden drei Dinge zu beachten:

  • Mit elektrischer Steckverbindung fixiert
  • Zur Kühlung an das Gehäuse festgeklebt
  • Geschraubte HV-Verbindung


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Es empfiehlt sich nun, das Gehäuse von unten, besonders dort, wo der Kühlkreislauf ist, zu erwärmen.

Danach muss man, vorsichtig und langsam, die HV-Steckverbindungen abziehen und die geklebten Komponenten vom Gehäuse lösen.


Die Platine ist verhältnismäßig schwer und möchte nicht so gerne aus dem Gehäuse, nehmt Euch Zeit und macht Euch in Ruhe Gedanken, wie Ihr wo ansetzen möchtet.



Achtung:

  • Die Platine nicht zu sehr biegen, auch wenn sie nicht am Stück abbricht, können Leiterbahnen brechen!
  • Das Hebelwerkzeug nur da ansetzen, wo keine Leiterbahnen sichtbar auf der Platine sind!
  • Man muss mehr Kraft aufwenden, als man dieser Platine zumuten möchte. Dennoch sollte man sich 2x überlegen, wie man das angehen möchte!


So sieht die HV-Platine dann aus, wenn sie vollständig gelöst wurde. Hier ist gut zu sehen, wie effizient alles zusammen gesetzt wurde.


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Schritt 7 - Gehäuse


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Nachdem die HV-Platine entfernt wurde, bleibt ein aufwendiges Gussteil mit ein paar Spulen und Kondensatoren übrig.

  • Kondensatoren
  • Längsfilter


Hier liegt der Schluss nahe, dass die Spulen einen Netzfilter für die Phasen der AC-Seite bilden und die Kondensatoren den DC-Strom weiter glätten.



Schritt 8 - HV-Platine analysieren


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


So sieht die HV-Platine aus, sie ist zwar dicht bestückt, allerdings trennt das Gehäuse z.B. die Spulen voneinander.

  • Die Übeltäter
  • 8x 30A Relais
  • 5x Diodenbrücken
  • 5x 25A Stromsensoren
  • 4x 16A Relais
  • 4x 40A Schmelzsicherungen
  • ca. 16 Induktivitäten und Transformatoren


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Und hier ist der Übeltäter, ein geplatzter Kondensator.

Er war für L1 verantwortlich und macht somit den kompletten 22kW-Lader Handlungsunfähig. Außerdem zu sehen ist, dass der dritte Kondensator auch bereits eine Beule bekommen hat. Dieser hätte auch nichtmehr ewig auf sich warten lassen.


Erfahrungsgemäß ist es reiner Zufall, welcher der drei als erster platzt. Wenn L2 oder L3 platzen, kann man zumindest noch an 230 V, mit bis zu 3,7 kW, laden. In diesem Fall ist L1 geplatzt, dann geht gar nichts mehr.


Diese Folienkondensatoren wurden vom Zulieferer, laut einer Brusa nahen Quelle, nicht innerhalb der Spezifikationen hergestellt.


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In der näheren Draufsicht wird außerdem klar, dass auch die beiden Kondensatoren nebenan von dem Problem betroffen sind. Der Obere von beiden hat sich auch aufgebläht.


Diese Kondensatoren sind es also, welche man tauschen müsste, um den NLG664 wieder ans Laufen zu bekommen.



Fazit


Die betroffenen Kondensatoren sind sehr schwer zu erreichen, aber es ist möglich. Nachdem man den Deckel des NLG664 und die Hauptplatine entfernt hat, muss man mit schwerem Gerät und Geduld dran gehen: Die HV-Platine ist ins Gehäuse geschraubt, sehr fest gesteckt und, zur Wärmeableitung, auch geklebt. Beim Ausbau der HV-Platine ist darauf zu achten, dass man keine Leiterbahnen abbricht und das Hebelwerkzeug nur da angesetzt wird, wo man keine Leiterbahnen trifft. Die elektrischen Steckverbindungen sitzen sehr fest. Die anzuwendende Kräfte sind sehr hoch, es besteht immer die Gefahr, dass man abrutscht und etwas unwiederbringlich beschädigt.


Wenn man all diese Hürden genommen hat, muss man insgesamt 5 Kondensatoren tauschen:

  • 3x 3,5μF mit einem Pinabstand von 27,5mm und Abmaßen von 31,5 x 18,0 x 33,0 (L x B x H in mm) für AC 400V
  • 2x 3,3μF mit einem Pinabstand von 27,5mm und Abmaßen von 31,5 x 15,0 x 24,5 (L x B x H in mm) für AC 350V

Die Kondensatoren hatten ein Sonderformat und werden nichtmehr hergestellt. Wer sie austauschen will, muss welche verwenden, welche nicht 1:1 passend sind.


Mit dem Austausch der betroffenen Kondensatoren kann der NLG664 wieder in Betrieb genommen werden. Dies wurde bereits von Péter Varsányi EV aus Ungarn 2018 erfolgreich durchgeführt. Die Erfahrung zeigt aber leider, dass der Defekt wieder auftritt. Der Austausch der Kondensatoren ist keine dauerhafte Lösung. Wer ihn durchführt muss damit rechnen, das der smart irgendwann wieder Probleme macht. Erfahrungsgemäß platzen die Kondensatoren nach ca. 40.000 km wieder, dabei ist egal wie schnell oder langsam man lädt und was für Kondensatoren man verbaut. In der 2. Serie des NLG664 wurde offenbar mehr geändert als nur die Kondensatoren, darum tausch smart die Lader der 1. Generation durch welche aus der 2. Generation aus. Leider kostet dies dann 7.000 €.



Ausfall der 2. Generation, Nachtrag von April 2022


In sehr seltenen Fällen kann es passieren, dass 22 kW Lader der 2. Generation ausfallen. Selbst ich habe das bisher nur sehr selten gesehen. Hierbei sind dann nicht die Kondensatoren geplatzt, sondern die Eingangssicherungen auf der Leistungsplatine durchgebrannt. Überprüfen kann man das relativ leicht: Einfach den 22 kW Lader im Fahrzeug ausbauen und den Deckel öffnen. Ohne weitere Maßnahmen kommt man dann an die Rückseite der Sicherungen und kann mit dem Multimeter prüfen, ob sie noch funktionsfähig sind. Die paar mal, welche ich das nun sah, hatte dann eine Sicherung ausgelöst. Sonst war nichts beschädigt


22kW-Lader - BRUSA NLG664 Teardown & Fehleranalyse


Diese zu tauschen ist aber fast so schwer wie das Tauschen der Kondensatoren bei der 1. Generation. Da in beiden Fällen die Leisutngsplatine ausgehebelt werden muss um sie zu tauschen. Entsprechend rate ich auch hier von einer Reparatur ab. In den Fällen, in den ich das sah, waren die Kondensatoren wiederum vollständig in Ordnung. Was auch nochmal bestätigt, dass diese bei der 2. Genration in Ordnung sind.


Bei den verwendeten Sicherungen handelt es sich um 4x 40 A Schmelzsicherung für AC/DC 600 V von Littlefuse (Herstellernummer: LA60Q402)


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