Dyson - es muss nicht immer der Akku sein

 

Immer wieder werde ich angesprochen, mir fehlerbehaftete, kabellose Staubsauggeräte anzusehen. Dabei sind die modernen Geräte nach dem Zyklon Prinzip am häufigsten vertreten. Meist sind es die Akkus, deren BMS (Batterie-Management-System) dem Akku den "Garaus" macht, indem der im BMS verbaute Microcontroller ein "disabled" Flag setzt und den Akku unbrauchbar macht. Der Grund dafür ist meist ein defekt einer oder mehrerer Zellen. Genauer gesagt ist es die Balance der Zellen, die nicht mehr gegeben ist oder erreicht wird. Bei vielen Akkusystemen moderner kabelloser Geräte kommen Lithium-Ionen Zellen der Baugröße 18650 zum Einsatz. (zylindrische Zellen mit 18mm Durchmesser und 65mm Länge, einer Nominalspannung von 3.7V und einer Kapazität von durchschnittlich zwei Ah) Ein defekter oder ein, durch das BMS abgeschalteter Akku, lässt sich dann nicht mehr Laden, der Handstaubsauger schaltet nicht mehr ein, wenn der der Trigger gedrückt wird und es gibt je nach Bauart und Modell Blinksignale der im Akku verbauten Leuchtdioden. Zu diesen Fehlerbildern gibt es einige Ansätze, erfolgreiche Reparaturen durchzuführen. Zum einen können aufgrund des Alters des Gerätes Zellen defekt sein, die dann eine viel zu geringe oder gar keine Zellspannung mehr abgeben. Hier ist ein Tausch der einzelnen, betroffenen Zellen dann möglich - wenn auch nicht sinnvoll. Man kann natürlich auch alle Zellen erneuern - so man sich die Arbeit und den Umgang mit dem Punktschweißgerät und dem Nickelband zutraut. Ich hatte aber auch schon einige Geräte am Tisch, dessen Akkus auch keine Ausgangsspannung mehr freischalteten, obwohl die einzelnen Zellen und deren Leerlaufspannung absolut in Ordnung und die Balance untereinander gegeben war.  Der einfachste Lösungsansatz war dabei eine genauere Untersuchung der BMS Platine. Ein einfacher Reset des verbauten Microcontrollers erweckte den Akku schon häufig wieder zum Leben. (Hier ist natürlich vorausgesetzt, dass man am Board ein wenig Reverse Engineering betreibt und sich zumindest die Type des Microcontrollers und dessen Beschaltung herauszeichnet) Bei Recherchen im Netz bin ich sogar auf ein GitHub Projekt gestoßen, bei dem jemand eine eigene Firmware für das BMS Board einiger Dyson Akkus entwickelt hat.

 

Wie im Titel des Beitrags beschrieben, muss es aber nicht immer an einem defekten Akku liegen, dass der kleine Zyklon nicht mehr tobt. In diesem Fall hat sich folgendes Verhalten gezeigt:

Beim Betätigen des Triggers blinkt die LED am Dyson DC34 und der Motor dreht nicht.  Steckt man das Ladegerät an den Akku des Saugers an, so leuchtet die LED am Netzteil und es sieht alles nach einem, wie in der Bedienungsleitung beschriebenen Ladevorgang aus.

Dyson DC34 am Ladegerät - noch ist die LED an

 

Soweit so gut. Doch schon nach einigen Minuten erlischt die LED am Ladegerät und man bekommt signalisiert, dass der Akku vollgeladen ist. Dem ist aber nicht so. Wenn der Trigger betätigt wird, so passiert nichts außer, dass die LED am Dyson zu blinken beginnt. Der Motor bleibt still. Also war mein erster Verdacht - wie so oft - der Akku ist defekt. Also habe ich zuerst einmal den Akku demontiert und die Spannungen der 18650er Zellen gemessen. Die waren jedoch alle ok – also einem Bereich um die 3.5V und vor allem gab es auch unter den Zellen keine großen Abweichungen. Sie waren somit auch gut balanciert, aber eben leer. Im nächsten Schritt habe ich dann das BMS Board genauer betrachtet und den darauf befindlichen Mikrocontroller resettet. Ein erneuter Ladeversuch brachte aber keine Änderungen und LED am Ladegerät erlosch wieder nach einigen Minuten.

So war der nächste Schritt, den Akku mit einem Labornetzteil zu laden und dann messen wie sich das BMS und die Zellen verhalten. Das Modell DC34 ist eines der „älteren“ Geräte. Hier wurden auf der DC Seite noch zwei Spannungen benötigt. 16.75V DC und 24.35V DC werden über den dreipoligen Ladestecker geliefert. Da der Akku ja schon geöffnet war, war es ein Leichtes, die beiden Spannungen anzulegen. Und siehe da, das Laden der Zellen klappte. Nach einigen Minuten am Labornetzteil hatte der Dyson Akku wieder genug Energie um den Sauger zu betreiben. Somit konnte ich den Akku als Defekt ausschließen.

Der nächste Ansatz war nun, das Ladegerät zu untersuchen. Und um das Ergebnis vorweg zu nehmen – genau das war das Problem. Um hier die Ursache zu finden, entschloss ich mich, das Ladegerät zu öffnen. Aufgrund der Nachhaltigkeit der heutigen Konsumentenprodukte ist das Teil ganz einfach zu öffnen – lediglich zwei Kreuzschlitzschrauben halten die Gehäuseschalen zusammen und nach dem Lösen dieser, fallen die Teile einfach auseinander und die Platine liegt auf dem Tisch… - schön wär´s. Leider ist kein Hersteller daran interessiert, dass seine defekten Teile einfach zu reparieren sind. So ist das Gehäuse auch nicht verschraubt. Denn Schrauben sind ja auch teuer. Die Kunststoffteile sind natürlich verschweißt bzw. verklebt und nur mit einer Trennscheibe am Dremel zu lösen. Gesagt – getan. 

 

Nach dem Öffnen und Freilegen der Netzteilplatine habe ich die DC-Ausgänge mit Lasten, die der aufgedruckten Nominalleistung entsprechen, belastet und gleichzeitig die Spannungen gemessen. Diese fallen unter Last um ein paar Millivolt ab, aber sind zu Anfang auch vorhanden. Dann passierte aber folgendes: Nach ein paar Minuten Betrieb fielen die Spannungen auf 0V ab und die LED leuchtete nicht mehr. Aha! Also kurz von der Netzspannung getrennt und wieder eingesteckt. Doch die LED blieb dunkel und es gab keine Ausgangsspannung. Erst nach einigen Minuten ohne AC-Versorgung fuhr das „Schaltnetzteil“ wieder hoch. Unter Last ließ sich das Verhalten immer nachvollziehen. Zwei bis fünf Minuten unter Last und das Netzteil schaltet ab. Bei einem Versuch ohne Ausgangsbelastung passierte lange nichts und die Spannungen standen stabil. Erst geschätzte dreißig Minuten später war wieder Ende. Nach einer genaueren Untersuchung ist mir dann aufgefallen, dass die primäre Ansteuerung des Wandlers auf einmal nicht mehr vorhanden war. Der Enable/Undervoltage Pin des Controller IC wurde aber im Ausschaltmoment über den Optokoppler Transistor nicht aktiviert und trotzdem war Schluss. 

DC34 Ladegerät mit Lastwiderständen

 

Ein kurzes Berühren des Controller ICs mit dem Finger und das darauffolgende Wahrnehmen von unangenehmer Hitze und Schmerz eröffnete mir eine neue Fehlerursache. Das Teil wird thermisch zu heiß und es könnte ja eine „thermal-Protection“ geben. Bingo. Bei dem Controller IC handelt es sich um einen TNY278PN der TinySwitch Family von „power integrations“, einem IC der den Leistungs Mosfet und die Ansteuerelektronik (den PWM Generator) in einem Chip vereint hat. Und sieht man sich das Datenblatt an, dann ist folgendes zu lesen:

Auszug aus dem Datenblatt des TNY

 

Somit hat es etwas mit der Erwärmung des IC´s, bzw. dessen thermischer Belastung zu tun, die sich anscheinend nicht mehr im Sollbereich bewegt. Glücklicherweise schaltet der Chip durch seine eingebaute Sicherheitstechnik ab und nicht die Sicherung, die auslöst, wenn der Mosfet stirbt und dauerhaft niederohmig wird. Das Abschalten des Controller ICs auch bei Nichtbelastung war ein weiteres Indiz, dass der Chip nicht mehr in Ordnung ist. Also habe ich den IC erneuert und das Board wieder in Betrieb genommen. Die LED und die Ausgangsspannungen waren sofort wieder da. Nach 20 Minuten Dauerbetrieb mit angeschlossenen Lastwiderständen war immer noch alles OK. Auch die Temperatur des Controller IC war durchaus im erträglichen Bereich.

 

alt vs. neu

Also konnte ich davon ausgehen, dass das Ladegerät wieder ok war. Vor dem Verkleben der Gehäuseschalen bekam ein Gehäuseteil noch ein Tuning in Form von vier Lüftungslöchern. So gibt es zumindest die Möglichkeit, die thermische Abwärme im Netzteil abzuführen.

Netzteil mit Tuning :D