Vorstellung Wallbox Projekt (Bausatz) Prototypentest

[DIYcharger]

Hallo goingelectric Forum,

wir wollen euch hier unseren in Entwicklung befindlichen Prototypen eines Ladecontrollers für ein- oder dreiphasiges Laden mit Pilotfunktion nach IEC61851 (Ladebetriebsart 2 und 3) vorstellen. Es handelt sich um einen (fertig bestückten) Ladecontroller, der zum Aufbau einer Wallbox oder als Ladekabel (ICCB) verwendet werden kann.

Hintergrund dieses Posts ist die Suche nach Besitzern von Elektrofahrzeugen, die Interesse an einer privaten Wallbox haben und sich vorstellen können uns bei der Erprobung des Ladevorgangs zu helfen. Leider mussten wir uns bisher mit einem simulierten On-Board-Charger aushelfen, da uns kein Elektrofahrzeug zur Verfügung stand. Der simulierte Vorgang stellt für den Prototypen kein Problem dar, allerdings möchten wir sichergehen, dass es in der Praxis mit einem realen EV ebenso gut klappt. Hierzu müssen wir den Controller mit verschiedenen Fahrzeugmodellen testen.

Zunächst möchten wir unseren Ladecontroller einmal näher vorstellen:

• •Pilotfunktion nach IEC61851 für Wallbox oder ICCB (ein- oder dreiphasig)
  •PP-Widerstand Auslesung
  •Integrierte Ansteuerung einer Stecker Verriegelung
  • - H-Brücken Ausgangsspannung: 12V
    - Einlesen der Positionsschalter
  •RCD Funktion für Fehlerwechsel- und Gleichstrom (noch in Entwicklung/Testing)
  • -Konfigurierbare Auslösung
  •Ausgangstreiber für Lastschalter
  • - Direkte Ansteuerung für ein Relais einer ICCB
    - Mit einem Hilfsrelais kann ein Schütz in einer Wallbox geschaltet werden
  •Strommessung für drei Phasen
  • - (keine Phasenlagenerkennung, Blindströme werden mitgemessen)
    - Sensor Typ: sct-013–030
  •Leichte Einbindung in die Smart-Home Infrastruktur (z.B. MQTT, FHEM)
  • Kommunikationsmöglichkeiten:
    - WLAN
    - USB (Virtual COM Port) mit offenem Protokoll
    - RS485 (z.B. Modbus) zum Auslesen von Stromzähler
    - Direkte Steuerung über Raspberry Pi
  •Spannungsversorgung über mini-USB Buchse (z.B. 5V USB-Ladegerät 2A) oder Terminal

Zum Aufbau einer Wallbox oder ICCB wird neben dem Ladecontroller noch benötigt:

• •Gehäuse
  •Ladekabel zum EV oder Ladebuchse
  •Schutzkontaktstecker und Zuleitung
  •5V Netzteil 2A (oder USB Netzteil)
  •Relais oder Schütz

Wir suchen nun erste Tester, welche unseren Ladecontroller zum Aufbau einer Wallbox oder ICCB nutzen wollen. Für den Anfang suchen wir jemanden aus dem Ruhrgebiet und Umkreis, damit wir bei der Inbetriebnahme unterstützen und auch notwendige Messungen vor Ort durchführen können, um das Verhalten an verschiedenen Fahrzeugen zu optimieren.

Der Ladecontroller ist eine professionell gefertigte Platine, welche wir nebenberuflich als Hobby entwickelt haben. Wir sind ein Team aus zwei Ingenieuren, beide hauptberuflich in der Hard- und Softwareentwicklung im Automotiveberich tätig und könnten uns vorstellen dieses Projekt in der Zukunft als Bausatz anzubieten.

Unser Interesse an Elektrofahrzeugen geht zurück auf unsere gemeinsame Zeit an der Universität, dort konnten durch Mitarbeit in Forschungsprojekten bereits einige Erfahrung im Umgang mit der Technik, sowie der Entwicklung von Ladeelektronik sammeln. Dies möchten wir nun auf diese Art fortführen.

[tweetsofniklas]

Besteht denn Gefahr für die Testautos, oder ist das vollkommen ungefährlich?

Ich komme leider nicht aus der Gegend, aber als interessierter Kunde frage ich mich: Wann wird man denn nach erfolgreicher Testung die ersten Bausätze anbieten können? Und zu welchem Preis?

[leonidos]

schön, dass ihr euch engagiert.
Ihr habt sicher im Forum die Suchfunktion benutzt und dabei festgestellt, dass es schon diverse alternative Projekte gibt.

Zum Beispiel dieses hier: https://www.smartevse.nl/
Das habe ich in meiner Eigenbau Wallbox verbaut.

Was macht euren Bausatz besser?

[caudehm]

Gern würde ich den Ladecontroller mit einem Leaf 1 testen. Wie sieht die Steuerung des Ladecontrollers via MQTT aus? Gbit es eine MQTT-API?

Kann man die Energiezähler SDM 120/630 (Modbus) anschliessen?

[DIYcharger]

Eine Gefahr für ein (Test-) Fahrzeug durch den Ladecontroller besteht nicht. Eine falsche Verkabelung der Netzspannung kann natürlich zu einer Gefährdung von Mensch und Fahrzeug führen!

Der Preis hängt von der Ausstattung ab. Hierbei ist der Fehlerstromsensor mit Abstand die teuerste Hardwarekomponente. Wir gehen davon aus, dass es deshalb zwei Varianten geben wird (mit und ohne RCD-Funktion) und die RCD-Funktion nachgerüstet werden kann. Den genauen Preis können wir aktuell noch nicht genau beurteilen, aber er wird wohl unterhalb von anderen Bausätzen mit ähnlicher Funktionalität liegen.

Es ist möglich den Ladecontroller als Aufsteckmodul für einen Raspberry Pi zu nutzen und über eine Serielle Schnittstelle (oder USB) zu kommunizieren. MQTT kann dann durch ein Python-Script und z.B. der Anwendung „mosquitto“ ausgeführt werden. Auf dieser Weise haben wir z.B. den Ladestrom an ein FHEM System gesendet. Durch die Erweiterung des Python-Script können beliebige Steuer- oder Regelfunktionen implementiert werden.
Des Weiteren könnte MQTT auch direkt auf dem als WLAN-Chip eingesetzten ESP32 implementiert werden.

Der Energiezähler SDM 120/630 kann über die RS485-Schnittstelle direkt angesprochen werden. Es muss nur noch das Protokoll mit den entsprechenden Adressen implementiert werden. Dies sollte aber keine Probleme darstellen.

[caudehm]

Sehr gute Leistung.

Folgende Eingenschaften wären für den Elektriker praktisch:
- Stromversorgung: 220V (statt USB)
- Potentialfreies Relais zum Anschluß eines 220V 3-Phasen-Leistungsschützes
- Systemintegration: MQTT-Client-Implementierung auf dem ESP32 (dies wäre der herrausragende Unterschied zu anderen Systemen)
- Strommessung ausschliesslich über Stromzähler mit Modbus (Anschluss für Strommess-Sensoren können entfallen)
- Formfaktor: Unterbringungsmöglichkeit in einem DIN-Hutschienen-Gehäuse

Dann wäre es wirklich einfach einen DIY-Charger mit den zusätzlichen Komponenten zu realisieren:
- Gehäuse / Verteilerkasten
- Ladekabel zum EV
- Zuleitung
- Schütz

Und "einfach" setzt sich durch ...

[Fritzchen-66]

Die Erweiterungsvorschläge des Vorgängers würde ich unterstützen. Dabei würde ich das Netzteil so groß dimensionieren, um auch einen Raspberry Pi versorgen zu können.
Die Ströme über einen externen Zähler zu messen ist deutlich einfacher, da zur Bestimmung der Phasenlage noch die Spannung benötigt wird. Sonst ist es nicht möglich die verbrauchte Wirkleistung zu bestimmen.
Einzig einen Schaltkreise zur genauen Bestimmung der Netzfrequenz würde ich integrieren.

Moin,

die Netzfrequenz beträgt im Europäischen Verbundnetz 50,00 Hertz im Tagesmittel mit einer Abweichung von unter 0,15 Hertz. Ab 0,2 Hertz greifen die Netzbetreiber ein (müssen sie eingreifen).
Die braucht man also nicht zu messen.
Wer's nicht glaubt, muss nur mal vergleichen, wie genau die netzsynchronisierten Uhren sind. Bei einer Abweichung von 1 Hertz gehen sie schon merklich vor bzw. nach.
Zu DDR-Zeiten konnte man solche Uhren nicht nutzen, da sie tagsüber bis zu 30 Minuten nach und nachts bis zu 20 Minuten vor gingen.

Grüße
Torsten

[Fritzchen-66]

Hallo TorstenW,
Du schreibt richtig, ab bestimmten Grenzen greifen die Netzversorger ein. Diese wollen inzwischen aber die Ladestationen hart abschalten und wieder zuschalten.
Besser wäre, daß die Ladestation selber die Last entsprechend der Netzfrequenz reduziert. Dazu wird die Netzfrequenz benötigt.

[Köln Bonner]

Aber die Netzfrequenz ist doch nicht wirklich das Relevanteste, da diese im Prinzip im ganzen europäischen Verbundsystem gleich ist. Engpass werden eher lokale Trafos sein, und die beeinflussen die Netzfrequenz ja nicht.

Ich dachte, dass es für die Abschaltung das Open Charge Point Protocol gibt? Wenn der Netzbetreiber auf harter Abschaltung besteht, sollte der Wallbox durch ein Kommando ein paar Sekunden vorher zumindest die Möglichkeit gegeben werden, selbst abzuschalten. Wäre es da eigentlich nicht nützlich, die Wallbox-Elektronik über eine separate Leitung zu versorgen, die nicht abgeschaltet wird (das scheint hier ja einfach möglich zu sein)?