Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

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Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

AlexanderWalter
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Hallo und einen guten Morgen sowie schönen Tag!

Ich würde gerne euch meine Selbstbauladebox (die Wallterbox :-) ) vorstellen. Ich habe im April mit der Entwicklung angefangen und nach ca 1 Monat eine fertig funktionierende Steuerung gehabt.

Seither habe ich unzählige Ladevorgänge durchgeführt und mehrfach den leeren Akku vollladen lassen.

In dieser Zeit habe ich aus einer einfachen Ladebox einen "SmartCharger" für Solaranlagen gebaut. Der nun endgültige Prototyp kann mittels Energymeter (Shelly 3EM) nun das Auto so laden, das ich weder Strom (bezahlend) vergeude noch verschenke. Die Regelung geht innerhalb 2 Sekunden auf den verfügbaren Strom herunter. Zusätzlich schaltet die Box das Auto weg, sobald länger als (einstellbar) 1 Minute das Auto aus dem Netz geladen wird. Ich kann die Zeitmarge zw. 0 min und 60 min einstellen. Die Installation des Shelly 3EM ist Übringens denkbar einfach. Ich hab diesen einfach in die Hauptstromleitung geklemmt. Buchstäblich :-)


Zusätzlich habe ich bei der finalen Platine einen Steckverbinder vorgesehen, bei dem man später eine Platine mit Display und RFID-Leser anstecken kann.

Da mein Gehäusebauer für die jetzige Platine das passende Gehäuse ab sofort nicht mehr fertigt und verkauft sowie andere Gehäusebauer mit den passenden Halter einen unverschämten Preis abrufen (O-Ton: Sie haben die Platine ja bereits und benötigen nun ein neues Gehäuse. Ein Redesign würde Ihnen teurer kommen!), habe ich diese Adapterhalterung entworfen. Schnell und kostengünstig.
Damit können wir alle Gehäuse für die Ladesteuerung verwenden. Das Tolle: sogar Gehäuse mit einer Hutschiene für einen Stromzähler. Passende ModBus-Klemmen sind auf der Platine vorhanden.

Eckdaten:
1x Ladesteuer-IC mit Signalaufbereitung für Fahrzeugkommunikation über CP sowie Überwachung des Ladevorgangs
1x Möglichkeit zur Auswertung des PP bei Verwendung einer Ladedose, um die max. Leistung des Kabels abzufragen (hier nicht bestückt und verwendet)
1x ESP32 zur WLAN-Kommunikation mit dem Hausnetz (darüber wird auch mein Stromzähler ausgelesen, um PV-Überschussladen zu ermöglichen)
4x Relais zum vollen Trennen des Fahrzeugs über alle Phasen incl. N. Ausgelegt für 11 kW dauer.
1x Temperatursensor auf dem Board zum Überwachen der Relais

Der Grund für dieses Projekt ist, dass nur 1x Platine erforderlich ist. Es müssen nur die 5 Leitungen vom Strom und 6 Leitungen vom Ladekabel angeschraubt werden. Es muss keine Verkabelung einzelner Komponenten erfolgen. Kein Zusammensuchen von Modulen. Kein warten auf weitere Bauteile. Das war mir sehr wichtig. Ganz oder gar nicht. Zudem bin ich selbst Hard-/Softwareentwickler und mache diese Arbeiten auch für Kunden und eigene Produkte für die Industrie. Dafür haben wir in der Firma eine ganze Fertigung für die Bestückung, Inspektion, Programmierung, Röntgen etc. Die habe ich für das Projekt hergenommen. Daher kann ich sicher sein, dass die gelöteten Bauteile auch die Richtigen sind.

Und jetzt das, worauf ich megastolz bin:
Durch den Algorithmus kann ich mein Auto aufladen und gleichzeitig den Herd ein und ausschalten, ohne das ich unnötig für den Strom zahlen muss. Die Box regelt so schnell nach, dass der Mehrverbrauch nur ein kleiner Pikser im Diagramm ist. Wenn sich dann auch noch die Wärmepumpe zuschaltet und somit die Solaranlage überfordert, wird nach kurzer Zeit einfach das Auto unterbrochen. Diese Zeit ist einstellbar.

Bereits jetzt kann ich vom Handy aus ohne App die Wallbox in Solar-Mode, Full-Charging sowie "off" schalten. Phasenumschaltung inbegriffen!
Die Ladesteuerung überwacht dabei die korrekte Phasenumschaltung. Es gibt ja ein Auto, das beim Zuschalten einer weiteren Phase den Ladeport zerstört. Meine macht es korrekt :-).

Zudem ist für die Box kein Internet notwendig! Entweder man packt die Hardware ins eigene WLAN oder man verbindet die Box direkt mit dem Shelly 3EM. Da kein Internet notwendig ist, muss da auch nichts "Heim" telefonieren.


Die meiste Arbeit hab ich bisher in den Code gesteckt. Als Umgebung nutze ich die Arduino IDE. Mir kommen immer mehr Ideen, was man hinzufügen könnte.
Sobald ich das mit GitHub verstanden habe, würde ich dort gerne ein Projekt starten, an dem die Community ihre Änderungen vornehmen können.
Dateianhänge
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Zuletzt geändert von AlexanderWalter am Mo 24. Okt 2022, 10:41, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

Athlon
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Super Sache und guter Ansatz mit der einfachen Installation und wenig Kabel.

Ich hab ne openwb gebaut weil ich gern bis 7,4/22kW laden möchte und die Bauteile halt, wenn sie kaputt gehen, in jedem laden gekauft werden können. Nachteil dieser ist halt der Bastelaufwand bei der Installation.

Was soll denn der Spaß bei dir kosten?
Dieser Post kann Sarkasmus und nicht ganz ernst gemeinte Bemerkungen enthalten :!:

Zoe Q210
Mii plus 03/20
8kWp PV

400-600€ für dich für deine THG Quote, 50€ für mich: https://geld-fuer-eAuto.de/ref/YRRPRR2X (Werbung)

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

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Finde ich super, dass sich viele Leute mit den Problemen beschäftigen... und doch - sorry - ist das eine unnötige Entwicklung.

Ohne Standards bei Schnittstellen sind die Dinger leider totgeboren.

"Durch den Algorithmus kann ich mein Auto aufladen und gleichzeitig den Herd ein und ausschalten, ohne das ich unnötig für den Strom zahlen muss. Die Box regelt so schnell nach, dass der Mehrverbrauch nur ein kleiner Pikser im Diagramm ist. Wenn sich dann auch noch die Wärmepumpe zuschaltet und somit die Solaranlage überfordert, wird nach kurzer Zeit einfach das Auto unterbrochen. Diese Zeit ist einstellbar."

Na das kann meine App auch, steuert verschiedene Wallboxen an mit Daten von verschiedenen PV-Anlagen oder Speichern.

Aber das Problem, und daher schreibe ich hier, ist, dass Du beide die Daten der Energiequelle nicht standardisiert hast. Und die reine Shelly EM-Lösung funktioniert nur ohne Heimspeicher, und dann bist Du in Teufels Küche (wie ich), wenn Du solche Systeme unterstützen willst.

Daher: deutlich günstiger, eine fertige Wallbox zu kaufen die viele Systeme unterstützt (OpenWB) oder eine der vielen, die ich mit der App unterstütze. Es sei denn, Du willst nie einen Heimspeicher unterstützen. Aber wenn jemand Deine kauft, muss er auch eine neue WB kaufen, wenn er einen Heimspeicher einbaut.
Leaf ZE1 Acenta EZ 10/2018, Lade per PV oder Naturstrom, wenn möglich. Super Lösung für mich. Habe 2 Android Apps geschrieben für das Laden an Wallboxen und für den Leaf (siehe https://android.chk.digital/).

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

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Wenn Du schon so viel Auswand betrieben hast, warum hast Du die Stromwandler nicht mit auf die Platine gesetzt und machst die Zählung selbst? Hast Du deine Box mal an einen E-Auto Ladetester angeschlossen und alle Fehlerfälle simuliert? Ist Deine Schaltung Open Source so das man was daraus lernen kann? Wenn mir noch mal jemand erzählt das man das fertig günstiger bekommt kriege ich einen Schreikrampf. Die günstige Keba, die dank Kabel von oben nach einem Jahr abgesoffen ist war dann echt günstig 1000€ Anschaffung, wenige Euro für die Entsorgung. Ist genau so schön wie die 50kW lader aus Australien ohne Reparatur oder Ersatzteilversorgung die als Sondermüll Hamburgs Straße verzieren. Nur selbst gemachtes kann ich schnell selbst reparieren



mfG
Michael
Kangoo ZE maxi 125.500km, Kangoo ZE 98.000km, E-UP 16.500km, C180TD 43.000km , max G30d 1100km, Sunlight Caravan, Humbauer 1300kg, E-Expert 75kWh 28.500km, Prophete Pedelek 200km, Zündapp Pedelec 50km

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

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Der IC zur Kommunikation wird das sicher können, da wurde ja nichts eigenes Entwickelt. Ich sehe aber die Anbindung der Leistungs-Leitungen eher kritisch, nicht um sonst sind diese immer direkt mit den Schütz verbunden und nicht über die Leiterbahn geführt. Ich nehme an, die BOX ist mindestens mit 20A abgesichert, das wird die Printplatte kaum können, oder wurde diese Seim-Profissionel mit Lötzinn "verstärkt"? (nein geht nicht, ist ja eine Mehrschicht Printplatte wie man bei den "IN" Eimngängen sieht ist das noch eine Ebene tiefer und noch dünner) Die Relais statt den Schützen werden die möglichen 20A im Fehlerfall auch nur einmal schalten und dann vielleicht sogar für ein Feuerchen sorgen, zugelassen sind diese nur bis 10 A, hier zu sparen (<10€ pro Stück) ist sicher der falsche Bauteil,
Nachtrag, hab mich bei der Nummer verlesen, doch ein 16A Teil, dafür noch billiger.
https://www.conrad.de/de/p/finder-40-61 ... 02921.html
ZOE Live Q210 6/2013 * AHK legal Typisiert 18.07.2017 * 40kWh Batterie 12.03.2019
Aktuell: 131.000 km

Niemand ist bei mir auf der Ignor-Liste!

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

AlexanderWalter
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Mahlzeit :-)


Also zu aller erst muss ich einigem widersprechen! Erstens: Kosten. Ich hab kein Preis genannt was mich das ganze gekostet hat, daher ist "zu teuer" schlicht unangebracht! Des weiteren ist dies eine 4Layer PCB. Die Stromtragfähigkeit ist ausreichend. Die Relais sind kein Billigmüll. Zudem, selbst ein 40A-Schütz kannst auch nur 1x kurzschließen. Da meine Box sogar mehr als 11kW kann: An den Relais kann man passenden Leistungsschütz anschließen und so einen z.B. 22kW-Lader bauen. Dann wird halt 1 Relais für das Schütz verwendet. Und ja, OpenSource. Habe ich aber geschrieben, dass ich erst mit GitHub zurecht kommen muss. Habe dies bisher nie benutzt.

Und nein: keine Bastlerlösung.

Ich habe mein Wissen aus der Entwicklung von Industrielektronik benutzt. Nur weil ich nach Feierabend zu Hause sitze habe ich mein Wissen aus der Arbeit ja nicht verloren. Und in der Firma habe ich die Gerätschaften.

Und ja, es soll Boxen geben die auch "Überschussladen" können. Habe mir einige angesehen. Jetzt hab ich meine eigene die es besser macht als die getesteten :-)

Die Platine hat deshalb keinen Stromwandler drauf, weil mittlerweile Stromzähler gibt die günstiger sind und einen ModBus-RTU dabei haben. Sogar MID-Geeicht.
Den kann ich dann direkt auslesen. Deshalb ist dort auch ein RS485-Anschluss drauf. Sourcecode habe ich aber noch dafür keinen geschrieben.

Zum Thema Shelly: da ich sowieso einen ESP32 verwende, ihn über Arduino programmiere, kann ich genauso gut die Shelly einbinden. Wem es nicht passt, kann den Code ja für sich umschreiben.

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

Singing-Bard
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Ich verstehe immer noch nicht so ganz was die Selbstbauladebox besser kann als die GO-E Version3

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

buddha
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Singing-Bard hat geschrieben: Ich verstehe immer noch nicht so ganz was die Selbstbauladebox besser kann als die GO-E Version3
Open source ist schon eine Bank. Außerdem ist Alexander's WB eben keine der typischen Cloud-WB, die ohne Internet fast nicht zu gebrauchen sind.
=> prinzipiell guter Ansatz

Allerdings gibt es bereits gute Lösungen und ich bin auch nicht unbedingt Fan von Rad neu erfinden. Zumindest beim Energiemanagment sollte man nicht glauben, dass es mit 1x EVU-Zähler => 1x EV getan ist.

@Alexander
Du wirst merken, dass es schnell komplex wird. Deshalb ist es keine schlechte Idee, sich Teams anzuschließen, die von Aufgabenverteilung profitieren. Damit erreicht man ein Maximum an Unterstützung, um die gesellschaftlich dringend erforderliche Energiewende zu beschleunigen.

Ansonsten - ein gutes proof of concept. Oder hast Du bereits die erforderlichen Zertifizierungen erlangt?

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

AlexanderWalter
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Ja, no-Cloud war mir deshalb wichtig, weil ich sonst einen eigenen Server benötige. Fällt der aus, schaue ich in die Röhre. Zudem muss auch nicht alles in eine Cloud. Die Box kann man jetzt sogar abfragen. Sie liefert einen JSON-String der eigentlich von allem ausgewertet werden kann. Ein Kumpel hat schon Interesse angemeldet und wünscht sich ein kleines Display für die Wohnung.

In der Firma selbst habe ich auch einen RPi mit Node-Red am laufen der mir, je nach PV, auch andere Verbraucher zu und abschaltet. Im Sommer z.b. bei zu viel Überschuss haben wir damit eine Klimaanlage betrieben (das war echt cool) :-)

Zertifizierung ist kein Problem, das machen wir in meiner Firma für die anderen Komponenten auch. Das beginnt schon bei der Entwicklung, dessen Vorgehen ich auch bei meiner Platine eingehalten habe. Aber dann würde die "Wallterbox" direkt komerziell werden und ich müsste dies alles über meine Firma laufen lassen. Dort haben wir auch eine WEEE-Reg etc. Dann ist es aber kein Hobby mehr an dem ich nach Feierabend "basteln" kann. Wenn du mir genügend Vorlauf gibst, kann ich mal eine fertige Platine als Bausatz anbieten. SMD wäre halt schon drauf. Den Rest müsste man selbst löten. Sourcecode muss ich aber erst noch auf GitHub laden (lassen). Eventuell gibt es ja eine Wallboxsoftware (wie z.B. Tasmota) die man anpassen kann.

Ich selbst bin ausgebildeter Elektroniker, Programmierer und Hard-/Softwareentwickler mit einer zusätzlichen Elektrofachkraftausbildung und einige zusätzliche Bescheinigungen (eigentlich noch mehr, wenn man nicht firmenrelevantes dazu zählt). EMV-Vorabprüfung hab ich im Haus gemacht (das macht Sinn, damit der Kunde später nicht überrascht wird) um keine Funkamateure und andere Kommunikation zu stören. Für kommerziell haben wir aber normalerweise dafür einen Profi der das macht.

Ein Mitarbeiter von mir war usprünglich ausgebildeter Grafiker und macht dies weiterhin als Hobby. Er hat bei mir einen Spielautomat restauriert. Das Ding sieht wirklich geil aus! Er ist schon Feuer und Flamme für ein Design für das Gehäuse das ich verwende. Lassen wir uns überraschen, ich freu mich drauf :-)

EDIT: das Wallterbox-Logo auf der Adapterplatine stammt von ihm als Anregung und ich hab es dann direkt übernommen.

Re: Vorstellung: Selbstbauladebox mit eigens entwickelter Hardware

USER_AVATAR
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Ich find die Idee und die Umsetzung - auch wenn es schon ähnliches gibt - gut. OpenSource schadet nicht sondern bietet in diesem Fall einfach eine weitere Möglichkeit eine Wallbox selbst aufzubauen. Und wenn das KnoffHoff so wie hier vorhanden ist, schaut es auch nicht nach Selbstbastellösung aus sondern professionell.

Grüazi, MaXx
#2307 - Mit koordiniertem, gemeinsamen Laden die Strompreise reduzieren und die Welt retten ;-)
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