Automatische Umschaltung zwischen 1 und 3 Phasen für die Heidelberg

[steff393]

Hallo zusammen,

ich hab mir jetzt nochmal Gedanken zu der automatischen 1-/3-Phasen-Umschaltung gemacht. Bin mir nicht sicher, wie viel Sinn es in der Praxis macht, aber in den Foren ist es ja ein vieldiskutiertes Thema/Kaufkriterium.

Auf Basis von des Ansatzes von @kerstinbaskakow (#1 (comment)) müsste die Schaltung ja so ausschauen, oder?

Ich hab wbec jetzt mal ein Modul (src/phaseCtrl.cpp) spendiert, was den Schaltvorgang des Shelly durchführen würde. Der Ablauf wäre wie folgt:

Wenn sich die Anforderung ändert wird der verfügbare Strom (Reg. 261) auf 0A gesetzt.
Wenn der tatsächliche Strom für 60s lang an allen 3 Phasen 0A ist, wird per http-Aufruf der Shelly An oder Aus geschalten.
Danach wird im Zustand INIT darauf gewartet, dass die Spannung an allen 3 Phasen stabil ist (entweder L1>200V und L2,L3 < 15V oder alle 3 Phasen > 200V für jeweils 60s).
In den Zuständen INIT und WAIT_0AMP wird jede Veränderung von Reg. 261 unterdrückt (aber gespeichert und bei Eintritt in NORMAL_xP wieder eingestellt).

Allerdings ist das Thema ja sehr heikel (s. Probleme bei Zoe, etc.).

Die Nutzung erfolgt explizit auf eigenes RISIKO! Beschädigungen an Fahrzeug oder Ladestationen sind nicht ausgeschlossen!

Daher ist der Funktionsaufruf in main.cpp noch auskommentiert. Die Funktion ist auch nur für eine angeschlossene Wallbox (cfgCntWb=1) vorgesehen, um Timing-Probleme am Modbus (veraltete Werte) möglichst auszuschließen.

Folgende Punkte sind mir noch unklar:

• Stimmt die Schaltung so? Oder widerspricht sie gewissen Vorgaben?
• Seht ihr noch Risiken, wie ungewollt eine Änderung der Phasen während aktivem Laden stattfinden könnte? Verbindungsprobleme, Stromausfall (kurzzeitig), Relais klebt, ...
• Weiß jemand, wie man von openWB & Co. die für's Laden zur Verfügung stehende Leistung bekommt? Letztlich müsste man anhand davon die Zustände wechseln (z.B.: wenn > 4,1kW dann 3-phasig; wenn < 3,7kW dann 1-phasig)
• Sollte man die Anzahl der Umschaltungen pro Zeit noch begrenzen?
• Kann die "Pause" während des Umschaltens dazu führen, dass das Stromkontingent vom Lastmanagement an eine andere Wallbox vergeben wird?
• Besteht Interesse an diesem Feature für die Heidelberg?

Man könnte natürlich statt dem Shelly auch direkt ein Relais von wbec schalten lassen (oder wbec auf den Shelly packen, o.ä.). Aber preislich ist der Unterschied minimal und eine Kapselung der Funktionen macht ja auch Sinn.

[kerstinbaskakow]

Hi @steff393, yes genau so habe ich es vor zu installieren.
Ich bastle momentan aber noch an einer "Fahrzeugerkennung" um zu vermeiden, dass Nachbars Kia oder ZOE zerstört wird. So eine richtige Idee habe ich ab noch nicht. Evtl. mit einem PLC Sniffer.

[iot4all]

Ihr schaltet VOR der WB mit einem extra Schütz L2/L3 on/off?
Manche WB prüfen L2/L3 ab. Da könnte es Probleme geben. Wenn es die Heidelberg nicht prüft, sollte es funktionieren.

Kann de Heidelberg CP-Unterbrechung? => Wenn nicht, kann es gefährlich werden, weil manche EV's dann keine Ladeunterbrechung detektieren

Was macht Ihr, wenn der Shelly einen Aussetzer hat oder einen reboot hinlegt? Er hat eigenen uC und ist per WLAN angebunden. Das ist keinesfalls sicher. Das können auch die 60s-Schleifen nicht zu 100% abfangen. Hinzu kommt, dass der wbec-ESP auch mal hängen kann.

Sind das 2x 60s für eine volle Umschaltung oder nur 1x?
Bei PV-Laden ist alles >30s unangenehm. An wolkigen Tagen wird man da nicht glücklich.
Hysterese bräuchte es auch noch.

[steff393]

Danke für die Anregungen. Momentan ist das Feature ja noch deaktiviert. Vor Einsatz sollte man sich natürlich damit auseinandersetzen zu was das eigene EV in der Lage ist.

Reboot vom Shelly halte ich für unwahrscheinlich, da er in diesem Szenario nichts anderes tun muss, als auf Kommando "Ein" und "Aus" zu schalten. Wenn diese Minimalfunktion nicht stabil funktionieren würde oder er Verbraucher ab und an ungewollt einschalten würde, dann würde sich das Ding nicht verkaufen :-)

Ein Hängen vom wbec-ESP dagegen wäre absolut unkritisch, da dann alles einfach so bleibt wie es ist. Das war eben auch der Sinn hinter der Aufgabenteilung wbec/Shelly.
Die Zeiten können gern parametrierbar gemacht werden und Hysterese ist ja oben bereits erwähnt.

[profex1337]

Hi Stefan,
der Winter rückt näher und dieses Thema wird tatsächlich für meinen Tesla interessant...

Momentan nutze ich bei bewölktem Wetter den GoE Charger an der Haushaltssteckdose.
Optimal wäre natürlich eine automatische Umschaltung der Phasen.

Einen der o.g. Shelly hab ich daheim. An die Umsetzung trau ich mich aber ehrlich gesagt nicht ran...
Bzw. wie könnte ich es dann am einfachsten, ohne viel Bastelei einbauen?

Grüße

Stefan

[steff393]

Hi Stefan,
es scheitert u.a. noch an dem Trigger von z.B. openWB (das "On Request for x Phases"). Ich wüsste aktuell nicht, wie man das rauskriegt.

[profex1337]

Ok schade!

Die neue Generation der GoE Charger kann die Phasenumschaltung... Hab meinen da wohl ein paar Monate zu früh gekauft.. Mist.

[emmrichd]

Hallo,
ich die Umsetzung, nachdem nun einige Zeit verstrichen ist, zu empfehlen oder nicht?
Die Heidelberg WB verträgt das? Auch dauerhaft?
Woran würde ich denn bitte sehen können, ob mein Auto das verträgt?
Wäre nicht die "kleine Lösung", einfach noch eine Einzelsicherung für eine Phase zu setzen, und die im Winter raus zu nehmen?
Viele Grüße, Dieter

[miguelito62]

Zuerst mal danke an Steff für seine Arbeit und an alle für die wertvollen Infos hier.

Ich habe zuerst gar nicht gerafft, dass die HB Energy Control die Phasenum(ab)schaltung gar nicht kann! Nach Inbetriebnahme und herumspielen mit wbec / Wallbox drauf gekommen und dann durch Infos hier bestätigt - Irgendjemand hatte bei HB direkt angefragt.

Egal, ich habe nun die externe Umschaltung aufgebaut. Einen Shelly zur Ansteuerung des Schütz aufzubauen ist mE etwas overengineered: Steff hat ja breits D3 als custom DOUT unterstützt. D.h. ich musste nicht mal etwas ergänzen an wbec.

An D3 habe ich für das Koppelrelais einen Open Collector Ausgang aufgebaut. Aber wer sich nicht zutraut Transistor + Basiswiderstand ran zulöten, für den gibts auf Amazon Chinesen Relaisplatinen, wo das Relais direkt an den uC Ausgang angeschlossen werden kann.

Die Umschaltung übernimmt wbec.local/gpio?on / off

Wollte zuerst auch die Umschaltlogik in wbec integrieren aber das zahlt sich nicht aus. wbec sollte schön simpel bleiben - ein WLAN interface für die HB. Die Umschaltung soll das HEMS machen. Ist ja nicht zeitkritisch. currLim rücksetzen, strom prüfen, gpio setzen, Spannung der phasen prüfen, currLim wieder hochfahren. Btw. Ich fahre mit FHEM.

Zum Aufbau: Abschaltung Ph2, Ph3 mit 2 Phasen 20A Installationschütz - siehe Bilder.
Koppelrelais hatte ich zuerst Triac basiertes aus China von Amazon - hat aber nicht mehr abgeschaltet das Teil. Also zurück und bei Reichelt relaisbasiertes Weidmüllerteil. Das funzt zuverlässig.

Btw. ich habe die Initialisierung und das Low Setzen von D3 an den Anfang von setup() gesetzt. Sonst ist das Relais beim Kaltstart eine relativ lange Zeit an. Wenn RFID verwendet wird überschreibt der I2C (oder war es SPI?) code die D3 Einstellung ohnehin wieder.

Bilder des Aufbaus:

Gruß Michael

Tante Edit: Getestet habe ich jetzt mal manuell - über das wbec HTTP request / json interface kann man die Kommandos ja alle schön über den Safari / Chrome auf dem Handy neben der Anlage stehend absetzen.

[hawa-lc4]

Hallo Michael,
zuerst einmal vielen Dank für deinen ausführlichen und gut dokumentierten Beitrag zu diesem Thema.
Und natürlich auch ein großer Dank an die engagierte Arbeit von Steff an dieser Stelle!

Ich habe an dieser Sache auch schon gebaut und bin bei der getrennten Lösung geblieben; leider ein WiFi Gerät mehr (gefällt mir auch nicht aber der Schutz meines Autos ist mir wichtiger).
Ich benutze die HB energy control, dann wbec als Steuerung der WB und als EMS nutze ich openWB.
Die Phasenumschaltung macht bei mir ein Tasmota basiertes Element mit einem Hilfsschütz (du hast eines von ABB, ich hab eines von Kopp), wichtig ist hier vor allem der Dauer-Bemessungsstrom.

Um kurz auf die Frage von Dieter im Januar 2023 einzugehen: der Wallbox ist die Phasen-Umschaltung ziemlich egal, im Grunde ist das nur eine intelligente Drohstromsteckdose, das ist jetzt sehr einfach ausgedrückt aber im Grunde ist es so.
(Solange wir hier immer von der Schaltung von L2 und L3 reden und nicht von L1 denn an der hängt die Elektronik der WB)
Der entscheidende Teil ist das EV, und ob das eine Phasenumschaltung verträgt kann nur der Hersteller sagen.

Zu der direkt schalten Lösung ist mein Rat aber ganz genau aufzupassen das dieser GPIO Ausgang keinen "Mist" macht wenn die MCU von wbec mal nicht so laufen sollte wie geplant. Wenn das Schütz im Ladevorgang ohne Vorwarnung umschaltet wird es der WB egal sein, was aber das EV daraus macht ist Glückssache. Eine kaputte Ladeelektronik ist aber kein Spaß.
Wenn wbec hier einen reboot macht paßt der Zustand des GPIO mit großer Wahrscheinlichkeit (50%) nicht zu dem Zustand den er haben sollte und diesen erst erreicht wenn wbec vollständig läuft.
Welcher GPIO ist da eigentlich egal, du hast D3 (GPIO0) genommen der beim "normalen" boot high-Potential hat, ich habe mit D8 (GPIO15 = low-Potential beim boot) experimentiert und bin auch da nicht glücklich geworden.
Anmerkung: ich habe den reboot im Web-Server Modul (webServer.cpp) mit einem Codewort/Kommando gesichert damit der nicht versehentlich ausgelöst wird.

Meine Überlegungen sind an dieser Stelle das nur ein voll funktionstüchtiger wbec in der Lage sein sollte korrekte http-Kommandos an die WiFi-Schaltdose zu senden und damit keine Beeinflussung dieses Zustandes durch einen reboot oder Ausfall des wbec auftreten sollte. Da die Schaltdose eine separate Einheit und meine Erfahrung ist mit Tasmota das die Teile wirklich sehr stabil laufen.
Achtung!! Um nicht mißverstanden zu werden: auch wbec läuft sehr stabil!!!
Aber bei massiven modbus Problemen kommt es auch schon mal zu Fehlverhalten. Klar kann wbec nichts für diese modbus Probleme aber es ist auf alle Fälle hier der leidtragende Teil.

Gruß Günter

[miguelito62]

Günter, danke für Dein Feedback. Und ja, der Punkt geht an Dich.
Das Problem, dass die Phasen während des Ladevorganges abfallen wg Fehlverhalten wbec Knoten habe ich nicht bedacht / als kritisch eingestuft.
Aber ganz klar: sobald Elektronik im Spiel ist muss man div. Fehlermodelle annehmen. Un dass so ein Teil mal abschmiert unabhängig von der Qualität der wbec Soft ist nicht unwahrscheinlich.
Also mal schauen was ich daraus mache. Wollte ursprünglich statt des Installationsschütz einen Stromstoßschütz einbauen. Bzw stattdessen könnte auch das Koppelrelais durch Stromstosschalter ersetzt werden. Damit muss wbec / oder das EMS vor dem Ladestart ermitteln in welcher Stellung der Schalter steht - wäre ja kein Problem.

Btw. durch Einsatz shelly kannst das Problem auch nicht ausschließen, denn für den gilt das gleich wie für die wbec Platine / ESP.. (Ausfallraten komplexe Elektronik vs mechanischer Schalter).

Andere Möglichkeit wäre noch die Ansteuerung des Koppelrelais über diskrete Teile wie Flip flop / buffer. Sodass der ESP eine definierte Schaltsequenz senden muss, damit das Koppelrelais schaltet. Also Absturz ESP / wbec bewirkt nicht Abfallen des Schütz.
Ich denke allerdings der Wegfall der Phase(n) während des Ladevorganges ist nicht kritisch für die Ladeelektronik in der Karre bzw weniger kritisch als das Aufschalten der Phase. Mal sehen ob ich noch Maßnahmen ergreife oder das Zeug so lasse.
Grüße
Michael

[abuesen]

Hi Leuts.
Reine Neugier: Wozu ist die Phasenumschaltung gut?
Welche Autos brauchen wirklich 6A pro Phase?

Die Heidelberg-Box macht alles unter 6A einwandfrei mit. Seit dem Herbst lade ich Steff sei Dank auch geregelten PV-Überschuss. Erst nur mit wbec jetzt mit wbec+evcc. Bei beiden Aufbauten beginne ich mit 3P-3A, rund 2 kW, mit der Ladung und schalte bei Unterschreitung von 1,3kW wieder ab. Hab testweise auch schon mit 500W geladen. Geht, aber am Ende sind die Verluste im OBC viel zu groß.

LG, Andre.

[miguelito62]

Hi interessanter Kommentar! - bei meiner HB energy control ist ein Drehschalter für min. Ladestrom. Die kleinste Einstellung ist 6A. Darunter kann ich über wbec auch nix einstellen. D.h. Anforderungen unter 6A führen zu currLim = 0. Käme ich bis auf 3A runter bräuchte ich auch keine Phasenabschaltung!. Mein ID3 lädt nur auf 2 Phasen ;)