Donnerstag, 2. September 2021

Steuerung der ABL eMH1-Wallbox mit Home Assistant

Im Juli 2020 bestellten wir unseres erstes Elektro-Auto, einen VW eUP!. In der Folge holten wir dann ein Angebot für eine Wallbox ein, die zu unserer Solar-Anlage mit SENEC-Speicher passt – daher bestellten wir nach Genehmigung des NRW-Förderantrags o.g. Wallbox „mit Technik-Paket“, das ein sogenanntes PV-Überschußladen ermöglichen sollte.

Seit Anfang 2021 beschäftige ich mich mit der Smart Home Software Home Assistant, die ich auf einem Raspberry Pi 4 betreibe. Unter anderem sind dort die Ertragsdaten des Wechselrichters als auch die Daten des SENEC-Speichers mittlerweile verfügbar.

Ende April 21 kam dann unser Auto, aber der Liefertermin der Wallbox war erst mal weit weg, so dass ich erstmal für eine ordentliche 16A-Steckdose in der Garage sorgen mußte, um irgendwie weiter zu kommen (Regelung des Ladeziegels/Granny-Chargers über ein Shelly Plug und optimierte Verbrauchsmessung über ein Shelly EM- Modul.

Ursprüngliche Überlegungen, die Integration „We-Connect“ des Autos mit in eine Regelung einzubeziehen scheiterten an der Begrenzung von 15 Eingriffen zwischen den Startvorgängen des Autos. Dazu gibt’s einen separaten Beitrag im englischsprachigen Blog.

Zum Zeitpunkt der Wallbox-Bestellung hatte ich im PV-Forum mal die Frage gestellt, ob irgendwer das SENEC-System mit Wallbox kennt und ob irgendwelche Erfahrungen damit vorliegen.  Das wäre dann das sogenannte Technikpaket zum Überschußladen, dass für ca. 400€ Zusatzkosten zur reinen Installation der Wallbox angeboten wird. Das Resultat der Frage war ernüchternd: Das System regelt – soweit ich es verstanden habe - basierend auf den Senec-Cloud-Daten die in einer ca. 5-Minuten-Frequenz zur Verfügung stehen und so anscheinend oft mit der Steuerung der Wallbox daneben liegt. Zum Glück gab es nach Rücksprache mit meinem Solateur die Möglichkeit dieses System zu stornieren und die Wallbox in einer „dummen“ aber prinzipiell regelbaren Version (nötig für die Förderung) zu bekommen.

Überraschenderweise kam dann die Wallbox doch schon Ende Mai 21 und ich bin einfach mal mit dem Ansatz daran gegangen, dass ich nach 3 Tagen oder 3 Wochenwahrscheinlich nichts daran Regeln kann, aber 3 Monate schien mir ein realistisches Ziel. Getreu meinem Motto, dass bei Halbwissen immer wichtig ist, welche Hälfte man weiß, habe ich mich dann auf die Suche nach Lösungen zur Regelung gemacht.


 

Im Going-Electric-Forum fand ich eine hilfreiche Diskussion zu dem Thema, und viele der Protokoll-Details, die für die ABL-Wallbox nicht veröffentlicht waren hatten findige Köpfe dort bereits ausgetüftelt. Dort bekam ich dann auch den Hardware-Tip zur Steuerung ein Protoss PW21-Modul (Ali-Express – ca.  30) zu verwenden, dass die RS485-Schnittstelle der Wallbox u.a. über TCP als auch über MQTT ansprechen kann. Besonderer Charme dieser Lösung ist, dass das Modul als HV-Version direkt mit 220 Volt betrieben werden kann und sich im Schaltschrank mit auf die Hutschiene monieren lässt. Der Versand aus China ließ allerdings etwas auf sich warten.

Eine weitere Frage war, wie viel Strom ich denn jetzt für das Laden des Autos brauche. Inzwischen weiß ich, dass diese Informationen als Momentanwert auch über die Wallbox abrufbar wären, aber ich entschied mich glücklicherweise (wie sich später zeigen sollte) für eine separate 3-phasige Leistungsmessung mittels Shelly 3EM (ca.110€).

Nachdem alle Hardware da war und montiert war ging es nun um den weichen Teil (Software). Nach guten Erfahrungen mit dem Auslesen des SMA-Wechselrichters entschied ich mich wieder für Node Red, dass sich gut in das Home Assistant System einfügt. Die Protokoll-Wahl fiel dieses Mal auf MQTT, wobei TCP genauso funktioniert hätte.

Zu den Umsetzungs-Details kam Hilfe aus dem „Smarthomeyourself“-Discord und wieder aus dem Going-Electric-Forum. Nachdem dann auch noch die Kabelverwechslungen der Verkabelung beseitigt wurden lief dann alles plötzlich und ich konnte mich an den Aufbau einer sinnvollen Steuerung machen.  

Jetzt kommt ein Teil, den jeder der sich damit beschäftigt eigentlich vorher wissen sollte! Übliche Wallboxen mit Typ2-Kabel lassen sich wegen der zugrunde legenden Spezifikationen zwischen 6 und 16 A regeln. Das bedeutet bei 3-phasigem Anschluss der 11kW-Wallbox einen Regelbereich zwischen 4.2 und 16 kW…. was überhaupt nicht zu den üblichen Solaranlagen < 10kWp passt. In unserem Fall schafft die 9.35 kWp Ost/West-Anlage bestenfalls kurzzeitig mal 6.5 kW, turnt aber normalerweise häufig im Bereich zwischen 3 und 4 kW Ertrag herum. Nun hatten wir da relative „Glück“ dass der eUP nur 2-phasig lädt, die Regelung also zwischen 2.8 und 7.4 kW möglich ist, aber so richtig doll ist das immer noch nicht. Für den PV-Überschußladen-Betrieb liegt selbst dieser Bereich viel zu hoch. Da sich die ABL-Wallbox gemäß Spezifikation auch einphasig betreiben läßt habe ich das dann mal über ein Lösen der Kabel ausprobiert und festgestellt dass das gut funktioniert (Regelbereich 1.4…3.6kW). Mit dem steuerbaren Relais aus dem Shelly 3EM, einem alten 40A-Schütz und einer Kontroll-Leuchte ließ sich schnell eine automatische Umschaltung zwischen dem 1- und 3-Phasigen Betrieb realisieren. In der Erprobung stellte sich jedoch heraus, dass es sehr schwierig ist, einen Algorithmus zu finden, diese Umschaltung zu automatisieren. Im Endeffekt hilft der geregelte Betrieb 3- bzw.für den eUP 2-phasig nur an sehr wenigen Blue-Sky-Tagen im Mai, Juni oder Juli, so dass ich es bei eine manuellen Umschaltmöglichkeit in Home Assistant belassen habe (Schaltung nur stromlos möglich). Nach Rücksprache mit dem Elektriker meines Vertrauens sind dann noch 3 einzelne Leitungsschutzschalter zur Absicherung der Zusatzelement dazugekommen.


      

In der eigentliche Regelung stellte sich die Frage, welche „Verbraucher“ denn in der Überschuss-Funktion berücksichtigt werden sollten. Viele am Markt befindliche Lösungen berücksichtigen den Eigenverbrauch des Hauses während des  Ladens gar nicht, so dass diese Leistung vom Batteriespeicher abgedeckt werden muss.  Ferner ist es in unserem Fall eine wichtige Frage wie sich der Ladezustand der LI-Speichers während des Auto-Ladevorgangs verhalten soll (SOC Aufbau/Abbau?). Um dem Rechnung zu tragen integrierte ich für den LI-Speicher eine zusätzliche Ladeleistung, die abhängig vom Ladezustand den Speicher bis 80% SOC mit Priorität belädt und dann erst diese Reserve zurückfährt.   

Von der Einbeziehung des aktuellen Haus-Verbrauchs habe ich aus 2 Gründen momentan Abstand genommen:

-        Die Schwankungen sind oft sehr groß und bringen eine riesige Unruhe in den Regelprozess. Negativbeispiele sind die der elektrische Durchlauferhitzer im Bad und unser Dampfbügeleisen

Statt dessen habe ich im Home Asssistant ein Hilfsvariable für die Reserve definiert, die sich über einen Schieber in der Bedienoberfläche zwischen -1.600 und +1.600 W einstellen läßt um den Ladevorgang an die aktuellen Bedürfnissen anpassen zu können. 

Die Leistungsregelung ist momentan nur auf 1- oder 2-phasiges Laden ausgelegt, da ich kein Auto mit 3-Phasen-Ladung habe.

Aktueller Stand Node Red incl. Statusabfragen
   


 

Wallbox Ladekurve (blau) im PV-Überschußladen einphasig

Bei detailierten Rückfrage helfe ich gerne, möchte aber hier nicht die ganzen Details veröffentlichen

Update Sept. 2022: 

Inzwischen habe ich einen 2. Shelly 3EM installiert um den Hausverbrauch in die Steuerung  mit einfließen zu lassen. Das funktioniert sehr gut.

Wegen des PV-SPeichers ist es immer noch gut, die "Reserve" über einen Helfer variabel zu haben, um den Speicher bedarfsgerecht einzubinden. 

Außerdem ist es mir inzwischen gelungen den aktuellen Verbrauch der Wallbox auch über die RS485-Schnittstelle zu empfangen, so dass ich eigentlich auf den Shelly für den aktuellen Verbrauch verzichten könnt, aber für die Dokumentation des Verbrauchs  ist er nach wie vor hilfreich.

 Hier noch mal ein Blick auf das aktuelle Dashboard (Stand 7/2023)