Selbstbau Ladestation und Ladesteuerung mit FHEM

Unser Elektroauto wollen wir ja in erster Linie mit Sonnenenergie aufladen. Natürlich ist das im Winter nicht so einfach möglich. Streng genommen fehlte uns bisher auch noch eine entsprechende Wallbox. Diese wurde allerdings erst letzte Woche installiert.

Bisher konnten wir unseren Kia e-Niro also nur mit unserem Notladekabel aufladen. Damit auch dies möglichst komfortabel und vor allen Dingen auch sicher funktioniert, habe ich uns eine eigene kleine Ladestation gebaut.

Die Steuerung wurde von dem SMA Sunny-Portal übernommen. Da dies jedoch nur in Form eines „normalen“ Verbrauchers (schaltbare Steckdose) möglich war, habe ich zusätzlich noch eine kleine Schaltung mit unserer FHEM-Haussteuerung programmiert.

Wie ich dies umgesetzt habe, möchte ich euch nachfolgend kurz darstellen.

Zusammenbau der Ladestation

Die Bauteile für die Selbstbau-Ladestation

Das wesentliche Bauteil ist natürlich das Ladegerät selbst. Als Basis habe ich das ICCB-Ladegerät von Kia genutzt. Hiermit kann man das Elektroauto über eine normale Schukosteckdose aufladen. Nachteil hierbei ist es, dass dieser Ladeprozess recht lange dauert. Das Ladegerät hat drei verschiedene Stromstärken zur Auswahl (8A, 10A, 12A).

Das „Notladegerät“ von Kia

Für die Schaltung des Ladegeräts habe ich die schaltbare Steckdose Fritz!Dect 210 eingesetzt. Hierbei handelt es sich um eine im Außenbereich einsetzbare Steckdose.

Für die Installation habe ich ein 3-adriges Kabel im Querschnitt 2,5qm verwendet. Zusätzlich habe ich mir eine Wandsteckdose von Mennekes besorgt, die hoffentlich auch länger dauernde Ströme von bis zu 12A gut verträgt.

Die Aufputzsteckdose sowie die Fritz-Steckdose am Boden der Paketbox

Damit das Ladegerät nicht einfach in der Einfahrt herum liegt und nicht immer wieder weggeräumt werden muß, habe ich mir ein kleines Gehäuse dafür gebaut. Inspiriert durch einen Forumseintrag bei goingeletric habe ich mir zu diesem Zweck eine Paketbox besorgt. So haben wir nun für unsere Pakete auch noch einen Ablageort und müssen diese nicht immer bei unseren Nachbarn einsammeln.

Das selbstgebastelte Tischchen unter dem die Installation verschwindet

Damit die Pakete nicht immer auf das Ladegerät fallen, haben ich mir aus einer vorhandenen Holzplatte und 4 Möbelbeinen ein kleines „Tischchen“ gebaut. Das Ladegerät und die Installation mit der Fritz Steckdose verschwindet nun quasi unter einem zweiten Boden.

Der Zusammenbau meiner Ladestation für das E-Auto

Der Zusammenbau war dann relativ einfach. Da wir unsere Klingelleitung nicht mehr benötigen, konnte ich durch das entsprechende Rohr das Kabel zum Zählerschrank ziehen. Das war äußerst praktisch. Auf ein Brett habe ich dann die Schukosteckdose befestigt.

Die Installation habe ich dann einfach auf dem Boden der Paketbox platziert und darüber den zusätzlichen „Tisch“. Wenn ich jetzt die Stromstärke am Ladegerät ändern will, dann muss nur das kleine Tischchen angehoben werden. Für den Typ2-Stecker vom Ladegerät habe ich eine kleinen Haken an der Tür der Paketbox befestigt. Dort kann dieser dann einfach angehangen werden.

Die Aufhängung für den Typ2-Stecker

Damit die Klappe der Paketbox geschlossen werden kann, wenn das Ladekabel heraus geführt wird, musste ich eine kleine Aussparung in die Box sägen. Zum Schutz des Kabels wurde dieses Loch dann mit einem Kantenschutz versehen.

Nun muß nur die Klappe der Paketbox geöffnet, der Stecker vom Haken entfernt und das Kabel heraus gezogen werden. Die Box kann dann wieder geschlossen werden und das E-Auto kann geladen werden. Damit keiner über das Kabel stolpert, wird einfach unsere Fußmatte darüber gelegt.

PV-Überschussladen mit Sunny Portal und FHEM

Zur Steuerung der Ladevorrichtung für das Elektroauto wird einerseits der Home Manager von SMA bzw. das Sunny Portal genutzt und andererseits meine Haussteuerung.

Überschussladung mit dem Sunny Portal von SMA

Damit das Elektroauto mit möglichst viel Sonnenenergie genutzt werden kann, habe ich zunächst das Sunny Portal genutzt. Hier lassen sich Fritz-Steckdosen so integrieren, dass der Strom gemessen werden kann und eine Schaltung über das Portal sicher gestellt wird.

Übersicht des zu steuernden Geräts im Sunny Portal

Hierzu werden im Sunny Portal entsprechende Zeitfenster definiert. Ich habe die Steckdose dann als „Kann-Schaltung“ definiert und eingestellt, wieviel Anteil Sonnenenergie vorhanden sein sollte, damit die Ladung gestartet wird.

Bei meinen ersten Test zeigte sich, dass die Zeitdauer, die als Mindestlaufzeit anzugeben ist, nicht zu lang sein sollte. Mit 20 Minuten hatte ich ein recht brauchbares Ergebnis. Sobald die Steuerung im Sunny Portal auf Grund der Prognose erkennt, dass genügend Sonnenenergie über die nächsten 20 Minuten erzeugt wird, schaltet sie die Steckdose ein.

Einstellung eines Zeitfenster für prognosebasierte Steuerung im Sunny Portal

Am Ende der Laufzeit wird dann wieder geprüft, ob die erzeugte Energie noch ausreicht. Ist dies nicht der Fall, wird die Steckdose abgeschaltet und dann wieder bei ausreichend Sonne eingeschaltet.

Das hat soweit auch ganz gut funktioniert. Wenn man nun aber die Ladung außerhalb der Zeitfenster starten möchte oder wenn die Ladung auch bei schlechtem Wetter funktionieren soll, dann muß man immer wieder ins Sunny Portal und den Stecker einschalten. Macht man das innerhalb eines definierten Zeitfensters, dann wird die Steckdose durch die Steuerung immer wieder nach der eingestellten Mindestlaufzeit abgeschaltet, wenn nicht genug Sonnenenergie vorhanden ist. An dieser Stelle kommt nun meine FHEM Haussteuerung ins Spiel.

Übersteuerung der Prognose basierten Überschussladung mit FHEM

Die Integration von Fritz-Steckdosen in die FHEM-Haussteuerung ist relativ simpel und soll hier nicht weiter erläutert werden. Hat man die Steckdose integriert, dann kann man auch direkt sehen, ob das Ladegerät gerade eingeschaltet ist. Hierzu habe ich auf meiner Tablet-Ansicht einen entsprechenden Schalter eingebaut und zusätzlich auch den aktuellen Verbrauch dargestellt.

Ausschnitt von meiner FHEM Tablet-Oberfläche mit dem Schaltung für das Ladegerät

Zusätzlich zum Verbrauch habe ich mir auch die Temperatur anzeigen lassen, die ja auch von der Fritz-Steckdose gemessen wird. So kann man immer direkt sehen, ob gerade besonders viel Wärme entsteht. Hier könnte man dann ggf. auch noch eine Art Sicherung einbauen. Wenn die Temperatur in der Paketbox eine zu hohe Differenz zur Außentemperatur hat, könnte man die Steckdose beispielsweise abschalten oder entsprechenden Nachrichten versenden.

Mit dem Schalter in FHEM war es nun möglich, das Ladegerät unabhängig vom SMA Sunny Portal ein- oder auszuschalten. Wie oben beschrieben, reicht das aber nicht aus, wenn die Steckdose innerhalb eines Prognosezeitfensters eingeschaltet wird. Hier ist noch eine Art Zwangsschaltung erforderlich.

Aktuelle Seite mit Infos zur PV-Anlage und dem Elektroauto bzw. der Ladesteuerung

Also habe ich einen Dummy-Schalter definiert, der zwischen PV-Ladung und Zwangsladung umgeschaltet werden kann. Steht der Schalter auf PV-Ladung erfolgt die Steuerung ausschließlich über das Sunny Portal. Wird der Schalter auf „Zwangsladung“ gestellt, dann wird zunächst die Ladung sofort gestartet – also die Steckdose eingeschaltet.

Wenn nun das Sunny Portal die Steckdose wieder abschaltet, dann kommt eine Prüfung der Zwangsladung ins Spiel. Steht der Schalter auf „Zwangsladung“ und wird die Steckdose ausgeschaltet, dann wird nach einer einstellbaren Zeit die Steckdose wieder eingeschaltet. Ich habe eine kurze Pause zwischen den beiden Schaltvorgängen eingebaut, damit das Ladegerät im Auto nicht zu sehr durch zu schnelles ein- und ausschalten belastet wird.

Gelöst habe ich es in FHEM mit einem DOIF. Ich habe die Schaltung dann sogar noch so erweitert, dass auch die gewünschte Batterieladung eingegeben werden kann und das Aufladen des E-Autos beendet wird, wenn diese Ladehöhe erreicht wurde. Den Teil würde ich aber in einem eigenen Beitrag erläutern.

Das von mir verwendete DOIF für die Zwangsladung sieht dann wie folgt aus:

##Ladung wird auf jeden Fall durchgeführt, wenn Stecker am Auto gesteckt ist
([duLadungErzwingen] eq "an")
   (set ga_ladestation an)
##Wird der Zwangsschalter ausgeschaltet
DOELSEIF ([duLadungErzwingen] eq "off")
   (set ga_ladestation aus)
##Wird der Strom durch die PV Steuerung ausgeschaltet
##dann wird der Strom nach 3 Minuten wieder angeschaltet, wenn der Zwangschalter auf "ein" steht
DOELSEIF ([ga_ladestation] eq "aus" and [?duLadungErzwingen] eq "on")
   (set ga_ladestation an)

Also relativ simpel. Das Device „ga_ladestation“ ist die Fritzsteckdose und „duLadungErzwingen“ ist ein einfacher Dummy-Schalter.

Da diese Steuerung aktuell nur als Überbrückung bis zur Installation der Wallbox gedacht war, habe ich diese noch nicht großartig erweitert. Wahrscheinlich bekommen wir aber noch ein kleines Stadtauto als Elektroauto. Dieses würden dann wahrscheinlich ständig über diese Ladeeinrichtung geladen werden. In diesem Fall hätte ich noch ein paar Ideen, wie die Steuerung noch komfortabler und auch über Alexa gesteuert werden könnte.

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