HV Speichersystem im Selbstbau

  • Hallo zusammen,

    nachdem ich bedingt durch Corona mehr Zeit zum Basteln habe, möchte ich euch mein aktuelles Speichersystem vorstellen.

    Eines vorweg, ich hätte auf einen 48V Speicher gesetzt aber da mein Infini V2 3k nicht in der Lage ist die Leistung zu regeln, habe ich mich entschlossen einen HV Speicher zu Bauen, details Folgen.

    Wichtige Info:

    Die Spannungen mit denen ich hier arbeite (und Beruflich, bin Leistungselektroniker) sind Lebensgefährlich, das selbe gilt für eventuell entstandene Kurzschlüsse und Störlichtbogen, das muss man Wissen und Beachten, wenn man keine Ahnung hat sollte man tunlichst davon abstand halten!!!! Zumal mein Speicher noch Netzgekoppelt ist ohne galvanische Trennung!!!


    Konzept:

    Kompletter Nissan Leaf Gen 2 Akku mit integriertem BMS, Sicherung, HV- und Precharge Relais

    Der Akku bleinbt zusammen, theoretisch ohne demontage von irgenwelchen Teilen, ich nutze Teile des internen BMS, dazu später mehr

    Akku hat neu 24kWh, 400V Stringspannung und ist mit maximal 50kW ladbar/ kurzzeitig sind 100kW entladbar, Kommunikation läuft über CAN Bus, die Relais werden mit externen Signalen angesteuert

    Geladen wir der Akku direkt aus dem Netz mithilfe eines PFCs (3,6kW dauer) welches eine Spannung von ca. 350V - 400V zur verfügung stellt im Voltage Mode (das ist für mich in diesem Fall wichtig, dazu später mehr warum....) das Bedeutet, der Akku liegt auf netzpotential. Die isolationsabstände lassen dies zu. Das BMS und die Relais werden grundsätzlich mit 12V betrieben, das BMS macht intern die Isolation, ich habe das Akkugehäuse auf PE gehängt, grundsätzlich nur noch Basisisolation erforderlich


    Entladen wird der Akku indem ich einen Buck Konverter Baue der ca. 4kW entladeleistung bieten soll, dieser wird im Current Mode betrieben (dazu später) dieser Speist direkt am PV Eingang des infinis ein durch den Current mode kann ich darüber die Leistung steuern.


    Ein Raspberry liest das BMS aus, steuert die Relais, PFC und Buck Converter abhängig von der Hauszähler (ziel ist Nullausregelung bei Betrieb meiner Funkstation + IT)


    Besonderheiten:

    Der Akku hat 96 zellen in Serie gibt geladen daraus resultiert eine Stringspannung von 350V - 400V (mit ein bischen reserve will das ding mal nicht überstrapazieren)

    Die Netzspannung beträgt nominel 230V max. 253V und bei uns typ. 237V an sonnigen tagen, worst case ergibt sich daraus 253*Sqrt 2 = 356V DC; typ 240V = 338VDC. d.h. üblicherweise ist die Akkuspannung größer als der Spitzenwert der Netzspannung falls nicht wird es der Netzinnenwiderstand regeln 8o


    BMS kann leider nicht im Fehlerfall die Relais ansteuern, über can kann allerdings der Status der Batterie (Soc, SoH, Zellspannung, gesamtspannung, Kapazität,... ausgelesen werden. Dass das BMS nicht nicht direkt Handeln kann im falle der Fälle stößt mir leider Sauer auf, da alles über Software geht, deswegen gibt es unabhängig einen Redudanten Hardware Watchdog der im Wesentlichen die Maximale Spannung und Minimale Spannung überwacht und im Fatal Error Fall alles Abwirft, dies sollte allerding nie eintretten.

    Schutzmaßnahmen:

    BMS abfrage über Software steuerung der Relais

    Hardware Einfachfehlersichere Überwachung der Packspannung

    Hardware Einfachfehlersichere Überwachung der funktionalität der Software (Basics)

    Natürlich div. (DC Feste) Sicherungen


    und ganz ganz wichtig, Einfachfehlersichere Umschaltung zwischen Laden / Entladen damit sicher gestellt ist, dass beim Laden niemals irgend ein Pol des Netzes auf der Batterie hängt da der PV eingang direkt Netzgekoppelt ist (gang ganz wichitg, sonnst gibt ein ordentliches BUMMMM mit viel Kapput und MagicSmoke :twisted:)


    Stand bis heute:

    Kommunikation mit BMS funktioniert, alle releevanten Daten kommen wird das BMS mit 12V beaufschlagt, fangt es direkt an zu balancen (lt. Wolftronix) noch nicht überprüft.

    Erste versuche die Batterie mit dem PFC direkt aus dem Netz zu laden haben funktioniert, regelungstechnisch ist noch ein wenig Arbeit...

    Schaltugn für die Relaisumschaltung und die Hardware Überwachung sind zumindest berechnet, simuliert und gezeichnet, Layout fehlt noch

    Konzept für 4kW Buck Converter Steht (wird was spezielles, aber relativ einfach zu Bauen, dazu später)

    Fundament für die Batteriehütte habe ich heute gamacht (ich Traue mich einfahc nicht die Batterie in den Keller zu hängen trotz allen vorsichtsmaßnahmen - Morphie schläft nicht) d.h. die batterie kommt raus in den zukünftigen Gartenschuppen...


    Alles in allem noch richtig viel Arbeit aber es wird :mrgreen:


    Fotos folgen, bin aber da leider recht faul ;)


    Gruß,
    Lukas

  • anspruchsvolles, sehr interessantes Projekt.


    Ich war für 1,5 jahre fahrer eines 24er Leaf mit 3,6 kW AC Lader...


    Gutes Gelungen!

    Elektromobile: Renault ZOE ZE40 Car Sharing und Pedelec

  • Wer die Kenntnisse und die Fähigkeiten dazu hat, nur machen.:)

  • Hallo,

    habe begonnen, die Batteriegartenhütte zu bauen, mit den restlichen Baumaterialen die ich noch hatte bzw. irgendwo auftreiben konnte, bei uns hat fast alles zu wegen corona.

    Mangels kleinem Bagger musste ich alles von hand Graben und mischen, ich weiß jetzt warum die Keller in alten gebäuden so niedrig sind, ich war einfach total am A***** nach der Graberrei....

    Anbei ein paar bilder und die Versuche des ersten ladens, es wird jetzt weitergehen mit dem Layout der Sicherheitsschaltungen und der Simulation des Buck converters....


    Gruß

  • Sehr schönes Projekt,

    habe mir im August letzten Jahres auch einen InfiniSolar V 4k-48 Wechselrichter für meine 2. PV Anlage gekauft da ich einen ~100V PV Wechselrichter gebraucht habe an dem ich mein eigenes Akkupack anschließen kann, da ich laut der Angabe in der Betriebsanleitung fest davon überzeugt war, dass dieser Wechselrichter auch Akkuleistung per Request (wie der InfiniSolar Plus per LDPR Befehl) ins Hausnetz einspeisen kann wofür ich mir meinen eigenen 18650er Li-ion Speicher gebaut habe (aktuell nur ca. 2,5kWh, erweiterung ist aber auf jeden Fall geplant, falls das Netzeinspeisen von Akkuleistung irgentwann geht), habe ich mich für diesen Wechselrichter entschieden. Jedoch habe ich nun das gleiche "Problem" mit der Einspeisung von Akkuleistung ins Netz, dass ich mittlerweile das ganze Internet "umgedreht" habe und bis jetzt nichts hilfreiches gefunden habe, wie man eine "Battery Power to Grid requesten" kann. Habe mittlerweile mehrer Tage damit verbracht alle möglichen Befehle des PI18 Protokolls und andere mögliche Befehle am Wechselrichters zu probieren, jedoch ohne Erfolg (auslesen aller Werte funktioniert problemlos). Weiß aber mittlerweile, dass der Wechselrichter aufgrund des Hardwareaufbaus diese Funktion auf jeden Fall unterstützt, dies kann man auch daran sehen, dass wenn man eine große Last am AC out (bei Versorgung über Akkuleistung und ohne PV Eingangsleistung) ausschaltet, kurzfristig genau diese Leistung ins Netz eingespeist wird, bis der Wechselrichter merkt dass keine Leistung mehr am AC out abgenommen wird und die Leistung wieder auf 0 regelt (AC in und AC out sind bei normalem Betrieb per internem Relais verbunden). Habe mich nun mit VoltronicPower in verbindung gesetzt und hoffe eine Antwort zu bekommen. Falls mir gar keine andere Lösung bleibt werde ich mich wohl oder übel an den langen sehr zeitintensiven Weg machen, den Wechselrichter komplett zu reverse engineeren und meine eigene Firmware zu entwickeln (oder einfach die Strommessung zu manipulieren, so dass der Wechslrichter denkt er würde 0W einspeisen, es aber trotzdem tut). Hoffe ich finde bald eine Lösung, da ich den Speicher aktuell nicht nutzen kann und nur die am Tag erzeugte PV Leistung ins Hausnetz eingespeist wird und somit im Speicher der 1. PV Anlage zwar gespeichert werden kann, welcher aber viel zu klein und zu teuer zu erweitern ist und sowieso durch die 1. PV Anlage geladen wird (Fronius WR + Speicher). Wäre auf jeden Fall sehr nice und auf jeden Fall ein Wechselrichter mit sehr guten Preis/Leistungsverhältnis, falls das funktioniert!


    Freundliche Grüße und gutes Gelingen bei ihrem Projekt!:)

  • Sehr schönes Projekt,

    habe mir im August letzten Jahres auch einen InfiniSolar V 4k-48 Wechselrichter für meine 2. PV Anlage gekauft da ich einen ~100V PV Wechselrichter gebraucht habe an dem ich mein eigenes Akkupack anschließen kann, da ich laut der Angabe in der Betriebsanleitung fest davon überzeugt war, dass dieser Wechselrichter auch Akkuleistung per Request (wie der InfiniSolar Plus per LDPR Befehl) ins Hausnetz einspeisen kann wofür ich mir meinen eigenen 18650er Li-ion Speicher gebaut habe (aktuell nur ca. 2,5kWh, erweiterung ist aber auf jeden Fall geplant, falls das Netzeinspeisen von Akkuleistung irgentwann geht), habe ich mich für diesen Wechselrichter entschieden. Jedoch habe ich nun das gleiche "Problem" mit der Einspeisung von Akkuleistung ins Netz, dass ich mittlerweile das ganze Internet "umgedreht" habe und bis jetzt nichts hilfreiches gefunden habe, wie man eine "Battery Power to Grid requesten" kann. Habe mittlerweile mehrer Tage damit verbracht alle möglichen Befehle des PI18 Protokolls und andere mögliche Befehle am Wechselrichters zu probieren, jedoch ohne Erfolg (auslesen aller Werte funktioniert problemlos). Weiß aber mittlerweile, dass der Wechselrichter aufgrund des Hardwareaufbaus diese Funktion auf jeden Fall unterstützt, dies kann man auch daran sehen, dass wenn man eine große Last am AC out (bei Versorgung über Akkuleistung und ohne PV Eingangsleistung) ausschaltet, kurzfristig genau diese Leistung ins Netz eingespeist wird, bis der Wechselrichter merkt dass keine Leistung mehr am AC out abgenommen wird und die Leistung wieder auf 0 regelt (AC in und AC out sind bei normalem Betrieb per internem Relais verbunden). Habe mich nun mit VoltronicPower in verbindung gesetzt und hoffe eine Antwort zu bekommen. Falls mir gar keine andere Lösung bleibt werde ich mich wohl oder übel an den langen sehr zeitintensiven Weg machen, den Wechselrichter komplett zu reverse engineeren und meine eigene Firmware zu entwickeln (oder einfach die Strommessung zu manipulieren, so dass der Wechslrichter denkt er würde 0W einspeisen, es aber trotzdem tut). Hoffe ich finde bald eine Lösung, da ich den Speicher aktuell nicht nutzen kann und nur die am Tag erzeugte PV Leistung ins Hausnetz eingespeist wird und somit im Speicher der 1. PV Anlage zwar gespeichert werden kann, welcher aber viel zu klein und zu teuer zu erweitern ist und sowieso durch die 1. PV Anlage geladen wird (Fronius WR + Speicher). Wäre auf jeden Fall sehr nice und auf jeden Fall ein Wechselrichter mit sehr guten Preis/Leistungsverhältnis, falls das funktioniert!


    Freundliche Grüße und gutes Gelingen bei ihrem Projekt!:)

    Habe am anfang das selbe probiert, softwareseitig ist das ding überhaupt nciht (werksseitug) dazu zu bewegen Leistung zu steuern obwohl er das können muss... habe diverse signale gedebugt, und versucht zu manipulieren, hat einfach nicht wollen...

    Ein weiterer Grund warum ich mich dagegen entschieden habe, obwohl es irgendwie möglich wäre (am einfachsten die LEM Stromwandler im MPPT oder bei der Akkuentladung zu manipulieren) ist der doch recht schlechte wikungsgrad irgendwo um die 80% (Laden + Entladen)

  • Ja, der Wirkungsgrad ist speziell bei niedrigeren Akku / PV Spannungen immer etwas niedriger, denoch nicht so katastrophal, das einzige, was mich an der Leistungsstufe dieses Wechselrichters etwas stört ist der mit ca. 50W doch relativ hohe Eigenstromverbrauch ohne Last, was sich zwar theroetisch durch mehrer kleiner DC-DC Wandlerphasen die individuell je nach Last dazu/weggeschaltet werden können, hätte reduzieren lassen, jedoch (ich geh mal davon aus) aus Preisgründen bei diesen Wechselrichter nicht gemacht wurde. Für mich bringt die niedrigere Akkuspannung ja Hauptsächlich den Vorteil, dass ich weit geringer balancing Verluste habe, da es mit gebrauchten Zellen (verschiedener Hersteller / nicht identische Daten) ja relativ aufwendig ist auf gleiche Kapazität zu kommen, da nehme ich lieber die etwas höheren DC-DC Verluste in kauf. Also werde ich mich wohl noch längere Zeit mit dem Wechselrichter beschäftigen, so lange er es überlebt ;)

  • Habe mal mit dem Buck Converter angefangen, scheint zu funktionieren, ist mega simpel (zur simluation sind abblockkondensatoren usw. weg, bin noch am Überlegen ob ich den Stromregler manipuliere für die Leistungsregelung oder nur die Spannung, der Größte nachteil bei einer Spannungsregelung ist, dass der MPPT des Infinis immer den maximalstrom sucht und somit auf anschlag läuft, weiß nicht wie gut der MPPT ausgelegt ist.


    Gerade beim Hochladen ist mir noch ein blöder fehler Aufgefallen, der regler kann nicht anfangen zu regeln wenn zu beginn an die volle spannung anliegt (ist logisch, er sicht am Feedback schon eine viel zu hohe spannung --> mal sehen was ich draus mache)

    Möchte auch damit Zeigen, dass man einen starken Buck als Boost bauen kann und somit die Nachteile des Buck (High side Strommessung und FET) auf sehr einfache Weise umschifft, allerdings ist der Ausgang nicht auf Masse sondern auf die + Spannung der Batterie bezogen!

  • Weiter gehts:

    Habe heute den Buck Converter fast fertiggestellt (zumindest in der simulation) wurde sehr unkonventionell, scheint mir aktuell leichter als mich mit einem fertigen IC rumzuärgern (ein Arbeitskollege hatte soooo eine schöne Idee (Hystereseregler), hatte leider den nachteil, dass ich nicht unter 500W einspeisen konnte da die Spule sonst in Schukartongröße geworden wäre, wäre aber mit nur einem Komperator, selbstschwingend mit variabler Schaltfrequenz gewesen, musste aber leider verworfen werden...


    Das Stellsignal kommt vom Rasphberry der Übernimmt den Überlagernden Regler, das ganze wird nicht superschnell (Reglerverhalten) sollte allerdings für meine Ansprüche ausreichend sein...


    Aktuell bin ich das ding testweise auf Lochraster am aufbauen, bin mal gespannt wies wird, Layout ist jetzt schon (ver) - beschissen, mit etwas glück kann ich am Wochenende mal einen Test machen mit Batterie - Buck - Wechselrichter...


    Gruß,