Projektbeschreibung: 45 KWh Hausspeicher aus Tesla Modulen

  • Hallo zusammen,


    ich wollte euch hier mal mein Speicherprojekt vorstellen. Die ganze Realisierung mit allen Vorüberlegungen hat ein gutes Jahr gedauert. Aber fangen wir mal am Anfang an.


    Ich hatte bereits eine Anlage mit 0% Einspeisung in Betrieb. Darin ein SMA Sunny Island und eine 48V-Batterie von LG Chem. Ich kann in meinem Haushalt so ziemlich alles programmieren/einstellen, meine Mitbewohnerinnen aber leider nicht. Und da kommt wohl auch kein Firmwareupdate mehr …


    Dann kam noch ein E-Auto hinzu. Der 10 KWh Akku war schon vorher knapp. Jetzt eindeutig zu klein. Also entstand die Idee, einen größeren Akku zu bauen.


    Zielsetzung:

    • 48V-Akku (Vermeidung von lebensgefährlichen Spannungen)
    • Anbindung des Speichers mittels SMA Sunny Island. (Der war bereits vorhanden)
    • Speicherkapazität > 20 KWh; Erweiterbar/skalierbar bis >> 200 KWh
    • Maximale Eigensicherheit


    Akkus:


    Nach ein bisschen Recherche stand recht schnell fest, dass ich Tesla Akku-Module nutzen wollte. Die scheinen mir recht haltbar und sind auch recht gut verfügbar. Zwei Akkus in Serie macht 2 x 6s = 12s. Das kommt dann in den Spannungsbereich meines Sunny Islands.


    Absicherung der einzelnen Strings (aus jeweils zwei Modulen) geht einfach über einen Leitungsschutzschalter. Die sind sogar - je nach Abschaltvermögen - für Gleichspannungen zugelassen.


    Dann noch ein DC/DC-Wandler zur Versorgung des BMS. Auch von den Batterien versorgt, weil ich ja kein Netzteil einbauen wollte.


    Ein DC Leistungsschalter für Notsituationen. Da passen die Contactors aus dem Tesla oder auch die GigaVAC- und KiloVAC-Schütze von TE ganz gut.


    Gehäuse:


    Alles in eine Kiste. Tragendes Skelett aus Profilen mit entsprechenden Verbindern. Bekommt man alles recht günstig im Internet (z.B. https://www.motedis.com/shop ). Außenhaut aus Pertinax. Ein paar Rollen drunter, weil das beladen gut über 200 kg wiegt.





  • BMS:


    Da die Sache am SMA Sunny Island laufen sollte, war eine CAN-Kommunikation zwischen Akku und Batterie-Wechselrichter gewünscht. Da gibt es nur wenige Lösungen am Markt.


    Dabei werden die Spannungen zwischen den Zellen abgegriffen und von einem BMS überwacht. Meist werden dann mehrere Batterien parallelgeschaltet, weil entweder die Kosten für einzelne BMS zu hoch werden oder aber die Kommunikation mit dem Batterie-WR nur von einem BMS erfolgen kann.



    Problem bei dieser Methode mit externem Balancer:

    • Wenn es zu einer Unterbrechung einer Balancerleitung bei Parallelschaltung kommt, wird das gar nicht detektiert. Die Zellen werden dann nicht mehr überwacht.
    • Wenn es zu Kurzschlüssen zwischen Leitungen der BMS-Verkabelung kommt, gehen da kurzfristig riesige Ströme über die dünnen Querschnitte. Brandgefahr.
    • Ein Akkumodul beeinflusst die parallel geschalteten Module.

    Meiner Meinung nach ist so etwas grob fahrlässig. Kommt zumindest für mich nicht in Frage.


    Alternative Lösung:


    Zum Glück befindet sich auf jedem Tesla-Modul ein Slave-BMS. Dessen Kommunikation ist sogar public:


    https://hackaday.io/project/10098-model-s-bms-hacking


    Warum also nicht verwenden, was eh schon da ist? So bin ich dann über Umwege beim SimpBMS gelandet:


    https://github.com/tomdebree/SimpBMS


    Vereinfacht gesagt, ‚spricht‘ SimpBMS über eine serielle Verbindung mit den Modulen. Genauso, wie das im Tesla Akku auch realisiert ist. Das BMS überwacht auf Zellebene die Spannungen des Moduls. Dann übernimmt es noch die Kommunikation mit dem Batterie-Wechselrichter. Damit habe ich dann meine ersten Versuche unternommen.


    Ein paar Dinge an der SimpBMS-Hardware waren für mein Projekt aber nicht passend. Außerdem war ich mit der Software überhaupt nicht glücklich. Deshalb wurde mit einem Kumpel eine eigene BMS-Hardware entwickelt und ich habe das Ganze dann mit passender Software versorgt.


    Damit kann man nun nahezu frei in der Akkugröße skalieren. Alles ist über ein Laptop konfigurierbar.

    • Maximale Freiheit bei der Kapazität des Akkus. 2, 4, 6, 200, 202, .. Tesla-Module.
    • Kommunikation über CAN mit SMA Sunny Island. (Spannungen, Ströme, Warnungen, Fehler, …). Einfach RJ45-Patchkabel reinstecken und gut.
    • Möglichkeit verschiedene Stromsensoren anzuschließen. Man kann aber auch den Sunny Island als Stromsensor konfigurieren. Dann braucht es keine zusätzliche Hardware.
    • Ansteuerung von DC Leistungsschaltern zur Abschaltung des Akkus in absoluten Notsituationen. Normalerweise sollte der Batterie-Wechselrichter abschalten. Dies ist also nur eine weitere Sicherheitsebene für Angsthasen wie mich.
    • Infos über Touch-Display.
    • Zellspannungen können konfiguriert werden. Ebenso Warnschwellen und Hysteresen etc.
    • Temperaturüberwachung mit automatischer Anpassung der max. Lade-/Entladeströme.
    • Automatische Überwachung und Steuerung des Balancings.



    Fazit:


    Für mich ist das aktuell die ideale Lösung, die so seit Monaten läuft. Ich werde wohl noch einen weiteren Kasten mit 8 Modulen dazustellen, dabei muss ich nur die Slave-BMSs der Tesla-Module anschließen und einen Wert in der Konfiguration des BMS ändern.


    Zwei weitere Speicher im Bekanntenkreis laufen auch einwandfrei damit.


    Learnings:


    • Selbst bei dauerhaft hohen Strömen – beim SunnyIsland in meinem Falle max. 110 A – erwärmen sich die Akkus gerade mal um 2 – 3 K. Und das über Stunden bei geschlossenem Gehäuse. Also absolut keine thermischen Probleme wie ich anfangs befürchtet hatte.
    • Die max. Zelldifferenzspannung ist bei den Tesla-Akkus recht gut und stabil. Allerdings gibt es mal Ausschläge von 4 mV auf 15 mV bei kurzen, hohen Stromspitzen.
    • Balancing sollte nicht nur von der Zellspannung und der Differenzspannung abhängig gemacht werden. Ich schalte das Balancen nur unterhalb 20 A Strom ein.


    Ich hoffe, dem ein oder anderen helfen meine Erfahrungen weiter.



    Gruß,



    Thomas

  • e-zepp

    Ich denke bis wir bidirektionale eAutos nutzen können werden noch einige Jahre ins Land gehen. Und wenn's dann geht, wird man als Nutzer sicher mit Garantieminderung etc. vom Autohersteller bedacht.


    Die Brandversicherung habe ich nicht gefragt. Ich halte das für sicher.


    Thomas

  • Sieht nach Fachmann aus! Sauber installiert. :)


    Mich würde interessieren, welche PV Anlage dazu gehört.

    Und natürlich, wie die Anlage so läuft.


    Welches Monitoring verwendest du für die Überwachung?

  • kalle bond

    Danke für die Blumen!


    Daran hängt der SMA SB5000TL-21. an diesem 7,4 KWp an Modulen. Teils Terrassenüberdachung.


    Monitoring mittels SMA HomeManager 2. Wenn ich es genau wissen will, logge ich direkt am BMS mit einem Notebook über USB.



    Läuft so unauffällig wie mein LG Speicher zuvor.


    Thomas

  • thorsten_

    Meine Module stammen aus einer ‚Hausschlachtung‘ eines kompletten Fahrakkus. Gibt aber auch viele Angebote bei Auktionshäusern oder Kleinanzeigemärkten.


    Wenn man sich nicht so gut auskennt und den Zustand der Batterien nicht selbst prüfen kann, würde ich zum Kauf beim Fachmann raten. CarelHassink wäre hier eine im Forum bekannte und zuverlässige Quelle.


    Preise je nach Abnahmemenge, Alter, Herkunft und Zustand sind sehr unterschiedlich. Zwischen 750,- - 1.500,- EUR pro Modul ist da alles möglich. Ein bischen Glück hilft auch manchmal.


    Thomas

  • Hallo Thomas,

    eine sehr interessante Lösung!


    Mein aktueller 10kWh LG Speicher ist mir definitiv auch zu klein und da hängt (noch) nichtmal ein E-Auto dran. Derzeit also keine Chance ein geplantes E-Auto auch mal Abends/Nachts vom eigenen Strom zu laden...


    Wenn ich das richtig verstanden habe, dann nutzt du das originale Balancing ‚Slave BMS’ der Tesla Batteriemodule und hast einen eigenen ‚BMS Master‘ als Schnittstelle zu den Slaves und zur Ansteuerung der Batteriekomponenten entwickelt. (Also das Gegenteil von z.B. einem REC-BMS) Richtig? Kannst du noch was dazu sagen, wie du mit den Ausgleichsströmen beim Zuschalten der 48V-Batterie an den Wechselrichter (Kondensatoren) umgehst?


    Weiterhin würden mich die Außenmaße deines Speichers interessieren, kannst du hierzu bitte auch noch was sagen?


    Danke und Gruß

    Bernd

    PV1: 12,4kWp mit 3x SMA SB4000-TL20

    PV2: 5,4kWp mit 1x SMA SB5000-TL21 und 1x SMA SI6.0h an LG Chem RESU 10 und 1x AC ELWA-E