Eigenbau eines mobilen bidirektionalen Li-Ion Energiespeicher mit einem G120 FU, für Haus, Elektroauto und sonstige Verbaucher

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mcb

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Guten Abend zusammen,

ich habe vor für mich selbst einen mobilen Energiespeicher (mES) aus Li-Ion-Akkus zu bauen, welcher als Herzstück einen Siemens G120 FU mit 7,5kW beinhaltet. Ursprünglich war es dafür gedacht um meinen Unimog 403 per Funk rangieren zu können (mES-->G120-->Asynchronmotor (ASM)-->Hydraulikpumpe-->Hydr.ventil-->Hydraulikmotor-->Frontzapfwelle-->Getriebe-->Räder). Da ist mir aber eingefallen damit ich das ganze mobil machen könnte (100-200kg; 4 Mann, 4 Ecken mit Griffen dran) damit man ein Stromaggregat ersetzen könnte (kein Krach, Gestank, Treibstoff usw.).

Warum selber bauen und nicht kaufen?​

Gibt’s das überhaupt? Und weil ich den G120, den Großteil der Akkus, und den meisten Schaltschrankkram (Relays, Schütze, Schutzschalter usw.) zuhause liegen habe und das Zeug nur darauf wartet sich in meinen Dienst zu stellen. Außer jemand hat mir was ich suche für <3000€?

Das geplante Hardware-Schnittstellen-Setup​


Eingangsschnittstellen (zum Laden der Akkus):​

1. Typ2 Ladesteckdose für Wallboxen; Erklärung: *1​
2. Standard 400V AC 16/32A CEE Buchse​

Ausgangsschnittstellen:​

1. Typ2 Ladesteckdose um’s Elektroauto laden zu können; Erklärung: *1​
2. Standard 400V AC 16/32A Buchse (um den besagten ASM/Hydraulikpumpe/Unimog zu betreiben)​
3. Standard 230V AC Schukosteckdosen (3x) ( für Standardverbraucher)​
4. Zwischenkreisspannung (ZkS)-Anschluss (für Hybridwechselrichter (HWR)) Erklärung: *2​

Das Konzept:​

Mit den Akkus wird der Zwischenkreis des G120 gespeist (funktioniert, bereits erfolgreich getestet). Für den G120 hätte ich verschiedene Betriebsmodi vorgesehen:

Laden der Akkus (an Wallbox oder Standard CEE):​

Betrieb des G120 mit einer konst. Drehmomentvorgabe, dadurch müsste ein konst. Strom in den Zwischenkreis (Zk) zurückgespeist werden, von welchem über ein Batteriemanagementsystem (BMS) die Akkus geladen werden. Werden diese voller, geht die ZkS hoch und irgendwann löst der Bremschopper (BC) aus. Damit würde ich (mittels Spannungsteiler) ein Relays schalten, welches mir über einen Digitaleingang (DI) am G120 die Drehmomentvorgabe verringert, ergo weniger Ladestrom. Das geht dann solange bis das BMS sagt: Akkus voll, dann wird abgeschalten.

Entladen der Akkus:​

1. Über die ZkS des G120, mit fester U/F Vorgabe (400V/50Hz)​
1.1 Für Elektroauto laden über Typ2 Stecker Erklärung: *2​
1.2. Für „normale“ 400V AC Verbraucher über Standard CEE 16/32A Anschluss​
2. Direkt über die Akkus/BMS: Um den HWR zu versorgen​

Erklärung *1 (Wallboxen)​

Man kann den Wallboxen problemlos ein Elektroauto vorgaukeln, siehe hier:
https://evsim.gonium.net/

Erklärung *2 (Einspeisung der ZkS in einen HWR)​

Soll als alternativ zu den PV Modulstrings (natürlich mit ner entsprechenden Umschaltung, damit die PV Module wegeschalten werden) fungieren um diese in den Hybridwechselrichter einzuspeisen.
Hintergrund ich kann aufgrund der hohen ZkS mit Standardquerschnitten arbeiten und muss keine 3 stelligen Stromstärken handeln, wie es bei nem 48V System der Fall wäre. Bezüglich Umschaltung sollte kein Problem sein denn ich speise die ZkS vom mES ja nur Abends/Nachts in den HWR wenn keine Energie mehr vom Dach kommt.

Nun zu den Fragen​

1. Glaubt ihr Elektroautos vertragen beim Laden anstatt des sauberen Sinus aus der Wallbox, das zerhackte PWM 400VAC Signal des G120?​
2. Wie siehts bezüglich zerhacktem PWM Signal bei Standardverbraucher beim 230VAC Betrieb des G120 aus? Laptops usw. sind da ja evtl. mal ein bisschen empfindlich?​
3. Zulässige ZkS des G120?​
4. Ab wann kommt es zur Unterspannungs-/ wann zur Überspannungsstörung am G120?​
5. Ab welcher Spannung schaltet sich der BC dazu?​
6. Wie lange wird der BC zugeschalten? Bis die kritische ZkS abgebaut ist?​
7. Welche LowBudget Möglichkeiten gibt es aus den 400VAC des G120, 230VAC zu machen? Evtl. mit Umschaltung der Parameter des G120 auf 3x230VAC? Wäre das durch einen DI am G120 möglich?​
8. Wo seht ihr die Knackpunkte des Systems?​
9. Hätte jemand Interesse an dem Projekt mitzumachen? Am besten mit Eplan-Kenntnisse :)​


VG
Michael
 
Also eins ist klar:
Aufgrund der vielen Überwachungsfunktionen wird sich der G120 gegen diese Verwendung wehren 😜
 
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mcb schrieb:
7. Welche LowBudget Möglichkeiten gibt es aus den 400VAC des G120, 230VAC zu machen? Evtl. mit Umschaltung der Parameter des G120 auf 3x230VAC? Wäre das durch einen DI am G120 möglich?
Zum Vergrößern anklicken....
Die Motornennspannung entspricht der Ausgangsspannung bei 50Hz.
Über einen DI kannst Du das auch Umschalten, das nennt sich Satzumschaltung. Dazu musst Du einen Satz für einen 400V Motor und einen Satz für einen 230V Motor erstellen.

Unsymmetrische Belastung quittieren morderne Umrichter mit Fehlermeldungen, da das auf einen kaputten Motor schließen lässt.
 
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Moin,
Blockmove schrieb:
Aufgrund der vielen Überwachungsfunktionen wird sich der G120 gegen diese Verwendung wehren 😜
Zum Vergrößern anklicken....
da stimme ich dir zu, da habe ich auch große Bedenken deswegen. Vor allem bin ich mal gespannt wie sich das ganze Verhält wenn ich den G120:
1. motorseitig ans Netz lege, oder
2. keine Last dran ist ob er dann überhaupt 400VAC/50Hz bereit stellt.
Wie gesagt würde ich dem G120 je nach Anwendungsfall, ein konst. Drehmoment als Sollwertvorgabe machen, sodass dies quasi den Sollstrom (Leistung) vorgibt, welche entweder in den Zk oder aus dem Zk geht.

Plan_B schrieb:
Unsymmetrische Belastung quittieren morderne Umrichter mit Fehlermeldungen, da das auf einen kaputten Motor schließen lässt.
Zum Vergrößern anklicken....
Jup das dacht ich mir auch schon, denke das Teste ich einfach mal, wie sich da der G120 konkret verhält. Vielleicht kann man das gewünschte Verhalten auch irgendwo in der Expertenliste einstellen?

Nachtrag zu Erklärung *1:​

Man kann den Elektroautos problemlos eine Wallbox vorgaukeln, siehe hier:

Prima, nun hat sich mein Fragenkatalog dank eurer Hilfe schon mal ein bisschen reduziert, wären noch folgende Punkte offen:
1. Glaubt ihr Elektroautos vertragen beim Laden anstatt des sauberen Sinus aus der Wallbox, das zerhackte PWM 400VAC Signal des G120?
2. Wie siehts bezüglich zerhacktem PWM Signal bei Standardverbraucher beim 230VAC Betrieb des G120 aus? Laptops usw. sind da ja evtl. mal ein bisschen empfindlich?
3. Zulässige ZkS des G120? --> Werde ich im Handbuch (Hb) nachlesen
4. Ab wann kommt es zur Unterspannungs-/ wann zur Überspannungsstörung am G120? --> Werde ich im (Hb) nachlesen
5. Ab welcher Spannung schaltet sich der BC dazu? --> Werde ich im Handbuch (Hb) nachlesen
8. Wo seht ihr die weiteren Knackpunkte des Systems?
9. Hätte jemand Interesse an dem Projekt mitzumachen? Am besten mit Eplan-Kenntnisse :)

Wünsche allen einen schönen Sonntag, bei hoffentlich gutem Wetter!
 
mcb schrieb:
Moin,

da stimme ich dir zu, da habe ich auch große Bedenken deswegen. Vor allem bin ich mal gespannt wie sich das ganze Verhält wenn ich den G120:
Zum Vergrößern anklicken....

Ganz ehrlich:
Ich glaube, dass das hier vergebliche Mühe ist.
Verkauf den G120 ... Aktuell sind die Preise wohl ganz gut :)
Besorg dir einen einen Wechselrichter von Victron Energy. Die sind in der Maker-Szene wohl recht beliebt.
Werden oft in Wohnmobilen verbaut, aber genauso bei den "PV-Speicher-Bastlern".
Damit kannst du sicher einen Großteil deiner Ideen umsetzen.
 
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zu den Fragen
1. Glaubt ihr Elektroautos vertragen beim Laden anstatt des sauberen Sinus aus der Wallbox, das zerhackte PWM 400VAC Signal des G120?
==> nein
2. Wie siehts bezüglich zerhacktem PWM Signal bei Standardverbraucher beim 230VAC Betrieb des G120 aus? Laptops usw. sind da ja evtl. mal ein bisschen empfindlich?
==> so ist es
3. Zulässige ZkS des G120?
==> wie bei Booksize, wuerde ich da mit 510...720VDC rechnen
4. Ab wann kommt es zur Unterspannungs-/ wann zur Überspannungsstörung am G120?
==> da gibt es Anzeigeparameter, ca. min. 380V DC ? und max. 820V DC
5. Ab welcher Spannung schaltet sich der BC dazu?
ca 770V
6. Wie lange wird der BC zugeschalten? Bis die kritische ZkS abgebaut ist?
==> wenn die Uzk wieder unterr die Schwelle kommt
7. Welche LowBudget Möglichkeiten gibt es aus den 400VAC des G120, 230VAC zu machen? Evtl. mit Umschaltung der Parameter des G120 auf 3x230VAC? Wäre das durch einen DI am G120 möglich?
Mit unabhängige Spannungskennlinie p1300 = 19 (glaube ich jetzt ohne die Parameterliste jetzt da zu haben)
8. Wo seht ihr die Knackpunkte des Systems?
Ist halt eine Bastellösung. Ich würde da einen Sinusfilter + Trenntrafo nehmen. Als Zwischenkreis min. 600V damit noch 400V hinten raus kommen (einen Spannungsabfall über den Sinusfilter hättest Du ja auch noch). Weiterer Vorteil eines Trenntrafos wäre, dass Du da robuster gegen einphasiger Belastung wirst. Ebenso gibt es da Schaltungsarten des Trafos. DY5, bin mir da jetzt spontant auch nicht so sichter ?)
 
Mit spezieller Firmware lassen sich manche Umrichter aber als DC/DC-Converter, ideal als Vorstufe Deiner Idee, einsetzen.
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Dann könntest Du quasi für den geeigneten Netzwechselrichter die ZK-Spannung passend bereitstellen. Ohne Netzsynchronisation muss der aber auch Inselbetrieb beherrschen.
 
zako schrieb:
Ist halt eine Bastellösung. Ich würde da einen Sinusfilter + Trenntrafo nehmen. .... Ebenso gibt es da Schaltungsarten des Trafos. DY5, bin mir da jetzt spontant auch nicht so sichter ?)
Zum Vergrößern anklicken....
Vielen Dank, das ist ein guter Vorschlag mit dem Sinusfilter + Trenntrafo.
"Try and Error" bei nem Elektroauto, ist mir auch zu riskant, da ist mir die "Errorgefahr" ohne Sinusfilter + Trenntrafo, nur mit PWM Sinus deutlich zu hoch. Leider sind Trenntrafos mit 7,5kW nicht ganz billig, evtl. würde auch nur ein Sinusfilter reichen?
Was meinst du mit: Schaltungsarten des Trafos?
Was ist DY5?

@ Plan_B:
Danke für das Video! Echt interessant, damit die DC Spannungsanhebung von den Batterien zum Zk übers schnelle abschalten der Spulen und den "Freilaufdioden" gemacht wird. (y)
 
Hallo zusammen,
ich habe mir nun ein paar Komponenten fürs Projekt besorgt, so weit so gut... aber:

Problem ZkS und BMS:
Ich habe mal bei den Elektroautokomponenten geschaut, die arbeiten anscheinend alle "nur" mit 400V, es gibt wohl ein paar Systeme welche mit 800V arbeiten, die sind jedoch meist nur in den Premiumfahrzeugen verbaut, das ganze würde jedoch den Kostenrahmen sprengen.
Serienschaltung der Standard-BMS funktioniert anscheinend nicht.
Eine Möglichkeit wäre noch wie Vorgeschlagen, ein DC/DC Wandler zwischen ZkS (ca. 565 - 800V) und Standard BMS (48V) zu schalten, hier werden die Komponenten jedoch aufgrund der hohen Ströme recht kostspielig und ich würde gerne mit so wenig Komponenten wie möglich auskommen.
Was super wäre, wenn man den G120 so umschalten/parametrieren könnte, damit er auch als DC/DC Wandler betrieben werden kann, wie im Video von Plan_B mit den Danfoss FU´s gezeigt. Damit könnte man dann eine niedrigerer DC Spannung generieren, mit welcher Standard BMS (48- 150V) betrieben werden könnten.

Weiß jemand von euch ob:
1. Es ein BMS gibt, welches mit meiner ZkS (ca. 565 - 800V) betrieben werden kann, oder
2. Der G120 wie oben beschrieben als DC/DC Konverter betrieben werden kann?
 
Nachtrag:
Mir ist gerade eingefallen, ich nutze den FU zum laden der Batterien einfach ganz normal als FU und stelle die Ausgangsspannung fest auf z.B. 100VAC und mache daraus mit nem Brückengleichrichter und Kondensatoren, 141 VDC. Hierfür müsste es Standard BMS geben welche mit dieser Spannung umgehen können.
1. Müsste doch funktionieren oder?
2. Bei der ganzen Wandlerei, wäre vermutlich ein Ozsi angebracht, hat mir jemand ne Oszi-Empfehlung/Angebot (Messspannung bis 1000V, 4 Kanäle, USB oder Standallone, bis 400€)?
 
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mcb schrieb:
Mir ist gerade eingefallen, ich nutze den FU zum laden der Batterien einfach ganz normal als FU und stelle die Ausgangsspannung fest auf z.B. 100VAC und mache daraus mit nem Brückengleichrichter und Kondensatoren, 141 VDC.
Zum Vergrößern anklicken....
Ist möchte mich jetzt nicht dazu äußern ob das funktioniert oder nicht.
Aber ist das laden per FU nicht sehr verlustreich?
AC Netzspannung wird im FU gleichgerichtet, dann per IGBT wieder in eine AC Spannung gewandelt und dann richtest du sie per Brückengleichrichter erneut gleich. Gibt es da nicht bessere, einfachere und verlustarme Möglichkeiten?
 
Häng doch einfach mal an deinen G120 eine ohmsche Last (Glühlampen, Heizungen oder sonst was) und teste was passiert. Anschliessend kannst du ja mit ein paar alten Autobatterien testen.
Wenn das klappt kannst du dich dem BWS und Li-Batterien zuwenden.
Mit der Vorgehensweise bist du nicht mehr auf Spekulationen angewiesen
 
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mcb schrieb:
Ausgangsspannung fest auf z.B. 100VAC u
Zum Vergrößern anklicken....
Geht nicht.
Der FU berechnet aus den Motordaten ein Pulsmuster für PWM und steuert somit den mittleren Strom. Die mittlere Ausgangsspannung stellt sich resultierend ein. Es wird immer die volle ZK Spannung durchgeschalten.
Kannste am Oszi sehen.
Kannst natürlich eine 6 Puls Brücke anschliessen. Ziehst aber den Wirkungsgrad runter.

Der Zwischenkreis hat ~560V.
Baust halt an die DC-Anschlüsse einen eigenen PWM-Laderegler.
Natürlich bidirektional.
Als Leistungsbauteil kannst ja den Brems igbt nehmen, aber mit eigener Ansteuerung
 
Zuletzt bearbeitet:
Wenn Du bei Siemens ein Antriebsgerät als DCDC- Steller einsetzen möchtest, dann kann man S120 booksize, Chassis Module mit entsprechender Technology Extension einsetzen (dann zwei, drei Phasen für den Plus- Pol und DCN für Minus)
Beim G120 wäre es denkbar mit U/f - Phase U Pluspol Phase V dann Minus (Startwinkelvorgabe). Aber wie man das parametrien muss und welche Induktivität notwendig ist - da bin ich gerade überfragt.
Aber dann müsstest Du dafür extra ein Leistungsteil spendieren. Schöner wäre gleich eine 500 - 650V Batterie zu nehmen. Firmen wie BMZ bauen das schon. Angeblich wurden auch schon einfach Autobatterien in Reihe geschaltet - davon habe ich aber nur gehört.
 
Zuletzt bearbeitet:
Eine Batteriespannung unter 550v ergibt für mich in der Anwendung keinen Sinn, da der Fu unter 500V dc unterspannung monieren wird.
 
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