Hochvoltakku mit Solarpanel laden? (Frage an die Elektrotechnik-Experten)



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propofol

Neues Mitglied
27.09.2022
3
Liebes Forum,
einige Personen hier im Forum hatten bereits von ihren Plänen berichtet, ihr eAuto mit Solarmodulen auf dem Fahrzeug nachzuladen. Leider habe ich noch von niemandem gelesen, der dies tatsächlich erfolgreich realisiert hat.

Auch mich würde dieses Thema interessieren, daher möchte ich meine Frage hier mal einstellen - die richtet sich vor allem an Elektrotechnik-Experten, die sich mit der verbauten Technik auskennen und/oder Bastler, die das bei ihrem eAuto tatsächlich erfolgreich realisiert haben.

Ich würde mir gerne einen Mercedes eVito zulegen und dessen Hochvoltakku über Solarmodule, die auf dem Fahrzeugdach montiert sind, nachladen. Dabei ist mir durchaus bewusst, dass der Ertrag der Solarmodule lächerlich ist. (Auf dem Dach ließen sich maximal 1kWp Solarmodule unterbringen, während das Fahrzeug 21kWh/100km verbraucht. Wenn man jetzt optimistisch von einem Ertrag von 3kWh pro Tag ausgeht wäre erst nach einer Woche die Energie für weitere 100km nachgeladen.) Bei einem Fahrzeug, dass nicht täglich eingesetzt wird oder mit dem nur kurze Besorgungsfahrten gemacht werden, könnte das aber evtl trotzdem eine Idee sein.

Meine Frage richtet sich aber nicht auf die Sinnhaftigkeit eines solchen Projekts, sondern auf die technische Durchführbarkeit:
Grundsätzlich gibt es ja Wallboxen, die auch mit Solarstrom betrieben werden können, wie z.B. den SMA EV Charger 7.4 / 22. Da es aber einen Mindest-Ladestrom beim Laden über z.B. Typ2-Stecker gibt (glaube der liegt bei 1,4kW) saugt auch der SMA EV Charger zusätzlich Strom aus dem Netz, falls der Solarstrom nicht ausreicht. Eine "mobile" Anwendung kommt also nicht in Frage. (Die Idee, einfach so einen SMA EV Charger IM Fahrzeug zu montieren und die Ladebuchse des Fahrzeugs von innen zugänglich zu machen kann man also gleich vergessen). Man könnte höchstens eine kuriose Bastellösung ersinnen, die den Solarstrom puffert und dann kurzzeitig den Mindestladestrom zur Verfügung stellt (z.B. Powerstation Ecoflow Delta Pro wird von den Solarmodulen gespeist. Wenn die Powerstation voll ist wird der Ladevorgang über Schuko-Stecker und mobiler Wallbox / Notladekabel gestartet, das dann allerdings noch irgendwie physisch zur Ladesteckdose geführt werden müsste)

Welche Lademöglichkeiten gäbe es denn sonst noch für den Hochvoltakku? Gibt es bei der Ladeelektronik einen Zugang außerhalb der Norm? Wie wird z.B. rekuperierte Energie beim Bremsen in den Hochvoltakku gespeist? Die Energie beim Rekuperieren entspricht vermutlich keinen Mindeststromstärken und wird doch sicher auch irgendwie in den Akku zurück gespeist? Oder wird die Energie beim Rekuperieren nur kurzzeitig irgendwo zwischengespeichert?

Auch moderne Elektroautos mit LiIon-Hochvoltakkus verfügen ja zusätzlich noch über einen 12V Bleiakku für die Bordelektronik. Dieser ließe sich mit herkömmlichen MPPT-Ladereglern nachladen. Aber gäbe es von dort eine Möglichkeit den Strom in den Hochvoltakku zurückzuspeisen, wenn die Bleibatterie voll ist?

Wer kennt sich da aus und kennt evtl auch Hersteller der im Fahrzeug verbauten Ladeelektronik? Gibt es da Dokumentation zur Ladeelektronik oder einen Insider, der sich damit auskennt oder sowas schonmal realisiert hat? Vielleicht gibt es auch andere Fahrzeugmodelle wo das möglich ist und die Ladeelektronik für so etwas vorgesehen ist? (Beim IONIQ 5 soll es ja ein Solardach geben). Oder gibt es einen Nachrüst-Laderegler, mit dem man den Solarstrom unter Umgehung des Standard-Ladereglers direkt in die Batteriepakete einspeisen kann?

Bin mal gespannt, ob sich Experten zu dem Thema im Forum tummeln.

Vielen Dank schon mal für Eure Antworten
Grüße, Uwe
 

Kamikaze

Aktives Mitglied
Hallo Uwe,

dass du keinen nennenswerten Ertrag aus so einer Winz-Anlage gegenüber einem Großverbraucher wie dem E-Vito haben wirst hast du ja schon ganz richtig erkannt.
Dem entsprechend wird auch nie eine finanzielle Rendite eintreten.
Auch die Garantie dürfte bei derartigen Basteleien dahin sein.
Dann noch der obligatorische Hinweis: Strom kann lebensgefährlich sein! Der Akku selbst steht immer unter Spannung! Also Vorsicht wenn daran herumgebastelt wird!

Da das für dich demnach ein Bastel-Projekt werden wird, hier meine Gedanken dazu:

Im Grunde brauchst du "nur" einen MPPT-Laderegler, der die Modulleistung auf das Ladespannungsniveau der Batterie heben kann.
Im 48V-Bereich gibt es da einige, aber der E-Vito hat eine deutlich höhere Spannung. Welche genau konnte ich auf die Schnelle leider nicht finden, aber ich vermute mal entweder 400 oder 800V oder irgendwas dazwischen.
Das ist schon eine enorme Hausnummer, wenn man bedenkt, dass die meisten PV-Module "nur" Spannungen von <=50V liefern. Sogar zwei Module in Reihe wären also noch um etliche Faktoren zu "klein" um die nötigen Spannungen zu liefern.
Dem entsprechend braucht dein Solar-Lade-Setup vermutlich einen Step-Up-Wandler, der diese Spannungsdifferenz überbrücken kann.
Aktuell bezweifle ich, dass es sowas von der Stange gibt. Da wirst du also vermutlich selbst eine entsprechende Platine basteln müssen.
Alternativ könnte ein handelsüblicher 48V-MPPT verwendet werden, der eine "Pufferbatterie" lädt, aus der sich der Step-Up-Wandler dann bedient. Hier müsste aber ebenfalls ein BMS dafür sorgen, dass diese Batterie nicht überlastet/überladen/tiefentladen wird.

Da sollten dann natürlich auch entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, dass dir dein Setup die Batterie nicht überladen oder tiefentladen kann.
Auch könnte passieren, dass dieser "irreguläre" Stromfluss das Fahrzeug-BMS "durcheinander bringt" - du also falsche Werte im Bordcomputer siehst, was z.B. Restreichweite, Batteriezustand, oä. betrifft.

Ergänzend dazu noch der Hinweis, dass die Module auf dem Dach den cW-Wert deutlich verschlechtern werden und damit der Verbrauch noch höher werden wird, als das beim E-Vito ohnehin der Fall ist.
Auch bringt das zusätzliche Equipment beträchtliches Gewicht mit, das dann ständig mit bewegt werden muss.
Außerdem wäre ein solches System fest mit dem Fahrzeug verbunden, was eine Abnahme und Eintragung durch den TÜV nötig macht.

Fazit: Mit "Ich schnalle mir ein paar Module aufs Dach und fahre mit dem Strom daraus" ist das Projekt nicht mal annähernd umrissen. Da wird super viel Entwicklungsarbeit dran hängen, was die Schaltung der Komponenten angeht, sowie eine Menge Bürokratie.
 
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Wertungen: Peter End.

Emil

Bekanntes Mitglied
04.04.2006
2.755
Bei dem bisschen Ertrag mit etwa 1 kWp halte ich das Laden des HV Akkus nicht für lohnenswert, da der Aufwand erheblich sein würde.

Tatsächlich würde ich mich auf das 12 V System konzentrieren, denn so ein Fahrzeug hat während des Betriebs einen Leistungsbedarf von mehreren 100 W auf 12 V, die aus einer separaten Quelle kommen könnte.

Im einfachsten Falle nimmt man eine LiFePO4 Batterie mit gewünschter Kapazität von x kWh. Diese wird über einen MPPT Laderegler geladen. Die Kopplung mit der 12 V Batterie erfolgt über einen DC/DC-Wandler dessen Ausgangspannung so gewählt wird dass sie der maximalen Ladespannung der 12 V Batterie entspricht. Der DC/DC-Wandler wird aktiviert so bald die Zündung aktiv ist, und deaktiviert wenn die Spannung der LiFePO4 Batterie unter 12 V sinkt.

Dadurch wird dann zumindest ein Teil der 12 V Nebenverbraucher durch die PV versorgt, was auch die Reichweite etwa verlängert.

So was könnte auch noch jemand mit halbwegs elektrischem Geschick realisieren, ohne sein Leben durch einen Eingriff in die HV-Technik zu gefährden.
 
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matzetronics

Aktives Mitglied
08.07.2020
384
Berlin, DE
Wie wird z.B. rekuperierte Energie beim Bremsen in den Hochvoltakku gespeist?
Beim rekuperieren werden die Spulen und Leistungsendstufen des Motors zum Hochsetzsteller (Boostkonverter) umkonfiguriert. Die hohe Spannung, die dabei entsteht, wird direkt in die Akkus zurückgespeist. Dabei ist die Höhe der Spannung prinzipbedingt noch etwas höher als die Akkuspannung, so das der Strom in den Akku zurückfliesst. Da der Vorgang jederzeit unter Kontrolle der Motorsteuerung ist, lassen sich Stromstärke und Höhe der Spannung regeln.

Solarzellen auf dem Dach sehen zwar toll 'grün' aus, sind aber in der Bilanz sinnlos. Da auch die Aerodynamik des Fahrzeugs leidet, zahlt man u.U. sogar drauf. Vom Spass mit TÜV und Co. mal ganz abgesehen.
 
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Berlingo-98

Administrator
23.11.2004
3.920
91365 Reifenberg
Hochvoltakku laden per Solarmodul und mit kleinen Strömen: Das habe ich für einige Autos angedacht aber nicht weiterverfolgt nach Diskussionen mit den Fahrzeugherstellern. Die wiesen mich klar daraufhin, dass ich da nix basteln darf, dann wäre die Batterie- und Fahrzeuggarantie weg.
Ich habe mir bei zwei Fahrzeugen die Verkabelung mal angeschaut. Obwohl ich als Elektronigenieur mir da einiges zutraue, möchte ich in die Hochstromverkabelung nicht eingreifen.

Mit anderen Worten: Wenn Du es Dir fachlich zutraust, auf Herstellergarantien verzichten kannst und mögliche Haftungs- und Versicherungsfragen mal als gering ansiehst: Dann man los. Ansonsten: Finger weg.

Bleiben die Lösungen mit Anschlüssen an den vorhandenen Ladeschnittstellen:

1. Typ2 braucht mindestens 6A Netzstrom.
Darunter tut sich nix. Mit Tricken auch die Hälfte, also 6A bei 120V (ist in den USA üblich). Die Mindestleistung zum Laden über Typ2 liegt also bei 1400 Watt, mit Tricken bei 700W. Nachteile: Wegen der Grundverluste der Ladegeräte kommt dann prozentual immer weniger in den Akku. Na ja, macht ja nix. Ist ja Solarstrom. Die einzig gangbare Lösung ist schon beschrieben: Über einen externen Zusatzakku und dann mit 1400W oder mehr laden. Also Solarstrom langsam und stetig in den Akku, und dann mal so 2 oder 4 kWh umladen vom Hilfsakku ins Auto über eine normale feste oder mobile wallbox. Geht leicht nur manuell. Sowas zu automatisieren wäre schon eine Aufgabe für Tüftler.

2. Laden über Chademo oder CCS und direkt mit Gleichspannung.
Laut unbestätigten Berichten ist auch hier ein Mindeststrom von 6A nötig, darunter sollten wohl die Laderegler kaum noch arbeiten. Wundert mich zwar, aber ich kanns nicht nachprüfen und glaube es solange, bis ich mehr weiss. Ein CCS Laderegler ist nicht ganz trivial. Fertige Module scheints zu geben. Probleme sehe ich bei den Stückzahlen und Preisen. An Einzelstücke und Entwicklungsmuster kommt man da wohl nicht so leicht ran.

3. Solar-laden des 12V Bordakkus.
Das könnte gehen, Emil hats beschrieben. Bringt nur indirekt eine Reichweitenerhöhung, und vielfach sind die Bordakkus recht klein. In meinem Kia Soul sinds 12V 45Ah, und wenn man mal so 30 % solar nachladen möchte, sind das dann "nur" rund 160 Wh. Ob dafür der Aufwand lohnt?
Dafür ist der Geräteaufwand gering. Im einfachsten Fall schließt man ein geeignetes Solarmodul über eine 12V Steckdose an den Akku an.

Bei modernen Elektroautos, die noch Garantie haben, würde ich solche Basteleien nicht anfangen. Anders sieht es aus bei älteren Fahrzeugen, wie z.B. den über 20 Jahre alten Citroen AX oder Berlingos oder so, die früher mal mit NiCd Akkus liefen. Hier lohnt sich sowas vor allem, wenn sie mittlerweile mit Li-FePo Akkus fahren. Man kommt ja problemlos an alle Anschlüsse ran.... Aber wie schreibe ich in solchen Fällen immer: Man kann, wenn man kann. Ein wenig Fachwissen gehört also dazu, denn so ganz trivial ist es auch hier nicht.

Gruss, Roland
Habe Solarmodule seit den Tagen der Tour de Sol 1985 auf viele Fahrzeuge gebaut und daher ein wenig Erfahrung. Früher haben wir mit rund 10 bis 15 km täglicher Solar-Reichweite gerechnet. Moderne und leistungsfähige Solarmodule mögen heute bis zu dem doppelten bringen, also rund 20 bis 30 km Autarkie täglich. Könnte sich - wie geschrieben - also für Wenigfahrer durchaus lohnen. Die unten gezeigten Fahrzeuge gibts alle noch, sie müssen aber beide mal wieder fahrtauglich gemacht werden.

 
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propofol

Neues Mitglied
27.09.2022
3
Hallo Roland,
speziell an Dich hatte ich bei meiner Frage gedacht, weil von Dir bereits einige Beiträge zu dem Thema im Forum waren und Du Dich offensichtlich bereits intensiv mit dem Thema beschäftigt hast. Vielleicht kann man den Thread hier ja fürs Brainstorming und für den Austausch bereits vorhandenem Wissens nutzen, damit nicht jeder, der so eine Idee hat, bei Adam & Eva anfangen muss.
Hochvoltakku laden per Solarmodul und mit kleinen Strömen: Das habe ich für einige Autos angedacht aber nicht weiterverfolgt nach Diskussionen mit den Fahrzeugherstellern. Die wiesen mich klar daraufhin, dass ich da nix basteln darf, dann wäre die Batterie- und Fahrzeuggarantie weg.
Ich habe mir bei zwei Fahrzeugen die Verkabelung mal angeschaut. Obwohl ich als Elektronigenieur mir da einiges zutraue, möchte ich in die Hochstromverkabelung nicht eingreifen.
Auch ich habe Respekt vor den 400V und würde zumindest den Part, der Eingriffe dort erfordert, von einer Fachfirma erledigen lassen. Nur auch die müsste man erstmal finden. Zu Mercedes braucht man mit allen Umrüst- oder Nachrüst-Fragen sowieso nicht gehen, weil dann grundsätzlich die Antwort "geht nicht" kommt. Bliebe nur ein auf so einen Bereich spezialisierter Betrieb. Auch da wäre ich für Hinweise dankbar.

1. Typ2 braucht mindestens 6A Netzstrom.
Darunter tut sich nix. Mit Tricken auch die Hälfte, also 6A bei 120V (ist in den USA üblich). Die Mindestleistung zum Laden über Typ2 liegt also bei 1400 Watt, mit Tricken bei 700W. Nachteile: Wegen der Grundverluste der Ladegeräte kommt dann prozentual immer weniger in den Akku. Na ja, macht ja nix. Ist ja Solarstrom. Die einzig gangbare Lösung ist schon beschrieben: Über einen externen Zusatzakku und dann mit 1400W oder mehr laden. Also Solarstrom langsam und stetig in den Akku, und dann mal so 2 oder 4 kWh umladen vom Hilfsakku ins Auto über eine normale feste oder mobile wallbox. Geht leicht nur manuell. Sowas zu automatisieren wäre schon eine Aufgabe für Tüftler.
Auch da wäre es doch schon hilfreich, wenn man einen Betrieb wüsste, der eine zweite Typ2 Ladebuchse im Innenraum installieren kann (sofern das technisch nicht ausgeschlossen ist). Dann wäre so eine Hilfsakku-Lösung ohne eigene Eingriffe in die Hochvoltelektronik machbar.



Interessant wäre auch, welcher Zulieferer die Ladeelektronik für den Mercedes eVito liefert und welcher Zulieferer das beim IONIQ5 ist. Eigentlich müsste es doch auch für sowas Fachzeitschriften und Fachforen geben? Vielleicht tummeln sich ja auch Mitarbeiter aus den Entwicklungsabteilungen eines solchen Zulieferers hier im Forum?

Der einzige Artikel, den ich bisher zu nachrüstbarer Ladeelektronik beim Mercedes gefunden habe ist der hier (laut Mercedes Niederlassung ist die hier beschriebene DC-Ladenachrüstung aber nicht beim eVito möglich, wenn diese bei Auslieferung nicht schon verbaut war)
https://www.electrive.net/2020/05/1...eraete-koennen-bei-phev-nachgeruestet-werden/
Leider schweigt sich der Artikel darüber aus, wer der eigentliche Hersteller der Ladeelektronik ist. Sonst könnte man dort mal anfragen, ob da zusätzliche Schnittstellen vorhanden sind.

Ich habe ja große Hoffnung, dass es mit größerer Verbreitung von Elektrofahrzeugen auch immer mehr Zubehörfirmen geben wird, die Nachrüstlösungen für Elektroautos anbieten (z.B. größere Akkus, neue Ladeelektronik etc etc)
 

propofol

Neues Mitglied
27.09.2022
3
Ein Punkt ist mir gerade noch eingefallen:
Gerade bei den Elektrofahrzeugen der letzten 10 Jahre, die noch eine geringe Reichweite aufwiesen, wurde ja teils auf einen RangeExtender gesetzt. Wie speist der RangeExtender denn seine Energie ein? Wie ist das z.B. beim BMW i3? Geht da die vom Verbrennungsmotor erzeugte elektrische Energie direkt an den Elektromotor oder wird diese im Akku zwischengespeichert? Wieviel Volt liefert denn der RangeExtender? Direkt 400V?
 

autarc

Neues Mitglied
22.08.2018
29
16341
Für einen Städter in Mietswohnung aber Transporter / Van vor der Tür macht PV-Dach Sinn, mobil auf dem Dachgepäckträger, z.B. beim eVito, lassen sich problemlos 800 Wp. montieren ( kein TüV oder sonstigen Genehmigungen erforderlich )
Erst ab ca. 80 km/h steigt der Widerstand / Verbrauch expotentionell,
bis dahin kaum messbarer Mehrverbrauch

Was 800 Wp bringen können zeigt die Grafik, hier das verregnete 2016
siehe PDF Grafik Monatsdaten 2016
für die Planung:
Spitzentagesertrag ( Mai bis Juli ) sind um die 5 kWh möglich
Jahresertrag von 1992 bis 2021 lag zwischen 585 - 780 kWh
ab 2015 Lithium-Akku, der umgebauter Kleintransporter ( 21 kWh/100km ) verbrauchte 1.500 kWh ab Steckdose, also doppelt soviel wie per PV erzeugt, heute ( E-UP ) im Limit

Laden direkt während der Fahrt möglich, Eingriff ins BMS ( E / E ),
wer es kann wird dies nicht publizieren, sondern ist eingekauft und am vermarkten ( z.B. Frauenhofer bei Sono - Solar )

Für den Hobbyhandwerker sehe ich hier momentan keine Chance

Was vielleicht in naher Zukunft machbar wird.
Dazu eine CCS - Dose parallell nach innen verlegen
Dann über eine Gleichstromladeeinheit mit Anpassung des BMS / Relais
den erzeugten PV-Strom über diese CCS direkt, auch während der Fahrt laden.
Momentan wird die Ladeeinheit auf einer Afrika-Reise getestet und optimiert.
( 40.000 km bis Kapstadt, nur mit eigener moiler ca. 3 kWp -Anlage )

Das Bild dokumentiert wie gerade PV über CCS direkt 1,5 kWp / 4 A ins Auto geladen werden
800 Watt Module lassen sich problemlos zu 400 V verschalten

Eine persönliche Anmerkung,
MPP könnte / ist hier Problem, zwei Regelkreise, geht meist nie gut,
tippe daher auf PV- Steuerung ( Strom ) über Lichtsensoren.
 

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    CCS- PV-Direktladen.JPG
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Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:

Norbert

Mitglied
19.08.2018
257
79771 Klettgau
Zitat Roland ......Die unten gezeigten Fahrzeuge gibts alle noch, sie müssen aber beide mal wieder fahrtauglich gemacht werden......ist das rechte nicht was Horst sucht ??
 

Berlingo-98

Administrator
23.11.2004
3.920
91365 Reifenberg
@ Norbert:
Schon möglich, dass ihm das Solarmobil des Solarmobil Vereins Erlangen gefallen könnte. Ist aber unverkäuflich. Ist eher ein historisch interessantes Fahrzeug als wirklich alltagstauglich. Ist übrigens im Juni 1986 zugelassen worden und hat dann gleich an der der Tour de Sol in der Schweiz mitgemacht.

Beide Fahrzeuge gehören außerdem nicht mir Ich habe nur seinerzeit an der Solartechnik mitgewirkt.

Dies ist mein eigenes noch real existierendes direktes Solarmobil (Aufnahme vom März 2000)