Boost-Modus bei WARP1 (on Steroids) / Renault Zoe

[poohnet]

Hallo zusammen,

seit ein paar Monaten fährt meine Frau nun auch elektrisch. Ich weiß, die Zoe ist als "Ladezicke" bekannt, d. h. mit 6A oder 7A lädt sie nicht richtig (schon gar nicht dreiphasig) und selbst mit 10A gibt's noch einen recht hohen Blindstromanteil.

Auffällig ist aber, dass ich auch bei einer Vorgabe von 16A trotz aktiviertem Boost-Modus nur auf knapp unter 10 kW Ladeleistung komme - und zwar relativ unabhängig von Akkustand und Temperatur. Mein ID.4 lädt mit gleicher Einstellung mit ca. 10,8 kW, daher denke ich, dass das wahrscheinlich nichts mit meiner zwischengeschalteten CP-Trennung zu tun haben kann (zum Beispiel durch eine "Verfälschung" des PWM-Signals), oder?

Habt ihr hierzu evtl. eine Idee oder einen Tipp? Klar, letztendlich entscheidet das Auto selbst, wieviel Strom es wirklich zieht, die Diskrepanz "Soll <-> Ist" ist gerade über unterschiedliche SOCs aber schon auffällig.

Ansonsten würde ich mal versuchen, den Boost-Modus firmwareseitig vorsichtig zu erhöhen, zumal die Zoe ja bis 22 kW kann...

Besten Dank und Gruß Thomas

[rtrbt]

Je nachdem welche Art Zoe das ist musst du möglicherweise sehr stark korrigieren:

Das ist der Ideale Ladestrom vs. was die Autos wirklich ziehen (die Daten rauschen etwas :D ). Wenn du selbst drin rumzoomen willst: https://github.com/Tinkerforge/warp-charger/blob/master/tools/current_ramp/allowed_vs_effective_3.gp

D.h. wenn du z.b. einen R135 (gelb einphasig, orange dreiphasig) auf 16A zwingen willst, müsstest du ~ 17,25A vorgeben. Das ist aber wenn du ein anderes Auto anschließt viel zu viel.

Der Boost-Modus so wie wir ihn implementiert haben ist genau so viel mehr, wie die Spezifikation das erlaubt.

[poohnet]

Danke Erik, dann bin ich erstmal froh, dass das Verhalten scheinbar nichts mit meinen sonstigen Basteleien zu tun hat 🙃

On 4/17/2024 at 12:52 PM, rtrbt said:

Das ist aber wenn du ein anderes Auto anschließt viel zu viel.

Der Boost-Modus so wie wir ihn implementiert haben ist genau so viel mehr, wie die Spezifikation das erlaubt.

Dass ihr WARP nur gemäß Spezifikation ausliefern könnt, ist absolut verständlich, aber welche Gefahr würde denn bestehen, wenn ich tatsächlich 17A vorgebe?

Der ID.4 hat ja eh nur einen 11 kW-Lader und wenn vielleicht irgendwann einmal ein Gastfahrzeug laden sollte (was in den letzten drei Jahren nur ein einziges Mal vorgekommen ist) und dieses dann auch noch einen 22 kW hätte, würden im schlimmsten Fall diese 17A fließen. Die Zuleitung ist in 6mm² ausgeführt, das 2,5mm² Ladekabel ist mit 20A belastbar und auch der 16A LSS sollte nicht (sofort) auslösen.

Oder habe ich einen Denkfehler?

[rtrbt]

On 4/17/2024 at 1:31 PM, poohnet said:

Dass ihr WARP nur gemäß Spezifikation ausliefern könnt, ist absolut verständlich, aber welche Gefahr würde denn bestehen, wenn ich tatsächlich 17A vorgebe?

Das ist weniger eine Begründung, warum du das nicht tun solltest und mehr eine Erklärung, warum man das Offset des Boost-Modus nicht konfigurieren kann.

Wenn ich einen Worst-Case konstruieren sollte, wäre das vermutlich, dass du für einen Zoe R135 kompensierst (sagen wir mal + 1,5A), und dann ein Model 3 (falls es das mit 22kW-Lader gibt, das habe ich gerade nicht im Kopf) anschließt: Das Model 3 zieht gerne mal 0,5A mehr, als du vorgibst, d.h. du könntest 2A über der Vorgabe liegen.

Wenn dein LSS funktioniert und nicht rausfliegt, sollte (Achtung! Bin nur Software-Entwickler, kein Elektriker) nichts passieren, aber wenn dein Haus abbrennt oder deine Milch sauer wird, ö.Ä. bist du schuld :D

[poohnet]

On 4/17/2024 at 1:52 PM, rtrbt said:

oder deine Milch sauer wird,

DAS wäre definitiv der Worst-Case, denn dann kriege ich Ärger mit meiner Tochter 😂

Spaß beiseite, ich werde mich mal vorsichtig rantasten und versuchen, einen guten Kompromiss zu finden. Ggf. melde ich mich hierzu dann nochmal...

Nochmals besten Dank und Gruß Thomas

[MatzeTF]

Das Ladekabel ist bis 20 A zugelassen, die Zuleitung mit 6 mm² sogar noch höher. Begrenzender Faktor ist allein der LS. Wenn du einen B16 verbaut hast, musst du ab 18 A damit rechnen, dass der rausfliegt. Das bezieht sich auf eine Temperatur von 30 °C im Sicherungskasten. Ist der Sicherungskasten im Keller, klappen vielleicht auch 19 A. Ist er in der Garage und dort herrschen sommerliche Temperaturen, hast du vielleicht nur 17 A. Am sichersten wärst du unterwegs, wenn du den LS gegen einen B20 austauscht. Achte darauf, einen dreipolig abschaltenden LS zu verwenden, keine drei einpoligen. Dann ist alles für 20 A ausgelegt und du kannst dir überlegen, ob du 18 A freigibst oder gleich auf 20 A gehst und deine 11 kW-Wallbox effektiv zu einer 14 kW-Wallbox machst. Technisch sollte das sicher sein, allerdings musst du eine Wallbox mit mehr als 11 kW beim Energieversorger anmelden. 😉 Außerdem solltest du bedenken, dass die Leitungsverluste quadratisch mit der Stromstärke steigen. Gerade bei den 2,5 mm² vom Ladekabel wird sich das bemerkbar machen, insbesondere bei einem 7,5 m-Kabel. Dafür ist im Winter beim Laden auf dem Hof der Weg zum Auto immer schnee- und eisfrei. 😜

[poohnet]

Danke auch dir, Matthias! Habe gerade nochmal nachgeschaut: In der UV ist ein 3-poliger C16 verbaut, das stand meine ich damals auch so in der Installationsanleitung für die WARP1.

Die 11 kW sind definitiv ausreichend und eigentlich reichen auch die effektiven knapp 10 kW, denn ob die Schnellladung jetzt 2:20 oder 2:40 Stunden dauert, macht letztendlich keinen wirklichen Unterschied. Mit voller Leistung wird ja sowieso nur dann geladen, wenn der Strompreis gerade günstig ist (und der SOC das hergibt), ansonsten tröpfeln da eher einphasig um die 2 kW rein.

Letztendlich war das somit auch eher eine Verständnisfrage als ein echtes Problem, d. h. ich wollte eigentlich nur ausschließen, dass das etwas mit meiner CP-Trennung mittels Solid-State-Relais zu tun hat.

Andererseits habe ich jetzt, wo die Phasenumschaltung problemlos funktioniert, mit der EVSE-Firmware wieder einen neuen "Spielplatz". Eine 14 kW-Wallbox werde ich aber definitiv nicht draus machen... 🙃

[poohnet]

Gestern Abend habe ich mir die Implementierung des Boost-Modus mal etwas genauer angeschaut.

Letztendlich habe mich nun dazu entschieden, den Duty Cycle nicht fix zu erhöhen, sondern diesen Wert dynamisch zu berechnen, d. h. nur wenn das Auto weniger Strom zieht, als vorgegeben, dann werden maximal 20µs (entsprechend 1,2A) draufgeschlagen...

[MatzeTF]

Basierend auf welchen Daten beschließt du, dass das Auto zu wenig Strom zieht? Gemessener Strom vom Zähler? Wirkleistung? Scheinleistung?

[poohnet]

Ja, genau. Ich würde der Einfachheit halber erstmal die Wirkleistung des Zählers prüfen - wohlwissend, dass die Scheinleistung höher sein kann (wobei ich das bei der Zoe eher bei niedriger Ladeleistung beobachtet habe).

[MatzeTF]

Das Problem dabei ist, dass die Wirleistung den Spannungsabfall der Zuleitung beinhaltet. Kommen bei deiner Wallbox nur noch 220 V an und das Auto lädt schon mit 16 A, siehst du 10560 W. Teilst du das durch 230*3 und schlussfolgerst, dass du bei 15,3 A noch 0,7 A mehr geben kannst, bist du dann in Wirklichkeit schon bei 16,7 A. In unserem alten Firmengebäude kamen teilweise nur 210 V bei den Wallboxen an. Wäre man da von 230 V ausgegangen, wäre man schon 1,4 A drüber gegangen.

Ich habe gerade gestern bei einem Ladevorgang Strom und Leistung verglichen. Da ich sonst immer nur die Leistungskurve im Webinterface der Wallbox gesehen habe, dachte ich, dass das Fahrzeug einfach schwankend Leistung bezieht. Stellte sich heraus, dass der Ladestrom die ganze Zeit konstant war und die Schwankungen in der Leistung nur durch die schwankende Netzspannung verursacht wurden.

Den Ladestrom nur anhand eines Leistungswertes, egal ob Wirk- oder Scheinleistung, einzustellen, halte ich daher für problematisch.

[poohnet]

Du hast natürlich vollkommen recht, die Leistung zu überwachen ist Quatsch, schließlich gibt die Wallbox ja auch keine Leistung vor sondern Strom. Und eigentlich war das ja auch meine ursprüngliche Idee, den vom Zähler gemeldeten Stromfluss zu überwachen und den Boost dynamisch zu erhöhen, wenn weniger Strom fließt, als vorgegeben (natürlich nur innerhalb des sicheren Bereichs, d. h. max. +1A auf die Vorgabe).

[poohnet]

So, "Dynamic Boost" mit Überwachung des Stromflusses (I max von L1, L2 u. L3) ist implementiert und funktioniert nach ersten Tests (eigentlich) sehr gut:

 

Und auch nach einer Phasenumschaltung wird der Strom peu à peu erhöht, bis 99% der Vorgabe erreicht sind:

 

Einzig bei einer Vorgabe von 7 A und einem Boost von 600 mA bricht die Ladung reproduzierbar ab und das Schütz spielt Tik-Tok: 😟

 

2024-04-27 12:09:41,774 | users            | Charger state changed from 1 to 2
2024-04-27 12:09:42,796 | users            | Charger state changed from 2 to 3
2024-04-27 12:10:13,493 | evse_common      | 7000 mA is allowed, but actual current is 6379 mA. Setting boost current to 120 mA.
2024-04-27 12:10:43,497 | evse_common      | 7000 mA is allowed, but actual current is 6481 mA. Setting boost current to 240 mA.
2024-04-27 12:11:13,500 | evse_common      | 7000 mA is allowed, but actual current is 6662 mA. Setting boost current to 360 mA.
2024-04-27 12:11:43,506 | evse_common      | 7000 mA is allowed, but actual current is 6780 mA. Setting boost current to 480 mA.
2024-04-27 12:12:13,511 | evse_common      | 7000 mA is allowed, but actual current is 6856 mA. Setting boost current to 600 mA.
2024-04-27 12:12:14,959 | users            | Charger state changed from 3 to 2
2024-04-27 12:12:19,981 | users            | Charger state changed from 2 to 3
2024-04-27 12:12:21,000 | users            | Charger state changed from 3 to 2
2024-04-27 12:12:36,030 | users            | Charger state changed from 2 to 3
2024-04-27 12:12:37,048 | users            | Charger state changed from 3 to 2
2024-04-27 12:12:42,068 | users            | Charger state changed from 2 to 3
2024-04-27 12:12:43,087 | users            | Charger state changed from 3 to 2
2024-04-27 12:12:47,108 | users            | Charger state changed from 2 to 3

 

@MatzeTF @rtrbt

Kann es sein, dass die Kalibrierung hier evtl. noch etwas angepasst werden muss? Mit den Standardwerten lädt der ID.4 mit 6-7A nämlich überhaupt nicht.

Ich werde später auf jeden Fall nochmal schauen, wie sich die Zoe verhält...

 

EDIT: Mittlerweile habe ich auch die Zoe erfolgreich mit verschiedenen Stromstärken geladen (sowohl ein- als auch dreiphasig) und keinerlei Probleme festgestellt. Mit einem Boost von 960 mA komme ich nun bis auf 15,8 A Ladestrom…   😀

 

bearbeitet April 27, 2024 at 17:01 von poohnet

[rtrbt]

On 4/27/2024 at 12:53 PM, poohnet said:

Kann es sein, dass die Kalibrierung hier evtl. noch etwas angepasst werden muss? Mit den Standardwerten lädt der ID.4 mit 6-7A nämlich überhaupt nicht.

Das ist gut möglich. Starte mal ein Ladeprotokoll und gehe dann von 16A bis 6A alle 10-15 Sekunden ein Ampere runter. (Am besten ohne deinen dynamischen Boost-Modus ;) ) Ich würde erwarten, dass du dann im Protokoll beim gemessenen CP-Widerstand siehst, dass er nach steigt, wenn der erlaubte Strom sinkt.

Wenn du das für ID.4 und Zoe machst, können wir nochmal nachkalibrieren.

[poohnet]

Moin @rtrbt,

anbei die Ladeprotokolle für den ID.4 sowie die Zoe (ohne Boost). Wenn ihr da bei Gelegenheit nochmal drüber schauen und eine neue Kalibrierung berechnen könntet... 🙃

Vielen Dank, viele Grüße und einen schönen Feiertag
Thomas

 

evse-debug-protocol-id4.txt evse-debug-protocol-zoe.txt

[rtrbt]

Laut Log hat der ID.4 das Problem jetzt nicht mehr. Der gemessene CP-Widerstand steigt zwar etwas, das ist aber noch okay. (Der Schwellwert zwischen C und B liegt bei 1790). Den erlaubten Ladestrom habe ich durch 10 geteilt, damit man im Diagramm was sieht.

Hast du das schnelle Schützschalten nur wenn du <= 7 A erlaubst und dann den ID.4 ansteckst? Dann könnte es sein, dass der ID.3-Modus nicht mehr richtig funktioniert. Hast du mit deinem Boost ungefähr hier etwas geändert:

https://github.com/Tinkerforge/evse-bricklet/blob/1892e31a648db0700fc45a944992ddc9f9077730/software/src/iec61851.c#L202

bzw.

https://github.com/Tinkerforge/evse-bricklet/blob/1892e31a648db0700fc45a944992ddc9f9077730/software/src/ads1118.c#L230

?

Zieh am besten noch ein Ladeprotokoll von der Situation mit dem Schütz-Tick-Tock. Vielleicht sehen wir da mehr.

[poohnet]

Bislang habe ich dieses Problem nur beim ID.4 und auch nur bei geringen Ladeströmen gesehen. Ich werde aber später nochmal versuchen, das Problem zu reproduzieren und dabei das Ladeprotokoll erstellen.

Am ID.3-Modus habe ich nichts geändert, "lediglich" die hartcodierten +4 µs auf den Duty Cycle durch einen per API ("set_boost_current()") setzbaren Wert im Bereich 0 bis 20 µs ersetzt:

 software/src/evse.c | 13 ++++++++++---
 1 file changed, 10 insertions(+), 3 deletions(-)

diff --git a/software/src/evse.c b/software/src/evse.c
index 9739c49..b81cb47 100644
--- a/software/src/evse.c
+++ b/software/src/evse.c
@@ -388,10 +388,16 @@ void evse_factory_reset(void) {
 	NVIC_SystemReset();
 }
 
+static uint16_t evse_get_adc_boost_for_ma(uint16_t ma)
+{
+	return BETWEEN(0, ma/60, 20);
+}
+
 uint16_t evse_get_cp_duty_cycle(void) {
+	uint16_t adc_boost = evse_get_adc_boost_for_ma(evse.boost_current);
 	uint16_t duty_cycle = (64000 - ccu4_pwm_get_duty_cycle(EVSE_CP_PWM_SLICE_NUMBER))/64;
-	if((duty_cycle >= 4) && (duty_cycle != 1000) && evse.boost_mode_enabled) {
-		return duty_cycle - 4;
+	if((duty_cycle >= adc_boost) && (duty_cycle != 1000) && evse.boost_mode_enabled) {
+		return duty_cycle - adc_boost;
 	}
 
 	return duty_cycle;
@@ -402,7 +408,7 @@ void evse_set_cp_duty_cycle(const uint16_t duty_cycle) {
 	// If boost mode is enabled we add 4us to the duty cycle. This means that we are still within the standard.
 	uint16_t adc_boost = 0;
 	if((duty_cycle != 0) && (duty_cycle != 1000) && evse.boost_mode_enabled) {
-		adc_boost = 4;
+		adc_boost = evse_get_adc_boost_for_ma(evse.boost_current);
 	}
 
 	const uint16_t current_cp_duty_cycle = evse_get_cp_duty_cycle();
@@ -447,6 +453,7 @@ void evse_init(void) {
 	evse.config_jumper_current_software = 6000; // default software configuration is 6A
 	evse.max_current_configured = 32000; // default user defined current ist 32A
 	evse.boost_mode_enabled = false;
+	evse.boost_current = 0;
 
 	evse_load_calibration();
 	evse_load_user_calibration();

 

[poohnet]

Ich habe gerade zwei Tests gemacht und eine sehr interessante Erkenntnis gewonnen:

1. Ausgehend von 6 A und ohne Boost die Vorgabe jeweils um 120 mA erhöht, dabei gab es keine Probleme.
2. Bei einer Vorgabe von 6 A lag die Stromaufnahme bereits bei 6,1 A, bei 7 A Vorgabe aber nur bei 6,3 A. Somit hat der Boost dann peu à peu jeweils 2 µs draufgeschlagen, bis bei 10 µs (d. h. 600 mA) die Ladung wieder abgebrochen ist.

 

Somit muss das irgendwie doch mit der Implementierung bzw. dem Timing des Duty Cycle zu tun haben... 😟

 

EDIT: Problem (erstmal) gelöst - anstelle den Duty Cycle in "evse_set_cp_duty_cycle()" zu manipulieren (und dies in "evse_get_cp_duty_cycle()" wieder rückgängig zu machen), wird zum Sollstrom nun einfach der Boost addiert:

 software/src/iec61851.c | 4 ++++
 1 file changed, 4 insertions(+)

diff --git a/software/src/iec61851.c b/software/src/iec61851.c
index 309be35..f4dda42 100644
--- a/software/src/iec61851.c
+++ b/software/src/iec61851.c
@@ -125,6 +125,10 @@ uint16_t iec61851_get_duty_cycle_for_ma(uint32_t ma) {
 		return 1000; 
 	}
 
+	if (evse.boost_mode_enabled) {
+		ma += evse.boost_current;
+	}
+
 	uint32_t duty_cycle;
 	if(ma <= 51000) {
 		duty_cycle = ma/60; // For 6A-51A: xA = %duty*0.6

 

Damit ist der ID.4 dann happy und im Low-Level-Zustand des EVSE sieht man den tatsächlich anliegenden Wert...

 

evse-debug-protocol-id4-boost.txt evse-debug-protocol-id4-manuell.txt

bearbeitet May 2, 2024 at 15:15 von poohnet