- Kontext
- Eigenprojekt
- Ladeleistung
- 2.8 – 9 kW, zwei- und dreiphasig
- Umfang
- Hardware, Firmware und Integration
- Technologien
- Arduino, Ethernet, MQTT, Home Assistant
Ausgangslage
Kommerzielle Wallbox-Systeme sind häufig geschlossene Systeme, bei denen Funktionen wie PV-optimiertes Laden nur eingeschränkt oder über Cloud-Dienste verfügbar sind.
Ziel des Projekts war eine eigene Wallbox mit vollständiger Kontrolle über die Funktion und lokaler Integration in Home Assistant, ohne externe Abhängigkeiten. Die Wallbox führt dabei keine eigene Optimierung aus, sondern setzt die von Home Assistant vorgegebene Ladestufe um.
Anforderungen
- Lokale Steuerung: Anbindung ohne Cloud über MQTT an Home Assistant
- PV-optimiertes Laden: Ladeleistung in festen Stufen, vorgegeben vom zentralen Lademanagement
- Phasenumschaltung: Zwei- und dreiphasiger Betrieb mit Strömen von 6 bis 13 A. Einphasiges Laden wurde bewusst nicht umgesetzt, da es im praktischen Betrieb keinen relevanten Vorteil brachte.
- Sicherheit: Strombegrenzung und Verriegelung unabhängig von der externen Steuerung
- Ausfallsicherheit: Manueller Betrieb mit festen Parametern, wenn das Netzwerk ausfällt
Systemaufbau
Die Wallbox ist in die bestehende Energieinfrastruktur eingebunden. Energiezähler, Photovoltaik-Wechselrichter und Verbrauchsdaten werden zentral in Home Assistant zusammengeführt.
- Steuerung: Arduino UNO mit W5100 Ethernet-Shield für Steuerung und Kommunikation.
- Fahrzeugkommunikation: Pulsares EV SimpleCharge Controller, der Sicherheitsfunktionen wie Strombegrenzung und Verriegelung direkt überwacht.
- Leistungsteil: Leistungsschütze schalten die Phasenkonfiguration um, ein Hauptschütz gibt den Ladevorgang sicher frei. Relaismodule bedienen Hilfs- und Steuerkreise.
- Messung: Ein Energiezähler erfasst den Stromverbrauch in Echtzeit.
- Bedienung: Bedienfeld mit Schalter und Statusanzeigen. Ein Steckerhalter mit Schalter erkennt das eingesteckte Ladekabel und schaltet die Wallbox im Ruhezustand vollständig ab.
Software und Lademanagement
Die Entscheidungen über Ladeleistung, Netzbezug und PV-Überschuss erfolgen vollständig in Home Assistant. Die Wallbox setzt nur um, was sie über MQTT erhält.
- Ladestufen: Eine empfangene Zahl definiert den Betriebszustand. Der Wert 0 deaktiviert den Ladevorgang, die weiteren Stufen entsprechen festen Strom- und Phasenkonfigurationen: zweiphasig 6–13 A (2.8–6 kW) und dreiphasig 6–13 A (4–9 kW).
- Umsetzung: Der Arduino wandelt die Ladestufe in ein PWM-Signal für den SimpleCharge Controller um und schaltet die Leistungsschütze deterministisch, ohne zusätzliche lokale Logik.
- Rückmeldung: Ladevorgang, Steckerstatus und Ladeleistung werden an Home Assistant gemeldet, für Monitoring und Logging.
- Fehlerfall: Fällt die Netzwerkverbindung aus, zeigt eine Status-LED den Fehler an. Ein manueller Modus erlaubt das Laden unabhängig vom Netzwerk.