In letzter Zeit habe ich mich auf dem Blog intensiver mit der Ladeinfrastruktur von openWB beschäftigt (siehe hier) und mittlerweile auch bereits einen Teil meiner vorhandenen Installation ersetzt, da ich das modulare Konzept und die technischen Funktionen der Pro-Ladesäule wirklich sexy finde.

Da ich es nach etwas konzeptioneller Vorarbeit geschafft habe die openWB mit einem Tesla-Ladekabel inkl. Charge-Port-Opener zu pimpen, möchte ich die notwendigen Schritte heute einmal in diesem Blogpost festhalten und die notwendigen technischen Zusammenhänge erklären.

Primär einmal für mich, um selbst eine Doku für später zu haben – denn ich denke, dass nicht viele diesen Aufwand betreiben werden, sowas selbst umzusetzen, oder?

Da ich jetzt bereits öfter gefragt wurde: Jep, ihr könnt mich supporten, indem ihr eure openWB über meinen Partnerlink bezieht – einfach über machfolgende URL einsteigen: openWB Pro (Affiliate-Link) – Danke für euren Support! 😘

Bisherige Installation auf Basis von Tesla Wallconnector Gen2

Ich habe ja bereits zwei Tesla Wallconnector Gen2 am Solarcarport (hier vorgestellt) hängen, um unser mittlerweile über vier Jahre altes Model 3 und hin und wieder auch E-Auto-Besucher parallel mit Strom zu versorgen.

In der Zwischenzeit ist nun auch ein Model Y dazugekommen, wodurch beide Ladeäulen intensiv genutzt werden. Insbesondere bei einer kombinierten Jahresfahrleistung von knapp 40k+ km, wobei ein Großteil davon eben Zuhause geladen wird.

Details zum Energieverbrauch und -herkunft in einem späteren Blogpost.

Die Tesla Wallconnector hatte ich bereits vor knapp zwei Jahren mit einer externen Steuerung sehr aufwändig gepimpt, um eine automatische Phasenumschaltung zu realisieren – je nachdem, wieviel PV-Überschuss zur Verfügung steht. Details dazu u.A. im Blogpost Pimp My Wallbox – Phasenumschaltung nachrüsten, aber wie?

Die Unterverteilung dafür war dabei bereits recht umfangreich…

Die automatische Ansteuerung hat mit der lange erarbeiteten Loxone-Steuerungslogik auch super geklappt, nur zielte mein Konzept die ganze Zeit primär darauf ab eine Ladesäule zu automatisieren. Hier mal nur eines von mehreren “Blättern” aus der Loxone Config, um einen kleinen Eindruck von der Komplexität zu erhalten:

Skalierung durch openWB-Lösung

Mit dem zweiten Tesla kam nun jedoch die Anforderung dazu, dass auch die zweite Ladesäule passgenau Strom liefert. Und genau das war mein größter Knackpunkt. Meine Loxone-Config war eh bereits zugemüllt mit zig Regelschleifen, um nur die eine Wallbox zu steuern. Das “hochzuskalisieren” auf die zweite Wallbox wäre ein Ding der Unmöglichkeit gewesen. Oder zumindest ultra zeitaufwändig…

Praktisch in diesem Moment, dass Frank von openWB unabhängig davon vor einigen Monaten auf mich zukam und fragte, ob ich mir nicht deren neue openWB-Lösung inkl. Software v2 anschauen und quasi als “Beta-Tester” darüber berichten möchte. Nach kurzer Abstimmung war klar, dass die openWB Pro genau die richtige Kiste für meine Anforderungen ist. Denn diese kann einfach ALLES, was man sich nur wünschen könnte.

Zum einen eine automatische Phasenumschaltung, um passgenau den PV-Überschuss ins Auto laden zu können.

Zum anderen erlaubt sie auch das Auslesen der Fahrzeug-MAC-Adresse, um sehen zu können, welches Fahrzeug gerade mit dem Ladestecker angeschlossen ist.

Seit Neuestem kann sie sogar den SoC im Moment des Ansteckens auslesen und in der openWB-Software bereitstellen. Das kann nicht jedes Fahrzeug, bei unseren Teslas (Model 3 und Model Y) klappt das aber ohne Probleme. Perspektivisch ermöglicht die openWB Pro sogar bidirektionales Laden nach ISO15118, sofern dieses Thema endlich mal regulatorisch aus dem Knick kommt und natürlich auch die Fahrzeugs dies unterstützen. Ein Zukunftsthema, für das die Ladesäule aber zumindest schon mal vorbereitet ist.

Darüber hinaus basiert das openWB-Konzept aber eben auch darauf, dass die Software mehr als eine Wallbox “managen” kann, sodass auch zwei oder mehrere Ladesäulen intelligent gesteuert werden können, um passgenau die Fahrzeuge so zu laden, wie es dem Anwender sinnvoll erscheint. Dafür gibt es auch mehrere Modi (z.B. PV oder Zielladen), auf die ich jedoch an dieser Stelle noch nicht genau eingehen möchte.

Also adressiert openWB genau mein “Problem”, mehr als eine Ladesäule ansteuern zu können. Die Logik, die ich vorher mühevoll in Loxone für eine Wallbox aufgebaut habe, fällt bei openWB einfach “vom Himmel” – und noch viel mehr…

SoC auslesen – inkl. kurzem API-Exkurs

Denn die Software berücksichtigt bspw. je nach Lademodus auch den aktuellen SoC des angeschlossenen Fahrzeugs. In meinem Fall eben im Moment des Ansteckens über das AC-Ladekabel und danach über die eingebundene Tesla API, über welche man den Ladestand regelmäßig abholen kann. Ohne API-Anbindung kann openWB aber sogar anhand des “Ansteck-SoC” die reale SoC-Entwicklung während des Ladens simulieren – Mega!

Praktisch ist bei der API-Anbindung insgesamt, dass sich dies auch über eine MQTT-Integration in der openWB-Software lösen lässt, denn die SoC-Abfrage habe ich bspw. bereits über NodeRED ausgelagert.

Hintergrund ist u.A., dass die Abfrage der Tesla API nicht sooo trivial ist, zumindest dann, wenn man regelmäßig den SoC aktualisieren, das Fahrzeug aber nicht aufwecken möchte, was unnötig Strom frisst. Hier gibt es nämlich zwei Abfragemöglichkeiten.

Mit der “Basic-Abfrage” lässt sich die Info vom Tesla-Server abholen, ob das Fahrzeug gerade schläft oder nicht. Sofern das Fahrzeug schläft, wird es jedoch nicht aufgeweckt.

Mit der “Advanced-Abfrage” lassen sich dann alle fahrzeugrelevanten Infos (gefühlt über 100) abholen, u.A. eben auch der SoC. Wird diese Anfrage getriggert, wird das Fahrzeug aber auch aufgeweckt (und ist dann knapp über 10 Minuten wach). Zwar nicht immer, da Tesla hier in der Zwischenzeit immer wieder neue interne Regeln nachsteuert, sodass das Fahrzeug nicht dauernd “wach” bleibt trotz laufender Abfragen. Meine Erfahrung ist jedoch, dass man hier dennoch etwas aufpassen muss, damit das Auto wirklich wieder einschlafen kann. Denn sonst frisst das Fahrzeug kontinuierlich um die 200-300W, was den Akku über den Tag völlig unnötig runterzieht. Im schlimmsten Fall verliert man so mehrere Prozent SoC an einem Tag…

Deshalb kümmert sich eben meine eigene Logik um die “intelligente” Abfrage der Tesla-API und openWB bekommt über MQTT dann nur noch den SoC übermittelt, sobald sich dieser ändert.

Charge-Port-Opener 4 the win!

Aber zurück zum Thema. Es war also klar, dass die openWB Pro installiert werden sollte, um den ganzen “Fancy Shit” nutzen zu können. Aber eine wichtige Komponenten fehlte dabei noch: Der Charge-Port-Opener!

Eine kleine unscheinbare Taste am Ladestecker selbst ermöglicht es die Tesla-Ladeklappe zu öffnen (auch bei schlafendem Auto und ohne Fahrzeugschlüssel), um den Ladevorgang mit nur einer Hand easy starten zu können.

Und wenn der Ladestecker dann in der Fahrzeugladebuchse verriegelt ist, ermöglicht sie bei einem weiteren Tastendruck den Ladevorgang zu stoppen und die Verriegelung zu lösen, um den Ladestecker wieder entfernen zu können (vorausgesetzt die Fahrzeugtüren sind entriegelt oder ein Fahrzeugschlüssel aka gekoppeltes Smartphone befindet sich direkt am Fahrzeug).

Was sich nicht nach einer großen Sache anhört, ist im täglichen Gebrauch aber so enorm praktisch, dass ich das nach über vier Jahren nicht mehr missen möchte. Und meine bessere Hälfte würde mir instant an die Gurgel springen, wenn diese liebgewonnene Funktion auf einmal wegfallen würde. Zu Recht! 😀

Schaltplan für den Charge-Port-Opener-Pimp ausarbeiten

Deshalb ging es darum herauszufinden, wie die “Magie” im original Tesla-Ladekabel bzw. -stecker funktioniert, um danach die openWB entsprechend aufzumotzen, um das Tesla-Ladekabel dort mit dem Charge-Port-Opener weiterhin nutzen zu können.

Als ich dabei in die Untiefen diverser Foren (z.B. im TFF-Forum hier oder hier) abtauchte und darüber sinnierte, wie eine funktionierende Lösung aussehen könnte, kam mir recht schnell die Idee, dass es doch cool wäre, wenn man die bestehende Tesla-Ladesäulen-Optik (also Ladekabel und Ladesäule) weiter nutzen und die openWB “einfach” logisch vorschalten könnte, um davon optisch gar nichts sehen zu müssen. Denn der viereckige Kasten – aka openWB Pro – ist gelinde gesagt einfach kein wirklicher Augenschmaus. Aber die inneren Werte überzeugen dafür doppelt! 😀

Also war klar, dass diese Optik-Anforderungen auch noch umgesetzt werden müssen…

Praktisch war dabei auf jeden Fall, dass ich bei den installierten Tesla Wallconnectoren ja eh bereits eine Logik vorgeschaltet hatte und entsprechend im Schuppen hinter dem Carport die Ansteuerungslogik in eine kleine Unterverteilung gepackt hatte, von der aus ich alle Strom- und Datenleitungen von und zu den vorhandenen Ladesäulen hatte anzapfen können.

Ok, also stand der Plan das Ganze einmal für die erste Ladesäule prototypisch umzusetzen und bei Erfolg die zweite Ladesäule “nachzuziehen”, um eine einheitliche Ladelösung mit openWB als “Mastermind” nutzen zu können.

Nachdem ich genug recherchiert hatte, war klar, dass es technisch gesehen eigentlich gar nicht so ultra aufwändig ist – man muss eben nur wissen, welche paar Kabel wie genau zusammengeschaltet werden müssen. Wie immer eigentlich… Jedenfalls habe ich dann folgenden “Schaltplan” entworfen:

Aber alles Schritt für Schritt…

AC-seitige Integration

Von meiner zentralen dreiphasigen Zuleitung mit 10mm2 und einem LSS mit 32A aus dem häuslichen Schaltschrank (Hausverteilung) geht es dabei erstmal in die openWB selbst. Hier ist übrigens ein wirklich “deluxxer” RCD vom Typ CHINT NL210 verbaut, der alle modernen Sicherheitsanforderungen erfüllt und dabei Ladeprobleme auf ein Minimum reduziert – insbesondere bei Fahrzeugen, die bei Umschaltungen zickig reagieren.

Dann kommen die Relais bzw. Schütze, an die normalerweise direkt das Ladekabel inkl. -stecker angeschlossen wird. Bei der openWB liegt ein solches Ladekabel auch bei, aber das wollte ich an dieser Stelle ja nicht nutzen.

Stattdessen geht es jetzt über eine fünfadrige Leitung mit 6mm2 weiter zum Tesla Wallconnector. Diese Zuleitung wird im Inneren des Tesla Wallconnector aber gänzlich getrennt und separat auf passende Phoenix-Klemmen gelegt.

Nun wird das original Ladekabel im Tesla Wallconnector komplett abgetrennt und stromseitig mit den Phoenix-Klemmen verbunden. Praktischerweise ist im Gehäuse des Tesla Wallconnector genug Platz dafür, sodass zu diesem Zweck keine Komponenten entfernt werden müssen. Theoretisch liese sich später also alles auch wieder zurückbauen, wenn man denn wollte.

Nicht von obiger Abbildung verwirren lassen. Das Tesla-Labekabel bzw. dessen Adern wurden vor dem Verbindung mit der Zuleitung aus dem ABB-Schütz des Tesla Wallconnector entfernt. Die Abbildung dient primär dazu den konzeptionellen Leitungsweg nachvollziehen zu können…

So sieht man übrigens nochmal ganz gut den ABB-Schütz im TWC, der glaube ich sogar baugleich zu den beiden Schützen der openWB Pro sein sollte…

Integration der Daten- und Steuerleitungen

Der etwas schwierige Part sind jetzt noch die Daten- und Steuerleitungen des Kabelkabels, welche ebenfalls vom Tesla Wallconnector getrennt werden und nun neu verdrahtet werden müssen, damit später auch alle Funktionen vorhanden sind.

Damit überhaupt etwas funktioniert, müssen der CP (Contact Pilot) und PP (Proximity Pilot) korrekt angeschlossen werden, wobei die meisten Ladekabel mittlerweile nur noch den CP-Pin haben, welcher über ein PWM-Signal dem Auto mitteilt, wieviel Leistung bzw. wieviel Ampere (6-32) es über den Typ2-Stecker ziehen darf. Oder bei einem CP-Interrupt die Ladung komplett stoppen soll.

Die OpenWB Pro kann über den CP aber auch eine High-Level-Kommunikation mit dem Fahrzeug aufbauen, wie es bspw. bei DC-Ladesäulen gängig ist, wodurch eben auch weitere Fahrzeugdaten, wie MAC-Adresse und SoC ausgelesen werden können. Perspektivisch wird dann eben auch das bidirektionale Laden (V2G) möglich…

Dieser CP-Pin (lila) wird dann einfach mit dem passenden Gegenstück auf openWB-Pro-Seite verbunden. Das ist die graue Reihenklemme zwischen der PE-Reihenklemme und dem Schütz.

Auch hier nicht vom Schaubild täuschen lassen. Alle Datenleitungen wurden komplett vom Tesla Wallconnector getrennt. Dessen Platine verweilt am Ende quasi ohne jede Verbindung zur Außenwelt im Gehäuse.

Der PP-Pin (orange) sagt dem Fahrzeug dann über einen Widerstand, wieviel Ladeleistung das Ladekabel überhaupt verträgt. Beim Tesla Wallconnector Gen2 sind noch 6mm2 verbaut, wodurch ohne Probleme 32A möglich sind. Und das ist insbesondere für einphasiges Laden interessant, da der Tesla zwei der drei einphasigen Ladegeräte zusammenschalten kann.

Jedenfalls wird der PP-Pin über einen 220 Ohm-Widerstand mit PE verbunden, wodurch eben 32A freigegeben werden. Theoretisch könnte man hier aber auch einen anderen Widerstand einbauen, um die Leistung künstlich zu drosseln. BTW: Der Tesla Wallconnector Gen3 bzw. dessen Ladekabel hat dünnere Leitungen und kann bzw. darf – soweit ich weiss – nur bis 16A belastet werden.

Dann haben wir noch den Pin des Charge-Port-Opener (rot), welcher mit 3,3V Betriebsspannung versorgt werden muss, um seine Funktionalität bereitzustellen. Hier habe ich “einfach” das vorhandene 12V-Netzteil in der openWB Pro hergenommen und einen Stepdown-Adapter (Affiliate-Link) für wenige Euro eingebaut, welcher dann eben 3,3V ausgibt. Sicherheitshalber habe ich diesem noch eine 0,5A Glassicherung aus diesem Set (Affiliate-Link) verpasst, was eigentlich in keiner DIY-Sammlung fehlen darf..

Der letzte Pin (schwarz/weiss) des original Tesla-Ladekabels kann wohl noch die Temperatur am Ladestecker selbst messen. Das ist vermutlich praktisch, sofern es hier Kontaktprobleme gibt und durch hohe Widerstände hohe Temperaturen entstehen. Da die openWB – und vermutlich so gut wie jede andere Ladesäule auch – dafür jedoch keinen passenden Eingang hat, habe ich diesen Pin einfach mit einer Wago-Klemme “terminiert”. Schade, aber ist eben so.

Als Datenleitung zwischen Tesla Wallconnector und openWB Pro habe ich übrigens das vorhandene, nun freigewordene 8-adrige CAT7-Netzwerkkabel (Affiliate-Link) genutzt, bzw. eben zwei Adern davon (einmal für CP und einmal für den Charge-Port-Opener).

WLED-Pimp zwecks Ladevisualisierung in der Ladesäule

Sechs Adern sind noch frei, von denen ich dann später noch drei Adern benötige (5V, GND, Data), um ein WLED-Lauflicht zu realisieren. Denn das vorhandene grüne Lauflicht des Tesla Wallconnector ist ab jetzt ja komplett totgelegt. Und das geht so natürlich nicht…

Hier habe ich deshalb bereits einen passenden Adapter gesigned und gedruckt, um die vorhandene Platine zu ersetzen. Dann auch mit RGB-Farbraum und passgenauer Ansteuerung jeder LED…

Oben die original LED-Seite aus dem TWC Gen2 und unten mein Nachbau, den man easy ins Gehäuse des Tesla Wallconnector einschrauben kann. Gesteuert wird das dann später per Loxone.

Mehr Details inkl. Ansteuerung per ESP32-Controller aber erst in einem späteren Blogpost, da dies den Rahmen hier sprengen würde.

Funfact: Hier habe ich seit dem letzten Fritzbox-Update immer noch massivste Probleme meine geliebten ESP32-Controller mit Netzwerkschnittstelle – aka WT32-ETH01 (Affiliate-Link) – betreiben zu können. Nach einer Minute starten die Controller immer neu. Dieses Problem hat irgendwas mit dem verwendeten Netzwerk-Stack zu tun – eine Lösung habe ich jedenfalls bisher noch nicht finden können. Und habe mittlerweile bereits die wichtigsten WLED-Controller im Haus temporär auf ESP8266 umgebaut – die laufen nämlich. Ultra nervig! Wer hier mehr weiss bzw. einen Tipp hat, gerne hier mit Infos! Denn ich möchte die Ladevisu baldmöglichst mit dem ESP32 pimpen…

Vom Prototyp hin zur Produktivumgebung

So sah das Ganze übrigens beim ersten Ladeversuch aus. Noch recht wild, aber war ja auch nur ein Test…

Hier sieht man auch die die angesprochenen Phoenix-Klemmen zwischen openWB und Tesla Wallconnector bzw. dessen Ladekabel, welche als AC-seitige “Schnittstelle” dienen.

Mittlerweile hängt die erste openWB Pro bereits fertig installiert an der Wand. Rechts daneben ist meine bisherige Ansteuerung, die ich nun nach und nach “zurückbauen” werde, sobald die zweite OpenWB ebenfalls an die Wand kommt.

Verlegt habe ich übrigens durchgehend H07RN-F 5×6,0 mm² (Affiliate-Link), um den Anforderungen im Außenbereich gerecht zu werden. Der dicke Gummimantel macht außerdem einen wirklich guten Eindruck, sodass ich hier auch kein Problem darin sehe, wenn mal direkt daneben ein Netzwerkkabel (auch mit dickerem Mantel für den Außenbereich) im selben Kabelkanal verlegt ist. Hier habe ich übrigens immer mindestens 100x60mm Kabelkanäle (Affiliate-Link) verbaut. Aber klar, Kabelkanäle mit Trennsteg (Affiliate-Link) wären vielleicht nochmal aufgeräumter – beim nächsten Mal dann…

Und da ich jetzt bereits öfter gefragt wurde: Jep, ihr könnt mich supporten, indem ihr eure openWB über meinen Partnerlink bezieht – einfach über machfolgende URL einsteigen: openWB Pro (Affiliate-Link) – Danke für euren Support! 😘

Aus meinem täglichen Leben

Ja und das war es dann auch schon. Das “durchgebrückte” Tesla-Ladekabel übernimmt nun die Funktion eines normalen Ladekabels, aber eben erweitert um die Funktion des Charge-Port-Opener. Und die OpenWB Pro kümmert sich im Zusammenspiel mit der Standalone (RPI mit Display) um die passgenaue Ladesteuerung.

Läuft bisher alles wie geschnitten Brot – absolut unspektakulär aber ich weiss es jeden Tag zu schätzen…

Ich habe mittlerweile auch schon eine zweite openWB Pro rumliegen, die in den kommenden Tagen die zweite Ladesäule pimpen wird. Aber das dauert entsprechend lange, wenn man alles einigermaßen ordentlich umsetzen möchte.

Das ganze Thema Ladeinfrastruktur für E-Autos ist für die meisten jetzt vermutlich nicht so ultra spannend, für mich waren die technischen Hintergründe zur Ladesteuerung aber enorm interessant. Ich hatte mich vor zwei Jahren schon mal etwas intensiver mit den technischen Grundlagen der Phasenumschaltung auseinandergesetzt, dieses Mal aber wieder einiges dazugelernt. Und nun mit dem direkten Kontakt zu openWB in Form von Frank kann ich auch direkt beim Profi nachhaken, wenn etwas nicht so klappt, wie es sollte.

Last but not least: SAFETY FIRST!

Zum Schluss auch normal der wichtige Hinweis, dass unbedarftes Arbeiten an “Haushaltsstrom” gefährlich ist solche Installationen nur von ausgebildeten Fachkräften durchgeführt werden dürfen.

Und weiterhin wichtig ist dabei auch zu erwähnen, dass spätestens bei der regelkonformen Anmeldung der Ladesäule beim lokalen Verteilnetzbetreiber ein eingetragener Elektriker notwendig ist, der das Ganze vor Inbetriebnahme mit passendem Messequipment durchcheckt und freigibt.

Denn bei einer Ladesäule fließen später einmal über einen längeren Zeitraum enorme Ströme, die keine Fehler bei der Elektroinstallation verzeihen. Und im Fehlerfall müssen alle Sicherheitsmechanismen ordnungsgemäß arbeiten, um Schäden zuverlässig zu verhindern.