Tanksäulenumbau (aus Benzin mach Strom) (Teil 1)

es war einmal.....

... auf dem Gelände des Bremer Vulkans in Vegesack eine Zapfsäule. Diese wurde nicht mehr benötigt und hat in Form eines Kasten Biers seinen Besitzer gewechselt.
Das ist nun schon viele, viele Jahre her. Bei dem neuen Besitzer sollte sie ein Auto mit Speiseöl versorgen, das dieses zum fahren benötigte. Das tat sie dann auch einige Zeit. Irgendwann hat dann aber der Staat (also ich... l'etat c'est moi) gemeint, er müsse auf Pflanzenöl eine Steuer erheben. Und damit war das Pflanzenöl genauso teuer wie Diesel. Und der Aufwand, mit Pflanzenöl zu tanken, hat sich nicht mehr gelohnt.
Der Besitzer hat nun verzweifelt versucht die Zapfsäule wieder in Lohn und Brot zu bringen. Aber niemand wollte etwas mit der Zapfsäule zu tun haben. Und so verstaubte sie, ölig wie sie war, in einer Garage....

Tag für Tag, Woche für Woche, Monat für Monat, Jahr für Jahr .....

Bis eines Tages ....


... ein elektrisches Auto auf den Hof kam. Und damit mußte etwas geschaffen werden, damit dieses Auto mit Strom versorgt werden konnte. Und so wurde aus dem häßlichen Entlein (Zapfsäule) ein stolzer Schwan (Stromladepunkt).

Über die Verwandlung möchte ich euch hier berichten:

Frei nach der Feuerzangenbowle fange ich jetzt mal an:

Wat is'n 'n Tankstell'?
Da tun wir uns jetzt erst mal ganz dumm....

Ok, also so eine Zapfsäule besteht aus mehreren Komponenten. Aussen das Gehäuse, oben die Anzeige, die Liter und DM anzeigt. An der Seite ein langer Schlauch der über eine Feder geführt wird (ja, es ist eine alte Zapfsäule). Unten in der Säule drin befindet sich die Pumpe und oben in der Anzeige das Rechenwerk. Die Technik stammt aus den 80er Jahren.

Der Schlauch wird ersetzt durch ein Kabel. Die Zapfpistole wird Stilecht einen Typ2 Stecker mit 32 Ampere bekommen und kann an alter Position eingehängt werden. Damit auch andere Fahrzeuge Strom beziehen können, werden noch eine Schuko-Steckdose, eine 32A CEE Dose und eine Typ2 Steckdose auf der anderen Seite der Säule installiert.

Die Anzeige mit der Leuchtstoffröhrenbeleuchtung wird wie in alten Zeiten auch zukünftig seinen Dienst tun können. Statt DM und Liter heißt es dort jetzt Euro und Kilowattstunden, allerdings steht auf den Blechen noch die alte Bezeichnung.

Im unteren Bereich ist ein Teil der Steuerelektronik verbaut. Unter anderem die Ladetechnik für die Typ2 Anschlüsse.

Komponenten

 Impulsgeber


Das Rechenwerk bekommt über einen Durchflußzähler seine Impulse.
Der Durchflußzähler ist eine Art Schaufelrad, durch das der Kraftstoff fließt.
Dieses Rad ist über eine Achse mit dem eigentlichen Impulsgeber verbunden.
Dort wird pro 0,025 Liter 1 Impuls ausgegeben. 4 Infrarot-LED liegen 4 Fotodioden gegenüber. Dazwischen läuft ein Rad mit Einkerbungen. 

Zur Auswertung werden die Dunkelphasen der Scheibe herangezogen. D.h. grundsätzlich müssen immer 3 Fotodioden ein Signal bekommen. Sollten weniger als 3 Fotodioden ein Signal bekommen, dann liefert der Impulsgeber ein Störungssignal (Z.B. bei Ausfall einer LED).

Da sich elektrischer Strom nicht mit Schaufelrädern messen läßt, der Impulsgeber aber benötigt wird, damit das Rechenwerk arbeiten kann, wurde erst einmal die Impulsscheibe entfernt.

Die Impulse werden zukünftig über Optokoppler erzeugt. Da auch der Stromfluß der ursprünglichen LEDs ausgewertet werden (kein Stromfluss = defekter Impulsgeber), musste der normale Spannungsabfall durch eine einfache Diode simuliert werden.
Um sicher eine galvanische Trennung zwischen Rechenwerk der ursprünglichen Tanksäule und der neuen Computertechnik zu bewerkstelligen und weil der Raspberry Pi nur 3,3V Pegel anbietet, wurde ein vierfach-Optokoppler eingebaut.

Beim Raspberry Pi wird jetzt "einfach" wie bei einem Lauflicht pro 10 Wattstunden ein Durchlauf durchgeführt.

Die aktuellen Werte kommen von einem Stromzähler mit D0-Datenausgang. Der Raspberry Pi benutzt die Daten dann z.B. auch um eine Ladekurve zu erstellen. In erster Linie werden aber Strommenge (kWh) und Leistung (Watt) benötigt, die per Telefon während der Ladung erfragt werden können.

Wenn der Ladestrom unter 50 Watt geht, wird die Ladung beendet und der Ladende bekommt einen Anruf, in dem das Ladeende und die bezogene Strommenge mitgeteilt wird.

Rechenwerk und Anzeige




Ein kleiner Film über den Testbetrieb der alten Anzeige mit neuer Technik:
Testbetrieb des Displays
Hier wird der Wert von 'Heute - Bezug EWE' als Grundlage genommen.



Das Rechenwerk ist ein Käfergrab aus den 80er Jahren. Dort mußte nichts verändert werden. Als einziges muß über ein Relais der Start und das Ende des Zählvorgangs initiert werden.
Der Rest läuft über den Impulsgeber.

Die Einstellung des Preises läuft über das "alte" Rechenwerk. Dazu gibt es dort mehrere Tasten über die man neben dem Preis auch die gelieferten "Kraftstoffmengen" abfragen kann.

Anschlußtechnik





Die Ladesäule hat statt des Kraftstoffschlauchs mit Pistole ein Kabel mit Typ2 Stecker (max. 32 Ampere).
Auf der anderen Seite hat die Säule noch eine Typ2 Dose, einen CEE32 Anschluß und eine Schukosteckdose.
Die Anlage ist so ausgelegt das zur Zeit nur ein Anschluß belegt werden kann.












Ansteuerung

Für die Steuerung der Typ2 Anschlüsse (also Kabel mit Stecker und die Dose) wird OpenEVSE eingesetzt. Da es beide Halbwellen des Steuersignals umsetzt, sind die Anschlüsse auch für den Tesla geeignet. Da gleichzeitig nur ein Typ2 Anschluß genutzt werden darf, andererseits aber Kodierwiderstände im Stecker eingebaut sind, dürfen Dose und Kabel nicht einfach parallel geschaltet werden. Dadurch ergibt sich eine recht hohe Anzahl von Schützen im Schaltschrank.




So wird einerseits vom OpenEVSE das Signal zu den Typ2 Anschlüssen geschickt, bzw. empfangen, andererseits aber  seitens des Raspberry Pi, der die Verteilung organisiert und die Kanäle freischaltet.
D.h. nur wenn der Raspberry Pi einen Kanal freigibt (also Dose, Kabel etc.) kann auch OpenEVSE mit dem Fahrzeug kommunizieren. Dadurch ist auch gewährleistet, das jeweils nur ein Anschluß unter Strom steht.


Jetzt geht's los


Am 20. Mai 2014 ist die Säule zum ersten Mal in Betrieb gegangen. Die Tage davor wurde fleissig programmiert, damit die richtigen Schütz reagieren. Außerdem mußte die gesamte Verkabelung in der Verteilung (dem ehemaligen Pumpenraum) angelegt werden.



Und dann war es soweit. Der Programmierlaptop war noch angeschlossen. Nach den ersten Tests konnte der aber wieder auf Lauerstellung für die nächsten Projekte gehen.



Die Säule läuft ohne externe Eingriffe. Und der Zoe wurde geladen. Dazu gibt es neben diesem Foto auch einen kleinen Film:






Noch ist die Säule nicht komplett fertig. Die Grundfunktion ist da, aber Details müssen noch ausgearbeitet werden und natürlich müssen noch Tests durchgeführt werden.  So geht's also ans Feintuning.



Schließlich soll auch die Aussenwirkung stimmen. Was kommt aber statt "Super Bleifrei" ins Fenster. Einfach nur "Drehstrom", "400V/32A" .... ???
Wir haben uns für "Pure Energie" entschieden. Jetzt muß unten am Fuß der Säule noch ein Spruch hin. Also da, wo normalerweise "Rauchen und offenes Feuer verboten" stand.
Jetzt mal Jemanden suchen, der "Spannungsabfälle sind sofort zu entsorgen!" auf Magnetschilder druckt.



Oben in der Anzeigetechnik wurde richtig aufgeräumt. Das Rechenwerk für die Anzeige befindet sich im oberen Teil der Anlage. Es ist interessant zu sehen, was für Kabelbäume quer durch die Säule gehen. Da aber soviele Anschlußmöglichkeiten vorgesehen waren, mußten die Leitungen irgendwo hin. Glücklicherweise sind die Schächte zwischen dem unteren Bereich mit dem Schaltschrank und der Displayeinheit recht groß. Auch die Versorgungleitungen für die Steckdosen und das Typ2-Kabel mußten hier durchgeführt werden.
 
Rechenwerk in der Anzeigeeinheit


Zähler


Auf der Rückseite des Schaltschranks wurde der Zähler untergebracht. Es ist ein Easymeter Zähler. Der liefert dem Raspberry Pi im Schaltschrank die Daten über einen optischen D0-Ausgang.

Dort gibt es dann mit 9600 BPS 7-E-1 die OBIS Kenndaten. Per USB-RS232 Wandler und Infrarot-Lesekopf werden die Daten empfangen.

Der Raspi seinerseits generiert die für den Impulsgeber notwendigen Daten, die das Rechenwerk dann für die Displays bereit stellt.

Außerdem steuert der Raspi die Schütze im Schaltschrank.


Erster öffentlicher Einsatz


Für den 22. Mai mußte die Säule funktionieren. Denn dort war sie in Bremen vor dem Fockemuseum aufgestellt. Im Fockemuseum lief zeitgleich eine Ausstellung zur Elektromobilität und die Städtetour von Eruda (9 Städte in 9 Tagen) haben an diesem Tag einen Zwischenstop in Bremen eingelegt auf der Tour zwischen Amsterdam/Osnabrück und Hamburg.


Und wie das halt so ist beim ersten Einsatz. Es läuft leider nicht alles so rund, wie man sich das vorgestellt hat. In diesem Fall konnte man zwar laden, aber leider hat das Programm, das für die Zählerauswertung zuständig war gemeint, es hätte Lesefehler. Damit sind keine Daten zum Impulsgeber übertragen worden, und das Display blieb ständig auf 0 stehen.
Trotzdem ist die Ladesäule aufgefallen und man konnte laden, nur halt leider ohne Anzeige. Schade.







Damit die Säule für den nächsten Einsatz nicht wieder solche Probleme bekommt, wurde die Programmierung etwas umgestellt. Außerdem wurden bei der Gelegenheit noch ein paar Neuerungen eingebaut. So hat die Säule nun einen WLAN-Anschluß mit dem man per Laptop in die Wartung eingreifen kann. Nebenbei kann man sich darüber auch die Ladediagramme der erfolgten Ladungen anzeigen lassen.

Außerdem wurde die Säule erweitert um einen Telefonanschluß, d.h. man kann die Säule anrufen und damit die Steuerung beeinflussen. Genauer: Man kann sich die Säule freischalten und den Anschluß wählen über den man den Strom beziehen möchte. Während der Ladung kann man sich informieren wieviel Strom man bereits bezogen hat, und wie hoch die gerade bezogene Leistung ist. Nach der Ladung ruft die Säule dann automatisch zurück, informiert über die bezogene Strommenge und bittet darum, das Fahrzeug von der Säule zu trennen. Übrigens, während der Ladung bekommen andere Anrufer die Information, das die Säule belegt ist.

In den nachfolgenden Tagen wurde die Säule dann ausgiebig an den verschiedenen Anschlüssen getestet.

Dazu standen ein Kangoo (Typ1 Anschluß mit Typ2 Kabel an Typ2 Dose), ein Twizy (Schuko) und ein Zoe (Typ2-Kabel) zur Verfügung.

So hoffen wir jetzt darauf, das sie am 01. Juni in Rosengarten beim 3. Hamburger E-Mobil-Treffen ihren Dienst versieht.




Ladesäule im Einsatz:

Öffentliche Termine


22. Mai 2014 Ausstellungseröffnung E-Mobilität, Focke Museum, Bremen
01. Juni 2014 3. Hamburger E-Mobil-Treffen (Harburg-Rosengarten)
17. Juli 2014 Öko-Mobil Aktionstag, swb, Bremerhaven
19. September 2014, Hildesheim
12. Oktober 2014, Nienburg




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