Generelle DC-Begrenzung der Stromzufuhr des Wechselrichters?

sven4711 · 19. März 2025 um 19:57

Moin Leute,

Kurze Frage und ich hoffe, dass das nicht schon x-mal gefragt wurde (die Suchfunktion wurde bedient): Wie kann man kostengünstig und effektiv die generelle Stromzufuhr auf DC-Seite für den Wechselrichter begrenzen?

Vorab: Im JK-BMS kann man "Max Charge Curr.(A)" und "Max Discharge Curr.(A)" einstellen. Dort steht bei beiden 25, denn mehr benötige ich schlicht nicht, und trotzdem fliegt meine 40 A-DC-Sicherung vor dem Wechselrichter eigentlich immer, wenn beim Akku aus Wartungs- oder sonstigen Gründen "Discharging" abgeschalten war und dann wieder eingeschalten wurde und gleichzeitig der Victron nichts einspeiste. Das sagt mir, dass da deutlich mehr als die eingestellten 25 Ampere fließen, sonst würde die 40 A-DC-Sicherung sicher nicht auslösen.

Zunächst dachte ich an einen Einschaltstrombegrenzer, der das schonende Laden der WR-Elkos ermöglicht, der einerseits aber selbst zusammengebaut werden muss (es gibt nirgends Angebote und z. B. Solarmodule Gladbeck sind seit Monaten ausverkauft) und andererseits nach dem sanften Laden auf vollen Durchgang schaltet. Ersteres kann ich nicht, Letzteres ist gar nicht nötig oder für mich erstrebenswert.

Ich besitze folgendes Setup und es würde deswegen eine Begrenzung auf 15 A (51,2 V / 16 LFP-Akkus, ~ 600-800 Watt) locker ausreichen:
2 Solarmodule: JAM54D41 (2x 440 Watt maximale Nennleistung)
Solarladeregler: Victron SmartSolar 150/35
Wechselrichter: Hoymiles TSOL-M800 (max. 600 W Ausgangsleistung)
Batteriemanagementsystem: JK-BMS B1A24S15P

Solarmodule
     vv
     vv
   Victron
     vv
     vv
|===========|
 vv^^     vv
 vv^^     vv
JK-BMS    vv
 vv^^     vv <-- (Einschalt-)Strombegrenzung?
 vv^^     vv
Akku    TSOL-M800
          vv
       AC-Seite

Ich habe mir die PDF von Solarmodule Gladbeck (Currentlimiter-v2-0-2) durchgelesen und verstehe nur Bahnhof, weil ich kein gelernter Elektriker bin und mir so einen Eigenbau bei so hohen Strömen auch nicht zutrauen würde.

Wenn jemand besagte Platine "Einschaltstrombegrenzung für Balkonkraftwerke mit Speicher – Nur Platine" für meinen Fall entsprechend bestücken und mir zusenden könnte, soll es sein Schaden nicht sein!
Ich würde das äußerst begrüßen!

Oder hat jemand eine andere/bessere Lösung zum schonenden Laden der Elkos, die auch jemand ohne spezifische Fachkenntnisse hinbekommt?
Auf der Webseite eines berühmten Flusses habe ich z. B. "Einstellbare Strombegrenzung DCDC Konverter 1200W 12V60V 12V 36V auf 12V80V 20A 24V 48V 72V" gefunden, das sich auf den ersten Blick genau nach dem anhört, was ich benötige und das sogar sehr preiswert: Eine maximale Begrenzung auf 20 A, egal wie viel DC-Input hinein kommt. Allerdings wäre ich mir hierbei absolut unsicher, ob der hohe Anlaufstrom dann nicht diese Platine in Mitleidenschaft zöge und ob dies generell eine gute Dauerlösung wäre.

Nochmal ganz deutlich und es tut mir Leid, wenn ich den einen oder anderen damit nerve:
Ich bin ein großer Fan von Balkonkraftwerken und mein LFP-Akku funktioniert tadellos, genauso wie die Verkabelung und alles drumherum, aber ich bin kein gelernter Elektriker, der Schaltpläne lesen kann oder die ganze Thematik in der Tiefe und Härte so versteht, dass er für diese Problematik eine eigenständige Lösung entwickelt.
Deswegen wäre ich um fachkundigen Rat oder Tat wirklich sehr dankbar. Es funktioniert alles sooo gut – nur dieser hohe Anlaufstrom sollte wirklich nicht sein.

Wenn ihr mehr Infos benötigt oder Fragen habt, haut sie jederzeit raus.
Vorab vielen Dank!

Liebe Grüße,
Sven

nimbus4 · 19. März 2025 um 22:32

Eine einfache Precharge-Schaltung ( also zum Vorladen der Elkos ) besteht eigentlich immer aus einem Widerstand, der den Strom initial begrenzt und einem zusätzlichen Schalter ( manueller Schalter, Relais, MOSFET, ... ), der den Widerstand nach ein paar Sekunden überbrückt.

So etwas kann man grundsätzlich aus einer Handvoll Bauteilen aufbauen.

Konzeptionell am saubersten wäre aber, wenn das BMS das direkt mit erledigt.

Der MOSFET-Schalter von meinem BMS hat z.B. Precharging für bis zu ~ 50 mF direkt eingebaut:

tageloehner · 19. März 2025 um 23:29

wer gar kein Bock und keine Ahnung hat, nimmt sowas in den Stromkreis https://at.farnell.com/eaton-bussmann/icl150d30mic/ntc-thermistor-icl-1-5-ohm-30mm/dp/4133430
am besten in Glasfaserschlauch einpacken, wird heiss (das ist Absicht)

lars72 · 20. März 2025 um 01:50

Ich frage mich gerade, warum du das Einschaltproblem nicht nur einmalig hast, sondern öfters? Ich speise vom Akku über Hoymiles HMS-500 ein, DC und AC sind IMMER angeschlossen, und wenn der Akku zu leer ist, stoppe ich die Einspeisung automatisiert, indem ich den Hoymiles auf Standby schalte (nicht das BMS schaltet bei mir, sondern spannungs- und SOC-gesteuert ein iobroker-Skript). Die hohen Einschaltströme treten nur beim erstmaligen Anschluß der DC-Seite an den Akku auf. Also nur 1x bei der ersten Inbetriebnahme und dann nie wieder!

Damit es dabei nicht funkt, habe ich ein kurzes Kabel ca. 10 Ohm Widerstand, über das der Hoymiles angeschlossen und vorgeladen wird. Nach ein paar Sekunden kommt parallel zu diesem kurzen Vorladekabel ein Kabel ohne Widerstand, und ich kann das Vorladekabel entfernen. Diese zwei Kabel inkl der Bananenstecker solltest du auch ohne jegliche Elektronikkenntnisse hinbekommen.

Wenn bei dir aber immer das BMS abschaltet und dann wieder einschaltet, funktioniert dieser Standbymodus bei dir nicht. Und auch das Vorladekabel macht dann keinen Sinn. Aber in meinen Augen sollte das BMS eh nur die letzte Sicherheitsebene sein, die eigentliche Steuerung sollte davon getrennt sein.

deff · 20. März 2025 um 04:27

Hallo @sven4711

der DC/DC Wandler ist offenbar ein step-up Konverter. Er macht aus z.B. 12V dann z.B. 24V. Der Ausgangsstrom bei 24V kann begrenzt werden, so dass dann die Spannung sinkt, bis nur der eingestellte Strom fließt. Doch das brauchst du nicht, es kostet Wirkungsgrad und wird unterhalb der Eingangsspannung nicht funktionieren, d.h. die im Beispiel oben genannten 12V gehen da ungebremst durch und die Sicherung fliegt dann trotz des DC Wandlers. Bei step down Reglern könnte es funktionieren, denn die machen aus einer höheren Spannung eine geringere; z.B. aus 24V werden 12V. Doch die gute Akku Spannung erst zu Wandeln, bringt Verluste, die nur Wärme produzieren. Macht keine Sinn.

Bei mir fliegt die 40A Sicherung auch, wenn ich den Wechselrichter abklemme, deshalb mach ich es nicht. Wenn die Akku Spannung sinkt schaltet der Wechselrichter ab (mit openDTU eingestellt) und zieht keinen Strom vom Akku. Die Eingangselkos des WR bleiben mit dem Akku verbunden und entladen sich nicht. Wenn der WR wieder angeht, weil die Akku Spannng gestiegen ist, fließt kein hoher Strom und die Sicherung fliegt nicht.

Wenn ich ihn dann doch mal abklemmen muss, mach ich es wie @lars72 beim wieder anschließen. Ein Kabel mit Vorwiderstand wird zuerst angeklemmt, um den Elko vorzuladen und nach wenigen Sekunden kommt die Leitung ohne Widerstand dazu. Das reicht.

L.G.

sven4711 · 20. März 2025 um 09:59

Wow, erstmal vielen lieben Dank für die zahlreichen Antworten. Darüber habe ich mich sehr gefreut.
Das eigene BMS von @nimbus4 sieht echt interessant aus. Schade, dass ich das erst jetzt sehe.
Um die Frage von @nimbus4 , @lars72 und @deff zu beantworten: Aufgrund von Kommunikationsproblemen zwischen openDTU-onBattery und Wechselrichter (obwohl beide nur 1 m entfernt voneinander ohne Hindernisse sind) und auch weil ich mich in den Einstellungen der DTU vertan hatte, schaltete das BMS richtigerweise das Discharging ab und später wieder automatisch zu, wenn die Bedingungen wieder passten.
Eine "manuelle" Lösung vom Zuschalten seperater Leitungen, bei der eine 3× 5W 100 Ω Ohm Zementwiderstand besitzt, ist leider nicht gut, wenn der Wechselrichter, das BMS oder irgendein anderes Bauteil aus Sicherheitsgründen richtigerweise die Batterie trennt und dann wieder automatisch zuschaltet, sobald "die Gefahr" (oder der unklare Zustand) gebannt wurde.
Aber bei diesem automatischem Zuschalten soll es auch keinen Verschleiß bei den Elkos des Wechselrichters geben.
Ist diese Einschaltstrombegrenzung mit dem NTC-Thermistor ICL150D30MIC mit 1,5 Ohm nicht deutlich zu unterdimensioniert, @tageloehner (ich ging eher so von 50+ Ohm aus)? Denn ich habe super gerne Bock, aber von Elektronik nur wenig bis keine Ahnung, auch wenn ich mich dafür sehr interessiere und begeistere.

Also zusammenfassend:
Ich hätte gerne eine gute Dauerlösung für jede Eventualität, wenn die Elkos des WR – aus welchen Gründen auch immer – mal entladen sein sollten. Am liebsten wäre mir etwas, um das ich mich gar nicht kümmern muss, sondern das einfach physikalisch immer funktioniert und wenig Verluste verursacht.
Wie funktioniert dieser NTC-Thermistor denn genau und wie sind die Erfahrungswerte bezüglich Langlebigkeit und Zuverlässigkeit und wie heiß kann er werden?
Edit: Ich sehe gerade, dass ein NTC-Thermistor auch Heißleiter genannt wird und der wohl im Dauerbetrieb auch heiß bleibt. Da macht die niedrige Ohm-Angabe absolut Sinn, sonst käme beim Wechselrichter ja kaum noch etwas an und es würde sprichwörtlich nur heiße Luft produziert...

Nochmal vielen Dank für eure zahlreichen, hilfreichen und motivierenden Antworten!

Liebe Grüße,
Sven

tageloehner · 20. März 2025 um 11:25

der NTC muss den Dauerstrom aushalten. Damit ein Automat nicht auslöst, muss der Kreis aus WR + Kabel + Batterie + NTC + Automat weniger als den 5fachen Strom begrenzen. Ein zu hochohmiger NTC frisst dir zu viel Leistung weg im normalen Betrieb. Der muss sehr heiss werden und in diesem Zustand kleinen Widerstand haben. Man kann von dem Typ aber auch 2,2 Ohm nehmen.

deff · 20. März 2025 um 13:09

Moin Seven,
du willst nun also dein Glück mit dem NTC Versuchen. Über deinen Bericht würde ich mich freuen. Meine Idee dazu: in Mineralwolle einpacken und in ein Allu Gehäuse einbauen. Die Wärme wird dann nicht so schnell vom NTC abfließen und sich auf der Oberfläche des Gehäuses verteilen. Dadurch wird das gehäuse nicht so heiß wie der NTC und es brennt nix an.

Das BMS als Schutzschalter für den Akku sollte aber nicht als einziger Batterieschutz dienen. Bei mir gibt es noch ein 100A Relais, das über den Schaltausgang meines MPPT Ladegerätes gesteuert wird. Parallel zu den Schaltkontakten hab ich Lastwiderstände geschaltet. Im geöffneten Zustand des Relais fließt dann ein kleiner Strom und die Eingangselkos entladen sich auf ca. 16V. Bei der geringen Spannung geht der Wechselrichter sebst auf "off". Wenn der Laderegler dann den Akku wieder frei schaltet, ziehen die Elko´s weniger Strom, sie sind ja auf 16V vorgeladen.

Bei mir klappte es mit der opendtu auch nicht von Anfang an. An meinem Akku hing noch ein älterer Insel Wechselrichter. Wenn der mehr als 1 kW Leistung wandelte, war die Akku Spannung durch jede Menge Frequenzen "verseucht", was ich mit einem kleinen Oszilloskop sehen konnte. Vermutlich waren in dem 20 Jahre alten Gerät die Sieb Elko´s müde geworden. Nun hab ich ein neues Gerät gekauft und siehe da, die Dtu Verbindung steht wie eine 1, auch bei hoher Leistung des Wechselrichters.

Die Hoymiles WR gibt es in 3 Ausführungen, eine mit WLAN - die kann man nur über die Cloud regeln. Bei den älteren Modellen gibt es eine 2,4 GHz, die zwar die Frequenz vom WLAN nutzt, aber kein WLAN ist. Und es gibt Geräte, die das 865 MHz Band nutzen. Das 865 Band ist nach meiner Erfahrung viel besser und störungsfreier. Die kleinen optendtu Kästchen gibt es in beiden Varianten und es gibt auch Geräte, die beides können.

Mein Rat: versuche die Verbindung von Hoy und Dtu herzustellen und zu optimieren (Versuche mit oder ohne Antenne, Sendeleistung zu hoch kann auch schädlich sein. Allu Folie als Reflektor oder zur Abschirmung einsetzen). Das ist - wenn es funktioniert - die beste Lösung. Keine kritischen Temperaturen, keine Verluste, Schutz des BMS und der anderen angeschlossenen Komponenten.

Die Frage, ob die WR Elko´s beim Anschluss an den Akku Schaden nehmen, ist wohl noch nicht eindeutig beantwortet. Gelegentliches hartes Anschalten hat meine nicht zerstört. Ob und wie lange dein BMS das mitmacht, wirst du merken. Da besteht nur das Problem, dass die Schalttransistoren (i.d.R. Mosfet) durch den hohen Strom kaputt gehen können und dann kann es sein, dass sie "leitend" werden. Es kann auch geschehn, dass sie dauerhaft sperren. Im letztgenannten Fall merkst du es, doch im erst genannten Fall wird dein Akku tief entladen. Das ist dann der größere Schaden.

Nur als Idee: statt Sicherungsautomat eine Schmelzsicherung verwenden? Die schmilzt nicht so schnell durch, wie der Automat schalten kann.
L.G.

sven4711 · 20. März 2025 um 15:47

Das Herabsetzen der Sendeleistung hat tatsächlich zu einem kleinen Anstieg der erfolgreich empfangenen Pakete geführt (+10 bis +15 %), so paradox wie das klingen mag. Danke für den Tipp, @deff !
Ich bin eigentlich ganz froh um den Sicherungsautomat, weil dieser bei einem zu hohen Strom direkt reagiert und ihn nicht oder nur für eine sehr kurze Zeit zulässt. Das ist für den Wechselrichter, denke ich, auf Dauer gesünder.

Also verstehe ich euch richtig: Ich unterbreche eins meiner 6 mm² Leitungen vor dem DC-Sicherungsautomaten von Richtung Verteilerschiene, bringe diesen NTC-Thermistor dazwischen und verbinde die andere Seite mit dem in Richtung DC-Sicherungsautomat weitergehenden Leitung?
Also so wie hier grob gezeichnet?:

Liebe Grüße,
Sven

deff · 20. März 2025 um 16:43

Hallo Seven,
zu hohe Sendeleistung führt zur Übersteuerung und es gibt dann auch viel mehr "Echo". Ich denke, du bist auf dem richtigen Weg. Ggfls weiter reduzieren und vielleicht auch ein wenig Allufolie austesten.

Den NTC hast du richtig eingebunden. Verbrenn dir nicht die Finger und lass uns an deine Erfahrungen teilhaben.

L.G.

sven4711 · 20. März 2025 um 22:41

Hi @deff ,

Ich hab mal nachgerechnet bzw. nachrechnen lassen und es kommt bei obigem Szenario eine kontinuierliche Verlustleistung bei 15 Ampere von 11,25 Watt heraus. Das NTC würde dabei knapp über 180 Grad heiß werden.
Da würde enorm viel Energie einfach nur verheizt werden, deswegen nehme ich von der NTC-Variante lieber Abstand – vorausgesetzt ich habe mich natürlich nicht verrechnet: 15² I × 0,05 R = 11,25 P
Trotzdem vielen Dank für den Vorschlag!

Ich muss mich mal näher mit den MOSFETs und Zeitrelais beschäftigen, vielleicht ist das eine kostengünstige und effizientere Dauerlösung.

Liebe Grüße,
Sven

tageloehner · 20. März 2025 um 23:45

Du wolltest ja eine ultrasimple Lösung haben.

Du kannst den NTC aber auch mit Zeitglied und Relais oder Mosfet nach kurzer Zeit überbrücken. Eine recht simple Methode ist sowas

Für den NMOS kannste irgendwas brauchbares nehmen, 03N30 oder so, wird nach 1-3 sekunden den NTC überbrücken. Davon kannst auch 2 oder 3 parallel schalten

deff · 21. März 2025 um 06:09

Hallo @tageloehner,
zu der Bezeichnung des Mosfet finde ich kein Datenblatt. Kann das ein Zahlendreher sein? Den 30N03 hab ich gefunden. Der hat eine max. Gatespannung von 20V. In deinem Vorschlag wird die Bat Spannng 1:1 geteilt. Da @sven4711 einen 16 Zellen LFP Akku hat, muss der obere Spannungsteiler einen höheren Widerstand haben, z.B. 200k, um die zulässige Gate Spannung nicht zu überschreiten. Die Kapazität des Kondensators kann dann halbiert werden. Den NTC könnte man dann auch durch einen normalen Widerstand ersetzten. Doch Sven will ja nicht löten......
Wenn die Funkverbindung steht, dann kann mit der openDtu die Abschaltspannung eingestellt werden. Das ist die einfachste und beste Lösung, da sich die Elko´s nicht entladen. Bei mir hat das im Winter stets zuverlässig geklappt (täglich) und jetzt mit dem üppigen Sonnenschein wird der Akku nicht mehr über Nacht an die Abschaltschwelle entladen.
L.G.

sven4711 · 21. März 2025 um 07:14

Naja, wollen schon. Der Geist ist willig, aber das Fleisch ist schwach.
Ich traue es mir nicht zu. Da fließen Ströme von bis zu 280 Ampere und das bei 46 bis 58 Volt. Da muss nur irgendeine Lötstelle schlecht verbunden sein, irgendwo tritt wegen Schusseligkeit ein Kurzschluss auf, es wurden falsche Komponenten eingebaut oder richtige Komponenten falsch eingebaut und zack, hat man den Salat...
Dann mach ich mich mal auf die Suche nach einem Löter. Ich danke euch vielmals!

Liebe Grüße,
Sven

deff · 21. März 2025 um 07:29

Gern geschehen,
für das Kabel vom Minus Pol zur Schaltung und von dort zum WR nimm ein ausreichenden Querschnitt für 30A. Das Plus Kabel kann ganz dünn sein, dort fließen nur wenige mA. Da kannst du noch eine kleine Sicherung einbauen, die bei einem eventuellen Kurzschluss in der Schaltung fliegt, bevor was abraucht.
L.G.

tageloehner · 21. März 2025 um 09:58

Ja, fürn 16s Akku muss R3 auf 330k. C bleibt bzw darf auch grösser sein. Der Mosfet muss mindestens 60V können z.B. IRFB3077 dürfte geeignet sein den gibts grad beim Pollin

sven4711 · 21. März 2025 um 10:13

Also so wäre es korrekt?

Ich habe btw meinem Eingangspost noch eine Übersichtsgrafik beigefügt, damit man auf einen Blick sieht, worum es geht bzw. wie die verschiedenen Komponenten zueinander stehen und was ihre Werte sind. Vielleicht hilft das dem einen oder anderen bei einem ähnlichen oder demselben Problem.

Liebe Grüße,
Sven

tageloehner · 21. März 2025 um 10:28

Ja. C1 darf auch grösser sein, aber nicht kleiner. Vom Mosfet kann man auch 2 parallel schalten, wenn später mal mehr Leistung gefordert ist. NTC kannst in der Baugrösse auch einen etwas grösseren Widerstandswert nehmen, der wird ja eh überbrückt

deff · 21. März 2025 um 10:36

Ein kleines Problem gibt es noch zu bedenken. Die Mosfet haben i.d.R. keine feste Schaltschwelle. Sie beginnen bei 3 bis 4 V zu öffnen und sind dann bei 10 bis 12 V erst ganz geöffnet. Da die Spannung am Kondensator durch den 330K Widerstand nur langsam steigt, durchläuft der Transistor eine Phase in der er noch nicht voll öffnet. In der Phase wird jede Menge Abwärme produziert. Je länger die dauert, um so mehr Hitze produziert das Teil. Bei den eingetragenen werden könnte es 30 sec dauern, bis er ganz durchgeschaltet hat. Gefühlt sind das 29 sec zuviel. Wenn schwacher PV Strom die Akku Spannung nur sehr langsam steigen lässt, könnte die Schaltung auch ins Schwingen geraten und dann wird der Mosfet ohne Schmitt-Trigger sehr heiß.

Entweder nimmt man ein IC Mosfet, der bei einer Schaltschwelle (z.B. 5V) durchsteuer oder in die Ansteuerung wird ein Schmitt Trigger zur Ansteuerung des Mosfet eingebaut. Quick and dirty nimmt man einen kleineren Kondensator.

Den NTC kannst du gewiss gegen einen Lastwiderstand ersetzen.

tageloehner · 21. März 2025 um 10:51

Quatsch. die Zeitkonstante bei 2 Ohm und WR-Elkos ist Faktor 10-100 kleiner als die am Mosfet. Selbst wenn der WR gleich Leistung nimmt hast nur 0,X V am Mosfet durch den NTC