Leiterplatte für OpenDTU-OnBattery-MeanWell-Edition

[Asselhead]

Hallo Skippermeister, ich habe nun teilweise Deine Schaltung "my_very_speical_board" übernommen und leicht modifiziert.
Ich habe mich auf die Funktion mit Pylontech Batterien über RS485 und Meanwell NPB Ladegeräten über CAN beschränkt.
Den zusätzlichen MCP2515 habe ich weggelassen und stattdessen einen Stecker für den Anschluss eines I2C OLED und einen Stecker für den Anschluss von WS2812 LEDs eingefügt. Das Schaltnetzteil habe ich zunächst weggelassen, damit mögliche "Nachbauer" nicht mit Netzspannung in Berührung kommen. Stattdessen habe ich vorgesehen, das Board über ein USB Netzteil mit Strom zu versorgen. Dafür ist der USB-B Anschluss gedacht. Als Pylontech Anschluss habe ich den RJ45 übernommen. Bitte hier einmal die Pinbelegung kontrollieren (RS485 A/B). Ich hatte zwar auch einmal in Deine platformio_override.ini geschaut, bin mir aber nicht 100%ig sicher, ob ich alle Pins am ESP32 Modul auch so nutzen kann, wie ich sie verdrahtet habe. Da wäre ich über eine Rückmeldung sehr dankbar. Die Schaltung ist noch nicht final. Es soll eher einen Stand darstellen, in den gerne noch Wünsche und Verbesserungen einfließen können. Beim PCB habe ich nur einmal die wesentlichen und größten Bauteile draufgesetzt um zu schauen, wie es aussehen könnte. Es wäre total klasse, wenn Du mal einen Blick auf die Schaltung werfen könntest und gerne Wünsche und Anmerkungen hinterlassen könntest. Die Frage ist auch, ob wir die fetten Widerstände für Einschaltstrombegrenzung der Hoymiles WR benötigen, oder ob die in einer US*000C Batterie verbaute Soft-Start Funktion reicht. Leider gibt es dazu nicht viele Informationen. Darüber hinaus hatte ich überlegt einen kleinen Hot-Swap Controller LM5069 für den Zweck einzusetzen. Dann kann man sich den kleinen FET und die Widerstände sparen. Freue mich auf Feedback. Hier findest Du die Schaltung: https://github.com/Asselhead/OpenDTU-OnBattery-MW-Edition
Gruß Stefan

[skippermeister]

Hallo Stefan,

ich habe mir Deinen Schaltplan angeschaut und mit meinem Schaltplan und Unterlagen verglichen.

Zunächst habe ich dabei in meinem eigenen Schaltplan zwei Fehler gefunden. Ich habe eine Korrektur meines Schaltplans bereits hochgeladen.
1.) Die 4 Stück 10 Ohm Lastwiderstände müssen auf die Drain Seite des MosFets.
2.) Die RX und TX Leitung zum TJA1042/3 CAN Bus Transceiver habe ich verdreht. Richtig ist GPIO27(TX) an Pin 1 und GPIO26(RX) an Pin 4 vom TJA1042/3

Und einige Verbesserungsvorschläge:
1.) Der 220 Ohm Abschlusswiderstand über den RS485 Leitungen A/B sollte auf 120 Ohm reduziert werden. Ich habe ein fertiges China Modul verwendet und da ist fälschlicherweise ein 220 Ohm Widerstand drin.
2.) Den 120 Ohm Widerstand R14 auf die andere Seite direkt über die Transil Diode setzen.

Den MCP2515 kannst Du in Deinem Layout weglassen. Das ist bei meiner Laborkarte ein Überbleibsel aus der Entwicklungszeit. Ich verwende den MCP2515 nicht.

Hingegen die Vorbereitung für die WS2812 und ein OLED Modul finde ich super.
Die WS2812 funktionieren auch perfekt mit 3.3 Volt und können direkt ohne Treiber 74LVCT14 an einen GPIO angeschlossen werden. Auch die Diode D2 BAV99W kannst Du weglassen. Funktioniert bei mir im Test seit vielen Tagen. Beides wird nur benötigt, wenn Du zwischen dem GPIO Pin und dem WS2812 mehrere Meter Leitung hast, das ist hier nicht der Fall.

NRF Modul Anschlüsse sind OK.

Den OLED Port würde ich noch um eine Reset-Leitung ergänzen. Ich verwende ein großes OLED Display mit SSD1309 Chip. Den Treiber dazu habe ich in meinem Fork eingebunden. Funktioniert einwandfrei. Dafür benötigst Du einen GPIO Pin mit Output Funktion. Frei sollte noch GPIO.
Dazu folgende Änderung der GPIOs:
GPIO16 Reset für OLED
GPIO35 Pylontech RX (GPIO35 in ein Inport Port und kann für den verwendeten Hardware Serial Port 2 genutzt werden.
GPIO17 Pylontech TX (keine Änderung, nur zum Verständnis)

An den RTU_RX Pin noch einen 10kOhm PullUp vorsehen.

In der Schaltung vermisse ich noch den 2. RS485 Port sowie den 2. MAX3485 Chip.
Auch sind die Verbindungen zum MAX3485 Chip des Pylontech Ports sind nicht korrekt
Parallel zu den RX und TX Leitung würde ich noch einen 2. ADuM1201 vorsehen.
Die Auswahl ob RS485 und ADuM1201 sollte per Jumper möglich sein (RX und TX). Dann kann auch per SML ein IR-Lesekopf angeschlossen werden.

Hier ein Zusammenfassung aller GPIO Pins:
Hardware Serial Port 2
GPIO17 - Pylontech Tx - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 4
GPIO35 - Pylontech Rx - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 1
GPIO4 - Pylontech Dir - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 2 & 3

Software Serial Port (GPIO0 funktioniert in Verbindung mit meiner Änderung in der Lib EspSoftwareSerial)
GPIO0 - RTU Tx - connect to MAX3485 (2.Chip) Pin 4
GPIO39 - RTU Rx - connect to MAX3485 (2.Chip) Pin 1
GPIO25 - RTU Dir - connect to MAX3485 (2.Chip) Pin 2 & 3

Hardware Serial Port 1
GPIO21 - Ve.Direct Tx - connect to ADuM1201 Pin 7
GPIO22 - Ve.Direct Rx- connect to ADuM1201 Pin 6

ESP32 CAN Port
GPIO26 - Meanwell CAN Rx - connect to TJA1042/3 Pin 4
GPIO27 - Meanwell CAN Tx - connect to TJA1042/3 Pin 1

ESP SPI Port
GPIO2 - NRF CE
GPIO5 - NRF /CS
GPIO12 - NRF MISO
GPIO18 - NRF SCK
GPIO23 - NRF MOSI
GPIO34 - NRF IRQ

ESP I2C Port
GPIO13 - OLED SDA
GPIO14 - OLED SCL
GPIO16 - OLED Reset

GPIO15 - WS2812

GPIO32 - InCurrLimit (Pre Charge)
GPIO33 - GND Fet (Full Power)

Nun zu Deinem Vorschlag des LM5069. Wie willst du den Shunt Widerstand realisieren. Aus den Unterlagen des Chips entnehme ich einen 5 milliOhm Widerstand. Das wird schwierig.
Ich weiß auch nicht, wie sich die Pylontech damit verhält.
Meine Idee ist es die DC Verbindung immer dann wenn der Wechselrichter nachts aktiviert werden soll aufzuschalten und morgens wieder zu trennen. Ich schalte also täglich ein und aus.
Mein 40 Ohm Serienwiderstand ergibt einen Einschaltstrom von ca. 1.2A. Nach 5 Sekunden schaltet dann der Leistungs-MosFet durch.
Meine Schaltung funktioniert nun schon seit 9 Monaten einwandfrei. Ich auch würde weiterhin keine andere Lösung realisieren.
Sollte der kleine MosFet durchbrechen und den Wechselrichter dauerhaft mit Gleichspannung versorgen, fällt bei Aktivierung des MPPTs soviel Spannung über dem 40 Ohm Serienwiderstand ab, dass der Wechselrichter sofort wieder abschaltet oder gar nicht erst sich aktiviert. Ich sehe keine Gefahr, dass der Widerstand überlastet wird und dadurch abbrennen könnte.

Gruß Andreas

PS: Ein neues Release habe ich heute hochgeladen.

[Asselhead]

Hallo Andreas,

vielen Dank für die ausführliche Antwort. Leider habe ich gerade wenig Zeit, daher hier nur die Info, dass ich Deine Anmerkungen berücksichtigen werde und in den nächsten Tagen etwas ausführlicher mit neuem Schaltplan antworten werde.

[Asselhead]

Hallo Andreas,

ich bin Deine Anmerkungen einmal durchgegangen und habe soweit alles umgesetzt.
Kannst Du mir einen kurzen Abriss geben, wozu genau Du den RTU Port benötigst?
Damit habe ich mich bisher nicht beschäftigt, da sich meine Anwendung auf Shelly, Hoymiles und Pylontech beschränkt.
Du schreibst "Auch sind die Verbindungen zum MAX3485 Chip des Pylontech Ports sind nicht korrekt". Was meinst Du damit genau? Wenn ich das richtig gesehen habe, dann liegen auf dem RJ45 der RS485 Schnittstelle auf Pin 7 RS485A und auf Pin 8 RS485B (beim US2000C).

Den Software Serial Port (RTU) mit RS485 bzw. ADUM1201 (Jumperbar) habe ich noch hinzugefügt.

Das mit den Lastwiderständen auf der Drain Seite hätte mir auch auffallen müssen:-)

Bei dem 120 Ohm Widerstand am RS485 das selbe...

Bei den WS2812 LEDs habe ich die Erfahrung gemacht, dass je nach Charge mal 3,3V Pegel am Din funktionieren und mal nicht.
Ich habe den Level Shifter jetzt optional in der Schaltung gelassen. Er kann bei Bedarf unbestückt bleiben und mit einem 0 Ohm Widerstand gebrückt werden.
Die Schutzdiode habe ich weggelassen.

Dem OLED Port habe ich noch eine Reset Leitung verpasst. Im Layout werde ich für das OLED eine Befestigungsmöglichkeit (4 Distanzbolzen) vorsehen und habe mich dabei für dieses Display entschieden:
https://www.reichelt.de/entwicklerboards-display-oled-2-42-128x64-pixel-debo-oled-2-42-p335005.html?&nbc=1
Das ist für jedermann gut erhältlich und preislich noch im Rahmen.

Als nRF Modul wird bei mir das ebyte zum Einsatz kommen: https://www.amazon.de/dp/B07P8TTHZH?ref=nb_sb_ss_w_as-reorder_k1_1_6&amp=&crid=AYQVDTJISWMB&amp=&sprefix=ebyte+
Damit habe ich bisher nur gute Erfahrungen gemacht.

Was den Soft-Start angeht werde ich bei Deiner Lösung mit den Widerständen bleiben.
Ich fand es nur sehr unelegant 4 fette Zement Widerstände auf die Leiterplatte zu löten.
Hatte mir schon einmal eine einfachst Einschaltstrom Begrenzung gebaut bei der das Gate eines guten FET (mit guten SOA Werten) über einen Spannungsteiler und Kondensator langsam angesteuert wird.
Die Lösung mit LM5069 wäre schon schön gewesen, denn dann hätte man alle Parameter in der Hand, aber ist vielleicht auch übers Ziel hinaus geschossen und auch teurer.
Als Shunt Widerstände nehmen wir in der Firma überlicherweise sowas hier: https://www.vishay.com/docs/30183/wslwide.pdf
Mit 4mOhm sehe ich da eigentlich kein Problem für den Pylontech. Wie viel Strom willst Du entnehmen zum einspeisen?

Könntest Du noch einmal schauen, ob das mit dem MISO für den NRF so passt? In Deiner Auflistung hängt er an GPIO12, bei den meisten (und in meiner Schaltung) aber auf GPIO19. Was ist besser/richtiger?

Bei GPIO39 bin ich mir auch nicht sicher. Bei mir habe ich ihn auf Pin 4 vom ESP32 Modul gelegt (Bezeichnung VN). Bei Dir hängt er an SP (bzw. VP). Das wäre bei mir Pin 3. Was ist richtig?

Die Steckverbinder in meiner Schaltung sind noch vorläufig. Ich habe eine Krimpzange für JST XH Steckverbinder, daher tendiere ich für die seriellen und dem Stecker für das Display zu dieser Type.
Die XH Serie hat 2.5er Rastermaß, so dass die üblichen Stiftleisten auch passen würden. Bin aber für andere Ideen offen.

Für die Leistungsspannung finde ich die Wago Hebelklemmen ganz praktisch. Mit den üblichen MC4 6mm² Kabeln kann man da direkt drauf gehen.

Als Gehäuse hatte ich mir bei Reichelt dieses mitbestellt und die Leiterplattenform darauf angepasst: https://www.reichelt.de/industriegehaeuse-134-7-x-134-7-x-60-1mm-ip65-lichtgrau-6u07141406437-p340531.html?&trstct=pos_0&nbc=1

Die aktualisierte Schaltung habe ich bei mir abgelegt: https://github.com/Asselhead/OpenDTU-OnBattery-MW-Edition/blob/main/Schematic_V02.pdf

Würde mich freuen, wenn Du noch einmal drüber schauen könntest und mir Feedback geben würdest.

Vielen Dank!

Gruß
Stefan

[skippermeister]

Hallo @Asselhead, bin nicht sicher ob Du noch an deinem Projekt arbeitest.

Zu der Frage des RTU Ports. Dieser kann für ein per RS485 angeschlossenes SmartMeter wie ein SDM630 genutzt werden.

Bzgl. RJ45 der RS485 Schnittstelle zur Pylontech Batterie: Am Pylontech RJ45 Anschluss liegt auf Pin 7 RS485A und auf Pin 8 RS485B.
An meinem verwendeten RS485 Shield liegt RS485A auf Pin 8 und RS485B auf Pin 7. In Deinem Layout hast Du RS485A auf Pin7 und RS485B auf Pin 8 gelegt. Sehr gut, dann kann die Verbindung mit einem 1:1 Kabel realisiert werden.

Bzgl.: "Auch sind die Verbindungen zum MAX3485 Chip des Pylontech Ports sind nicht korrekt", bitte prüfen ob Du diese Verbindung realisiert hast.
GPIO17 - Pylontech Tx - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 4
GPIO35 - Pylontech Rx - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 1
GPIO4 - Pylontech Dir - connect to MAX3485 (1.Chip) Pin 2 & 3
Hast Du auch so umgesetzt. Also alles OK.

Bzgl. MISO für den NRF: GPIO19 ist richtig. Ich hatte hier einen Fehler und oben korrigiert.
Du hast GPIO19 verwendet, also alles OK.

Bzgl. GPIO39 Pin 4: Hier gibt es kein richtiger/besser/falsch. Ich nutze den Pin für den PowerMeter RX Pin. Wenn in Deinem Layout GPIO36/Pin 4 besser passt, nutze diesen. Beachte aber, GPIO34-39 können nur als Input Pins (z.B. für Serial RX oder IRQ/Interrupt Request) verwendet werden und haben keinen internen Pullup Widerstand. Das geänderte Pin Mapping muss dann nur in dem pin_mapping.json berücksichtigt werden.
Du hast in Deinem Layout GPIO39 verwendet, ist also OK.

Dein Layout habe ich mir nochmals angeschaut, sieht soweit gut aus.

Hast Du schon ein Bild zu Deiner Platine?

[tobi0171]

Hallo Asselhead (Stefan), hallo Skippermeister.... gibt es hier schon etwas neues zur PCB?
Ich teste grade ein paar Sachen durch und würde mich ggf. auch hier als Versuchkanninchen für einen möglichen Prototyp mit anschließen. HM,NPB,Shunt,Daly (24V) sind noch aus diversen Altlasten übrig und ggf noch ein PylonUS ist bereits vorhanden.
Wird das "OpenDTU-OnBattery-MW-Edition" ggf noch ein Upgrade auf ESP32-S3 erhalten?
Beste Grüße und danke für eure Fleißarbeit.

[Asselhead]

Hallo zusammen,

da ich die letzten Wochen sehr auf der Arbeit eingebunden war und auch noch auf das Feedback von Andreas gewartet habe, bin ich mit dem Layout noch nicht weiter gekommen. Ich hatte mir zwischenzeitlich auch mit dem Trucki2Meanwell Stick beholfen, würde das aber nicht als die Endlösung ansehen (auch wenn er gut funktioniert). Da ich ESP32, Gehäuse und Display bereits gekauft hatte, wird es definitiv weiter gehen. Ich werde jetzt die letzten Hinweise von Andreas in die Schaltung einpflegen und dann hoffentlich demnächst ein bestellbare Leiterplatte fertig haben. Da das in der Freizeit erfolgt, wird das bei mir etwas Wetterabhängig sein. Bei gutem Wetter hat bei mir der Garten usw. Vorrang :-). Solange behelfe ich mir noch mit einer Nulleinspeisung über meine Homematic, die gerade per MQTT die Daten vom Trucki2MG, Shelly Pro 3EM und Skippermeisters openDTU Branch (US2000C) auswertet. Geht, ist aber nicht gerade elegant :-)
Ich melde mich hier noch einmal mit dem aktualisierten Schaltplan. Gibt es noch andere Kommunikationskanäle als dieses "Diskussionsforum" hier im Repo?

[Asselhead]

Übrigens, die Auswertung des US2000C über RS485 hat mit Deinem OpenDTU-OnBattery-MW-Edition Image und diesen Teilen https://www.amazon.de/dp/B09VGJCJKQ?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details (ohne "DIR") einwandfrei funktioniert.