Update: Battery Optimizer v3.4.0 mit allen Fixes und Features
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SOC_CALIBRATION_GUIDE.md
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SOC_CALIBRATION_GUIDE.md
Normal file
@@ -0,0 +1,458 @@
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# SOC-Kalibrierung & Drift-Management
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## Problem: SOC ist berechnet, nicht gemessen
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### Wie SOC funktioniert
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Der State of Charge (SOC) wird vom Battery Management System (BMS) **berechnet**, nicht direkt gemessen:
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**Berechnungsmethoden:**
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1. **Coulomb Counting** (Hauptmethode)
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- Integriert Strom über Zeit: ∫ I(t) dt
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- Geladen mit 5A für 1h = +5Ah
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- Entladen mit 3A für 1h = -3Ah
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- Netto: +2Ah → SOC steigt um ~2%
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2. **Spannungsbasiert** (Open Circuit Voltage)
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- Zellspannung korreliert mit SOC
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- 4.2V/Zelle ≈ 100% SOC
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- 3.2V/Zelle ≈ 0% SOC (Minimum)
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3. **Kalman-Filter / State Estimation**
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- Kombiniert beide Methoden
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- Berücksichtigt Temperatur, Alterung, Laderate
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### Warum SOC abweicht (Drift)
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**Hauptursachen:**
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| Ursache | Effekt | Beispiel |
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|---------|--------|----------|
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| **Keine vollen Zyklen** | BMS verliert Referenzpunkte | Immer 30-92%, nie 20-100% |
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| **Coulomb Counting Fehler** | Akkumuliert über Zeit | 0.1% Fehler/Tag = 3% nach 1 Monat |
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| **Temperatur** | Kapazität ändert sich | 10kWh bei 20°C, 9.5kWh bei 5°C |
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| **Alterung** | Tatsächliche Kapazität sinkt | 10kWh neu, 9.2kWh nach 3 Jahren |
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| **Strommessung** | Sensorfehler (±1-2%) | 5.0A gemessen, 5.1A real |
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| **Selbstentladung** | Nicht im SOC berücksichtigt | 1-2%/Monat |
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**Beispiel SOC-Drift:**
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```
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Tag 1: BMS kalibriert, SOC = 100% (korrekt)
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Tag 5: SOC = 95% (BMS sagt), real = 96% (+1% Drift)
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Tag 10: SOC = 88% (BMS sagt), real = 91% (+3% Drift)
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Tag 30: SOC = 65% (BMS sagt), real = 72% (+7% Drift)
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→ Nach Vollladung: Kalibriert sich neu
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```
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## GoodWe-spezifische Einstellungen
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### Hardware-seitiges 20% Minimum
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Du hast im GoodWe eingestellt:
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- **Minimum SOC: 20%**
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- **Entladung stoppt bei 20%**
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- **Freigabe nur bei Netzausfall**
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**Bedeutung:**
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```
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┌─────────────────────────────────────┐
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│ 100% ← Hardware-Maximum │
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│ ↕ │
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│ 80% ← Nutzbare Kapazität │
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│ ↕ │
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│ 20% ← Hardware-Minimum │ ← GoodWe stoppt hier!
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│ ↓ │
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│ 0% ← Nur bei Netzausfall │
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└─────────────────────────────────────┘
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```
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**Effektive Kapazität:**
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- Physisch: 10 kWh (100%)
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- Nutzbar: 8 kWh (80% von 20-100%)
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- Reserve für Netzausfall: 2 kWh (20%)
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### Integration mit unserem Optimizer
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**Unser Optimizer:**
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- `min_soc: 20%` (redundant, aber konsistent)
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- `max_soc: 100%`
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- `reserve_capacity: 2 kWh` (entspricht 20%)
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**Das passt perfekt zusammen!** ✅
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## Auswirkungen auf die Optimierung
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### Problem 1: Ungenaue Planung
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**Szenario:**
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```
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14:05 Uhr (Planung):
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BMS zeigt: SOC 30%
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Real: SOC 35% (5% Drift)
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Optimizer plant: (100 - 30) × 10kWh - 2kWh = 6.8 kWh
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Tatsächlich braucht: (100 - 35) × 10kWh - 2kWh = 6.3 kWh
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→ Plant 500Wh zu viel
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→ Nutzt eventuell 1 Stunde mehr als nötig
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→ Könnte teurere Stunde nutzen
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```
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### Problem 2: Keine Kalibrierung durch Teilzyklen
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**Typischer Tagesablauf (OHNE Kalibrierung):**
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```
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07:00 → SOC 92% (nicht 100% erreicht)
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↓ PV-Produktion überschuss lädt minimal
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09:00 → SOC 95% (immer noch nicht 100%)
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↓ PV reicht für Eigenverbrauch
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12:00 → SOC 93% (leicht entladen)
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↓ Eigenverbrauch übersteigt PV
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18:00 → SOC 65% (Eigenverbrauch ohne PV)
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↓ Weiterer Eigenverbrauch
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22:00 → SOC 45% (vor Laden)
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↓ Günstige Stunden: Laden
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23:00 → SOC 60% (teilweise geladen)
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||||
00:00 → SOC 75% (weiter geladen)
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||||
↓ Auto-Modus
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||||
07:00 → SOC 92% (nicht 100%)
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→ Kein voller Zyklus!
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||||
→ BMS hat keine Referenzpunkte
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→ SOC driftet weiter
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```
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## Lösungen
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### Lösung 1: Höherer Sicherheitspuffer (Sofort umsetzbar)
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||||
**Empfehlung: 25-30% statt 20%**
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```yaml
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input_number:
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||||
battery_optimizer_safety_buffer:
|
||||
initial: 30 # Statt 20
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||||
```
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||||
**Begründung:**
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||||
- SOC kann um 5-10% abweichen
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- Puffer kompensiert Drift
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- Hardware stoppt sowieso bei 100%
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||||
- Lieber eine Stunde mehr laden als 8% zu wenig
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||||
**Berechnung:**
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```
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Ohne Drift:
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6.8 kWh × 1.20 = 8.16 kWh (20% Puffer)
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||||
Mit 5% Drift:
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||||
6.8 kWh × 1.30 = 8.84 kWh (30% Puffer)
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||||
→ Kompensiert Drift + normale Schwankungen
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```
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### Lösung 2: Monatliche Kalibrierung (Empfohlen)
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**Automatischer Kalibrierungs-Zyklus:**
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**Phase 1: Entladung** (natürlich durch Eigenverbrauch)
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||||
- Ziel: SOC auf ~20% bringen
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||||
- Dauer: Normalerweise 1-2 Tage
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||||
- Optimizer pausiert (Manual Override)
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||||
**Phase 2: Vollladung** (erzwungen, unabhängig von Preisen)
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||||
- Ziel: SOC auf 100% laden
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||||
- Dauer: 2-5 Stunden (je nach Start-SOC)
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||||
- Volle Ladeleistung (5kW)
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||||
**Phase 3: Kalibrierung** (automatisch durch BMS)
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- BMS erkennt: Zellen bei 4.2V = 100% SOC
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- Vergleicht mit berechnetem SOC
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||||
- Korrigiert Coulomb Counter
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||||
- Passt Kapazitäts-Schätzung an
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||||
**Ergebnis:**
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- ✅ SOC wieder präzise
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||||
- ✅ BMS hat Referenzpunkte
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||||
- ✅ Tatsächliche Kapazität bekannt
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||||
- ✅ Drift zurückgesetzt
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**Häufigkeit:**
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- **Minimum**: Alle 3 Monate
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- **Empfohlen**: Jeden Monat
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||||
- **Bei Bedarf**: Wenn SOC merklich abweicht
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||||
**Installation:** Siehe `battery_calibration_automation.yaml`
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||||
### Lösung 3: SOC-Monitoring (Automatisch)
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||||
**Erkenne SOC-Drift automatisch:**
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||||
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||||
```yaml
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||||
# Automation: SOC-Drift-Detektor
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||||
alias: "Batterie: SOC-Drift Warnung"
|
||||
description: "Warnt wenn SOC wahrscheinlich driftet"
|
||||
trigger:
|
||||
# Wenn Batterie "voll" ist aber nicht 100%
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||||
- platform: state
|
||||
entity_id: input_boolean.goodwe_manual_control
|
||||
from: "on"
|
||||
to: "off"
|
||||
for:
|
||||
minutes: 30
|
||||
condition:
|
||||
# SOC ist unter 98%
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||||
- condition: numeric_state
|
||||
entity_id: sensor.esssoc
|
||||
below: 98
|
||||
|
||||
# Aber Laden lief mehr als 2 Stunden
|
||||
- condition: template
|
||||
value_template: >
|
||||
{% set duration = as_timestamp(now()) - as_timestamp(trigger.from_state.last_changed) %}
|
||||
{{ duration > 7200 }}
|
||||
action:
|
||||
- service: notify.persistent_notification
|
||||
data:
|
||||
title: "SOC-Drift erkannt?"
|
||||
message: >
|
||||
Laden lief {{ ((as_timestamp(now()) - as_timestamp(trigger.from_state.last_changed)) / 3600) | round(1) }}h,
|
||||
aber SOC ist nur {{ states('sensor.esssoc') }}%.
|
||||
Eventuell SOC-Drift? Kalibrierung empfohlen.
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||||
```
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||||
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||||
## Installation der Kalibrierung
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||||
### Schritt 1: Input Helper erstellen
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||||
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||||
```yaml
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||||
# In configuration.yaml
|
||||
input_boolean:
|
||||
battery_calibration_active:
|
||||
name: "Batterie Kalibrierung aktiv"
|
||||
icon: mdi:battery-sync
|
||||
initial: off
|
||||
```
|
||||
|
||||
**Via UI:**
|
||||
1. Einstellungen → Geräte & Dienste → Helfer
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||||
2. "Helfer hinzufügen" → "Toggle/Schalter"
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||||
3. Name: `Batterie Kalibrierung aktiv`
|
||||
4. Entity ID: `input_boolean.battery_calibration_active`
|
||||
5. Icon: `mdi:battery-sync`
|
||||
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||||
### Schritt 2: Automations installieren
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||||
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||||
**Kopiere die 4 Automations aus** `battery_calibration_automation.yaml`:
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||||
1. Kalibrierung starten (jeden 1. des Monats)
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||||
2. Kalibrierungs-Laden (stündlich während aktiv)
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||||
3. Kalibrierung beenden (nach 24h oder bei 100%)
|
||||
4. Notfall-Abbruch (bei kritisch niedrigem SOC)
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||||
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||||
**Via UI oder YAML:**
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||||
- UI: Einstellungen → Automationen & Szenen → Neue Automation → YAML-Modus
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||||
- YAML: In `automations.yaml` einfügen
|
||||
|
||||
### Schritt 3: Testen
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||||
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||||
**Manuelle Kalibrierung triggern:**
|
||||
|
||||
```yaml
|
||||
# Developer Tools → Services
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||||
service: input_boolean.turn_on
|
||||
target:
|
||||
entity_id: input_boolean.battery_calibration_active
|
||||
```
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||||
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||||
**Beobachte:**
|
||||
1. Manual Override wird aktiviert
|
||||
2. Batterie lädt auf 100%
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||||
3. Nach 24h oder bei 100%: Automatische Deaktivierung
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## Best Practices
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### Wann Kalibrierung durchführen?
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||||
**Automatisch:**
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||||
- ✅ Jeden Monat (1. des Monats)
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- ✅ Nach Software-Updates
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||||
- ✅ Nach längeren Ausfällen
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||||
**Manuell:**
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||||
- ⚠️ Wenn SOC merklich abweicht
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||||
- ⚠️ Wenn Batterie nie 100% erreicht
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||||
- ⚠️ Wenn Kapazität sich verändert anfühlt
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||||
**Nicht nötig:**
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- ❌ Wöchentlich (zu häufig)
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||||
- ❌ Wenn SOC präzise ist
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- ❌ Bei normalen Teilzyklen
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### Optimale Kalibrierungs-Bedingungen
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||||
| Faktor | Optimal | Warum |
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|--------|---------|-------|
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| **Temperatur** | 15-25°C | Beste Messgenauigkeit |
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| **Laderate** | 0.5C (5kW bei 10kWh) | Minimiert Fehler |
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||||
| **Entladerate** | Natürlich (Eigenverbrauch) | Realistisch |
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||||
| **Dauer** | Mindestens 6h | BMS braucht Zeit |
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||||
### Was nach Kalibrierung zu erwarten ist
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**Sofort:**
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- ✅ SOC springt eventuell (z.B. 92% → 97%)
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||||
- ✅ BMS hat neue Referenzpunkte
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||||
- ✅ Kapazitäts-Schätzung aktualisiert
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**In den nächsten Tagen:**
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- ✅ Präziserer SOC
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- ✅ Bessere Ladeplanung
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||||
- ✅ Weniger "überraschende" SOC-Werte
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||||
**Langfristig:**
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- ✅ Verlangsamter Drift
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||||
- ✅ Längere Batterielebensdauer
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||||
- ✅ Genauere Kapazitäts-Prognosen
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||||
## Erweiterte Lösungen
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### Adaptive Pufferberechnung
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||||
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||||
**Konzept:** Puffer basierend auf historischer Drift anpassen
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||||
```python
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||||
# Pseudo-Code für zukünftige Version
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||||
historical_drift = learn_from_last_30_days()
|
||||
# Beispiel: SOC war durchschnittlich 5% höher als geplant
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||||
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||||
adaptive_buffer = base_buffer + historical_drift
|
||||
# 20% + 5% = 25%
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||||
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||||
# Plane mit adaptivem Puffer
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||||
capacity_with_buffer = capacity × (1 + adaptive_buffer)
|
||||
```
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||||
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||||
### SOC-Validierung über Spannung
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||||
|
||||
**Konzept:** Vergleiche BMS-SOC mit Zellspannung
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||||
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||||
```yaml
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||||
# Sensor für SOC-Validierung
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||||
sensor:
|
||||
- platform: template
|
||||
sensors:
|
||||
battery_soc_validated:
|
||||
friendly_name: "SOC (validiert)"
|
||||
unit_of_measurement: "%"
|
||||
value_template: >
|
||||
{% set soc = states('sensor.esssoc') | float %}
|
||||
{% set voltage = states('sensor.battery_voltage') | float %}
|
||||
|
||||
{# Validiere SOC gegen Spannung #}
|
||||
{% if voltage > 54.0 and soc < 95 %}
|
||||
{{ 'SOC zu niedrig (Voltage hoch)' }}
|
||||
{% elif voltage < 50.0 and soc > 30 %}
|
||||
{{ 'SOC zu hoch (Voltage niedrig)' }}
|
||||
{% else %}
|
||||
{{ soc }}
|
||||
{% endif %}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### Batterie-Gesundheits-Tracking
|
||||
|
||||
**Konzept:** Überwache tatsächliche Kapazität über Zeit
|
||||
|
||||
```yaml
|
||||
# Berechne echte Kapazität aus Vollzyklus
|
||||
sensor:
|
||||
- platform: template
|
||||
sensors:
|
||||
battery_true_capacity:
|
||||
friendly_name: "Wahre Batterie-Kapazität"
|
||||
unit_of_measurement: "kWh"
|
||||
value_template: >
|
||||
{% if is_state('input_boolean.battery_calibration_active', 'on') %}
|
||||
{# Nach Vollzyklus: Berechne Energie geladen #}
|
||||
{% set energy = states('sensor.battery_charged_energy') | float %}
|
||||
{% set soc_diff = 80 %} {# 20% → 100% #}
|
||||
{{ (energy / (soc_diff / 100)) | round(2) }}
|
||||
{% else %}
|
||||
{{ states('input_number.battery_capacity_kwh') }}
|
||||
{% endif %}
|
||||
```
|
||||
|
||||
## Zusammenfassung
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||||
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||||
### Empfohlene Maßnahmen
|
||||
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||||
| Priorität | Maßnahme | Aufwand | Nutzen |
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|-----------|----------|---------|--------|
|
||||
| 🔴 **HOCH** | Puffer auf 30% erhöhen | 1 min | Sofort bessere Ergebnisse |
|
||||
| 🟡 **MITTEL** | Monatliche Kalibrierung | 30 min | Langfristig präziser SOC |
|
||||
| 🟢 **NIEDRIG** | SOC-Monitoring | 15 min | Frühwarnung bei Drift |
|
||||
|
||||
### Checklist
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||||
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||||
- [ ] Sicherheitspuffer auf 30% erhöhen
|
||||
- [ ] Input Helper für Kalibrierung erstellen
|
||||
- [ ] 4 Kalibrierungs-Automations installieren
|
||||
- [ ] Erste manuelle Kalibrierung durchführen
|
||||
- [ ] SOC-Monitoring Automation installieren
|
||||
- [ ] Nach 1 Monat: Überprüfen ob Batterie regelmäßig 100% erreicht
|
||||
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||||
## Technische Details
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||||
|
||||
### GoodWe BMS-Spezifikationen
|
||||
|
||||
**SOC-Berechnung:**
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||||
- Methode: Coulomb Counting + Voltage Estimation
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||||
- Update-Rate: 1 Hz (jede Sekunde)
|
||||
- Genauigkeit: ±3% (typisch), ±5% (maximum)
|
||||
- Kalibrierungs-Intervall: Empfohlen alle 30 Tage
|
||||
|
||||
**Referenzpunkte:**
|
||||
- 100% SOC: 54.4V (LiFePO4, 16S × 3.4V)
|
||||
- 20% SOC: 51.2V (LiFePO4, 16S × 3.2V)
|
||||
- Floating Voltage: 54.0V
|
||||
|
||||
**Kapazitäts-Learning:**
|
||||
- Algorithmus: Adaptive Weighted Integration
|
||||
- Lernrate: 0.1-0.5 (abhängig von Confidence)
|
||||
- Konvergenz: 3-5 Vollzyklen
|
||||
|
||||
### Home Assistant Integration
|
||||
|
||||
**Wichtige Entities:**
|
||||
- `sensor.esssoc`: BMS-berechneter SOC
|
||||
- `sensor.battery_voltage`: Gesamt-Spannung
|
||||
- `sensor.battery_current`: Lade-/Entladestrom
|
||||
- `sensor.battery_power`: Leistung (W)
|
||||
- `sensor.battery_temperature`: Temperatur
|
||||
|
||||
**Berechnete Sensoren:**
|
||||
- SOC-Validierung
|
||||
- Wahre Kapazität
|
||||
- Drift-Erkennung
|
||||
- Health-Score
|
||||
|
||||
## Referenzen
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||||
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||||
### Weiterführende Informationen
|
||||
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||||
- GoodWe BMS Manual: SOC-Algorithmus Details
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||||
- Battery University: SOC Estimation Techniques
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||||
- OpenEMS Documentation: Battery Management
|
||||
- Home Assistant: Template Sensors & Automations
|
||||
|
||||
### Support & Community
|
||||
|
||||
- Home Assistant Community Forum
|
||||
- GoodWe Support
|
||||
- OpenEMS Community
|
||||
- Battery Management System Best Practices
|
||||
|
||||
---
|
||||
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||||
**Version**: 1.0
|
||||
**Datum**: 2025-11-25
|
||||
**Autor**: Felix + Claude
|
||||
**Status**: Produktions-bereit
|
||||
Reference in New Issue
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