Homematic-Geräte mit Akkus betreiben

Ein grosser Vorteil der funkbasierten Hausautomatisierung allgemein ist es, dass man ohne einen Kabelkanal in die Wand zu schlagen, Löcher zu bohren und einen Elektriker kommen zu lassen, viele Geräte einfach hinzufügen, umplatzieren und entfernen kann. Das setzt natürlich eine unabhängige Energieversorgung der Geräte voraus. Bei Homematic wird dies überwiegend mit wechselbaren AA und AAA-Batterien erledigt. Als Alternative könnte man einige Thermostate über ein Netzteil betreiben (HmIP-BPS), was aber die flexibel Platzierung verunmöglicht und Aufputz nicht gut funktioniert. Solarzellen oder anderes Energy harvesting für Homematic sind mir vom Hersteller EQ3 nicht bekannt.

Akkus

Aus finanziellen und ökologischen Gründen sollten natürlich keine Einweg-Batterie (z.B. "Alkaline" oder lithiumbasiert) verwendet werden. Normale NiMH-Akkus sind durch ihre starke Selbstentladung ebenfalls nicht geeignet. Seit fast 2 Jahrzehnten sind jedoch Akkus mit sehr geringer Selbstentladung auf dem Markt: Ich setze ausschliesslich die ursprünglich von Sanyo entwickelten und nun von Panasonic hergestellten Eneloop ein - erst in der Standardausführung, seit einiger Zeit aber auch die "Pro"-Version mit mehr Kapazität. Ob sich die Mehrkosten für die Pro-Version lohnen, schreibe ich weiter unten.

Ladegeräte

Da einige ältere Homematic-Geräte 3 AA-Batterien benötigen, ist es sinnvoll, ein Ladegerät zu verwenden, welches eine Steuerung pro Batterieaufnahme hat. Dadurch ist man nicht gezwungen, immer paarweise laden zu müssen. Fast schon unverzichtbar ist weiterhin eine automatische Ladekontrolle. Ich setze das ebenfalls von Panasonic stammende BQ-CC65 und BQ-CC17 ein. Dem einfacheren und günstigeren BQ-CC18 ("aka" Basic) fehlen die Ladekontrolle und das Einzeln- und Gemischtladen von AA und AAA-Batterien, weshalb ich es nicht mehr verwende. NiMH-Ladegeräte anderer Hersteller sollten aber auch problemlos funktionieren.

Ist man häufig länger abwesend, so kann die Anschaffung eines mit mehr Ladebuchsen ausgestatteten Laders Sinn machen. Nach zweimonatiger Abwesenheit sind von - sagen wir - 20 Geräten durchschnittlich 10 mit leeren Batterien, man muss also 20 bis 30 Batterien aufladen. Das ist an einem Wochenende mit nur vier Ladeplätzen fast nicht zu schaffen.

Wann laden?

Natürlich kann man darauf warten, dass das Homematic-Gerät den Betrieb einstellt, bevor man die Akkus auflädt. Manchmal möchte man jedoch etwas vorausschauender agieren, damit es nicht zu einem Ausfall kommt, etwa wenn der Thermostat im Winter den Raum frostfrei halten soll. Voraussetzung dafür ist, dass das betreffende Gerät den Akkuladestand in Form einer Spannung liefert. Vor allem älteren Thermostate wie dem HM-WDS40-TH-I-2 fehlt jedoch dieses Signal. Auch sind die Signale bei Homematic- und HomematicIP-Geräten unterschiedlich, weshalb ich sie nachfolgend in zwei getrennten Tabellen für meine Geräte dargestellt habe. Da dies nur ein kleiner Ausschnitt aus der kompletten Gerätepalette ist, würde ich mich freuen, Feedback zu anderen Typen zu bekommen.

Die Signale LOWBAT und LOWBAT_REPORTING sind Booleans (true/false oder 1/0) und signalisieren, dass die Spannung der Batterien eine gewisse Schwelle unterschritten hat. Bei den Raumthermostaten HM-TC-IT-WM-W-EU kann diese selbst festgelegt werden, bei anderen ist sie unveränderlich. BATTERY_STATE liefert die aktuelle Spannung.

Homematic-IP geht ähnlich vor, verwendet allerdings anderen Signalnamen, die jedoch wenigstens konsistent sind. LOW_BAT entspricht dem LOWBAT bei Homematic und BATTERY_STATE wird zu OPERATING_VOLTAGE. Das Signal OPERATING_VOLTAGE_STATUS ist mir rätselhaft. Laut EQ3-Dokumentation kann die Werte NORMAL, UNKNOWN und OVERFLOW annehmen. Bei mir hatte es noch nie einen anderen Status als 0 - was wahrscheinlich NORMAL bedeutet.

Sofern es das Gerät erlaubt, stelle ich die Schwelle für die LOW_BAT und LOWBAT beim Betrieb mit Eneloops auf 2.4 V. Damit habe ich beim HM-TC-IT-WM-W-EU ca. 3 Wochen Reaktionszeit, bevor die Spannung unter 2.2 V fällt und sich der Thermostat ausschaltet.

Zur Überwachung der Ladezustände verwende ich Chronograf (siehe InfluxDB). LOW_BAT_REPORTING zeige ich mit

select "name" from (SELECT last("LOWBAT_REPORTING") AS "LOWBAT_REPORTING" FROM "homematic"."autogen"./.*/ group by "name") where "LOWBAT_REPORTING"=1

und alle Devices mit weniger als 2.5V (BATTERY_STATE) mit

select * from (SELECT last("BATTERY_STATE") AS "BATTERY_STATE" FROM "homematic"."autogen"./.*/ group by "name") where "BATTERY_STATE" < 2.5 group by "name"

in einer Tabelle an.

Wie lange halten Akkus?

Gerade bei grösseren Installationen mit vielen batteriebetriebenen Komponenten oder bei längerer Abwesenheit stellt sich diese Frage. Hat man zum Beispiel 20 Geräte, welche 4 Monate mit einer Ladung auskommen, so muss man im Schnitt alle 6 Tage irgendwo einen Batteriewechsel vornehmen.

Bei einigen Geräten, wie zum Beispiel Tastern oder Bewegungsmeldern hängt die Laufzeit mit einem Satz Akkus stark von der Konfiguration und Nutzung ab - eine allgemeine Aussage ist hier also nicht möglich. Anders sieht es bei Raumthermostaten aus, deren Laufzeit unabhängig von der Konfiguration und Nutzung recht konstant ist.

Für den HM-TC-IT-WM-W-EU sind es mit Eneloop 4,5 Monate und mit Eneloop Pro 5,5 Monate. Der Temperatur-Differenzsensor HM-WDS30-OT2-SM-2 ist seit 3 Jahren ohne Batteriewechsel in Betrieb, ebenso der Wassermelder HM-Sec-WDS-2. Der Homematic-IP-Thermostat HmIP-WTH-2 läuft seit 12 Monaten und ist seit dem von 3.0 V auf 2.6 V abgefallen. Voraussichtlich dauert es bis zur 2.2 V-Schwelle nochmal so lange, womit er auf insgesamt 2 Jahre käme.

Der Arduino-DIY-Sensor liefert leider keine Batteriespannung oder -warnung. Deswegen habe ich ihn drei Jahre lang manuell gemessen:

Der Sensor hält rund 2 Jahre und 4 Monate Laufzeit mit einem Satz AA-Eneloop-Batterien durch. Auffällig ist, dass er bereits bei rund 2.46V aussteigt, also deutlich vor dem Erreichen der eingestellten 2.1 V BOD. Die Ursache dafür ist schnell erklärt: ich habe die Spannung während der Ruhezeiten gemessen. Läuft und sendet der Arduino jedoch, fällt die Spannung stark ab, bis schliesslich 2.1 V unterschritten und der Arduino ganz abgeschaltet wird (siehe mein Beitrag "Selbstbau-Arduino-Sensor mit wiederaufladbaren Akku").

Weiterhin kann man einen starken Abfall Anfang Juni 2020 beobachten. In dieser Zeit war die Zentrale (CCU2) abgeschaltet. Offensichtlich versuchte der Sensor mit wiederholten Sendeversuchen krampfhaft Kontakt aufzunehmen, was zu Lasten der Batterie ging. Daraus kann man folgenden Schluss ziehen: Wenn eine lange Laufzeit wichtig ist, sollte auf gute Funkverbindung zwischen Gerät und Zentrale und eventuellen Verknüpfungspartnern geachtet werden.