Energy Harvesting
The actuator generates the electrical energy for required for operation (motor, sensors, radio communication) by means of a built-in thermoelectric generator (TEG) and therefore operates maintenance-free. The TEG harvests energy from the temperature difference between the heating flow temperature and the ambient temperature (usually room temperature), which it accumulates in the internal storage. The energy balance of the actuator is designed to allow operation through 366 days per year when used in typical circulation strands with hot water supply throughout the year. An additional energy source such as a primary battery or external power supply is not required. The internal energy storage device is charged upon delivery, so that sufficient energy is available for installation. An extended lack of hot water, for example because of down times or malfunctions, inevitably leads to the internal storage being discharged, which means that permanent and normal operation of the device can no longer be guaranteed.
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Device power management
The actuator allows the end user application to monitor and compute the energy status through regular measurement of the device internal parameters. Internal storage voltage STV (V) and average current generated ACG (µA) are actual measured values whereas average current consumed ACC (µA) is a computed value. The computed average current consumed value includes motor amount and direction of movement, radio data rate, radio communication frequency, and sleep current. The following two diagrams are illustrations of the energy balance from a running application.
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Energy Storage
The actuator uses its status bit "Energy Storage" to indicate that its long-term operation has consumed more energy than it generated. The remaining charge level at this point is approximately 25%, which is why the device continues with full functionality while signaling a negative energy balance to the user. It is strongly recommended to regularly check the ES bit in order to recognize a discharge of the storage and to prevent its progression by suitable measures (e.g. Slow Harvesting outside of the standard operating times). If the energy storage continues to discharge and its voltage falls below a certain limit, then the device automatically goes into the state of Forced Heating.
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Energy storage typical voltage values
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Voltage [V] LTO
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Fully charged – for charge stop (bq25505 and USB)
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2.8
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Fully charged – for indicator bit
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2.7
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Normal operation
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2.4 typical (2.0 … 2.8)
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Energy storage bit set when below
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2.3
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Forced Heating starts when below
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2.0
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Forced Heating stops when above
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2.4
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Microcontroller turning off all loads and its own power when below
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1.8
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Microcontroller power-up (under hardware-control) when above
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2.37
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Der Stellantrieb erzeugt die zum Betrieb erforderliche elektrische Energie (Motor, Sensoren, Funk) durch einen eingebauten thermoelektrischen Generator (TEG) und arbeitet somit wartungsfrei. Aus der Temperaturdifferenz zwischen Heizungsvorlauftemperatur und Umgebungstemperatur (meist Raumtemperatur) gewinnt der TEG Energie, die er in seinem internen Speicher akkumuliert. Die Energiebilanz des Antriebes ist auf einen Betrieb an 365 Tagen ausgelegt. Eine zusätzliche Energiequelle wie Primärbatterie oder externe Stromversorgung ist nicht erforderlich. Der interne Energiespeicher ist bei Auslieferung aufgeladen, sodass für die Installation ausreichend Energie zur Verfügung steht. Ein längerer Warmwassermangel, beispielsweise durch Stillstands Zeiten oder Störungen, führt zwangsläufig zur Entladung des internen Speichers, wodurch ein dauerhafter und normaler Betrieb des Gerätes nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Energieverwaltung des Geräts
Der Thermostat ermöglicht der Endbenutzeranwendung, den Energiestatus durch regelmäßige Messung der geräteinternen Parameter zu überwachen und zu berechnen. Die interne Speicherspannung STV (V) und der durchschnittlich erzeugte Strom ACG (µA) sind tatsächlich gemessene Werte, während der durchschnittlich verbrauchte Strom ACC (µA) ein berechneter Wert ist. Der berechnete durchschnittliche verbrauchte Stromwert umfasst den Motorbeitrag nach Bewegungsrichtung, die Funkdatenrate, das eingestellte Funkkommunikationsintervall sowie den Ruhestrom. Die folgenden beiden Diagramme veranschaulichen die Energiebilanz einer laufenden Anwendung.
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Energiespeicher
Der Thermostat zeigt über sein Statusbit „Energy Storage“ an, dass sein Dauerbetrieb mehr Energie verbraucht als erzeugt hat. Der verbleibende Ladezustand beträgt zu diesem Zeitpunkt ca. 25 %, weshalb das Gerät weiterhin mit voller Funktionalität arbeitet und dem Nutzer eine negative Energiebilanz signalisiert. Es wird dringend empfohlen, das ES-Bit regelmäßig zu kontrollieren, um eine Entladung des Speichers zu erkennen und dessen Fortschreiten durch geeignete Maßnahmen (z. B. Slow Harvesting außerhalb der Regelbetriebszeiten) zu verhindern. Entlädt sich der Energiespeicher weiter und sinkt seine Spannung unter eine bestimmte Grenze, dann geht das Gerät automatisch in den Zustand erzwungenes Heizen.
Energiespeicher typische Spannungswerte | Spannung [V] LTO |
Voll aufgeladen – für Ladestop (bq25505 und USB) | 2.8 |
Voll aufgeladen – für SFC Bit | 2.7 |
Normalbetrieb | 2.4 typisch (2.2 … 2.8) |
Energiespeicherbit gesetzt, wenn darunter | 2.3 |
Zwangsheizung beginnt, wenn darunter | 2.2 |
Zwangsheizung stoppt, wenn oben | 2.4 |
Mikrocontroller schaltet alle Lasten und seine eigene Stromversorgung ab, wenn er darunter liegt | 1.8 |
Einschalten des Mikrocontrollers (unter Hardwaresteuerung), wenn oben | 2.37 |
Akkuspezifikation HTC1450 (Kapazität / Ladestop / Entladestop) | >500mAh / 2.8V / 1.5V |
