FRITZ!Box mit unterbrechungsfreier Stromversorgung – einfach und sehr effektiv

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) der FRITZ!Box habe ich gemäß Projekt einiger Arduino-Hannover-Teilnehmer nachgebaut. Einfach ein Netzteil (13,5 V/3 A) anstelle des FRITZ!Box-Netzteils nutzen und parallel einen 12-V-Bleiakku, der in seiner Zuleitung mit einer Feinsicherung abgesichert ist, anschließen. Das System bietet für mich verschiedene Vorteile:

  • Bei Stromausfall kann noch per DECT-Mobiltelefon telefoniert werden
  • Bei Stromausfall kann die Alarmanlage per Wähleinheit einen Notruf absetzen
  • Bei Stromausfall kann per Laptop weiterhin das Internet genutzt werden
  • Der ESP32 (Beispiel „ECO Power“-Board mit Batterie) kann weiterhin MQTT-Nachrichten per Internet absetzen. Das „ECO Power“-Board schaltet per Stromausfall automatisch auf Batteriebetrieb um (CR123-Zelle)

Technische Vorteile meiner FRITZ!Box-USV

Das Netzteil betreibt die FRITZ!Box und lädt nebenbei noch den Akku auf, was recht effektiv ist. Über den Bleiakku (12 V/12 Ah) kann die FRITZ!Box 7490 ca. 12-24 Stunden betrieben werden.

Schaltplan

Standard USV-Alternative mit 230 V bringt Nachteile

Eine energietechnisch ineffiziente Lösung per Standard 230-V-USV entfällt. Diese würde die Netzspannung zunächst auf 24 Volt wandeln, um die UPS-Akkus zu laden, parallel würde ein Inverter die 24-V-Akkuspannung auf 230-V-Netzspannung transformieren, welche dann per FRITZ!Box-Netzteil wiederum auf 12 V heruntergesetzt wird. Diese Herangehensweise ist, wie sich vermutlich jeder gut vorstellen kann, mit beträchtlichen energetischen Verlusten behaftet.

Meine USV HP T750 G2 UPS
Akku 1x 12 V/12 Ah 2x 12 V/12 Ah
Laufzeit FRITZ!Box min. 13 Stunden ca. 5 Stunden
Stromverbrauch (Akku voll) 10,9 Watt 25 Watt
Stromkosten/Jahr (29 ct/kWh) 27,69 € 63,51 €

Die Tabelle zeigt, dass meine FRITZ!Box-Lösung sehr effizient ist. Umgerechnet auf eine identische Akkuleistung ist die Laufzeit meiner USV im Vergleich zur HP-USV mehr als fünfmal so lang!

Der mechanische Aufbau meiner FRITZ!Box-USV

Ziel war es, das gesamte USV-System möglichst mobil zu halten, um es leicht abbauen und für etwaige Wartungsarbeiten auf einen Werktisch legen zu können. Hierfür habe ich einfach Filzgleiter unter den Akku geklebt. Das Netzteil habe ich mit einem Kabelbinder oben auf dem Akku befestigt. Zusätzlich wurden zwei Kanten des Netzteils per Heißklebepistole fixiert, sodass es nicht wackelt. Die Kabel zwischen Netzteil, Hohlstecker und Akku wurden zusammengelötet (alle Minus- sowie alle Plusleitungen zusammen) und dann mittels Schrumpfschlauch geschützt. Der Sicherungshalter und die Flachsteckhülsen wurden ebenfalls per Schrumpfschlauch geschützt, sodass keine stromführenden 12-V-Leitungen aus Versehen Kurzschlüsse verursachen können. Das fertige Modul habe ich dann auf einen Regalplatz an die Wand neben die FRITZ!Box gestellt, wobei ein kleiner Metallwinkel verhindert, dass der Akku vom Regel rutscht. (Die 230-V-Kabelführung ist mittlerweile mit Kabelschellen fixiert!)

Die Ladung den Bleiakkus geschieht ohne zusätzlichen Regler, da die 13,5 V vom Netzteil den Bleiakku laden und, wenn dieser voll ist, die Spannung als Erhaltungsladung des Akkus dient. Einen Schutz bei Tiefentladung habe ich bisher nicht realisiert, das lässt sich zukünftig sicherlich noch verbessern. Für meine Anwendung kann ich gut damit leben.

Bauteile

Die Bauteile für Lösung kommen zusammen auf ca. 25,- € (Akku und Kleinteile). Ein Netzteil 13,5 V/3 A kommt mit ca. 15,- € noch dazu – davon habe ich aber noch ausreichend liegen. Meine vorhandenen Netzteile liefern mit angeschlossener FRITZ!Box noch 13,6 V, was zum Aufladen sowie als Erhaltungsspannung für den Akku optimal ist.

Wichtiger Hinweis: Die Spannung des Netzteils sollte zwischen 13,6 V und 13,8 V liegen.

Teileliste (Bezugsquelle: Pollin Electronic GmbH)

Bezeichnung Artikel-Nr. Kommentar
Blei-Akkumulator 94-271198 12 V/12 Ah
Hohlstecker 94-450499 Außen 5,5 mm, innen 2,5 mm, lange Version
Sicherungshalter 94-260778 Für Feinsicherung 5×20 mm
Feinsicherung (3 A, Träge) 94-260211 5×20 mm
Sortiment Flachsteckhülsen 94-800171 Es werden nur 2 Flachstecker (6,3 mm) benötigt
Silikonlitze 1,5 mm2 (rot) 94-562007 Nur 30 cm Kabel notwendig, den Rest verwende ich anderweitig
Silikonlitze 1,5 mm2 (blau) 94-562009 Nur 30 cm Kabel notwendig, den Rest verwende ich anderweitig
Schrumpfschlauch 1 cm 440138 Ø 1 cm, wird ca. 50% kleiner
Netzteil (13,5 V/3 A) – (davon haben ich noch ausreichend auf Lager, daher keine Bestellung)

 

Teilnehmer, die zu unseren Arduino-Hannover-Treffen kommen und die FRITZ!Box-USV nachbauen, können von mir solch ein Netzteil kostenlos erhalten.

Q&A

Q: Wird ein Tiefentladeschutz benötigt?
A: Ein Tiefentladeschutz wäre schön, macht das Ganze aber aufwendiger und teurer. Bei der FRITZ!Box gehe ich davon aus, dass diese permanent durchläuft und ein Stromausfall nicht länger als 14 Stunden andauert; somit wird der Akku nicht tiefentladen. Sollte dies trotzdem einmal passieren, kann die Kapazität abnehmen bzw. der Akku über einen längeren Zeitraum Schaden nehmen. Ein neuer Akku kostet 20,- € und dieser muss sowieso ca. alle 5 Jahre ausgetauscht werden. Bei Kapazitätsverlust oder defektem Akku tausche ich diesen einfach aus.

Q: Ist ein regelmäßiger Funktionstest sinnvoll?
A: Ich persönlich werde die Lösung ca. alle 6 Monate testen, indem ich bei voll geladenem Akku den Netzstecker abziehe, sodass die FRITZ!Box per Akku läuft. Bei uns fallen eine nicht funktionierende Internetverbindung und Telefon sofort auf. Damit stelle ich fest, wie lange der Akku gelaufen ist und stecke den Netzstecker ein. Das mache ich am besten tagsüber, wenn ich zuhause bin, damit ich die Akkulaufzeit notieren und den Netzstecker zeitnah wieder einstecken kann.

Q: Was ist bei einen längeren Stromausfall zu tun?
A: Sollte der Stromausfall so lange dauern, dass der Akku schon leer ist oder abzusehen ist, dass der Strom länger ausbleibt, entnehme ich einfach die Sicherung um einer Tiefentladung vorzubeugen. Wenn der Strom wiederkommt, läuft die FRITZ!Box sofort weiter. Ich stecke dann die Sicherung wieder ein, damit der Akku geladen wird. Wie gesagt, im Notfall nehme ich einen Akkuaustausch (20,- €) in Kauf.

Q: Kann die FRITZ!Box die 13,6 V auf Dauer vertragen oder nur mit angeschlossenem Akku?
A: Die FRITZ!Box kann mit höheren Spannungen als 12 V betrieben werden, 15% mehr (13,8 V) sind überhaupt kein Problem. Die Lösung kann auch ohne Akku betrieben werden, falls dieser mal nicht verfügbar ist oder nicht funktioniert.