Integration von LiFePO4-BMS and Smoke Alarm in HA
Ich habe neulich meine herkömmliche Autobatterie (Blei-Säure) durch eine KEPWORTH 12V 100Ah LiFePO4 mit integriertem 100A-Bluetooth-BMS ersetzt.
Über das integrierte JBD (Jiabaida) Bluetooth-BMS werden in Echtzeit die Daten wie Spannung, Strom, Kapazität (SOC) und Zellspannungen geliefert.
1. Integration einer LiFePO4-BMS-Batterie in Home Assistant (ESP32)
Die Überwachung und Konfiguration erfolgt mobil über die Xiaoxiang BMS App (verfügbar im App Store/Play Store).
Für das Pairing ist normalerweise kein Passwort erforderlich, und falls doch ein Passwort benötigt wird, lautet es üblicherweise 000000 oder 123456.
Nun gibt es verschiedene JBD-BMS-Modelle und es gibt auch mehrere Methoden, um JBD-BMS-Daten mit einem ESP32 auszulesen.
Meiner Meinung nach eignet sich die bewährte Library von esphome-jbd-bms-Software perfekt zum Auslesen der BMS-Daten dieser Batterie.
Der Vorteil dieser Software liegt in der automatischen Erkennung des BMS über die MAC-Adresse. (darauf achten, dass keine andere App die Bluetooth-Verbindung blockiert).
Ich verwende einen ESP32-S3 Zero Mikrocontroller, weil er über integriertes Bluetooth verfügt und als Bridge für die Kommunikation mit dem BMS über Bluetooth dienen kann.
Jump to the Code zum Auslesen von BMS-Daten
2. Integration eines RF-Rauchmelders in ESPHome
Da ich ohnehin schon am Basteln war, habe ich gleich noch einen Rauchmelder mit demselben ESP-Chip integriert.
Dafür habe ich meinen noch gut funktionierenden 433-MHz-Funkrauchmelder aus meinem alten System verwendet.
Um es mit ESPHome zu verbinden, entfernte ich den originalen RF-Transmitter und las das Alarmsignal direkt von der Platine ab.
Da das Signal eine Spannung von etwa 9V aufwies, habe ich es über einen Spannungsteiler auf 3,3V reduziert und an einem ADC-Pin (Analog-Digital-Wandler) gemessen.
Der Einsatz des ADC-Pins anstelle eines digitalen GPIOs erlaubt es mir, Schwellenwerte genau zu definieren.
So kann ich sicherstellen, dass der Alarm erst ausgelöst wird, wenn die Spannung stabil über einem bestimmten Wert liegt, was die Zuverlässigkeit im Vergleich zu einer rein digitalen Abfrage erhöht.
In Home Assistant wird dieser Wert als Binärsensor ausgegeben, der im Alarmfall so konfiguriert ist, dass er aktiv bleibt, bis er manuell zurückgesetzt wird.
Die Stromversorgung des Rauchmelders erfolgte ursprünglich über eine 9V-Blockbatterie.
Diese habe ich durch zwei 18650-Lithium-Ionen-Akkus (2S-Konfiguration) ersetzt.
Um die benötigte Betriebsspannung für den ESP-Chip bereitzustellen, wird die 8.4V Akkuspannung über ein Mini560 DC-DC Step-Down-Modul effizient auf 3,3V geregelt.
Für die Akkuladeregelung nutze ich ein 2S 15W USB-C Lademodul mit Boost-Funktion. Dieses erhöht die 5V vom USB-Eingang auf die 8,4V, die für 2S erforderlich sind.
Dadurch kann der Rauchmelder wieder aufgeladen werden und hat eine deutlich längere Lebensdauer.
ESPHome-Code für Smoke Alarm
Dieser Code wurde für den ESP32-S3 Zero entwickelt, ist jedoch grundsätzlich mit allen Modellen der ESP32-Serie kompatibel.
Hinweis: Die Pin-Belegungen für die ADC-Eingänge (Analog-Digital-Wandler) und die Status-LED müssen für den jeweils verwendeten Mikrocontroller individuell im Code angepasst werden.
Folgende Daten werden durch das Modul erfasst und verarbeitet:
- Batteriespannung: Überwachung des aktuellen Ladestands der 2S-18650-Akkus.
- Akkutemperatur: Überwachung der 18650-Zellen mittels eines NTC-Thermistors, um die Sicherheit beim Laden und Entladen zu gewährleisten.
- Alarmsignal-Erkennung: Das Ausgangssignal des Rauchmelders wird kontinuierlich gemessen. Sobald ein definierter Schwellenwert überschritten wird, wird in Home Assistant ein binärer Schalter (Binary Sensor) aktiviert.
sensor:
- platform: adc
pin: GPIO03 # ADC1_2_
id: adc_smoke_sensor
internal: true
attenuation: auto
update_interval: 1s
# Spannungsteilerfaktor: 1 / (33k / (100k + 33k)) = 4.03
filters:
- multiply: 4.09
- calibrate_linear:
datapoints:
- 0.0 - 0.0
- 8.4 - 8.4
on_value:
then:
- if:
condition:
lambda: 'return id(adc_smoke_sensor).state gt 5;'
then:
- switch.turn_on: alarm_enabled
- platform: adc
pin: GPIO01 # ADC1_1_0
name: "battary Voltage"
id: bty_voltage
unit_of_measurement: "V"
accuracy_decimals: 2
update_interval: 30s
attenuation: auto
icon: mdi:car-battery
# Spannungsteilerfaktor: 1 / (33k / (100k + 33k)) = 4.03
filters:
- multiply: 4.09
- calibrate_linear:
datapoints:
- 0.0 - 0.0
- 8.4 - 8.4
- platform: ntc
sensor: resistance_sensor
name: "Battery Temperature"
unit_of_measurement: "°C"
accuracy_decimals: 1
icon: "mdi:thermometer"
# Calibration using datasheet B-constant
calibration:
b_constant: 3950
reference_temperature: 25°C
reference_resistance: 5kOhm # ntc
- platform: resistance
id: resistance_sensor
sensor: source_sensor
configuration: DOWNSTREAM
resistor: 5.6kOhm # to 3.3v
reference_voltage: 3.3V
- platform: adc
id: source_sensor
pin: GPIO13 # ADC2_2
update_interval: 60s
attenuation: auto
light:
- platform: esp32_rmt_led_strip
id: status_led
pin: GPIO21
chipset: WS2812
max_refresh_rate: 15ms
num_leds: 1
rgb_order: GRB
restore_mode: ALWAYS_OFF
rmt_symbols: 192
default_transition_length: 0ms
effects:
- pulse:
name: "Fast Pulse"
transition_length: 100ms
update_interval: 100ms
min_brightness: 50%
max_brightness: 100%
BMS Karte für Home Assistant Dashboard
Hier der YAML Code zur BMS Karte. Denkt daran, die Entität gegen eure zu ersetzen.
type: custom:flex-horseshoe-card
entities:
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_state_of_charge
decimals: 0
unit: "%"
name: BMS Battery
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_battery_temperature
decimals: 1
unit: °C
name: Temperature
icon: mdi:thermometer-alert
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_total_voltage
decimals: 2
icon: mdi:car-battery
unit: V
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_current
name: Current
decimals: 3
unit: A
icon: mdi:current-dc
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_max_cell_voltage
name: highest cell
decimals: 3
unit: V
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_min_cell_voltage
name: lowest cell
decimals: 3
unit: V
- entity: binary_sensor.bms_bluetooth_proxy_charging
name: charge
icon: mdi:power
tap_action:
action: more-info
- entity: binary_sensor.bms_bluetooth_proxy_discharging
name: discharge
icon: mdi:power
tap_action:
action: more-info
- entity: binary_sensor.bms_bluetooth_proxy_balancing
name: balancer
icon: mdi:chart-gantt
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_capacity_remaining
decimals: 2
unit: Ah
name: capacity
icon: mdi:lightning-bolt
- entity: binary_sensor.bms_bluetooth_proxy_charging
decimals: 2
name: charging
icon: mdi:battery-sync-outline
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_charging_cycles
decimals: 0
name: cycles
icon: mdi:cached
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_charging_power
name: charging_power
decimals: 2
tap_action:
action: more-info
- entity: sensor.bms_bluetooth_proxy_discharging_power
name: discharging_power
decimals: 2
tap_action:
action: more-info
layout:
icons:
- id: 1
entity_index: 1
xpos: 2
ypos: 5
icon_size: 1.2
color: "#2798F5"
- id: 2
entity_index: 2
xpos: 77
ypos: 5
icon_size: 1.2
color: "#2798F5"
- id: 3
entity_index: 3
xpos: 25
ypos: 29
icon_size: 1.2
color: "#2798F5"
- id: 8
entity_index: 8
xpos: 15
ypos: 72
align: start
icon_size: 1
color: "#2798F5"
- id: 9
entity_index: 9
xpos: 14
ypos: 80
align: start
icon_size: 1.1
color: "#2798F5"
- id: 10
entity_index: 10
animation_id: 3
xpos: 14
ypos: 87
align: start
icon_size: 1.1
color: "#2798F5"
- id: 11
entity_index: 11
xpos: 56
ypos: 87
align: start
icon_size: 1.2
color: "#2798F5"
hlines:
- id: 0
xpos: 50
ypos: 34
length: 65
styles:
- stroke-width: 3;
- opacity: 0.4;
- stroke-linecap: round;
vlines:
- id: 0
xpos: 50
ypos: 52
length: 27
styles:
- opacity: 0.2;
- stroke-linecap: round;
states:
- id: 0
entity_index: 0
xpos: 50
ypos: 20
styles:
- font-size: 1.5em;
- opacity: 0.9;
- id: 1
entity_index: 1
xpos: 5
ypos: 6
styles:
- text-anchor: start;
- id: 2
entity_index: 2
xpos: 100
ypos: 6
styles:
- text-anchor: end;
- id: 3
entity_index: 3
xpos: 75
ypos: 30
styles:
- text-anchor: end;
- opacity: 0.9;
- id: 4
entity_index: 4
xpos: 47
ypos: 44
styles:
- text-anchor: end;
- opacity: 0.9;
- id: 5
entity_index: 5
xpos: 54
ypos: 44
styles:
- text-anchor: start;
- opacity: 0.9;
- id: 6
entity_index: 6
xpos: 43
ypos: 60
styles:
- text-anchor: end;
- opacity: 0;
- id: 12
entity_index: 12
xpos: 32
ypos: 58
styles:
- text-anchor: start;
- opacity: 0.9;
- font-size: 0.7em;
- id: 7
entity_index: 7
xpos: 60
ypos: 60
styles:
- text-anchor: end;
- opacity: 0;
- id: 13
entity_index: 13
xpos: 55
ypos: 58
styles:
- text-anchor: start;
- opacity: 0.9;
- font-size: 0.7em;
- id: 8
entity_index: 8
xpos: 51
ypos: 73
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.7em;
- id: 9
entity_index: 9
xpos: 50
ypos: 80
styles:
- font-size: 0.7em;
- text-anchor: start;
- id: 10
entity_index: 10
xpos: 51
ypos: 88
styles:
- font-size: 0.7em;
- text-anchor: start;
- id: 11
entity_index: 11
xpos: 72
ypos: 87.5
styles:
- font-size: 0.7em;
- text-anchor: start;
- opacity: 0.7;
names:
- id: 0
entity_index: 0
xpos: 50
ypos: 100
styles:
- font-size: 0.8em;
- opacity: 0;
- id: 3
entity_index: 3
xpos: 30
ypos: 29.5
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.8em;
- opacity: 0.7;
- id: 4
entity_index: 4
xpos: 46
ypos: 49
styles:
- font-size: 0.5em;
- text-anchor: end;
- opacity: 0.7;
- id: 5
entity_index: 5
xpos: 54
ypos: 49
styles:
- font-size: 0.5em;
- text-anchor: start;
- opacity: 0.7;
- id: 6
entity_index: 6
xpos: 33
ypos: 62
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.5em;
- opacity: 0.7;
- id: 7
entity_index: 7
xpos: 54
ypos: 62
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.4em;
- opacity: 0.7;
- id: 8
entity_index: 8
xpos: 29
ypos: 73
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.5em;
- opacity: 0.7;
- id: 9
entity_index: 9
xpos: 29
ypos: 80
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.5em;
- opacity: 0.7;
- id: 10
entity_index: 10
xpos: 29
ypos: 88
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.5em;
- opacity: 0.7;
- id: 11
entity_index: 11
xpos: 70
ypos: 88
styles:
- text-anchor: start;
- font-size: 0.6em;
- opacity: 0;
animations:
entity.6:
- state: "on"
icons:
- animation_id: 0
styles:
- color: orange;
- opacity: 0.9;
- state: "off"
icons:
- animation_id: 0
styles:
- fill: var(--primary-text-color);
entity.7:
- state: "off"
icons:
- animation_id: 1
styles:
- fill: var(--primary-text-color);
- state: "on"
icons:
- animation_id: 1
styles:
- color: orange;
- opacity: 0.9;
entity.10:
- state: "on"
icons:
- animation_id: 3
styles:
- color: orange;
- opacity: 0.9;
- state: "off"
icons:
- animation_id: 3
styles:
- fill: var(--primary-text-color);
show:
horseshoe_style: colorstopgradient
horseshoe_state:
color: "#db4437"
width: 6
horseshoe_scale:
min: 0
max: 110
color: "#43a047"
width: 2
color_stops:
"65": red
"75": yellow
"85": green
card_mod:
style: |
ha-card {
height: 340px !important;
Box-shadow: none !important;
background-color: transparent !important;
--ha-card-background: var(--card-background-color);
color: var(--primary-color);
}
Code zum Auslesen von BMS-Daten
Der folgende Code basiert auf dem Beispiel esp32-ble-example.yaml aus dem syssi-Repository (GitHub: esphome-jbd-bms).
Ich habe das ursprüngliche Skript angepasst und alle für mein Projekt nicht relevanten Zeilen entfernt, um den Code schlank und übersichtlich zu halten.
Hinweis: Da meine 12V 100Ah LiFePO4-Batterie intern aus 4 Zellen besteht und das BMS keine Daten zur einzelnen Zelltemperatur übermittelt, wurden die entsprechenden Sensor-Entitäten aus dem Code entfernt.
Um den Energieverbrauch (WiFi & System) des ESP32 zu optimieren, wurden außerdem die folgenden Anpassungen an der YAML-Konfiguration vorgenommen:
| Maßnahme | Vorteil |
|---|---|
| Fast Connect | Schnellerer Verbindungsaufbau zum WLAN. |
| Power Save Mode (LIGHT) | Reduziert den Stromverbrauch im Leerlauf. |
| Static IP | Spart Zeit und Traffic beim DHCP-Handshake. |
# *******************************************************************************
# ESP32 S3 Mini Zero based
# ESPHome code to monitor and control a JBD-BMS via Bluetooth
# Aus Originalskript esp32-ble-example.yaml - syssi (GitHub: esphome-jbd-bms) Library
# ******************************************************************************
substitutions:
name: jbd-bms-ble
device_description: "Monitor and control a Xiaoxiang Battery Management System (JBD-BMS) via BLE"
external_components_source: GitHub://syssi/esphome-jbd-bms@main
mac_address: A5:C2:39:1A:E0:52
log_level: "DEBUG" # "INFO" # "DEBUG"
friendly_name: 'jbd-bms-ble and garage_smoke'
esphome:
name: ${name}
friendly_name: ${friendly_name}
comment: ${device_description}
project:
name: "syssi.esphome-jbd-bms"
version: 2.4.0
esp32:
board: esp32-s3-devkitc-1
framework:
type: esp-idf
external_components:
- source: ${external_components_source}
refresh: 0s
packages:
# Individual time estimation packages from remote repository
remaining_charging_time:
url: https://github.com/syssi/esphome-jbd-bms
files:
- path: packages/remaining_charging_time.yaml
vars:
sensor_id: bms0_remaining_charging_time
sensor_name: "remaining charging time"
current_sensor_id: bms0_average_current
capacity_remaining_id: bms0_capacity_remaining
nominal_capacity_id: bms0_nominal_capacity
remaining_discharging_time:
url: https://github.com/syssi/esphome-jbd-bms
files:
- path: packages/remaining_discharging_time.yaml
vars:
sensor_id: bms0_remaining_discharging_time
sensor_name: "remaining discharging time"
current_sensor_id: bms0_average_current
capacity_remaining_id: bms0_capacity_remaining
wifi:
power_save_mode: LIGHT # HIGH
fast_connect: true
ssid: !secret iot_wifi_ssid
password: !secret iot_wifi_password
# Optional manual IP
manual_ip:
static_ip: 192.168.178.xxx
gateway: 192.168.178.1
subnet: 255.255.255.0
logger:
level: ${log_level}
ota:
platform: esphome
on_begin:
then:
- switch.turn_off: ble_client_switch0
- logger.log: "BLE connection suspended for OTA update"
# Enable Home Assistant API
api:
encryption:
key: !secret encryption
esp32_ble_tracker:
scan_parameters:
active: false
ble_client:
- id: client0
mac_address: ${mac_address}
jbd_bms_ble:
- id: bms0
ble_client_id: client0
binary_sensor:
- platform: jbd_bms_ble
jbd_bms_ble_id: bms0
balancing:
name: "balancing"
charging:
name: "charging"
discharging:
name: "discharging"
online_status:
name: "online status"
sensor:
- platform: jbd_bms_ble
jbd_bms_ble_id: bms0
battery_strings:
name: "battery strings"
current:
name: "current"
id: bms0_current
power:
name: "power"
charging_power:
name: "charging power"
discharging_power:
name: "discharging power"
state_of_charge:
name: "state of charge"
nominal_capacity:
name: "nominal capacity"
id: bms0_nominal_capacity
charging_cycles:
name: "charging cycles"
capacity_remaining:
name: "capacity remaining"
id: bms0_capacity_remaining
battery_cycle_capacity:
name: "battery cycle capacity"
total_voltage:
name: "total voltage"
average_cell_voltage:
name: "average cell voltage"
delta_cell_voltage:
name: "delta cell voltage"
min_cell_voltage:
name: "min cell voltage"
max_cell_voltage:
name: "max cell voltage"
min_voltage_cell:
name: "min voltage cell"
max_voltage_cell:
name: "max voltage cell"
cell_voltage_1:
name: "cell voltage 1"
cell_voltage_2:
name: "cell voltage 2"
cell_voltage_3:
name: "cell voltage 3"
cell_voltage_4:
name: "cell voltage 4"
software_version:
name: "software version"
# Average current sensor with exponential filtering
- platform: copy
source_id: bms0_current
name: "average current"
id: bms0_average_current
filters:
- exponential_moving_average:
alpha: 0.1
send_every: 1
# WiFi Signal sensor.
- platform: wifi_signal
name: WiFi Signal
update_interval: 30s
unit_of_measurement: dB
accuracy_decimals: 0
force_update: false
icon: mdi:wifi
select:
- platform: jbd_bms_ble
jbd_bms_ble_id: bms0
read_eeprom_register:
name: "read eeprom register"
id: read_eeprom_register0
optionsmap:
0xAA: "Error Counts"
switch:
- platform: ble_client
ble_client_id: client0
name: "enable bluetooth connection"
id: ble_client_switch0
- platform: jbd_bms_ble
jbd_bms_ble_id: bms0
charging:
name: "charging"
discharging:
name: "discharging"
text_sensor:
- platform: jbd_bms_ble
jbd_bms_ble_id: bms0
errors:
name: "errors"
operation_status:
name: "operation status"
device_model:
name: "device model"
- platform: wifi_info
ip_address:
name: IP Address
mac_address:
name: Mac Address