Mess- und Prüftechnik / Software Batterieoptimierung im IoT

Messplätze für die Batterieoptimierung von IoT-Geräten fordern immer mehr Flexibilität. Einige verfügbare Softwaremodule dazu werden diskutiert.

Das Internet-der-Dinge ist ein zunehmend verbreitetes Konzept, das neue Entwicklungen in der Industrie und in vielen weiteren Bereichen maßgeblich bestimmt. Angesichts seiner rasanten Verbreitung wird es für Elektroingenieure von entscheidender Bedeutung sein, die Herausforderungen bei der Entwicklung und Verwendung von IoT-Geräten zu verstehen.

Die Batterielebensdauer stellt für IoT-Geräte einen besonders wichtigen Faktor, der im Vergleich zu anderen elektronischen Geräten enorm kritisch ist (Bild 1). In vielen Anwendungssituationen müssen Ausfallzeiten auf jeden Fall vermieden werden. In der Industrie können Ausfälle dazu führen, dass kritische Daten fehlen, Sicherheitsrisiken entstehen, Batterieüberprüfungen erforderlich werden und unzureichende Sensordaten vorliegen. Im medizinischen Bereich können die Folgen von bloßen Unannehmlichkeiten bis hin zu lebensbedrohlichen Situationen reichen. Aufgrund dieser Überlegungen und der hohen Kosten für einen Batterie-Austausch bei IoT-Geräten – der oft teurer ist als der Austausch des gesamten Geräts – liegt der Fokus auf stromeffizienten Komponenten und anderen Möglichkeiten, effizient eine lange Batterielebensdauer für diese Anwendungsfälle zu gewährleisten.

Entwicklung energie-effizienter IoT-Geräte

Ingenieure haben zahlreiche Möglichkeiten zur Optimierung der Batterielebensdauer und verschiedene Ideen zum Thema IoT-Geräte und Energie entwickelt. So können Systeme mittels sogenanntem Energy Harvesting beispielsweise die benötigte Energie vollständig aus ihrer Umgebung beziehen, ohne zusätzliche Batterieeinheit.

 

Dennoch benötigen die meisten IoT-Geräte nach wie vor Batterien, sodass sich ein großer Teil der Bemühungen weiterhin auf die optimale Batterienutzung konzentriert. Um eine maximale Batterielebensdauer zu erzielen, haben sich Entwickler darauf konzentriert, sogenannte Deep Sleep-Modi zu entwickeln. Dabei befinden sich Geräte den größten Teil ihrer Lebensdauer im Deep-Sleep-Modus und werden erst aktiviert, wenn sie auch tatsächlich benötigt werden. Die Betriebsmodi arbeiten mit niedrigem Stromumsatz, niedrigen Batteriespannungen, langsamen Taktgeschwindigkeiten und reduzierten Befehlssätzen. Diese Anwendungen müssen besonders strenge Testanforderungen erfüllen. Daher ist eine Reihe von Tests notwendig, um den Energieumsatz der Gerätekomponenten über verschiedene Modi hinweg zu messen. Eine genaue Analyse der Batterieentladung ist entscheidend, um die erwartete lange Lebensdauer zu erzielen.