Power Management: IoT ohne Batterien?

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Die Stromversorgung ist eine der größten Herausforderungen bei IoT-Geräten. Nicht so für einen neuartigen Mikrochip mit einem flexiblen Power Management.

Batterien in IoT-Geräten sind um einiges größer und teurer, als der Chip, den sie antreiben. Das bremst Entwicklungen etwa in Richtung weiterer Miniaturisierung. Denn zum einen verursachen zu kleine Speicher hohe Wartungskosten durch kurze Austauschintervalle. Und zum anderen stellen aktuelle IoT-Geräte ohne Batterieunterstützung einfach ihren Dienst ein. Der Energiespeicher darf also „sicherheitshalber“ eine bestimmte Kapazität nicht unterschreiten.

Autarke Systeme mit sogenannten „Energy Harvestern“ wie etwa Solarzellen oder Thermoelementen, die permanent mit geringen Mengen an Energie aus der Umgebung den Akku nachladen, verschaffen zumindest „Linderung“. Eine leere Batterie führt aber auch hier zum sofortigen, endgültigen Stillstand.

Genau dagegen richtet sich nun ein 16-Bit-Microchip der National University of Singapore (NUS) mit der Bezeichnung „BATLESS“. Mit einem neuartigen Power Management startet er von selbst und arbeitet mit Hilfe einer winzigen On-Chip-Solarzelle ohne jegliche Batterieunterstützung. IoT-Sensorknoten kommen so mit zehnmal kleineren und kostengünstigeren Batterien aus, denn die müssen nun nicht mehr die Funktion eines IoT-Knotens garantieren.

Flexibles Power Management

Der Mikrochip aus Singapur beherrscht zwei verschiedene Modi: Minimum-Energie und Minimum-Strom. Bezieht er seine Energie von der Batterie, maximiert der Minimum-Energie-Modus die Laufzeit. Bei „erschöpfter“ Batterie wechselt er dagegen in den Minimum-Strom-Modus. Der Verbrauch beträgt dann etwa ein halbes Nanowatt, das von der halben Quadratmillimeter großen Solarzelle kommt. Damit soll der Chip mit 1.000 bis 100.000 mal weniger Energie auskommen, als aktuelle Mikrocontroller für Minimum-Energie-Operationen. Außerdem könne der 16-Bit-Mikrochip 100.000 mal schneller arbeiten als herkömmliche Modelle, so die Forscher.

Die beiden Modi des BATLESS-Chip erlauben dem IoT-Knoten auch ohne Batterieunterstützung ununterbrochen Ereignisse aus der Umgebung aufzuzeichnen, um diese dann bei ausreichend geladener Batterie drahtlos zu übertragen.

Next steps

Die Forscher demonstrierten die neue Technologie bei einer Lichtintensität von 50 Lux, was etwa “dämmrigen” Verhältnissen entspricht. In Zukunft soll die Batterie auf wenige Millimeter „geschrumpft“ werden, mit dem Ziel, sie irgendwann einmal ganz zu eliminieren. In Anbetracht der kommenden zig Milliarden IoT-Geräte sicher ein Ziel, das frei nach Shakespeare „auf’s innigste zu wünschen“ wäre.

Strom (Bild pixabay intografics)

Es muss nicht immer eine Batterie sein. (Bild: pixabay/intografics).