Genaue Füllstandsmessung für Batterien
Wie viel Energie tatsächlich noch in einem Akku steckt, ermitteln portable Geräte erstaunlich ungenau. Ein neuer Messchip soll dies ändern – und obendrein eine längere Nutzungsdauer ermöglichen.
- Kevin Bullis
Forscher bei Texas Instruments (TI) haben einen neuartigen Messchip entwickelt, der Handy-Besitzern auf die Minute genau mitteilen kann, wie viel Gesprächs- und Standby-Zeit noch im Akku steckt. Diese deutlich genauere Füllstandsmessung soll es den Herstellern von Smartphones erlauben, mehr Energie aus regulären Batterien zu beziehen – die Akkus halten länger, weil sich Geräte nicht einfach aus Sicherheitsgründen zu früh abschalten. TI rechnet gar mit einer Verlängerung der Standby-Zeit um mindestens die Hälfte.
Aktuell wird die verbleibende Akkuenergie über die gemessene Spannung am Akku berechnet. Genau ist das nicht – der Spannungswert fällt nicht konstant mit der Entladung der Batterie ab. Altert der Akku oder wird er unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt, verändert sich auch die Voltzahl. Und auch eine erhöhte Energienachfrage durch die Handy-Elektronik beeinflusst den Wert.
Der TI-Messchip kann dagegen bis auf 1 Prozent genau die Restenergie berechnen, weil er mehr Werte einbezieht als nur die verbleibende Spannung. Der wichtigste ist die Impedanz, einer der Hauptgründe, warum die Voltzahl so stark variiert. Dieser Widerstandswert verändert sich ebenfalls mit Temperatur, Batteriealter und Energienachfrage.
Ist die aktuelle Impedanz jedoch bekannt, kann der Messchip die Veränderungen bei der Voltzahl korrekt interpretieren, die durch äußerliche Faktoren bestimmt sind. Führt ein Handy-Besitzer etwa ein abgehendes Gespräch, geht die Spannung herunter, sobald das Telefon ein Signal überträgt. Ein gewöhnlicher Batterie-Füllstandsmesser interpretiert dies als plötzlichen Energieverlust des Akkus, was dann Stromsparmaßnahmen in der Power-Management-Software des Gerätes auslösen kann. Der TI-Messchip würde dem Handy-Betriebssystem hingegen mitteilen, dass noch genügend Energie in der Batterie steckt. Der Ansatz funktioniert auch bei Beeinträchtigungen der Voltzahl durch ein hohes Batteriealter.
Der TI-Füllstandsmesser wird entweder auf der Platine des Telefons verbaut oder direkt in das Batteriepaket integriert. Besonders interessant ist er in Smartphones. Bei einigen dieser Geräte muss der Nutzer damit rechnen, dass es sich plötzlich automatisch abschaltet, wenn die Batterieanzeige einmal bei halber Leistung angekommen ist. Ungenaue Messwerte machen zudem die Verwendung gut funktionierender Power-Management-Ansätze schwierig, die eigentlich zu einer Verlängerung der Nutzungsdauer führen sollen. Dabei werden die Handy-Prozessoren bei zu wenig Energie verlangsamt, der Bildschirm in seiner Helligkeit reduziert und andere stromsparende Maßnahmen eingeleitet. Außerdem schreiben manche Smartphones Daten in den Flashspeicher und beenden Anwendungen, um Probleme durch ein abruptes Abschalten zu vermeiden. Wenn die Stromsparmaßnahmen jedoch zu früh eingeleitet werden, weil sie sich auf ungenaue Messwerte stützen, ist das für den Benutzer unangenehm – er muss sich mit einem leistungsreduzierten Gerät abgeben, obwohl die Batterie eigentlich noch genügend Energie enthält.
Das Problem wird mit zunehmendem Batteriealter schlimmer, weil die Spannung hier noch schneller abfällt. Das heißt auch, dass gewöhnliche Messfühler die Geräte dann häufig abschalten, bevor die Batterie ganz entladen ist. In vielen Fällen ist die verlorene Nutzungsdauer bei alten Akkus auf ungenaue Messwerte zurückzuführen: "Man kann 30 Prozent Energie bei einem Akku verlieren, nur weil das Gerät sich zu früh abschaltet", meint Richard DelRossi, einer der an dem Projekt beteiligten TI-Ingenieure. Neue, genauere Messchips könnten somit die verwendbare Batteriekapazität um 50 oder gar 100 Prozent steigern, je nachdem, wie smart die Power-Management-Strategie ist.
Andere Handy- und Chiphersteller arbeiten ebenfalls an verbesserten Akku-Füllstandsmessern. Firmen wie Motorola oder PowerPrecise (finanziert von Intel) kombinieren die Voltzahl mit der aktuellen Stromstärke, um zu ermitteln, wie viel Energie verbraucht wurde. Die Subtraktion der verbrauchten Energie macht es möglich, die verbleibende Energie zu berechnen, so lange man vorher weiß, wie viel Energie überhaupt in der Batterie steckte. Aber auch die Kapazität kann, ähnlich wie die Voltzahl, schwanken – je nach Temperatur, Batteriealter und aktueller Energienachfrage. Um diese Faktoren einzuberechnen, werden von den Entwicklern Modelle bisherigen Batterieverhaltens erstellt – basierend auf Tests. Jerry Hallmark, zuständiger Forschungsleiter bei Motorola, glaubt, dass sich auch so deutlich genauere Messwerte ermitteln lassen. (bsc)
