Nieuwe algoritmes accustatus moeten leiden tot halvering laadtijd

Onderzoekers van de universiteit van San Diego hebben algoritmes ontwikkeld waarmee de status van ontlading van lithium-ion-accu's beter kan worden geschat. Met de nieuwe methode zou in de toekomst de laadtijd gehalveerd kunnen worden.

Volgens professor Miroslav Krstic en doctoraalstudent Scott Moura van de Jacob's School of Engineering van de UC San Diego-universiteit wordt de ontladingsstatus van huidige li-ion-accu's afgeleid van de spanning en de stroom die de accu levert, maar dit is volgens de onderzoekers een nogal grove schattingsmethode. Door de grote onnauwkeurigheid is het ontwerp van de accu's overgedimensioneerd, waardoor de accu's duurder en zwaarder zijn dan nodig.

Krstic en Moura hebben nu algoritmes op basis van mathematische modellen ontwikkeld waarmee de accustatus nauwkeuriger bepaald kan worden. Bij de modellen wordt gesimuleerd waar de li-ion-deeltjes zich per tijdseenheid in de anode bevinden. De onderzoekers schatten dat met de nieuwe algoritmes de kostprijs van li-ion-accu's met een kwart kan dalen, terwijl de laadtijd ervan gehalveerd kan worden.

Om de technologie verder uit te werken hebben de onderzoekers samen met Bosch, leverancier van autoproducten, en accufabrikant Cobasys, een bedrag van 9,6 miljoen dollar gekregen van Arpa-E, een onderzoeksinstituut van het ministerie van energie in de Verenigde Staten. De onderzoeksgroep waarvan Krstic en Moura deel uitmaken, krijgt daarvan 460.000 dollar.

De volgende stap is het verfijnen van de schattingsroutines en het testen daarvan op echte accu's, op een testbed van Bosch en Cobasys. Doel is om de ladingsdistributie binnen accu's te kunnen schatten, om de 'gezondheid' van de accu's te bepalen en om een strategie te formuleren voor een maximale efficiëntie tijdens het laden en gebruik van de accu's.

Reacties (63)

[RocketKoen]

@ mrdemc
Als jouw laptop accu "leeg" is, dan is deze verre van leeg. De logica in de accu heeft alleen een bepaald niveau bepaald waarop hij de accu afsluit om schade te voorkomen.
Als 1 van de cellen van je accu namelijk te ver ontlaad, kun je ze niet meer goed opladen en is een accu "stuk"

Om een accu gezond te houden, moet de logica het niveau van de lading in alle cellen (een laptop heeft er meestal 6 tot 18, een auto honderden) zo veel mogelijk gelijk houden. Hoe goed dit kan is dus heel erg afhankelijk van hoe precies de logica weet hoeveel lading elke cell heeft.

De hoeveelheid lading in een cel, heeft een correlatie met de spanning en stroom die hij geeft. Maar die relatie is niet heel precies. Daarnaast is het afhankelijk van de temperatuur en de belasting. Dit alles zorgt ervoor dat de meting best veel kan afwijken van de werkelijkheid.
Zo'n meetfout zorgt er voor 1 of meerdere cellen sneller (ont)laden als de rest. De logica moet dit dan compenseren. Bij het laden kost dit tijd, en bij het ontladen kost dit vermogen en capaciteit.

Verzin je dus een manier om veel preciezer te meten. Dan kan een accu sneller opgeladen worden. Gaat hij langer mee. En kan een groter deel van de accu veilig gebruikt worden (dus voor de leek: de accu wordt groter)

[mrdemc]

Bedankt voor deze ontzettend uitgebreide uitleg. Ik snap nu ook waar ze dan echt mee bezig zijn en welk effect dit gaat hebben op de accu's zelf. Ik ben zelf een echte leek op het gebied van accu's dus bedankt hiervoor

[ThanosReXXX]

+1
Jij snapt het...

[Mastermind]

Superuitleg, erg duidelijk! Mijn complimenten en +3!

[mrdemc]

Ik snap niet helemaal wat er bedoeld wordt hiermee. Ik heb juist het idee dat als een accu leeg is en daarom geen stroom meer kan geven, dat weinig te maken heeft met de meting van de stroom die er nog is...
Als mijn laptop bijv. aangeeft dat er nog 10 % aanwezig is en de laptop valt toch uit, dan is de accu leeg, dat heeft dan toch niets te maken met de schatting van de laadtijd o.i.d. ?
Kan iemand mij dit uitleggen?

[ReDnAx1991]

Er zit een chip in de accu die constant de spanning meet, als deze spanning te laag wordt zal de chip een signaal geven wat ervoor zorgt dat de accu afgesloten wordt.

Ik vermoed dat de wetenschappers hebben gevonden dat deze methode niet heel efficient is en dat er nog voldoende power in de accu zit om de telefoon/tablet/laptop te laten draaien met het nieuwe algoritme verwerkt in deze chip.

[mrdemc]

Dus het is dan vervolgens die chip die ervoor zorgt dat de laptop uit zal vallen en niet per se een 'echt' lege accu? Dan snap ik het inderdaad en dan zou dit ook een briljante geldbesparende oplossing zijn

[Keypunchie]

Dus het is dan vervolgens die chip die ervoor zorgt dat de laptop uit zal vallen en niet per se een 'echt' lege accu

Bij Lithium-Ion is het zo dat als een accu 'echt' leeg is, hij permanent beschadigt raakt. Er zit daarom firmware op, die wanneer hij te laag komt, uitschakelt. Hetzelfde geldt met laden van de accu. 100% is geen 100%, hij kan tot bij wijze van spreken 105% en laad telkens dat stukje leeglopen en weer opladen. Op die manier heb je altijd een "volle batterij", in plaats van dat je hem tussen 95-100% ziet springen.

Zie het zo: Stel, de 'echte' lading heeft een waarde 0 - 110
waarde <= 5 dan zegt de firmware LEEG en schakelt uit.
waarde = 6 dan zegt de firmware 1%
...
waarde = 103 dan zegt de firmware 98%
waarde = 104 dan zegt de firmware zegt 99%
waarde >=105 dan zegt de 100%
waarde = 110 dan stop de firmware met laden tot waarde <= 105.

Dit is 1 van de redenen waarom je gevraagd wordt om maandelijks je batterij helemaal te ontladen en weer op te laden: hierdoor kan de firmware zich weer calibreren op wat nou eigenlijk de maximale accuvermogen is (over tijd verlies je wat accuduur).

* Keypunchie wil disclaimen dat dit is zoals hij het begrepen heeft en het graag hoort als het iets anders werkt.

[Reactie gewijzigd door Keypunchie op 22 juli 2024 22:20]

[ikt]

Ik dacht toch dat met de huidige lading accus, het niet meer nodig is, of dat het zelfs slecht is, voor de accu om zich te ontladen? Ik zie nog bij oude mobieltjes dat er een ontlaad functie op zit, maar die zie ik nu nooit meer ergens en bij handleidingen staat nergens dat ik kan of hoef te ontladen.

Windows (en andere besturingssystemen ook) zijn ook gecalibreerd om nog 5% batterij over te hebben en dan dat het zichzelf afsluit, en ook niet meer aangaat?

Het lijkt mij dan behoorlijk moeilijk om eens onderhoud te plegen aan je accu.

[pakka680]

Zo lees ik het ook. Het is als de bekende zandloper die wat nauwkeuriger is. Het nauwkeurig meten van batterijen/accu's is al heel lang een "probleem". Behalve dat je precieser weet wanneer je accu leeg is en dat het beter kan worden opgeladen (immers men hoeft dan niet te gaan laden als de accu daar nog niet aan toe is) verandert er niets.

[ReDnAx1991]

Dus ... als ik het goed begrijp worden de accus kleiner, goedkoper en laden in de helft van de tijd op. Dat noemen we dan maar een winst winst winst situatie

[Tiniduske]

Ik versta eruit dat aangezien de accus kleiner worden er dus ook minder lang kan gedaan worden met een lading. Er wordt beter uitgelezen hoeveel er nog in de batterij is, maar de opslagcapaciteit gaat niet omhoog,dus uiteindelijk verliest de consument doordat zijn gsm/tablet/gps minder lang meegaat op 1 oplaadbeurt.

Ik kan me wel vinden dat de batterij beter wordt uitgelezen, maar de in mijn ogen minder lange gebruikstijd zou ik liever niet willen. Als de zelfde grootte van batterij wordt behouden is er natuurlijk geen probleem.

[ThanosReXXX]

"Door de grote onnauwkeurigheid is het ontwerp van de accu's overgedimensioneerd, waardoor de accu's duurder en zwaarder zijn dan nodig."

en

"De onderzoekers schatten dat met de nieuwe algoritmes de kostprijs van li-ion-accu's met een kwart kan dalen, terwijl de laadtijd ervan gehalveerd kan worden."

Lijkt mij dat je verkeerd gelezen hebt, want het gaat juist om het VERHOGEN van de efficiëntie.
NERGENS in het artikel wordt er gesproken over zwakkere accu's of kortere gebruiksperiodes.
Als je dus efficiënter om kan gaan met je accu als de indicatie van de functionaliteit daarvan wordt verbeterd, zal je dus pas later een melding krijgen dat je apparaat opgeladen moet worden, en niet eerder zoals jij stelt, dus is er helemaal geen sprake van dat iets "minder lang meegaat op 1 oplaadbeurt".

De opslagcapaciteit is in dit stuk niet relevant en staat er ook los van, dus met andere woorden: als dit straks in de praktijk wordt gebracht zullen ALLE accu's, dus ook die met een hogere capaciteit, beter functioneren.

[Reactie gewijzigd door ThanosReXXX op 22 juli 2024 22:20]

[bjp]

idd, er wordt gewoon gezegd: 25% goedkoper, laadtijd 50% korter. Niets over opslagcapaciteit of afmetingen.

Prijs en laadtijd toevallig de grootste problemen bij autobatterijen ;-)

[flamingworm]

"Door de grote onnauwkeurigheid is het ontwerp van de accu's overgedimensioneerd"

Hier staat er wel letterlijk in dat de opslagcapaciteit en/of de afmetingen eigenlijk te groot zijn volgens wat nodig is. Het artikel stelt dat men dezelfde performance zou kunnen krijgen met kleinere batterijen (vandaar ook 25% goedkoper)

[Reactie gewijzigd door flamingworm op 22 juli 2024 22:20]

[MathijsR]

Wat is lees is dat de accu's nu te groot zijn omdat ze inefficiënt ontworpen zijn. Ze kunnen met deze nieuwe techniek kleiner, met andere woorden, meer mAh per oppervlakte (heel grof gezegd).

[sygys]

Ja zo lees ik het ook. Maar wees niet al te blij.... Deze technieken worden alleen gebruikt voor auto accu's. Zoals in het artikel ook te lezen is. smartphone accu's worden nooit meegenomen met deze tests.daarnaast levert de hoofd sponsor Bosch auto accu's en geen smartphone accu's voor ons tweakers dus volkomen nutteloos. We zullen.nog enkele.jaren.moeten doen met belachelijk oneffficiente accu in smartphones

[benji83]

Het gaat om Li-Ion accu's. Wanneer heb jij Li--Ion accu's in een auto gezien?
Hooguit in electrische auto's, maar dit is uiteraard ook toepasbaar in kleinere accu's.
Let wel dat het nog slechts in de testfase is, als het eenmaal uitgewerkt is kunnen ze het overal in toepassen

[darkpluisje]

het gaat uiteraard ook om elektrische auto's... voor de accu in een auto met gewone benzine motor is het nogal nutteloos..

en alle elektrische auto's maken ipc gebruik van li-ion accu's, waar het dus enorm handig voor is. Als ze dit verbeteren kom je misschien tot een punt waarbij een elektrische auto misschien nog steeds een range heeft van 200 kilometer maar waarbij je hem zo snel kan opladen dat het een minder groot probleem zal vormen

[jiriw]

Het sneller opladen is inderdaad fijn.
Maar wat nog belangrijker is: door de gewichtsbesparing omdat je je accu's efficiënter kan ontwerpen hoef je minder kilo's aan accu's mee te zeulen in je EV. Of je actieradius wordt groter bij hetzelfde gewicht.
De kostprijs van accu's zouden met een kwart kunnen dalen... Ik denk dat we dat ongeveer kunnen lezen als; Hetzelfde laadvermogen met 25% minder grondstoffen... of 33% meer energie in een accu van hetzelfde gewicht. Dus je komt 33% verder als je de nieuwe accu's gebruikt. Ook kan je er voor kiezen je accu's 25% kleiner te maken waardoor je EV goedkoper wordt en ook nog eens een beetje verder komt (omdat het 25% minder accu hoeft mee te zeulen... een groot deel van het gewicht van een EV bestaat uit accu).

[Keypunchie]

Ja zo lees ik het ook. Maar wees niet al te blij.... Deze technieken worden alleen gebruikt voor auto accu's.

Als een techniek voor een applicatie-gebied is ontwikkeld, kan hij bijna altijd ook op andere applicatie-gebieden worden toegepast.

Of denk je dat men op de R&D afdelingen van Apple, Samsung en Nokia niet dit soort publicaties nauwlettend volgt? 10 miljoen euro ontwikkelkosten kunnen zij ook wel ophoesten.

[ravenger]

Nu is het zo dat er voor een bepaalde capaciteit meer accu nodig is dan noodzakelijk. Het hele punt is dat er met deze methode beter getailored op capaciteit kan worden ontworpen. De capaciteit blijft dus gelijk.

[Gabr1e7]

En kan dit dan ook worden toegepast op bestaande accu's?

[Titan_Fox]

Je krijgt dus eigenlijk een soort "TRIM" (SSD) maar dan voor accu's. Er wordt dus veel nauwkeuriger bijgehouden in hoeverre de cellen versleten zijn. Knap staaltje werk !

[freaky]

TRIM houdt niet bij of blokken versleten zijn, TRIM geeft aan dat een blok niet meer gebruikt wordt (als in dat er geen belangrijke data meer op staat).

[sdk1985]

Niet echt... TRIM is een OS commando wat de SSD vertelt dat een block gewist kan worden.

Dit is nodig omdat zonder dit commando de SSD er anders pas achter komt op het moment dat het block wordt herschreven. Het OS werkt namelijk met specifieke clusters wat voor een traditionele HDD logisch is. Een SSD is echter in die zin meer willekeurig; alleen de SSD controller weet welke files waar staan.

Simpel gezegd komt er een bestand binnen. Er stond nog deels een bestand wat gedelete mocht worden dus het past niet. Vervolgens moet alles naar de cache, gedelete bestand eraf, alles terug en dan pas het nieuwe file erbij.

http://www.anandtech.com/show/2738/8

Het TRIM commando forceert de herschrijf operatie op het moment dat het bestand gedelete wordt zodat je er later geen last van hebt en dat nieuwe bestand dus direct kunt wegschrijven.

http://www.anandtech.com/show/2738/10

[Reactie gewijzigd door sdk1985 op 22 juli 2024 22:20]

[arjankoole]

Accu's hebben vaak ook logic en firmware's (ik heb een paar keer firmware updates gezien voor de Sony Accu's in m'n Macbook Pro), dus het is in theorie in elk geval mogelijk om bestaande accu's te voorzien van deze nieuwe technologie.

Maar in werkelijkheid is het aannemelijker dat ze 't alleen in nieuwe producten proppen, want dat is immers weer een USP.

[TvdW]

Tenzij je extra sensoren nodig hebt...

[Anthracite]

Of extra rekenkracht, of extra geheugen voor look-up-tables, of nauwkeurigere A/D conversie of timing.

[freedragon]

Zal je zien dat je voor het continu monitoren en evalueren van je telefoonaccu een aparte accu nodig hebt...

[Asteryz]

of zelfs batterijen

[bogy]

Als amerika investeert is het zeker weer iets dat z'n weg naar het leger zal vinden...

solder of the future zeg maar ... zij lopen steeds meer met electronics rond en het zwaarste gedeelte bij electronica zijn de batterijen en metalen behuizingen.

De electronica op zich is al veel verkleind tov vroeger, maar de batterijen blijven zwaar...
dingen als deze nieuwe algoritmes zijn zeker een stap in de goede richting; doordat men nu beter weet hoeveel er nog in een batterij zit zal deze ook beter kunnen worden gebruikt. Wellicht zal ze ook correcter worden opgeladen en zal ze minder snel verslijten doordat ze de juiste lading krijgt ipv overbeladen wordt.

versleten batterijen gaan sneller leeg, en net daarom moeten ze grotere batterijen meenemen; om dit 'verlies' op te vangen zorgt men voor grotere batterijen zodat men niet halverwege de missie met 'platte batterij' komt te zitten; want dat zou kunnen betekenen dat nightvision wegvalt of de comms' met het basisstation niet meer mogelijk zijn wat het staan of vallen van een missie kan betekenen.

Ik las onlangs trouwens nog iets van grafiet toevoegen aan de cellen voor grotere capaciteit ofzo? het gaat iig EINDELIJK de goede kant op met ontwikkeling van batterijen, nadat we decennia lang hebben stilgestaan; op resultatenniveau toch...

[Verwijderd]

Nee het staat er letterlijk in:

Door de grote onnauwkeurigheid is het ontwerp van de accu's overgedimensioneerd, waardoor de accu's duurder en zwaarder zijn dan nodig.

[Verwijderd]

Hoe positief dit nieuws ook klinkt.

Des te triester is de huidige situatie.

We verspillen al decennia lang teveel energie voor het opladen van die accu's
En we verspillen in diezelfde periode ook nog eens een hoop kostbare grondstoffen voor de productie.

En uiteindelijk was het milieu en de portemonnee daar de dupe van

Eigenlijk best wel stom dat ze daar nu pas achter komen.

[MrDutchfighter]

Dit geldt voor alles wat beter wordt.

Kijk bijvoorbeeld naar auto's, die worden nog zuiniger, dus minder benzine, minder uitstoot, minder uitgeven voor elke gereden kilometer. Daar gaan generaties over heen en het kan nog steeds beter :-)
Of neem nou je CV ketel, veel beter dan een open haard...

Dat houdt dus niet in dat we ermee moeten stoppen, maar het is alleen maar goed dat mensen kijken naar hoe dingen beter kunnen. Alleen moet je er maar net op komen dat het mogelijk is. Zelf was ik er niet van op de hoogte dat er zelfs in een batterij een chip/sensor zat die dit soort dingen kan meten.

[Reactie gewijzigd door MrDutchfighter op 22 juli 2024 22:20]

[Clyde the Frog]

Bekijk het van de positieve kant. Wees blij dat het nu ontdekt is en niet pas over 5 a 10 jaar..

[Verwijderd]

Tsja zoiets heet technologische ontwikkeling. Je vindt iets uit en dan later denk je van 'oh het kan ook op een iets betere en snellere manier'. Dit is gewoon vooruitgang.

[Darkmane]

Dat heet vooruitgang.

Je kan niet verwachten dat je gelijk op je eindniveau zit wat betreft efficiëntie en duurzaamheid zodra je een product uit hebt gevonden.

Net zoals dit hoogstwaarschijnlijk niet de laatste fase zal zijn van de li-ion accu. De kans is groot dat er een slimme meneer of mevrouw weer iets weet te verbeteren aan het concept.
Dat betekent niet dat deze ontwikkeling fout is, of te weinig. Het is een goeie stap voorwaarts, waar anderen op door kunnen ontwikkelen.

[Verwijderd]

Dat er pas naar 40 jaar iemand slim genoeg is om met andere oplaad algoritmes te komen dan simpel weg de accu aan het stroomnet te hangen.

Daar hoef je niet slim voor te zijn dat is gewoon experimenteren met bestaande technologieën en dan de resultaten vergelijken en kijken of je verbetering ziet.

[vistu]

Ja, want het modelleren van de positie van de ionen in een accu is triviaal en had al tientallen jaren eerder gedaan kunnen worden. Anders gewoon maar experimenteren toch, kwestie van trial en error, o, en af en toe een ongeluk doordat je zo'n accu opblaast.

[o_f_course]

Wees blij dat we nu wel de logica kennen.
Maar mee eens dat het jammer is dat we die niet eerder hadden.

Zelfde geldt voor zonnencellen etc.

[johnkeates]

Dat heet voortschrijdend inzicht...

[Verwijderd]

Dat er een nieuwe, betere methode komt om iets te doen, wil niet zeggen dat de oude methode waardeloos was.

Niet alleen de accu technologie wordt beter, maar ook de manier waarop accu's gebruikt worden, veranderd continue.

Er worden 10 jaar geleden simpelweg geen elektrische auto's. En dus was de accu technologie ook niet geoptimaliseerd voor dat soort gebruik.

Het is daarbij ook heel goed mogelijk, dat de nieuwe methode alleen geschikt is voor een heel specifiek gebruik, maar dat het voor algemeen gebruik niet werkt.

Het is volslagen idioot om maar te doen alsof men in het verleden niet wist wat men deed.

[DrSnuggles]

Heeft dit hardwarematige ondersteuning nodig, of zou dit ook toepasbaar moeten zijn op huidige accus?

[Iblies]

Waarschijnlijk is er andere hardware nodig om ze zo aan te sturen. Al blijft het wel interessant om te weten of je bestaande constructies kunt aanpassen en/of afgeschreven accu's een x-aantal cycli langer mee kunt laten gaan binnen de gestelde normen.

[Fearsome0ne]

Hoop dat accu's dan ook langer meegaan dan nu het geval is?

[M-Opensource]

Betekent dit dan ook dat de accu van m'n telefoon eigenlijk een stuk langer meegaat dan het OS denkt (op basis van die berekeningen die dus grof geschat zijn) ?

[Verwijderd]

Van dit soort berichten wordt ik vrolijk. Vooruitgang door kennis (al moet het zich natuurlijk nog bewijzen, maar ben ik graag selectief enthousiast ).

[falcon1]

Dit artikel maakt het geheel niet veel duidelijker. Ik heb het originele artikel gelezen en ook die is nog al cryptisch.

Zoals ik het begrijp:

Bij het laden en ontladen genereerd een accu/battereij (NiCd, NiMh, Li-ION) warmte. Om er voor te zorgen dat deze warmte niet te hoog wordt, wordt er een max voltage en ampèrage op zo'n accu los gelaten. Dit zelfde geld voor "matriaal moeheid" slijtage. Gevolg als deze berekeningen niet goed gedaan worden zijn bij ons allen bekend: accu's/batterijen die gaan lekken, uitzetten en zelfs gaan branden of exploderen. En hoe meer capaciteit een accu/batterij heeft hoe groter de gevaren.

Dit model moet er voor zorgen wat op elk moment het beste voltage en amperage wordt gebruikt bij een bepaald ontwerp. En waar de "pijn" punten liggen in het ontwerp om dit te kunnen verbeteren.

Dus dit moet leiden tot betere ontwerpen, lees kleiner/lichter, En een betere inschatting wat de beste belasting is voor de accu om langer mee te gaan.

Het lijkt mij dat dit zowel effect kan hebben op de capaciteit van de bestaande ontwerpen, door de belasting beter te leiden. En leiden tot betere ontwerpen voor nieuwe accu's/batterijen, welke dus lichter kunnen zijn en langer mee kunnen gaan.

Correct me if I'm wrong.