Wat is het Internet of Things? | IoT-technologie

Onze wereld wordt steeds digitaler. Alles om ons heen is steeds meer verbonden. Slimme cv-ketels  deurbellen, auto’s of containers: connected producten worden steeds normaler. Zo’n beetje alles kan verbonden worden met het internet. Hiervoor wordt gebruikgemaakt van sensoren en speciale hardware. Zodra deze ‘IoT apparaten’ online zijn, kunnen ze communiceren. Met elkaar, met gebruikers, met bedrijven en andere verbonden partijen. Dit alles noemen we in de volksmond ‘het internet der dingen’ oftewel ‘Internet of Things’ afgekort tot IoT.

Alle verbonden ‘apparaten’ produceren data. Deze data leveren een grote hoeveelheid nieuwe informatie op, die voor gebruikers en organisaties erg nuttig kunnen zijn. De data geven namelijk niet alleen inzicht in het huidige gebruik of proces, maar kunnen ook worden ingezet om voorspellingen te doen over gebruik in de toekomst. Verschillende datastromen kunnen namelijk met elkaar vergeleken worden waardoor patronen herkend kunnen worden. Ook kan de integratie van mensen, machines, processen en gegevens productieprocessen en klantervaringen verbeteren. Zo kun je met Internet of Things nieuwe businessmogelijkheden en oplossingen creëren die tot nu toe onmogelijk leken.



IoT netwerken

IoT netwerken | IoT-technologie

LoRA netwerk
LoRaWAN of LoRa is een netwerk geschikt voor langeafstandscommunicatie met weinig vermogen. Het is uitermate geschikt om data uit te wisselen tussen verschillende objecten zoals bushokjes, prullenbakken of lantaarnpalen (vaak d.m.v. RFID). LoRa staat voor long range en is een specificatie voor een wide-area netwerk (WAN). Het is specifiek bedoeld voor apparatuur die af en toe een internetverbinding nodig heeft om af en toe wat data door te geven. Het netwerk heeft een bereik van tussen de 2,5 en vijftien kilometer per mast met een snelheid tussen de 0,3 en 50 kbit/s.
Hierdoor is het energieverbruik laag waardoor er een batterij-levensduur tot wel 20 jaar gerealiseerd kan worden.

Narrowband netwerk (NB-IoT)
Narrowband IoT is een nieuwe innovatieve technologie die het mogelijk maakt miljoenen apparaten met elkaar te verbinden. Dit netwerk heeft een extra grote dekking wat het mogelijk maakt
complexe en afgelegen locaties in kaart te brengen. Dit is de ideale oplossing voor de vele sensoren op moeilijk bereikbare plaatsen waarbij een lange batterijduur van belang is. De sensoren versturen en ontvangen maar enkele keren per dag kleine hoeveelheden data (dataconnectiviteit). Dit bespaart veel energie en hiermee kan een batterij-levensduur tot wel 10 jaar gerealiseerd worden.

Narrowband IoT maakt gebruik van een specifieke frequentie die sterk genoeg is om ondergronds gebruikt te worden en zelfs door dikke wanden heen kan. Door gebruik te maken van deze specifieke frequentie is het veilig en betrouwbaar en niet zomaar toegankelijk voor iedereen. Dit netwerk ondersteunt geen spraak (VoLTE). Dit netwerk wordt veel gebruikt voor slimme meters, slimme steden, parkeer monitoring en landbouwtoepassingen.

LTE-M netwerk
Het LTE-M netwerk is een wereldwijd beschikbaar netwerk dat dankzij een grotere bandbreedte bewegende objecten real-time kan volgen. Dé technologie dus voor het meten van data van objecten die in beweging zijn, iets wat met de conventionele netwerken 2G, 3G en 4G niet mogelijk is. Dit netwerk wordt veel gebruikt voor real-time volgen van vracht en losse goederen, wearables en connected health zoals het tracken van ziekenhuisapparatuur (d.m.v. location tag). LTE-M-technologie geeft de mogelijkheid tot meer bandbreedte in vergelijking tot NB-IoT en ondersteunt ook spraak (VoLTE). Dit wordt veel toegepast voor noodknoppen in de automotive sector. Batterijen gaan meer dan 5 jaar mee. De afkorting LTE-M staat voor Long Term Evolution for Machines.

Aanbieders zoals T-Mobile, Vodafone en KPN bieden op dit moment speciaal ontwikkelde netwerken voor IoT-oplossingen aan; namelijk het LoRa, NB-IoT en LTE-M netwerk
. Al deze netwerken zijn Low Power Wide Area Networks (LPWAN) en specifiek ontworpen voor communicatie tussen apparaten en het internet, over een lange afstand en met een extreem laag energiegebruik.

Note: Als de batterijduur van je IoT-oplossing geen rol speelt kun je ook gebruik maken van een 4G of 5G IoT netwerk. Hiermee kan je veilig grote hoeveelheden data verzenden of ontvangen.


Batterijen voor IoT

IoT batterijen | IoT-technologie

Primair Lithium (eenmalig gebruik)


Primaire batterijen zijn bedoeld voor eenmalig gebruik ("wegwerp") en kunnen niet worden opgeladen. Tijdens de ontlading wordt de anode onomkeerbaar verbruikt. Het meest voorkomende voorbeeld van een primaire batterij is alkaline. Maar in de Low Power Wide Area omgeving (LPWA), waar doorgaans een zeer lange levensduur van de batterij noodzakelijk is, wordt het echter aanbevolen om primaire lithium batterijen te gebruiken.

Saft Lithium-Thionylchloride (Li-SOCl2)
Afhankelijk van de gewenste prestatiekenmerken, zoals de nominale spanning, stabiliteit van de batterij en het gewenste temperatuurbereik valt de keuze vaak op de Saft LS/LSH/LSP range.  Deze lithium batterijen worden op grote schaal toegepast voor het voeden van IoT-toepassingen.

De Lithium-Thionylchloride-range is beschikbaar in twee verschillende uitvoeringen. Namelijk het spoel (bobbin) ontwerp en het spiraal (spiral) ontwerp. Hoewel de bobbin-cellen geschikt zijn voor low drain toepassingen, zijn de spiral-cellen ideaal voor het voeden van medium tot hoge puls toepassingen zoals IoT-apparaten met LPWA-communicatie.

De spiraalconstructie zorgt voor meer elektroden-oppervlak, wat leidt tot een hogere stroomcapaciteit, dus ideaal voor hogere stroom- en puls toepassingen.

Kenmerken & Voordelen

  • Hoge bedrijfsspanning, stabiel gedurende het grootste deel van de levensduur
  • Hoogste energiedichtheid onder de primaire lithium batterijen
  • Laagste zelfontlading voor langere levensduur
  • Hoge puls capaciteit door goed gecontroleerde passivering (beperkte spanningsvertraging)
  • Uitstekende betrouwbaarheid over een langere levensduur
  • 20 jaar + ontwerp met componenten en materialen van de hoogste kwaliteit
  • Breed temperatuurbereik, geschikt voor alle omgevingsomstandigheden
  • Lage magnetische handtekening



Technische specificaties

  • Nominale spanning: 3,6 V
  • Bobbin constructie voor de LS-range
  • Spiral constructie voor de LSH-range
  • Cilindrisch formaat: van 1/2AA tot D-size
  • Capaciteitsbereik: 1,2 Ah tot 17,0 Ah
  • Max. puls ontladingssnelheid tot 4 A
  • Temperatuurbereik: - 60°C tot + 150°C
  • Niet-ontvlambaar elektrolyt
  • IEC60086-4, IEC60079-11 en UL1642-gecertificeerd
  • Voldoet aan de Europese richtlijn RoHS en REACH


Saft LSP
Om tegemoet te komen aan de behoeften van een nieuwe generatie slimme apparaten die een hogere vermogenspuls nodig hebben bij een breder bedrijfstemperatuurbereik, heeft Saft het LSP-assortiment op de markt gebracht. Deze range combineert betrouwbare Li-SOCl2-celtechnologie met lage zelfontlading en een ultramoderne en zorgvuldig geselecteerde LiC (lithium-ion condensator). Deze fungeert als puls-helper. De LSP range vult het gat tussen de LS en LSH lithium batterijen.

Het LS-assortiment op basis van lithium-thionylchloride (Li-SOCl2)-chemie wordt gekenmerkt door zijn hoge spanning en hoge specifieke energie. Hun spoelconstructie maakt deze cellen bijzonder geschikt voor toepassingen die zeer lage continue of matige puls-stromen vereisen, zoals meetapparatuur. Met zijn opmerkelijk lage zelfontlading is de LS-reeks ontworpen om een lange levensduur (vijf tot 20+ jaar) te bieden voor toepassingen met een paar µA basisstromen en periodieke pulsen.

Voor hogere puls verzoeken kom je al snel uit op de LSH lithium batterij. (ook op basis van lithium-thionylchloride). Dit ontwerp optimaliseert de levering van hoge stroom ten koste van de capaciteit (typische toepassingen tot 10 jaar). Het LS-assortiment miste daarom een batterij die meer dan 10 jaar capaciteit zou kunnen bieden voor toepassingen die een hoge puls-stroom en een hoge spanning van 3,6 volt vereisen.

Li-SOCl2-cellen zijn onderhevig aan passivering, een fenomeen dat de vorming van een lithium chloride laag op de anode veroorzaakt. Passivering beschermt de cel tegen zelfontlading en zorgt voor een lange houdbaarheid. De passiveringslaag verhoogt echter de interne weerstand van de cel, wat weer kan leiden tot lage spanningsmetingen in het begin (bereik van een paar ms). Dit proces komt vooral veel voor na opslag bij warme temperaturen.

Sommige toepassingen, met hoge stroompulsen en spanningsuitschakeling, frequente "hoge" temperatuurschommelingen (boven + 40°C) hebben meer kans op passivering. Bij meting onder de grenswaarde kan een waarschuwingssignaal "batterij bijna leeg" geactiveerd worden. Om dit te voorkomen, is parallel aan de cel een condensatorgeplaatst. Deze condensator slaat ladingen op om de benodigde spanning te helpen verhogen en vertraging in de stroomafgifte te voorkomen. De hoeveelheid elektrische lading die door de puls-helper wordt gedragen bij een bepaald elektrisch potentiaal wordt capaciteit genoemd en wordt gemeten in Farad (F).



Lithium-Mangaandioxide-technologie

Deze LM range wordt over het algemeen gebruikt in toepassingen met een hoog vermogen, maar lagere nominale spanning (3,0V). De meeste lithium-mangaandioxidecellen hebben een spiraalvormig ontwerp, maar er zijn ook prismatische- en knoopcellen verkrijgbaar.

De Li-MnO2-technologie is compatibel met hoge continue of gepulseerde stroomverbruiksprofielen en voldoen aan een breed temperatuurbereik (van -40 °C tot +80 °C voor sommige cellen). Ze onderscheiden zich door de afwezigheid van het passiveringseffect, waardoor de spanningsval die kan optreden tijdens pulserende ontladingen met andere primaire cel-technologieën niet ontstaat.

Lithium-mangaandioxidecellen kunnen met succes worden gebruikt in IoT-apparaten die communiceren met LPWA-technologieën, als de uitschakelspanning van de componenten en het bedrijfstemperatuurbereik compatibel zijn met de bedrijfsspanning van deze technologie.


Secundair Lithium (oplaadbaar)

Secundaire batterijen kunnen tijdens hun levensduur worden opgeladen, waardoor deze meerdere keren kunnen worden gebruikt. Meestal gebeurt dit i.c.m. zonne-energie. Saft ontwerpt en produceert verschillende technologieën die kunnen worden geclassificeerd als lithium-ion, wat een algemene term is. Li-ion kenmerkt zich door haar hoge piekvermogen,

De meeste IoT-apparaten zijn ontworpen om volledig autonoom te zijn, hebben dus geen verbinding met een vaste stroombron om op te laden. De Saft XTD secundaire batterij is een zeer goede back-upstroombron voor IoT-apparaten die gebruik maken van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie. Vraag onze batterij-specialisten naar de juiste batterijoplossing die past bij uw toepassing.

 

Wat is het verschil tussen primaire en secundaire batterijen?
Een batterij is een systeem dat chemische energie opslaat en via een elektrochemische reactie omzet in elektrische energie. Het dient als de primaire energiebron voor het voeden van een IoT-apparaat. Er zijn twee fundamentele soorten batterijen, die elk verder kunnen worden onderverdeeld in subgroepen op basis van hun chemie:

Primaire batterijen, niet oplaadbaar (Saft LS/LSH/LSP/LM)
Secundaire batterijen, die meerdere keren kunnen worden opgeladen (Saft XTD, MP)



Life time calculation (LTC)

De kosten voor het vervangen van een batterij zijn vaak hoger dan de kosten van het IoT-apparaat zelf. Daarom is het vooraf berekenen van de verwachte levensduur (Life Time Calculation) van de batterij van cruciaal belang. Om er achter te komen welke batterij het meest geschikt is voor gebruik in uw IoT toepassing is het belangrijk om te weten wat de verschillende parameters van uw gebruiksscenario zijn:

  • Nominale- en uitschakelspanning van uw elektronica (verschillende spanningen mogelijk)
  • Temperatuur van de omgeving: sommige technologieën presteren beter dan andere in warme of koude omgevingen
  • Verbruiksprofiel (in jaren) en de maximale pulsstroom en -frequentie


Voor IoT-toepassingen varieert de beschikbare batterijcapaciteit op basis van de werkelijke omstandigheden. Daarom kan een nauwkeurige berekening van de verwachte batterijcapaciteit voor uw IoT-toepassing behoorlijk complex zijn.  Zeker omdat er rekening moet worden gehouden met de eigenschappen van de batterij als de gebruikssituaties en omgevingscondities. Wij kunnen indien u wenst de expected life time calculation voor u uitvoeren.


Low-power design
Het ontwerpen van een IoT-toepassing met een laag stroomverbruik is een lang gekoesterde wens van iedere IoT-ontwikkelaar. Met de komst van de nieuwe standaard LPWA (low power wide area) technologieën zoals LTE-M of NB-IoT is dit in een stroomversnelling geraakt. Het algehele doel hierbij is de levensduur van de batterij te optimaliseren.

Het vereist engineering en optimalisatie van de volledige hardware en software, aangepast om met deze nieuwe standaard om te gaan. Een beperkte verbindingstijd, de frequentie van communicatie, de algehele apparaat prestaties en een eventuele slaapmodus kunnen het stroomverbruik tot een minimum te beperken.

De theorie lijkt misschien eenvoudig, maar de complexiteit van een energiezuinig ontwerp zit hem voornamelijk in de details. Wij kunnen u helpen in uw zoektocht naar de meest geschikte batterij-oplossing voor uw toepassing. Ook Saft Batteries biedt een online virtuele prototyping-oplossing (link naar Saft Batteries) waarmee u een gedetailleerd overzicht kunt krijgen van het hardware verbruik van uw apparaten en dit kunt optimaliseren.

 

Download IoT market-brochure Saft batteries (PDF)


Draadloze IoT-connectiviteitstechnologieën

Draadloze IoT-connectiviteitstechnologieën zoals bv. Zigbee, LoRaWan, NB-IoT of 5G hebben een bereik van enkele centimeters tot wel 100 km. Snelheden variëren van 50 Kbps (LoRaWan) tot 599 Mbps (5G). Het kiezen van een connectiviteitsoplossing voor uw IoT-apparaat heeft ernstige gevolgen voor de keuze van de componenten van uw applicatie, voor de prestaties van het verbonden object en vooral het energieverbruik. Het is belangrijk om goed na te denken over alle mogelijke oplossingen.


eSIM

eSim (of e-sim) is een afkorting van 'embedded sim' of digitale simkaart. Deze is in het leven geroepen om als opvolger te dienen voor de wereldwijd gebruikte plastic simkaart. Een e-sim maakt het mogelijk om IoT-applicaties nog compacter en lichter te maken doordat de chip direct is ingebouwd in het apparaat. eSIM geeft IoT-ontwikkelaars een voorsprong op de concurrentie door een nieuwe manier van connectiviteit mogelijk te maken. En bovendien is switchen tussen providers of profielen enorm simpel, je hoeft niet langer de fysieke SIM in het apparaat te vervangen.


Voorbeelden IoT toepassingen

IoT transport

Slimme containers
Als je afvalcontainers transporteert en verhuurt is excelleren in de beheersing van afvalstromen essentieel. Slimme sensoren zijn verbonden met smart devices van chauffeurs en de backoffice. Hiermee kun je eenvoudige en rendabele manier real-time containers volgen en monitoren. Met één druk op de knop zien waar containers zich bevinden en hoe lang ze er al staan. Dit verlaagd de administratieve druk op organisaties en voorkomt onnodige ritten. Routes kunnen efficiënter ingepland worden en het aantal gereden kilometers kan gereduceerd worden. Dit biedt veel voordeel bij het rijden met elektrische vrachtwagens.

Veilig vervoeren en opslaan van vaccins
Medicijnen en vaccins worden slechts in een op de tien gevallen op de juiste temperatuur bewaard. Maar de zwakste schakel zit toch vooral in het transport. De apotheek, GGD of huisarts wéét dat deze spullen in de koel vervoerd moeten worden, maar tijdens het transport gebeurt dat vaak niet goed. Met slimme dataloggers met IoT-connectiviteit wordt de temperatuur en de locatie van de vaccins op afstand in real-time gemonitord. In het geval dat ‘real-time’ niet mogelijk is worden de gegevens later, als het device weer ‘connected’ is doorgestuurd naar een IoT beheerplatform. De datalogger wordt gevoed door een lithium batterij met een groot temperatuurbereik. De datalogger geeft alle informatie die nodig is om te beoordelen of medicijnen of vaccins op een of andere manier gecompromitteerd zijn. Zo kan het hele traject nauwlettend in de gaten houden worden.


Landbouwmetingen
Met sensoren, speciaal ontwikkeld voor agrarische toepassingen gekoppeld aan een NB-IoT netwerk, worden boeren geholpen met hun dagelijks werkzaamheden. Zo is er een batterij gevoede broeidetectiesensor waarmee d.m.v. een temperatuursensor broei kan worden voorspeld. Met een waterpeilbuissensor die d.m.v. een aangesloten waterhoogtemeter meet wat hoe hoog de grondwater stand is. Hier wordt gebruik gemaakt van een Narrowband-IoT netwerk. Dit is de ideale oplossing voor sensoren op moeilijk bereikbare locaties waarbij een lange batterijduur van belang is.

DHL e-bakfiets
DHL heeft onlangs een nieuwe vervoerscombinatie in gebruik genomen voor binnenstedelijke distributie. Het gaat om een container- of e-bakfiets met een slimme container. De containers zijn voorzien van een ‘high secure slam lock’ dat ervoor zorgt dat de zendingen veilig opgeborgen zijn en blijven. Gekoppeld aan het LoRa-netwerk wordt in real-time statusinformatie van de pakketten verzonden. Naast locatiebepaling kan in de toekomst ook bijvoorbeeld temperatuur en luchtvochtigheid in de containers gemeten worden om de conditie van de pakketten te bewaken. LoRa staat voor 'Long Range Low Power'. Deze IoT-technologie kan kleine hoeveelheden informatie uitwisselen tussen objecten en systemen bij een zeer laag stroomverbruik. Bij deze IoT oplossing wordt gebruik gemaakt van een secundaire batterij i.c.m. een zonnepaneel.


Slotwoord

Het aantal IoT-gebruikers in Nederland stijgt snel. De mogelijkheden van IoT zijn eindeloos, zo kunt u met de verzamelde data efficiëntie vergroten, slijtage van ‘dingen’ vroegtijdig signaleren en hiermee incidenten voorkomen. Ook het snel opkomende 5G netwerk verbindt apparaten sneller, efficiënter.

Wilt u meer weten over IoT batterijen of een Life-Time-Calculation laten uitvoeren, neem dan contact met ons op via 0413-21 22 22 of per mail naar sales@batimp.nl