四大能量收集技术助力突破物联网设备供电困境

试想一下，假设我们拥有10亿台物联网设备，每台设备的电池寿命达到3年，这就意味着平均每天需要更换近100万个电池，带来成本压力、环境危害等诸多问题。那么有没有什么新的供能方式，可以纾缓这一现象？

通过本文，您将了解到太阳能、机械能、热能、射频的能量收集技术，以及对应方案下现有的一些应用，为物联网设备供能问题提供可靠参考。

“众所周知”的太阳能收集

有光的地方就有能量，光伏能量（太阳能）正在得到广泛应用。同时，很多光伏技术不断取得进展，如大型太阳能光伏板，还有在计算器等产品中使用的小型光伏电池。

此外，有机太阳能电池技术也有望在未来实现商用，提供同等甚至更佳的性能。部分新材料还具备柔性基板、可定制形状等特性，能够定制印刷到柔性塑料或其他材料上，以便在现有工业设计上添加新的光伏组件。

通过太阳能收集到的能量多少与光照强度、光伏材料等多种因素有关。不同技术在不同光照水平下从单位面积收集到的能量值是不同的，材料的价格也有差异。因此，光伏能量的收集需要考虑所处的光线环境、可用面积、预算限制等。

“历史悠久”的机械能量收集

小型计算器是人们非常熟悉的一种电子产品，但鲜为人知的是，早在100年前，当时的“计算器”——加法机，就已经开始依靠机械能量收集进行运转。

在机械能量收集中，我们通过机械运动使磁极在线圈中移动，形成能量爆发，继而捕捉这些能量，用于无线传输等。借助以运动来收集和释放能量的机制，我们可以使能量随产随用，而不是储存在电池中。

不过机械能量收集必须拥有对应的收集元件。一个元件往往需要3平方厘米大小，高度可以少于1厘米。如何整合元件以满足设备的能量需求，这是我们需要充分考虑的。

“略显陌生”的热能收集

热能收集可能是人们不太熟悉的一项技术。在热电设备中，当不同的温度并排放置时，电压随之产生。利用这种温差转化成的电压，我们可以实现对热能的收集。

具体到温差发电器中，我们给发电器的一端加热，另一端保持低温，从而使电路中出现电势差；再借助升压电路升高电压，满足集成电路的运行需求。通过这个原理，Atmosic和一家公司合作开发研发了一款热能收集腕表，能够仅靠收集手腕的热量，完全自主支持基本的手表功能。

需要注意的是，热能收集中我们不仅需要热源，还需要散热器来制造温差。因为热量必须在设备中不断流动，才能产生持续的电流和能量来源。

“因地制宜”的射频能量收集

对于100%占空比的射频源，可获得的最大理论功率随着移动距离增大快速下降。当移动距离超过一米时，在2.4千兆赫的情况下，即使是可获得的原始能量也小于100微瓦，另外还需考虑收集器和储存器的效率。而频段切换到915兆赫时，设备可获得较高的功率收集水平，可以在两三米、甚至五六米外收集能量。

与其他能量收集方式不同的是，射频能量收集还需要考虑各地区的通信法规限制，包括可用频率、最大输出功率等，这些限制切实影响着可收集到能量的大小。例如欧洲这方面的限制要比北美、日本更加严格，以至于通常只能获得比平时更低10db的能量。

作为全球超低功耗物联网（IoT）无线技术的创新者，Atmosic研发了超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三大创新技术，以实现最低功耗，并彻底降低物联网应用对电池的依赖。例如我们可以在安全标签中应用射频唤醒技术，使其只有在靠近读卡器时才会激活。通过射频的识别唤醒，还可允许设备仅在需要进行能量收集的时候运行；或者依靠将设备放入特制的盒子、或者靠近信号源的方式，让设备在不运行的时候充电。 

当然，能量收集并非一种“全有或全无”的技术路线。我们仍然可以将电池技术与能量收集技术结合起来，通过电源管理单元优先使用收集到的能量，持续优化能耗，大幅度延长电池的使用寿命；也可以在某些情况下只使用收集到的能量，完全摆脱对电池的依赖。

Atmosic设计有一款专注于能量收集应用的超低功率蓝牙5.0芯片，具备很多有助降低能耗的特性，比如独立而灵活的唤醒接收器，能够让芯片仅在接收到特定射频讯号时唤醒，从而保持低能耗；以及集成电源管理单元，能够收集和管理多种能量输入，甚至在特定条件下实现电池的“永久”使用。

最后，Atmosic提供的受控能量收集技术为物联网和其他设备的电池、成本问题提供了多种解决方案，可选的能量收集技术种类很多，但它们也并非万能。我们仍然需要深刻理解所处的环境和具体的应用，结合预算、目标等维度，根据条件选择最合适的解决方案。

责编：Amy Wu