新一代微型能量收集技術(shù)登場(chǎng) 加快無(wú)電池應用步入現實(shí)

21ic訊 橋梁的安全監控、零瓦待機、智能照明控制……等這些看似風(fēng)馬牛不相及的領(lǐng)域，今天，它們都將和一個(gè)概念——“微型能量收集(Energy Harvesting)”技術(shù)聯(lián)系在一起。微型能量收集技術(shù)雖然現在還沒(méi)有得到大規模商用，但在剛剛開(kāi)幕的第十二屆慕尼黑上海電子展富士通半導體的展臺上，我們驚喜地看到微型能量收集技術(shù)已經(jīng)取得了重大技術(shù)突破，這為討論已久的“無(wú)電池”、“半永久續航”應用的廣泛普及奠定了基礎。

圖1.慕尼黑上海電子展富士通半導體展示新一代節能環(huán)保技術(shù)。

富士通半導體此次重點(diǎn)展示了其最新推出的在微光條件下也可以實(shí)現97%轉換效率的光環(huán)境發(fā)電PMIC，并且此電源管理IC還可以實(shí)現低至0.35V的超低電壓?jiǎn)?dòng)。這些技術(shù)上的突破使得以往處于概念階段的“無(wú)電池”、“半永久”應用場(chǎng)景即將成為現實(shí)，并且為綠色節能應用提供了更廣闊的想象空間。

市場(chǎng)現狀與趨勢

“事實(shí)上，微型能量收集并不是一個(gè)全新的概念，它之所以一直沒(méi)有被真正的廣泛應用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其實(shí)際能夠推動(dòng)的能量消耗端所消耗的能量之間一直處于不平衡的狀態(tài)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是其收集的能量不夠用?？上驳氖请S著(zhù)傳感器、MCU、RF等器件功耗的不斷降低，以及微型能量收集電源管理IC技術(shù)的突破，使得系統能量收支逐漸趨于平衡。” 富士通半導體市場(chǎng)部高級經(jīng)理王韻在展會(huì )現場(chǎng)介紹說(shuō)。

而據日經(jīng)BP社的測算，這類(lèi)應用的能量收集和能量消耗情況在2010年和2011年階段的時(shí)候已經(jīng)非常接近，而2011年以后，他們認為微型能量收集技術(shù)所能收集的能量已經(jīng)完全可以用于能量消耗的部分。

另?yè)绹鳬nnovative Research and Products (iRAP)公司的調查顯示，到2014年，整個(gè)微型能量收集的市場(chǎng)規模將達到12.54億美元。而從2009年開(kāi)始，其市場(chǎng)一直保持每年73%的高增長(cháng)率。

英國的IDTechEx公司也曾提供數據：“能量收集與能源類(lèi)相關(guān)設備市場(chǎng)規模將由2010年的4.4億美元增長(cháng)至2020年的6.05億美元”，微型能量收集技術(shù)將成為一個(gè)非常有潛力的市場(chǎng)。

將無(wú)電池應用變?yōu)楝F實(shí)

我們的生活圈中存在各種能量，如光、熱、無(wú)線(xiàn)電波和振動(dòng)等，如下圖2所示。這些能量以太陽(yáng)能、電磁、壓電等形式輸入能量收集電源管理IC(PMIC)，用于能量收集。輸出功率可以用于傳感器、低功耗MCU或存儲在存儲元件中，如雙電層電容和全固態(tài)二次電池。

圖2. 能量收集系統配置。

富士通半導體及合作伙伴們一直在設想有哪些應用方案可以使這些生活中隨處可見(jiàn)的能源被收集起來(lái)。在展會(huì )現場(chǎng)，富士通半導體王韻例舉了幾種非常有意思的能量收集應用。如下圖3所示，這些應用包括：無(wú)需鑰匙就能打開(kāi)車(chē)門(mén)、水管理系統、無(wú)電池遙控、自定位系統等。

圖3. 微型能量收集技術(shù)可實(shí)現的無(wú)電池應用例子。

日常生活中，這些應用如果使用電池，就需要手動(dòng)更換電池。電池確實(shí)是非常便宜，但是很多情況下對基礎設施的電池進(jìn)行更換的費用往往代價(jià)昂貴，而且廢舊電池屬于污染物。那么，此時(shí)能量收集方案就是解決方案。

“對于微型能量收集的無(wú)電池應用(batteryless)，富士通半導體關(guān)注的重要領(lǐng)域之一就是在物聯(lián)網(wǎng)即所謂的傳感器網(wǎng)絡(luò )(sensor network)的應用，幫助這類(lèi)系統中的傳感器節點(diǎn)(sensor node)以及用于通信的RF模塊實(shí)現半永久的供電。” 王韻進(jìn)一步指出。