永久續航|低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備利用能量采集技術(shù)實(shí)現無(wú)源化運行

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步加速了萬(wàn)物智能化的進(jìn)程，數以?xún)|級的傳感器組成一個(gè)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統幫助人們實(shí)現了生活方式和生產(chǎn)方式的轉型，特別是隨著(zhù)“碳中和”及數字經(jīng)濟議題在全球范圍成為共識之后，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始將物聯(lián)網(wǎng)融入自身發(fā)展轉型的戰略規劃之中。

各行各業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能化升級

作為數字經(jīng)濟的重要支撐，物聯(lián)網(wǎng)憑借可靠的數據監測、管理能力一直以來(lái)備受各大行業(yè)追捧，但隨著(zhù)行業(yè)規模的持續增長(cháng)，有部分業(yè)內專(zhuān)家卻對物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)表示了擔憂(yōu)，根本原因在于傳統物聯(lián)網(wǎng)設備生命周期內持續供電的難題無(wú)法解決。

根據Statista的預測，到2025年，全球將有超過(guò)750億臺物聯(lián)網(wǎng)設備，而這些設備當中將有數十億甚至上百億臺依靠布線(xiàn)或者需要定期、多次更換電池供電，對于已部署或需要部署大型物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)以期完成數字化轉型的企業(yè)而言，這一模式所帶來(lái)的人力物力成本將異常高昂，同時(shí)也極大的限制了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的上限。

化工廠(chǎng)等大型制造業(yè)部署大量傳感器監測數據

近年來(lái)，在智慧工業(yè)、智慧醫療、智能家居等領(lǐng)域，新興應用不斷涌現，例如智能手環(huán)、智能醫療身份卡片、智能溫度計等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，不僅要實(shí)現更復雜的功能需求，還要求以更低的功耗持續運行，以減少頻繁更換電池或者頻繁充電造成糟糕的用戶(hù)使用體驗。

除此之外，尺寸的限制也給物聯(lián)網(wǎng)設備續航時(shí)長(cháng)帶來(lái)了挑戰，以工業(yè)領(lǐng)域的定位標簽（UWB）為例，這類(lèi)產(chǎn)品往往體積較小，可以更方便地部署到叉車(chē)等移動(dòng)工業(yè)設備、物料倉庫甚至是附加到員工的衣服上，并持續追蹤這些監測對象的實(shí)時(shí)位置數據。這意味著(zhù)管理員可以監控運輸和交付，可以精確跟蹤原材料庫存，可以提高人員安全性并減少召集和救援行動(dòng)所需的時(shí)間。

此外，在功能方面，這類(lèi)產(chǎn)品又需要提供持續的高精度追蹤或者緊急按鈕功能。在種種嚴苛的條件下，產(chǎn)品必須要長(cháng)期處于低功耗的模式下才能完成相應的任務(wù)，這無(wú)疑對電池尺寸、設備續航提出了更高的要求。

工業(yè)定位標簽普遍對體積有較高的要求

為了解決這些難題，工程師們也在試圖延長(cháng)電池的續航以減少更換頻次，例如近些年大火的低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)，憑借對功耗的極度優(yōu)化，可支持終端設備電池續航五至八年。但相應的，使用者也需要為更久的續航付出代價(jià)，這項技術(shù)之所以能延長(cháng)電池續航，主要原因在于其限定了極低的帶寬和數據上傳頻次，大多數LPWAN技術(shù)每天只能發(fā)送少于1，000 字節的數據，或每秒發(fā)送的數據少于5，000位。其余時(shí)間它大多被迫處于休眠或者低功耗模式，依賴(lài)電池提供極低功耗維持運作。

采用此類(lèi)低功耗技術(shù)的確能夠延長(cháng)設備的續航時(shí)長(cháng)，但低頻次的數據傳輸將使管理員對信息的掌握嚴重滯后，如果監測對象是工業(yè)電機、化工管道等對數據及時(shí)性要求較高的產(chǎn)品時(shí)，不同步的數據可能導致嚴重的運營(yíng)生產(chǎn)事故發(fā)生。

工業(yè)電機意外停機易造成巨大損失

相比芯片、傳感器等元器件的性能更新速度，電池技術(shù)的進(jìn)步迭代顯得尤為緩慢，一部分業(yè)內公司開(kāi)始積極探索其他能為物聯(lián)網(wǎng)設備供電的方法，比如從環(huán)境中采集各種微弱的能量，并將這些能量轉化為電力為后端的低功耗設備進(jìn)行供電，從而無(wú)需受外部電池或者有限電源限制，達成能量自足的狀態(tài)，這種技術(shù)被稱(chēng)為能量采集技術(shù)。

與傳統采用電池或者布線(xiàn)為設備進(jìn)行供電的原理不同，能量采集是指通過(guò)采集當地環(huán)境的能量——無(wú)論是以光能、溫差能、振動(dòng)能、射頻能或者其他形式轉化為電能的發(fā)電技術(shù)，以這種方式產(chǎn)生的電力可以?xún)Υ嬖陔娙萜骰蚩沙潆婋姵刂幸跃S持物聯(lián)網(wǎng)電子系統正常工作。

飛英思特能量采集技術(shù)

憑借在能量采集技術(shù)方面多年的鉆研，飛英思特推出了用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)供電的微能量管理模組，大幅降低了物聯(lián)網(wǎng)設備對電池的依賴(lài)，甚至在條件滿(mǎn)足的前提下可實(shí)現無(wú)源化永久續航。

不同于電池固有的能量密度，環(huán)境中的能量普遍較微弱且分散，想要采集這些能量本就并非易事，但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，未來(lái)的物聯(lián)設備應用場(chǎng)景肯定是趨向多元化。飛英思特通過(guò)對能量采集技術(shù)各個(gè)方面的不斷優(yōu)化，目前在光能能量采集領(lǐng)域已創(chuàng )新性地實(shí)現了在低至50lux（晴天室外光照度30000lux—130000lux/室內日光燈光照度100lux）的低照度環(huán)境下實(shí)現取能，能量管理效率高達98%，遠高于國外企業(yè)同照度下的能量管理效率。

在如此低的光照度下成功實(shí)現取能并維持設備長(cháng)期可靠運行，也意味著(zhù)飛英思特所推出的微能管理模組可為更多的弱光場(chǎng)景，例如智能建筑、農業(yè)種植、工廠(chǎng)等場(chǎng)所提供無(wú)源無(wú)線(xiàn)的供電解決方案。此外，無(wú)需電池的設計對于整體投入成本也有著(zhù)明顯優(yōu)勢，假設一家工廠(chǎng)采用電池為上萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備實(shí)施管道監測進(jìn)行供電，那么后期為這些設備定期更換電池勢必會(huì )產(chǎn)生不菲的人力物力成本，而采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)的供電方案后，將無(wú)需如此高頻的維護，可節約大量成本。

飛英思特模組可為各種場(chǎng)景提供免電池方案

除了能量采集的效率之外，另一個(gè)相關(guān)挑戰是設備的穩定運行，而這與能量的收集與管理息息相關(guān)，例如太陽(yáng)能在白天可通過(guò)采集可用的陽(yáng)光實(shí)現運行，然而在夜間無(wú)光源的情況下，如何保障設備穩定工作成為了問(wèn)題的關(guān)鍵。得益于精細化的能量管理技術(shù)，飛英思特所推出的微光能管理模組可通過(guò)白天持續捕獲環(huán)境中的微光能，并將多余的能量?jì)Υ嬖陔娙葜?，以便在夜間無(wú)光源的情況下支撐設備正常工作，最終實(shí)現無(wú)間斷的可靠運行。

為了滿(mǎn)足多元化的應用場(chǎng)景，飛英思特還推出了不同系列的微能管理模組，例如REVOMINDS^? FEH610是專(zhuān)為光能設計的微光能管理模組，REVOMINDS^? FEH710則是可在±2攝氏度溫差環(huán)境下實(shí)現取能的TEG溫差能管理模組，此外，還有REVOMINDS^? FEH620，一款可以應用于微光能、射頻能、微動(dòng)能采集和管理的復合環(huán)境能量管理模組。憑借多能量的采集形式，開(kāi)發(fā)工程師可利用REVOMINDS? FEH620輕松設計出能夠采集、管理多種能量源的無(wú)源無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，這將進(jìn)一步增強產(chǎn)品能量供給來(lái)源的多樣化和穩定性，提高設備的運行時(shí)長(cháng)。

飛英思特復合環(huán)境能量管理模組FEH620

另一方面，得益于微能管理模組高度集成化的設計，使得模組體積也得到了進(jìn)一步的縮小，不僅消除了電池供電固有的種種弊端，也為后續的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計節約了大量的時(shí)間成本和BOM成本。工程師只需將換能器（如光伏電池）插入能量收集模組，再將后端電路連接到輸出即可。整個(gè)過(guò)程無(wú)需過(guò)多的工程研發(fā)，即可快速實(shí)現無(wú)源產(chǎn)品的原型設計。例如工業(yè)領(lǐng)域的熱力管道監測傳感器、工業(yè)電機監測傳感器，智能家居領(lǐng)域的門(mén)磁、溫濕度計，零售行業(yè)的電子價(jià)簽等各類(lèi)小型設備都可以利用飛英思特的無(wú)源無(wú)線(xiàn)供電方案實(shí)現。

隨著(zhù)數字化時(shí)代的來(lái)臨，相信會(huì )有越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始采納免電池的供電方案，這一舉措不僅減少了污染物的產(chǎn)生，其節約的成本也非?？捎^(guān)。特別是在工業(yè)、農業(yè)等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)設備的快速增加勢必會(huì )大量提高成本，而這種具備可持續性且擁有更高性?xún)r(jià)比的無(wú)源供電方案無(wú)疑更有優(yōu)勢，能幫助各行各業(yè)低成本完成數字化轉型，進(jìn)一步提高企業(yè)核心競爭力。