能量收集技术为物联网设备供电的发展现状与未来趋势

ck）效应，根据两个不同导体接合处的温度差而产生电压。利用由系统内温度变化而产生的电能，能够运作供电好几年，尤其是低功耗电路设计的系统。这种技术在回收热量损失方面很有用。最新的技术发展将会利用人体热量为穿戴设备的健康传感器供电。

开发工具
由于能量收集技术产生的能量很少，因此要保持系统中能量生产和能量消耗的平衡是非常重要的。设计工程师需要仔细评估能量需求并选择相应的组件。根据不同的操作模式，如激活模式、睡眠模式等，物联网设备的能量需求也会有所不同。设计过程中需要进行试验或者会发生错误，有时候还需要进行详细的实验。因此，使用开发套件能够帮助开发者进行早期实验并完成系统的初始原型。

如今，投资物联网技术的行业已经引用了多种物联网开发套件。使用行业标准工具以后，可以准确地计算、评估能量生成量和消耗量。例如，赛普拉斯/Spansion 推出了基于网络的 Easy DesignSim 设计工具，让所有用户能够轻松地计算并调查能量收集量。

图2：能量收集入门套件，包含了针对最小能量消耗进行了优化的原始无线协议，以及带 ARM Coretex M3 内核的 FM3 微控制器。

赛普拉斯的能量收集入门套件利用能量收集技术，简化并加快了无线传感器模组的开发进程。这款低功耗的无线协议能够替代 ZigBee 或蓝牙等低功耗无线协议。套件中的微控制器是赛普拉斯基于Spansion ARM Cortex M3 内核的FM3 微控制器，能够根据不同的 ARM 开发进行定制。

图3：利用能量收集技术驱动低功耗蓝牙信标的入门套件能够与太阳能电池、压电元件或其他传统配件配套使用

另一个能量收集入门套件可以帮助开发者利用能量收集技术建立低功耗蓝牙信标。可以使用太阳能电池或压电元件进行能量采集。此外，该套件可使用 USB 电源供电，并配有 BLE 低功耗蓝牙转换的无线模组。

图4物联网开发入门套件可用于能量收集

技术挑战
在设计物联网设备能量收集系统的过程中，开发者面临的最大技术挑战和操作挑战就是要找到一个可行的能量储存解决方案。最初的产品设计是为了从非充电电池中获得的电力，因其成本低，而可用性和便利性高。然而，非充电电池的能量资源是有限的，并且需要定期更换。为了解决这个问题，制造商开始使用可充电电池作为主要的能量储存。

如今，镍镉电池和锂电池等可充电电池已应用于物联网设备中。尽管这类电池的使用非常方便，但拥有极高的放电率，每块电池只可以充电放电大概 500 次，限制了电池在物联网应用中的长期应用。因此，寻找改进电池技术的解决方案，是设计工程师如今面临的关键挑战。

除此之外，设计师还需要克服提供能量收集设备效率的主要缺点。用于将非传统环境能量转换成电能的换能器的转换效率通常限制在10％。另外，用于储存和转化能量的电路会有能量损耗。加上所有损耗，产品只能获得能量来源约 1％ 的能量。因此，设计师需要进行非常仔细的分析和建模，从而通过能量收集和电路的功率需求来平衡可用能量。

本文简要介绍了能量收集、能量储存和电源管理解决方案的最新技术和发展趋势。有了能量收集 PMIC 产品，嵌入式电子设备的开发似乎变得更加简单了。在电源管理方面，有越来越多可行的供电技术，能够为家用电器、穿戴设备及电子产品等各种物联网设备供电。在未来几年里，预测最具发展潜力的技术是为物联网设备供电的无线电力传输、热电技术和太阳能收集技术。以后，我们将会看到更多为能量收集而设计的 PMIC 产品，以及低功耗微控制器，从而推动物联网的前进发展。技术进步将贯穿于消费者、工业和医疗市场等垂直市场中，创造出超乎想象的新技术应用。