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能量收集和物联网发展的转折点即将到来

2019/12/05 来源:宝鸡信息港

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日期:2014-11-12 11:18:29来源:物联中国 点击:500次 核心提示:个趋势将意味着增加电池容量。不幸的是,用户常常缺乏耐心,而且增加的电池容量必须要在合理的时间之内完成充电,这就必然导致充电电流的增大。  移动电源应用领域宽泛而多样。产品涵盖了从平均功耗仅几 W的无线传感器节点(WSN)到采用好几百瓦时电池组的车载医疗或数据采集系统等众多门类。然而,尽管品种繁多,但它们却呈现出一些相对一致的发展趋势;即:设计人员不断地要求其产品拥有较高的功率以支持更多的功能,并指望能从任何可用的电源来给电池充电。

 个趋势将意味着增加电池容量。不幸的是,用户常常缺乏耐心,而且增加的电池容量必须要在合理的时间之内完成充电,这就必然导致充电电流的增大。第二个趋势则要求电池充电解决方案具有巨大的灵活性,因为它们需要处理各种各样的输入电源和功率。此外,支持 物联网 的无线传感器用量的激增也使人们对于可适应无线低功率设备之小型、紧凑和高效电源转换器的需求量有所增长。

 隶属于IoT领域、同时从能量收集的角度来看也是值得期待的新兴应用市场之一是可穿戴式电子产品。尽管其尚处在起步阶段,但该市场已经包括了诸如三星智能腕表 (Samsung Galaxy Gear) 和谷歌眼镜等产品。然而,一种业已获得很高期望的特殊形式则是腕表。

 电源转换挑战

 低功率应用是指拥有毫微功率转换要求的应用,比如WSN中常见的能量收集系统等,其必需采用负责处理极低功率和电流的电源转换IC。这可以分别是数量级为几十 W的功率和nA级的电流。

 和现有的能量收集(EH)技术(例如:振动能量收集和室内或可穿戴式光伏单元)在典型工作条件下产生毫瓦量级的功率。尽管这么低的功率似乎用起来很受限,但是若干年来收集组件的经验可以说明,无论就能量供应还是就所提供的每能量单位的成本而言,这些技术大体上与长寿命的电池类似。而且,采用EH的系统通常将能够在电池耗尽之后实施再充电,而这一点却是由主电池供电的系统所做不到的。尽管如此,大多数解决方案还是将某种环境能量源作为主电源,但把一个主电池作备用,当环境能量源消失或中断时可接通主电池以提供电能。

 当然,由能量收集源所提供的能量取决于它处于工作状态的时间。因此,能量收集电源的主要衡量标准是功率密度,而不是能量密度。能量收集一般会遇到较低的、变化的和不可预测的可用功率,因而设计者通常采用了一种能量收集器和一个辅助电源相连的混合结构。辅助电源可以是一个可再充电电池或一个存储电容 (甚至有可能是超级电容)。由于收集器可提供无限的能量供应和功率不足而成为系统能源。辅助电能储存器 (一个电池或一个电容)可产生较高的输出功率,但储存的能量较少,它在有需要时供电,其他情况下则定期从收集器接收电荷。所以,在没有可供收集的环境能量时,必须采用辅助电能储存器来给下游电子系统或 WSN供电。当然,从系统设计人员的角度而言这将导致复杂程度的进一步增加,因为他们现在必须考虑这样一个问题: 为了应对环境能量源缺乏的情况而提供补偿,应在辅助储存器中存储多少能量呢?

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