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無(wú)電池設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

由于要在智慧城市中更換數(shù)百萬(wàn)個(gè)IoT設(shè)備的電池是非常費(fèi)力費(fèi)時(shí)的，因此工程師已在設(shè)計(jì)中采用了各種各樣的能量收集方法。 

例如，太陽(yáng)能光伏（PV）電池在理論上將能夠從太陽(yáng)中收集能量，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。這種能量存儲(chǔ)和供應(yīng)形式的缺點(diǎn)是，采集是不可預(yù)測(cè)的。 

由太陽(yáng)能收集供電的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的示例 

手持設(shè)備在陽(yáng)光下的照射時(shí)間可能有限，因此一些設(shè)備的構(gòu)造是為了從室內(nèi)照度（lux）水平中吸收足夠的能量。然而，這些設(shè)備容易因電源故障而在隨機(jī)的時(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)啟和關(guān)閉。

最后，一些設(shè)計(jì)依靠射頻到直流電源轉(zhuǎn)換器來(lái)保持無(wú)電池狀態(tài)。例如，以色列的一家無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司W(wǎng)iliot從一個(gè)比標(biāo)準(zhǔn)郵票還小的設(shè)備中采集無(wú)線電波。這些系統(tǒng)引起的問(wèn)題是它們必須保持適當(dāng)?shù)慕咏嚯x才能正常運(yùn)行，從而限制了設(shè)計(jì)的靈活性。

 e-peas的 "環(huán)境能源管理器"

e-peas專注于提供能量收集的解決方案，以擺脫電池和外部電源的束縛。從熱能解決方案到振動(dòng)和光伏電池，e-peas探索了許多硬件解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)無(wú)電池的未來(lái)。

最近推出的AEM10941是一款以光伏電池為能源，以雙電芯超級(jí)電容為存儲(chǔ)管理的芯片。AEM IC提供了自動(dòng)切換主/備電池的能力。 

AEM10941的框圖展示了一個(gè)可以連續(xù)充電、存儲(chǔ)、送電的自立系統(tǒng)。圖片使用由e-peas提供 

該芯片旨在為任何傳感器無(wú)線供電。當(dāng)存儲(chǔ)能量耗盡時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余。然后，在切換回之前的，可以使用一個(gè)可選的主電池電源進(jìn)行充電。

該組件的中心是兩個(gè)提供高功率轉(zhuǎn)換的穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。AEM的一項(xiàng)獨(dú)特功能是“冷啟動(dòng)”能力，即設(shè)備能夠從斷電位置啟動(dòng)時(shí)，需要300 mV的輸入，這可以通過(guò)添加一些電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。除過(guò)充電保護(hù)外，當(dāng)電池電量低時(shí)，每個(gè)引腳都會(huì)收到來(lái)做負(fù)載發(fā)出報(bào)警。 

Sequans的Monarch LTE-M / NB

 經(jīng)過(guò)三年的研發(fā)，Sequans宣稱已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一個(gè)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)，無(wú)需外部組件。Sequans的MonarchLTE-M/NB-IoT模塊集成了專為電能表、工業(yè)傳感器和智能家居設(shè)備打造的第二代Monarch N芯片平臺(tái)。 

該芯片具有一個(gè)嵌入式安全系統(tǒng)，據(jù)說(shuō)可以根據(jù)數(shù)據(jù)流量模式優(yōu)化能源。支持物聯(lián)網(wǎng)的模塊是云兼容的，需要低功耗的2.5 V到5.5 V的單軌電源直接連接。

Sequans的Monarch模塊采用了專有的動(dòng)態(tài)電源管理系統(tǒng)，具有自適應(yīng)睡眠和主動(dòng)模式，以節(jié)約電能，將電池壽命延長(zhǎng)至15年。Monarch解決方案包括一個(gè)評(píng)估工具包，為設(shè)計(jì)者提供參考設(shè)計(jì)、原理圖布局和PCB布局的設(shè)計(jì)文件。

 e-peas和Sequans的自供電解決方案

將e-peas AEM能量收集IC與Sequans的Monarch平臺(tái)相結(jié)合，就可組合成一種無(wú)電池的自供電蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案。新設(shè)備將把e-peas的AEM光伏電池獲得的能量轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)設(shè)備中，然后再轉(zhuǎn)移到Sequans的模塊中，后者將為一個(gè)測(cè)量功率、光和濕度的傳感器供電。 

Sequans物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)部門(mén)負(fù)責(zé)人Didier Dutronc表示，該公司與e-peas聯(lián)合努力的重要性:“能源收集技術(shù)將迎來(lái)一個(gè)新的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將不再需要電池驅(qū)動(dòng)。”