能量收集綜述：4 種利用環境能源的新設計
2023-07-06 12:22:31 EETOP行業和學術研究人員已經為低功耗設備開發了四種新的能量收集解決方案。對于電池或墻壁連接電源不可行（或會大大增加成本和復雜性）的應用，能量收集提供了持續能量轉換和存儲的替代方案。
研究人員最近開發了一種從振動中獲取能量的裝置（更多內容見下文）。圖片由東北大學提供*
由于不同環境中存在或不存在環境能源，能量收集通常需要一個特定的應用解決方案。因此，本文深入探討了四種可用于在各種情況下收集能量的新技術，以使設計者了解該技術的最新狀況，并對這些技術如何實現新的應用和架構提供了一瞥。
振動能量收集
首先是東北大學研究人員的一項新進展，他們使用壓電材料成功制造了振動能量收集解決方案。壓電材料具有將機械應力轉換為電能的獨特能力，使采集器能夠利用環境振動為傳感器供電。
壓電振動能量收集器可用于長期儲存能量，用于不頻繁的傳輸，使連接的傳感器完全不需要電池。圖片由東北大學提供
新型壓電振動能量采集器 (PVEH) 的耐用性和低重量使其非常適合物聯網應用，模擬和測試顯示在 100,000 次彎曲后仍能保持性能。初步結果表明，在通過輸出電容器收集能量后，PVEH 可以為超過 15 個 LED 供電，展示了其利用環境能量為傳感器供電的能力。
無電池動物傳感器
同樣，另一組研究人員開發了一種針對野生動物追蹤的機械能量采集器。然而，名為 Kinefox 的野生動物能量采集器并不使用振動能量，而是使用微型發電機與控制和傳感電子設備相結合來監測野生動物，無需電池或太陽能電池板。
Kinefox 使用微型發電機和支持電子設備，僅利用動物產生的能量定期傳輸動物的位置。圖片由PLoS ONE提供
Kinefox 在五只動物（三只家養狗、一只智齒犬和一匹埃克斯穆爾小馬）上進行了測試，以了解其能力。總的來說，產生的能量在很大程度上取決于特定的動物及其活動。然而，即使觀察到的能量最少，這些動物在三天內僅使用 Kinefox 為兩次 GPS 傳輸提供動力，其中一只狗在一天內產生了超過 10 焦耳的能量。因此，雖然它可能不是所有傳感器的最佳解決方案，但微型發電機似乎為設計人員和科學家提供了一種新工具，可用于不頻繁數據傳輸的長期研究。
BLE 能量收集
在物聯網領域，e-peas 與 InPlay 合作開發了能量收集 BLE 傳感器信標平臺，將能量收集和傳感/通信結合起來，打造物聯網的未來。該解決方案利用兩個主要組件：與光伏 (PV) 電池和儲能元件兼容的 e-peas 電源管理 IC 以及 InPlay BLE 信標。
AEM10330 電源管理 IC 僅需要四個外部組件，為能量收集傳感器的光伏集成創建了一個小型解決方案。圖片由e-peas提供
該解決方案旨在為設計人員提供無電池傳感器，以簡化密集的物聯網部署，同時保持功能性。與許多物聯網傳感器一樣，尺寸是一個關鍵因素，這得益于AEM10330 電源管理 IC的小占用空間。此外， IN100 NanoBeacon的超低功耗確保 BLE 通信不會對光伏電池產生太大的功率要求。
室內太陽能解決方案
Dracula Technologies 最近報告稱，與傳統光伏電池相比，其光伏電池在室內光照條件下的性能提高了 25% 。由于室內光線通常比室外弱得多，因此物聯網的室內太陽能收集可能相當具有挑戰性。然而，借助 Dracula Technologies 的 LAYER 技術，室內太陽能可能會達到新的效率。
LAYER 模塊使工程師能夠更好地利用室內照明為電子設備供電，而無需專門的研發成本。圖片由Dracula Technologies提供
Dracula Technologies 報告稱，其LAYER 技術在 5-1,000 勒克斯的光線下效果最佳，就像緊急出口燈一樣昏暗。最新研究結果顯示，LAYER模塊可在1000勒克斯下提供750μW的功率，為低功耗物聯網應用提供新能源。此外，隨著未來可能對不可充電電池的使用進行監管，新的室內能源可能有助于保持物聯網傳感器的小型化。
利用環境能源
雖然可能沒有一種適合每種應用的最佳能源，但大量的新能源表明了新的低功耗應用的環境能量收集趨勢。隨著傳感器變得更小、功耗更低，下一代設備可能不再需要專用電源。
隨著技術與傳感器和通信一起發展，了解能量收集如何與通信效率取得平衡將會很有趣。通過無線能量收集，Wi-Fi 波束成形僅將能量發送到所需設備，從而減少環境射頻能量。因此，射頻能量采集器可能必須采用專用的射頻無線充電器。無論如何，這里看到的工具可能會讓設計人員受益，他們現在在探索如何為下一代聯網傳感器提供動力時擁有更多選擇。
本文由EETOP編譯自allaboutcircuits
關鍵詞： 能量收集
