如何停止使用一次性電池，并促進(jìn)能量收集應(yīng)用的發(fā)展

第一個電池是在 1800 年發(fā)明的。200 多年后，我們?nèi)匀皇褂貌豢沙潆婋姵?，盡管它們對實(shí)際和環(huán)境有負(fù)面影響。隨著社會轉(zhuǎn)向更可持續(xù)和更有效的方式為低功率設(shè)備獲取能源，這些缺點(diǎn)可能很快就會成為過去。這種轉(zhuǎn)變將使我們的生活更輕松，因?yàn)闊o需更換電池。工業(yè)將特別受益，因?yàn)樵诠I(yè)規(guī)模上更換電池的成本可能相當(dāng)高。

以下是使用一次性電池的一些缺點(diǎn)：

? 它們占用設(shè)備中的大量空間。如果設(shè)備沒有電池，它們可以做得更小?；蛘?，可以將釋放的空間用于附加功能。

? 他們在最不方便的時候耗盡能量。

? 更換電池需要時間和財(cái)力，這對于需要更換數(shù)千或更多電池的大型行業(yè)來說尤其復(fù)雜且成本高昂。

? 它們可能導(dǎo)致智能設(shè)備(如跟蹤器、傳感器和監(jiān)控設(shè)備)中的數(shù)據(jù)丟失。

? 含有重金屬的電池如果處理不當(dāng)會污染環(huán)境。

全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量正在迅速增長，支持這種增長所需的電池?cái)?shù)量也在迅速增長。預(yù)計(jì)到 2025 年每天將有 7800 萬個電池被丟棄，到 2050 年將有 1000 億個 AA 電池被廢棄(相當(dāng)于 300 個奧林匹克規(guī)模的游泳池)，顯然物聯(lián)網(wǎng)公司必須承擔(dān)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。但是我們?nèi)绾翁幚砣绱舜罅康挠卸緩U物呢?

解決方案是從環(huán)境來源收集能量。

我們使用的設(shè)備周圍有很多能量：太陽能、熱能、振動和射頻 (RF) 等。這種能量可用于為低功率設(shè)備充電，例如電視遙控器、無線耳機(jī)、火警、手表、電子貨架標(biāo)簽、動物和資產(chǎn)跟蹤器、恒溫器、智能開關(guān)和體重秤等。

所有這些設(shè)備都可以從附近的不同能源中充電。

根據(jù)可用的能源，設(shè)備將需要集成能量收集器，例如光伏電池、熱電發(fā)電機(jī)、壓電材料、電磁換能器或天線。

另一個必要的組件是電源管理單元，它優(yōu)化了向存儲元件(可充電電池、超級電容器等)的能量傳輸并為電力系統(tǒng)(應(yīng)用程序)供電。這樣的方案提供了多年的持續(xù)供電，解決了更換電池的瓶頸。

要了解它是如何工作的，讓我們考慮一款智能手表，它可以通過室內(nèi)和/或室外光充電。這項(xiàng)技術(shù)在智能手表平臺上工作需要三個主要元素：

1. 用于吸收光并將其轉(zhuǎn)換為能量的能量收集器(在本例中為 PV 電池)

2. 一種用于有效地將光伏電池能量轉(zhuǎn)移到存儲元件中的集成電路

3. 用于存儲收集到的能量的存儲元件，通常是鋰離子或鋰聚合物電池，已經(jīng)存在于標(biāo)準(zhǔn)智能手表中

一旦將這三個組件都集成到一個設(shè)備中，它的電池壽命就可以顯著延長，或者在最好的情況下，它甚至可以運(yùn)行多年而無需更換電池或?qū)⑵浞旁诔潆娬旧稀榱嗽谶@樣的應(yīng)用中正常工作，電源管理 IC 必須能夠在非?；璋档氖覂?nèi)環(huán)境和明亮的室外光線下為手表電池充電，動態(tài)地和自動地(最好是每秒幾次)適應(yīng)它的電量從光伏電池中提取。這在移動物體的情況下是原始的。

能量收集的另一個很好的例子是無線充電電子貨架標(biāo)簽(ESL)，主要用于零售。此類標(biāo)簽可以使用放置在天花板或墻壁上的專用發(fā)射器從射頻波中充電。專用發(fā)射器將射頻功率傳輸?shù)? ESL，通常發(fā)射 100 mW 到幾瓦的功率。ESL 集成了一個或多個天線、一個匹配電路、一個整流器和一個專用電源管理 IC，該電源管理 IC 使用接收到的功率為存儲元件充電。根據(jù)發(fā)射器和接收天線之間的距離，典型的接收功率范圍從幾十毫瓦到幾微瓦。

在此應(yīng)用中使用射頻能量收集的優(yōu)點(diǎn)是易于集成：無需修改設(shè)備外殼，就像光伏能量收集的情況一樣，需要集成光伏電池。

就像轉(zhuǎn)向全電動汽車一樣，采用能量收集技術(shù)需要重新開發(fā)設(shè)備。但這種轉(zhuǎn)變是不可避免的，因?yàn)槟芰渴占粌H能讓我們享受不會耗盡能源的設(shè)備，而且還會對環(huán)境產(chǎn)生積極影響。