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能量采集|盤點國內(nèi)外各種形式的能量采集技術(shù)

（2025年1月15日更新）

在過去的十年里，RICOH代理物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備以其更智能、更方便、更廣泛的連接引起了業(yè)界和大眾媒體的關注，在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、道路交通暢通、工廠生產(chǎn)效率等方面發(fā)揮了積極作用。可以說，幾乎所有行業(yè)都在使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和智能設備來改變企業(yè)的運營模式。鑒于物聯(lián)網(wǎng)的各種優(yōu)勢，MachinaResearch預計2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設備(包括蜂窩和非蜂窩)數(shù)量將達到252億。

芯片采購網(wǎng)專注于整合國內(nèi)外授權(quán)IC代理商現(xiàn)貨資源，芯片庫存實時查詢，行業(yè)價格合理，采購方便IC芯片，國內(nèi)專業(yè)芯片采購平臺。

物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用無疑是鼓舞人心的，但隨著全球數(shù)字化進程的加快，一個共同的痛點出現(xiàn)在人們面前：物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備的電池壽命有限，大量的電池不僅帶來了高維護成本，而且給環(huán)境保護帶來了更大的負擔。

環(huán)境能源采集技術(shù)

各種因素驅(qū)使物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)一種新的供電方式，它們可以從自然環(huán)境中獲得能量，而不是依賴電池或其他類型的電力。該技術(shù)統(tǒng)稱為能量采集技術(shù)。其原理主要是收集光能、溫差、振動和射頻（RF）等待能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能。這樣產(chǎn)生的電能可以儲存在電容器或充電電池中，以維持電子系統(tǒng)的正常運行。

環(huán)境中的能量形式不僅多種多樣，而且提供了穩(wěn)定的收集來源，但困難在于這些能量強度相對較弱和分散。因此，不同的能量收集方法是不同的。以下是上述主流能量收集原理和設計理念的簡要介紹。

光能采集

光能是最常見、應用最廣泛的能量之一。其原理主要是利用半導體材料的光電效應將光能直接轉(zhuǎn)化為電能。早期的太陽能便攜式計算器采用這種電源形式。

一般來說，晴天的室外照明強度為3萬~1.3萬lux，室內(nèi)日光強度僅為1000lux，在光照如此之低的室內(nèi)照明環(huán)境能量收集和利用是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，國外企業(yè)在光能采集領域的最低光照度為100lux飛英思特開發(fā)的環(huán)境能量電池采集技術(shù)可在低至50之間lux在低照度環(huán)境下取能，能源管理效率高達98%。可提供比競爭對手更多的能源儲備和更精細的能源消耗應用，實現(xiàn)設備壽命內(nèi)低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端的永久耐久性，可廣泛應用于農(nóng)業(yè)監(jiān)測、智能家居、智能電網(wǎng)等領域。

射頻（RF）能量收集

射頻能量無處不在，使其成為當前主流的能量收集方式之一。手機、電視、WiFi、通信基站等設施設備屬于其范疇。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和城市化的進步，無線發(fā)射器的數(shù)量日益增加。因此，利用射頻能量為物聯(lián)網(wǎng)低功耗傳感器提供能源正成為一種趨勢，公交卡ETC其他產(chǎn)品是射頻能的實際應用。

射頻（RF）能量采集模型

RF獲取能量的原理很簡單。無線發(fā)射器通過自己的發(fā)射天線發(fā)射信號，而能量收集器則通過自己的接收天線接收信號。因此，天線的工作頻率必須與接收信號的頻率相同，這也意味著能量收集器需要一個固定的無線發(fā)射器為其提供射頻能源。此外，隨著空間距離的增加，能量收集將下降。另一方面，能量轉(zhuǎn)換和儲存管理的效率也是重點。

隨著射頻能量收集技術(shù)的不斷進步，在應用方面，已逐步向工業(yè)設備監(jiān)手持設備、可穿戴低功耗設備、RFID發(fā)展標簽等方向。

溫差能量（TEG）采集

熱能采集是將熱能轉(zhuǎn)化為電能，其主要原理是賽貝克效應和熱電發(fā)生器（TEG）中間的溫差可以產(chǎn)生電勢，從而將熱源中的廢熱轉(zhuǎn)化為另一種能量形式——電能。這一特性決定了溫差能量收集必須有穩(wěn)定的熱源，散熱器需要制造溫差，以保持設備中的熱流，從而持續(xù)產(chǎn)生電流和能量。

機械能量采集

機械能收集是另一種為電子系統(tǒng)提供足夠能量的方法。電磁、壓電和靜電傳感器可以將機械能轉(zhuǎn)化為電能。其中，壓電具有較高的能量密度，并通過磁場利用動能產(chǎn)生電能。

在智能家居場景中，通過按壓機械結(jié)構(gòu)形成電磁切割現(xiàn)象產(chǎn)生電能是自供能開關、自供能門鈴等無源產(chǎn)品的常見方式。通過振動產(chǎn)生的能量可以實時收集和釋放，可以實現(xiàn)能量的隨產(chǎn)和使用。

目前，市場上大多數(shù)機械能采集方案都沒有儲能模塊，當設備不采集能量時，就無法實現(xiàn)能量自給自足。其次，振動能采集元件的尺寸一般為3平方厘米。對于小型產(chǎn)品的設計要求，尺寸太大，功耗相對較高。因此，如何實現(xiàn)振動能電的儲存，縮小采集元件的尺寸，成為實現(xiàn)機械能傳感器永久耐久性和便捷開發(fā)的關鍵。

越來越多的應用證明，能源收集帶來的價值是極其巨大的。與傳統(tǒng)有源供電(電池/布線)面臨的電池壽命限制、部署成本、后期維護等痛點不同，由于能源收集技術(shù)的存在，未來的傳感設備可以從周圍環(huán)境中收集能量，通過電源管理單元優(yōu)化和儲存能量，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器在設備生命全周期內(nèi)的永久續(xù)航。

環(huán)境能源電池技術(shù)飛英思特

飛英思特作為中國第一家開始研究能源采集技術(shù)的企業(yè)，已經(jīng)開創(chuàng)性地實現(xiàn)了光能和溫差（TEG）、機械能，無線射頻（RF）具有環(huán)境能源電池核心技術(shù)和微能管理模塊核心產(chǎn)品的復合采集和高效轉(zhuǎn)換，復合微能管理芯片EHIC即將進入流片階段。

環(huán)境能源電池技術(shù)原理圖

當時，多元化的無電池解決方案將更好地滿足市場需求。面對下游企業(yè)，飛英思特可以為終端用戶提供快速實施的無源產(chǎn)品開發(fā)解決方案和無源整體解決方案；未來，通過環(huán)境能源電池技術(shù)開發(fā)的無源產(chǎn)品將無源產(chǎn)品將有助于企業(yè)收集更多低成本、快速部署和免維護的運營數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)最大限度地提高生產(chǎn)經(jīng)營投資的價值回報，性價比高企業(yè)最大限度地提高生產(chǎn)經(jīng)營投資的價值回報。