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2022-5-13 11:37
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为 了 提 高 物 联 网 网 络 的 构 建 效 率 , 采 用 电 池 为 物 联 网 终 端 供 电 已 成 为 当 下 的 主 流 模 式 , 但 电 池 的 续 航 毕 竟 是 有 限 的 , 提 供 便 捷 安 装 的 同 时 也 意 味 着 需 要 定 期 更 换 电 池 来 保 障 传 感 器 网 络 的 正 常 运 行 , 这 大 大 的 限 制 了 物 联 网 的 增 长 速 度 。 现 实 生 活 中 遍 布 着 数 以 亿 级 的 传 感 器 设 想 一 下 , 当 数 十 甚 至 上 百 亿 的 传 感 器 都 采 用 电 池 供 电 时 , 维 护 产 生 的 人 力 物 力 成 本 将 达 一 个 不 可 预 估 的 数 目 , 而 这 还 只 是 经 济 方 面 的 支 出 。 英 国 知 名 研 究 公 司 I D T e c h E x 在 其 《 B a t t e r y E l i m i n a t i o n i n E l e c t r o n i c s a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 8 - 2 0 2 8 》 研 究 报 告 中 指 出 : 如 果 必 须 更 换 电 池 , 物 联 网 节 点 就 无 法 部 署 数 千 亿 , 更 是 至 少 有 8 0 % 的 物 联 网 价 值 遭 到 破 坏 。 主 要 原 因 是 手 动 维 护 需 求 、 有 限 的 续 航 和 节 能 技 术 导 致 的 数 据 空 白 , 以 及 为 此 类 传 感 器 供 电 所 生 产 和 处 置 都 对 环 境 造 成 危 害 的 大 量 电 池 。 实 际 上 , 电 池 供 电 的 传 感 器 在 物 联 网 高 速 发 展 过 程 中 所 面 临 的 困 难 还 远 不 止 以 上 几 种 , 一 些 隐 性 的 问 题 也 在 客 观 影 响 着 传 感 器 的 续 航 和 稳 定 性 , 如 果 不 尽 早 解 决 这 些 难 题 , 将 对 物 联 网 产 业 未 来 的 发 展 产 生 重 大 影 响 。 0 1 : 电 池 供 电 的 传 感 器 需 要 手 动 维 护 为 传 感 器 供 电 的 电 池 续 航 是 有 限 的 , 为 了 保 障 传 感 器 网 络 的 正 常 工 作 , 所 有 的 电 池 都 需 要 定 期 更 换 。 根 据 分 析 师 预 测 的 数 据 显 示 : 假 设 我 们 为 万 亿 数 量 的 传 感 器 搭 载 一 个 可 续 航 1 0 年 的 电 池 , 那 么 我 们 每 天 需 要 更 换 2 7 4 , 0 0 0 , 0 0 0 块 电 池 才 能 保 持 传 感 器 网 络 正 常 运 行 , 如 果 电 池 续 航 缩 减 为 3 年 , 每 天 更 换 的 电 池 数 量 将 接 近 1 0 亿 次 。 而 且 整 个 过 程 目 前 仍 需 人 工 手 动 完 成 , 这 将 带 来 持 续 的 人 力 成 本 和 材 料 成 本 支 出 。 电 池 供 电 的 各 类 表 计 需 要 定 期 更 换 电 池 更 严 重 的 是 , 频 繁 的 更 换 电 池 破 坏 了 连 接 传 感 器 的 核 心 价 值 , 企 业 部 署 物 联 网 传 感 器 的 主 要 原 因 之 一 就 是 这 些 设 备 可 以 帮 助 企 业 消 除 设 备 、 机 械 及 管 道 或 其 他 资 产 的 自 动 化 监 测 。 但 如 果 这 些 传 感 器 本 身 依 旧 需 要 人 为 定 期 维 护 以 确 保 其 正 常 运 行 , 那 么 实 施 自 动 化 监 测 的 意 义 将 大 大 降 低 。 0 2 : 电 池 有 限 续 航 可 能 导 致 数 据 缺 口 电 池 供 电 的 传 感 器 必 将 面 临 电 量 耗 尽 的 情 况 , 停 止 工 作 的 传 感 器 将 不 会 上 传 任 何 数 据 至 后 台 , 除 非 运 维 团 队 能 够 提 前 发 现 传 感 器 电 池 电 量 即 将 耗 尽 , 并 准 确 掌 握 传 感 器 位 置 信 息 并 进 行 及 时 更 换 , 否 则 企 业 将 彻 底 丢 失 传 感 器 在 此 期 间 所 采 集 的 全 部 数 据 。 监 测 电 力 塔 的 传 感 器 续 航 耗 尽 可 能 导 致 风 险 其 次 , 由 于 企 业 或 者 工 厂 普 遍 利 用 传 感 器 来 进 行 关 乎 安 全 或 者 重 要 设 备 数 据 的 监 测 和 传 输 , 电 池 的 耗 尽 极 有 可 能 造 成 人 身 伤 害 或 者 资 产 方 面 的 重 大 损 失 。 0 3 : 传 感 器 通 常 较 低 频 次 地 传 输 数 据 实 时 性 是 物 联 网 传 感 器 的 核 心 能 力 之 一 , 乐 观 的 情 况 下 , 企 业 在 关 键 位 置 所 部 署 的 传 物 联 网 设 备 , 例 如 安 装 在 化 工 厂 管 道 节 点 位 置 以 持 续 监 测 有 毒 物 质 是 否 泄 露 的 传 感 器 , 应 该 非 常 频 繁 地 上 传 数 据 , 但 现 实 当 中 却 并 非 都 如 此 。 为 了 延 长 电 池 的 续 航 时 长 , 许 多 物 联 网 传 感 器 所 配 置 的 数 据 更 新 频 次 极 低 , 有 时 甚 至 是 每 1 0 天 乃 至 更 久 才 传 输 一 次 数 据 。 这 将 导 致 管 理 人 员 无 法 准 确 掌 握 被 监 测 设 备 的 实 时 运 行 状 态 , 随 着 时 间 的 不 断 推 移 , 这 些 滞 后 的 数 据 将 大 大 提 高 误 判 的 可 能 性 , 不 仅 无 法 体 现 物 联 网 实 时 感 知 的 特 点 , 还 给 企 业 的 生 产 运 营 带 来 了 极 大 的 安 全 隐 患 。 0 4 : 物 理 尺 寸 会 限 制 传 感 器 功 能 在 构 成 物 联 网 传 感 器 的 众 多 分 立 元 件 中 , 电 池 的 体 积 是 最 大 的 , 这 主 要 是 为 了 保 障 设 备 拥 有 足 够 的 续 航 时 长 。 但 电 池 较 大 的 尺 寸 和 重 量 通 常 会 限 制 传 感 器 的 实 用 性 , 例 如 电 子 标 签 、 电 子 卡 牌 此 类 对 重 量 和 大 小 极 其 敏 感 的 产 品 , 就 很 难 采 用 这 一 方 案 。 电 池 体 积 极 大 限 制 了 产 品 小 型 化 设 计 其 次 , 过 大 的 电 池 使 得 小 尺 寸 的 产 品 开 发 也 充 满 种 种 挑 战 , 在 产 品 体 积 的 限 制 下 , 产 品 开 发 工 程 师 必 须 在 减 少 电 池 大 小 或 者 缩 减 功 能 两 方 面 做 出 选 择 , 但 这 样 做 很 难 保 障 产 品 不 损 失 既 定 的 续 航 时 长 和 功 能 需 求 。 0 5 : 潜 在 的 健 康 隐 患 和 环 境 污 染 凭 借 重 量 轻 、 续 航 久 等 优 点 , 锂 电 池 如 今 已 成 为 物 联 网 传 感 器 供 电 的 首 选 。 但 带 来 了 便 捷 的 同 时 , 这 些 锂 电 池 也 由 于 其 潜 在 的 有 毒 材 料 , 对 人 类 健 康 及 自 然 环 境 都 造 成 了 严 重 的 威 胁 。 面 对 不 断 涌 现 的 电 池 需 求 , 生 产 商 势 必 需 要 大 量 开 采 锂 、 钴 、 镍 、 锰 和 石 墨 等 生 产 锂 电 池 的 关 键 原 材 料 , 整 个 过 程 不 仅 需 要 消 耗 大 量 的 能 源 和 水 , 同 时 还 经 常 对 当 地 环 境 造 成 化 学 污 染 和 地 质 破 坏 。 其 次 , 电 池 在 生 产 和 废 弃 处 置 环 节 中 意 外 浸 出 的 钴 、 铜 和 其 他 物 质 也 对 人 体 健 康 直 接 构 成 危 害 。 原 材 料 开 采 对 生 态 造 成 巨 大 破 坏 另 一 方 面 , 电 池 原 材 料 的 无 限 制 开 采 也 不 利 于 可 持 续 发 展 战 略 , 客 观 原 因 之 一 是 材 料 资 源 储 备 是 有 限 的 , 当 地 球 上 再 无 材 料 时 , 物 联 网 将 面 临 无 电 池 可 用 的 窘 境 。 0 6 : 限 制 传 感 器 的 “ 摩 尔 定 律 ” 近 些 年 , 物 联 网 传 感 器 的 性 能 无 论 是 在 智 能 化 、 集 成 度 等 方 面 都 得 到 了 显 著 的 提 升 , 但 值 得 注 意 的 是 , 为 这 些 设 备 供 电 的 电 池 长 时 间 以 来 性 能 升 级 的 速 度 却 极 为 缓 慢 。 美 国 克 莱 姆 森 大 学 在 《 精 密 的 无 电 池 感 应 》 这 一 论 文 中 指 出 , 与 其 他 技 术 领 域 不 同 , 摩 尔 定 律 ( 半 导 体 性 能 大 约 每 1 8 个 月 翻 番 ) 不 适 用 于 电 池 技 术 生 产 和 研 究 中 使 用 的 化 学 和 制 造 工 艺 。 电 池 性 能 进 步 速 度 远 低 于 半 导 体 性 能 迭 代 速 度 随 着 二 十 世 纪 末 微 电 子 技 术 的 发 展 , 锂 电 池 得 到 大 规 模 应 用 , 其 性 能 进 一 步 提 升 , 续 航 更 加 持 久 , 重 量 也 有 了 大 幅 降 低 , 但 从 整 体 来 看 , 电 池 各 方 面 性 能 的 进 步 每 年 最 多 只 有 几 个 百 分 点 , 远 远 不 足 以 跟 上 总 体 计 算 能 力 的 进 步 , 难 以 支 撑 物 联 网 设 备 不 断 增 长 的 需 求 。 0 7 : 元 件 差 异 限 制 续 航 时 长 当 前 , 大 部 分 的 物 联 网 设 备 都 是 通 过 高 度 集 成 化 而 来 , 设 备 中 的 数 据 传 感 、 处 理 、 内 存 及 通 信 等 模 块 都 需 要 电 池 模 块 供 电 以 保 障 正 常 工 作 , 但 值 得 注 意 的 是 , 不 同 厂 商 所 开 发 的 元 器 件 对 于 功 耗 的 优 化 处 理 是 存 在 差 异 的 , 当 这 些 元 件 被 集 成 在 一 起 之 后 , 对 于 设 备 的 整 体 续 航 时 长 必 然 会 存 在 影 响 。 特 别 是 近 些 年 , 市 场 更 加 青 睐 续 航 更 长 的 设 备 , 一 些 厂 商 为 了 提 高 自 身 产 品 的 竞 争 力 , 积 极 开 发 “ 超 低 功 耗 ” 的 无 线 物 联 网 传 感 器 元 件 , 例 如 微 控 制 器 ( M C U ) 就 是 为 低 功 耗 而 设 计 的 , 它 也 的 确 能 为 延 长 续 航 做 出 贡 献 , 但 如 果 扫 描 器 、 温 湿 度 计 传 感 器 或 游 戏 设 备 的 芯 片 并 非 如 此 , 哪 怕 是 经 过 了 高 度 集 成 化 的 处 理 , 利 用 电 池 供 电 的 传 感 器 网 络 续 航 时 长 依 旧 无 法 得 到 显 著 提 升 。 0 8 : 独 立 元 器 件 导 致 传 感 器 性 能 不 佳 除 了 续 航 时 长 , 不 同 元 件 所 构 建 的 传 感 器 还 存 在 另 外 一 个 问 题 , 即 这 些 传 感 器 缺 乏 整 体 的 协 同 能 力 。 试 想 一 下 , 当 某 个 无 线 传 感 器 中 的 数 据 处 理 能 力 已 经 超 过 其 最 大 的 负 荷 , 但 由 于 传 感 器 系 统 由 独 立 的 硬 件 和 软 件 组 成 , 彼 此 之 间 难 以 无 缝 通 信 , 甚 至 无 法 发 起 相 关 问 题 的 警 报 , 管 理 人 员 无 从 得 知 自 然 也 无 法 即 时 解 决 此 类 问 题 。 传 感 器 将 继 续 超 负 荷 工 作 , 轻 则 任 务 失 败 自 动 停 机 , 重 则 设 备 损 毁 数 据 丢 失 。 独 立 元 件 构 建 的 传 感 器 可 能 导 致 性 能 不 佳 虽 然 此 类 问 题 很 棘 手 , 但 并 非 无 法 解 决 , 试 想 一 下 , 当 整 个 物 联 网 网 络 被 构 建 成 一 个 统 一 的 生 态 系 统 , 从 供 电 到 数 据 采 集 再 到 数 据 传 输 , 所 有 部 分 都 实 现 协 同 工 作 之 后 , 一 旦 某 个 处 理 器 发 生 超 负 载 的 情 况 , 系 统 完 全 可 以 将 负 载 转 移 到 系 统 中 负 担 较 轻 的 区 域 , 继 而 保 证 设 备 能 一 直 正 常 工 作 , 但 这 一 切 的 前 提 必 须 是 可 靠 的 供 电 作 为 基 础 。 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 解 决 电 池 续 航 难 题 为 了 满 足 不 断 涌 现 的 市 场 需 求 , 一 举 解 决 电 池 带 来 的 种 种 难 题 , 飞 英 思 特 结 合 自 研 的 先 进 能 量 采 集 技 术 及 微 能 量 管 理 技 术 , 推 出 了 微 能 量 管 理 模 组 和 微 能 量 管 理 芯 片 , 为 客 户 带 来 更 稳 定 的 数 据 采 集 传 输 和 更 低 功 耗 的 供 电 解 决 方 案 。 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 具 备 复 合 环 境 能 量 采 集 能 力 , 通 过 采 集 环 境 中 的 微 光 能 、 射 频 能 、 微 动 能 、 温 差 能 ( T E G ) 进 行 发 电 , 使 得 设 备 在 使 用 过 程 中 无 需 更 换 电 池 , 条 件 满 足 的 前 提 下 甚 至 还 可 以 实 现 设 备 生 命 周 期 内 的 无 电 池 永 久 续 航 , 消 除 了 维 护 设 备 和 频 繁 更 换 电 池 所 带 来 的 高 昂 人 力 物 力 成 本 。 飞 英 思 特 能 量 采 集 技 术 此 外 , 凭 借 高 度 集 成 化 的 设 计 , 飞 英 思 特 所 提 供 的 供 电 解 决 方 案 还 大 幅 降 低 了 后 续 的 开 发 难 度 , 产 品 开 发 工 程 师 无 需 进 行 繁 重 的 集 成 工 作 , 只 需 简 单 地 将 换 能 器 插 入 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 , 再 将 后 端 电 路 连 接 到 输 出 即 可 完 成 无 源 产 品 的 原 型 设 计 , 为 企 业 快 速 抢 占 市 场 夺 得 先 机 。 通 过 这 些 技 术 优 势 , 除 了 可 解 决 电 池 供 电 的 种 种 不 足 , 飞 英 思 特 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 还 极 大 拓 宽 了 物 联 网 低 功 耗 设 备 的 应 用 领 域 , 例 如 医 疗 身 份 卡 、 物 品 信 息 标 签 等 对 体 积 、 续 航 、 效 率 要 求 更 高 的 产 品 。 纵 观 整 个 行 业 来 看 , 电 池 的 确 极 大 束 缚 了 物 联 网 的 发 展 , 但 作 为 全 球 领 先 的 无 源 无 线 技 术 和 产 品 提 供 商 , 飞 英 思 特 正 努 力 通 过 创 新 的 供 电 方 案 解 决 这 一 难 题 , 期 待 最 终 让 各 个 行 业 的 低 功 耗 设 备 都 能 实 现 免 维 护 免 电 池 运 行 , 并 帮 助 降 低 物 联 网 电 池 对 生 态 造 成 的 破 坏 。 作者:飞英思特科技,微信公众号:飞英思特科技 原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/0zm0FwSAAgT9zeELpukifQ 本文由 @飞英思特科技 原创发布于面包社区,未经许可,禁止转载