微能量收集系统正变得越来越好用

‍微能量收集系统正变得越来越好用：不仅效率更高、效果更好，关键是成本也在不断下降。

一、现状：虽处起步阶段，但突破在即

能稳定提供几百微瓦到几毫瓦电力的微能量收集系统，已经研发了二十来年。如今，这个市场虽说还在萌芽期，但它有着巨大潜力——有望解决物联网设备中电池带来的高成本和环境污染问题。目前实际应用的设备还不多，但多项技术进展汇聚在一起，将很快改变这一局面。

二、三大驱动力，让微能量收集加速落地

1. 环保意识增强：现在全球对环保问题都格外重视。太阳能、风能、水力等大规模能量收集已经很普遍，这种趋势也带动了人们对“微能量收集”的兴趣和信任。

2. 设备自身功耗降低：物联网设备里的处理器（通常是微控制器）和无线连接模块，耗电越来越低。这得益于芯片制程缩小、亚阈值电路技术出现，以及芯片资源管理更智能。

3. 系统成本下降、回报更快：微能量收集系统变得效率更高、效果更好，而且部署成本更低，收回投资的时间大大缩短。

三、微能量收集系统的构成？

一套典型的微能量收集系统包括三部分：

- 能量收集器（一种或多种）

- 能量管理芯片（EH PMIC）

- 储能元件（通常是电容，在芯片指令下向设备供电）

这套系统的终极目标是取代电池——尤其是那些用在工业自动化、预测性维护、农业、安防、医疗、交通、建筑、智能家居等领域的海量物联网设备。但在很多场景下，哪怕只是作为电池的补充，延长设备寿命，让电池几乎不用更换，也已经很有价值。设备越难接触，换电池越贵，微能量收集的价值就越大。它甚至能让过去因为成本太高而不可行的偏远地区应用变成现实。

不过，设计人员面临一个难题：在设计之初，往往并不清楚设备最终能利用哪种环境能源。

四、主流微能量收集技术对比

目前最适合物联网设备的三种微能量收集技术：

这给制造商带来的麻烦是：不同收集器的电特性差异很大，往往需要专门设计不同的设备。而且设计时常常不知道最终能用上哪种能源——比如铁路隧道或工厂里光照不足，但振动很多；而温室大棚里则正好相反。

五、耗多少电？先看设备和通信方式

物联网设备的功耗，主要取决于两个因素：

- 应用本身：智能电表偶尔发个小数据包，功耗很低；但安防摄像头传视频，功耗就很大。

- 无线通信方式：如果设备离网关近，可以用蓝牙、Zigbee、Wi-Fi 等短距离低功耗协议；如果需要覆盖大范围，就只能用蜂窝网络或LPWAN，功耗会高得多。

无线子系统的功耗范围从150微瓦到400毫瓦以上不等。因此，在设计能量收集系统之前，必须先详细分析设备在实际场景中的功耗特性。

六、总结：无电池世界，近在眼前

微能量收集技术虽然还没能让物联网设备彻底告别电池，但已经非常接近了。随着成本下降、设计变简单，再加上工程师们越来越重视环保责任，这个目标正在加速成为现实。