5G 技術(shù)的大力推廣，促使工業(yè) 4.0 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智慧物流、智慧城市、智能農(nóng)業(yè)以及其他大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迎來了爆發(fā)式增長。然而，在這一進程中，為數(shù)十億無線節(jié)點提供可擴展且可靠的電源，是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。倘若這一問題得不到解決，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的推廣普及將會受到嚴(yán)重阻礙。

僅僅依靠增加電池數(shù)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在越來越多的場景中，電池?zé)o法得到補充或者會被淘汰。此時，就需要采用各種形式的能量采集（EH）技術(shù)來為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)提供電力。隨著 EH 技術(shù)的持續(xù)進步，它在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電方面正成為越來越有吸引力的選擇。

在確定如何為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點供電時，需要考慮以下五個因素：

數(shù)據(jù)速率

傳輸范圍

延遲

工作環(huán)境

環(huán)境影響和管理/后勤

數(shù)據(jù)速率、傳輸范圍以及延遲會影響節(jié)點的峰值和平均功率需求，而這些又取決于所采用的無線通信協(xié)議。例如，當(dāng)運用低功耗藍(lán)牙技術(shù)時，一塊 10 cm 見方的光伏板能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)包的定期傳輸，具體情況如下：

在零售店的室內(nèi)照明水平下，每 100 ms 傳輸 1 次；

在典型辦公環(huán)境的照明水平下，每 200 ms 傳輸 1 次；

在倉庫和工廠的照明水平下，每 2 s 傳輸 1 次。

工作環(huán)境同樣會影響電池的適用性和成本。在零售店或辦公室等相對較好的環(huán)境中，價格較低的電池就能達(dá)到合理的工作壽命，相比之下，EH 技術(shù)的成本就顯得較高。而如果無線節(jié)點部署在惡劣的工業(yè)或戶外環(huán)境中，就需要使用更昂貴的化學(xué)電池，此時 EH 技術(shù)就相對更具吸引力。

環(huán)境影響和管理問題也是不可忽視的考慮因素。原電池的壽命有限，這會增加電池更換的次數(shù)，進而增加維護和管理/后勤成本，最終還會因處理廢舊電池而對環(huán)境造成影響。為了解決這些問題，設(shè)計者可以從以下幾個支持 EH 技術(shù)的電源架構(gòu)中進行選擇：

以主電池供電為主，輔以 EH 技術(shù)來延長電池壽命。這樣既能保持電池供電的優(yōu)勢，又能減少其不利影響。

將充電電池與 EH 技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)更長的使用壽命，無需再更換電池。

把電容器或超級電容器與 EH 技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)無電池系統(tǒng)，獲得最長使用壽命。

設(shè)計者還可以采用微能量采集芯片 MF9006 來獲取 EH 技術(shù)的支持。MF9006 是一款用于 EH 電源管理的集成電路芯片，其大小為 5*5mm，集成了電量管理、充放電管理、儲能器件管理等功能。該芯片能夠在低至 400mV 電壓和 15μW 功率的能量輸入場景下實現(xiàn)冷啟動，啟動后可以從太陽能電池板等光量轉(zhuǎn)換裝置獲取直流電，為可充電電池或超級電容器等儲能元件充電，并且可以通過兩個 LDO 穩(wěn)壓器為不同的負(fù)載提供穩(wěn)定的工作電壓。此外，該 EH 芯片還支持電池切換，當(dāng)儲能電池耗盡時，會自動切換到一次電池；當(dāng)儲能電池恢復(fù)后，又會自動切換回儲能電池。

審核編輯 黃宇